Zapłon iskrownikowy

Podstawową zaletą zapłonu iskrownikowego jest całkowita niezależność od akumulatora. Pojazd wyposażony w zapłon iskrownikowy może nie posiadać instalacji niskiego napięcia, gdyż jest ona w tym wypadku całkowicie odrębnym układem.

Iskrownik to połączenie prądnicy i cewki zapłonowej. Pod wpływem działania zmiennego pola magnetycznego w uzwojeniu pierwotnym (obwodzie niskiego napięcia) indukowany jest prąd niskiego napięcia. Przepływ prądu niskiego napięcia przerwany zostaje przez mechaniczny lub elektroniczny przerywacz. W uzwojeniu wtórnym (obwodzie wysokiego napięcia) indukuje się wówczas wysokie napięcie. Budowa iskrowników może być różna, lecz zasada działania pozostaje wciąż ta sama. Iskrowniki dzielimy na trzy grupy:

• posiadające nieruchomy magnes i obracający się twornik z uzwojeniami (rozwiązanie spotykane w starszych typach iskrowników),

• posiadające ruchomy magnes i nieruchomy rdzeń z nawiniętymi uzwojeniami,

• posiadające nieruchomy magnes i rdzeń z uzwojeniami, wyposażone w ruchomy komutator magnetyczny (rozwiązanie spotykane w silnikach lotniczych).

Wadą klasycznych iskrowników jest stosunkowo słaba iskra przy niskich obrotach silnika.

Powszechne wprowadzenie bezstykowych układów zapłonowych ograniczyło poważnie wykorzystanie klasycznych iskrowników z mechanicznym przerywaczem w silnikach motocyklowych. Dalszy zanik iskrowników nastąpił na skutek rozpowszechnienia elektronicznych układów sterujących punktem zapłonu, zbierających i analizujących dane o obciążeniu silnika, położeniu i prędkości obrotowej wału korbowego, podciśnieniu w kolektorze ssącym, temperaturze silnika i otoczenia, ciśnieniu zasysanego powietrza itp.

W użytkowych motocyklach enduro spotyka się obecnie rozwiązania łączące zalety klasycznego iskrownika i elektronicznego układu zapłonowego. Taki układ zapłonowy składa się z trzech zasadniczych elementów: cewki niskiego napięcia, układu elektronicznego i cewki wysokiego napięcia i jest to najczęściej obecnie spotykany rodzaj zapłonu iskrownikowego.

Cewka niskiego napięcia zasila układ zapłonowy. Prąd jest tam indukowany pod wpływem zmiennego pola magnetycznego, powstającego zazwyczaj na skutek ruchu magnesów stałych. Układ elektroniczny odgrywa rolę przerywacza i regulatora punktu zapłonu. Cewka wysokiego napięcia pełni funkcję analogiczną jak w zapłonie bateryjnym. Tego typu układ zapłonowy nie posiada wady charakterystycznej dla iskrowników klasycznych, jest on tak wydajny, że nawet powolne poruszanie rozrusznikiem nożnym powoduje wytworzenie iskry wystarczającej do zapalenia mieszanki w najcięższych warunkach. W odróżnieniu od zapłonowych układów bateryjnych (zasilanych prądem stałym), tego typu elektroniczne układy zapłonowe zasilane są prądem zmiennym indukowanym w cewce niskiego napięcia. Jest to bardzo istotne podczas diagnostyki, naprawy i doboru zamienników.

