Elektronický spínač tranzistorového zapalování

Elektronický spínač tranzistorového zapalování je polovodičový prvek, který podle řídicích signálů ze snímače řídí sepnutí a rozepnutí proudu v primárním vinutí zapalovací cívky. Tím nahrazuje mechanický přerušovač, omezuje opalování kontaktů a umožňuje přesnější řízení okamžiku zážehu.

Bateriové tranzistorové zapalování využívá elektrickou energii z akumulátoru, elektronický spínač a indukční cívku, která transformuje napětí na vysoké napětí pro zapalovací svíčku. V moderních soustavách může být spínač součástí zapalovacího modulu nebo může být řízen přímo výstupem řídicí jednotky motoru.

Úloha elektronického spínače v zapalovací soustavě

Zapalování jako celek se vždy skládá ze zdroje energie, spínače a indukční cívky transformující energii na vysoké napětí. Podle toho, jaké konkrétní prvky jsou použity, se nazývají jednotlivé druhy zapalování.

Podíváme-li se na zapalování jako systém, tak se dá rozdělit na několik částí. První částí je snímač polohy klikové hřídele. Tento snímač je vstupní veličinou a spouští celý proces zapálení jiskry.

Další prvek může být řízení okamžiku zážehu. U kontaktních zapalování čtyřdobých motorů býval tento systém na mechanickém principu a byl řízen okamžik zážehu, tedy předstih, v závislosti na otáčkách a zatížení motoru. U elektronických zapalování bývá řízení předstihu děláno elektronicky.

Dalším prvkem je spínač. U kontaktních zapalování byl spínač zároveň snímačem okamžiku zážehu, u elektronických zapalování je spínač polovodič, například tranzistor nebo tyristor. Předposledním prvkem je indukční cívka transformující napětí na primární straně na vysoké napětí na sekundární straně.

Posledním prvkem, pomineme-li kabeláž, je zapalovací svíčka neboli jiskřiště, kde probíhá inicializace zážehu směsi.

Druhy zapalování zážehových motorů

Druhy zapalování se dají rozdělit podle několika kritérií. Konkrétně lze vyjmenovat například:

• magnetové kontaktní zapalování,
• bateriové kontaktní zapalování,
• bateriové bezkontaktní tranzistorové zapalování,
• bateriové bezkontaktní tyristorové zapalování,
• kapacitní bezkontaktní zapalování.

Elektronický spínač tranzistorového zapalování se vztahuje především k bateriovému bezkontaktnímu tranzistorovému zapalování, označovanému jako TCI. Od kapacitního zapalování CDI se liší způsobem akumulace a předávání energie do zapalovací cívky.

Proč byl mechanický přerušovač nahrazen tranzistorem

Hlavním problémem u kontaktních zapalování byl právě mechanický spínací prvek. Byly na něj kladeny velké nároky na poměrně velký spínací proud v řádu jednotek ampér, dobré izolační vlastnosti, odolnost proti průrazu a přeskoku jiskry na kontaktu a odolnost proti opalování kontaktů.

Proto dalším vývojovým stupněm byla náhrada mechanického spínače, tedy kladívka, polovodičem. Takto vzniklo bateriové tranzistorové zapalování, označované jako TCI.

Tranzistor přebírá vlastní výkonové spínání proudu v primárním vinutí zapalovací cívky. Řídicí signál přitom může přicházet z mechanického kontaktu, indukčního snímače, Hallova snímače nebo optické závory.

Takto jsou eliminovány problémy s opalováním kontaktů na kladívku, ale při použití původního mechanického spínače jako snímače otáček může nastat další problém s nečistotou kontaktních ploch.

Při původní funkci kladívka se kontaktní plocha vlastně sama čistila průchodem vyššího proudu a přeskokem drobných jisker, ovšem spíná-li stejný mechanický kontakt mnohonásobně menší proud a nedochází k přeskoku jisker na kontaktu, tak i drobná nečistota, mastnota nebo prach může zabránit dokonalému kontaktu.

Princip bateriového tranzistorového zapalování

Bateriové tranzistorové zapalování využívá energii z akumulátoru. Řídicí signál určuje okamžik, kdy se má tranzistor sepnout a kdy rozepnout proud v primárním vinutí zapalovací cívky.

Po sepnutí tranzistoru začne proud procházet primárním vinutím zapalovací cívky a v jejím magnetickém obvodu se akumuluje energie. V okamžiku zážehu tranzistor proud rychle přeruší.

Strmým přerušením toku elektrického proudu do primárního vinutí vznikne změna magnetického toku a indukuje se vysoké napětí v sekundárním vinutí. Toto napětí je vedeno přímo nebo přes rozdělovač na zapalovací svíčku.

Obvod se uzavírá zpět do sekundárního vinutí přes kostru motoru a akumulátor.

Základní sled činnosti

1. Snímač polohy klikové nebo vačkové hřídele vytvoří řídicí signál.
2. Řídicí obvod vyhodnotí okamžik sepnutí a rozepnutí.
3. Výkonový tranzistor sepne proud do primárního vinutí zapalovací cívky.
4. V magnetickém obvodu cívky se akumuluje energie.
5. Tranzistor proud rychle přeruší.
6. V sekundárním vinutí vznikne vysoké napětí.
7. Na zapalovací svíčce přeskočí jiskra a zapálí směs ve válci.

