Napięcie rośnie

, 27 października 2008, 0:00

W nowoczesnych silnikach benzynowych prawie wyeliminowano przewody zapłonowe, jednak dziesiątki milionów samochodów w nie wyposażonych ciągle jest w eksploatacji.

Proces spalania w silnikach z zapłonem iskrowym, zwanych także benzynowymi ze względu na najbardziej typowe ich paliwo, inicjowany jest poprzez dostarczony z zewnątrz impuls zapłonu – iskrę elektryczną pojawiającą się w odpowiednim momencie pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej. Iskra owa możne się pojawić gdy przekroczone zostaje odpowiednie napięcie na tych elektrodach. Owo graniczne napięcie zależy przede wszystkim od odległości między elektrodami (im większa, tym większe wymagane napięcie) oraz od innych czynników – składu i jednorodności mieszanki paliwowo – powietrznej pomiędzy elektrodami, temperatury, kształtu elektrod itp.

Coraz więcej energii
Iskra elektryczna wytwarza miejscowo wysokotemperaturową plazmę od której, w odpowiednich warunkach, następuje zapłon mieszanki i dalsze samoistne rozprzestrzenianie się płomienia.

Zadaniem układu zapłonowego jest przeprowadzenie wyżej opisanej operacji w każdym stanie pracy silnika. W idealnych warunkach, gdy mieszanka jest nieruchoma, jednorodna i stechiometryczna, proces zapłonu wymaga iskry o energii zaledwie 0,2 mJ. W rzeczywistych warunkach potrzebne są jednak o wiele wyższe energie, współczesne układy zapłonowe dostarczają od 30 do 100 mJ na jeden zapłon. Tylko część tej energii wykorzystywana jest podczas przeskoku iskry, natomiast jej większość kompensuje upływ prądu (np. poprzez zanieczyszczenia na izolatorze świecy) podczas narastania napięcia do wartości pozwalającej na stworzenia łuku iskry. Z tej przyczyny istotne jest, by poszczególne elementy układu zapłonowego (przewody, końcówki, ew. rozdzielacz wysokiego napięcia) pozwalały na przepływ prądu bez nadmiernych strat i upływów.

Podstawowa zależność jest taka, że większa odległość między elektrodami świecy powoduje powstanie większego łuku iskry, co jest korzystne dla procesu zapłonu. Z drugiej jednak strony, wymaga to większego napięcia na elektrodach. Napięcie musi być także większe gdy mieszanka jest uboga (a wiec np. przy niskich obciążenia silnika i na biegu luzem), oraz gdy ciśnienie w komorze spalania jest szczególnie wysokie (silniki turbodoładowane). Silniki z zasilaniem gazowym, ze względu na szczególne wlasności mieszanki paliwo/powietrze wymagają odpowiednio wysokiego napięcia na elektrodach świec w całym zakresie ich pracy, mniej więcej tak jak silniki z klasycznym zasilaniem w fazie pracy z ubogą mieszanką.

Przy określonej energii impulsu zapłonowego, długość trwania iskry spada wraz ze wzrostem napięcia. Tymczasem wzrost czasu trwania iskry poprawia i stabilizuje zapłon, szczególnie w warunkach, gdy mieszanka jest niehomogeniczna i turbulentna, a więc w nowoczesnych silnikach np. z wtryskiem bezpośrednim i/lub potrafiących wytworzyć warstwowy ładunek w komorze spalania. W takim przypadku zapłon poprawiany jest przez wytwarzanie kolejnych, następujących po sobie iskier.

Podsumowując, współczesne układy zapłonowe są urządzeniami wytwarzającymi impulsy elektryczne o dużej energii i wysokim napięciu, także z możliwością wytwarzania kolejnych iskier w jednym procesie zapłonu.

