Předměty:
- obecný
- Zapalování zapalovací cívky
- Konvenční rozdělovací zapalování s kontaktními body
- Počítačem řízené zapalování
- Spalovací tlak a časování zapalování
- Předstih zapalování
- Doba setrvání
- zánět DIS
- Jedna zapalovací cívka na válec
- Osciloskopem změřte vzor primárního zapálení
Obecné:
U benzínového motoru musí být směs paliva a vzduchu zapálena na konci kompresního zdvihu. To se děje, protože bougie dává jiskru. Aby zapalovací svíčka jiskřila, je zapotřebí napětí mezi 20.000 30.000 a 12 14,8 volty. Zapalovací cívka převádí napětí baterie (přibližně XNUMX až XNUMX voltů) na toto vysoké napětí.
U starších systémů je často někde na bloku motoru přišroubovaná 1 zapalovací cívka, která je propojena se svíčkami pomocí kabelů zapalovacích svíček. Novější motory mají často kolíkové zapalovací cívky. Každá zapalovací svíčka má vlastní zapalovací cívku. Počet zapalovacích cívek na motoru lze snadno rozpoznat podle přítomnosti vodičů zapalovacích svíček. Pokud kabely zapalovací svíčky vedou ke každému válci, má vůz 1 pevnou zapalovací cívku nebo zapalovací cívku DIS. Pokud nevedou žádné kabely zapalovací svíčky, je na každé zapalovací svíčce samostatná zapalovací cívka. Aby to bylo vidět, musí být často demontován kryt motoru.
Zapalovací cívka:
Zapalovací systém používá zapalovací cívku. Bez ohledu na typ (konvenční nebo řízené počítačem) je princip stejný. Zapalovací cívka obsahuje 2 cívky měděného drátu kolem železné tyče (jádra). Primární cívka (na straně spínače zapalování) má několik závitů tlustého drátu. Sekundární cívka má mnoho závitů tenkého drátu. Primární cívka má napětí 12 voltů. Touto primární cívkou prochází proud 3 až 8 ampér. To vytváří magnetické pole. Když toto magnetické pole zmizí, vytvoří se v primární cívce napětí 250 až 400 voltů. Díky rozdílu v počtu vinutí vzniká v sekundární cívce napětí až 40.000 XNUMX voltů.
Primární cívka zapalovací cívky má ohmický a indukční odpor. Ohmický odpor lze měřit multimetrem nebo vypočítat z měření proudu nebo napětí. Indukční odpor se vztahuje k magnetickému poli vyvinutému v primární cívce a závisí na rychlosti, kterou se proud mění, a na magnetických vlastnostech cívky (hodnota L). Každá zapalovací cívka má pevnou hodnotu L, která závisí na počtu závitů a rozměrech cívky a vlastnostech a rozměrech jádra.
Konvenční rozdělovací zapalování s kontaktními body:
Konvenční zapalovací systém se skládá z jedné zapalovací cívky, která se zapíná a vypíná kontaktními body, kabelu zapalovací cívky, kabelů zapalovacích svíček a mechanického rozdělovače s předstihem zapalování.
V klidu jsou kontaktní body uzavřeny. Proud protéká primární cívkou přes kontaktní body do země. V tu chvíli je v primární cívce přítomno magnetické pole. Když vačka zvedne páku, přeruší se kontakt mezi kontaktními body a vytvoří se indukované napětí. Toto indukované napětí je zesíleno v sekundární cívce a přenášeno do rozdělovače přes kabel zapalovací cívky. Očko v rozdělovači směřuje k jednomu z připojení kabelu zapalovací svíčky. Napětí je přenášeno na zapalovací svíčku, která vytváří jiskru.
Zapalovací cívka přenáší vysoké napětí přes připojení kabelu zapalovací cívky k rotoru v rozdělovači. Rotor v rozdělovači se otáčí poloviční rychlostí klikového hřídele. To je možné díky tomu, že v závislosti na konstrukci existuje přímé spojení mezi klikovým hřídelem a rozdělovačem (jak je znázorněno na obrázku), nebo protože rotor je poháněn přímo vačkovým hřídelem. Ostatně vačkový hřídel se již točí poloviční rychlostí než klikový hřídel. Obrázek ukazuje rozložený pohled na distributor.
