Sytem zapłonu - Ignition system

Układ zapłonowy generuje iskrę albo nagrzewa elektrody do wysokiej temperatury, do zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej w zapłonem iskrowym silników spalinowych , olejowych i gazowych kotłów , silników rakietowych itp Najszersze zastosowanie do wewnętrznego spalania z zapłonem iskrowym silniki znajdują się w pojazdach drogowych benzynowych (benzynowych), takich jak samochody i motocykle.

Zapłon wysokoprężny Silniki wysokoprężne zapalają mieszankę paliwowo-powietrzną pod wpływem ciepła sprężania i nie potrzebują iskry. Zwykle mają świece żarowe, które podgrzewają komorę spalania, aby umożliwić rozruch w chłodne dni. Inne silniki mogą wykorzystywać do zapłonu płomień lub rozgrzaną rurkę. Chociaż było to powszechne w bardzo wczesnych silnikach, obecnie jest rzadkością.

Pierwszy elektryczny iskra zapłonu był prawdopodobnie Alessandro Volta „s zabawka pistolet elektryczny z 1780s.

Siegfried Marcus opatentował swoje „elektryczne urządzenie zapłonowe do silników gazowych” w dniu 7 października 1884 r.

Historia

Systemy magneto

Cewka zapłonowa magneto.

Najprostszą formą zapłonu iskrowego jest użycie iskrownika . Silnik obraca magnes wewnątrz cewki lub, we wcześniejszych konstrukcjach, cewkę wewnątrz magnesu nieruchomego, a także uruchamia wyłącznik stykowy , przerywając prąd i powodując wzrost napięcia wystarczająco, aby przeskoczyć małą przerwę. Te świece zapłonowe są połączone bezpośrednio z magneto wyjściu. Wczesne magnetosy miały jedną cewkę z wyłącznikiem stykowym (świecą zapłonową) wewnątrz komory spalania. Około 1902 roku Bosch wprowadził magneto z podwójną cewką, ze stałą świecą zapłonową i wyłącznikiem styku na zewnątrz cylindra. Magnety nie są używane w nowoczesnych samochodach, ale ponieważ wytwarzają własną energię elektryczną, często można je znaleźć w małych silnikach, takich jak te, które można znaleźć w motorowerach , kosiarkach , odśnieżarkach , piłach łańcuchowych itp., w których nie ma instalacji elektrycznej na baterie. z konieczności, wagi, kosztów i niezawodności. Stosowane są również w silnikach lotniczych z silnikiem tłokowym. Chociaż dostępne jest zasilanie elektryczne, systemy magneto są używane głównie ze względu na ich większą niezawodność.

Magneto stosowano w przodku małego silnika, stacjonarnym silniku typu „hit and miss”, który był używany na początku XX wieku, w starszych ciągnikach rolniczych benzynowych lub destylowanych, zanim zapłon i oświetlenie stały się powszechne, a także w samolotowych silnikach tłokowych. W tych silnikach zastosowano magneto, ponieważ ich prostota i niezależność działania była bardziej niezawodna, a także dlatego, że magneto ważyło mniej niż posiadanie akumulatora i prądnicy lub alternatora .

Silniki lotnicze mają zwykle podwójne magnesy, które zapewniają redundancję w przypadku awarii i zwiększają wydajność poprzez dokładne i szybkie spalanie mieszanki paliwowo-powietrznej z obu stron w kierunku środka. Bracia Wright użyli magneto wynalezionego w 1902 r. i zbudowanego dla nich w 1903 r. przez wynalazcę z Dayton w stanie Ohio, Vincenta Groby Apple. Niektóre starsze samochody miały zarówno system magneto, jak i system uruchamiany z akumulatora (patrz poniżej) działające jednocześnie, aby zapewnić prawidłowy zapłon we wszystkich warunkach przy ograniczonej wydajności każdego systemu w danym czasie. Dało to korzyści w postaci łatwego rozruchu (z systemu akumulatorowego) z niezawodnym iskrzeniem przy dużej prędkości (z iskrownika).

Wiele nowoczesnych systemów magneto (z wyjątkiem małych silników) usuwa drugą cewkę (wysokiego napięcia) z samego magneto i umieszcza ją w zewnętrznym zespole cewki podobnym do cewki zapłonowej opisanej poniżej. W tym rozwiązaniu prąd indukowany w cewce w magneto przepływa również przez uzwojenie pierwotne cewki zewnętrznej, generując w rezultacie wysokie napięcie w uzwojeniu wtórnym. Taki system nazywany jest „systemem przesyłania energii”. Systemy transferu energii zapewniają najwyższą niezawodność zapłonu.

