Systém zapalování motoru: typy, konstrukce a princip činnosti

Systém zapalování motoru je soubor zařízení, přístrojů a senzorů nezbytných pro nastartování motoru. Jeho hlavním úkolem je vytvořit vysoké napětí pro vytvoření jiskry, která v přesně definovaném časovém okamžiku zapálí směs paliva a vzduchu. Tím je zajištěna správná činnost motoru, a proto spotřeba paliva, výkon a bezpečnost vozidla závisí na provozuschopnosti zapalovacího systému.

Konstrukce a princip činnosti typického zapalovacího systému

Po technické stránce je zapalovací systém součástí komplexu elektrického vybavení motoru. Strukturálně se skládá z následujících prvků:

• Baterie nebo jiný zdroj energie. Do sítě dodává nízké napětí 12 voltů.
• Přepínač. Když otočíte klíčkem, spínač se sepne a do zásobníku energie proudí nízké napětí.
• Zásobárna energie. Existují dva typy: indukční (zapalovací cívka typu transformátoru, která převádí nízké napětí na vysoké napětí až do 30 tisíc voltů) a kapacitní (kondenzátor).
• Řídicí jednotka skladování a distribuce energie. V závislosti na typu zapalovacího systému to může být chopper, tranzistorový spínač nebo ECU (elektronická řídicí jednotka).
• Distributor. Tato jednotka může být mechanická nebo elektronická. Zásobuje určité svíčky energií v daném okamžiku.
• Vysokonapěťové obvodové dráty. Dodávají vysoké napětí elektrodám zapalovacích svíček.
• Zapalovací svíčka.

Provoz zapalovacího systému je založen na následujícím principu: když je do sítě přiváděno nízkonapěťové napětí, dochází k akumulaci a přeměně energie, která je poté distribuována mezi zapalovací svíčky, na jejichž elektrodách se vytváří jiskra, která vyvolává zapálení směsi vzduch-palivo.

Typy zapalovacích systémů

V moderní automobilové technice jsou zapalovací systémy klasifikovány v závislosti na způsobu řízení procesu. Existují tři hlavní typy schémat:

• kontakt (kontakt-tranzistor);
• bezkontaktní (tranzistorové);
• elektronické (mikroprocesor).

Charakteristické vlastnosti kontaktního systému

Historicky je kontaktní systém jedním z prvních a dnes jej najdeme pouze u starších modelů aut. V takových konstrukcích vzniká vysoké napětí v cívce transformátoru a jeho distribuce ke svíčkám se dosahuje mechanicky – sepnutím a rozepnutím kontaktů obvodu s vypínačem-rozdělovačem.

Kromě základních prvků takové systémy obsahují odstředivý regulátor časování zážehu, který je nezbytný pro přeměnu úhlu časování zážehu vzhledem k rychlosti otáčení klikového hřídele. Skládá se ze dvou závaží působících na pohyblivou desku, která se dotýká vačkového mechanismu jističe.

Úhel časování zapalování je specifická poloha klikového hřídele, při které je do zapalovacích svíček přiváděno vysoké napětí. V tomto režimu dochází k zapálení dříve, než píst dosáhne horní úvrati, což zajišťuje nejúčinnější spalování směsi paliva a vzduchu.

Také v kontaktních obvodech je použit vakuový regulátor předstihu zapalování, který mění úhel předstihu v souladu s provozním režimem (zatížením) motoru. Je připojen k dutině umístěné za škrticí klapkou a při sešlápnutí plynového pedálu mění úhel předstihu v závislosti na velikosti podtlaku.

Při sepnutí kontaktů je na primární vinutí cívky přivedeno nízké napětí, kde se akumuluje energie a v okamžiku rozepnutí kontaktu se na sekundárním vinutí vytvoří vysoké napětí. Energie pak jde do rozdělovače zapalování a následně do příslušné zapalovací svíčky.

Pokud se zatížení pohonné jednotky zvýší, zvýší se rychlost otáčení hřídele přerušovače a rozdělovače a hmotnosti odstředivého regulátoru se rozcházejí, čímž se změní poloha desky. To podporuje dřívější otevření kontaktů, což zvyšuje úhel předstihu. Když se zatížení motoru sníží, dojde k opačnému procesu.

Jaké jsou rozdíly mezi kontaktními tranzistorovými zapalovacími systémy?

Další generací zapalovacího systému byl kontaktní tranzistorový systém, který zahrnoval instalaci tranzistorové spínací cívky do primárního okruhu. Umožňuje snížit proud v nízkonapěťovém vinutí, což zvyšuje životnost kontaktů.

