W tym artykule omówimy:- 1. Wprowadzenie do systemów zapłonowych 2. Rodzaje układów zapłonowych 3. Elektroniczny system zapłonowy.

Wprowadzenie do systemów zapłonowych:

Wiemy, że w przypadku silników o spalaniu wewnętrznym (IC), spalanie powietrza i paliwa odbywa się wewnątrz cylindra silnika, a produkty spalania rozszerzają się, aby wytworzyć ruch posuwisto-zwrotny tłoka. Ten ruch posuwisto-zwrotny tłoka jest z kolei przekształcany w ruch obrotowy wału korbowego poprzez korbowód i korbę.

Ten ruch obrotowy wału korbowego jest z kolei wykorzystywany do napędzania generatorów wytwarzających energię.

Wiemy również, że istnieją 4 cykle operacji viz., ssanie; sprężanie; wytwarzanie energii i wydech.

Te operacje są wykonywane albo podczas 2 suwów tłoka albo podczas 4 suwów tłoka i odpowiednio są one nazywane silnikami o cyklu 2 suwów i silnikami o cyklu 4 suwów.

W przypadku silników benzynowych podczas operacji ssania pobierany jest ładunek powietrza i paliwa benzynowego. Podczas sprężania ładunek ten jest ściskany przez poruszający się do góry tłok. I tuż przed końcem sprężania, ładunek powietrza i paliwa benzynowego zostanie zapalony za pomocą iskry wytworzonej przez świecę zapłonową. Układ zapłonowy wykonuje funkcję wytwarzania iskry w przypadku silników z zapłonem iskrowym.

Świeca zapłonowa stosowana w silnikach benzynowych składa się głównie z elektrody środkowej i metalowego języczka. Elektroda centralna pokryta jest porcelanowym materiałem izolacyjnym. Poprzez metalową śrubę świeca zapłonowa jest osadzona w korku głowicy cylindra. Kiedy wysokie napięcie rzędu 30000 V jest przyłożone do elektrod iskrowych, prąd przeskakuje z jednej elektrody na drugą, wytwarzając iskrę.

Gdzie w przypadku silników wysokoprężnych (zapłon samoczynny-CI) tylko powietrze jest pobierane podczas operacji ssania i sprężane podczas operacji sprężania, a tuż przed końcem sprężania, gdy wtryskiwany jest olej napędowy, zapala się on z powodu ciepła sprężania powietrza.

Rodzaje układów zapłonowych:

Podstawowo konwekcyjne układy zapłonowe występują w 2 typach:

1. Akumulatorowy lub cewkowy układ zapłonowy

2. Magneto Układ zapłonowy

Oba te konwencjonalne układy zapłonowe działają na zasadzie wzajemnej indukcji elektromagnetycznej. Akumulatorowy układ zapłonowy był ogólnie stosowany w pojazdach czterokołowych, ale obecnie jest częściej stosowany również w pojazdach dwukołowych (tj. w pojazdach dwukołowych z rozruchem przyciskowym, takich jak Pulsar. Kinetic Honda; Honda-Activa, Scooty, Fiero itp.) W tym przypadku akumulator 6 V lub 12 V dostarczy niezbędnego prądu do uzwojenia pierwotnego.

W tym przypadku magneto będzie wytwarzać i dostarczać prąd do uzwojenia pierwotnego. Tak więc w układzie zapłonowym magneto zastępuje baterię.

I. System zapłonu bateryjnego lub cewkowego:

Na rysunku 29.2 przedstawiono schemat liniowy akumulatorowego układu zapłonowego dla 4-cylindrowego silnika benzynowego. Składa się on głównie z akumulatora 6 lub 12 V, amperomierza, wyłącznika zapłonu, autotransformatora (step up transformator), przerywacza styków, kondensatora, wirnika rozdzielacza, punktów styku rozdzielacza, świec zapłonowych itd.

Zauważ, że rys. 29.2 przedstawia układ zapłonowy dla 4-cylindrowego silnika benzynowego, tutaj są 4 świece zapłonowe, a krzywka przerywacza styków ma 4 rogi. (Jeżeli jest to silnik 6-cylindrowy, to będzie miał 6 świec zapłonowych, a krzywka przerywacza styków będzie miała kształt sześciokąta foremnego).

Układ zapłonowy jest podzielony na 2 obwody:

(i) Obwód pierwotny:

Składa się z akumulatora 6 lub 12 V, amperomierza, wyłącznika zapłonu, uzwojenia pierwotnego – ma 200-300 zwojów drutu o przekroju 20 SWG (Sharps Wire Gauge), przerywacza styków, kondensatora.

(ii) Obwód wtórny:

Składa się z uzwojenia wtórnego. Uzwojenie wtórne składa się z około 21000 zwojów drutu o grubości 40 (SWG). Dolny koniec jest połączony z dolnym końcem uzwojenia pierwotnego, a górny koniec uzwojenia wtórnego jest połączony ze środkiem wirnika rozdzielacza. Wirniki rozdzielacza obracają się i nawiązują kontakt z punktami kontaktowymi i są połączone ze świecami zapłonowymi, które są zamontowane w głowicach cylindrów (ziemia silnika).

(iii) Działanie:

Gdy wyłącznik zapłonu jest zamknięty, a silnik w korbie, natychmiast po zamknięciu przerywacza styków, przez uzwojenie pierwotne popłynie prąd o niskim napięciu. Należy również zauważyć, że krzywka przerywacza styków otwiera i zamyka obwód 4 razy (dla 4 cylindrów) w ciągu jednego obrotu. Kiedy przerywacz styków otwiera styk, pole magnetyczne zaczyna się zapadać. Z powodu tego zapadającego się pola magnetycznego, prąd będzie indukowany w uzwojeniu wtórnym. A z powodu większej liczby obrotów (@ 21000 obrotów) uzwojenia wtórnego, napięcie wzrasta do 28000-30000 woltów.

