Kveikjukerfi

Viðfangsefni:

General
Kveikja í kveikjuspólu
Hefðbundin dreifingarkveikja með tengipunktum
Tölvustýrð kveikja
Brennsluþrýstingur og kveikjutími
Kveikjuframgangur
Dvalartími
DIS bólga
Einn kveikjuspóla á hvern strokk
Mældu aðalkveikjunarmynstrið með sveiflusjánni

Almennt:
Í bensínvél þarf að kveikja í eldsneytis/loftblöndunni í lok þjöppunarslagsins. Þetta gerist vegna þess að kerti gefur neista. Til þess að kertin geti neist þarf spennu á milli 20.000 og 30.000 volt. Kveikjuspóla breytir rafhlöðuspennunni (um 12 til 14,8 volt) í þessa háspennu.
Með eldri kerfum er oft 1 kveikjuspóla skrúfuð einhvers staðar á vélarblokkinni sem er tengd við kertin með kertasnúrum. Nýrri vélar eru oft með kveikjuspólum. Hver kerti hefur sína eigin kveikjuspólu. Auðvelt er að greina fjölda kveikjuspóla á vélinni með því að tengja vír eru til staðar. Ef kertavírar liggja í hvern strokk er bíllinn með 1 fasta kveikjuspólu eða DIS kveikjuspólu. Ef engir kertavírar eru í gangi er sérkveikjuspóla á hverju kerti. Oft þarf að taka vélarhlíf í sundur til að sjá þetta.

Kveikjuspóla:
Kveikjukerfi notar kveikjuspólu. Burtséð frá gerðinni (hefðbundin eða tölvustýrð) er meginreglan sú sama. Kveikjuspólinn inniheldur 2 vafninga af koparvír utan um járnstöng (kjarna). Aðalspólan (á kveikjuhliðinni) hefur nokkrar snúningar af þykkum vír. Aukaspólan hefur marga snúninga af þunnum vír. Aðalspólan er með 12 volta spennu. Straumur upp á 3 til 8 amper er sendur í gegnum þessa aðalspólu. Þetta myndar segulsvið. Þegar þetta segulsvið hverfur myndast spenna upp á 250 til 400 volt í frumspólunni. Vegna mismunar á fjölda vinda myndast allt að 40.000 volt spenna í aukaspólunni.

Aðal spólu kveikjuspólunnar er með óvirka og innleiðandi viðnám. Ómíska viðnámið er hægt að mæla með fjölmælinum, eða reikna út frá straum- eða spennumælingum. Inductive viðnámið vísar til segulsviðsins sem myndast í aðalspólunni og fer eftir hraðanum sem straumurinn breytist og segulmagnaðir eiginleikar spólunnar (L gildið). Hver kveikjuspóla hefur fast L-gildi sem fer eftir fjölda snúninga og stærð spólunnar og eiginleikum og stærð kjarna.

Hefðbundin dreifingarkveikja með tengipunktum:
Hefðbundið kveikjukerfi samanstendur af einni kveikjuspólu sem er kveikt og slökkt á með snertipunktum, kveikjuspólukapla, kveikjusnúrum og vélrænum dreifibúnaði með kveikjutíma.

Í hvíld eru tengipunktarnir lokaðir. Straumur flæðir í gegnum aðalspóluna, um snertipunktana við jörðu. Á því augnabliki er segulsvið til staðar í aðalspólunni. Þegar kamburinn lyftir stönginni rofnar snertingin milli snertipunktanna og framkallað spenna myndast. Þessi framkölluð spenna er magnuð í aukaspólunni og send til dreifingaraðila í gegnum kveikjuspóluna. Lyfið í dreifibúnaðinum bendir á eina af kertakapaltengingunum. Spennan er send til kertisins sem gefur af sér neista.

Kveikjuspólinn sendir háspennu í gegnum tengingu kveikjuspólunnar við snúninginn í dreifiveitunni. Snúinn í dreifibúnaðinum snýst á helmingi hraða sveifarásarinnar. Þetta er gert mögulegt vegna þess að, allt eftir smíði, er bein tenging á milli sveifaráss og dreifibúnaðar (eins og sýnt er á myndinni), eða vegna þess að snúningurinn er knúinn beint af kambásnum. Þegar öllu er á botninn hvolft snýst kambásinn þegar á helmingi hraða sveifarássins. Myndin sýnir sprungið mynd af dreifingaraðilanum.

