Zatímco automobilový průmysl dosáhl v průběhu historie drastického mechanického a technologického pokroku, existuje jedna součást, kterou mají všechna auta se spalitelnými motory společnou:zapalovací systém. Pokud to se svým drahým vozidlem myslíte vážně, znáte různé typy zapalovacích systémů práce a jejich výhody a nevýhody je užitečné při výběru správné zapalovací svíčky, která funguje nejúčinněji s ohledem na výkonové požadavky zapalovacího systému.
Přestože téměř každý hlavní komponent automobilu prošel v průběhu let vylepšeními, základní principy zapalovacího systému se za téměř století nezměnily. V podstatě odebírá elektrické napětí z baterie, převádí ho na mnohem vyšší napětí, poté převádí tento elektrický proud do spalovací komory motoru a zapaluje stlačenou směs paliva a vzduchu za účelem spalování. Toto spalování generuje energii potřebnou k provozu vašeho auta.
To znamená, že způsob, kterým se jiskra vytváří a distribuuje, se díky technologickému pokroku výrazně zlepšil. V současné době se ve většině osobních a nákladních automobilů používají čtyři typy zapalovacích systémů, podle pořadí vynálezu:konvenční zapalování s přerušovacím bodem (mechanické), vysokoenergetické (elektronické) zapalování, zapalování bez rozdělovače (odpadní jiskra) a zapalování s cívkou. zástrčkové zapalování. Zapalování s přerušovacím bodem (mechanické) a vysokoenergetické (elektronické) zapalování jsou oba zapalování založené na rozdělovači, takže další způsob kategorizace je podle tří širších typů systému zapalování:systémy založené na rozdělovači, systémy bez rozdělovače a systémy coil-on-plug.
V tomto komplexním průvodci se ponoříme do toho, jak každý systém funguje, a také na výsledné výhody a nevýhody každého z nich, pokud jde o to, co to znamená pro výkon vašeho motoru a požadavky na údržbu.
Když vložíte klíč do zapalování vozidla a otočíte, motor se nastartuje a běží dál. Přemýšleli jste někdy o celém procesu, který se odehrává za tak jednoduchou akcí?
Vraťme se k motoru 101:Váš motor vyrábí energii pro provoz vašeho auta tak, že uvnitř jeho spalovací komory dochází ke spalování neboli explozi, odtud název „spalovací motor“. K vytvoření takového spalování hraje hlavní roli zapalovací systém:vaše zapalovací svíčky dodávají elektrickou jiskru, která zapaluje směs vzduchu a paliva, která je přiváděna do spalovací komory.
Aby zapalovací systém správně fungoval, musí být schopen efektivně a přesně plnit dva úkoly současně.
Prvním úkolem je vytvořit silnou jiskru, která může přeskočit mezeru zapalovací svíčky. Jinými slovy, zapalovací systém potřebuje zvýšit napětí z 12 voltů baterie na alespoň 20 000 voltů, což je nutné k zapálení směsi stlačeného vzduchu a paliva ve spalovací komoře k vytvoření exploze generující energii.
K dosažení tak obrovského nárůstu napětí používají zapalovací systémy ve všech autech, kromě modelů s dieselovým pohonem, zapalovací cívku sestávající ze dvou cívek drátu omotaných kolem železného jádra, známého jako primární vinutí a sekundární vinutí. Zapalovací cívka funguje jako transformátor elektrické energie.
Cílem zapalovací cívky je vytvořit elektromagnet přivedením 12 voltů dodávaných z baterie přes primární vinutí. Když spouštěcí spínač zapalovacího systému vozidla vypne napájení zapalovací cívky, magnetické pole se zhroutí. Sekundární vinutí přitom zachycuje kolabující magnetické pole z primárního vinutí a převádí je na 15 000 až 25 000 voltů.
Toto napětí pak dodává do zapalovací svíčky, čímž dochází ke spalování ve spalovací komoře motoru, čímž vzniká energie pro nastartování a provoz motoru vašeho vozidla. Aby došlo k potřebné jiskře, musí být převedené napětí dodávané do zapalovací svíčky v rozmezí 20 000 až 50 000 voltů.