W nowoczesnych samochodach urządzenia zapłonowe są prawie zawsze częścią systemu zarządzania silnikiem. Powszechnie wykorzystywane są indywidualne cewki indukcyjne z oddzielnymi układami dla każdego cylindra (świecy zapłonowej). W takim przypadku w układzie zapłonowym nie występują przewody zapłonowe wysokiego napięcia. Stosunkowo rzadko stosowane są dziś wysokonapięciowe pojemnościowe układy zapłonowe, zaś w małych silnikach układy iskrownikowe i autonomiczne układy zapłonowe z wykorzystaniem cewki zapłonowej i rozdzielacza wysokiego napięcia. Takie układy dominują jednak w milionach samochodów starszych generacji, które jeszcze długo będą poruszały się po naszych drogach.

Kluczowa rola przewodu
Istotą działania układu zapłonowego jest doprowadzenie wysokiego napięcia z cewki do świecy – jest to w wielu przypadkach zadanie przewodu zapłonowego wysokiego napięcia. Oczywiście do przeskoku iskry potrzebny jest odpowiedni rdzeń takiego przewodu, czyli przewodnik elektryczny. Szanujący się producenci przewodów zapłonowych produkują je w trzech podstawowych wersjach: z rdzeniem miedzianym, węglowym i ferromagnetycznym. Wszystkie te wersje mają swoich zwolenników i przeciwników i trudno dać pierwszeństwo jednej konkretnej technologii. Najstarsza technologia z rdzeniem miedzianym (stwarzającym najmniejszy opór elektryczny) jest do dziś stosowana przez wielkie koncerny samochodowe jak np. Mercedes, BMW czy Audi i wspierana przez wiodącego producenta układów zapłonowych – Bosch’a. Pozostałe dwie technologie uzupełniają się wadami i zaletami.

Według specjalistów problem nie sprowadza się zatem do pytania, który rdzeń jest lepszy, ale jaka osłona daje lepszą izolację, a w rezultacie pozwala na efektywniejszą pracę układu zapłonowego w najtrudniejszych warunkach. Warto zaznaczyć, że przewody zapłonowe znajdują się w bardzo nieprzyjaznum środowisku. Narażone są na działanie skrajnych, bardzo niskich lub bardzo wysokich temperatur oraz na brud, smary i oleje. W większości przypadków winą za nieprawidłowe działanie układu zapłonowego obarcza się właśnie przewody. Wydawać się może, że to z ich winy mamy kłopoty z uruchomieniem silnika, albo pracuje on nierówno, szarpie, a czasem nawet gaśnie. Należy jednak postawić pytanie, czy one są pierwotną przyczyną niesprawności układu zapłonowego.

Izolacja najważniejsza
Budowa przewodu zapłonowego nie jest skomplikowana, ale ważne jest by poszczególne jego elementy były wykonane z najlepszych surowców. Ponieważ przez przewód płynie (impulsowo) prąd o bardzo wysokim napięciu, to bardzo istotną rolę pełnią osłony samego przewodu (kabla) jak i osłony terminali. Producenci stosują w osłonach silikon, który jest najlepszym izolatorem, a jednocześnie nie traci swoich właściwości nawet w ekstremalnych temperaturach (od -500 C do +2500 C). Badania wskazują, że silikon przewyższa inne elastomery także gdy chodzi o odporność na smary i oleje. Powoduje on niemal bezstratny przepływ prądu (przez rdzeń przewodzący) oraz znacznie ogranicza ryzyko przebicia.
Przewody zapłonowe są istotnym „rozsiewnikiem” zakłóceń elektromagnetycznych a ich izolacja oraz ewentualne ekranowanie mają w tym przypadku ważne znaczenie. Podaje się, że izolacja silikonowa jest w miarę skutecznym izolatorem fal elektromagnetycznych, a zatem wspiera wytłumienie interferencji elektromagnetycznej innymi wspomnianymi wyżej sposobami. Jest to szczególnie ważne w przypadku gdy rdzeniem przewodzącym jest tradycyjna wiązka miedziana, stawiająca najmniejszy opór elektryczny, ale będąca dobrą anteną emitującą zakłócenia.