Rotor je citlivý na údržbu. Kontaktní částice mezi rotorem a víkem rozdělovače časem korodují, což zhoršuje kvalitu jiskry zapalovací svíčky. Občasným odbroušením koroze nebo výměnou opotřebovaných dílů zůstává kvalita jiskry optimální. Otáčením uzávěru rozdělovače na rotoru se nastavuje časování zapalování.
Počítačem řízené zapalování:
Moderní vozy jsou vybaveny počítačově řízenými zapalovacími systémy. Systém řízení motoru řídí zapalovací cívku. Generátor impulzů (snímač polohy klikového hřídele a případně snímač polohy vačkového hřídele) poskytuje referenční impulz, který běží synchronně s klikou nebo vačkovým hřídelem. Často chybí zub v kroužku nebo na řemenici, která slouží jako referenční bod. Obrázek ukazuje obrobenou řemenici klikového hřídele Projekt MegaSquirt. Řemenice má 36 zubů, z toho 1 obroušený. Proto se mu také říká referenční kolo 36-1. Na každých 10 stupňů projde kolem senzoru (1/360) 36 zub.
Pokaždé, když se chybějící zub otočí za senzor, je do ECU odeslán signál.
Tento referenční bod není horní úvratí (TDC), jak název často napovídá. Ve skutečnosti je tento referenční bod mezi 90 a 120 stupni před TDC. To znamená, že když nedojde k předstihu zapalování, dojde k zapalovacímu impulsu 9 až 12 zubů za referenčním bodem.
Obrázek ukazuje signál klikového hřídele (žlutý) ve vztahu k řídicímu impulzu zapalovací cívky (modrý). V signálu klikové hřídele je viditelný chybějící zub tam, kde chybí puls. U tohoto motoru je chybějící zub 90 stupňů před TDC (to je 9 zubů pulzního kola).
Mezi chybějícím zubem (referenční bod, žlutý) a řídicím impulsem (modrý) je vidět 8 zubů; Jedná se o 10stupňové předběžné zapálení.
Posun zapalování má co do činění s rychlostí spalování; spalování potřebuje čas k dosažení maximálního spalovacího tlaku. Tento maximální spalovací tlak je optimální při poloze klikového hřídele 15 až 20 stupňů po TDC. To musí být optimální za všech provozních podmínek. Následující odstavce vysvětlují vliv předstihu zapalování na spalovací tlak, jak probíhá předstih zapalování a jak můžete odečíst dobu prodlevy na snímku dalekohledu.
Spalovací tlak a časování zapalování:
Zapalovací systém musí zajistit, aby se směs v prostoru válců zapálila ve správný čas. Když píst projde TDC, spalovací tlak musí být nejvyšší. Protože mezi zapálením a zapálením směsi je čas (kde je dosaženo maximálního spalovacího tlaku), musí být směs zapálena nějakou dobu před TDC. Stručně řečeno: zapalovací svíčka již musela zažehnout, než píst dosáhl TDC.
Na následujícím diagramu vidíme průběh tlaku (červená čára) vzhledem ke stupním klikové hřídele. Zapalovací svíčka jiskří v bodě a. Píst se pohybuje dále směrem k TDC (0) a spalovací tlak se zvyšuje. Maximálního spalovacího tlaku je dosaženo přibližně 10 až 15 stupňů po TDC (v bodě b).
- pokud se bod b pohybuje příliš doleva, směs se zapálí příliš brzy a píst se zastaví v pohybu nahoru;
- Když se bod b posune doprava, spalování probíhá příliš pozdě. Píst se již posunul příliš daleko směrem k ODP. Silový zdvih již není dostatečně účinný.
Předstih zapalování:
Aby došlo k tlakové špičce při správné poloze klikového hřídele, je důležité při zvýšení otáček motoru předstihnout zapalování. Bod b (maximální spalovací tlak) se nesmí pohybovat. Při posouvání a zpomalování časování zapalování se bod a (časování zapalování) posouvá doleva nebo doprava. Doba spalování závisí na stavu naplnění motoru a aktuálním směšovacím poměru. Předstih zážehu je tedy u každého motoru jiný. To je také důvod, proč je referenční bod klikového hřídele nastaven o několik stupňů před TDC: mezi referenčním bodem a TDC je čas na výpočet předstihu zapalování.
