Zapalování

end-logo
Sdílejte:

autor & copyright Jiří Čech

Zapalování

 

                Tento článek bude asi hodně zajímavý a poučný pro mnoho budoucích zlepšovatelů a hodně trpký pro „vývojáře“, provozovatele různých zaručeně vynikajících konstrukcí a mnoho dalších, kteří od zapalování očekávají zázraky.

 

Historie zapalovacích soustav sahá až do předminulého století, kdy určití pánové v Německu započali rozvíjet Ottův spalovací motor k obrazu svému. Zapalování se tehdy skládalo z nízkonapěťových pohyblivých kontaktů ve spalovacím prostoru, kde při jejich odtržení vznikla jiskra. Toto fungovalo maximálně do gigantických 400 ot/min (to není chyba). Zapalování nafty a petroleje se zase řešilo jinak. Zařízení se skládalo z jednoduché trubky, která se rozžhavila, umístila do spalovacího prostoru válce motoru a po ručním roztočení motoru svým teplem zapalovala v nedefinovatelnou dobu nasátou směs. Rozžhavenost byla udržována spalovacím procesem tak dlouho, dokud směs proudila do válce. Motory tehdy nebyly schopné vysokých otáček, kompresní poměry se plácaly někde okolo 4-6:1 a tak tato metoda vyhovovala. Později se místo trubky používala žárová stěna, která se z vnějšku „letlampou“ nažhavila. Odzvonilo jí s nástupem vysokotlakých vstřikovacích čerpadel. (Ještě po II. světové válce běhaly po republice traktory Lanz – Buldock s pomaloběžným dvoudobým jednoválcem s tímto systémem. Žárová stěna hlavy se nažhavila do červena a motor se roztáčel pomocí volantu, který se nasadil na volně přístupný setrvačník, trhnutím se motor roztočil (chtělo to cvik abys volant rychle sundal, jinak Ti nafackoval a nebo jsi neměl čím řídit). Traktor neměl zpátečku a tak změna směru se prováděla zhasnutím motoru a jeho natočením v opačném směru. Kdo to uměl, tak regulací přívodu paliva dosáhl zpomalení otáček motoru, až přešel do kývavého pohybu a v přesně určený okamžik přidal plyn, motor se pak roztočil na druhou stranu, takže jsi měl čtyři „kvalty“ i dozadu. To nebyl vtip, otec se s ním něco navyváděl.) Tento systém se dodnes používá u modelářských motorků, místo trubky je tam žhavící svíčka. Ono to ani jinak nejde, zapalovací soustava jiného typu je pro modely letadel příliš těžká a navíc spolehlivě zapalovat při 36 000 ot/min není tak jednoduché.

 

Přesně před sto lety přišel strejda Bosch se zapalovací svíčkou a magnetoinduktivním zapalováním, jehož principu se používá dodnes. Přestože je tento systém rekordmanem v neúčinnosti (příkon je více než tisíckrát větší než získaná energie jiskry), žádný jiný typ zapalování se tak dobře neosvědčil. Od té doby se všechny zainteresované vývojové kapacity snažily rozvíjet tento systém za účelem vyšší spolehlivosti a životnosti. První zapalovací svíčky byly složené z několika kusů a jejich životnost nepřesahovala 1 000 km. Již tehdy měla několik vnějších elektrod, které se dnes vydávají za vrchol Hi-Tech. O nějaké širokopásmovosti nebyla řeč, pro zimní podmínky se používaly svíčky jiné než pro letní období. Ve svíčkách se udělal snad největší pokrok s ohledem na jejich tehdejší a dnešní vlastnosti. Bylo uděláno nespočet různých pokusů a měření, co se týkalo vlivu zapalovacích soustav na činnost motoru, aby se našla nějaká hranice, pod kterou a přes kterou jít nelze (výkon zapalovací soustavy v přepočtu na energii jiskry atd.). Za tu dobu vzniklo množství různých konstrukcí od klasických, přes různé bzučákové úlety až po dnešní výkonné a spolehlivé elektronické systémy.

 

 

Vliv zapalování na chod motoru (výkon, emise, spotřeba):

 

Zapalování musí být schopné zapálit směs ve válci v přesně určenou dobu ve všech rozsazích otáček, teplot, složení směsi, přechodových stavech a to vždy a pokud možno nemá odebírat mnoho energie z práce motoru. Do klasické zapalovací soustavy patří svíčky, vysokonapěťové kabely, zapalovací cívka, rozdělovač s regulátory předstihu, přerušovačem a kondenzátorem. Při předpokladu, že je tato soustava řádně seřízena, celá věda je pouze ve správném okamžiku zapálení. Pokud dojde k řádnému zapálení, vliv zapalovací soustavy na motor končí. Toť vše. Větší vliv má spíše použití lepších nebo konstrukčně jinak upravených svíček.

Zklamání? Ani se nedivím. Vliv zapalování se skutečně přeceňuje. Byla provedena měření na zjištění vlivu energie jiskry na zapálení směsí s různým složením, měřil se vliv vzdálenosti elektrod svíčky atd. A zjistila se jedna zajímavá věc. Pokud je celý motor v dobrém technickém stavu, stačí na zapálení energie menší než 350 . 10-7 J, to je méně, než energie naakumulovaná jen do kapacity svíčky. Pouze v případech chudých směsí a spouštění za velmi nízkých teplot dosahuje potřebná energie až 4 000 .10-7 J. Tyto hodnoty jsou mnohonásobně menší, než se běžně dosahují u používaných kontaktních soustav. Takovéto předimenzování je nutné z hlediska ztrát od zapalovací cívky k elektrodám svíčky. Ztráty v rozdělovači, vysokonapěťových kabelech a znečištění svíčky mohou při opotřebení provozem dosahovat takových hodnot, že se veškerá energie jiskry v nich spotřebuje. Předimenzování je proto z hlediska funkce nezbytností. Dnes k tomu přistoupila potřeba dodržování emisních limitů, kdy vynechané zážehy zvýší obsah HCx a nespálené palivo ohrožuje katalyzátor. Proto se nyní používá energie jiskry ještě o něco větší, hlavně je kladen důraz na konstantní hodnotu energie ve všech myslitelných provozních režimech a zvlášť při dynamických změnách. Běžné soustavy disponují energií zhruba 40 – 70 mJ (J = Ws). Větší hodnoty již nemají na chod motoru žádný pozitivní vliv, pouze se více opalují elektrody svíček. Z těchto měření vyplynuly nyní používané hodnoty platné obecně pro všechna provedení zapalovacích soustav.

 

Nejčastěji používaným zapalovacím systémem je indukční zapalování napájené z akumulátoru, vyznačuje se akumulací energie jiskry v zapalovací cívce, resp. vzduchové mezeře cívky. Přes dlouholetý vývoj je princip pořád stejný, s kterým přišel Bosch. Odlišuje se jen použitím nových komponentů, kontakty nahradily snímače na indukčním nebo magnetickém principu, doba plnění cívky se řídí elektronickými soustavami a proud spíná tranzistor. Dalším indukčním systémem je magnetové zapalování, kde není akumulátor zapotřebí, energie je získávaná z práce motoru. Jen málo je používán systém kapacitní (tyristorová zapalování), kde se energie akumuluje v kondenzátoru, cívka slouží pouze jako transformátor. Zvláštními druhy jsou zapalování piezoelektrická (jde vlastně o druh kapacitního zapalování) a zapalování vysokofrekvenční. Prakticky se nepoužívají, piezoelektrické zapalování „umřelo na krásu“, protože jeho nesporné výhody byly převáženy spoustou nevýhod, z nichž ta nejpodstatnější byla nemožnost dodržet přesný okamžik zážehu a výpadky v přechodových režimech. Vysokofrekvenční zapalování se přes velký počet zapalovacích impulzů za minutu při konstantní energií z nějakých neznámých důvodů nepoužívá, snad problémy s vf rušením.

 

Akumulátorové zapalování ze svého principu dodává v nízkých otáčkách dostatek energie, se zvyšujícími se otáčkami energie klesá. Magnetové zapalování má zcela opačné chování, malá energie v nízkých otáčkách narůstá ze zvyšováním otáček. Kapacitní zapalování má v celém použitelném rozsahu energii konstantní, oproti induktivním typů má výrazně strmější nárůst napětí na svíčce (asi 60x) při zhruba čtvrtinové i kratší době výboje. Protože kondenzátor se nabíjí na napětí mezi 300-500 V, které se pomocí tyristoru připojí na primární vinutí cívky, zapalovací cívka slouží pouze jako transformátor. Toto zapalování je pro vysokou strmost napětí vhodné pro motory, kde dochází k častému znečišťování svíček. Strmost čela způsobí výboj dříve, než se stačí po nižších odporech znečištěného povrchu svíčky vybít. Je vhodné pro motory s bohatější směsí, kde dojde i za krátký část výboje k zapálení. Zapalování piezoelektrické je vlastně kapacitní beztransformátorové zapalování pracující na principu prudkého stlačení piezoelektrického materiálu na bázi zirkonátů a titanátů olova silou okolo 5600 N, kdy se dosahuje napětí až 19 kV při kapacitě 90 pF. Jeho silnou stránkou je rychlost vzrůstu napětí až 50x vyšší než u zapalování tyristorového, slabinou přesnost zážehu a selhávání při rychlých dynamických změnách. Používalo se v malém rozsahu jen u stabilních jednoválcových nebo dvouválcových motorů. Vysokofrekvenční zapalování se od všech odlišuje tím, že se před zážehem energie nikde neakumuluje, vf generátor se připojí po dobu asi 350 μs na primární vinutí transformátoru s velkým převodem a na sekundáru se objeví vf napětí nějakých 20 kV. Energie jiskry je konstantní a výrazně větší než u ostatních soustav s možností regulace a počet zapalovacích impulzů převyšuje 5 000/s (potřeba zatím nepřekročila 1 000 imp./s, většinou se u víceválců používají systémy rozdělené na několik částí, vysvětlím níže). Problémem je pravděpodobně vf rušení, vn kabely působí jako anténa, celá soustava musí být důkladně elektromagneticky odstíněna. Jinak zkušenost s tímto vlastnoručně vyrobeným zapalováním někdy z r. 1985, kdy bylo připojeno na Jawu 350 a po nalití nafty (!) do nádrže se nastartovalo a odjelo. Motocykl se sice choval jako roztomilá dýmovnice, výkon žádná sláva, ale jelo to a neškubalo. Rezerva energie byla doslova gigantická. Protože tehdy nebyly k dispozici vhodné zalévací hmoty, zapalovací transformátor nám různě po povrchu sršel (kapánek jsme to přehnali a trafo jsme navrhli na 100 kV) a tak celý vývoj rychle skončil. Nějaký Slovák se s něčím podobným někdy okolo r. 1983-4 také celkem s úspěchem zabýval, dokonce nějaká škodovka byla i s tímto zapalováním uvedena v Televizních novinách. Motor spouštěl a jezdil „zásadně bez použití sytiče“ (někdy bych to chtěl vyzkoušet v praxi, jestli se s tím dá vůbec nějak rozumně jet bez nebezpečí vyražení zubů o volant) a padl na ústa stejně jako my, nikdo o to z tehdejších mocipánů neprojevil zájem a pokud nemáte možnost pozdějšího uplatnění v praxi, pro jedno vozidlo se to nevyplatí dále vyvíjet. PAL sice „zapalování s trsem jisker“ také krátce zkoušel jako jednu z možných variant pro tehdy vznikajícího Favorita, vývoj ani nebyl pořádně započat a rychle byl bez dalšího zdůvodnění ukončen. Tehdy nešlo ani tak o neschopnost vývoje, jako spíš o to, kde vzít potřebné součástky v patřičném množství, vše bylo státním plánem dopředu určeno a běda, jestli jsi chtěl něco za tvrdou měnu, to bylo jednání a ukecávání a přesvědčování na pětiletku (pokud jsi neměl strejdu na patřičném ministerstvu) a než jsi je ukecal, vývoj zastaral a svět nám dávno utekl. Takže se přešlo na klasiku, na ni nebyly zapotřebí žádné zvláštní investice, rozdělovače a zapalovací cívky PAL vždy uměl vyrobit (cívky dokonce na světové úrovni).

 

 

Magnetové zapalování:

 

Nechci se pouštět do příliš podrobného popisu činnosti magneta, protože bych musel nakreslit nebo někde okopírovat několik schémat a pro škodovkáře to ani nebude mít velký význam. Jde o zapalování indukční, energie pro jiskru se odebírá přímo z mechanické práce motoru, není zapotřebí vnější zdroj energie. Potřebná energie se naakumuluje v magnetickém poli magneta nebo odděleného magnetického obvodu zapalovací cívky, což je z energetického hlediska méně výhodné. Zážeh je určen rozepnutím kontaktů jako u akumulátorového zapalování. Přesný popis všech magnetických proudů je na dvě stránky a vypadá dost učeně, takže to zkusím po svém.

Magneto je vlastně alternátor s permanentními magnety, upraven pro potřeby zapalování. Na statoru je navinuta cívka, která může mít i vn část (sekundár), jinak se používá zapalovací cívka oddělená. Při otáčení rotoru magneta se indukuje stejně jako u alternátoru napětí přímo do primárního vinutí. Rozdíl je ten, že toto vinutí je zkratováno sepnutými kontakty, indukovaný proud v cívce tím brání změnám magnetického pole v cívce. Tím se zvětšuje energie, kterou je nutné do soustavy dodat jako mechanickou práci a která se převede na energii magnetického pole obvodu. Tento přírůstek energie pole lze přerušením proudu (rozpojením kontaktů) převést do obvodu s vysokým napětím, stejně jako u akumulátorového zapalování. Pokud bychom byli schopni vyrobit primární cívku s nulovým odporem, proud by „běhal“ nekonečně dlouho a poté by stačilo kdykoliv rozepnutím kontaktů získat energii pro zapálení. Jenže to neumíme a tak proud velmi rychle zanikne. U akumulátorového zapalování kryje ztráty v zapalovací cívce akumulátor a tak tedy můžeme rozepnutím kontaktů bez ohledu na rychlost otáčení motoru získat maximální možnou energii. U magneta nemá co doplňovat ztrátu a tak v nízkých otáčkách nemá magneto dostatek výkonu. Naopak se vzrůstajícími otáčkami dochází k jevu téměř opačnému, zužitkovatelná energie neklesá, jen o nějaké ztráty v železe, proto horní limit otáček pro magneto je dán pouze mechanickými vlastnostmi kontaktů přerušovače. Kontakty jsou přemostěny kondenzátorem o kapacitě asi 0,23-0,27 μF, stejně jako u zapalování akumulátorového. Toto zapalování bylo dlouho velmi oblíbené a jedině používané u leteckých motorů. Pokud vyřešíme náhradu kontaktů (dnes to už takový problém není), dostaneme jednu z nejvýkonějších zapalovacích soustav. Problémem ovšem zůstává regulace předstihu. Na to, abych mohl využít energii co nejlépe, musí nastat sepnutí a rozepnutí kontaktů v přesně určený okamžik, kdy je rotor vůči statoru v optimální poloze. Tehdy je proud primárem na maximu a tedy i získatelná energie je maximální. Proto při regulaci musím otáčet celým těžkým magnetem, což vnáší do konstrukce značné komplikace. Z těchto důvodů se magneta používala (pokud si odmyslíme letecké motory, kde bylo možné vše) jen u malých motocyklů s dvoudobým motorem, kde se používá téměř bez vyjímky konstantní nastavení předstihu. Dalším důvodem byla skutečnost, že vozidlo k provozu nepotřebovalo akumulátor, ostatní spotřebiče měly na statoru svoje cívky, jak jsem už popsal v článku o alternátorech. Proto nešlo o čisté magneto, ty se vyskytovaly převážně jen na závěsných lodních motorech.