Rotorinn er viðkvæmur fyrir viðhaldi. Snertiagnirnar á milli snúnings og dreifiloka tærast með tímanum, sem rýrar gæði neistakertaneistans. Með því að slípa tæringuna af og til eða skipta um slitna hluta haldast gæði neistasins ákjósanleg. Með því að snúa dreifilokinu á snúningnum er kveikjunartíminn stilltur.

Tölvustýrð kveikja:
Nútímabílar eru búnir tölvustýrðu kveikjukerfi. Vélarstjórnunarkerfið stjórnar kveikjuspólunni. Púlsrafall (stöðuskynjari sveifarásar og hugsanlega kambásstöðunemi) gefur viðmiðunarpúls sem gengur samstillt með sveif eða knastás. Oft vantar tönn í hring eða á trissunni sem þjónar sem viðmiðunarpunktur. Myndin sýnir vélknúna sveifarásarhjólið á MegaSquirt verkefni. Trissan er með 36 tennur, þar af 1 slípuð í burtu. Þess vegna er það einnig kallað 36-1 viðmiðunarhjól. Fyrir hverjar 10 gráður fer 1 tönn framhjá skynjaranum (360/36).

Í hvert sinn sem tönnin sem vantar snýst framhjá skynjaranum er merki sent til ECU.
Þessi viðmiðunarpunktur er ekki top dead center (TDC) eins og nafnið gefur oft til kynna. Í raun og veru er þessi viðmiðunarpunktur á milli 90 og 120 gráður á undan TDC. Þetta þýðir að þegar ekki er kveikjuframgangur fer kveikjupúlsinn 9 til 12 tönnum á eftir viðmiðunarpunktinum.

Myndin sýnir sveifarássmerkið (gult) í tengslum við stjórnpúls kveikjuspólunnar (blátt). Í sveifarássmerkinu sést tönnin sem vantar þar sem púlsinn vantar. Á þessari vél er tönnin sem vantar 90 gráður á undan TDC (það eru 9 tennur á púlshjólinu).

Á milli tönnarinnar sem vantar (viðmiðunarpunktur, gulur) og stjórnpúlsins (blár) sjást 8 tennur; Þetta er 10 gráðu forkveikja.

Að koma kveikjunni áfram hefur að gera með brunahraða; brennslan þarf tíma til að ná hámarks brennsluþrýstingi. Þessi hámarksbrennsluþrýstingur er ákjósanlegur við sveifarássstöðu 15 til 20 gráður á eftir TDC. Þetta verður að vera ákjósanlegt við allar rekstraraðstæður. Eftirfarandi málsgreinar útskýra áhrif kveikjutímans á brunaþrýstinginn, hvernig íkveikjuframvindan á sér stað og hvernig hægt er að lesa dvalartímann á sviðsmyndinni.

Brennsluþrýstingur og kveikjutími:
Kveikjukerfið þarf að tryggja að blandan í hylkisrýminu kvikni á réttum tíma. Þegar stimpillinn hefur farið framhjá TDC þarf brennsluþrýstingurinn að vera hæstur. Vegna þess að það er tími á milli kviknar og kviknar í blöndunni (þar sem hámarksbrennsluþrýstingur er náð) verður að kveikja í blöndunni nokkru áður en TDC. Í stuttu máli: kertin verður að hafa kviknað áður en stimpillinn hefur náð TDC.

Í eftirfarandi skýringarmynd sjáum við framvindu þrýstings (rauð lína) miðað við sveifarásargráðurnar. Kveikt á neisti við punkt a. Stimpillinn færist lengra í átt að TDC (0) og brennsluþrýstingurinn eykst. Hámarksbrennsluþrýstingur næst um það bil 10 til 15 gráður eftir TDC (við b-lið).

ef b-liður færist of langt til vinstri er kveikt of snemma í blöndunni og stimpillinn stöðvast í að hreyfast upp á við;
Þegar b-liður er færður til hægri fer brennslan of seint fram. Stimpillinn hefur þegar færst of langt í átt að ODP. Aflhöggið er ekki lengur nógu áhrifaríkt.