Czasem nawet najlepszy przewód zapłonowy może mieć przebicie. Najczęściej przyczyną jest zaniedbanie wymiany świec zapłonowych zgodnie z zaleceniami serwisowymi. Jak wspomnieliśmy, wypalona lub nadmiernie zużyta świeca (zatem ze zbyt dużą przerwą pomiędzy elektrodami) potrzebuje szczególnie wysokiego napięcia do przeskoku iskry, co może powodować wypalenie osłon przewodu lub przebicie. Uwaga ta jest szczególnie istotna dla użytkowników samochodów z instalacją gazową – w tych silnikach następuje szybsze zużycie świec zapłonowych (skutkiem podwyższonych temperatur spalania), a nawet gdy są one w dobrym stanie, z założenia napięcie potrzebne do przeskoku iskry jest wyjątkowo duże. Bywa jednak, że nierówna praca silnika, szarpanie, kłopoty z uruchomieniem silnika są właśnie wynikiem złej regulacji instalacji gazowej, nie zaś uszkodzenia przewodów.

Uwaga na obsługę
Okres jesienno-zimowy stawia przed układem zapłonowym szczególnie trudne zadania. Zmniejszenie napięcia podawanego do układu zapłonowego (szczególnie ważne w najstarszych układach z mechanicznym przerywaczem), może powodować, iż energia impulsu elektrycznego i napięcie na elektrodach świecy nie osiągną nominalnych wartości. Z kolei wilgoć i zabrudzenia w komorze silnika plus ewentualnie niewielkie, nieistotne w dobrych warunkach uszkodzenia przewodów, osłon, rozdzielacza zapłonu czy świec, mogą spowodować utrudnienia w przepływie prądu i/lub przebicia izolacji. Zatem przed tym najtrudniejszym okresem należy dokonać przeglądu układu zapłonowego i wymiany części, które mogą sprawiać problemy.

Należy zachować ostrożność przy samym montażu i demontażu przewodów zapłonowych. Najlepiej zastosować do tego specjalne szczypce, tak by nie szarpać za kabel, gdyż wtedy łatwo uszkodzić terminal albo świecę. Przy nieuważnym montażu świec zapłonowych (np. brudnymi rękami) izolator (porcelana) ulega zanieczyszczeniu. W trakcie eksploatacji takie niewielkie z pozoru zanieczyszczenie powoduje nieszczelność osłon przewodu zapłonowego i w rezultacie wypalenie ścieżki na izolatorze świecy i wewnątrz osłony. W takim przypadku należy bezwzględnie wymienić zniszczone świece i osłony, najlepiej wraz z przewodami zapłonowymi.
W autach z instalacją LPG powyższe problemy występują znacznie częściej. Zatem zalecenia obsługi układu zapłonowego właściwe dla silników zasilanych gazem spełniają z nawiązką wymagania wszystkich innych silników z zapłonem iskrowym.

Jeżeli masz silnik zasilany LPG lub CNG

Przewody zapłonowe nie są wieczne i należy je wymieniać co 30-50 tys km.
• Świece zapłonowe należy wymieniać zgodnie z zaleceniami producenta (w silnikach zasilanych LPG zwykle co 10-15 tys. km)

• W razie problemów z zapłonem najpierw sprawdź instalację gazową, jeśli jest taka potrzeba wymień świece, a w ostatniej kolejności przewody.
• Wymieniając przewody zapłonowe, zawsze pamiętaj o wymianie świec. Wypalone świece na pewno znacznie przyspieszą awarię przewodów.
• Przewody wymieniaj zawsze w komplecie, tak by ich zużycie było równomierne, gdyż sprawność izolacji spada w trakcie eksploatacji.

Artykuł ukazał się w numerze 11 miesięcznika "Auto Technika Motoryzacyjna"

Komentarze

Komentarz musi być dłuższy niż 5 znaków!

Proszę zaakceptuj regulamin!

Brak komentarzy!