Ten wysokonapięciowy prąd jest doprowadzany do środka wirnika rozdzielacza. Rotor dystrybutora obraca się i dostarcza ten prąd wysokiego napięcia do odpowiedniej świecy zapłonowej w zależności od kolejności odpalania silnika. Kiedy prąd wysokiego napięcia przeskakuje przez szczelinę świecy zapłonowej, wytwarza iskrę i ładunek zostaje zapalony – rozpoczyna się spalanie – produkty spalania rozszerzają się i wytwarzają moc.

Uwaga:

(1) Funkcją kondensatora jest zmniejszenie łuku elektrycznego w punktach wyłącznika kontaktowego (CB). Ponadto, gdy CB otwiera pole magnetyczne w uzwojeniu pierwotnym zaczyna się zapadać. Kiedy pole magnetyczne zapada się kondensator zostaje w pełni naładowany, a następnie zaczyna się rozładowywać i pomaga w budowaniu napięcia w uzwojeniu wtórnym.

(2) Krzywka przerywacza styków i wirnik rozdzielacza są zamontowane na tym samym wale.

W dwusuwowych silnikach obiegowych są one napędzane przy tej samej prędkości obrotowej silnika. A w 4-suwowych silnikach obiegowych są one napędzane przy połowie prędkości obrotowej silnika.

II. Magneto Ignition System:

W tym przypadku magneto wytwarza i dostarcza wymagany prąd do uzwojenia pierwotnego. W tym przypadku, jak pokazano na rysunku, możemy mieć obracające się magneto z nieruchomą cewką lub obracającą się cewkę z nieruchomym magneto do wytwarzania i dostarczania prądu do uzwojenia pierwotnego, pozostałe układy są takie same jak w przypadku układu zapłonowego akumulatora.

Elektroniczny układ zapłonowy:

Elektroniczne układy zapłonowe są następujące:

1. Kapacytancyjny wyładowczy układ zapłonowy:

Składa się on głównie z akumulatora 6-12 V, wyłącznika zapłonu, przetwornika prądu stałego na prąd stały, opornika ładowania, kondensatora zbiornikowego, prostownika sterowanego krzemem (SCR), urządzenia wyzwalającego SCR, transformatora step up, świec zapłonowych.

Akumulator o napięciu 6-12 V jest podłączony do przetwornicy prądu stałego na prąd stały, tj. do obwodu zasilania poprzez wyłącznik zapłonu, który jest przeznaczony do podawania lub zwiększania napięcia do 250-350 V. To wysokie napięcie jest wykorzystywane do ładowania akumulatora. To wysokie napięcie jest wykorzystywane do ładowania kondensatora zbiornika (lub kondensatora) do tego napięcia poprzez opór ładowania. Opór ładowania jest również tak zaprojektowany, że kontroluje on wymagany prąd w SCR.

W zależności od kolejności odpalania silnika, gdy tylko urządzenie wyzwalające SCR, wysyła impuls, wtedy prąd płynący przez uzwojenie pierwotne zostaje zatrzymany. I pole magnetyczne zaczyna się załamywać. To zapadające się pole magnetyczne wzbudzi lub zwiększy prąd wysokiego napięcia w uzwojeniu wtórnym, które przeskakując szczelinę świecy zapłonowej wytwarza iskrę, a ładunek mieszanki paliwowo-powietrznej zostaje zapalony.

2. tranzystorowy system zapłonu z zestykiem wspomaganym (TAC):

Wady:

1. Niski prąd wyłącznika zapewnia dłuższą żywotność.

2. Mniejsza szczelina i lżejszy zespół punktu zwiększają czas przebywania, minimalizują odbijanie się styków i poprawiają powtarzalność napięcia wtórnego.

3. Niska indukcyjność pierwotna redukuje spadek prądu pierwotnego przy dużych prędkościach.

Wady:

1. Podobnie jak w systemie konwencjonalnym, do synchronizacji iskry niezbędne są mechaniczne punkty zerowe.

2. zwiększa się koszt układu zapłonowego.

3. Czas narastania napięcia na świecy zapłonowej jest mniej więcej taki sam jak poprzednio.

3. Piezoelektryczny układ zapłonowy:

Rozwój syntetycznych materiałów piezoelektrycznych wytwarzających około 22 kV przez mechaniczne obciążenie małego kryształu doprowadził do powstania niektórych układów zapłonowych dla silników jednocylindrowych. Jednak ze względu na trudności związane z wysokim obciążeniem mechanicznym, wymagającym kontroli w odpowiednim czasie rzędu 500 kg i możliwości wytworzenia wystarczającego napięcia, systemy te nie były w stanie się pojawić.

4) System zapłonowy Texaco:

W związku ze zwiększonym naciskiem na kontrolę emisji spalin, nastąpiło nagłe zainteresowanie układami recyrkulacji spalin i chudymi mieszankami paliwowo-powietrznymi.

Aby uniknąć problemów związanych ze spalaniem mieszanek ubogich, opracowano system zapłonu Texaco. Zapewnia on iskrę o kontrolowanym czasie trwania, co oznacza, że czas trwania iskry w stopniach kąta obrotu korby może być stały przy wszystkich prędkościach obrotowych silnika. Jest to system AC. System ten składa się z trzech podstawowych jednostek – jednostki zasilającej, jednostki sterującej i czujnika rozdzielacza.

System ten może zapewnić stabilny zapłon aż do współczynnika A/F wynoszącego 24 : 1.