Jednou z velkých chyb mladých provozovatelů různých Pionýrů bylo zvětšování předstihu („brácha říkal že to líp jede“) pomocí zvětšování odtrhu kontaktů až na 0,8 mm, protože magneto se tím dostalo z optimálního nastavení. Ono to vzhledem k přebytku energie zapalovalo, ale správně bylo pootočit celým magnetem, nějaká vůle pro seřizování tam byla. Oddělená zapalovací cívka byla nutností z důvodu zastavěného prostoru, aby bylo možné na stator umístit i další cívky pro jiné spotřebiče.

Konstrukčně je možné vyřešit soustavu s magnetem pro několikaválcové motory s jistou elegancí, použije se systém s otáčivým magnetem a počtem pólů magnetu se určí počet válců, ale magneto se neobejde bez rozdělovače. Pro dvoudobé dvouválce se na jednom statoru použijí dvě cívky a dva kontakty proti sobě a potřeba rozdělovače odpadá. Pokud je magneto poháněno převodem 1:2, lze přidáním dalších cívek řešit i čtyřdobý čtyřválec. Nejvíce se s různými konstrukcemi magnet vyřádily firmy Bosch, Lucas a Scintilla – Vertex. PAL se nějak zvlášť vývojem nezabýval, požadavky na vývoj nebyly a pro „pincka“ stačilo to, co tam už roky bylo.

 

 

Akumulátorové zapalování:

 

Tak a jsme u toho. V této části článku se budu snažit vysvětlit co nejpřesněji funkci akumulátorového zapalování a vysvětlit odlišnosti zapalování s klasickým kontaktem a elektronickým zapalováním. Pro mnoho z vás bude hlubokým zklamáním zjištění, že za těžký peníz pořízené doplňkově vyráběné elektronické zapalování má horší vlastnosti, než klasické kontaktní.

V popisu se zatím nebudu z důvodu zjednodušení zabývat rozdělovačem. Popis jeho funkce přijde až nakonec.

Akumulátorové zapalování patří mezi indukční zapalovací soustavy. Skládá se ze zapalovací cívky, kontaktů a kondenzátoru. Akumulátor není přímou součástí soustavy, ale je k činnosti zapalování nezbytný, dodává energii. Zapalovací cívka má dvě vinutí, primární a sekundární, s převodovým poměrem 1:40 až 1:80, vyjímečně 1:100. Obě tato vinutí jsou jedním koncem spojena uvnitř cívky. Celá cívka je důkladně impregnována a je v hliníkovém pouzdře válcového tvaru zalita izolační hmotou a uzavřena víčkem, které zároveň slouží jako držák vývodů. Vývody jsou většinou tři, velká dutina, označená č. 4, je volný konec sekundárního vinutí a slouží pro připojení vn kabelu, který vede k rozdělovači nebo přímo na zapalovací svíčku, další dva jsou vývody primárního vinutí. Svorka označená č. 15 (někdy 16) je přívod kladného napětí z akumulátoru, druhá svorka má č. 1 a je společným vývodem primárního a sekundárního vinutí, na ní je připojen pohyblivý kontakt, pevný kontakt je ukostřen. (Pokud vývody mezi sebou zaměníte, zapalování funguje také, jen se sníží o nějakých 300V sekundární napětí, místo součtu primárního a sekundárního napětí dojde k odečtu.) Kontakt je přemostěn kondenzátorem o kapacitě asi 0,25 μF, pro dvoudobé motory se používá hodnota 0,23 μF. Držáky kontaktních ploch jsou vylisovány z plechu, kontaktní plochy jsou převážně z wolframu. Pro zvlášť náročné podmínky se používá platina a jejich slitiny, jejíž předností je odolnost proti oxidaci a malé jiskření, nevýhodou náchylnost k přenášení materiálu, menší mechanická pevnost a v přítomnosti uhlovodíkových par menší odolnost proti opotřebení, o ceně nemluvě. Wolfram má velmi dlouhou dobu života, pokud zabráníme příliš silnému jiskření a okysličování kontaktů. Velmi dobrou kombinací je platina na pohyblivém a wolfram na pevné kontaktu, na platině se jako na anodě nevytváří nános a wolfram jako katoda méně oxiduje. Každopádně oba materiály nepatří mezi ideální kontaktové materiály. Oba materiály se jako asi 0,5 mm silné plátky ve tvaru kruhové destičky natvrdo pájí mědí na držáky z oceli. Někteří výrobci dělají různé úpravy kontaktních ploch, např. se uprostřed jednoho z kontaktů dělá otvor pro lepší ventilaci stykové plochy, nebo se smykem kontaktů ve stykové ploše z důvodu lepšího čištění a snížení účinku opalu. (PAL k nim nepatří.) Pokud se vám podaří při zarovnávání styčné plochy kontaktů vrstvu wolframu obrousit, můžete kontakty rovnou vyhodit. Konstrukce kontaktů se sjednotila – technologie výroby, použité materiály, síla pružiny a malý odtrh okolo 0,4 mm – liší se částečně jen tvarem a velikostí.

Kondenzátor přemosťující kontakty je většinou typ s papírovým dielektrikem je zapouzdřen v kovovém válci, který tvoří jeden z vývodů pro snadné mechanické připevnění. Připojen má být co nejblíže ke kontaktům. Kondenzátor se svými vývody má jistou indukčnost a odpor, tyto hodnoty pro správnou činnost soustavy musí být co nejmenší, již hodnoty odporu okolo 0,5 Ω jsou příliš velké.

Kontakty jsou jedním z nejvíce namáhaných součástí vozidla vůbec. Kromě mechanického namáhání jsou zatěžovány ještě elektricky a elektrochemicky. Pokud si uvědomíme, že za dobu své životnosti udělají desítky milionů sepnutí a rozepnutí, při kterém dochází k vytváření obloukového hoření různého druhu, po kterém mají zůstat v provozuschopném stavu s minimálním odporem ve stykové ploše, nemůžeme se potom divit, že nám nevydrží po celou životnost motoru. Popis všech fyzikálně-chemických dějů mezi kontakty a na nich během rozepnutí a sepnutí jsem dokázal vstřebat až asi na třetí přečtení práce jednoho ing. CSc. v rozsahu téměř tří stran A4. Nakonec bylo konstatováno, že „pravděpodobně všechny děje jsou ještě složitější a dosud nejsou plně probádané“. Jen zkráceně – při rozepnutí kontaktů mezi nimi vznikne oblouk (jako při svařování), který doslova bleskově zhasne a opět se zapálí a to zopakuje mnohokrát s navzájem obrácenou polaritou, dokud se kontakty nevzdálí natolik, že již zapálení oblouku není možné. Mezitím dochází k přenášení materiálu mezi kontakty (podobně jako při svařování), ovšem jednou tam a jednou zpátky. Jednotlivé děje se mají snahu navzájem eliminovat, takže pokud je soustava cívka – kontakt – kondenzátor dobře sladěna, výsledkem je vyrovnávání všech dějů tak, že kontakty zůstávají dlouhodobě opalováním netknuté. V případě např. nevhodné kapacity kondenzátoru vzniká na jednom z kontaktů kráter nebo nános, který ve větším rozsahu má vliv na přesnost doby sepnutí a tím nekontrolovatelně mění předstih zážehu. Každopádně nároky na kontakty jsou velmi protichůdné, na jedné straně musí být velmi lehké, aby síla pružiny byla schopna ve vysokých otáčkách udržet pohyblivý kontakt při pohybu v předepsané geometrii danou tvarem ovládací vačky, jinak kontakty neřízeně odskakují a způsobují sepnutí a rozepnutí v úplně jinou dobu, než „mají předepsanou“. Příliš lehké kontakty postrádají pevnost a z toho vyplývající tuhost. K tomu si připočtěte rychlost pohybu kontaktů při rozpínání na úrovni 100 m/s (to není chyba) a zase rychlost velmi malou při velmi nízkých otáčkách při spouštění motoru (oblouk špatně zháší). Na straně druhé musí být schopny spínat velké proudy bez opalu kontaktních ploch. Z elektrického hlediska nejsou schopny takto konstruované a mechanicky namáhané kontakty dlouhodobě spínat větší proud než asi 3,5 A a to bez ohledu na tvar a výrobce. Tzv. napěťová pevnost pro kontakty z wolframu při malých odtrzích končí někde na 350V, při napětích vyšších dochází k trvalému hoření oblouku mezi kontakty. Těmito hodnotami je dána maximální energie indukčního zapalování s kontakty, soustavy všech výrobců se energeticky prakticky neliší. Z hlediska mechanicko-dynamického to není zase tak extra špatné, nejlepší kontakt končí na 400 Hz, což je 12 000 ot/min pro čtyřválec.

Cívka slouží kromě transformace napětí hlavně jako akumulátor energie. Magnetický obvod je přerušen vzduchovou mezerou, oproti normálnímu transformátoru má zvýšený magnetický odpor. Pokud není magnetický obvod přerušen vzduchovou mezerou, není možné pouhým přerušením primárního proudu (rozepnutím kontaktů) z něj dostat nahromaděnou energii. Z velikosti odporu a indukčnosti primárního vinutí se vypočítá časová konstanta primárního obvodu. Tato časová konstanta je rozhodující pro energii jiskry ve vysokých otáčkách. Z výše uvedených hodnot vychází odpor primárního vinutí (daný ohmickým odporem použitého vodiče) 4 Ω, indukčnost (daná, jednoduše řečeno, počtem závitů primárního vinutí) okolo 10 mH a časová konstanta 2,5 ms. Největším problémem je najít vhodné řešení protichůdných požadavků na velký odpor a malou indukčnost primárního vinutí. Indukčnost je daná počtem závitů a odpor délkou vodiče. Řeší se to navinutím primárního vinutí až na sekundární vinutí, délka vodiče na stejný počet závitů je potom větší. Počet primárních závitů bývá 120 – 400, sekudárních až 25 000. Celá konstrukce cívky je výše uvedeným hodnotám napětí a proudů podřízena.  Popisovat technologii výroby a různé technologické finty považuji za bezpředmětné, vše je otázkou výrobce. Pokud se vám dostane do ruky cívka, která při zatřepání žbluňká, jde o nějaký snad polský licenční výrobek, uvnitř je transformátorový olej, který údajně při vibracích převádí teplo z vinutí do pláště. Proč, co, jak a protože – nikdy jsem se nedopátral co tímto řešením chtěl básník říci. Ale funguje, to je asi to nejdůležitější.

Činnost zapalovací soustavy:

 

Při sepnutí kontaktů se začne zvyšovat proud procházející primárním vinutím. Indukčnost vinutí klade skokovému nárůstu, který by byl možný při čistě odporové zátěži, odpor, který postupně klesá k nulové hodnotě, kdy je velikost omezena jen odporem vinutí. Časová konstanta udává dobu, za kterou by proud dosáhl hodnoty 3,5 A ( = 14 V : 4 Ω) při čistě induktivní zátěži (nulový odporu vodiče a nulová kapacita cívky), graficky lze zobrazit jako přímku skloněnou pod úhlem, který „udává“ indukčnost vinutí. Žádné vinutí ale z principu nemá nulový odpor, proto doba, kdy dosáhne proud maximální hodnoty, je kombinací induktivního a ohmického odporu. Průběh nárůstu proudu proto není lineární, nejdříve narůstá rychle a později se zpomalí, křivka má exponenciální průběh. Podle výše uvedených technických hodnot je doba k dosažení maximálního proudu 3,5 A téměř 15 ms. Za tuto dobu dojde k maximálnímu naakumulování energie do magnetického pole cívky, víc již získat nelze, při delším napájení se celý procházející proud mění na ohmickém odporu primárního vinutí v teplo. Vzhledem k tvaru křivky při nárůstu proudu za dobu časové konstanty 2,5 ms dosáhne proud hodnoty 0,632 x Im. A tady je ten největší problém. Pokud si vezmete kalkulačku a začnete počítat dosažitelné energie, vyjdou vám zajímavé a poučné hodnoty. Plný výkon o energii cca 61 mJ je dostupný do asi 1000 ot/min, potom začne celkem rychle klesat a v 6000 ot/min máte maximum procházejícího proudu 1,7 A a energii jen 14,3 mJ. Tyto hodnoty jsou počítány na osmiválcový motor, kde je použita speciální cívka se sníženou indukčností. Běžné cívky mají hodnoty časové konstanty až dvojnásobné, takže vypočtené hodnoty zhruba platí i zde. (Pokud bychom měli zapalovací soustavu v perfektním stavu, tyto hodnoty bohatě dostačují na zapálení směsi.)

Tak a máme cívku nabitou. Teď prudce rozpojíme kontakty. Protože rychlost rozepnutí má konečnou hodnotu, proud začne zanikat s určitou rychlostí, při které vyvádí díky vznikajícímu oblouku neplechu (jak jsem uvedl výše) na dosedacích plochách kontaktů. Zvýšení rychlosti zániku proudu z hlediska vlivu na kontakty brání kapacita kondenzátoru. Nejlepší by bylo, kdyby se kondenzátor nemusel použít, stačila by menší akumulovaná energie, méně závitů a i nárůst napětí na sekundáru by byl rychlejší. Jenže bohužel zatím nikdo nesestrojil kontakty, které by obvod rozpojily bez velkých energetických ztrát. Bez kondenzátoru se zapálí oblouk mezi kontakty, který nezhasne a veškerá naakumulovaná energie se zničí v oblouku a na sekundární straně nenaměříme energii žádnou. (Aby k tomuto nedošlo, bylo by zapotřebí buď několikanásobně většího odtrhu kontaktů, nebo jiným tvarem vačky upravit průběh rychlosti odtrhu, což je z dynamického hlediska technicky nerealizovatelné.) Kapacita kondenzátoru má být jen tak veliká, aby se rychlost nárůstu napětí udržela spolehlivě pod přeskokovým napětím pro danou vzdálenost kontaktů. Pokud má kondenzátor příliš malou kapacitu, napětí roste rychleji, než jsou schopné kontakty zvládnout, dochází k nadměrnému jiskření a snižování dosažitelné energie. Při zvětšení kapacity se sníží rychlost nárůstu napětí, tím klesá samoindukční napětí a také výsledné napětí sekundární. K tomu ještě připočítejte pokles energie, která se ztratí na ohmických odporech při déletrvajícím průběhu transformace. Kontakty jsou prostě neřešitelný problém.