Systemy przełączalne

Przełączany obwód zapłonu magneto, z akumulatorem rozruchowym.

Moc magneto zależy od prędkości silnika, dlatego rozruch może być problematyczny. Niektóre magneto wyposażone są w system impulsowy, który w odpowiednim momencie szybko obraca magnes, ułatwiając rozruch przy niskich prędkościach obrotowych. Niektóre silniki, takie jak samolot, ale także Ford Model T , wykorzystywały system, który opierał się na suchych ogniwach jednorazowych (podobny do dużej baterii latarki, i który nie był utrzymywany przez system ładowania, jak w nowoczesnych samochodach) do uruchamiania silnika lub do uruchamiania i pracy z niską prędkością. Operator ręcznie przełączał zapłon na działanie magneto w celu uzyskania pracy z dużą prędkością.

Aby zapewnić wysokie napięcie iskry z akumulatorów niskonapięciowych, użyto „łaskoczka”, który był zasadniczo większą wersją niegdyś szeroko rozpowszechnionego elektrycznego brzęczyka . W tym urządzeniu prąd stały przepływa przez cewkę elektromagnetyczną, która otwiera parę punktów styku, przerywając prąd; gdy pole magnetyczne jest ściskany, sprężynowy punktów ponownie zamknąć obwód nawiązaniu i cykl powtarza się w szybkim tempie. Jednak szybko zanikające pole magnetyczne indukuje w cewce wysokie napięcie, które może się rozładować jedynie poprzez wyładowanie łukowe w punktach styku; o ile w przypadku brzęczyka jest to problem, ponieważ powoduje utlenianie się i/lub zgrzewanie punktów , o tyle w przypadku układu zapłonowego staje się on źródłem wysokiego napięcia do obsługi świec zapłonowych.

W tym trybie pracy cewka „brzęczałaby” w sposób ciągły, wytwarzając ciągły ciąg iskier. Całe urządzenie znane było jako „cewka zapłonowa modelu T” (w przeciwieństwie do nowoczesnej cewki zapłonowej, która jest jedynie rzeczywistym elementem cewki układu). Długo po odejściu Modelu T jako środka transportu pozostały popularnym, niezależnym źródłem wysokiego napięcia dla elektrycznych eksperymentatorów domowych, pojawiając się w artykułach w czasopismach takich jak Popular Mechanics i projektach szkolnych targów naukowych jeszcze na początku lat sześćdziesiątych. W Wielkiej Brytanii urządzenia te były powszechnie znane jako cewki drgające i były popularne w samochodach sprzed 1910 roku, a także w pojazdach użytkowych z dużymi silnikami do około 1925 roku w celu ułatwienia rozruchu.

Magneto Modelu T (wbudowane w koło zamachowe ) różniło się od nowoczesnych implementacji brakiem dostarczania wysokiego napięcia bezpośrednio na wyjściu; maksymalne wytworzone napięcie wynosiło około 30 woltów, a zatem musiało być poprowadzone przez cewkę iskrową, aby zapewnić wystarczająco wysokie napięcie do zapłonu, jak opisano powyżej, chociaż w tym przypadku cewka nie „brzęczałaby” w sposób ciągły, przechodząc tylko przez jeden cykl na iskrę. W obu przypadkach niskie napięcie było przełączane na odpowiednią świecę zapłonową przez zegar umieszczony z przodu silnika. Pełniło to funkcję równoważną nowoczesnemu rozdzielaczowi , chociaż kierując niskim napięciem, a nie wysokim jak w przypadku rozdzielacza. Czas zapłonu można regulować obracając ten mechanizm za pomocą dźwigni zamontowanej na kolumnie kierownicy . Ponieważ dokładny czas wyładowania iskry zależy zarówno od „timera”, jak i od styków drgających w cewce, jest to mniej spójne niż punkty zerwania późniejszego rozdzielacza. Jednak przy niskich obrotach i niskiej kompresji tak wczesnych silników ten nieprecyzyjny czas był do zaakceptowania.

Zapłon na baterie i cewkę

Wraz z powszechnym zastosowaniem elektrycznego rozruchu w samochodach i dostępnością dużego akumulatora zapewniającego stałe źródło energii elektrycznej, systemy magneto zostały porzucone na rzecz systemów, które przerywały prąd przy napięciu akumulatora, wykorzystując cewkę zapłonową w celu zwiększenia napięcia do potrzeb zapłonu i dystrybutora, aby skierować powstały impuls do właściwej świecy zapłonowej we właściwym czasie.