Díky instalaci tranzistoru je napětí dodávané do zapalovacích svíček o 30% vyšší než u klasického kontaktního systému. Mezera mezi elektrodami a v důsledku toho i délka jiskry je také větší, což znamená, že plocha kontaktu se směsí paliva a vzduchu se zvětšuje, což přispívá k jejímu úplnému spálení. V kontaktním tranzistorovém zapalovacím systému nepůsobí přerušovač na cívku, ale na komutátor.

Když otočíte klíčkem, začnou tranzistorem procházet dva typy proudu:

• řízení;
• hlavní proud primárního vinutí.

Když se kontakty rozepnou, proud řídicího obvodu zmizí a tranzistor se vypne, čímž se zabrání protékání proudu primárním vinutím. V tomto okamžiku magnetické pole generuje vysoké napětí na sekundárním vinutí. Pro urychlení uzamčení tranzistoru v kontaktním zapalovacím systému tohoto typu lze nainstalovat pulzní transformátor.

Princip činnosti bezkontaktního systému

Evolučním pokračováním systému tranzistorových kontaktů je bezkontaktní zapalování. V takových provedeních je místo přerušovače instalován speciální snímač pulsu. To umožňuje zvýšit životnost zapalovacího systému kvůli absenci poruch spojených s kontakty přerušovače.

Senzor generuje nízkonapěťové elektrické impulsy. Dodává se ve třech typech:

• Hallův senzor. Konstrukce takového snímače zahrnuje permanentní magnet a polovodičovou desku vybavenou mikroobvodem.
• Induktivní. Princip jeho činnosti je založen na změně velikosti indukce citlivého prvku v závislosti na velikosti mezery mezi snímačem a pohybujícím se lopatkovým rotorem působícím na magnetické pole.
• Optický. Skládá se z LED, fototranzistoru a odpovídajícího čipu. Když světlo z diody dopadne na fototranzistor, senzor dodá zem (mínus výkon) spínači. Blokování toku světla způsobí, že proud v cívce zmizí a podpoří další tvorbu jisker.

Konstrukčně je snímač pulsů integrován do rozdělovače a je regulován režimem otáčení klikového hřídele motoru. Přerušení proudu v primárním vinutí zapalovací cívky bezkontaktního systému je také provedeno tranzistorovým spínačem, ale reaguje na signály snímače.

V okamžiku otáčení klikového hřídele snímač vysílá napěťové impulsy do spínače. Ten podle toho generuje proudové impulsy v nízkonapěťovém vinutí cívky. Když neteče proud, vzniká na sekundárním vinutí vysoké napětí, které se přenese do rozdělovače a následně přes vysokonapěťové dráty na požadovanou zapalovací svíčku. Změnu úhlu předstihu u bezkontaktního zapalovacího systému provádějí také odstředivé a podtlakové regulátory.

Elektronické a mikroprocesorové systémy

Nejmodernější systém je považován za elektronický. Nemá mechanické kontakty, a proto se dá nazvat i bezkontaktní. Elektronické zapalování je součástí systému řízení motoru.

Existují dva typy elektronických bezkontaktních zapalovacích systémů:

• S distributorem. Tento typ konstrukce používá mechanický rozdělovač zapalování pro napájení vysokého napětí konkrétní zapalovací svíčky.
• Přímé zapalování. U této konstrukce je vysoké napětí přiváděno k elektrodám zapalovací svíčky přímo z cívky.

Kromě základních prvků obsahuje elektronický zapalovací systém:

• Vstupní senzory. Zaznamenávají údaje o aktuálním provozním režimu motoru a přenášejí je ve formě elektronických signálů do řídící jednotky.
• Elektronická řídicí jednotka. Zpracovává signály a přenáší příslušné příkazy do zapalovače.
• Pohon nebo zapalovač. Ve skutečnosti je to tranzistorová deska, která v otevřeném režimu dodává napětí do primárního vinutí a v uzavřeném režimu odpojuje a tvoří vysoké napětí na sekundárním vinutí cívky.

Takové systémy mohou být vybaveny jednou společnou (v provedení s rozdělovačem), individuální (při napájení energie přímo do zapalovací svíčky) nebo duálními zapalovacími cívkami.

Typ elektronického systému je mikroprocesorový systém. Využívá celý komplex senzorů, jejichž signály zpracovává ECU. Vypočítá optimální provozní režim systému v daném okamžiku. Výhodou této konstrukce je snížená spotřeba paliva a zlepšený dynamický výkon vozidla.