Řídicí signál a řízení okamžiku zážehu

Vstupním signálem tohoto druhu zapalování může být jakýkoli bezkontaktní snímač, například indukční snímač, Hallův snímač nebo optická závora, případně původní mechanický kontakt.

Vstupní veličinou pro zapalování je snímač polohy klikové hřídele, Hallův snímač nebo indukční snímač, snímač polohy vačkové hřídele, zde většinou Hallův snímač, nebo kombinace obojího.

Pro určení doby zážehu a doby sycení cívky, tedy energie jiskry, se dále využívá signál zátěže a otáček motoru. U elektronických zapalování bývá řízení předstihu děláno elektronicky.

Řídicí jednotka tak může přizpůsobovat okamžik zážehu provozním podmínkám motoru. U dvoudobých motorů většinou řízení předstihu nebylo třeba.

Elektronický spínač jako součást zapalovacího modulu

Elektronický spínač je elektronický přístroj, který obsahuje základní dvě části: elektronický tvarovací obvod řídícího signálu s výkonovým výstupním elektrickým obvodem pro buzení primární cívky zapalovacího transformátoru a zapalovací transformátor s elektromagnetickým jádrem, který tvoří vysoké elektrické napětí pro svíčky motoru.

Sestava může být zalita pryskyřicí do plastového pouzdra. Elektronický spínač je vyroben na desce plošného spoje smíšenou montáží.

Deska plošných spojů může být zatmelena do plechového krytu, který tvoří ochranný obal. Celá elektronika může být zalita speciální pryskyřicí proti vlivu vlhkosti.

Vývody jsou zapájeny na konektor, který je součástí plechového krytu a slouží k připojení do zapalovací soustavy vozidla.

Výstup z řídicí jednotky

Výstup z řídicí jednotky může být přímo silový pro spínání indukčních cívek nebo signálový pro spínání zesilovače, tedy zapalovacího modulu obsahujícího elektrický spínač.

U některých systémů je výkonový tranzistor umístěn přímo v řídicí jednotce motoru. U jiných je umístěn v samostatném zapalovacím modulu, který přijímá pouze řídicí signál.

Elektronický spínač tak může plnit pouze výkonovou spínací funkci, nebo může být součástí širšího modulu obsahujícího také tvarování vstupního signálu a řízení zapalovacího transformátoru.

Připojení elektronického spínače

Na elektronický spínač se přivádí řídicí elektrický signál buď ze statoru, tedy při vnitřním snímání, nebo ze senzoru, tedy při vnějším snímání, dále napájecí elektrický proud a kostřicí neboli zemnicí elektrický proud.

U kondenzátorových systémů přichází napájení z nabíjecí cívky statoru. U bateriových systémů je elektronický spínač napájen přes spínací skříňku z baterie.

Elektronický spínač musí být vždy ukostřen a připojen poctivě na kostru vozidla. Jde o druhý pól napájení a vysokého napětí.

Je nepřípustné nesprávné elektrické zapojení, zvláště u bateriových elektronických spínačů. Může dojít ke zničení přístroje.

Rozdělení elektronických spínačů podle použití

Podle počtu válců se používají elektronické spínače s jedním vývodem vysokého napětí nebo se dvěma vývody vysokého napětí.

Podle napájení elektrickým proudem se rozlišují bateriové, tedy induktivní, a kondenzátorové, tedy kapacitní, systémy.

Bateriové, tedy induktivní systémy, pracují v soupravě se senzorem a speciálním rotačním palcem nebo s paměťovou řídicí jednotkou.

Kondenzátorový, tedy kapacitní systém, pracuje vždy v zapojení s alternátorem VAPE. Souprava může a nemusí na vozidle obsahovat baterii.

Soupravu je nutné sestavit podle dalších technických parametrů alternátoru. Ke každému elektronickému spínači je přiřazen určitý alternátor.

Rozdíl mezi induktivním a kapacitním zapalováním

Rozeznáváme dva druhy zapalování podle principu funkce: kondenzátorové, tedy kapacitní zapalování, a bateriové, tedy induktivní zapalování.

Induktivní bateriové zapalování

Bateriové, neboli induktivní, zapalování je napájeno elektrickým proudem výhradně z baterie.

Řídicí signál má poněkud jiný charakter než u kondenzátorového zapalování. Vyžaduje definovanou šířku signálu v závislosti na otáčkách motoru, blížící se konstantě.

Vysoké napětí v sekundárním vinutí zapalovacího transformátoru se získává strmým přerušením toku elektrického proudu do primárního vinutí.

U tohoto principu je důležitá správná doba sepnutí, tedy doba sycení zapalovací cívky. Příliš krátká doba může snížit energii jiskry, zatímco nesprávné spínání může zatěžovat tranzistor a zapalovací cívku.

Kapacitní CDI zapalování

Kondenzátorové zapalování, označované CDI, neboli capacitor discharge ignition, používá pro svou funkci energii akumulovanou v kondenzátoru.