Takže dál – při rychlém zániku proudu vznikne na primárním vinutí cívky samoindukcí napěťový impulz o hodnotě 300-350 V, který se transformuje na sekundární napětí okolo 20 a více kV. (Z důvodů samoindukčního napětí není nutné mít velké transformační poměry, optimální se jeví 1:80.) Tento impulz má kapacitní a proudovou složku. Nejdříve dojde na elektrodách svíčky k vybití kapacitní části výboje, jde o poměrně malé množství energie, ale s velmi značným okamžitým výkonem (extrémě krátký impulz s proudem desítek ampérů). Tento impulz o vysokém napětí ionizuje prostor okolo elektrod, který se tímto stane vodivým. Poté následuje induktivní část výboje, která je výrazně delší a při ní se vybije větší část energie proudem poměrně malým. Tato část výboje se skládá z mnoha opakovaných výbojů, kdy neustále výboj zháší a znovu vzniká. Pokud nedojde k zapálení směsi prvním kapacitním výbojem, induktivní část výboje svou energií směs většinou zapálí. Minimální doba výboje je 300 μs, při kratší době trvání výboje není jistota spolehlivého zážehu. Poté nastává dokmitávání systému, které se již na vlastním výboji nepodílí. Z hlediska činnosti zapalovací soustavy je ale nutné dokmitávání ponechat čas na dokončení. Cívka se musí úplně vybít. To je také další limitující parametr pro toto zapalování.

 

Jedním z důležitých parametrů výboje na svíčce je strmost čela impulzu. Čím větší strmosti se dosáhne, tím méně energie je zapotřebí k zapálení. Svod na znečištěných plochách izolátoru svíčky má odporově – kapacitní složku. Tato kapacita se musí nabít a to potřebuje čas. Pokud je impulz hodně strmý, nestačí se kapacita nabít dříve než přeskočí jiskra mezi elektrodami. Při ionizaci dojde ke zvýšení vodivosti mezi elektrodami v takové míře, že veškerý proud výboje prochází tudy a na nějaké svody kašle. Problémem indukčních zapalování s kontakty je omezená možnost ovlivnit rychlost nárůstu proudu kvůli vlastnostem kontaktů, které musí mít paralelně připojený kondenzátor, který vše limituje.

 

Při vývoji kontaktních zapalování se začala používat jedna finta. Cívka se spočítala na napětí o něco nižší, asi na 7 V (maximální proud vychází asi na 5,5 A) a do série se přidal předřadný odpor. Tím vyšla nižší hodnota indukčnosti primárního vinutí. Celkový odpor vinutí a předřadného odporu jsou potřebné 4 Ω. (Pro spouštění motoru se odpor přemostil přídavným kontaktem ze spínače spouštěče, takže i když při spouštění poklesne napětí akumulátoru, máme pořád plnou energii jiskry.) Nižší indukčnost zmenšila časovou konstantu cívky a tím se zvýšila dosažitelná hranice otáček pří stejné energii. (Další zvýšení hranice použitelných otáček se dá dosáhnout přemostěním předřadného odporu kontaktem relé někde okolo 3 200 ot/min. Vzhledem na krátkou dobu sepnutí kontaktů proud nepřesáhne hranici 3,5 A. Toto řešení neklade žádné požadavky na zásahy do zapalovací soustavy. Je potřeba vyrobit něco podobné otáčkoměru, co v požadovaných otáčkách sepne relé (nezapomenout na hysterezi, aby se v rozhodných otáčkách relé nezbláznilo). V případě poruchy relé auto dále pokračuje dále v jízdě, funkce zapalování není ohrožena.) Není to nic nového, předřadný odpor měla dokonce i sovětská auta, odpor byl umístěn uvnitř cívky a víčko mělo čtyři vývody, čtvrtý se označuje č. 15a. PAL umístil odpor do keramického pouzdra a připevnil na objímku sloužící k montáži na karosérii. U těchto cívek je bezpodmínečně nutné dodržet připojení kabelů na předepsaná čísla, jinak se může stát, že proud místo přes vinutí bude procházet jen přes předřadný odpor.

 

Pokud jste se ve výše uvedeném „neutopili“, museli jste dojít k několika poznatkům. Za prvé – čím větší je napájecí napětí, tím lze lépe přizpůsobit konstrukci zapalovací cívky potřebám kontaktního systému. Proto se u 6 V soustav motocyklů používala pro každý válec jedna cívka s kontaktem, aby se dosáhlo požadované doby plnění cívky. Při přepočítání zapalování podle výše uvedeného příkladu na hodnoty napětí 6 V vychází časová konstanta 5 ms, odpor vinutí 2Ω a proud v 6 000 ot/min asi 1 A a energie pouze 5 mJ. Ideální by bylo použití napětí 24 V, dosažené časové konstanty by byly s velkou rezervou dostačující pro provoz kontaktního zapalování u běžného (nezávodního) motoru.

 

Označování klasických zapalovacích cívek „šestivoltová, dvanáctivoltová“ je vlastně také nepřesné. (V tom případě je cívka z Favorita „třívoltová“.) Slouží jen pro určení minimálního provozního napětí. Cívka by měla být spíše určována časovou konstantou, jenže to běžnému motoristovi nic neříká. Jakoukoliv cívku můžeme napájet třeba 300 V, pokud zkrátíme dobu plnění cívky na dobu, kterou potřebuje na dosažení proudu 3,5 A (řádově v desítkách μs). Jenže problémem je dokázat vyrobit kontakty schopné tak krátké doby sepnutí, zatím mi není známo, že by se to někomu povedlo.

 

Takže to uzavřeme. Indukční zapalování s kontakty je omezeno nemožností vyrobit kontakty schopné přenášet velké proudy a z mechanicko – dynamického hlediska nutný malý odtrh kontaktů znemožňuje ukočírovat při nadměrně velkých proudech vznikající oblouk. Jedinou předností je jednoduchost a snadná opravitelnost i v polních podmínkách. Vyznačuje se velkou energií v nízkých otáčkách a malou energií v otáčkách vysokých, při dalším zvětšování otáček ztratí schopnost zapalování úplně. Pokud zrovna nezávodíme, toto zapalování je do nějakých 5 500 ot/min při správném seřízení a dobrém technickém stavu všech příslušejících komponentů (rozdělovač, kabely, svíčky) pro chod motoru plně vyhovující. Otázka je, nakolik jsou ostatní části systému v pořádku, pokud dokáží odebrat 75% výkonu díky své opotřebenosti, moc velká rezerva nám nezbývá.

 

 

 

 

 

Elektronické zapalování:

 

Tato část musí být trochu odbornější a tak mnozí z vás, kteří nemají elektrotechnické znalosti, asi úplně vše nepochopí. Zkusím co nejjednodušeji několik vysvětlujících poznámek pro úplné laiky (elektronici, nesmějte se jim, ani popisu):

Tranzistor je aktivní polovodičová součástka, složená ze tří upravených vrstev polovodiče, která má tři vývody. Každá vrstva je přístupná vývodem, dva vývody na „krajních“ vrstvách (zvané kolektor a emitor) slouží k připojení pro průchod proudu, třetím („prostředním“, zvaným báze) se tento proud řídí pomocí proudu několikrát až několiksetkrát menším, záleží na typu, velikosti a druhu zapojení. Může pracovat ve dvou režimech – jeden je spínací, kdy tranzistor má pouze dva stavy zapnuto a vypnuto (podobně jako vypínač, používá se v číslicové technice a při spínání velkých proudů), druhý je lineární, kdy se tranzistor otvírá a zavírá plynule (jako když otvíráte vodovodní kohoutek) a tím i plynule řídí množství procházejícího proudu (používá se např. v rádiích, zesilovačích atd.). Aby takto pracoval, musí se doplnit potřebným počtem rezistorů (odporů), které omezují proud na hodnoty, které je tranzistor schopný zpracovat bez nebezpečí zničení. Připojené napětí na jednotlivé vývody musí mít správnou polaritu, jinak se tranzistor zničí. Tranzistory se proto vyrábějí v obou polaritách, označovaných NPN a PNP. Označení N a P jednotlivých vrstev je dáno technologií výroby, kdy každá vrstva čistého prvku (např. křemíku, germania) je odlišně dotovaná nepatrným množstvím přiměsi, která jednak umožňuje a zároveň určuje směr proudu. Pokud vrstvy N a P technologicky spojíte, na jejich stykové ploše, nazývané přechod (protože zde přechází jedna vrstva do druhé) dojde k zajímavému jevu, který umožní průchod proudu jedním směrem, ačkoli by teoreticky neměl (vlastně vznikne dioda). Takto se dá vytvořit struktura se třemi (tranzistor), čtyřmi (tyristor), a pěti (triak) přechody. Tento popis je velice zjednodušený, všechno je výrazně složitější, ale snad to laikům k pochopení stačí.

Tranzistory se určují napětím, proudem, zesilovacím činitelem a výkonem (další parametry nás zase tak moc nezajímají). Napětí má hranici, při které tranzistor v zavřeném stavu brání průchodu proudu, při zvýšení se prorazí a zničí. Proud se projevuje tepelnými účinky, pokud přesáhneme kritickou hranici, tranzistor shoří. Zesilovací činitel (β) určuje, kolikrát menším proudem můžeme řídit proud hlavní, jeho hodnota není konstantní, záleží na typu zapojení a velikosti řízeného proudu. Ve spínacím režimu klesá β z hodnoty např. 350 až na 20 i méně, pokud chceme tranzistor opravdu úplně otevřít. Výkon je vlastně ztráta tepla na tranzistoru, kterou je schopen s pomocí přídavných chladičů rozptýlit. Tato hodnota je důležitá v lineárním režimu, protože se vlastně chová jako proměnný odpor a podle Ohmova zákona na něm vzniká úbytek napětí, který když vynásobíme proudem, dostaneme výkon ve wattech, který se mění v teplo. Ve spínacím režimu je úbytek napětí od 0,3 do 3,5 V (podle typu tranzistoru, velmi důležitá hodnota pro zapalování!!!), takže je možné spínat výkon několikanásobně vyšší bez nebezpečí poškození součástky. Takže pokud se tranzistor ve spínacím režimu nadměrně zahřívá, někde je chyba a je ji potřeba rychle najít. Existuje jedno zapojení dvou tranzistorů společně, kterému se říká podle svého objevitele Darlingtonovo. V tomto zapojení se β násobí, takže pokud mají oba tranzistory β 400, teoretický zesilovací činitel je 160 000. V praxi to znamená, že je možné velmi malým proudem řídit proud značně vysoký. Jedinou slabinou je dvojnásobný úbytek napětí v otevřeném stavu (oba úbytky tranzistorů se sečtou). „Darlingtony“ se vyrábějí v pouzdře jako „jeden tranzistor“, zesilovací činitel se omezuje pomocí odporů na praktičtější hodnotu asi 2 – 25 000, v pouzdře bývá také ochranná dioda proti záporným špičkám. Tyto tranzistory se hojně používají jako výkonové tranzistory v zapalovacích soustavách.

U tranzistoru se používá slovo SATURACE. (Není to sprosté slovo.) Jde o jev, který nastává v případě, že chci tranzistor úplně otevřít (tranzistor není ideální součástka a nechová se jako čistokrevný kontakt). Příslušný přechod se přesytí elektrony a tím se dosáhne maximálního otevření, elektrony se tam zatím pěkně usádlí a pokud chci tranzistor zavřít, nejdříve musím tyto elektrony donutit, aby zvedly zadky a vypadly, chvíli jim to trvá, tranzistor se má snahu po tuto dobu chovat jako by byl v lineárním režimu a teprve poté se začne zavírat, a to už docela svižně. Takže saturace zakulacuje ostrý přechod z jednoho stavu do druhého, což se nám moc nehodí. Snižuje to rychlost zavření tranzistoru, která je pro indukci velmi důležitá.

 

Toto byl popis nejrozšířenějších tzv. bipolárních tranzistorů, existují i jiné druhy tranzistorů, tzv. unipolární, které se neřídí proudem, ale elektrickým polem. Zatím se vývoj zapalování těmito tranzistory nezabýval, i když vidím některé typy jako velmi vhodné pro další pokusy.

 

Tyristor je výhradně spínací součástka, nelze ho provozovat v lineárním režimu. Proud protéká jen jedním směrem. Svým způsobem jde o diodu s ovládáním, tyristor je schopen usměrňovat střídavý proud. Jeho vlastností je schopnost zapnutí krátkým impulzem, tyristor se prudce otevře a je trvale otevřen do doby, než poklesne procházející proud na nulu. Jinak se zavřít nedá. (Dá, ale to se vzhledem k nebezpečí poškození součástky nedoporučuje.) Vyrábí se v obou polaritách. Nejvíce se používá k řízení pomocí „ořezávání“ půlperiod střídavých proudů, kdy speciální obvod zajistí správný okamžik otevření tyristoru krátkým impulzem a při průchodu střídavého proudu nulou se zavře. Jeho zvláštností je, že při překročení povoleného napětí se nezničí průrazem, ale normálně se otevře. Není to sice doporučovaný provozní stav, ale překročení napětí mu na rozdíl od tranzistoru a diody moc neublíží. V zapalováních se používá k připojení kondenzátoru k zapalovacímu transformátoru.

 

Triak jsou funkčně vlastně dva tyristory zapojené antiparalelně, proto dokáže spínat i střídavý proud (ale každá půlvlna se musí zvlášť sepnout). Chová se stejně jako tyristor, ale spínací rychlost je menší a tak je použitelný asi do 400 Hz. V zapalováních se proto nikdy nepoužíval.

 

Pokud některý z laiků něco z tohoto popisu pochopil, budu to považovat za svůj úspěch.

 

Prvopočátky elektronických zapalovacích systémů zasahují do 60. let minulého století, kdy se podařilo vyrobit tranzistory s dostatečně vysokým průrazným napětím. Zpočátku se pouze tranzistorem nahrazovaly kontakty, které pak sloužily pouze jako ovladač tranzistorů. Vůbec prvním známým pokusem bylo použití jednotranzistorového zapalování s tranzistorem se závěrným napětím pouze 60 V (Delco), cívka měla převodový poměr 1:400. Celé zapalování mělo 6 součástek. Kontakty nebyly přemostěny kondenzátorem. Lucas už použil speciálně vyvinutý tranzistor na 500 V, zapalování bylo dvoutranzistorové a tak mělo o součástku více. Používaná byla cívka se sníženou indukčností s předřadným odporem (proud nebyl ještě elektronicky omezován). Bosch použil Darlingtonovo zapojení a zapalování mělo 17 součástek, indukční cívka už cosi o tranzistorech věděla (odpor primárního vinutí 0,4Ω a předřadné odpory 0,4Ω a 0,6Ω, ten větší se při startu přemosťoval). Ze zapojení jsem nepochopil způsob omezování proudu, mohla tam být chyba, bylo to ručně překreslováno z originálu. Podle propočtu totiž do primáru cpali skoro 10 A. Všechny tyto zapalování byly řízeny problémovými kontakty. Jak jsem uvedl výše, správně navržený kontakt se díky průchodu vlastně „střídavého“ proudu dokázal udržet ve formě i 50 000 km. Pokud jej elektricky odlehčili a převedli na spínání malého stejnosměrného proudu, kontakt svoji samočistící schopnost ztratil a zákonité narůstání pahorku na jednom a vytváření kráteru na druhém kontaktu se muselo velmi zrychlit (ověřeno vlastní zkušeností). Mechanicko-dynamické vlastnosti kontaktů se nezměnili a tak tyto soustavy byly jen přechodným řešením. Většinou se používaly pro dodatečnou montáž, velcí automobiloví výrobci je nebrali vážně.