ČTĚTE VÍCE
Současně je další důležitou úlohou zapalovacího systému zajistit, aby jiskra během kompresního zdvihu vypálila přesně ve správný okamžik, aby se maximalizoval výkon generovaný ze zapálené směsi vzduchu a paliva. Jinými slovy, dostatečné napětí musí být přivedeno do správného válce v přesný čas a to musí být prováděno často.
Všechny komponenty pracují přesně a harmonicky, aby váš motor dosahoval optimálního výkonu. I sebemenší chyba v časování kteréhokoli jednotlivého dílu bude mít za následek problémy s výkonem motoru a při delším trvání může dokonce způsobit trvalé poškození.
Zapalovací systém musí poskytovat dostatečnou jiskru na pravém válci. Aby bylo zajištěno přesné časování jiskry, inženýři použili několik metod, které se v průběhu let vyvíjely.
Systémy raného zapalování používaly plně mechanické rozdělovače k řízení časování jiskry, po nich následovaly hybridní rozdělovače vybavené polovodičovými spínači a řídicím modulem motoru (ECM), v podstatě typem počítače s jednoduchým procesem, k distribuci elektrické energie do každého jednotlivého válce. .
Co přišlo poté, co čelilo nevýhodám těchto raných distributorů, byly 100% elektronické zapalovací systémy, z nichž první byl bezdistributorový zapalovací systém, kde byl distributor zcela odstraněn.
Nejnovější vynález, systémy zapalování coil-on-plug, dokázal výrazně zlepšit časování jiskry použitím vylepšených zapalovacích cívek, které mají mnohem větší náraz a generují mnohem žhavější jiskru.
Když motor běží, pohání také alternátor, který vyrábí elektřinu pro dobíjení baterie. Baterie ve vašem autě uchovává elektřinu a rozptyluje ji jako stejnosměrný proud.
Baterie dodává dvanáct voltů stejnosměrného proudu. Aby se však dosáhlo jiskry ke spalování, musí být na zapalovací svíčce mezi 20 000 až 50 000 volty. Abyste umožnili tak výrazné zvýšení napětí, potřebujete zapalovací cívku.
Zapalovací cívka
Zapalovací cívka funguje jako transformátor elektrické energie. Nejstarší mechanické zapalovací systémy se spoléhají na jednu cívku, která převádí nízké napětí z baterie na vysoké napětí potřebné pro zapalovací svíčky.
Elektrická transformace zapalovací cívky funguje na principu zvaném magnetická indukce. V tradičním transformátoru dostává primární cívka energii, to je stejnosměrný proud z baterií. Tento náboj přes primární cívku je však periodicky rušen. Toto narušení je způsobeno rozdělovačem v dřívějších zapalovacích systémech založených na rozdělovači a počítačem pro dosažení přesnějšího časování v pozdějších zapalovacích systémech. Úkol distributora bude dále popsán níže.
Napětí v primární cívce vytváří magnetické pole. Periodické přerušení proudu, který primární cívka přijímá, způsobuje, že magnetické pole vytvářené primární cívkou neustále kolabuje. Takové velké pohyby magnetického pole primární cívky způsobí, že sekundární cívka vytvoří vždy jeden výboj vysokonapěťové energie.
Jak vysoké je napětí vytvářené sekundární cívkou, závisí na poměru počtu závitů primární cívky k počtu závitů sekundární cívky. Pokud má sekundární cívka dvakrát více závitů než primární cívka, výstupní napětí bude dvojnásobek vstupního napětí. Aby se tak zvýšilo napětí z 12 voltů na alespoň 20 000 voltů, které zapalovací svíčky potřebují, v zapalovací cívce automobilu má sekundární cívka desetitisíckrát více závitů než primární cívka.
Zde je návod, jak distributor vytváří výše uvedené periodické, diskrétní náboje dodávané do primární zapalovací cívky. Distributor obsahuje „bod vypínače“, který uzemňuje obvod primární cívky. Tento bod je spojen se zemí pákou. Páka se pohybuje pomocí vačky spojené s hřídelí rozdělovače. To otevře obvod primární cívky a způsobí kolaps, který spustí vysokonapěťové výboje v sekundární cívce.