Kveikjuframleiðsla:
Til þess að háþrýstingur náist í réttri stöðu sveifarásar er mikilvægt að koma kveikjunni fram þegar snúningshraði hreyfilsins er aukinn. Punkt b (hámarksbrennsluþrýstingur) má ekki færa til. Þegar kveikjutíminn er færður fram og aftur er hægur, er punktur a (kveikjutími) færður til vinstri eða hægri. Brunatíminn fer eftir fyllingarstigi vélarinnar og núverandi blöndunarhlutfalli. Kveikjugangurinn er því mismunandi fyrir hverja vél. Þetta er líka ástæðan fyrir því að viðmiðunarpunktur sveifarásar er stilltur nokkrum gráðum á undan TDC: á milli viðmiðunarpunktsins og TDC er tími til að reikna út kveikjuframgang.

Með DIS kveikjuspólu (lýst nánar á síðunni) nægir stöðuskynjari sveifarásar til að ákvarða kveikjutímann. Fyrsti púlsinn á eftir tönninni sem vantar er til dæmis notaður til að hlaða aukaspólu strokka 1 og 4. Síðan er fjöldi tanna talinn (18 í þessu tilfelli) til að mynda púls fyrir aukaspólu strokka 2 og 3. Ef vélin er búin COP kveikjuspólum dugar einn viðmiðunarpunktur ekki. Í því tilviki þarf kambásstöðuskynjara til að greina marga viðmiðunarpunkta.

Myndirnar tvær hér að neðan (kveikjuframdráttartafla og þrívíddarsýn) sýna stillingar kveikjukortsins í MegaSquirt verkefni. Þetta eru kallaðir uppflettitöflur, tilvísunar- eða kjarnareitir.

Kveikjugangurinn er ákvörðuð út frá uppsetningu vélarinnar. Línuritin sýna fullhleðslukveikjuferla fyrir (hefðbundna) vélræna dreifingarkveikju (bleik lína) og tölvustýrt kerfi (blá lína). Beygjan í bleiku línunni er punkturinn þar sem lofttæmisframförin kemur til framkvæmda. Ennfremur eru línurnar beinar; þetta er vegna vélrænna takmarkana. Með tölvustýrðu kerfi er hægt að stjórna þessu nákvæmari; því gengur kveikjuferillinn áfram sem ferill. Á milli 1200 og 2600 snúninga á mínútu hefur bláa línan verið dregin lítillega niður; þetta hefur að gera með hlutaálagsbankasvæðið. Einnig má sjá að bæði hefðbundnar og tölvustýrðar framlínur enda á um það bil 25 gráðum. Ekki ætti að auka framhlaupið frekar, því þá er hætta á "háhraðahögginu", eða bankasvæðinu á miklum hraða.

Kveikjukortið þjónar sem grunnur að kveikjuframgangi. Héðan í frá mun vélstjórnarkerfið reyna að koma kveikjunni eins mikið og hægt er. Of mikið framtak mun leiða til að banka; þetta er skráð af höggskynjurum. Um leið og höggskynjararnir skrá að vélin hafi tilhneigingu til að banka mun vélstjórnarkerfið víkja frá kveikjutímanum um nokkrar gráður. Hraðanum verður síðan hraðað aftur þar til höggskynjararnir gefa merki.

Dvalartími:
Þegar kveikt er á frumstraumnum myndast segulsvið. Straumurinn í gegnum spóluna nær ekki strax hámarksgildi sínu; Þetta tekur tíma. Í spólunni er viðnám sem fæst frá andstæðri innleiðsluspennu. Straumurinn verður heldur ekki meiri en 6 til 8 amper. Nóg orka hefur myndast á 2,3 millisekúndum til að neisti stökkvi í gegnum kertann sem nægir til að kveikja í loft-eldsneytisblöndunni. Punkturinn t=2,3 ms er kveikjutíminn. Straumuppbygging frá tíma t0 til t=2,3 ms er kölluð hleðslutími aðalspólunnar, eða dvalartími.

Straumuppbyggingin í aðalspólunni hættir við um það bil 7,5 amper. Straumurinn ætti ekki að aukast frekar því þá gæti frumspólan orðið of heit. Þegar spenna innanborðs í bílnum lækkar þarf meiri tíma til að hlaða aðalspóluna. Kveikjutíminn breytist ekki. Þannig að hleðsla verður að byrja fyrr. Þetta sést á myndinni þar sem græna línan sýnir spóluspennu fyrirbæri við lægri spennu. Hleðsluferlið byrjar fyrr (delta t) og lýkur á sama tíma og svarta línan við 7,5 A.

Stjórn kveikjuspólunnar breytist; breidd aksturspúlsins hefur áhrif á hleðslutíma aðalspólunnar. Því lengri sem púlsinn er, því lengur hefur spólan tíma til að hlaðast.
Á báðum myndum kemur bólgan fram við áttundu tönn (80 gráður á undan TDC). Hægri myndin sýnir lengri dvalartímann.