Zapłon bateryjny – stykowy i bezstykowy

Bateryjna instalacja zapłonowa jednocylindrowego silnika spalinowego o zapłonie iskrowym składa się z akumulatora, stacyjki, cewki zapłonowej, przerywacza, kondensatora i świecy zapłonowej. Jest to typowy układ spotykany w jednocylindrowych silnikach motocyklowych. Wielocylindrowe silniki motocyklowe wyposażane są w rozdzielacz sporadycznie, ponieważ konstruktorzy motocykli starali się zastąpić niektóre drogie rozwiązania samochodowe – tańszymi. W motocyklowych silnikach dwucylindrowych typu boxer poradzono sobie bez rozdzielacza dość łatwo. Dwucylindrowy czterosuwowy silnik leżący, o przeciwległym układzie cylindrów, charakteryzuje się tym, że zwrot zewnętrzny i zwrot wewnętrzny tłoków następuje jednocześnie. Jeżeli w jednym cylindrze nastąpił zapłon, to w drugim kończy się wydech. Dlatego nie jest szkodliwe występowanie iskry jednocześnie w obu cylindrach. W jednym spowoduje ona zapłon przygotowanej mieszanki, a w drugim wystąpi w momencie opuszczania cylindra przez resztki spalin, pod koniec suwu wydechu.

Zapłon stykowy posiada jeden przerywacz i specjalną podwójną cewkę zapłonową. Tradycyjna cewka zapłonowa działa na zasadzie autotransformatora. Koniec uzwojenia pierwotnego łączy się z początkiem uzwojenia wtórnego i okresowo zwierany jest z masą, przez dołączony w tym miejscu przerywacz. Cewka zapłonowa z dwoma wyprowadzeniami działa na zasadzie transformatora. Uzwojenie pierwotne nie łączy się z wtórnym. Obydwie końcówki uzwojenia wtórnego wyprowadzone są na zewnątrz i połączone ze świecami zapłonowymi. W chwili przerwania przepływu prądu niskiego napięcia w uzwojeniu pierwotnym, w uzwojeniu wtórnym powstaje prąd wysokiego napięcia i wyładowanie iskrowe na obydwóch świecach zapłonowych. Obwód wysokiego napięcia jest zamykany pomiędzy świecami zapłonowymi przez masę pojazdu. Motocyklowe bateryjne instalacje zapłonowe, stosowane w dwucylindrowych silnikach o tłokach przeciwbieżnych, posiadają dwa przerywacze i dwie klasyczne cewki zapłonowe.

Ciekawsze są instalacje zapłonowe motocykli czterosuwowych z silnikami czterocylindrowymi. Występują tam dwa przerywacze i dwie podwójne cewki.

Czterocylindrowy silnik rzędowy posiada dwie pary cylindrów z tłokami współbieżnymi. Każda cewka podwójna obsługuje taką parę cylindrów. Występują tam dwa niezależne układy zapłonowe z podwójną cewką. Pracą przerywaczy steruje wspólna krzywka o pojedynczym garbie. W klasycznym układzie zapłonowym przerywacz jest bardzo silnie obciążony płynącym przez niego prądem doprowadzanym do cewki zapłonowej. W chwili przerwania przepływu prądu powstają przepięcia powodowane prądami samoindukcji w uzwojeniu pierwotnym. Skutkuje to wypalaniem styków. Konieczna jest częsta kontrola stanu styków, regulacja przerwy oraz punktu zapłonu. Powyższe niedogodności skłoniły konstruktorów do opracowania elektronicznych systemów odciążających przerywacz.

Obecnie trudno jest znaleźć motocykl posiadający zapłon tranzystorowy z przerywaczem mechanicznym, ponieważ nie był to układ stosowany powszechnie w jednośladach.

Zapłony bezstykowe, w odróżnieniu od stykowych, cechują niezawodność, bezobsługowość i niezmienność punktu zapłonu. Różnica w budowie zapłonowych układów stykowych i bezstykowych polega na zastosowaniu w tych ostatnich elektronicznego układu przerywającego przepływ prądu w układzie niskiego napięcia. Elementem bezpośrednio zastępującym przerywacz w układzie bezstykowym jest nadajnik sygnałów (czujnik). Nadajniki sygnałów dzielą się na generatorowe (wytwarzające impulsy elektryczne) i parametrowe (zmieniające stan przewodzenia prądu płynącego z obcego źródła). W motocyklowych bezstykowych układach zapłonowych najczęściej występują czujniki generatorowe.