U zapalovací cívky DIS (popsáno dále na stránce) stačí snímač polohy klikového hřídele k určení časování zapalování. První impuls po chybějícím zubu slouží např. k zatížení sekundární cívky válců 1 a 4. Poté se spočítá počet zubů (v tomto případě 18), aby se vygeneroval impuls pro sekundární cívku válců 2 a 3. Pokud je motor vybaven zapalovacími cívkami COP, jeden referenční bod nestačí. V takovém případě je zapotřebí snímač polohy vačkového hřídele pro detekci více referenčních bodů.
Dva obrázky níže (tabulka předstihu zapalování a 3D pohled) ukazují nastavení mapy zapalování v Projekt MegaSquirt. Nazývají se vyhledávací tabulky, referenční nebo základní pole.
Předstih zážehu je určen na základě konfigurace motoru. Grafy ukazují křivky předstihu zapalování při plné zátěži pro (konvenční) zapalování s mechanickým rozdělovačem (růžová čára) a počítačem řízený systém (modrá čára). Ohyb v růžové linii je bodem, kde dochází k účinku vakuového předstihu. Dále jsou čáry rovné; je to způsobeno mechanickými omezeními. Pomocí počítačem řízeného systému to lze řídit přesněji; proto křivka zážehu probíhá jako křivka. Mezi 1200 a 2600 ot./min byla modrá čára mírně stažena; to souvisí s oblastí klepání při částečném zatížení. Je také vidět, že jak konvenční, tak počítačem řízená postupová vedení končí přibližně pod 25 stupni. Předstih by se neměl dále zvyšovat, protože pak hrozí "vysokorychlostní klepání", neboli oblast klepání při vysokých rychlostech.
Mapa zážehu slouží jako podklad pro předstih zážehu. Od tohoto okamžiku se bude systém řízení motoru snažit co nejvíce posunout zapalování dopředu. Příliš velký předstih povede k klepání; to je registrováno snímači klepání. V okamžiku, kdy senzory klepání zaregistrují, že motor má tendenci klepat, systém řízení motoru se odchýlí od časování zapalování o několik stupňů. Rychlost se poté opět zvýší, dokud snímače klepání nevydají signál.
Doba setrvání:
Při zapnutí primárního proudu se vytvoří magnetické pole. Proud procházející cívkou nedosáhne okamžitě své maximální hodnoty; To chce čas. V cívce je odpor, který je získán z opačného indukčního napětí. Proud také nepřesáhne 6 až 8 ampér. Za 2,3 milisekundy bylo vygenerováno dostatek energie na to, aby jiskra proskočila zapalovací svíčkou, což je dostatečné k zapálení směsi vzduchu a paliva. Bod t=2,3 ms je časování zážehu. Nárůst proudu od času t0 do t=2,3 ms se nazývá doba nabíjení primární cívky nebo doba prodlevy.
Nárůst proudu v primární cívce se zastaví na přibližně 7,5 ampéru. Proud by se neměl dále zvyšovat, protože pak by se primární cívka mohla příliš zahřát. Když palubní napětí automobilu klesne, je potřeba více času na nabití primární cívky. Časování zapalování se nemění. Načítání tedy musí začít dříve. To je vidět na obrázku, kde zelená čára ukazuje jev sepnutí cívky při nižším napětí. Proces nabíjení začíná dříve (delta t) a končí ve stejnou dobu jako černá čára při 7,5 A.
Mění se ovládání zapalovací cívky; šířka budícího impulsu ovlivňuje dobu nabíjení primární cívky. Čím delší je puls, tím déle má cívka čas se nabíjet.
Na obou snímcích se zánět vyskytuje u osmého zubu (80 stupňů před TDC). Pravý obrázek ukazuje delší dobu prodlevy.