Velmi prudký rozvoj elektronických zapalovacích soustav nastal po roce 1973, kdy po celosvětové energetické krizi a hlavně tlaku ze strany ekologie v USA museli všichni výrobci automobilů snížit spotřebu a přejít na používání bezolovnatého paliva a později také katalyzátorů, kde bylo nutné omezit pokud možno na nulu vynechávání zážehů, protože nespálené palivo ohrožuje životnost katalytického systému. A protože Američani jsou svým způsobem líní jako přežraní vepři a navíc dost tupí, muselo toto zapalování být co nejblbuvzdornější. Celý rozdělovač byl nerozebíratelný (aspoň pro normálního smrtelníka), vše patřičné se ukrylo dovnitř a namontovalo do jediné možné polohy (nešlo seřizovat). Z tohoto důvodu se musely kontakty nahradit něčím, co se dlouhodobě (pokud možno na věky) nemuselo ošetřovat. A tak vznikly první konstrukce bezkontaktních elektronických zapalování. Jako snímače polohy se začaly používat snímače známé z měřící a regulační techniky, jen se konstrukčně upravily na těžké provozní podmínky v automobilech. Zpočátku velmi oblíbené optické systémy byly rychle nahrazeny snímači indukčními několika druhů a později – díky technologickému pokroku – se začaly hojně používat magnetické snímače na principu Hallova generátoru, které nyní převládají.

Optické snímače pracují na principu snímání světla, které v patřičném okamžiku zakryje neprůsvitná clona (nebo naopak). Jako zdroje světla se používala miniaturní podžhavená žárovka (dvě, aby při poruše jedné z nich zapalování neztratilo funkčnost) a později LED dioda, snímacím prvkem byl fototranzistor. Systém se špinil a tak byla občas kontrola nutná. Problémy se neodstranily ani při použití LED diod s infračerveným zářením, nebyly sice na zašpinění tak citlivé, ale problém malé teplotní odolnosti (asi do 85°C) přetrvával. Výhodou byla rychlost a přesnost spínání a na nastavování nebylo nutné vlastnit speciální pomůcky. General Electric používal optosystém u svého kondenzátorového zapalování. V Evropě se v prvovýrobě nepoužívají (aspoň o tom nevím).

Indukčních typů se používá několik. Nejznámější je u nás (díky Favoritu) velmi populární typ s otáčivými můstky. Funguje na stejném principu, jako magneto – průchodem permanentního magnetu kolem cívky se v ní naindukuje napěťový impulz, který se dále zpracuje elektronikou a určuje okamžik zapálení jiskry. Je jasné, že snímač vypadá dost odlišně od magneta, ale základní princip je stejný. V praxi se dnes ustálilo provedení, kde je na hřídeli rozdělovače místo vačky hvězdice z magneticky měkkého materiálu, která má tolik ramen, kolik má motor válců. Pod ní je permanentní magnet, který ji magnetuje. Na obvodu tělesa rozdělovače jsou na určených místech ocelové výstupky ve stejném počtu jako ramen hvězdice. Tyto výstupky jsou součástí jádra cívky, do které se indukuje napětí. Při otáčení hvězdicí se při průchodu ramen v těsné blízkosti výstupků indukuje napětí v cívce. Podle velikosti, tvaru ramen a výstupků má výstupní impulz tvar. Tohoto principu se využívá při řízení doby plnění cívky, aby byla pokud možno konstantní. Na indukování impulzů by stačil jen jeden výstupek, ale měřením se zjistilo, že se impulz díky rozptylu výrobních tolerancí pro každý válec mění. Použití čtyř výstupků, přestože každý z nich dává jiný impulz v jednom momentě, má výhodu v tom, že se všechny dohromady v cívce zprůměrují. Proto je každý impulz téměř stejný. Výhoda tohoto snímače je v neomezené životnosti, nic po sobě neběhá a indukovaný proud je malý. Nevýhodou je velmi malé indukované napětí v malých otáčkách, kdy pod určitou hranicí otáček (asi 35 ot/min) je impulz nepoužitelný. Vzniklé vysoké napětí impulzu ve vysokých otáčkách není problém elektronicky omezit. Pokud motor stojí, není indukován žádný impulz. Při průchodu ramena hvězdice kolem výstupku se vždy indukují impulzy dva (stejně jako v magnetovém zapalování), jeden záporný a druhý kladný, jen jeden z nich se využívá k řízení doby sepnutí, druhý se ignoruje. Dalším typem je snímač s oscilátorem a vazebními můstky. Místo hvězdice je kotouč z magneticky nevodivého materiálu, v kterém jsou umístěny feritové vložky podle počtu válců. Snímačem jsou dvě cívky ve feritovém hrníčku navzájem od sebe magneticky odstíněné. Jedna z nich je trvale buzena pevným kmitočtem z oscilátoru, při podsunutí feritové vložky rotoru pod snímač se zesílí magnetická vazba pro druhou cívku a tak se do ní indukuje střídavé napětí z cívky první. Tento signál se potom elektronicky zpracuje pro řízení zážehu. Výhodou je necitlivost na rychlost otáčení rotoru, protože dokud je vazba mezi cívkami, indukuje se střídavé napětí trvale. Pokud při stojícím motoru zůstanou zrovna ferity proti sobě, dostáváme trvalý signál. Kmitočet musí být dostatečně vysoký, aby se i ve vysokých otáčkách stačilo něco naindukovat. S tímto snímačem udělal díru do světa Lucas. Indukční snímače na principu zatlumení oscilátoru při přiblížení ke kovovému předmětu mají stejné vlastnosti, ale většinou mají malou spínací rychlost, tím se vnáší do systému další chyba, která se musí řešit korekcemi v programu počítače. Nevím, jestli se v automobilové technice používají, zatím jsem se s nimi nesetkal.

Vůbec nejlepším snímačem je Hallův generátor. Jde o součástku na principu Hallova jevu, kdy se při průchodu magnetického pole kolmo na čip vytvoří na výstupu napětí v mV přímo úměrné magnetickému toku. Princip je to relativně starý, ale o jeho rozšíření se postaral až snad Philips, který začal vyrábět celou škálu těchto generátorů. Např. na jeden čip sloučil Hallův generátor, zesilovač a vyhodnocovací obvod, který dvoustavově (zap. – vyp.) reaguje na přítomnost magnetického pole. Potom stačí vzít tyto součástku o rozměru cca 3×2 mm se třemi vývody, patřičně připevnit, přivést 5 V, na otevřený kolektor NPN připojit vstup zapalování a pomocí přizpůsobeného magnetického obvodu můžeme těžce frajeřit. Mechanicky se to řeší tak, že je snímač v jednom držáku proti sobě s magnetem a štěrbinou mezi nimi probíhá ocelová deska s výřezy, která vždy svede magnetické pole mimo osu snímače. Celé je to tak malé, že s tím lze nahradit kontakty v původním rozdělovači. Spínací rychlost 25 kHz a 125°C není žádný problém, cena samotného Hallova generátoru okolo 60,- Kč je problém ještě menší. (GES electronic v katalogu nabízel svého času integrovaný senzor KMI 15/1. Tento senzor má z jedné strany mrňavý magnet a z druhé strany snímá např. ocelové zuby nějakého kola. Napájení cca 12 V, výstup proudový 7 mA (bez zubu) a 14 mA (se zubem) při max. teplotě 85°C. Snese i větší teplotu, potom jsou hodnoty proudů trochu jiné. Není sice úplně nej, ale hodit se může.) Dnes vlastně všechna nová vozidla mají Hall, buď ještě jako součást rozdělovače, nověji (a lépe) na setrvačníku. Pokud máte zájem, vykuchejte rozdělovač z Felicie 1,6.

 

Takže snímače polohy klikového hřídele bychom měli. Teď tedy k elektronickému zapalování. Celý problém indukčního zapalování tkví jen a pouze v protichůdných požadavcích na hodnotu odporu a velikost indukčnosti primárního vinutí, vynucené použitím kontaktů jako ovládacího prvku. Abychom nemuseli mít bolení hlavy s kontakty, nahradíme je tranzistorem. Jenže – tranzistor má v otevřeném stavu nějaký úbytek napětí i když je v saturaci. Tento úbytek může podle typu dosáhnout až 3,5 V a toto napětí se odečte od napájecího, takže místo 14 V máme jen 10,5 V. Pokud použijeme původní zapalovací cívku, spočítanou pro kontakty (dobrý kontakt má úbytek asi 50 mV) a přepočteme podle Ohmova zákona proud primárním vinutím, najednou zjistíme, že zapalování je vlastně ještě horší než původní kontaktní. Z tohoto důvodu byly vyvinuty speciální tranzistory pro elektronická zapalování, kde je saturační napětí výrazně nižší. Saturační napětí se zvyšuje se závěrným napětím tranzistoru, proto používat tranzistory na 1 000 V je zbytečný a škodlivý přepych (např. SU 169). Ale i přesto, že máme tranzistory se saturací jen 1,1 V, je to přesto ještě mnoho. Protože saturace je také omezující činitel. Jak jsem uvedl výše, saturace zpomaluje zavírání tranzistoru se všemi negativními důsledky na tvorbu jiskry. Aby se využily všechny vlastnosti tranzistoru, je zapotřebí ho dostat ze saturace do lineárního režimu. Není to nic těžkého, ale v tom případě se zvýší úbytek napětí na tranzistoru a jsme tam, kde jsme nechtěli být. Všechna zveřejněná tranzistorová zapalování, která byla zapojena jako klasická a používala klasickou zapalovací cívku, jsou z důvodu vlastností tranzistoru energeticky horší, než kontaktní, ať je jejich vnitřní zapojení sebegeniálnější. Pokud se někomu zdálo po montáži, že se chování motoru zlepšilo, šlo jen o subjektivní dojem podpořený tím, že při takovéto akci většinou došlo k seřízení motoru a zapalovací soustavy (předstih, úhel sepnutí atd.). Jediné zlepšení, které mohlo nastat, že se použil daleko menší kondenzátor na přemostění tranzistoru a tím se zvýšila strmost čela impulzu. U starších konstrukcí motorů, kde se často zaolejovávaly svíčky, to mohlo význam mít. Pokud někdo osvícený použil cívku s předřadným odporem a tento odpor vyřadil, poměry se znatelně zlepšily a získaná energie se mohla přiblížit původnímu kontaktnímu zapalování. Většinu zveřejněných zapalování tohoto typu jsme měřili a naše předpoklady byly do puntíku splněny. Nejvíc nadskakuji, když někdo šetří kde nemá a pořídí si za velký peníz bezkontaktní rozdělovač (kterému ani nepřestaví odstředivou regulaci) a elektronický spínač z Favorita, ale cívku (za babku) nekoupí a ponechá původní s předřadným odporem, který nevyřadí. A takových šikulů vidím na internetu dost a ještě se tím chlubí. Ono to sice jiskru dává, ale jakou! (Aspoň vidíte, jak jsou kontaktní zapalování výkonné.) Je smutné, když publikují „vynikající konstrukce“ elektronických zapalování lidé s různými tituly (ing., RNDr.), kteří na něco „objevného“ přijdou a svorně zopakují všechny chyby svých předchůdců. Občas se jim omylem (vůbec neví proč) podaří eliminovat určitá negativa v úzkém a málo používaném rozsahu provozních stavů, ale na druhé straně zhorší parametry v důležitějším zbytku (a ještě za to dostanou honorář).

 

Pokud chcete vytvořit skutečně celkově energeticky silnější zapalování, musíte mít jinou zapalovací cívku. Jak jste si přečetli v předchozích řádcích, pro výkon ve vysokých otáčkách je důležitá co nejmenší časová konstanta, aby se cívka bleskově nabila. Odpor vinutí nás až tak moc nezajímá, tranzistor snese daleko více než kontakty a tak je rozhodujícím faktorem indukčnost, která by měla být co nejmenší, ale zase ne moc, potom klesá energie jiskry. Takže si vezmeme cívku z Favorita, která je na takové zapalování nejvhodnější (zahraniční cívky na tom lépe nejsou). (Teď nepoužijeme rozdělovač ani spínač z Favorita, to umí každý.) Dejme tomu, že již máme vyřešené snímání Hallem nebo něčím podobným a tak nás tato věc nebude rozptylovat. Jako řídící obvod, který nám zabezpečí konstantní dobu plnění cívky, lze úspěšně použít obvod L 482 podle katalogového zapojení (jinak to ani nejde). Jako výstupní prvek se použije tranzistor BU 921, 931 apod. (pozor na přípojná písmena, protože např. BU 921 má dalších 8 podtypů (BU 931 šest) a ne všechny mají požadované parametry!). Každopádně musí jít o Darlington na 400 – 450 V a min. 10 A (hlavně se musí rychle zavírat, rychlost otvírání není tak důležitá). Pokud je v katalogu nějaký typ přímo určen pro zapalovací soustavy, nepřemýšlejte a berte. Pokud použijete obvod L 482, ten za vás spoustu věcí vyřeší, protože jsou v něm integrovány všechny ochrany a omezení. Pokud budete řešit dobu plnění jinak (bez mikroprocesoru velmi obtížně, ale jde to), je nutné ochrany zapojit individuálně. Proudová ochrana se řeší klasickým způsoben pomocí měřícího odporu 0,1 Ω/5 W v emitoru a dalším tranzistorem (stačí BC 639). Tato ochrana je bezpodmínečně nutná, jinak je téměř stoprocentní jistota spálení tranzistoru při „chybě“ v řízení doby sepnutí (dost častý jev, stačí ponechat zapnutý klíček při stojícím motoru). Přepěťová ochrana buď Zenerovou diodou na cca 360 V (2×180 V v sérii), která se zapojí mezi kolektor a bázi BU 921 (ještě lepší než Zenerka je transil). Tranzistor přemostíme kvalitním kondenzátorem 33 nF/1 000 V, nad touto hodnotou nespekulujte, měřilo a zkoušelo se dost dlouho na to, aby se našla správná hodnota. Budící proud musí být okolo 200-250 mA, takže odpor vychází 56 Ω/5 W, pro tranzistory na 15 A stačí 68 Ω. Tento odpor spínáme tranzistorem PNP (BC 640). Pokud použijete proud menší, tranzistor nedostanete do saturace a tím ztrácíte všechny výhody této zapalovací cívky.