Kromě toho, zatímco baterie a zapalovací cívka poskytují energii, distributor dělá důležitou práci, která přesně určuje, kam a kdy jde energie do každé zapalovací svíčky.
Rozdělovač obsahuje mnoho dílů, z nichž nejdůležitější jsou rotor, který se otáčí v čase s motorem, a množství „kontaktů“ namontovaných na víku rozvaděče. Elektrický proud ze zapalovací cívky je přiváděn do rotoru. Rotor se otáčí, a když se konec rotoru přiblíží k jednomu z kontaktů, dojde k elektrickému oblouku k tomuto kontaktu. Odtud proud prochází drátem zapalovací svíčky k příslušné zapalovací svíčce, čímž se časuje nabíjení každé zapalovací svíčky.
Dráty zapalovacích svíček, nazývané také dráty zapalování, jsou izolované dráty, které přenášejí energii do zapalovacích svíček, takže zapalovací svíčky mohou nakonec vytvořit jiskru, která způsobí spalování.
Zapalovací svíčka se skládá z izolovaného keramického těla s vodivým kovovým centrálním jádrem uprostřed. Mezi tímto kovovým centrálním jádrem a špičkou elektrody je mezera, která se uzemňuje ke kovové základně zapalovací svíčky. Elektrický oblouk nebo skoky přes tuto mezeru způsobují jiskru.
Z toho vyplývá, že bez správného a precizního fungování zapalovacího systému může mít vaše auto problémy se startováním nebo nemusí vůbec jezdit.
Opotřebované zapalovací svíčky a vadné součásti v zapalovacím systému ovlivní výkon vašeho motoru a způsobí celou řadu problémů motoru, včetně obtížného startování, vynechávání zapalování, nedostatku výkonu, nízké spotřeby paliva a dokonce i trvalého poškození, pokud se problémy včas nevyřeší. Také si uvědomte, že tyto problémy s motorem způsobené vadnými zapalovacími systémy mohou poškodit další důležité součásti ve vašem vozidle.
Pravidelná údržba vašeho zapalovacího systému je proto nezbytná pro zajištění optimálního výkonu vašeho motoru a tím plynulé a bezpečné jízdy. Tak jak pravidelné stačí? Nejméně jednou ročně musíte provést vizuální kontrolu součástí zapalovacího systému, abyste zkontrolovali známky opotřebení nebo poruchy, a poté je v případě potřeby okamžitě vyměnit.
Pokud jde o vaše zapalovací svíčky, ujistěte se, že je kontrolujete a vyměňujete v intervalech doporučených výrobcem vašeho vozidla. Opět, vzhledem k tomu, jak důležitý je systém zapalování, je preventivní údržba klíčem k maximalizaci výkonu a životnosti vašeho motoru.
ČTĚTE VÍCE
Nejstarším typem zapalovacího systému je konvenční zapalovací systém s přerušovacím bodem, který se někdy také nazývá mechanické zapalovací systémy. Používá se od počátků automobilového průmyslu, zejména v 70. letech 20. století.
Je to jeden ze dvou typů zapalovacích systémů, které používají rozdělovač, nazývané systémy založené na rozdělovačích. Na rozdíl od ostatních tří typů zapalovacích systémů diskutovaných níže je zapalovací systém s přerušovacím bodem plně mechanické povahy, odtud jeho druhé jméno.
Pojďme se naučit, jak fungují, a na základě toho uvidíme výsledné výhody a nevýhody těchto typů zapalovacích systémů. V této části se ponoříme do více podrobností, protože mechanický bodový bodový systém je nejranějším vynálezem, takže je základem pro všechny pozdější modely. Měli byste pevně pochopit, jak tento systém funguje, abyste viděli výhody a nevýhody pozdějších vylepšených systémů.
První dva typy zapalovacího systému, přerušovací systém a elektronický systém, jsou oba založeny na rozdělovači, na rozdíl od ostatních dvou systémů bez rozdělovače. Pojďme se tedy naučit základy toho, jak funguje systém založený na distributorech.
