Schéma dynamobateriového zapalování

Dynamobateriové zapalování je zapalovací soustava zážehového motoru, která využívá elektrickou energii z akumulátoru dobíjeného dynamem nebo alternátorem. Jejím úkolem je bezpečně zapalovat elektrickou jiskrou směs paliva se vzduchem u zážehových motorů a zajistit při každém chodu motoru dostatečné množství energie potřebné k zapálení směsi.

Okamžik zážehu, tedy přeskok jiskry na zapalovací svíčce, je vázán na nejvhodnější polohu pístu před horní úvratí a na natočení klikového hřídele. Tento předstih zapalování se musí přizpůsobovat provozním podmínkám motoru, zejména otáčkám, zatížení a bohatosti směsi, a musí zamezit detonačnímu spalování.

Princip dynamobateriového zapalování

Elektrický proud je veden z akumulátoru na svorku 30 spínací skříňky. Při zapnutí zapalování propojí spínací skříňka svorku 30 se svorkou 15 a kabelem je přiveden elektrický proud na svorku 15 zapalovací cívky.

Jsou-li kontakty přerušovače spojeny, protéká elektrický proud primárním vinutím zapalovací cívky na svorku 1 a odtud na svorku 1 přerušovače. Přes jeho pevný kontakt protéká elektrický proud na kostru. V primárním vinutí v důsledku průtoku elektrického proudu vzniká magnetické pole.

Při otáčení vačky přerušovače se nadzvedne pohyblivé raménko a dojde k rozpojení kontaktů. Při rozpojení kontaktů magnetické pole zaniká a svými siločarami protíná vinutí obou cívek.

V primárním vinutí se indukuje elektrické napětí 300 až 400 V a elektrický proud intenzity 3 až 4 A, jaký má elektrický proud přitékající od akumulátoru. Tato velmi rychlá změna magnetického pole protíná svými siločarami vodiče obou cívek a způsobí v nich indukci vysokého zapalovacího napětí, asi 8-25 kV.

Schématické zapojení jednotlivých částí

Primární obvod nízkého elektrického napětí tvoří akumulátor, spínací skříňka, zapalovací cívka a její primární vinutí, přerušovač, kondenzátor a propojovací elektrické vodiče včetně svorek a konektorů.

Sekundární obvod vysokého zapalovacího napětí tvoří zapalovací cívka s primárním a sekundárním vinutím, vysokonapěťové zapalovací kabely včetně koncovek, rozdělovač a zapalovací svíčky.

Akumulátor a dobíjení dynamem

Akumulátor dodává elektrickou energii do primárního obvodu zapalování. Při běžícím motoru je jeho elektrická energie doplňována dynamem nebo alternátorem, aby bylo možné dlouhodobě napájet zapalovací soustavu i další elektrické spotřebiče vozidla.

Elektrické zapalování je proto závislé nejen na stavu akumulátoru, ale také na správné funkci spínací skříňky, vodičů, svorek, ukostření a dobíjecí soustavy. Při poruše dobíjení se může napětí akumulátoru postupně snižovat, což má vliv na energii jiskry a na spolehlivost startování.

Zapalovací cívka

Zapalovací cívka v součinnosti s přerušovačem a kondenzátorem slouží ke zvýšení nízkého elektrického napětí baterie, obvykle z 12 V na 8000 až 24 000 V.

Jádro cívky je tvořeno transformátorovými ocelovými plechy. Na jádře je navinutá sekundární cívka z měděného drátu o průměru 0,05-0,1 mm, která má asi 40 000 závitů. Na sekundární cívce je navinutá primární cívka z měděného drátu o průměru 0,6-0,9 mm, která má asi 350 až 600 závitů.

Jádro i cívky jsou elektricky izolovány mezivrstvou izolace a vše je umístěno v keramickém izolačním bloku. Vnější hliníkové pouzdro je po obvodu vyplněno magneticky vodivými plechy a zbývající prostor je vyplněn asfaltovou zalévací hmotou pro dobré chlazení.