To bychom měli. A jak to vlastně funguje. Připojíme svorku č. 1 ke kolektoru BU 921, na svorku č. 15 přivedeme palubní napětí (14 V). Teď sepneme PNP tranzistor, přes odpor 56 Ω začne do báze BU 921 téct proud, tranzistor se otevře až do saturace a primárním vinutím začne protékat proud. (Odpor primáru je někde okolo hodnoty 0,75 Ω, téměř zkrat.) Protože indukčnost vinutí způsobuje pomalejší narůstání proudu, dosáhne se proudu 6 A za 2 ms. Teď začne pracovat omezovací tranzistor BC 639 s pomocí odporu 0,1 Ω. Na něm se vytvoří úbytek napětí 0,6 V, který způsobí otevírání tranzistoru. Toto otevření ale zpětně přivře BU 921, dostane ho ze saturace do lineárního režimu. Ustálení poměrů nastane asi za 0,5 – 1 ms (krásně vidět na osciloskopu). Teď dá Hall povel k uzavření tranzistoru PNP, ten přeruší proud do báze BU 921 a tento se díky odporům uvnitř pouzdra velmi rychle zavře. Tím prudce zanikne proud primárem a stejně jako při rozpojení kontaktů vznikne na sekundáru vysokonapěťový impulz. Takto při dodržení konstantní doby plnění cca 3 ms (2 ms v saturaci + 1 ms desaturace) dává plnou energii od nuly do 6 000 ot/min. Lépe to nejde vymyslet, vše se zkoušelo. (Pokud má někdo lepší zkušenost s aktivním zavíráním, je to asi tím, že nepoužívá desaturaci a odvedení elektronů z přechodu je tranzistorem rychlejší než integrovanými odpory v řádech kΩ. Takové řešení pravděpodobně zlepší činnost zapalování s klasickou cívkou.) Cívka s ještě menší časovou konstantou pro běžný provoz nemá význam a špatně se technologicky řeší. Zvyšování primárního proudu nad cca 6,5 A ztrácí smysl, jiskra lépe nezapálí a navíc se pro dosažení proudu 8 A prodlouží doba plnění o dalších 0,66 ms. (Udávaná hodnota 6 až 8 A v technických listech zapalování Favorit je rozptyl, který nastává při výrobě používáním součástek s tolerancí pokud možno co největší (20%) – tyto součástky jsou nejlevnější. Ve vysokých výrobních počtech se počítá každý desetník.) Pokud si někdo myslí, že 6 A je málo, ať se zkusí za chodu dotknout vývodů cívky, smíchem se neudrží minimálně čtvrt hodiny.

Cívka z Favorita nemá nijak zvlášť malou indukčnost, použitá hodnota asi 3 – 4 mH je kompromisem mezi velikostí dosažené energie a maximálním proudem. Časová konstanta je větší, ale je vypočítaná pro proud asi 17 A. Rychlost nárůstu proudu je díky malému odporu vinutí výrazně vyšší a na osciloskopu se do 6 A jeví jako přímka. Protože se už technicky vyčerpala možnost „narovnávání“ nárůstu proudu, další snižování indukčnosti by přineslo pokles dosažitelné energie. Krátká doba 2 ms stačí pro dosažení proudu 6 A, na kterém začíná desaturace tranzistoru a to nám ke štěstí bohatě stačí.

Jeden paradox – přestože máme lepší cívku, energie jiskry je dokonce o něco menší, než maximálně dosažitelná při použití klasického kontaktního zapalování (přes 60 mJ, jak jsem uvedl výše). Je to dáno tím, že množství akumulované energie je dáno velikostí indukčnosti primáru a čtverce proudu. Pokud tedy z hlediska rychlosti nárůstu proudu snížíme indukčnost, musíme zvýšit procházející proud. Obojí je na sobě závislé a tak se dostaneme na nějakou hranici, která se technicky nedá překročit (v nízkých otáčkách ano, tam je dost času na větší nárůst proudu, ovšem konstrukce cívky PAL na to není počítaná). Energie jiskry u Favorita se pohybuje někde okolo 45 – 55 mJ. To je hodnota více než dostatečná. Rozdíl je v jednom – elektronické zapalování má konstantní energii jiskry a totéž se dá říct o dosaženém sekundárním napětí a strmosti čela impulzu v celém rozsahu provozních otáček (0 – 6 000 ot/min), protože doba plnění cívky je pořád stejná a také rychlost zavření tranzistoru („rozepnutí kontaktů“) je konstantní. V tomto je největší síla elektronických zapalování, protože vstupní podmínky pro vytvoření jiskry jsou vždy stejné a tedy i jiskra je stejná a možnost vynechání zážehu klesá k nule.

Co se začne dít při překročení otáček 6 000 ot/min. Vlivem stále vyšších otáček a změně řídícího impulzu ze snímače (při použití L 482 zůstává při překročení těchto otáček doba sepnutí úhlově konstantní – jako u kontaktů – v poměru 3:7) začne se zkracovat doba plnění. Nejdříve se vyčerpá „klobouček“ desaturace (někde na 9 000 ot/min) a potom tranzistor začne rozpínat pomaleji, to ovlivní sekundární napětí a energii jiskry. Ještě je pořád dost energie na zapálení, ale už začíná kolísat a pomalé zavírání tranzistoru ovlivňuje i moment vytvoření jiskry, takže se částečně rozhodí i předstih (chybu lze zanedbat). Při dalším zvyšování otáček začíná klesat proud primárem a navíc se zkracuje doba na dokmitání (vybití) cívky. Pokud použijeme elektronický spínač z Favorita, zpoždění v obvodu již dávno vyřadí zapalování z činnosti. Jinak se začne jiskra čím dále rychleji zeslabovat, až zapalování zkolabuje úplně. Kdy to přesně nastane si z PALu nepamatuji a ani jsem to nikdy neměřil. Každopádně lze cívku použít do 8 200 ot/min, škodovky víc netočily (rozvod OHV je příliš pružný na vyšší otáčky, vysvětlím v článku o motoru). Pokud chce někdo za každou cenu mít konstantní energii až do těchto otáček, ať použije dvouvývodové cívky z Felicie 1,3 MPi. U nich je dvojnásobná doba na plnění, tam má rezervu až do 12 000 ot/min.

 

Teď už víte, že kombinovat rozdělovač s elektronickým spínačem z Favorita s klasickou zapalovací cívkou je to nejhorší, co můžete svému fáru udělat. Máte sice také „konstantní energii“, ale někde na spodní hranici funkčnosti. Navíc o desaturaci si můžete nechat zdát, protože proud přes klasickou cívku nedosáhne nikdy 6 A, kdy začíná desaturační fáze.

 

BU 921 byl prvním specializovaným Darlingtonem pro elektronická zapalování (Siemens, Telefunken). Podařilo se technologicky vyřešit malé saturační napětí při relativně vysokém závěrném napětí C-E 400 V. Velký proud do báze je skutečně nutný, jinak se saturace nedosáhne. Kdysi dávno se mi dostalo do ruky schéma zapalování od Siemense řízené optickým snímačem, kde byla hodnota odporu báze uvedených 56 Ω. Zdálo se mi to málo, že je tam asi chyba. Tak jsem si ho postavil a na osciloskopu pozoroval průběhy. Podle výše uvedených hodnot součástek vzrůstá proud primárním vinutím prakticky lineárně. (Jakmile jsem proud zmenšil, okamžitě došlo k zakulacení průběhu nárůstu proudu a tím se významně zvětšila časová konstanta. Tranzistor dal okamžitě najevo svoji nevoli zvýšením teploty.) Aktivace proudového omezení není okamžitá, dojde k překmitnutí asi o 0,5 A (zobrazí se jakoby klobouček) a poté už drží trvale vodorovnou přímku na 6 A. Doba trvání „kloboučku“ je okolo 0,5 – 1 ms. Zavření tranzistoru (zánik proudu) se mi nepodařilo zrychlit, tranzistor je nezřízeně rychlý sám o sobě. V některých schématech je přemostění tranzistoru kondenzátorem vypuštěno, funguje to i bez něj, ale pokud připojíte hodnotu 33 nF, změní se charakter jiskry, jakoby byla teplejší. To mi později potvrdili i z vývoje PALu, kondenzátor v zapalováních pro Favorita je. Dnes existují zapalovací tranzistory na proudy větší, potom stačí dát odpor 68 Ω, v procentuálně menších poměrech proudů (maximální tranzistoru a skutečně používaný provozní) stačí menší buzení. V bývalé NDR vyráběli ekvivalent SU 111, nikdy jsem ho neměl v ruce a tak nevím, jak se chová. Výrobek Tesly KU 921 v pouzdře TO 220 se mi neosvědčil, tranzistor byl nějaký nakřáplý a nechoval se v saturaci a desaturaci jak měl, hledal jsem to v chybě zapojení nebo jiné vadné součástce, po výměně za BU 921 bylo vše v pořádku. Možná to byla chyba kusu, další jsem již nezkoušel. V pouzdře TO 3 jsem ho nesehnal a nevím, jestli ho Tesla vůbec vyráběla.

 

Ještě bych osvětlil laikům co to je „konstantní doba plnění“ a co to obnáší v praxi. Každá cívka potřebuje určitou dobu na to, aby se průchodem proudu „nabila“. Tato doba je konstantní pro konstantní napětí (které by měl ve vozidle zajišťovat alternátor, většinou to tak je). Za tuto dobu dosáhne primární proud, jehož velikost dává množství energie, maxima. Nejprve si na příkladě kontaktního zapalování ukážeme další nedostatek kontaktů. Klasická cívka má tuto dobu asi 12 -15 ms. Pokud tuto dobu zkrátíme, cívka nepojme dostatečně velký náboj, protože proud díky indukčnosti vinutí nedosáhne maximální hodnoty a energie jiskry se zmenší. Pokud tuto dobu prodloužíme, nezískáme nic, „přebytečný“ proud se pouze změní v teplo (zbytečná ztráta). Výrobci rozdělovačů udávají při seřizování kontaktů hodnoty odtrhu v milimetrech a doby sepnutí v procentech. Platí pro kontakty v dobrém stavu, neobroušené a neopálené. Odtrh bývá 0,35 – 0,45 mm a úhel sepnutí 50 – 55 %. Odtrh je nám jasný, úhel sepnutí je takto uváděn proto, protože jde o univerzální hodnotu daného typu kontaktů pro všechny motory bez ohledu na počet válců. Jde o procentuální vyjádření vzdálenosti otočení vačky přerušovače mezi jednotlivými zážehy. Takže pokud udávám 55 %, značí to u čtyřválce 49,5° a u šestiválce 33°. Po tuto dobu otočení hřídele rozdělovače musí být kontakty sepnuty. Geometrické poměry odtrhu kontaktů a ovládací vačky při neopotřebených kontaktech zaručují dodržení obou hodnot při seřízení jen jedné z nich. Pokud nelze jednu z hodnot nastavit, značí to opotřebení kontaktů (vačka se opotřebovává neznatelně) a měla by co nejdříve následovat výměna. A teď k jádru pudla – takto seřízené kontakty jsou jen jakýmsi vynuceným kompromisem, aby zapalování dávalo dostatečnou jiskru v celém používaném rozsahu otáček. Ve volnoběhu při 800 ot/min je doba u čtyřválce mezi zážehy 37,5 ms, při úhlu sepnutí 55 % je doba plnění 20,6 ms, což je více než dostatečné. Při 5 000 ot/min je to jen 6 ms a doba plnění pouze 3,3 ms, takže i energie jiskry významně poklesne. Podle průběhu křivky budícího proudu zjistíme, že významný pokles energie nastává při době plnění pod 5 ms, mezi 15 a 5 ms poklesne maximální proud ze 3,5 na 3 A, při poklesu doby sepnutí pod 5 ms nastává úbytek proudu výrazně rychleji, takže při takto seřízených kontaktech se dá počítat se slušnou jiskrou do 3 200 ot/min, potom začne energie klesat rychleji, než odpovídá nárůstu otáček (vzpomeňte si na fintu s překlemováním předřadného odporu). Vzpomínaných 55 % je dáno hlavně mechanicko – dynamickými vztahy při řešení vzájemné geometrie vačky a kontaktů. Pokud nastavíte jiný úhel sepnutí, projeví se to ve špatné funkci kontaktů ve vysokých otáčkách a snížením životnosti. Větší úhel sepnutí = menší odtrh a tím větší oblouk mezi kontakty. Menší úhel pro změnu odtrh zvětší, sice oblouk lépe zháší, ale vratná pružina nestačí kontakty ve vysokých otáčkách vracet a hlavně se sníží doba plnění cívky. Kontakt je skutečně neřešitelný problém. V případě použití bezkontaktního elektronického zapalování s patřičnou cívkou se poměry výrazně zlepší. Časová konstanta je daleko menší a k proudu takřka dvojnásobnému se dopracujeme za 2 ms. Pokud připočítáme 1 ms na desaturaci, máme plnou energii k dispozici za 3 ms. Doba mezi zážehy při 6 000 ot/min je 5 ms a protože nejsme omezováni úhly sepnutí jako u kontaktního zapalování, můžeme i v těchto otáčkách dodržet potřebný čas plnění cívky a dostaneme vždy plnou energii jiskry. Zbylé 2 ms jsou na dokmitání cívky bohatě dostačující. Ovšem na druhé straně takto pojímané řízení doby sepnutí, které bude zaměřeno na maximální otáčky, by bez speciálního řídícího obvodu udělalo v otáčkách volnoběhu z tohoto zapalování doslova žrouta energie – cívka by byla plněna po dobu 35,5 ms, tzn. o 32,5 ms déle, než je zapotřebí. Tranzistor i zapalovací cívka by se přehřívaly (tranzistor by po tuto dobu byl provozován v lineárním režimu), cívka by rozptylovala asi 27 W a tranzistor okolo 57 W. Proto se pro řízení doby sepnutí – prakticky jde o změnu úhlu sepnutí od asi 8 do 60° otočení rozdělovače – která se v praxi pohybuje mezi 3 a 3,5 ms, používají buď speciální integrované obvody (jako výše uvedený L 482), nebo se využívá tvar impulzu z indukčního snímače s hvězdicí. Velikost impulzu se mění s otáčkami, ale časová šířka zůstává konstantní a ta se dá patřičně navrženým obvodem využít ke spínání proudu. Při vývoji takového snímače musíme mít především na zřeteli jeden důležitý moment – zadní hrana impulzu, která zavírá tranzistor, musí přicházet vždy ve stejné poloze hvězdice vůči výstupkům na obvodu tělesa rozdělovače, jinak bude ovlivňovat předstih zážehu a to až tak, že žádný mechanický regulátor nebude schopný provést korekci. U Favorita je využíván záporný impulz, kladný je ignorován. V určitém bodě záporného impulzu – napětí je blízko nulové hodnotě – Schmittův klopný obvod přepne a otevře výkonový tranzistor, při přechodu zadní hrany záporného impulzu do kladné hodnoty se Schmittův obvod opět překlopí zpět a tranzistor zavře (šup a máme jiskru). Vzhledem k téměř konstantní šířce impulzu a neproměnnému postavení zadní hrany impulzu vůči jádru snímací cívky samočinně řídí plnění cívky po zhruba konstantní dobu. Pokud máte speciální „autařský“ multimetr, lze se průběžně přesvědčit o měnícím se úhlu sepnutí.