Benz Patent-Motorwagen i Ford Model T zastosowano cewki wibrację systemu zapłonu. Cewka drżenia była cewką indukcyjną zasilaną bateryjnie ; drgacz przerywał prąd płynący przez cewkę i powodował szybką serię iskier podczas każdego odpalenia. Cewka drżenia byłaby zasilana w odpowiednim punkcie cyklu silnika. W modelu T czterocylindrowy silnik miał cewkę drgającą na każdy cylinder; komutator (obudowa timera) dostarczał zasilanie do cewek drżenia. Model T byłby uruchamiany na akumulatorze, a następnie przełączany na alternator.

Ulepszony układ zapłonowy został opracowany przez Dayton Engineering Laboratories Co. (Delco) i wprowadzony w Cadillacu z 1912 roku . Ten zapłon został opracowany przez Charlesa Ketteringa i był cudem w swoich czasach. Składał się z pojedynczej cewki zapłonowej, punktów łamaczy (przełącznika), kondensatora (aby zapobiec iskrzeniu punktów przy zerwaniu) i rozdzielacza (kierującego prąd z cewki zapłonowej do właściwego cylindra).

Punkty umożliwiają budowę pola magnetycznego cewki. Kiedy punkty otwierają się przez układ krzywkowy , pole magnetyczne zapada się, wywołując pole elektromagnetyczne w uzwojeniu pierwotnym, które jest znacznie większe niż napięcie akumulatora, a działanie transformatora wytwarza duże napięcie wyjściowe (20 kV lub więcej) z wtórnego.

Kondensator tłumi wyładowania łukowe w punktach otwarcia; bez kondensatora energia zmagazynowana w cewce byłaby wydatkowana w łuku przez punkty, a nie w szczelinie świecy zapłonowej. System Kettering stał się przez wiele lat podstawowym układem zapłonowym w przemyśle motoryzacyjnym ze względu na jego niższy koszt i względną prostotę.

Nowoczesne układy zapłonowe

Układ zapłonowy jest zwykle sterowany za pomocą kluczyka Wyłącznik zapłonu .

Zapłon synchronizowany mechanicznie

Górna część nasadki rozdzielacza z przewodami i zaciskami
Styki wirnika wewnątrz nasadki rozdzielacza

W większości czterosuwowych silników zastosowano elektryczny układ zapłonowy z mechanicznym sterowaniem czasowym. Sercem systemu jest dystrybutor. Dystrybutor zawiera obracającą się krzywkę napędzaną przez napęd silnika, zestaw punktów łamaczy, kondensator, wirnik i pokrywę rozdzielacza. Na zewnątrz dystrybutora znajduje się cewka zapłonowa, świece zapłonowe i przewody łączące dystrybutor ze świecami zapłonowymi i cewką zapłonową. (patrz schemat poniżej)

System zasilany jest akumulatorem kwasowo-ołowiowym , który jest ładowany przez instalację elektryczną samochodu za pomocą prądnicy lub alternatora . Silnik obsługuje punkty zerwania styków, które przerywają prąd do cewki indukcyjnej (znanej jako cewka zapłonowa).

Cewka zapłonowa składa się z dwóch uzwojeń transformatora — pierwotnego i wtórnego. Te uzwojenia mają wspólny rdzeń magnetyczny. Prąd zmienny w uzwojeniu pierwotnym indukuje zmienne pole magnetyczne w rdzeniu, a tym samym prąd zmienny w uzwojeniu wtórnym. Wtórna cewka zapłonowa ma więcej zwojów niż pierwotna. To transformator podwyższający napięcie, który wytwarza wysokie napięcie z uzwojenia wtórnego. Uzwojenie pierwotne jest połączone z akumulatorem (zwykle za pomocą ograniczającego prąd rezystora balastowego ). Wewnątrz cewki zapłonowej jeden koniec każdego uzwojenia jest połączony ze sobą. Ten wspólny punkt dotyczy złącza kondensatora/rozłącznika stykowego. Drugi, wysokonapięciowy koniec uzwojenia wtórnego jest podłączony do wirnika rozdzielacza.