Ve víku z izolačního materiálu je na svorku 15 připojen začátek primární cívky a její konec na svorku 1. Začátek sekundární cívky je připojen k jedné ze svorek 15 nebo 1, což funkci zapalování neovlivňuje. Konec sekundární cívky je vyveden na svorku 4.

Činnost přerušovače

Přerušovač ovládá průchod proudu primárním vinutím zapalovací cívky. Při sepnutých kontaktech vzniká v cívce magnetické pole. Při rozpojení kontaktů se proud přeruší, magnetické pole rychle zanikne a v sekundárním vinutí se indukuje vysoké napětí.

Při vzniku magnetického pole se vlivem vlastní indukce indukuje v primárním vinutí napětí opačného směru. Proto brzdí o 0,010-0,015 s rychlý vznik magnetického pole stejného směru, jaký má elektrický proud přitékající od akumulátoru, a tím i okamžité zvýšení intenzity toku elektrického proudu.

Toto zpoždění je příčinou, že u bateriového zapalování za vysokých otáček klesá zapalovací napětí a tím i kvalita jiskry. U čtyřválcového motoru může zapalovací napětí klesnout z 25 kV při 800 ot/min na 10 kV při 5000 min^-1.

Kondenzátor

Kondenzátor se při rozpojování kontaktů přerušovače nabíjí a pohlcuje elektrický náboj, který by způsobil značné jiskření a opalování kontaktů. Současně tím až dvacetkrát urychlí přerušení elektrického proudu.

Na velmi rychlém přerušení elektrického proudu protékajícího primárním vinutím závisí rychlé zanikání magnetického pole v zapalovací cívce a intenzivní indukce vysokého napětí potřebného pro zapalování.

Kondenzátor je vyroben jako svitek dvou hliníkových fólií, tedy elektrod, navzájem izolovaných kondenzátorovým papírem napuštěným silikonovým olejem. Jedna elektroda je spojená s kovovým obalem kondenzátoru a prostřednictvím ukostření s pevným kontaktem přerušovače.

Druhá elektroda je prostřednictvím elektrických vodičů připojená k pružině kontaktu pohyblivého raménka přerušovače. Vadný kondenzátor může způsobit silné jiskření na kontaktech, jejich rychlé opalování a nedostatečnou jiskru na zapalovacích svíčkách.

Rozdělovač a vysokonapěťový obvod

Konec sekundárního vinutí zapalovací cívky, tedy svorka 4, je vyveden vysokonapěťovým kabelem přes odpružený uhlíkový kartáček na otočné raménko rozdělovače.

Z otáčejícího kontaktu palce přeskakuje vysoké napětí mezerou 0,2-0,3 mm na pevné kontakty v hlavici rozdělovače. Ty jsou propojené vysokonapěťovými kabely a jejich koncovkami k jednotlivým zapalovacím svíčkám.

Rozdělovač tak zajišťuje, aby vysoké napětí přicházelo ke svíčkám ve správném pořadí a ve správném okamžiku. Poškození palce, hlavice, uhlíkového kartáčku nebo vysokonapěťových kabelů může způsobit ztrátu jiskry nebo její přeskočení na nesprávné místo.

Předstih zapalování

Okamžik zážehu je nutné přizpůsobit otáčkám motoru, zatížení, bohatosti směsi a nebezpečí detonačního spalování. Při stejné rychlosti hoření je při vyšších otáčkách méně času na dokonalé prohoření směsi, proto se předstih zvyšuje.

Součástmi rozdělovače jsou odstředivý a podtlakový regulátor předstihu. Odstředivý regulátor při zvyšování otáček zvětšuje předstih zapalování zpravidla až o 20° měřeno na klikovém hřídeli.

Podtlakový regulátor zvětšuje předstih obvykle až o 15° měřeno na klikovém hřídeli. Při částečně otevřené škrticí klapce karburátoru je směs ochuzená, déle hoří a proto také potřebuje větší předstih.