 

L 482 je integrovaný obvod (DIL 16, nebo SO 16 SMD – odlišné zapojení vývodů), který má v sobě vše potřebné pro řízení doby sepnutí a omezení (desaturaci) proudu. Navíc plynule zavře tranzistor po 1 s od doby, kdy přestanou přicházet impulzy ze Hallova snímače. Přidá se pár kondenzátorů, odporů a ochranných diod, „béúčko“ a nějaký elektronický snímač polohy klikového hřídele, pokud možno Hall (v rozdělovači). Vstupní signál CMOS nebo HC (5 V) – nejlépe otevřený kolektor, úroveň L má trvat 30% a H 70% doby mezi zážehy. Přechod (hrana) z H do L udává okamžik zážehu. Měřící odpor pro nastavení maximálního proudu je 0,07 Ω. Desaturace je asi 1,2 ms, obvod dokáže udržet konstantní dobu sepnutí při změnách otáček o 80 Hz/s. Jinak je použitelný od 30 do 6 000 ot/min, při vyšších otáčkách nejsou zaručovány katalogové parametry. Chodí bezvadně při teplotách od -40° do + 125° C. Vše včetně tranzistoru lze rozumně dostat na plochu 60×60 mm. Postavil jsem s ním zapalování, vše chodí na první zapojení. Pozn.: tento obvod neumí řídit předstih, pouze zapaluje.

 

Pokud se někdo z vás cítí na stavbu takového zapalování s konstantní dobou plnění bez obvodu L 482, ať nezapomene, že se bod otevření tranzistoru vůči poloze klikového hřídele mění s otáčkami silně nelineárně (zkuste si zhruba po 500 ot/min vypočítat křivku). Snímačem přesně daný bod je jen bod zážehu, snímač může vyrobit více takových bodů, ale ty jsou vždy neměnné vůči klikovému hřídeli. Ono určit přesný bod sepnutí není bez mikroprocesoru vůbec jednoduché, integrované fázové závěsy běhaly jen v úzkém rozsahu nízkých otáček, víc jsem je nedonutil makat ani když jsem jim slíbil dovolenou na Kanárech.

 

Zatím jsem v článku ignoroval velikost sekundárního napětí. Tomuto napětí se přikládá význam, který ve skutečnosti nemá. Konstruovat zapalování na napětí větší než asi 25 kV je zbytečné, protože tak veliké napětí nepotřebujeme. K přeskoku jiskry na svíčce pod kompresním tlakem dejme tomu 1 MPa (10 atm) potřebujeme nějakých 12 kV. Většinou díky zvětšujícímu se předstihu zapalování není v tomto okamžiku tlak tak vysoký a přeskokové napětí klesne na 6 – 9 kV. Jakmile jiskra přeskočí, prostor okolo elektrod svíčky se zionizuje a indukční složka výboje potom probíhá pod napětím asi 1 200 V. Při použití dvouvývodové cívky (dvě takové cívky má Felicia 1,3 MPI), kdy vždy jedna jiskra je pracovní a druhá jde do výfukového zdvihu, se nároky zvýší asi o 2 – 3 kV. Něco málo ubyde v rozdělovači, ale to má vliv minimální. Čím větší sekundární napětí, tím jsou větší nároky na izolace. Při výpadku vn kabelu z rozdělovače se naindukovaná energie nemá kam vybít, pokud proud neteče, má se snahu přetransformovat na ještě vyšší napětí a pak si hledá cestu kudy chce, různé průrazy i dobrých izolantů jdou právě na vrub takovýmto jevům. Jak jsem uvedl v části o vysokofrekvenčním zapalování, 100 kV bylo šlápnutím vedle, i když světlemodrý výboj o délce přes 90 mm a tloušťce 2 mm působil impozantně. Pro spolehlivost chodu je důležitější strmost nárůstu napětí a velikost energie jiskry (jiskra musí být „teplá“) než jeho maximální velikost. Klasická cívka při 4 000 ot/min kolikrát nedá ani 10 kV a přesto auto jede.

 

Dvouvývodová cívka – nic nového pod sluncem. Používala se snad už před válkou u dvoudobých dvouválcových motocyklů. Princip je ten, že primární a sekundární vinutí nejsou jedním koncem spojena, ale každé vinutí je samostatné. (Jedna cívka a jeden kontakt bez použití rozdělovače zapaluje ve dvou válcích.) Jeden sekundární vývod se připojí na jednu svíčku, druhý vývod na svíčku druhou. Hmota motoru uzavírá obvod do série. Při provozu zapaluje na obou svíčkách současně, ale jedna je při kompresním a druhá při výfukovém zdvihu, takže se navzájem nehádají. Problémem je nevýhodná technologie výroby a také zvýšené rušení a opal svíček, na každé z nich je obrácená polarita napětí, proto se časem od používání upustilo. Toto zapalování opět oprášil Citroën u vozu Visa. Pokud jde o řadový čtyřdobý čtyřválec, lze se pomocí dvou dvouvývodových cívek elegantně zbavit rozdělovače, pro řízení předstihu se použije mikroprocesor. Jedna cívka je pro 1. a 4. válec, druhá zapaluje ve 2. a 3. válci. Takto vyřešila Škoda zapalování u Felicie 1,3 MPi. Hliníkový odlitek lišty odstiňuje rušení. S opalováním svíček to nebude asi moc žhavé, když se mění po 30 000 km. Pokud se někomu z vás stalo, že lišta z cívkami odešla, nezoufejte. Většinu závad tvoří uvolněný spoj mezi konektorem a vlastním systémem cívek, stačí vyškrábat izolační hmotu z přední strany lišty v zaslepeném okénku u konektoru a důkladně spoje propájet. Nějakým silikonem to zalijte a máte ušetřené peníze. Lištu jsem nikdy úplně nekuchal, ale podle měření na konektoru jsou asi výkonové tranzistory s příslušným smetím součástí lišty a z počítače jde jen řídící signál. Víc by vám řekli kluci z tuningových firem, co počítače přeprogramovávají.

 

 

Kapacitní zapalování:

 

Vzniklo v době, kdy nebyly dostupné vysokonapěťové tranzistory. Tyristory tehdy nebyl problém vyrobit se závěrným napětím přes 500 V a tak se to vymyslelo následovně. Uchopil se kondenzátor 1 μF / 350 V, generátor asi 15 kHz , feritové zvyšovací trafo 12 V / 300V, usměrňovač a zmiňovaný tyristor. Po zapnutí napájení generátor přes trafo a usměrňovač nabije kondenzátor na napětí okolo 300 V. V momentě rozepnutí kontaktů nebo impulzu ze snímače tyristor připojí kondenzátor na primární vinutí klasické zapalovací cívky. Protože cívka neslouží k akumulování energie, ale jen jako transformátor, kondenzátor se vybije velmi rychle a tím způsobí vysokonapěťový impulz na sekundárním vinutí s velmi ostrým nárůstem napětí. Tyristor se automaticky zavře po vybití kondenzátoru. (Rozdílem proti indukčnímu zapalování je, že tam se pro vytvoření jiskry musí tranzistor zavřít, u kapacitního se tyristor otevře.) Energie je sice dost, ale vybije se velmi rychle, takže v případě značně nehomogenní směsi v okolí elektrod cívky nemusí dojít při prvním přeskoku a rychlém vybití kapacity k zapálení a potom už není žádná energie k zapálení dostupná. Jinak toto zapalování má rychlost, konstantní energii, malou spotřebu a dobrou spolehlivost. Příliš se nerozšířilo, protože je výrobně dražší (výroba zvyšovacího trafa) než elektronické indukční. PAL vyráběl tyristorové zapalování s bezkontaktním rozdělovačem pro Tatru 613, protože tehdy (1971) nebyly vhodné tranzistory k dispozici a na ceně nezáleželo.

 

Kapacitní zapalování opět před asi 18-ti lety použil SAAB a nazval ho SDI (SAAB Direct Ignition). Šel na to dost fikaně, řešení je odlišné od nám známých systémů. Zapalování nemá rozdělovač. Na každé svíčce je nasazena minicívka, která dostává na primár pomocí tyristoru napětí z kondenzátoru o velikosti asi 400 V. Vzhledem k minimalizaci ztrát energie nepoužitím kabelů a rozdělovače se na sekundáru dokáže objevit napětí až 40 kV se strmostí čela impulzu asi 20x větším, než u induktivního zapalování. Předstih je řízen mikroprocesorem. Minicívky jsou kompletně odstíněny proti rušení a upevnění je na svíčce je pouze pomocí pryžového pouzdra. Všichni odborníci nad tím kroutili hlavou, ale zapalování funguje perfektně a s emisemi nejsou sebemenší problémy.

 

Z hlediska teorie je energie jiskry dána velikostí kondenzátoru a napájecího napětí, proto není možné donekonečna kapacitu kondenzátoru zvyšovat, protože se nemusí ve vysokých otáčkách stačit nabíjet. (První kapacitní zapalování, které jako spínací prvek používalo tyratron se studenou katodou, používalo kapacitu jen 100 pF, protože napětí cca 1 500 V se vyrábělo samoindukčním impulzem, principem jako u indukčního zapalování.) Hodnota 1 μF byla „vyhodnocena“ jako optimální.

 

Bosch dokonce vyráběl tyristorová magneta. Nabíjení kondenzátoru se dělo pohybovým napětím přes usměrňovací diodu, nikoliv samoindukčním napětím jako u klasického magneta. Místo kontaktů byl elektromagnetický snímač, který ovládal tyristor, kterým se kondenzátor připojil k vnějšímu zapalovacímu transformátoru. Výhody i nevýhody magneta jsou zachovány.

 

 

Bzučákové zapalování:

 

Jde o indukční zapalování, kdy je místo kontaktů použit bzučák (rychle spínající kontakt). Tento (již principem) úlet nedokázal zvládat vysoké otáčky motoru, protože opakované spínání nebylo dostatečně rychlé a navíc při tak rychlém spínání není možné dostatečné nabití zapalovací cívky. Pokud první impulz nezapálil, ostatní způsobovaly opožděný zážeh. Jak rychle vzniklo, tak se rychle přestalo používat.

 

 

Vysokofrekvenční zapalování:

 

Principem je bzučákové zapalování, ale zde se neindukuje napětí díky rychlému zániku proudu jako u indukčních zapalování, ale napětí akumulátoru se přímo se transformuje na cca 20 kV. Tento systém se používá léta letoucí u průmyslových kotlů na zapalování plynových nebo mazutových hořáků. Jenže používaný kmitočet 50 Hz je z pohledu motoru nevyhovující, proto se používá minimálně 200 kHz. Protože není zapotřebí žádná doba k akumulaci energie, místo zapalovací cívky se používá zapalovací transformátor (nemá vzduchovou mezeru) a použitým kmitočtem jsou dány i maximální otáčky motoru. Systém funguje tak, že se trvale rozkmitaný generátor připojí v pravý okamžik na dobu asi 350 μs až 0,01 ms k primáru zapalovacího transformátoru. Tento má plný převodový poměr asi 1:1700. Na sekundáru vznikne „trs jisker“ o napětí asi 20 kV. Energie takového výboje zapálí cokoliv hořlavého ve válci (v kotlích zapalovala i mazut předehřátý na 60°C). Jeho další výhodou je vysoký počet zapalovacích impulzů. Řešit nějakou dobu plnění je zbytečné, stačí v pravý okamžik impulz z RC členu. Jenže zároveň působí jako rušička radiových signálů a proto důkladné elektromagnetické odstínění je nezbytné. Pokud vím, nikdo takové zapalování nevyrábí, protože je zbytečně extrémě předimenzované a problémy s odstíněním ho značně prodražují.

 

 

Zapalovací soustavy pro vysokootáčkové víceválce:

 

Z výše uvedených výpočtů „energií za časovou jednotku“ je nemožné sestrojit zapalování s jednou cívkou a rozdělovačem pro desetiválec a 18 000 ot/min (motor F1). Jsme u rychlosti zapalování 1 500 Hz a to žádné zapalování indukčního typu rozumně nezvládne. Pouze zapalování pro závodní vozy Lucas (svým způsobem jde o kapacitní systém) dokáže dát až 5 000 jisker/s (bez nákresu se obtížně vysvětluje). Jenže ukažte mi rozdělovač, který dokáže rozvést vysoké napětí na desetiválec v takovém fofru. Takže použijeme např. 5 systémů s dvouvývodovou cívkou (300 Hz, to už jde) a nebo řešíme zapalování pro každý válec zvlášť (podobně jako u SDI, ale třeba s indukčním systémem, jsme na 150 Hz a to už je legrace). Každopádně u takto výkonných motorů je podmínkou rozdělovač nepoužít, protože je to velmi častý zdroj poruch. Lze použít i systém SDI, energie i spolehlivosti má dost. Zapalování z Felicie 1,3 MPi je pro úpravy motorů velmi vhodné, cívka má dvakrát tak dlouhou dobu na nabití oproti cívce z Favorita. Ovšem řízení je nutné doplnit elektronickou regulací předstihu, protože schází rozdělovač, kde by nějaký regulátor mohl být.

 

 

 

 

Rozdělovač:

 

Rozdělovač má za úkol rozdělit vysokonapěťové impulzy ze sekundárního vinutí na jednotlivé svíčky. Správně by se jako rozdělovač měl označovat jen palec a víčko, případně hřídel co s palcem otáčí. Za roky praxe se vžilo jako označení pro zařízení, v kterém jsou i kontakty (snímač) a oba regulátory předstihu. Takže jako „kus“ zjednodušuje montáž zapalování na motor. Dnes (spíše včera, dnes už je vše o něčem jiném) se zapalovací soustava skládá z rozdělovače, zapalovací cívky, sady vn kabelů a svíček.