Powrót do spisu treściD13jaKuFOPowrót do spisu treści

W silnikach motocyklowych nadajniki sygnałów sterujących pracą układów zapłonowych napędzane są od wału korbowego lub od wałka rozrządu. W silnikach wielocylindrowych występować może, omawiany przy okazji zapłonów stykowych, układ z podwójnymi cewkami zapłonowymi. Dla czterosuwowego silnika dwucylindrowego o tłokach współbieżnych generator impulsów umieszczony powinien być wówczas na wale korbowym i przekazywać impulsy do, wspólnego dla dwóch cylindrów, układu zapłonowego sterującego podwójną cewką. W przypadku czterocylindrowego silnika czterosuwowego trzeba zastosować dwie cewki zapłonowe. W skład nowoczesnych motocyklowych bezstykowych układów zapłonowych wchodzą elektroniczne układy regulacyjne, zastępujące mechaniczny, odśrodkowy przyspieszacz zapłonu, podciśnieniowy regulator zapłonu oraz uzależniające punkt zapłonu od wielu czynników zewnętrznych, wewnętrznych i wstępnie określonych założeń. Elektroniczny bezstykowy układ zapłonowy nowoczesnego motocykla, dla właściwego wyznaczenia punktu zapłonu, pobiera informacje z czujników określających aktualną prędkość obrotową wału korbowego, podciśnienie w kolektorze ssącym (obciążenie silnika), a niekiedy także szereg innych danych, takich jak temperaturę silnika, temperaturę i skład gazów wylotowych, temperaturę i ciśnienie powietrza itp. Podstawą do określenia właściwego punktu zapłonu jest tak zwana mapa zapłonów, będąca zbiorem zakodowanych informacji o możliwych punktach występowania zapłonu dla danego silnika. Mapa zapłonów jest indywidualna dla każdego modelu silnika i uzależniona od jego budowy, przeznaczenia i zakładanej charakterystyki pracy. Tylko w najprostszych modułach zapłonowych możliwe jest graficzne przedstawienie jej w przestrzeni trójwymiarowej. Przy większej liczbie parametrów konieczne będzie zastosowanie trudnych do wyobrażenia, przestrzeni wielowymiarowych, dlatego nie jest możliwe w praktyce warsztatowej zastępowanie uszkodzonego modułu zapłonowego elementem z innego modelu motocykla, nawet o zbliżonej budowie. Nowoczesne motocykle wyposażone w zapłon bezstykowy i zasilanie wtryskowe wykorzystują centralne jednostki sterujące do sterowania pracą obu układów.

Świece zapłonowe

Za prawidłowy zapłon mieszanki paliwowo‑powietrznej w komorze spalania silnika spalinowego o zapłonie iskrowym odpowiedzialna jest świeca zapłonowa, której zasadnicze cechy konstrukcji nie zmieniły się od wielu lat. Świeca zapłonowa składa się ze stalowego, gwintowanego korpusu, osadzonego w nim izolatora ceramicznego i umieszczonej centralnie elektrody. Prąd wysokiego napięcia wytworzony w układzie zapłonowym doprowadzony jest do izolowanej elektrody centralnej. Druga elektroda umocowana jest do stalowego korpusu świecy i połączona z masą po wkręceniu świecy do jej otworu w głowicy. Przerwanie przepływu prądu w uzwojeniu pierwotnym cewki zapłonowej powoduje po około $30$ mikrosekundach tak duży wzrost napięcia na elektrodach świecy zapłonowej, że przerwa pomiędzy elektrodami staje się przewodząca. Powstaje wówczas wyładowanie iskrowe zwane czołem iskry, a następnie wyładowanie jarzeniowe zwane ogonem iskry. Ogon iskry powstaje na skutek całkowitego rozładowywania się energii nagromadzonej w cewce zapłonowej. Wyładowanie elektryczne następuje między dolnym końcem elektrody centralnej a końcem elektrody masowej (konstrukcja świecy może przewidywać więcej niż jedną elektrodę masową). Iskra wytwarzana na świecy zapłonowej powoduje zapalenie mieszanki paliwowo‑powietrznej w cylindrze i pracę silnika. Sprawna świeca, gwarantująca powtarzalność iskry, jest więc niezbędna dla prawidłowej pracy silnika. Podczas pracy świeca zapłonowa poddawana jest działaniu wysokiej temperatury, zmiennego ciśnienia, żrącemu wpływowi gazów spalinowych, a końce elektrod wypalane są przez wyładowania iskrowe. Na świecy gromadzi się nagar i zanieczyszczenia. Producent silnika określa parametry, jakim powinna odpowiadać świeca zapłonowa właściwa dla danego pojazdu. Wyjątek stanowią silniki wyczynowe i tuningowane, gdzie niektóre parametry świec zapłonowych dobiera się doświadczalnie.