Podtlakový regulátor je spojen hadičkou s prostorem u škrticí klapky karburátoru. Nesprávné nastavení předstihu může ovlivnit výkon motoru, spotřebu paliva, množství emisí a teplotní zatížení motoru.

Úloha zapalovací soustavy

• zajistit při každém chodu motoru dostatečné množství energie potřebné k zapálení směsi,
• reagovat na pokyny řidiče úměrným nastavením velikosti předstihu,
• pomocí snímačů určit okamžik zapálení směsi,
• bezpečně zapalovat elektrickou jiskrou směs paliva se vzduchem,
• přizpůsobovat okamžik zážehu otáčkám a zatížení motoru,
• omezovat detonační spalování.

U moderních motorů mohou výpadky elektrické jiskry způsobit zničení katalyzátoru, protože zápalná směs hoří a expanduje až v katalyzátoru.

Druhy zapalování

• mechanické,
• elektronické,
• bateriové,
• magnetoelektrické kontaktní,
• magnetoelektrické polovodičové bezkontaktní,
• tranzistorové kontaktní s kontaktním přerušovačem,
• tyristorové neboli kondenzátorové kontaktní,
• tranzistorové bezkontaktní s induktivním nebo Hallovým snímačem v rozdělovači,
• plně elektronické.

Elektronické zapalování

Elektronické zapalování se skládá z baterie, spínací skříňky, indukční zapalovací cívky, rozdělovače, snímačů, vysokonapěťových kabelů a zapalovacích svíček.

Mezi používané snímače patří snímač teploty nasávaného vzduchu, snímač množství nasávaného vzduchu, snímač teploty motoru, snímač detonačního hoření, snímač natočení škrticí klapky, snímač otáček a kyslíková sonda.

Oproti mechanickému zapalování umožňuje elektronické zapalování dosáhnout více zážehů za sekundu, má delší interval údržby, lepší starty, vyšší výkon ve vyšších otáčkách a nižší spotřebu.

Zapalování s elektronickým odlehčením kontaktů

Ústřední myšlenkou tranzistorového zapalování je požadavek zvětšení proudu protékajícího přes primární vinutí zapalovací cívky. Kontakty, které jsou značně namáhané, však není možné beztrestně přetěžovat, protože by docházelo k intenzivnímu opalování nebo dokonce k jejich úplnému svaření.

Akumulátor je v tomto případě připojen přes spínací skříňku na emitor tranzistoru. V kolektorovém obvodu je zapojeno primární vinutí zapalovací cívky a v bázi spínacího tranzistoru je kontakt přerušovače.

Kondenzátor v tomto případě není potřebný, protože kontakty přerušovače jsou namáhány jen malým proudem a neopalují se. Na kontaktech spínače obvodu zapalovací cívky, tedy v tranzistoru, který pracuje jako spínací kontakt, se nemůže projevit opalování přechodu a oblouk se nemůže vytvářet.

Jakmile sepne kontakt přerušovače, protéká přes obvod baterie, spínací skříňka, emitor, báze, kontakt přerušovače a baterie proud I1. Bývá okolo 0,5 A nebo ještě méně.

Současně se přechod emitor-kolektor chová tak, jako by byl prakticky zkratovaný, takže přes primární vinutí speciální indukční cívky protéká velmi velký proud I, přibližně 10 A i více.

Kontakty přerušovače jsou takto chráněny a prakticky se vůbec neopalují. Z baterie se potom odebírá proud I2 = I1 + I.

Výhody a nevýhody tranzistorového zapalování

• kontakty přerušovače jsou namáhány jen malým proudem,
• opotřebení kontaktů je minimální,
• přerušení proudu je rychlé,
• rychlá časová změna proudu podporuje indukci napětí v sekundárních závitech zapalovací cívky,
• systém je nákladný,
• je potřeba speciální indukční cívka,
• výkon odebraný z akumulátoru je oproti bateriovému zapalování dvakrát až třikrát větší,
• delší doba údržby a seřizování není zaručena ve všech případech.