DIS zánět:
DIS je zkratka pro Distributorless Ignition System. Jedná se, jak název napovídá, o elektronické bezrozdělovací zapalování. Signál pro zapalování přichází přímo z ECU, takže jde o počítačem řízené zapalování. Tento zapalovací systém kombinuje 2 zapalovací cívky v 1 krytu. Každá zapalovací cívka poskytuje jiskru pro 2 válce. Na válcích 1 a 4 je namontovaná zapalovací cívka s jednou cívkou a na válcích 2 a 3 je druhá cívka.
Jako příklad si vezmeme zapalovací cívku DIS s přípojkami pro válec 2 a 3. Není zde žádný rotor, což znamená, že budou jiskřit oba současně. Válec 2 je na konci kompresního zdvihu a zapalovací cívka poskytuje jiskru k zapálení směsi. To znamená, že zapalovací cívka jiskří i na válci 3, který pak začíná sacím zdvihem, ale protože nyní nemá žádnou hořlavou směs, nevadí. Později, když je válec 3 zaneprázdněn kompresním zdvihem, válec 2 bude zaneprázdněn sacím zdvihem a pak dostane zbytečnou jiskru. Prázdná jiskra ve válci, kde nedochází ke spalování, nezpůsobuje rychlejší stárnutí zapalovací svíčky. Jiskra pak potřebuje při spalování směsi pouze napětí 1kV (1000V) místo 30kV.
Výhodou zapalovací cívky DIS je, že ve skutečnosti není potřeba žádná údržba. Zapalovací cívka je bezúdržbová. Nevýhodou této zapalovací cívky je, že mezi kabel a spojovací hřídel v zapalovací cívce někdy proniká vlhkost. Vlhkost způsobuje korozi kontaktů, které zbělají nebo zezelenají. Napětí jiskry klesá v důsledku velké ztráty napětí způsobené korozí. Motor se může začít třást a mírně vibrovat, aniž by to ve skutečnosti způsobilo poruchu v paměti ECU. V případě takovéto reklamace je rozumné po jednom (při vypnutém motoru!!) demontovat kabely od zapalovací cívky a zkontrolovat, zda jsou kontakty pěkné a zlaté a nejsou na nich stopy koroze. kabelu a v šachtě. Koroze je velmi agresivní a po vyčištění se pomalu vrátí. Nejlepším řešením je vyměnit kompletní zapalovací cívku za příslušný kabel.
Jedna zapalovací cívka na válec:
U tohoto zapalovacího systému jsou (tyčové) zapalovací cívky, nazývané také COP (coil on plug) zapalovací cívky, namontovány přímo na zapalovací svíčce. I zde řídí zapalování řídicí jednotka motoru (ECU). Jak proud, tak časování zapalování vypočítává řídicí jednotka. Provoz je jako u starší zapalovací cívky; Tato zapalovací cívka má také primární a sekundární cívku. Primární cívka je napájena napětím přes zástrčku nahoře a vnitřně přerušena tranzistorem.
Nevýhodou těchto zapalovacích cívek je to, že jsou namontovány na hřídeli zapalovací svíčky, a proto se extrémně zahřívají. I když jsou k tomu stvořené, mají tendenci se občas rozbít. To se pozná, když auto přeskočí válec a pak se motor začne třást. Když k tomu dojde, lambda sonda rozpozná, že zapalovací cívka nezapaluje palivo a vstřikování paliva do příslušného válce se zastaví. Válec pak již nefunguje vůbec. Tím se zabrání vniknutí nespáleného paliva do výfuku, které zničí katalyzátor. Prasklá zapalovací cívka se často pozná podle toho, že motor běží velmi nepravidelně (a svítí kontrolka motoru, i když tato kontrolka může mít řadu příčin).
Více informací a příčiny vynechávání válců naleznete na stránce převod válce.
Pokud máte podezření, že je zapalovací cívka vadná, můžete si prohlédnout primární obraz zapalování pomocí osciloskopu, pokud je motor v nouzovém režimu a zapalování a vstřikování bylo vypnuto za chodu motoru.