Schemat obwodu zapłonu dla zapłonu synchronizowanego mechanicznie

Sekwencja zapłonu rozpoczyna się od zamknięcia punktów (lub wyłącznika styków). Stały prąd płynie z akumulatora, przez rezystor ograniczający prąd, przez cewkę pierwotną, przez zamknięte punkty wyłącznika i ostatecznie z powrotem do akumulatora. Prąd ten wytwarza pole magnetyczne w rdzeniu cewki. To pole magnetyczne tworzy rezerwuar energii, który będzie używany do napędzania iskry zapłonowej.

Gdy wał korbowy silnika obraca się, obraca on również wałek rozdzielacza z połową prędkości. W silniku czterosuwowym wał korbowy obraca się dwukrotnie podczas cyklu zapłonu. Wielopłatkowa krzywka jest przymocowana do wału dystrybutora; na każdy cylinder silnika przypada jeden płat. Sprężynowy blok cierny podąża za wybrzuszonymi częściami konturu krzywki i kontroluje otwieranie i zamykanie zwrotnic. Przez większą część cyklu blok trący utrzymuje punkty zamknięte, aby umożliwić narastanie prądu w uzwojeniu pierwotnym cewki zapłonowej. Gdy tłok osiąga szczyt cyklu sprężania silnika, występ krzywki jest wystarczająco wysoki, aby spowodować otwarcie punktów łamacza. Otwarcie punktów powoduje zatrzymanie prądu płynącego przez cewkę pierwotną. Bez stałego prądu płynącego przez uzwojenie pierwotne pole magnetyczne generowane w cewce natychmiast zanika. Ta duża szybkość zmian strumienia magnetycznego indukuje wysokie napięcie w uzwojeniach wtórnych cewki, które ostatecznie powoduje łuk świecy zapłonowej i zapłon paliwa.

Historia generowania iskier jest nieco bardziej skomplikowana. Zadaniem cewki zapłonowej jest wytworzenie iskry, która przeskakuje szczelinę świecy zapłonowej, która może wynosić 0,025 cala (0,64 mm) (musi również przeskoczyć szczelinę między wirnikiem a słupkiem dystrybutora). W chwili otwarcia punktów jest znacznie mniejsza przerwa, powiedzmy około 0,00004 cala (0,001 mm), w poprzek punktów. Należy coś zrobić, aby zapobiec powstawaniu łuków podczas rozdzielania; jeśli punkty są łukowe, wtedy spuszczają energię magnetyczną przeznaczoną dla świecy zapłonowej. Kondensator (kondensator) spełnia to zadanie. Kondensator tymczasowo utrzymuje przepływ prądu pierwotnego, dzięki czemu napięcie w punktach jest poniżej napięcia łuku punktu. Jest wyścig: napięcie na punktach wzrasta, gdy prąd pierwotny ładuje kondensator, ale jednocześnie wzrasta separacja punktów (i wynikające z tego napięcie łuku). Ostatecznie separacja punktów wzrośnie do około 0,015 cala (0,38 mm), czyli maksymalnej separacji punktów.

Oprócz utrzymywania się poniżej napięcia łuku, układ zapłonowy utrzymuje napięcie w punktach poniżej napięcia przebicia dla szczeliny powietrznej, aby zapobiec wyładowaniu jarzeniowemu w punktach. Takie wyładowanie jarzeniowe szybko przekształciłoby się w łuk, który uniemożliwiłby zapłon świecy zapłonowej. Minimalne napięcie dla wyładowania jarzeniowego w powietrzu wynosi około 320 V. W związku z tym wartość kondensatora jest dobrana tak, aby również utrzymywać napięcie w punktach poniżej 320 V. Powodem dla cewki zapłonowej jest zapobieganie iskrzeniu punktów, gdy się rozdzielają. zawiera uzwojenie wtórne, a nie zwykłą cewkę indukcyjną . Jeśli transformator ma przełożenie 100:1, napięcie wtórne może osiągnąć 30 kV.

Wyjście wysokiego napięcia cewki zapłonowej jest połączone z wirnikiem, który znajduje się na szczycie wałka rozdzielacza. Wokół wirnika znajduje się pokrywa rozdzielacza . Układ sekwencyjnie kieruje wyjście uzwojenia wtórnego do odpowiednich świec zapłonowych. Wysokie napięcie z wtórnej cewki (zwykle 20 000 do 50 000 woltów) powoduje powstawanie iskry w szczelinie świecy zapłonowej, która z kolei zapala mieszankę sprężonego powietrza i paliwa w silniku. To właśnie wytworzenie tej iskry pochłania energię zmagazynowaną w polu magnetycznym cewki zapłonowej.

Płaski dwucylindrowy Citroën 2CV z 1948 r. wykorzystywał jedną dwustronną cewkę bez rozdzielacza i tylko wyłączniki kontaktowe, w układzie zmarnowanej iskry .

Citroën 2CV układ zapłonu zużytych iskier

Niektóre dwucylindrowe motocykle i skutery miały dwa punkty styku zasilające podwójne cewki, z których każda była połączona bezpośrednio z jedną z dwóch świec zapłonowych bez dystrybutora; np. BSA Thunderbolt i Triumph Tigress .

Wysokowydajne silniki z ośmioma lub więcej cylindrami, które działają przy wysokich obrotach (takie jak te stosowane w wyścigach samochodowych), wymagają zarówno wyższej częstotliwości iskry, jak i wyższej energii iskry niż może zapewnić prosty obwód zapłonowy. Ten problem można rozwiązać, stosując jedną z tych adaptacji:

  • Można dostarczyć dwa kompletne zestawy cewek, wyłączników i kondensatorów - jeden zestaw na każdą połowę silnika, który jest zwykle ułożony w konfiguracji V-8 lub V-12. Chociaż dwie połówki układu zapłonowego są elektrycznie niezależne, zwykle dzielą jeden rozdzielacz, który w tym przypadku zawiera dwa wyłączniki napędzane przez obracającą się krzywkę oraz wirnik z dwiema izolowanymi płaszczyznami przewodzącymi dla dwóch wejść wysokiego napięcia.
  • Pojedynczy wyłącznik napędzany krzywką i sprężyną powrotną ma ograniczoną częstotliwość iskier przez pojawienie się odskoków lub pływania styku przy wysokich obrotach. Ograniczenie to można pokonać, zastępując wyłącznik „parą wyłączników” (aka „podwójnymi punktami”), które są połączone elektrycznie równolegle, ale rozmieszczone po przeciwnych stronach krzywki, dzięki czemu są przesunięte w fazie. Każdy wyłącznik następnie przełącza przepływ prądu o połowę szybciej niż pojedynczy wyłącznik, a czas „przebywania” narastania prądu w cewce jest maksymalizowany, ponieważ jest on dzielony między wyłącznikami, przy czym jeden zestaw styków jest parą „make”, a drugi jest para "przerwania". Silnik Lamborghini V-8 ma obie te adaptacje i dlatego wykorzystuje dwie cewki zapłonowe i pojedynczy rozdzielacz, który zawiera 4 wyłączniki stykowe.

System oparty na dystrybutorze nie różni się znacznie od systemu magneto, z wyjątkiem tego, że w grę wchodzi więcej oddzielnych elementów. Ten układ ma też swoje zalety. Na przykład, położenie punktów przerywacza styków w stosunku do kąta silnika może być nieznacznie zmieniane dynamicznie, co pozwala na automatyczne przesuwanie kąta wyprzedzenia zapłonu wraz ze wzrostem obrotów na minutę (RPM) lub wzrostem podciśnienia w kolektorze , co daje lepszą wydajność i osiągi.

Jednakże konieczne jest okresowe sprawdzanie maksymalnej szczeliny otwarcia wyłącznika(ów) za pomocą szczelinomierza, ponieważ ta mechaniczna regulacja wpływa na czas „przestoju”, podczas którego cewka ładuje się, a wyłączniki powinny być ponownie nałożone lub wymienione, gdy zostaną zostały podziurawione przez łuk elektryczny. System ten był używany niemal powszechnie do 1972 roku, kiedy zaczęły pojawiać się elektroniczne układy zapłonowe.

Elektroniczny zapłon

Wadą układu mechanicznego jest zastosowanie punktów przerywacza do przerwania wysokiego napięcia niskiego napięcia przez uzwojenie pierwotne cewki; punkty te podlegają zużyciu mechanicznemu, podczas którego poruszają się po krzywce, otwierając się i zamykając, a także utlenianiu i spalaniu na powierzchniach stykowych z powodu ciągłego iskrzenia. Wymagają one regularnej regulacji w celu skompensowania zużycia, a otwieranie wyłączników stykowych, które są odpowiedzialne za regulację zapłonu, podlega zmianom mechanicznym.

Ponadto napięcie iskry zależy również od skuteczności styku, a słabe iskrzenie może prowadzić do niższej sprawności silnika. System mechanicznego przerywacza styków nie może kontrolować średniego prądu zapłonu większego niż około 3 A, zapewniając jednocześnie rozsądną żywotność, a to może ograniczać moc iskry i maksymalną prędkość obrotową silnika.

Przykład podstawowego elektronicznego układu zapłonowego.

Elektroniczny zapłon (EI) rozwiązuje te problemy. W początkowych systemach punkty były nadal używane, ale obsługiwały tylko niski prąd, który był używany do sterowania wysokim prądem pierwotnym poprzez układ przełączania półprzewodnikowego. Wkrótce jednak nawet te punkty zerwania styków zostały zastąpione pewnego rodzaju czujnikiem kątowym - albo optycznym , w którym łopatkowy wirnik przerywa wiązkę światła, albo częściej za pomocą czujnika efektu Halla , który reaguje na obracający się magnes zamontowany na dystrybutorze wał. Wyjście czujnika jest kształtowane i przetwarzane przez odpowiednie obwody, a następnie wykorzystywane do wyzwalania urządzenia przełączającego, takiego jak tyrystor , który przełącza duży prąd przez cewkę.

Pierwszy zapłon elektronicznym ( zimne katody typu) badano w 1948 roku przez Delco-Remy , a Lucas wprowadzono tranzystorowy zapłonu w 1955 roku, który użyto w BRM i Coventry Climax Formuły maszyny w 1962 roku na rynku wtórnym rozpoczął oferowanie EI że roku dostępny jest zarówno tranzystor elektryczny AutoLite 201, jak i Tung-Sol EI-4 (wyładowanie pojemnościowe tyratronu). Pontiac stał się pierwszym producentem samochodów, który w niektórych modelach z 1963 roku zaoferował opcjonalny EI, wyzwalany impulsowo impuls magnetyczny Delcotronic; był również dostępny w niektórych Corvette . Pierwszy dostępny w handlu wszystko w stanie stałym (SCR), pojemnościowe zapłon wyładowania został wytworzony przez Hyland Electronics w Kanadzie w 1963 roku również Ford wyposażony Ford zaprojektowany układ breakerless na 25s Lotus zawartych w Indianapolis następnego roku, prowadził badania floty 1964, i zaczął oferować opcjonalny EI w niektórych modelach w 1965 roku. Ten system elektroniczny był używany w GT40 kampanią Shelby American i Holman and Moody. Robert C. Hogle, Ford Motor Company, zaprezentował „Mark II-GT Ignition and Electrical System”, publikacja nr 670068, na Kongresie SAE, Detroit, Michigan, 9-13 stycznia 1967. Począwszy od 1958, Earl W. Meyer w Chryslerze pracował nad EI, kontynuując do 1961 r., co zaowocowało użyciem EI na hemisie NASCAR firmy w 1963 i 1964 roku.

CD-65 Prest-O-Lite , który opierał się na rozładowaniu pojemnościowym (CD), pojawił się w 1965 roku i miał „bezprecedensową gwarancję na 50 000 mil”. (Różni się to od układu dla CD Prest-O-Lite wprowadzony AMC produktów 1972, wykonane wyposażenia dla modelu 1975 r.) Podobne urządzenie CD uzyskano z delco 1966, która była opcjonalnie w oldsmobile'a , Pontiac oraz pojazdy GMC w roku modelowym 1967. Również w 1967 roku Motorola zadebiutowała z systemem CD bez wyłączników. Najsłynniejszym zapłonem elektronicznym na rynku wtórnym, który zadebiutował w 1965 r., był pojemnościowy zapłon wyładowczy Delta Mark 10, który był sprzedawany jako zmontowany lub jako zestaw.

Fiat Dino się pierwszy pojazd produkcja są standardowo EI w 1968 roku, a następnie Jaguar XJ Seria 1 1971 Chrysler (po badaniu 1971) w 1973 i Forda i GM 1975.

W roku 1967, Prest-O-Lite wykonany wzmacniacz zapłonu „czarna skrzynka”, przeznaczone do Zdejmij obciążenie punktów wyłącznika dystrybutora podczas wysokich przebiegów rpm, który był używany przez Dodge i Plymouth w ich fabryce Super Stock Coronet i Belvedere zawodników drag . Wzmacniacz ten został zainstalowany po wewnętrznej stronie zapory samochodowej i miał kanał, który dostarczał powietrze z zewnątrz do chłodzenia urządzenia. Reszta układu (dystrybutor i świece zapłonowe) pozostaje jak w przypadku układu mechanicznego. Brak ruchomych części w porównaniu z układem mechanicznym prowadzi do większej niezawodności i dłuższych okresów międzyserwisowych.

Chrysler wprowadził zapłon bez przerywacza w połowie 1971 roku jako opcję dla swoich 340 V8 i 426 Street Hemi . W roku modelowym 1972 system stał się standardem w swoich wysokowydajnych silnikach (340 cu w (5,6 l) i czterobębnowy gaźnik - wyposażony 400 KM (298 kW) 400 cu w (7 l)) i był opcja na jego 318 CU (5,2 l), 360 CU (5,9 l), dwie beczki 400 CU (6,6 l) i niskiej wydajności 440 CU (7,2 l). Zapłon bez przerywacza został ujednolicony w całej gamie modeli w 1973 roku.

W starszych samochodach zazwyczaj istnieje możliwość doposażenia w system EI w miejsce mechanicznego. W niektórych przypadkach nowoczesny dystrybutor będzie pasował do starszego silnika bez żadnych innych modyfikacji, jak dystrybutor HEI firmy General Motors , zestaw do konwersji elektronicznego zapłonu Hot-Spark i system beztłumikowy Chryslera.

Cewka plugtop od Hondy (jedna z sześciu)

Inne innowacje są obecnie dostępne w różnych samochodach. W niektórych modelach zamiast jednej cewki centralnej na każdej świecy zapłonowej znajdują się osobne cewki, czasami nazywane zapłonem bezpośrednim lub cewką na świecy (COP). Dzięki temu cewka dłużej gromadzi ładunek między iskrami, a tym samym iskrę o wyższej energii. Odmiana polega na tym, że każda cewka obsługuje dwie wtyczki na cylindrach, które są przesunięte w fazie o 360 stopni (a zatem jednocześnie osiągają górny martwy punkt (TDC)); w silniku czterosuwowym oznacza to, że jedna świeca będzie iskrzyć pod koniec suwu wydechu, podczas gdy druga zapali się w zwykłym czasie, tak zwany układ „ wated spark ”, który nie ma żadnych wad poza szybszą erozją świecy; sparowane cylindry to 1/4 i 2/3 w układach czterocylindrowych, 1/4, 6/3, 2/5 w silnikach sześciocylindrowych oraz 6/7, 4/1, 8/3 i 2/5 w silnikach V8 . Inne systemy rezygnują z dystrybutora jako aparatu do pomiaru czasu i używają magnetycznego czujnika kąta korby zamontowanego na wale korbowym, aby uruchomić zapłon we właściwym czasie.

Elektroniczne zapłony cyfrowe

Na przełomie XXI wieku pojawiły się cyfrowe elektroniczne moduły zapłonowe dla małych silników, w takich zastosowaniach jak piły łańcuchowe , wykaszarki , dmuchawy do liści i kosiarki do trawy . Było to możliwe dzięki tanim, szybkim i małym mikrokontrolerom. Cyfrowe elektroniczne moduły zapłonowe mogą być zaprojektowane jako układy zapłonu rozładowania kondensatora (CDI) lub zapłonu indukcyjnego (IDI). Cyfrowe zapłony z wyładowaniem pojemnościowym przechowują naładowaną energię dla iskry w kondensatorze w module, która może być przekazana do świecy zapłonowej praktycznie w dowolnym momencie podczas cyklu pracy silnika za pomocą sygnału sterującego z mikroprocesora. Pozwala to na większą elastyczność rozrządu i wydajność silnika; zwłaszcza, gdy projektowany jest w parze z gaźnikiem silnika .

Zarządzanie silnikiem

W systemie zarządzania silnikiem (EMS) elektronika kontroluje dostarczanie paliwa i czas zapłonu. Główne czujniki w układzie to kąt wału korbowego (pozycja wału korbowego lub GMP), przepływ powietrza do silnika i położenie przepustnicy . Obwód określa, który cylinder potrzebuje paliwa i ile, otwiera wymagany wtryskiwacz, aby je dostarczyć, a następnie wywołuje iskrę w odpowiednim momencie, aby go spalić. Wczesne systemy EMS wykorzystywały komputer analogowy, aby to osiągnąć, ale gdy ceny systemów wbudowanych spadły i stały się wystarczająco szybkie, aby nadążyć za zmieniającymi się wejściami przy wysokich obrotach, zaczęły pojawiać się systemy cyfrowe .

Niektóre projekty wykorzystujące EMS zachowują oryginalną cewkę zapłonową, rozdzielacz i przewody wysokiego napięcia znalezione w samochodach w całej historii. Inne systemy całkowicie rezygnują z rozdzielacza i mają indywidualne cewki montowane bezpośrednio na każdej świecy zapłonowej. Eliminuje to potrzebę stosowania zarówno dystrybutora, jak i przewodów wysokiego napięcia, co ogranicza konserwację i zwiększa długoterminową niezawodność.

Nowoczesne EMS odczytują dane z różnych czujników dotyczące położenia wału korbowego, temperatury kolektora dolotowego, ciśnienia w kolektorze dolotowym (lub objętości powietrza dolotowego), położenia przepustnicy, mieszanki paliwowej przez czujnik tlenu, detonacji przez czujnik spalania stukowego i czujników temperatury spalin. EMS następnie wykorzystuje zebrane dane, aby precyzyjnie określić, ile paliwa należy podać oraz kiedy i jak daleko przesunąć czas zapłonu. Dzięki elektronicznym układom zapłonowym poszczególne cylindry mogą mieć swój własny, indywidualny rozrząd, dzięki czemu rozrząd może być jak najbardziej agresywny na cylinder bez detonacji paliwa. W rezultacie wyrafinowane elektroniczne układy zapłonowe mogą być zarówno bardziej oszczędne pod względem zużycia paliwa, jak i osiągać lepsze osiągi w porównaniu ze swoimi odpowiednikami.

Silniki turbinowe, odrzutowe i rakietowe

Silniki z turbiną gazową , w tym silniki odrzutowe , mają układ CDI wykorzystujący jedną lub więcej świec zapłonowych, które są używane tylko podczas rozruchu lub w przypadku zgaśnięcia płomienia komory spalania .

Szczególnie krytyczne są systemy zapłonowe silników rakietowych . Jeśli nie nastąpi szybki zapłon, komora spalania może wypełnić się nadmiarem paliwa i utleniacza i może wystąpić znaczne nadciśnienie (" twardy start ") lub nawet wybuch . Rakiety często wykorzystują urządzenia pirotechniczne, które umieszczają płomienie na powierzchni płyty wtryskiwacza lub, alternatywnie, hipergoliczne propelenty, które zapalają się spontanicznie w kontakcie ze sobą. Te ostatnie typy silników całkowicie eliminują układy zapłonowe i nie mogą doświadczać trudnych rozruchów, ale paliwo jest wysoce toksyczne i żrące. Silnik Raptor firmy SpaceX używany w Starship i Super Heavy oraz silnik RS-25 używany jako główny silnik promu kosmicznego (SSME) wykorzystywał układ zapłonowy. Silnik Raptor musiał używać zapłonu iskrowego, ponieważ astronauci nie mogą tworzyć pirotechnicznych systemów zapłonowych ani uzupełniać hipergolicznego zapasu paliwa na Księżycu lub Marsie, ponieważ zasoby Księżyca i Marsa bardzo różnią się od zasobów Ziemi.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki

  • Aparatura zapłonowa do silników wybuchowych. Charles F. Kettering 15 września 1909/3 września 1912 „Ignition Apparatus for Explosion-Motors” bez kondensatora, bez punktów, oddzielne cewki
  • Sytem zapłonu. Charles F. Kettering 2 listopada 1910/3 września 1912 Rozdzielacz „Ignition System” z kondensatorem 46 (bez punktów)
  • Sytem zapłonu. Charles F. Kettering 11 sierpnia 1911/17 kwietnia 1917 Punkty „Ignition System”, brak kondensatora, wyłącznik zapłonu, aby uniknąć rozładowania akumulatora
  • Układ zapłonowy John A. Hawthorne 1964/1967 komentuje układ zapłonowy Ketteringa: „Praktyczne wysiłki na rzecz ulepszenia lub zastąpienia tego układu nie powiodły się i pozostał on praktycznie niezmieniony przez lata. Jednak obecny trend w kierunku silników samochodowych o wyższych osiągach grozi ten wypróbowany i prawdziwy system jest przestarzały.Głównym ograniczeniem systemu Ketteringa jest, jak zwykle stosowane, niezdolność do uzyskania odpowiednich poziomów energii przerwy świecy zapłonowej bez poświęcania trwałości punktów zapłonu lub cewki transformatora.Wrodzona nieefektywność systemu jest szczególnie widoczne przy wyższych prędkościach obrotowych silnika.”