Kondenzátorové neboli tyristorové zapalování

Základní princip využívá funkce kondenzátoru, tedy jeho schopnosti nashromáždit mezi svými deskami elektrický potenciál a tuto energii odvést na primární vinutí zapalovací cívky.

Před vybitím je kondenzátor nabit na několik stovek voltů. Jeho vybití probíhá velmi rychle. Energie potřebná pro zážeh palivové směsi se naindukuje v magnetickém poli indukční zapalovací cívky a do obvodu se převádí po rozpojení kontaktu primárního obvodu.

Během vybíjení vzroste napětí na cívce, čímž se sníží ztráty svodem na víčkách. To umožňuje velmi kvalitní funkci zapalování i při silném znečištění svíček.

Velkou nevýhodou tohoto systému zapalování je jeho nadměrná složitost oproti bateriovému zapalování. K nabíjení kondenzátoru je potřeba zdroj s vhodným napětím a pro vybití spolehlivý spínač.

Použitím tranzistoru se zvýší stejnosměrné napětí akumulátoru na napětí několika set voltů a potom se na toto napětí nabije kondenzátor. Tyristor, což je polovodičový prvek s funkcí spínače, pak kondenzátor v příslušný okamžik vybije.

Bezkontaktní zapalování

Nejmodernější zapalovací soustavy mají přerušovací kontakty nahrazeny bezkontaktními snímači. Ty pomocí impulsů informují řídicí jednotku a ta uvádí v činnost elektronické zapalování.

U těchto systémů se používají elektromagnetické, fotoelektrické, oscilátorové snímače, snímače s vazebními můstky a Hallův snímač.

Při zavádění bezkontaktních přerušovačů se nejprve používaly klasické rozdělovače, ale místo mechanického přerušovače a vačkové hřídele byl umístěn bezkontaktní snímač.

Nejvýhodnější jsou z provozního hlediska fotoelektrické, oscilátorové a Hallovy snímače, jejichž amplituda se při vyšších otáčkách nemění. To je vhodné hlavně při spouštění motoru, kdy elektromagnetické snímače vykazují velmi nízkou amplitudu signálu, protože jejich amplituda závisí na otáčkách motoru.

Z těchto důvodů se musí používat takové snímače nebo upravené stávající snímače, aby byly i při startovacích otáčkách impulsy s dostatečnou amplitudou.

Vliv předstihu na emise a krouticí moment

Množství zplodin ve výfukových plynech je možné ovlivnit směšovacím poměrem a předstihem zážehu. Směšovací poměr, označovaný jako lambda poměr, odpovídá relativnímu poměru množství vzduchu k množství paliva ve směsi.

Při hodnocení zapalovací soustavy se sleduje závislost momentu na směšovacím poměru, závislost zplodin na směšovacím poměru, závislost momentu na předstihu zážehu a závislost množství zplodin a měrné spotřeby na předstihu.

Diagnostika dynamobateriového zapalování

Diagnostiku lze provádět vizuálně, demontáží nebo pomocí měřicích přístrojů. Při vizuální kontrole se ověřuje uvolnění některých částí, rozpojení, poškození a praskliny na vodičích a trubkách, těsnost a úniky provozních kapalin.

Demontáží se kontroluje například stav kontaktů v rozdělovači, uložení součástek, uchycení dílů zapalování a stav jednotlivých součástí.

Pomocí přístrojů lze proměřit proudové a napěťové signály na primárním a sekundárním vinutí indukční zapalovací cívky, napětí autobaterie, ztráty v obvodech, odpor vysokonapěťových kabelů, účinnost svíček a velikost výboje svíček.

Postup kontroly při poruše startování

Funkci bateriového zapalování ověřujeme obvykle až po prověření, zda do karburátoru přitéká benzin. Především musíme znát, jakou funkci mají jednotlivé části zapalování a jaké je správné zapojení u daného motoru.

