Wszystko, co musisz wiedzieć o ładowaniu cewki zapłonowej | MOTOFAKTOR

Wszystko, co musisz wiedzieć o ładowaniu cewki zapłonowej

person Redakcja 28/04/2021

Eksperci Denso wyjaśniają, jak działa ładowanie cewki w różnych układach zapłonowych i przy różnych prędkościach obrotowych silnika.

Co oznacza "czas ładowania" cewki zapłonowej?

Gdy uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej zaczyna być zasilane prądem, upływa krótki okres czasu, aż prąd osiągnie swoje maksymalne natężenie. Ponieważ natężenie pola magnetycznego (wielkość strumienia magnetycznego), które obejmuje uzwojenia cewki jest proporcjonalne do natężenia przepływającego prądu elektrycznego, taki sam okres czasu jest niezbędny, aby pole magnetyczne osiągnęło wymagane natężenie. Gdy natężenia prądu i pola magnetycznego osiągają swoje wartości maksymalne, wówczas pole magnetyczne pozostaje stabilne.

 

Czas potrzebny do uzyskania przez pole magnetyczne maksymalnego natężenia jest często określany jako “czas ładowania” cewki zapłonowej. W związku z tym pojawiają się dwa potencjalne problemy:

 

1) Jeśli prąd elektryczny nie przepływa przez uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej wystarczająco długo, wówczas pole magnetyczne nie osiągnie wymaganego natężenia;

 

2) Jeśli prąd elektryczny przepływa przez uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej za długo, wówczas może nastąpić przegrzanie obwodów elektrycznych i uzwojenia pierwotnego.

Jak długo trwa ładowanie cewki?

Wymagany czas zasilania cewki zapłonowej jest różny w zależności od typu cewki zapłonowej. Dla cewek zapłonowych starszej konstrukcji wynosi ok. 4 milisekund, a dla wielu nowoczesnych cewek wynosi ok. 1,5 milisekundy.

 

Czas, w którym uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej jest zasilane prądem elektrycznym jest często określany jako “okres zwarcia” lub “czas zwarcia”, choć nie chodzi tu o zwarcie w obwodzie elektrycznym. W tym przypadku określenie “zwarcie” dotyczy pozostawania w stanie zamkniętym styków mechanicznego przerywacza. W nowoczesnych układach zapłonowych okres zasilania jest sterowany elektronicznie, aby zawsze umożliwił uzyskanie pola magnetycznego o wymaganym natężeniu.

 

Jednak w przypadku starszych układów zapłonowych, w których mechaniczny przerywacz zapłonu włącza lub wyłącza przepływ prądu przez uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej, jego ograniczenia konstrukcyjne powodują, że czas zasilania cewki zapłonowej maleje wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika. Dlatego przy wyższych prędkościach obrotowych silnika skrócenie czasu zasilania cewki zapłonowej uniemożliwia polu magnetycznemu osiągnięcie wymaganego natężenia.

Jakie problemy mogą wynikać z krótkiego czasu zasilania w mechanicznych układach zapłonowych?

Dokładność wyprzedzenia zapłonu w mechanicznych układach zapłonowych jest ograniczona możliwościami sprzętu. Często w ramach rutynowych przeglądów niezbędne było precyzyjne dostrajanie, regulacja i wymiana części. Przykładem takich ograniczeń jest przedstawiony na rys. 1 wykres typowego przyspieszenia zapłonu związanego z prędkością obrotową silnika w mechanicznym układzie zapłonowym w porównaniu do wymaganego idealnego wyprzedzenia.

Rys. 1: Ograniczenia mechanizmu odśrodkowego

Ze względu na zastosowanie progresywnych sprężyn powrotnych (rys. 2) wyprzedzenie zapłonu zapewniane przez układ odśrodkowy zwiększa się w dwóch liniowych krokach. Jednak idealne wyprzedzenie zapłonu zmienia się nieliniowo. Aby zapobiec zbytniemu przyspieszeniu zapłonu, wyprzedzenie zapewniane przez układ odśrodkowy jest zawsze lekko opóźnione względem idealnej wartości.

Rys. 2: Mechanizm mechanicznego przyspieszenia zapłonu związanego z prędkością obrotową silnika

Na czym polega różnica pomiędzy okresem spoczynku a kątem spoczynku?

W mechanicznym układzie zapłonowym okres spoczynku rozpoczyna się w momencie, gdy obracające się krzywki umożliwią zamknięcie styków przerywacza, tak aby prąd przepływał przez uzwojenie pierwotne cewki. Okres spoczynku kończy się w momencie, gdy krzywki wymuszą ponowne otwarcie styków przerywacza, co odetnie dopływ prądu do uzwojenia pierwotnego. Okres spoczynku można zatem zdefiniować jako kąt, o jaki obracają się krzywki podczas gdy styki przerywacza znajdują się w pozycji zamkniętej.

 

Rys. 3 prezentuje 4 krzywki (w silniku 4-cylindrowym), co oznacza, że różnica kąta pomiędzy tym samym punktem sąsiednich krzywek wynosi 90°. Kształt krzywek w przykładzie pozwala na utrzymanie styków przerywacza w stanie zamkniętym podczas obrotu o 60°. A zatem kąt spoczynku wynosi 60 stopni obrotu rozdzielacza, podczas którego styki przerywacza są zamknięte, a przez uzwojenie pierwotne płynie prąd.

