Podczas pracy z mechanicznymi układami zapłonowymi szczególnie ważne jest, aby rozumieć czym jest czas ładowania i okres spoczynku cewki zapłonowej. W poniższym artykule eksperci DENSO wyjaśniają, jak działa ładowanie cewki w różnych układach zapłonowych i przy różnych prędkościach obrotowych silnika, oraz z jakiego powodu mogą wystąpić typowe problemy z zapłonem.

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.

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”, chodź 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.