Nejdříve zkontrolujeme, zda není závada v propojení mezi zapalovací cívkou a rozdělovačem. Za kabely nikdy netaháme, ale uchopujeme je za koncovky. Podobně prověříme jednotlivé kabely k zapalovacím svíčkám a zkontrolujeme, zda nejsou uvolněny vodiče primárního okruhu.

Po zapnutí zapalování je vhodné prověřit, zda elektrický proud protéká až k rozdělovači a zda není špatný nebo zoxidovaný kontakt na svorce či konektoru. Mezi akumulátorem a svorkou 15 zapalovací cívky je dovolený úbytek napětí 0,8 V při jmenovitém napětí 12 V.

Kontrola se provádí multimetrem, nouzově alespoň žárovkovou zkoušečkou. Pokud je nalezena a odstraněna závada, znovu se ověřuje základní funkce bateriového kontaktního zapalování.

Kontrola jiskry

Po sejmutí koncovky vysokonapěťového kabelu ze zapalovací svíčky prvního válce se místo svíčky vloží přibližně stejně dlouhý kousek odizolovaného vodiče o průměru 4-6 mm.

Kon­covku s vodičem je nutné pro zesílení izolace přidržovat v izolovaných kleštích nebo ji vhodně upevnit pomocí suchého hadru a motouzu tak, aby mezera mezi vodičem a kostrou byla 8 až 10 mm.

Po zapnutí zapalování se pomocí startéru protáčí motor. Přes uvedenou mezeru mezi vodičem a kostrou musí jiskra bezpečně přeskakovat. Pokud tomu tak je, ověří se stejným způsobem také ostatní válce.

Tím se zjistí, zda zapalovací svíčky dostávají i při startu zapalovací napětí nejméně 10 kV. Použití zapalovací svíčky ke stejnému účelu je méně průkazné, protože má mezeru mezi kontakty například jen 0,7 mm.

Uvnitř motoru pod kompresním tlakem se zhuštěním stlačených plynů jejich izolační vlastnosti zesilují a slabá jiskra již nemusí přeskočit.

Kontrola rozdělovače a přerušovače

Pokud základní funkce zapalování přes koncovku svíčky nebyla úspěšná, ověřuje se, zda není závada v rozdělovači, například vadný palec nebo hlava rozdělovače.

Po vyjmutí koncovky vysokonapěťového kabelu z hlavy rozdělovače se postupuje podobně, přičemž mezera mezi kontaktem a kostrou se nastaví na 15 až 20 mm.

Před sejmutím hlavy rozdělovače je vhodné označit vysokonapěťové kabely pomocí lepicí karosářské pásky a fixu. Po sejmutí hlavy rozdělovače se kontroluje funkčnost přerušovače, jeho připojení, zjevná poškození a čistota.

Kontakty přerušovače se obvykle očistí a odmastí čistým proužkem textilního plátna, které nepouští chlupy. Proužek se namočí v technickém benzinu a několikrát se protáhne mezi kontakty pomocí dvou malých plochých šroubováků.

Jsou-li kontakty opálené, nerovné, dobře nepřiléhají nebo nemají správný přítlak, vymění se. Přítlačná síla pružiny na kontakty má být 5-6 N, což odpovídá zvedání 0,5-0,6 kg.

Seřízení odtrhu kontaktů

Motorem se pootáčí tahem za klínový řemen, klíčem za matici řemenice klikového hřídele nebo tlačením vozidla při zařazené nejvyšší rychlosti tak, aby se dosáhlo největšího oddálení pohyblivého kontaktu od pevného.

Podle potřeby se seřídí maximální odtrh kontaktů přerušovače. U jednoválcových až čtyřválcových motorů má být 0,35 až 0,45 mm, tedy 0,4 ± 0,05 mm. Odtrhem se označuje maximální mezera, na kterou se vačkou oddaluje pohyblivý kontakt přerušovače od pevného.

Hlavu i palec rozdělovače je nutné pečlivě prohlédnout, zda nemají vodivou stopu po elektrickém průrazu nebo jiné poškození, a následně je očistit a odmastit.