Rozdělovače jsou pro všechny verze jednoho motoru od jednoho výrobce stejné (velká série = nízká cena), liší se jen průběhy obou regulátorů. Rozdělovač snad nemá cenu detailně popisovat, každý řidič ho aspoň jednou v životě viděl. Ovšem málokdo z běžných řidičů ví, co vše je v rozdělovači ukryto. Kromě viditelného palce, víčka a kontaktů s ovládací vačkou je pod základovou deskou také odstředivý regulátor předstihu. Jde o 2 závažíčka, otočně upevněné na desce pevně spojené s hřídelí rozdělovače, která se díky odstředivé síle při otáčení hřídele vyklánějí ven proti působení pružin a zároveň natáčejí po směru otáčení hřídele vačku s palcem (nasazenou otočně pokud možno bez vůle na horním konci hřídele rozdělovače) a tím mění za chodu motoru předstih zážehu. Charakteristiku odstředivé regulace určuje síla a tvar pružin, tyto jsou speciálně vyrobeny pro toto použití a nedají se jinými nahradit, protože je nutná přesná velikost a patřičně spočítaná síla pružiny, případně i velikost ve vůli oka pružiny druhé, aby začala působit v pravý okamžik. Protože jsou ostatní díly prakticky totožné, rozdíl v typech pro různé verze motorů je jen a pouze v použitých pružinách a (zřídka) v podtlakovém regulátoru. Deska odstředivého regulátoru má mechanický doraz, což je otvor, do kterého zapadá kolík od vačky. Původní „železné“ rozdělovače měly otvory dva, jeden pro Š 105 a druhý pro Š 120 – 130, otočením vačky se volila hodnota dorazu pro ten nebo onen motor. Doplnily se patřičné pružiny a po seřízení na zkušebním stavu bylo po ptákách. U „hliníkových“ (od verze M) se už desky vyráběly samostatně, protože zkušenosti s „odborníky“ v servisech, kteří při opravách na správné díry kašlali, se od univerzálnosti upustilo. Seřízení regulátoru vydrží celkem dlouho, pokud je regulátor pravidelně podle předpisu výrobce mazán (nebývá to pravidlem). Charakteristika regulátoru se dá změřit jen za chodu, buď (a nejlépe) na stavu a nebo na motoru. Po kontrole se při stojícím motoru po demontáži krytky z boku tělesa rozdělovače speciálním nástrojem pomocí přihýbání pevného držáku průběh seřídí, opět se průběh zkontroluje a případně upraví. (Chlapi ve výrobě dokázali vše nastavit na první změření, další korekce již nebyla nutná. Za dva týdny jsem to uměl taky, jde jen o cvik.) Pokud pružina za provozu praskne – zcela výjimečná závada, motor ztratí výkon a v nízkých otáčkách má snahu silně klepat – musí být nahrazena stejnou, což bývá dost velký problém. Pružiny nemají žádné označení a běžně se okem rozlišit nedají a když mi tupý prodavač nějakou prodá, není jistota, že je to ta pravá. Existují totiž ještě pružiny z řady Š 100, které jsou vzhledově totožné s novými typy a víme, jak to v obchodě chodí – prodat se musí všechno. Proto je lépe nechávat tyto práce značkovému servisu (myslím PALováckému). U typů s přímkovou charakteristikou (Š 105 a Favorit) lze natahováním obou pružin v menším rozsahu měnit sklon přímky a tak použití mírně odlišných pružin možné je. U lomených charakteristik už je nezbytně nutné použít silnější pružinu (s oválným okem) správného typu. Největší bolení hlavy způsobí použití pružin z Š 110 R v Š 120 – 130, nastavit se to rozumně nedá. Pokud seženete správnou, stačí nasadit bez dalšího seřizování, pružiny mají minimální tolerance. Každopádně není od věci si nechat jednou za 30 000 km regulátor zkalibrovat.

Podtlakový regulátor má za úkol zvětšovat předstih v závislosti na podtlaku pod škrtící klapkou karburátoru. Při malém otevření klapky dochází k ochuzení směsi, nutnou pro ekonomický provoz při částečném zatížení (bude podrobně popsáno v článku o karburátorech). Chudá směs pomaleji hoří a proto se musí předstih zvětšit natolik, aby toto zpomalení vykompenzoval. Většinou postačuje přímková charakteristika, jen poslední typy Favoritů měli mírně lomenou. V podstatě jde o podtlakovou komoru s pryžovou membránou, sklon přímky stanovuje pružina, která se seřídí ve výrobě a dále již nepotřebuje žádnou údržbu ani seřizování. V případě ojedinělého poškození membrány se podtlakový regulátor mění jako celek, membrána je zalisovaná ve spoji obou polovin komory a nedá se vyměnit. Pohyb membrány se přenáší táhlem na otočnou desku rozdělovače s kontakty, které natáčí proti otáčení hřídele a tím zvětšuje předstih zážehu. V provozu je nutné kontrolovat pohyblivost otočné desky, občas přimazat a zkontrolovat neporušenost membrány. Důležité je mít v pořádku propojovací hadičku mezi komorou a přípojkou karburátoru (přípojka musí mít z obou stran těsnění a musí být řádně utažena), při jakékoliv netěsnosti regulátor nefunguje se všemi možnými negativními důsledky na výkon a životnost motoru (navíc přisává falešný vzduch).

Vlastní rozdělovač vysokého napětí se skládá z víčka, které má z vnější strany mosazné vývody pro kabely a z vnitřní kontaktní plochy, kolem kterých v těsné blízkosti prochází kontaktní plocha palce. Palec je výlisek z plastu, v kterém je (u novějších typů) zalit odrušovací odpor a kontaktní plocha také z mosazi. Vysoké napětí ze zapalovací cívky je vn kabelem přivedeno do prostředního vývodu víčka. Tento vývod má z vnitřní strany válcovitý uhlík, který je na kontaktní plochu palce přitlačován pružinou. Při otáčení motoru se kontaktní plocha palce ve správný okamžik přiblíží ke kontaktní ploše víčka (nedotýká se!), odkud vede kabel k příslušné svíčce. Zapalovací impulz přeskočí malou vzdálenost mezi palcem a vývodem víčka, která působí jako předřazené jiskřiště a pozitivně zvětšuje strmost čela impulzu. Z hlediska zapalování odebírá několik desítek až stovek voltů pro napětí na svíčce a způsobuje vf rušení. Proto má být tato mezera co nejmenší. Důležité je udržovat víčko i palec v čistotě, zabrání se tím různým svodům, které mají nepříznivý vliv na velikost přenášené energie ke svíčce, v extrémních případech až k vynechávání zážehu. Velmi se osvědčily krytky z plastu nasazené na kabelech, které kryjí vývody víčka proti vlhkosti a jiným nečistotám. Zároveň zvyšují izolační odpor a chrání proti oxidaci kontaktních ploch.

 

 

 

Údržba rozdělovače:

 

Rozdělovač je zapotřebí jednou za 20 000 km přimazat motorovým olejem na předepsaná místa, očistit víčko a palec od nečistot a podle potřeby seřídit kontakty. Před případnou celkovou demontáží si zaznamenejte polohu excentrického unašeče pohonu rozdělovače vůči poloze palce, při otočení se posune pořadí zapalování, motor nenastartujete a bude střílet do výfuku. Kontroluje se vůle hřídele, při kývavém pohybu nemá být zjistitelná. Velká vůle znamená opotřebení vodících kluzných ložisek a může vést až k destrukci víčka (palec narazí do vývodu ve víčku). Při opravě je dobré vyměnit i hřídel, původní je částečně vydřená a rychle zničí nová ložiska. Před montáží hřídel mírně namažte grafitem a po namontování mazacím otvorem nakapejte olej. Vačka na hřídeli nemá mít radiální vůli, vada se řeší výměnou vačky (opět s grafitem). Kontakty nebruste, jen v nouzi, kontaktní plochy z wolframu jsou velmi tenké a navíc nedokážete obrousit kontaktní plochy do roviny. Kontakty se neopravují, ale mění. Pokud se na jednom z kontaktů vytváří nadměrný kráter, vyměňte i kondenzátor. Montáž se provádí při demontované základové desce, aby bylo možné pomocí malých kleští přihýbáním nepohyblivého kontaktu seřídit rovinnost dosedací plochy kontaktů. Seřízení odtrhu u nových kontaktů pomocí měrky 0,40 mm dostatečně vyhoví. Hliníkové rozdělovače mají upravené uchycení základové desky s kontakty, vůle se vymezuje pružným plechem přes kuličku (vidět shora na základové desce), toto místo se mírně přimazává lithným tukem. Závažíčka odstředivého regulátoru musí být lehce otočná. Vnitřní kontaktní plochy ve víčku rozdělovače nečistěte mechanicky, zvětšujete přeskokovou vzdálenost. Že jsou zčernalá ničemu nevadí. Podtlakový regulátor se kontroluje jen na neporušenost membrány, táhlo se zatlačí do dovnitř na doraz, prstem se uzavře přívodní trubička podtlaku a hřídel se nesmí vrátit do původní polohy, po uvolnění komora slabě zasyčí a táhlo vyjede ven na doraz. Čištění od mastnoty a uhlíkového prachu se provádí technickým benzínem, má výhodu v celkem rychlém odpaření z čištěných ploch. Po opětné montáži na motor je třeba seřídit základní předstih, předpokladem je alespoň zhruba natočení rozdělovače tak, jak byl před demontáží, mírně utáhněte šroub držáku tak, aby ještě šlo rukou rozdělovačem otáčet. Motor nastavte na předepsanou hodnotu základního předstihu, vytáhněte kabel od cívky z víčka rozdělovače a upevněte tak, aby byl konec kabelu asi 10 mm od nějaké kovové části motoru. Kontakty by měly být sepnuty. Zapněte zapalování. Palec zatlačte prstem proti směru hodinových ručiček (vymezíte vůli odstředivého regulátoru a náhonu od motoru) a pomalým otáčením celého rozdělovače proti směru otáčení hřídele (hodinových ručiček) najděte polohu, kdy přeskočí jiskra. Tužkou (nebo šroubovákem) si poznamenejte polohu rozdělovače vůči držáku na motoru. Nastavení opakujte a pokud poloha podle „tužky“ souhlasí, nastavení je u konce. Jinak opakovat, až na se najde nějaká poloha, kde se dvě nastavení po sobě sejdou. Utáhněte šroub na držáku, vraťte kabel do víčka a zkuste spustit motor, musí chytit napoprvé. Optimální nastavení je možné jen stroboskopem, při použití se neděste rozptylu jisker, je to způsobeno vůlemi v náhonu a vlastním rozdělovači, pokud nepřesahují ± 3° na klikové hřídeli, je to v pořádku.

Rozdělovač z Favorita je v podstatě totožný, jen místo desky s kontakty a vačky je indukční snímač. Nastavení základního předstihu je možné pouze stroboskopem, nebo je možné před demontáží označit přesnou polohu rozdělovače vůči držáku na motoru a tuto polohu dodržet při zpětné montáži. Ale pozor – pokud budete rozebírat celý rozdělovač, označte si přesně polohu podtlakového regulátoru vůči tělesu rozdělovače! Upevňovací otvory mají z technologicko – montážního hlediska větší průměr a natočení „z jedné do druhé“ ovlivňuje základní polohu snímače v rozdělovači až o ± 8° na motoru! Každopádně se vyvarujte doregulovávání předstihu bez měřících přístrojů (stroboskopu) podle otáček volnoběhu, také byste mohli mít základní předstih místo 5° klidně 27° (s takto „seřízeným“ motorem jsem byl nucen absolvovat asi 60 km z autobazaru ze Š 136, neměli jsme žádné nářadí na povolení upevňovacího šroubu a tak jsme „cvrlikali“ celou cestu, nepomohlo ani odpojení podtlakového regulátoru)!! U těchto motorů se už toho „na ucho“ moc seřídit nedá.

 

 

Vysokonapěťové kabely:

 

Tady se toho moc říci nedá. Původně se používaly kabely s měděným jádrem, později se přešlo na jádro na uhlíkové bázi. Doporučuji používat kabely předepsané výrobcem, používání měděných (červená barva izolace) považuji za nevhodné, odpor „uhlíkového“ kabelu omezuje vf rušení. Vf rušení je dnes velmi sledovanou veličinou při typovém schvalování vozidla do provozu, proto výrobce tvrdě vyžaduje používání předepsaných typů kabelů. Pokud na některém starším vozidle uvidíte kabely zelené barvy, okamžité je vyhoďte a nahraďte moderními. Tyto zelené kabely mají malou odolnost proti navlhání a za sychravého počasí nešlo uvést motor do chodu. Dnes není problém sehnat kompletní kabely různých délek „silikonového“ provedení (trvale měkké i za mrazu). Pokud chcete vyměnit původní kabely ve škodovce za ty z Favorita, které mají pravoúhlé zakončení do hlavice rozdělovače, v principu to možné je, ale Favorit má rozdělovač oproti škodovkám mírně pootočený a kabely nesedí na délku, některé jsou dost napnuté. (Jde to, ale dře to.) Pozor na poslední typy Favorita, mám dojem, že se tam používaly odrušené svíčky a k tomu byly přiřazeny jiné vn kabely!

Pro kabely platí totéž co o víčku rozdělovače – udržovat v čistotě. Doporučuji každé 2 – 3 roky všechny kabely vyměnit, u vozidel na LPG s každou třetí výměnou svíček.

 

Zapalovací svíčky:

 

Svíčka je nejzatíženější částí motoru. Musí snášet prudké změny teplot a tlaků, působení chemických reakcí při spalování paliva a namáhaná je značně i elektricky. Ze všech částí motoru prošla největším vývojem. Z pohledu uživatele je svíčka velkou neznámou, protože se na ní nic opravit nedá. Svíčka se prostě vymění. Svíčka má dnes normalizované upevnění pomocí závitu a těsnícího kroužku. Nejčastěji používaný závit je M14x1,25, dříve se používal závit M18x1,5, pro motocykly a motorové pily existují i závity M12, M10, M8. Závit je dále definován délkou, používá se od 9,5 do 25 mm, u automobilů je nejčastější 12,7 (N), 17,5 (G,D) a 19 mm (L) (americká fára bez rozdílu L). Svíčka je kromě rozměru definována tepelnou hodnotou a materiálem elektrod. S členěním podle tepelné hodnoty přišel strejda Bosch, tento systém se osvědčil a je používán dodnes. Tepelná hodnota je schopnost svíčky odvádět teplo akumulované do svíčky ze spalovacího procesu. Pro správnou činnost svíčky je její vhodně zvolená tepelná hodnota pro daný motoru nejdůležitějším parametrem. Materiál elektrod udává hlavně životnost a odolnost proti působení chemických vlivů paliva. Nejčastěji používaným materiálem jsou slitiny niklu. Pro náročnější podmínky se používá wolfram, platina a iridium, tyto materiály se navařují na činné konce elektrod. Na střední elektrodu pro svíčky na LPG se nejčastěji používá stříbro. Jako izolant se používá keramika na bázi kysličníku hlinitého Al2O3 (známý jako korund), která se obohacuje různými přísadami. Materiál izolantu nesmí být pórovitý, v pórech se usazují nečistoty, které mají nepříznivý vliv na izolační odpor a tepelnou hodnotu svíčky. Přesné složení materiálů elektrod svíček a izolační keramiky je výrobním tajemstvím výrobců. Nejdůležitější je udržet tepelnou roztažnost kovových částí a keramiky na pokud možno stejných hodnotách, jinak keramika praská.