DIS bólga:
DIS stendur fyrir Distributorless Ignition System. Það er, eins og nafnið gefur til kynna, rafræn dreifingarlaus kveikja. Kveikjumerkið kemur beint frá ECU, sem gerir hann að tölvustýrðri kveikju. Þetta kveikjukerfi sameinar 2 kveikjuspóla í 1 húsi. Hver kveikjuspóla gefur neistann fyrir 2 strokka. Það er ein kveikjuspóla fest á strokk 1 og 4 og hin spóla fest á strokkum 2 og 3.

Sem dæmi tökum við DIS kveikjuspóluna með tengingum fyrir strokka 2 og 3. Það er enginn snúningur sem þýðir að þeir munu báðir neista í einu. Cylinder 2 er í lok þjöppunarslagsins og kveikjuspólan gefur neista til að kveikja í blöndunni. Þetta þýðir að kveikjuspólan kviknar líka á strokka 3 sem byrjar þá með inntaksslaginu en þar sem hann er nú ekki með eldfima blöndu skiptir það engu máli. Seinna, þegar strokkur 3 er upptekinn við þjöppunarslag, verður strokkur 2 upptekinn við inntaksslag og fær þá óþarfa neista. Tómi neistinn í strokknum þar sem enginn bruni á sér stað veldur ekki hraðari öldrun kerti. Neistinn þarf þá aðeins 1kV (1000V) spennu í stað 30kV þegar brennt er blöndu.

Kosturinn við DIS kveikjuspóluna er að í raun er ekki þörf á viðhaldi. Kveikjuspólinn er viðhaldsfrír. Ókosturinn við þessa kveikjuspólu er að raki kemst stundum á milli snúrunnar og tengiskaftsins í kveikjuspólunni. Raki veldur tæringu á tengiliðunum sem verða hvítir eða grænir. Neistaspennan lækkar vegna mikils spennutaps sem stafar af tæringu. Vélin getur byrjað að hristast og titra lítillega, án þess að það valdi raunverulega bilun í minni ECU. Ef um er að ræða kvörtun sem þessa er skynsamlegt að taka í sundur snúrurnar af kveikjuspólunni einn í einu (á meðan vélin er slökkt!!) og athuga hvort snertingarnar séu fallegar og gulllitaðar og engin ummerki um tæringu í kapalinn og í skaftinu.sést. Tæringin er mjög árásargjarn og kemur hægt aftur eftir hreinsun. Besta lausnin er að skipta út kveikjuspólunni í heild sinni fyrir viðeigandi snúru.

Einn kveikjuspóla á hvern strokk:
Með þessu kveikjukerfi eru (stangir) kveikjuspólarnir, einnig kallaðir COP (coil on plug) kveikjuspólarnir, festir beint á kertann. Einnig hér stjórnar vélstýringareiningin (ECU) kveikjunni. Bæði straumurinn og kveikjutíminn eru reiknaður af stjórneiningunni. Aðgerðin er eins og eldri kveikjuspóla; Þessi kveikjuspóla er einnig með aðal- og aukaspólu. Aðalspólunni er spennt í gegnum klóið efst og rofið innra með smári.
Ókosturinn við þessar kveikjuspólur er að þær eru festar í kertaskaftið og verða því mjög heitar. Þó að þeir séu gerðir fyrir það, hafa þeir tilhneigingu til að brotna stundum. Þetta er hægt að þekkja þegar bíll sleppir strokki og þá byrjar vélin að hristast. Þegar þetta gerist greinir lambdaskynjarinn að kveikjuspóla er ekki að kveikja á eldsneytinu og eldsneytisinnsprautun í viðkomandi strokk verður stöðvuð. Strokkurinn virkar þá alls ekki lengur. Þetta kemur í veg fyrir að óbrennt eldsneyti komist inn í útblástursloftið sem eyðileggur hvatann. Brotinn kveikjuspólu má oft þekkja á því að vélin gengur mjög óreglulega (og vélarljósið logar, þó að þetta ljós geti átt sér ýmsar orsakir).

Frekari upplýsingar og orsakir kveikingar í strokka má finna á síðunni strokkaflutningur.

Ef þig grunar að kveikjuspólan sé gölluð er hægt að skoða frumkveikjumyndina með sveiflusjánni ef vélin er í neyðarstillingu og slökkt hefur verið á kveikju og innspýtingu á meðan vélin er í gangi.