Rozdělovač je uzavřený otočný hřídel, který má mechanicky časované zapalování. Hlavním úkolem distributora je směrovat sekundární neboli vysokonapěťový proud ze zapalovací cívky do zapalovacích svíček ve správném pořadí zapalování a po správnou dobu.
V plně mechanickém rozdělovači se rozdělovač spojí s vačkovým hřídelem s ozubenými koly a roztáčí se vačkovým hřídelem. Uvnitř vícestranná vačka na hřídeli rozdělovače pohybuje dalšími částmi rozdělovače, v podstatě působí jako mechanický spínač, který spouští a zastavuje tok energie do zapalovací cívky.
Jakmile cívka vygeneruje dostatečné napětí, putuje do horní části cívky a do horní části krytu rozdělovače. Tam rotační kotouč připojený k hřídeli rozdělovače rozděluje elektrický proud do každého z drátů zapalovací svíčky v pořadí. Proud prochází po drátech zapalovací svíčky k zapalovacím svíčkám a způsobuje zapálení.
Distributorový systém přerušovacího bodu zapalování má dva elektrické obvody, primární a sekundární obvod.
Zapalovací cívka se skládá ze dvou cívek drátu omotaných kolem železného jádra, známého jako primární vinutí nebo primární cívka, a sekundárního vinutí nebo sekundární cívky. Primární okruh se skládá z primární cívky, „bodu vypínače“ a autobaterií. Funguje pouze při nízkém proudu baterie a je ovládán přerušovacími body a spínačem zapalování.
Mezitím sekundární obvod sestává ze sekundárních vinutí v cívce, vysokonapěťového vodiče cívky na externích rozdělovačích cívek, zapalovacích svíček, vodičů zapalovacích svíček, rotoru rozdělovače a víka rozdělovače.
Když je klíček zapalování zapnutý, primární cívka přijímá nízkonapěťový stejnosměrný proud z baterií, který prochází přes body vypínače rozdělovače a zpět do baterie. Tento tok proudu vytváří magnetické pole kolem zapalovací cívky.
Zde je návod, jak vstupuje do hry „bod zlomu“.
Jak bylo uvedeno výše, rozdělovač obsahuje „bod vypínače“, který uzemňuje obvod primární cívky. Tento bod přerušovače je spojen se zemí pomocí páky, která se pohybuje pomocí vačky spojené s hřídelí rozdělovače.
Díky rotoru rozdělovače, který se otáčí v čase s motorem, jak se motor otáčí, se vačka hřídele rozdělovače otáčí, dokud nejvyšší bod na vačce nezpůsobí oddělení přerušovacích bodů. Toto náhlé oddělení okamžitě zastaví tok proudu primární cívkou.
To způsobí, že se magnetické pole vytvářené primární cívkou zhroutí kolem cívky. Kondenzátor absorbuje energii a zabraňuje vzniku elektrického oblouku mezi body jističe pokaždé, když se oddělí. Jinými slovy, kondenzátor hraje roli v rychlém kolapsu magnetického pole, které je nutné k vytvoření vysokonapěťového rázu v sekundární cívce.
Takové náhlé a nepřetržité změny v magnetickém poli primární cívky protínají sekundární cívku a vytvářejí vysokonapěťový ráz, který je dostatečně vysoký na to, aby přeskočil mezery mezi rotorem a svorkami víka rozdělovače a mezery mezi elektrodami zapalovací svíčky. . Za předpokladu, že je celý systém správně načasován, jiskra dosáhne směsi vzduchu a paliva v určeném válci v přesném okamžiku a v tomto válci se zrodí spalování.
Jak se rozdělovač otáčí v čase s motorem, jsou přerušeny elektrické kontakty mezi rotorem a koncovkou víka rozdělovače, čímž se zastaví tok proudu do sekundární cívky. Současně se body jističe opět uzavřou, čímž se primární okruh dokončí a umožní proudu opět protékat primární cívkou.
Tento proud opět vytvoří magnetické pole kolem primární cívky, která se znovu zhroutí a cyklus se opakuje pro další válec v pořadí výstřelu. Je třeba poznamenat, že v systémech s přerušovacím bodem a pozdějších elektronických systémech napájí všechny válce jediná cívka, která se skládá z primárního vinutí a sekundárního vinutí.