Měření vzoru primárního zážehu pomocí osciloskopu:
Zapalovací cívka generuje napětí, takže na spodní straně zapalovací svíčky může vzniknout silná jiskra. Zapalovací cívka musí generovat napětí přibližně 30.000 40.000 až 300 400 voltů, aby ve svíčce vznikla jiskra. Za tímto účelem musí být v primární cívce generováno ionizační napětí 100 až XNUMX voltů. Na průběhu napětí přes primární cívku vidíme, zda tento proces probíhá dobře. Napětí primární a sekundární cívky se vzájemně přenášejí, i když úrovně v sekundární cívce jsou přibližně XNUMXx vyšší. Díky tomu lze v profilu primárního napětí vidět, zda je zapalovací cívka v pořádku a zda svíčka jiskří správně. Obrázek níže byl změřen na primární cívce zapalovací cívky.
Zleva doprava:
- 14 voltů: v klidu naměříme 14 voltů na kladné a zemní straně cívky v zapalovací cívce;
- Doba kontaktu: primární cívka je na jedné straně připojena k zemi. Mezi + a zemí se vytvoří rozdílové napětí 14 voltů, což způsobí, že cívkou protéká proud;
- 300 voltů (indukce): koncový stupeň v ECU nebo zapalovacím modulu ukončí řízení a v primární cívce se vytvoří indukce přibližně 300 voltů. Říkáme tomu ionizační napětí. V sekundární cívce se generuje napětí 30.000 XNUMX voltů. Toto napětí je nutné k tomu, aby byl vzduch mezi elektrodami zapalovací svíčky vodivý a aby mohla přeskočit jiskra;
- Jiskření od zapalovací svíčky: ze zapalovacího vedení vidíme, že zapalovací svíčka jiskří;
- Houpání: zde odtéká zbytková energie. To závisí na hodnotě LCR obvodu (hodnota L zapalovací cívky a kapacita kondenzátoru).
Dobou otevření na snímku dalekohledu rozumíme dobu otevření kontaktních bodů. To již neplatí pro počítačem řízené zapalování. Rychlost však můžeme určit na základě bodu, ve kterém se objeví ionizační napětí druhé jiskry. Obrázky dalekohledu níže ukazují obrázky primárního zážehu při nízké rychlosti (vlevo) a vysoké rychlosti (vpravo).
Osciloskopem můžeme zobrazit obraz zapalování a obraz vstřiku ve vztahu k signálu klikového hřídele. Referenční kolo obsahuje jeden referenční bod. Po každé otáčkě klikového hřídele nastává zážehový moment. Víme, že klikový hřídel se musí otočit o dvě otáčky pro jeden úplný pracovní cyklus. Z toho můžeme poznat, že máme co do činění se zapalovací cívkou DIS. Dochází tedy k „promarněné jiskře“. Obrázky vstřikovačů to potvrzují: vstřikování probíhá každou druhou otáčku klikového hřídele.
Máte-li podezření, že je zapalovací cívka vadná, můžete podle obrázku sekundárního zapalování určit, zda je problém v sekundárním zapalování. Výsledný obrázek ukazuje obrázek zapalování válce 6 (modrý) a válce 4 (červený), ve kterých je přítomna porucha. Vysvětlení následuje pod obrázkem.
Na primárním snímku válce 4 je vidět ionizační napětí, ale pak energie odteče. Obrázek nyní připomíná charakteristický napěťový profil injektoru s magnetickou cívkou. Co můžeme na tomto obrázku poznat:
- Válec 6 (modrý) je v pořádku. Tento obrázek používáme jako referenci;
- Válec 4: ionizační napětí je v pořádku. Energie vzniká v primární cívce. Primární cívka je dobrá;
- Ovládání ECU motoru nebo externího zapalovacího modulu je v pořádku;
- Sekundární kurz není vidět;
- Primární a sekundární cívka si proto nevyměňují energii;
- Sekundární cívka je přerušena.
Zkušenosti ukazují, že sekundární cívka zapalovací cívky může selhat vlivem tepla. Tuto vadu můžeme detekovat osciloskopem. Upozornění: pokud motor přešel do úsporného režimu, ovládání může být ukončeno. Měření proto provádějte ihned po nebo během nastartování motoru.