Rys. 3: Kąt spoczynku przedstawiony jako kąt obrotu wału rozdzielacza o 60°

Przykład 1

Jeśli wał korbowy obraca się z prędkością 1000 obr./ min, wirnik rozdzielacza (który obraca się z prędkością równą połowie prędkości obrotowej silnika) będzie obracał się z prędkością 500 obr./ min. Przy takiej prędkości obrót wału rozdzielacza o kąt spoczynku 60° będzie trwał 20 milisekund, tymczasem czas naładowania cewki zapłonowej wynosi jedynie ok. 4 milisekund, a zatem czas spoczynku potrzebny do wytworzenia pola magnetycznego w cewce jest więcej niż wystarczający.

 

Jeśli silnik obraca się z prędkością 5000 obr./min, obrót wału rozdzielacza o ten sam kąt 60° będzie trwał tylko 4 milisekundy, czyli dokładnie tyle, ile potrzeba do wytworzenia w cewce pola magnetycznego o maksymalnej mocy. Jednak gdyby silnik obracał się szybciej, nie byłoby wystarczająco dużo czasu na pełne naładowanie cewki zapłonowej, co skutkowałoby zmniejszeniem energii w polu magnetycznym i zmniejszeniem napięcia podawanego do świec zapłonowych.

 

Problem skrócenia czasu spoczynku przy wzroście prędkości obrotowej silnika ma większe znaczenie w przypadku silników o większej liczbie cylindrów.

Przykład 2

W silniku sześciocylindrowym będzie 6 krzywek, z kątem różnicy pomiędzy każdą krzywką tylko 60° (rys. 4) i kątem spoczynku tylko 40°. W rezultacie przy prędkości obrotowej silnika 5000 obr./min, obrót o kąt spoczynku 40° będzie trwał tylko 2,6 milisekundy. Jeśli pełne naładowanie cewki wymaga 4 milisekund, to czas spoczynku będzie znacznie za krótki, co spowoduje obniżenie napięcia i może prowadzić do przerw w zapłonie.

Rys. 4: Kąt spoczynku przedstawiony jako kąt obrotu wału rozdzielacza o 40° w silniku 6-cylidrowym

W mechanicznych układach zapłonowych stosowano różne rozwiązania problemu skrócenia czasu spoczynku. Jednym z rozwiązań było zastosowanie mocniejszej cewki zapłonowej. Innym ekstremalnym rozwiązaniem stosowanym w silnikach wysokoobrotowych z 8 lub 12 cylindrami było wyposażenie w dwa oddzielne rozdzielacze, każdy z własną cewką zapłonową. Silniki te miały więc w rzeczywistości dwa oddzielne układy zapłonowe, które dostarczały wysokie napięcie do świec zapłonowych dla połowy cylindrów silnika.

Jak to się ma do nowoczesnych układów zapłonowych?

Układy mechaniczne pomagają nam zrozumieć rozwój obecnych cyfrowych układów zapłonowych.

 

Jedyną krytyczną częścią układu zapłonowego, która nigdy nie została i prawdopodobnie nigdy nie zostanie zmieniona, jest świeca zapłonowa.

 

Kluczową kwestią jest, aby świeca zapłonowa zapewniała wysoką wydajność i precyzyjny zapłon we właściwym czasie.

 

Źródło: Denso

Zobacz podobne

Szanowny Czytelniku

Zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) z dnia 27 kwietnia 2016 r. w sprawie ochrony osób fizycznych w związku z przetwarzaniem danych osobowych i w sprawie swobodnego przepływu takich danych oraz uchylenia dyrektywy 95/46/WE (ogólne rozporządzenie o ochronie danych) informujemy Cię o przetwarzaniu Twoich danych.

Administratorem danych jest Proautomotive Sp. z o.o., 39 - 200 Dębica, ul. Kolejowa 28. Chodzi o dane, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług, w tym stron internetowych, newsletterów i innych funkcjonalności udostępnianych przez Proautomotive Sp. z o.o., głównie zapisanych w plikach cookies i innych identyfikatorach internetowych, które są instalowane na naszych stronach przez nas oraz naszych zaufanych partnerów. Gromadzone dane są wykorzystywane wyłącznie w celach: świadczenia usług drogą elektroniczną wykrywania nadużyć w usługach pomiarów statystycznych i udoskonalenia usług

Osoba, której dane dotyczą, ma prawo dostępu do danych, sprostowania i usunięcia danych, ograniczenia ich przetwarzania. Osoba może też wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych. Wszelkie zgłoszenia dotyczące ochrony danych osobowych prosimy kierować na adres biuro@motofaktor.pl lub pisemnie na adres Proautomotive Sp. z o.o., 39 - 200 Dębica, ul. Kolejowa 28 z dopiskiem "ochrona danych osobowych".

Więcej o zasadach przetwarzania danych osobowych i przysługujących Użytkownikowi prawach znajduje się w Polityce prywatności.

Zapisz się na newsletter główny

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).

 

To był tydzień!

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).

 

Strefa Ciężka

Chcę otrzymywać wiadomości e-mail (W każdej chwili możesz zrezygnować z subskrybcji).

 

Subscribe to our newsletter

Send me your newsletter (you can unsubscribe at any time).