Celý tento proces „magnetické indukce“ probíhá přibližně 18 000krát za minutu rychlostí 90 mil za hodinu.
Klady
Nevýhody
Poté, co již více než 70 let existovaly plně mechanické zapalovací systémy s přerušovacím bodem, automobilový průmysl čelil požadavku na vyšší kilometrový výkon, větší spolehlivost a snížení emisí. Výrobci přišli s vysokoenergetickým zapalovacím systémem, který se méně spoléhal na mechanické fungování:elektronický zapalovací systém.
Přerušovací body v dřívějších systémech by se porouchaly a narušily časování jiskry, což by negativně ovlivnilo výkon motoru a vyžadovalo by výměnu tak často, jako každých 12 000 mil.
K vyřešení tohoto nedostatku má pozdější elektronický zapalovací systém stále rozdělovač, ale přerušovací body a kondenzátor byly nahrazeny snímací cívkou, která funguje jako tranzistorový spínač, a elektronickým řídicím modulem, který řídí zapalovací cívku tak, aby generovala vysoké napětí. -napěťový proud.
Ve srovnání s dřívějším systémem zapalování s přerušovacím bodem znamená použití takového elektronického spínače pro řízené časování méně pohyblivých částí, takže tyto elektronické zapalovací systémy jsou relativně snadno diagnostikovatelné a opravitelné. Zlepšují také nevýhodu systému přerušovacích bodů tím, že vytvářejí konzistentní vysokonapěťovou jiskru po celou dobu životnosti motoru, což znamená méně vynechání zapalování a rozumné emise.
Tyto elektronické systémy stále používají konvenční víko rozdělovače a rotor rozdělovače k provádění stejné práce při distribuci proudu do zapalovacích svíček (takže jsou to také zapalovací systémy založené na rozdělovačích).
Navzdory tomu, že má méně pohyblivých částí, je rozdělovač také vystaven opotřebení a bude případně vyžadovat výměnu – což v tomto ohledu vyvolalo další vylepšení pozdějších zapalovacích systémů. Dalším omezením elektronických zapalovacích systémů je, že načasování zapalování musí být ještě přesně řízeno podle požadavků výrobců, což má za následek pomalé zrychlení a nízkou spotřebu paliva.
Stejně jako rané zapalovací systémy s přerušovacím bodem mají elektronické systémy dvě zapalovací cívky a podle toho dva okruhy, primární okruh a sekundární okruh. Část primárního obvodu od baterie po svorku baterie na primární cívce zůstává nezměněna, stejně jako celý sekundární obvod.
Když je spínač zapalování zapnutý, nízkonapěťový proud baterie prochází z baterie přes spínač zapalování do primární cívky. Instead of the breaker points in earlier systems, the current is disrupted and turned back on continuously by a component called the armature, which has many “teeth”, as it revolves past the pickup coil, which acts as a sensor.
As each tooth of the armature approaches the pickup coil, it creates a voltage that signals the electronic module to turn off current flow through the primary coil. In essence, this mechanism is quite similar to that in breaker-point systems.
When the current is disrupted, the magnetic field around the primary coil collapses, creating a high voltage spurt in the secondary coil. The electric current now operates on the secondary circuit, which is the same as in a breaker-point system. A timing circuit in the electronic module will turn the current on again after the primary coil’s magnetic field has collapsed, and the whole process repeats for each cylinder in the firing sequence.
Pros:
Cons:
A shortcoming of the electronic ignition systems is that they still have the distributor, which is subject to wear and tear. In addition, the distributor tends to accumulate moisture and cause difficult starting problems. The distributor also requires engine power to spin, as it gets spun in time with the engine, thus no distributor means less engine drag and increased efficiency.
Manufacturers came up with a solution:to remove the fully mechanical distributor and replace it with solid-state switches that don’t wear out.
Doing so increased reliability, but the solid-state switches still took their marching orders from the distributor shaft, which was still mechanically rotated by the camshaft. And distributor shafts are subject to wear and tear, and would tend to develop problems after some 120,000 miles.