Podstawowymi parametrami świecy zapłonowej są: wartość cieplna, odstęp elektrod, średnica gwintu i długość gwintu.

Silniki o wysokiej temperaturze pracy wymagają świec zapłonowych o wysokiej wartości cieplnej, popularnie zwanych zimnymi, z powodu dobrego odprowadzania ciepła (chłodzenia świecy). Silniki o niskiej temperaturze pracy wymagają świec o niskiej wartości cieplnej, zwanych gorącymi, z powodu złego odprowadzania ciepła.

Wartość cieplna świecy zapłonowej musi być tak dobrana, aby podczas pracy silnika w całym zakresie obrotów i obciążeń, temperatura stopy izolatora zawierała się pomiędzy $350°\mathrm{C}$ a $850°\mathrm{C}$. Temperatura stopy izolatora powyżej $350°\mathrm{C}$ pozwala na samooczyszczanie się świecy zapłonowej z osadu węglowego i olejowego. Świeca rozgrzewająca się poniżej tej temperatury zanieczyszcza się i przestaje działać. Temperatura stopy izolatora powyżej $850°\mathrm{C}$ sprzyja powstawaniu samozapłonów. Mieszanka paliwowo‑powietrzna zapala się wówczas od rozżarzonej świecy zapłonowej, zanim nastąpi wyładowanie iskrowe pomiędzy elektrodami. Prawidłową wartość cieplną świecy zapłonowej pracującej w cylindrze silnika rozpoznajemy po szaro‑brązowym zabarwieniu stopy izolatora. Świeca zbyt zimna będzie miała zaolejoną i zabrudzoną stopę izolatora oraz elektrody. Świecę zbyt gorącą poznamy po nadtopionych elektrodach i popękanej stopie izolatora. Orientacyjny odstęp elektrod świec zapłonowych powinien wynosić $0,4–0,5\mathrm{mm}$ przy zapłonie iskrownikowym i $0,5–0,8\mathrm{mm}$ przy zapłonie bateryjnym.

Re4pldJNFen5G

Koło magnesowe alternatora stałomagnetycznego z widocznym pinem wyzwalającym sygnał impulsatora zapłonowego

R1F1sZQ9SR9YL

Odśrodkowy przyspieszacz zapłonu w układzie stykowym, widoczny również kondensator zapłonowy zamontowany nad alternatorem

R18Ry8yEWMumx

Świeca zapłonowa z elektrodą igłową

R1br3YJYV7VEH

Świeca zapłonowa z elektrodą klasyczną

W galerii zdjęć przedstawiono poszczególne elementy instalacji zapłonowych opisane w treści powyżej.

Powrót do spisu treściD13jaKuFOPowrót do spisu treści

Powiązane materiały multimedialne

• Animacja 3D Animacja wybranych układów, podzespołów i zespołów pojazdów motocyklowych w 3DDGy29YdRUAnimacja 3D Animacja wybranych układów, podzespołów i zespołów pojazdów motocyklowych w 3D

• Grafika interaktywna Rodzaje oraz budowa wybranych układów, podzespołów i zespołów pojazdów motocyklowychDahIFgQxtGrafika interaktywna Rodzaje oraz budowa wybranych układów, podzespołów i zespołów pojazdów motocyklowych