Mæling á frumkveikjunarmynstri með sveiflusjánni:
Kveikjuspólan myndar spennuna þannig að sterkur neisti getur myndast neðst á kerti. Kveikjuspólan verður að mynda um það bil 30.000 til 40.000 volt spennu til að mynda neista í kerti. Í þessu skyni þarf að mynda jónunarspennu upp á 300 til 400 volt í aðalspólunni. Við getum séð á spennunni í gegnum frumspóluna hvort þetta ferli gengur vel. Spenna aðal- og aukaspólunnar fara hvert á annað, þó að styrkirnir í aukaspólunni séu um það bil 100x hærri. Þannig er hægt að sjá í frumspennusniði hvort kveikjuspólinn sé í lagi og hvort kveiki í kerti. Umfangsmyndin hér að neðan var mæld á aðalspólu kveikjuspólu.

Frá vinstri til hægri:

14 volt: í hvíld mælum við 14 volt á plús- og jarðhlið spólunnar í kveikjuspólunni;
Snertitími: Aðalspólinn er tengdur við jörð á annarri hliðinni. Mismunadrifspenna upp á 14 volt myndast á milli + og jarðar, sem veldur því að straumur flæðir í gegnum spóluna;
300 volt (innleiðslu): úttaksþrepið í rafeiningunni eða kveikjueiningunni lýkur stjórninni og framkalla um það bil 300 volt myndast í aðalspólunni. Við köllum þetta jónunarspennu. 30.000 volt spenna myndast í aukaspólunni. Þessi spenna er nauðsynleg til að gera loftið milli rafskauta kerti leiðandi og leyfa neista að hoppa;
Neisti frá kerti: af neistalínunni sjáum við að kerti er að kveikja;
Sveifla: þetta er þar sem afgangsorkan flæðir í burtu. Þetta fer eftir LCR gildi rásarinnar (L gildi kveikjuspólunnar og rýmd þéttans).

Með opnunartíma í umfangsmyndinni er átt við opnunartíma tengiliða. Þetta á ekki lengur við um tölvustýrða kveikju. Hins vegar getum við ákvarðað hraðann út frá þeim stað þar sem jónunarspenna seinni neista kemur fram. Umfangsmyndirnar hér að neðan sýna aðalkveikjumyndirnar á lágum hraða (vinstri) og miklum hraða (hægri).

Með sveiflusjá getum við sýnt kveikjumyndina og inndælingarmyndina í tengslum við sveifarássmerkið. Viðmiðunarhjólið inniheldur einn viðmiðunarpunkt. Kveikjustund á sér stað eftir hvern snúning á sveifarásnum. Við vitum að sveifarásinn verður að snúa tveimur snúningum í eina heila vinnulotu. Af þessu getum við viðurkennt að við erum að fást við DIS kveikjuspólu. Þannig að „sóað neisti“ á sér stað. Inndælingarmyndirnar staðfesta þetta: inndælingin á sér stað aðra hverja snúning sveifaráss.

Ef þig grunar að kveikjuspóla sé gölluð geturðu ákvarðað hvort vandamál sé í aukakveikjunni með því að skoða aukakveikjumyndina. Myndin sem myndast sýnir kveikjumynd af strokk 6 (blár) og strokk 4 (rauður) þar sem bilun er til staðar. Skýringin fylgir fyrir neðan myndina.

Á frummynd strokks 4 sést jónunarspennan en þá streymir orkan í burtu. Myndin líkist nú einkennandi spennusniði segulspóluinndælingartækis. Hvað getum við þekkt á þessari mynd:

Cylinder 6 (blár) er í lagi. Við notum þessa mynd til viðmiðunar;
Strokkur 4: jónunarspennan er í lagi. Orka myndast í frumspólunni. Aðal spólan er góð;
Stjórnun á ECU hreyfilsins eða ytri kveikjueiningunni er í lagi;
Framhaldsnámskeiðið er ekki sýnilegt;
Aðal- og aukaspólan skiptast því ekki á orku;
Aukaspólan er rofin.

Reynslan sýnir að aukaspólu í kveikjuspólu getur bilað vegna hita. Við getum greint þennan galla með sveiflusjá. Vinsamlega athugið: ef vélin hefur farið í slappa stillingu getur verið að stjórninni verði hætt. Því skal framkvæma mælinguna strax eftir eða á meðan vélin er ræst.