Any wear and tear always impedes proper spark timing, thus beginning in the early ’80s, manufacturers removed the mechanical distributor altogether to introduce the distributor-less ignition system. These systems are very different from breaker-point and electronic ignition systems, The ignition coils now sit directly on top of the spark plugs, spark plug wires are eliminated, and the system is fully electronic.
READ MORE
The third types of ignition system is the distributor-less, also called waste spark ignition system. Instead of a conventional trouble-breeding distributor, this system uses multiple ignition coils:one coil per cylinder or one for each pair of cylinders.
Without the distributor to “distribute” electric current to the spark plugs, the spark plugs are fired directly from the coils. Spark plug timing is controlled by an electronic ignition module and the engine computer.
This system uses engine sensors to determine crankshaft position and camshaft position. These sensors continually monitor the positions of both shafts and deliver that information to the engine computer.
The Crankshaft Position Sensor is mounted at the front of the crankshaft, or near the flywheel on some vehicles, and the Camshaft Position Sensor is mounted near the end of the camshaft.
Based on the two shafts’ position, the electronic ignition module triggers the appropriate ignition coil, which directly fires the associated spark plugs. This system also uses a “waste spark” for one of the paired cylinders, pairing two pistons that will be at the top dead center at the same time: one at the end of its compression stroke, and the other at the end of its exhaust stroke.
Another major difference compared to its predecessor is that while earlier systems uses a single coil, which consists of a primary winding and a secondary winding, to power all the cylinders in a particular order, distributor-less ignition systems employ a different coil setup. It uses multiple ignition coil packs, each generating spark for just two cylinders, which means each coil can be turned on for longer.
Therefore, this soil setup is capable of developing a stronger magnetic field of up to 30,000 volts, as well as stronger, hotter spark required to ignite the typical leaner air-fuel mixtures of more modern vehicles.
Each of the spark plugs in these cylinders will fire at the same time using the high voltage from one coil. This allows for more precise ignition timing, thus higher engine efficiency and lower emissions.
Pros:
Cons:
READ MORE
The coil-on-plug ignition system has all the advantageous electronic controls developed in the distributor-less systems. Also, like the distributor-less system, the coil-on-plug system places an ignition coil directly on the top of each spark plug to fire the spark plug directly, hence the name.
Because each spark plug now has its own dedicated coil that sits right on top for direct firing, high-voltage spark plug wires are completely removed. This increases the system’s efficiency, since spark plug wires introduce greater loss of amperage and voltage, as well as the possibility of contamination and cross-firing between cables if they become greasy or worn.
Another major improvement here is instead of two cylinders sharing a single coil, each coil now services just one cylinder. This means each coil can be “turned on” for twice as much longer to develop maximum magnetic field.
As a result, coil-on-plug ignition systems can generate between 40,000 and 50,000 volts, compared to up to 30,000 volts in distributor-less systems, and much hotter, stronger sparks to more efficiently burn the leaner air-fuel mixture, thereby maximizing engine’s efficiency.
Now there are no breaker points, distributors, condensers and spark plug wires. No moving parts means coil-on-plug ignition systems are less likely to break down, are more reliable and command less frequent repair.
On the downside, it should be noted that the lack of moving parts can make it more difficult to diagnose and more expensive to repair than a traditional system once there is indeed a problem, but as said, repairs are less frequent.
It should also be noted that the ignition coils are now sitting on top of the spark plugs, thus more exposed to damage by degreasers and water during under-hood engine cleaning, so be sure each is wrapped in plastic for protection before any cleaning begins.
The most sophisticated of all ignitions systems, this system controls spark timing using the Engine Control Unit, based on input from various sensors, to achieve the optimal precision, higher voltage, and stronger, hotter spark.
Similar to the distributor-less systems, coil-on-plug systems use engine sensors to know the shafts’ position. Based on this information, the Engine Control Unit triggers the appropriate ignition coil, which directly fires the associated spark plugs in the associated cylinder in the firing order.
Pros:
Cons:
Ignition systems will continue to improve with features that today are unimaginable as technology advancements lead to continued improvements. Even as they do, all the four types of ignition system are still easy to maintain and repair, and well-suited for the vehicles of their own era.
To learn more about important components in your precious vehicle and how they work, dive into our comprehensive maintenance tips articles.