Uspořádání elektrod je zdrojem neustálých výzkumů. Občas se objeví něco nového, ale většinou se oprašují historická schémata, která předběhla dobu a ve své době neměla šanci (cena materiálů, schopnost tehdejší technologie vyrábět sériově bez velké zmetkovitosti atd.). (Ono se toho ani moc vymyslet nedá, pouze BRISK Tábor občas přijde s něčím novým. BRISK má sice hodně chytrých hlav, ale proti konkurenci nevýhodu v „malosti“, je problém investovat do vývoje takové peníze, jako mohou Bosch, Champion, NGK, Denso a další. Proto občas není výsledek takový, jaký bychom si představovali. Z tohoto důvodu se ubírá trochu jinými cestami, aby nekonkuroval stejnými výrobky – BRISK nemá takové jméno ve světě.) Elektrody bývají nejčastěji dvě, z čehož na vnitřní se připojuje vn kabel, tato je od tělesa svíčky odizolovaná keramikou. Vnější je přivařená na závitové části, tuto je možné přihýbat pro úpravu přeskokové vzdálenosti. Tvar a počet vnějších elektrod je různý podle požadovanou tepelnou hodnotu (určenou pro daný motor). Dnes je v typech svíček velký výběr, od klasických dvouelektrodových přes vícelektrodové až po platinové nebo iridiové. Použití toho kterého typu svíčky určuje výrobce podle rozsáhlých testů a nedoporučuji mu nevěřit. Reklama sice slibuje hory doly, většinou nelže, ale ne každý motor snese poslední technologický hit. O tom by s pláčem mohl povídat jeden z dealerů Denso, jak mu lidi házeli iridiové svíčky na hlavu (kus okolo 700,- Kč). Některé motory nesnáší jiné než předepsané svíčky, dá se těžko definovat proč. Zvláštním typem jsou už zmíněné speciály BRISK Premium. První atypickým provedením byla svíčka ZC/ZS, která používá kombinaci plazivého výboje po povrchu izolantu s polovodivou vrstvou a přeskoku vzduchem. Tato svíčka je určena jen pro elektronická zapalování. Pro škodovky vyvinuli typ TXS, kde jsou přidány tři vnější elektrody, jiskra může přeskakovat jak vzduchem, tak po povrchu izolantu. Třetím a nejúspěšnějším typem je LGS, kde vnější elektroda tvoří jakýsi věnec okolo vnitřní elektrody. U všech typů může jiskra přeskočit v rozsahu 360° po obvodu střední elektrody, takže si vždy najde nejvýhodnější místo, kde je optimální složení směsi. Podle oficiálních měření použití svíček LGS zvýší výkon o 5% v celém rozsahu provozních otáček. Lamborghini těmito svíčkami vybavuje motory pro závodní čluny kategorie F1 (8 000 cm3 a 736 kW), protože s jako jedinými dokázali motor nastartovat a odjet závod. Velmi se osvědčila i verze LGS pro závody dragsterů (6 500 m3 a až 2 200 kW). Osobní zkušenost s nimi nemám, ale známý je měl ve Favoritu 136x (50 kW a karburátor, trvale Shell V-Power 95), po nějakých 15 000 km se mu něco nezdálo a tak je vyměnil za platinu. Pohledem zjištěno natavení vnější elektrody (věnce) na jednom místě, nedokázali jsme určit příčinu, tepelná hodnota odpovídala. Netvrdím že jsou špatné, ale i to se stalo. Polovodivý povrch není nic nového, už za bolševika Jiskra Tábor (předchůdce BRISku) vyráběli speciální svíčky pro „Čmeláka“ (práškovací letadlo), které něco takové měly (určitě, jedna tehdy stála 800 ,- Kčs – pro porovnání sada vložek s písty a kroužky byla okolo 700,- Kčs). Lodge také něco takového dalo na trh, k nám se to za bolševika nedostalo. Kromě běžně známých řešení se používají ještě svíčky s předřazeným jiskřištěm a svíčky stíněné. Stíněné svíčky patřily do sady se stíněnými kabely a odstíněným rozdělovačem. Okolo izolátoru na straně připojení kabelu je trubka přivařená k šestihranu, na druhém konci má závit pro přišroubování ke stínícímu opletení kabelů. Jinak jde o klasickou svíčku. Toto provedení se používalo hlavně u vojenských radiovozů, kde se muselo eliminovat rušení vznikající činností zapalování.

Tepelná hodnota svíčky je prvním kritériem při volbě svíčky pro daný motor. Pojem tepelné hodnoty zavedl Bosch a jeho rozdělení se používá dodnes. Tepelná hodnota udává schopnost svíčky odvádět teplo. Tepelná hodnota je porovnávací číslo, které udává dobu v setinách minuty dobu, za kterou se svíčka za přesně stanovených podmínek na zkušebním motoru ohřeje tak, že začne způsobovat samozápaly. Je to hodnota přibližná, protože konstrukce svíčky je dnes uzpůsobena tak, aby tzv. tepelný rozsah byl co největší. Proto většinou výrobci v označení svíčky neudávají přímo tepelnou hodnotu, ale jen svůj interní kód. Zkráceně – „teplá“ svíčka odvádí tepla málo, teplota její vnitřní části je vyšší při menším zatížení motoru. Tato svíčka je vhodná pro motory s menším měrným výkonem (Moskvič 408, Volha a většina starých aut, kde kompresní poměry byly maximálně 8:1.). „Studená“ svíčka odvádí tepla daleko více, pro zahřátí na stejnou teplotu potřebuje více vyvinutého tepla ve válci, proto se používá u motorů zatížených velmi (hlavně závodní motory). Teplotních tříd bylo původně „určeno“ asi dvanáct, postupně se počet pro běžná vozidla snížil na čtyři. I dnes mají někteří výrobci v sortimentu patnáct tepelných hodnot, krajní hodnoty jsou určeny pro speciální aplikace (extrémě přeplňované motory atd.) a jejich výroba se počítá jen na desítky tisíc kusů ročně. Pro motor je z pohledu tepelné hodnoty vhodná taková svíčka, jejíž teplota se v provozu pohybuje mezi 500° a 800° C. Toto je tzv. samočistící teplota, kdy se všechny usazeniny ze spalovacího procesu na povrchu svíčky spálí. Pod 500° C nedochází ke spalování nečistot a tím se zvyšuje vodivost povrchu izolantu, která pak způsobuje svody. Teplota nad 800° C zase způsobuje samovznícení paliva bez ohledu na okamžik přeskoku jiskry. Samozápaly snižují výkon motoru (zážeh začíná příliš brzy a maximum tlaků se přesouvá před HÚ) a při dlouhodobém provozu vedou k poškození motoru z přehřátí. Vzhledem k tomu, že nejsme schopni tyto teploty změřit, necháme vše na doporučení výrobce motoru a motor osazujeme svíčkami podle jeho doporučení. V případě sportovních úprav už musíme zvolit svíčku jinou. Většinou se při úpravách motoru značně zvyšuje kompresní poměr a tak se vždy používá svíčka studenější, a to až o dva stupně. Pro hledání vhodné tepelné hodnoty se používá několik postupů. Sleduje se chování studeného a teplého motoru, pokud motor jede zastudena a potom ztratí výkon, je pravděpodobně svíčka příliš teplá. Pokud motor nechce zastudena jet a teplý se probere, může být svíčka až příliš studená. Vzhled svíčky se hodnotí ihned po vyjmutí z motoru. Předpokládáme dobrý technický stav motoru a správné seřízení. Správná svíčka má špičku izolátoru nahnědlou (cihlovou) barvu, nebo má slabý světle hnědý až šedožlutý prachový nános (používání etylizovaného paliva), elektrody jsou čisté nebo tmavě šedé, případně se slabým nánosem jako má izolátor, svíčka nesmí být zaolejovaná nebo zakarbonovaná. Příliš teplá svíčka má izolátor světle šedý až bílý, nebo naopak tmavý drsný sklovitý povlak. Elektrody jsou tmavě šedé a je na nich znát vytavování kovu. Toto způsobuje i nedostatečně utažená svíčka nebo příliš chudá směs, mohou i podfukovat ventily. Příliš studená svíčka je potažena karbonem nebo tmavým šedočerným povlakem, případně i citrónově žlutá. Takto se tváří svíčka s nadměrným doskokem, kdy vynechává zážeh, nebo s příliš bohatou směsí. Zabarvení se projeví asi po 1 000 km, také je nutné před posuzováním ujet delší trasu, kdy se spálí všechny nečistoty z provozu ve studeném stavu. Dříve se rozlišovalo, zda motor jezdí převážně v městském provozu (teplejší svíčky) nebo mimo město (studenější svíčky). Dnes jsou svíčky tzv. vícerozsahové, dokáží si udržet svoji optimální teplotu ve všech provozních podmínkách. U hodně opotřebených motorů s vysokou spotřebou oleje se doporučuje používat svíčky o stupeň teplejší (nízké tlaky a tím i menší zatížení motoru).

Vzdálenost elektrod nemá smysl nastavovat větší než asi 1 mm, nic to nepřinese. Pokud překročíme hodnotu asi 1,3 mm, vznikají za studena (vlhkost, námraza) přeskoky po vnějším povrchu izolátoru. Optimální hodnota se nejčastěji pohybuje okolo 0,6 mm. Větší vzdálenosti (asi 0,8 mm) se předepisují při provozu s chudou směsí. Dolní mez je asi 0,25 mm, vhodná pouze u motorů s vysokými tlaky a s bohatější směsí. (Tak malou předepsanou hodnotu jsem ještě u žádného motoru v praxi neviděl.) Při provozu na LPG se u škodovek používá hodnota 0,50 – 0,55 mm, není to ale pravidlem. Právě při provozu na LPG se stejné typy vozidel v seřízení dost liší.

Označování svíček má každý výrobce jiné. Každopádně označovací kód obsahuje velikost a délku závitu, tepelnou hodnotu, velikost šestihranu, použití odrušovacího odporu a uspořádání jiskřiště. Dnes ještě přibývá označování použitých materiálů elektrod (měď, platina, stříbro atd.). Je v tom celkem chaos a pokud nemáte v ruce převodní tabulky s vysvětlivkami, pořádně nepoznáte co vlastně držíte v ruce. BRISK používal relativně jednoduché označování, např.:  N7Y  (N = závit 14×1,25 – 12,7 mm, 7 = tepelná hodnota (řada 5,7,8,9 – 5 nejteplejší) a Y = vysunuté jiskřiště). Pozor – svíčka N7 není tepelně shodná s N7Y, díky vysunutému jiskřišti je svíčka o něco studenější. Později se přešlo na novější označování, kde se použilo menší odstupňování, tepelná hodnota se začala označovat sestupně a začínala číslem 19 (po staru N5). Z toho vyplývá ekvivalence N7Y=N15Y. Kdo máte ještě Š 100 – 110, tak při koupi na toto pamatujte. Každý prodejce většinou má převodní tabulky. používání svíček jiných výrobců zvětšení výkonu nepřinese, na Bosche i Densa mi to jezdilo a „žralo“ stejně. Přídavná písmena za číslem – R = s odrušovacím odporem, C = měděná vnitřní elektroda, S = použité stříbro, určeno pro LPG. Označování svíček řady Premium je trochu složitější, z hlavy ho nevím.

 

Praxe:

Svíčky je v prvé řadě zapotřebí měnit v intervalech předepsaných výrobcem (u LPG a normálních svíček je to asi 7 500 km, „stříbrné“ svíčky mají životnost 15 000 km). Dodržujte i předepsanou vzdálenost elektrod, zvlášť pokud máte sériové zapalování. Svíčky měníme jen na studeném motoru, kdy přestane působit pnutí z rozdílných teplot materiálu. Svíčka by po povolení klíčem měla jít vyšroubovat lehce pouze rukou. Pokud nejde, je buď zanesený závit úsadami z motoru (není to tak častý případ) a nebo je závit poškozený z nadměrného utažení. To bývá nejčastější chyba při montáži, že se svíčka zbytečně moc utahuje. Při natažení závitu dojde ke zmenšení styčné plochy pro odvod tepla ze svíčky do hlavy a svíčka se přehřívá. Po čase dojde k propálení závitové části, která se jakoby přivaří k hlavě a svíčku nejde demontovat. Takováto závada znamená demontáž hlavy a opravu závitu vyvložkováním, pokud to ještě jde. Je to dost nepříjemné, takovou opravu jsem už sousedovi dělal a mohu vám říct, že najít někoho, kdo se vložkováním škodovek zabývá je problém. Nová svíčka se našroubuje rukou až na doraz a potom se klíčem utáhne o 90° nebo momentem 20-30 Nm. Pokud někdo z vás používá u Favorita svíčky s kuželovým sedlem (G14Y), dotahují se jen o 15° (10-14 Nm). Svíčka již použitá se dotahuje jen o 15°, ať má sedlo jakékoliv. Vždy při výměně zkontrolujte stav a barvu elektrod, pokud jsou svíčky všechny stejné, značí to stejné „pálení“ ve všech válcích. Jakmile se jedna odlišuje, je někde chyba (netěsné ventily, špatný vn kabel nebo samotná svíčka atd.) a je potřeba zjednat nápravu. Pokud je svíčka mastná od oleje, jsou pravděpodobně vadné (zapečené) pístní kroužky tohoto válce, nebo je válec nadměrně opotřebený. Doporučuje se před montáží závit potřít práškovým grafitem, ulehčuje to demontáž. Zajímavé závady se vyskytují u hliníkových hlav, kdy snad působením různých bludných proudů (špatné ukostření motoru?) dochází k zarezivění svíček v závitu a při demontáži se většinou vyšroubují i se závitovou vložkou hlavy. Opět demontáž a oprava – cena opravy hlavy v servisu většinou okolo 1 700,- Kč. Takže grafit, grafit a ještě jednou grafit (ale grafitový tuk ne, ten se napálí a je to ještě horší!!). Kdo se chystáte na GO motoru, před montáží hlavy protáhněte závity závitníkem, ničemu neuškodíte a případné usazeniny se tím vyčistí. Pokud chcete svíčky během provozní doby čistit, tak izolátor se nikdy nečistí mechanicky, maximálně se odmastí. Elektrody se opatrně očistí velmi jemným smirkovým papírem tak, aby se nenadělaly vrypy. Každopádně úsady na svíčkách ve větším množství signalizují, že něco není v pořádku. Podle mého názoru se vzhledem k ceně svíčky nemá cenu zabývat zvláštní údržbou a je lepší svíčku rovnou vyměnit (nejlépe všechny čtyři). Pokud jezdíte převážně po městě, jednou za čas dejte motoru pořádně zabrat (nějaký dlouhý kopec na plný plyn a vysoké otáčky), úsady ve spalovacím prostoru a ze svíček se vypálí. Pro převážně městský provoz doporučuji svíčky s měděnou elektrodou (např. N15YC), dokonce mám dojem, že už se v BRISKu ani jiné nevyrábějí.

 

Regulaci předstihu zapalování bych osvětlil v článku o motorech. Tento článek je dost rozsáhlý už sám o sobě. Pokud se někomu nehodí formát používaný na webu, jsem ochoten vše zaslat v původním Word 2002.

 

Škodovkářům zdar!

Zapalování 5.00/5 (100.00%) 2 votes


banner pro vstup do katalogu MJauto
Sdílejte: