O ile zasada działania cewek nie zmieniła się od przeszło 100 lat, to jednak ich konstrukcja i elektrotechniczne właściwości, decydujące o energetycznej sprawności i trwałości, podlegały istotnemu rozwojowi, szczególnie w ostatnich latach. Przyjrzyjmy się rozwiązaniom stosowanych cewek zapłonowych.
Jeżeli napięcie akumulatora samochodu wynosi dwanaście wolt, a do powstania iskry na elektrodach świecy zapłonowej jest potrzebne napięcie mierzone kilowoltami, to jasne jest: gdzieś napięcie musi zostać przekształcone. To zadanie przejmuje cewka zapłonowa. Do dziś pracuje według zasady, którą już wykorzystywały pierwsze układy zapłonowe pod koniec XIX wieku: uzwojenie pierwotne cewki, liczące kilka stosunkowo grubych zwojów, zostaje zasilone napięciem, co powoduje powstanie pola magnetycznego. Po wyłączeniu tego "pierwotnego" prądu zanika pole magnetyczne i w uzwojeniu wtórnym cewki zostaje indukowany sygnał napięciowy. Ponieważ uzwojenie wtórne ma 150 do 200 razy większą liczbę zwojów niż pierwotne, prąd jest przekształcany na wysokie napięcia, które jest dostarczane do świecy zapłonowej.
Rozwój konstrukcji cewek zapłonowych postępował wraz z rozwojem silników i podwyższaniem wymagań dotyczących czystości emisji.
Silniki bez katalizatora
W silnikach nie spełniających żadnych norm czystości były stosowane cewki zapłonowe z masą zalewową i otwartym rdzeniem (rys. 1) lub z zamkniętym rdzeniem magnetycznym (rys. 2). Oba rodzaje cewek mogły współpracować z rozdzielaczami zapłonu stykowymi lub bezstykowymi (np. wyposażonymi w czujniki Halla).
Wprowadzenie cewek dwubiegunowych, nazywanych również dwuiskrowymi, pozwoliło na rezygnację z rozdzielacza zapłonu (rys. 3). Jedna cewka dwubiegunowa jest wspólna dla dwóch cylindrów, co oznacza, że na dwóch świecach jednocześnie przeskakuje zawsze iskra. W cylindrze, który znajduje się w suwie pracy, następuje zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej. W drugim cylindrze powstaje również iskra zapłonowa, która jest jednak jałowa, bowiem nie powoduje żadnego działania. Dla 4-cylindowego silnika oznacza to, że np., jedna cewka zaopatruje cylindry 1 i 4, a druga cewka cylindry 2 i 3. Ta cecha charakterystyczna przynosi korzyści przy wykrywaniu usterek: przy uszkodzeniu jednej cewki na obu obsługiwanych przez nią cylindrach występują zakłócenia. Cewki dwubiegunowe łączono w jeden blok, co ułatwiało ich zamontowanie w komorze silnika.
Silniki z katalizatorem
Wprowadzenie na początku lat 90-tych katalizatora wymusiło znalezienie bardziej niezawodnego układu zapłonowego, który „wypadaniem” zapłonu nie spowodował uszkodzenia wkładu katalizatora. Rozwój mikroelektroniki umożliwił scalenie stopnia wyjściowego z cewką zapłonową w jeden zespół. W tym przypadku nie występuje już rozdzielacz zapłonu (rys. 4).
W silnikach podlegających downsizingowi, wyposażonych w turbosprężarkę, popularne są jednoiskrowe cewki palcowe (nazywane również ołówkowymi), montowane bezpośrednio na świecy zapłonowej (rys. 5). Z reguły w ich przypadku nie stosuje się przewodów zapłonowych (z wyjątkiem dwuiskrowych cewek zapłonowych), natomiast wymagane są złącza wysokonapięciowe. W zapłonie tego typu impuls wysokiego napięcia wytwarzany jest bezpośrednio na świecy zapłonowej. Dzięki temu minimalizuje się straty mocy. Są one bardziej kompaktowe od dużych cewek zapłonowych, ale mimo to generują większą energię spalania oraz wyższe napięcie zapłonu. Poza tym kompaktowa konstrukcja cewki pozwala zaoszczędzić miejsce w komorze silnika. Palcowe cewki zapłonowe mogą być stosowane w silnikach posiadających parzystą lub nieparzystą liczbę cylindrów. Jednak układ wymaga synchronizacji za pośrednictwem czujnika położenia wału rozrządu. Jednoiskrowe cewki zapłonowe generują jedną iskrę zapłonową na każdy suw pracy. Układ zapłonowy z cewkami palcowymi umożliwia śledzenie usterek w układzie zapłonowym po stronie pierwotnej oraz wtórnej. Dzięki temu wszelkie zaistniałe niedomagania można zapisać w pamięci sterownika.
Komentarze