Kontrola kondenzátoru a zapalovací cívky

Pokud ani po předchozích zásazích zapalování potřebnou jiskru nedává, může být příčinou poruchy vadný kondenzátor. Vzhledem k jeho nízké ceně je nejsnazší nahradit jej novým.

Kondenzátor lze také přezkoušet nabitím na jiném běžícím motoru, který má bateriové zapalování. Zkoušený kondenzátor se přidrží v elektricky izolovaných kleštích tak, aby jeho pouzdro bylo ukostřeno.

Svorka kabelu kondenzátoru se pomocí dalších kleští přitiskne na svorku 1 zapalovací cívky nebo rozdělovače. Ještě 5-10 sekund po odpojení svorky kabelu kondenzátoru a jejím přiblížení k jeho pouzdru na přibližně 2 mm musí jiskra přeskočit. Zkouška se provádí nejméně dvakrát.

Pokud požadovaná jiskra nepřeskakuje ani po správně provedených předchozích zásazích, může být příčinou vadná zapalovací cívka, zejména její sekundární vinutí. Vadná zapalovací cívka je neopravitelná.

Zpravidla dojde k jejímu zničení při zapomenutí vypnutí zapalování po nežádoucím zhasnutí motoru, pokud zůstanou shodou okolností kontakty přerušovače spojeny.

Přerušení vinutí lze proměřit multimetrem v režimu ohmmetru. Při měření je nutné respektovat správné zapojení konkrétní zapalovací cívky a odlišit přerušení vinutí od závitového zkratu.

Úprava magnetického zapalování na bateriové zapalování

Při přestavbě původního magnetoelektrického zapalování na dynamobateriové zapalování nestačí přivést šest voltů přímo na původní zapalovací cívku. Magnetoelektrické a bateriové zapalování mají odlišný způsob vytváření energie, odlišné zapojení a často také odlišné požadavky zapalovací cívky.

Pro bateriové zapalování je nutné použít akumulátor, spínací skříňku, zapalovací cívku odpovídající napětí soustavy, přerušovač nebo vhodný bezkontaktní snímač, kondenzátor u kontaktního provedení, správně zapojené vodiče, ukostření a vysokonapěťovou část se zapalovací svíčkou.

U šestivoltové soustavy musí být zapalovací cívka určena pro 6 V a musí odpovídat primárnímu proudu, který může protékat kontakty přerušovače. Použití cívky s nevhodným odporem primárního vinutí může vést k nadměrnému proudu, přehřívání cívky a poškození kontaktů.

Akumulátor musí být připojen přes spínací skříňku k primárnímu obvodu cívky. Přerušovač musí ovládat rozpojování primárního proudu a kondenzátor musí být připojen paralelně ke kontaktům přerušovače.

Pro spolehlivý provoz je nutné zajistit dobíjení akumulátoru dynamem nebo alternátorem a správně dimenzovat vodiče, pojistky, svorky a ukostření. Pokud původní magnetické zapalování vytváří energii přímo indukcí při otáčení motoru, jeho zapalovací cívku nelze automaticky použít jako cívku bateriového zapalování.

Bezpečnost při diagnostice

Vysoké napětí zapalovací soustavy může způsobit bolestivý úraz. Při kontrole jiskry se používají izolované kleště a vodiče se nepřidržují holou rukou.

Pomocí síťového napětí 230 V smí kondenzátor testovat pouze osoby znalé v elektrotechnice podle příslušných bezpečnostních předpisů. Při práci se zapalovací soustavou musí být vozidlo zajištěno proti pohybu a při demontáži elektrických částí je nutné zabránit náhodnému zkratu akumulátoru.

Vývoj elektronického zapalování

V roce 1970 zahájila společnost MAGNETON mezi prvními firmami na světě výrobu bezkontaktního elektronického zapalování pro osobní automobily Tatra 613.

tags: #schema #dynamobaterioveho #zapalovani