Zdrojem energie je zde podobně jako u magnetového zapalování statorová cívka. Vícepólový rotor s permanentními magnety vytvoří během jedné otáčky klikové hřídele několik period a statorová cívka vinutá mnoha závity slabšího drátu nabíjí přes usměrňovač akumulační kondenzátor.

Takto nabitý kondenzátor na napětí několika stovek voltů se následně ve správný okamžik vybije přes spínací prvek, většinou tyristor, do indukční cívky, zde ve funkci impulsního transformátoru.

Následně je vysoké napětí vedeno na zapalovací svíčku nebo dvě svíčky zapojené sériově, kde dojde k přeskoku jiskry.

Spouštěcím impulsem je buď přímo indukční snímač umístěný na statorové části zapalování, nebo řídicí jednotka zapalování, která řídí okamžik zápalu v závislosti na provozních podmínkách motoru.

V základu je CDI zapalování jedno z nejjednodušších a nejspolehlivějších zapalování. Výhodou je nezávislost na jakémkoli přídavném zdroji energie.

Elektronika může být umístěna přímo v obalu indukční cívky, tedy ve vysokonapěťovém spínači. Indukční cívka jako taková může být podstatně menších rozměrů, protože se energie před okamžikem zážehu neakumuluje do magnetického obvodu cívky, ale do kondenzátoru.

Vypínání zapalování CDI se provádí pomocí vnějšího vybití kondenzátoru. Zapalování typu CDI se v drtivé většině používá u motocyklů a malých pracovních strojů, například sekaček, motorových pil a křovinořezů.

Elektronický spínač bezdotykového zapalování

Elektronický spínač bezdotykového zapalování je zařízení, které podle signálů ze snímacího alternátoru řídí okamžik sepnutí a rozepnutí přívodu proudu do zapalovací cívky.

Snímací generátor je zařízení, které tvoří bezkontaktní přerušovač a vytváří řídicí signály pro elektronický spínač. Je součástí rozdělovače.

Zapalovací cívka s nízkým vnitřním odporem je určena pro použití s jednotkou elektronického spínače. Zvyšuje energii výboje v součinnosti se snímacím generátorem a elektronickým spínačem snižuje závislost sekundárního napětí na velikosti napětí akumulátoru a otáčkách motoru.

Výhody tranzistorového spínání

• odstranění výkonového mechanického kontaktu,
• omezení opalování kontaktů,
• omezení mechanického opotřebení přerušovače,
• možnost použití bezkontaktního snímače,
• přesnější řízení okamžiku zážehu,
• lepší řízení doby sycení zapalovací cívky,
• stabilnější energie jiskry při různých otáčkách motoru,
• možnost propojení se snímači otáček, zatížení a polohy hřídelí.

V současné době je právě používán tento druh zapalování. O vše se stará řídicí jednotka motoru, tedy zapalování i příprava směsi naráz.

Možné poruchy a důležité podmínky provozu

Elektronický spínač je citlivý na nesprávné elektrické zapojení. Zvláštní pozornost je třeba věnovat napájecímu napětí, polaritě a kvalitnímu ukostření.

Nesprávné ukostření může ovlivnit napájení elektroniky i obvod vysokého napětí. U bateriových elektronických spínačů může nesprávné zapojení způsobit zničení přístroje.

Pokud je jako vstupní snímač použit původní mechanický kontakt, neodstraňuje tranzistor veškeré možné závady. Kontaktní plocha už není zatěžována proudem, který by ji při spínání částečně čistil, takže její znečištění může způsobit nespolehlivý řídicí signál.

U bezkontaktních systémů se kontroluje především napájení, kostra, řídicí signál snímače, vedení k zapalovací cívce a samotná zapalovací cívka.

Technické parametry příkladu elektronického spínače

Tranzistorové zapalování pro starší vozidla

Elektronický spínač bezdotykového zapalování může být použit také jako náhrada mechanického řešení u starších vozidel. Příkladem je elektronický spínač určený pro motorová vozidla ŠKODA 136 a 135 FAVORIT, která nejsou vybavena elektronickým vstřikováním paliva.

Tranzistorové zapalování pro starší vozy může pracovat s původním rozdělovačem, pokud je doplněn snímacím generátorem a odpovídající zapalovací cívkou.

U starších automobilů se podobné řešení používalo také jako tranzistorové zapalování pro vozy Škoda 1000MB až Š130.

Stavebnicové tranzistorové zapalování

Stavebnicové tranzistorové zapalování je určeno pro benzínové motory s ukostřeným mínusovým pólem baterie.

U podobných zapojení může být uváděn maximální proud 4 A, rychlost spínání až do 500 kHz a rozměry desky plošných spojů 70 × 35 mm.

Elektronické tranzistorové zapalování může zlepšit startování a plynulost chodu motoru, zvláště při velmi vysokých a velmi nízkých otáčkách, pokud je správně sladěno se zapalovací cívkou, snímačem a napájecí soustavou.

tags: #elektronicky #spinac #tranzistoroveho #zapalovani