Układ zapłonowy, klasyczny

W silniku z zapłonem iskrowym (np. silnik benzynowy) układ zapłonowy należy do najważniejszych urządzeń, a od jego sprawności zależy nie tylko łatwy rozruch silnika, ale także wielość zużycia paliwa, toksyczność emitowanych spalin, osiągi samochodu i wiele innych.

Z uwagi na to, iż spalanie mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrach silnika nie jest procesem szybkim, trwającym tysięczne części sekundy, zainicjowanie spalania musi zaistnieć we właściwym momencie. Będzie on inny dla każdej prędkości obrotowej silnika. Dlatego od dawna stosuje się specjalne regulatory, zapewniające automatyczny, w miarę optymalny moment wystąpienia iskry, po którym rozpoczyna się proces spalania mieszanki.

Elementarny układ zapłonowy składa się cewki zapłonowej, która jest w rzeczywistości transformatorem, przetwarzającym napięcie akumulatora na co najmniej 1000 razy wyższe, niezbędne dla wytworzenia iskry na elektrodach świecy w trudnych warunkach, jakie panują w komorze spalania silnika. Ponieważ transformator nie przetwarza napięcia stałego, konieczne jest zamienienie go albo na przemienne, albo na impulsowe. Do tego służy przerywacz z zapiętym na jego stykach kondensatorem. Przy zwartych stykach przez cewkę zapłonową płynie prąd o natężeniu dochodzącym do 2 amperów.

Z chwilą gdy zostaną one rozwarte, prąd ten gwałtownie zanika, co powoduje równie gwałtowną zmianę strumienia magnetycznego w cewce zapłonowej, a to owocuje powstaniem w jej wtórnym uzwojeniu chwilowego wysokiego napięcia, co owocuje powstaniem iskry na elektrodach świecy. Rozwarcie styków jest wynikiem oddziaływania na ich ruchomą część przez obracającą się krzywkę, napędzaną najczęściej bezpośrednio z wałka rozrządu silnika, rzadziej – bezpośrednio z wału korbowego. Rola kondensatora sprowadza się głównie do wyeliminowania iskrzenia styków przerywacza, które może powodować zakłócenia powstawania wysokiego napięcia, zwłaszcza przy dużych prędkościach obrotowych silnika.

Odwiedź nasz serwis Eksploatacja auta

W nowoczesnych silnikach nie stosuje się tego rodzaju układów zapłonowych. Wyparły je znacznie sprawniejsze i odznaczające się mniejszą awaryjnością układy elektroniczne. Początkowo były tu proste układy tranzystorowe, w których tranzystor zastępował styki przerywacza lub je bardzo mocno odciążał – zamiast prawie 2 A płynął przez nie prąd co najmniej o rząd wielkości mniejszy. Potem elementem wykonawczym był wysokonapięciowy tyrystor, zaś do pierwotnego uzwojenia cewki było dostarczane napięcie rzędu kilkuset woltów, wytwarzane przez specjalną przetwornicę. Sprawność takiego układu zapłonowego była niewielka, sama przetwornica pobierała ponad 50 watów. Nadal piętą achillesową układu zapłonowego były ruchome styki przerywacza.

Dopiero wprowadzenie bezstykowego sterowania układem zapłonowym wyeliminowało możliwość awarii styków. Początkowo zamiast styków pracował układ fototranzystora z diodą elektroluminescencyjną, pomiędzy którymi wirowała z prędkością równą prędkości obrotowej silnika płytka z otworami, odpowiadającymi punktom zapłonu. Duża awaryjność spowodowana łatwym zanieczyszczaniem się soczewki fototranzystora spowodowały, że zarzucono to rozwiązanie na rzecz stosowanego dziś powszechnie aparatu zapłonowego pracującego z wykorzystaniem efektu Halla, polegającego na tym, że w cewkach skupionych wokół wirującej tarczy indukowane jest napięcie w wyniku przemieszczania się przed nimi zamocowanego do tarczy niewielkiego magnesu.

Napięcie to steruje układem elektronicznym, który dostarcza wysokiego napięcia do świec zapłonowych. Co ciekawe, jeden z pierwszych produkowanych seryjnie układów zapłonowych z wykorzystaniem efektu Halla był montowany w czechosłowackich motorowerach „Babetta” już na początku lat siedemdziesiątych ub. wieku. Układ ten był bardzo prymitywny i w niczym nie przypominał stosowanych obecnie.

Zobacz też: Układ rozruchowy