W tym artykule przyjrzymy się relacjom między uzwojeniem pierwotnym, a uzwojeniem wtórnym cewki zapłonowej i obejrzymy czasy trwania iskry.

Przykładowy ocylogram poniżej przedstawia relację napięć na uzwojeniach cewki. Napięcia chwilowe na tych uzwojeniach, za sprawą zjawiska indukcji wzajemnej są proporcjonalne względem siebie.

Oscylogram

Niebieska linia przedstawia napięcie na uzwojeniu pierwotnym (napięcie indukowane w cewce ma wartośc ujemną względem napięcia zasilającego, więc sondę dodatnią oscyloskopu należy podłączyć odwrotnie, tj. dodatnia sonda do masy). Czerwona linia przedstawia napięcie na uzwojeniu wtórnym mierzone metodą pośrednią za pomocą sondy wysokonapięciowej. Na oscylogramie widoczne są dokładnie takie same czasy zapłonu łuku elektrycznego (ok. 1,1ms).

Podstawowymi elementami cewki są rdzeń oraz jej uzwojenia. Na rdzeniu wykonanym z blach elektrotechnicznych nawinięte jest w pierwszej kolejności uzwojenie wtórne cewki. Uzwojenie to składa się zwykle z 20-30 tys zwojów. Jeden koniec tego uzwojenia połączony jest z końcem uzwojenia pierwotnego, natomiast drugi wyprowadzony jest do gniazda wysokiego napięcia. Na uzwojeniu wtórnym znajduje się warstwa izolacji, a na niej nawinięte jest uzwojenie pierwotne, którego oba końce są wyprowadzone na zewnątrz cewki.

W systemie rozdzielaczowym napięcie z uzwojenia wtórnego cewki musi trafić na odpowiedni cylinder. Przełączanie odbywa się w rozdzielaczu - mechanicznym przełączniku wysokiego napięcia. System ten nie jest już powszechnie stosowany, ponieważ zawiera dużo części ruchomych które szybko ulegają zużyciu. Obecnie stosuje się powszechnie systemy bezrozdzielaczowe oraz układy z wieloma cewkami, gdzie na każdy cylinder przypada jedna cewka.

Napięcie występujące na wyjściu cewki zapłonowej musi być na tyle wysokie, aby łuk elektryczny na świecy się zapalił. Kiedy łuk się już zapala - napięcie spada, ponieważ łuk elektryczny zawiera gorące zjonizowane powietrze, które dobrze przewodzi prąd. Wyjście cewki jest więc "obciążane" odbiornikiem - łukiem elektrycznym.

Napięcie obserwowane po zapaleniu się łuku zależy od wielu czynników.


Zwiększenie napięcia łuku powodują:


Zmniejszenie napięcia łuku powodują:


Wielkość napięcia wymaganego do zapłonu w starszych silnikach była zwykle niższa, niż w nowoczesnych silnikach. Nowe silniki mają wyższy stopień sprężania, pracują z uboższą mieszanką paliwowo powietrzną, a świece zapłonowe mają większe przerwy. Dzięki temu współczesne silniki spalają mniej paliwa, mają większą moc, wydajność, a co za tym idzie - mogą być mniejsze i lżejsze niż starsze konstrukcje o tej samej mocy. W systemie bezrozdzielaczowym uzyskanie wyższego napięcia nie stanowi dużego problemu, ponieważ system ten eliminuje wiele złącz, przewodów wysokiego napięcia oraz sam rozdzielacz - są to elementy na których w starszych konstrukcja występowały znaczne straty zanim energia została przekazana od cewki do świecy.

System DIS ma również wady. Połowa świec jest zasilana napięciem ujemnym (porządanym), podczas gdy druga połowa - napięciem dodatnim (nieporządanym). Świece zapłonowe w takim układzie zużywają się nierównomiernie - te zasilane impulsami dodatnimi ulegają zużyciu szybciej niż zasilane impulsami ujemnymi.

Poza tym - system ten uruchamia świece przy każdym obrocie silnika, również tuż przed taktem "wydech", zamiast uruchamiać ją tylko co drugi obrót - przed taktem "praca". Nie oznacza to, że świece będą zużywały się dwa razy szybciej, ponieważ niepotrzebny zapłon występuje pod niskim ciśnieniem.

Przebiegi napięcia na uzwojeniu wtórnym cewki zapłonowej



Ilustracja 1.1 poniżej przedstawia przykładowy przebieg napięcia na cewce zapłonowej. Jest to typowy oscylogram zarejestrowany na wyściu jednej z cewek silnika wyposażonego w elektroniczny układ zapłonowy.

Oscylogram

Impuls oznaczony literą A nazywany jest czołem iskry i jest to napięcie, przy którym między elektrodami świecy zaczyna przepływać prąd (w niezjonizowanym powietrzu, a właściwie w mieszance paliwowo-powietrznej). W punkcie C następuje zapłon łuku elektrycznego (iskry). Odcinek czasu oznaczony literą B nazywa się czasem trwania iskry. W tym przypadku trwa on ok. 1ms. Napięcie utrzymujące się w tym przedziale czasu to napięcie między końcami iskry w już zjonizowanym rozgrzanym przez czoło iskry powietrzu (lub mieszance paliwowo-powietrznej). Po zgaśnięciu iskry (kiedy energia zgromadzona w cewce się skończyła, w punkcie oznaczonym literą E) następuje seria oscylacji. Ilość wyraźnie widocznych oscylacji dodatnich i ujemnych powinna wynosić przynajmniej 4-5. Mniejsza ilość oznacza, że cewka jest zużyta i należy ją wymienić (przebieg na ilustracji poniżej). Z kolei punkt F widoczny na samym początku oscylogramu jest punktem, gdzie zostało włączone zasilanie cewki. Na początku procesu jej ładowania również widać oscylacje.


Oscylogram

System zapłonowy pojemnościowy na przykładzie SAAB CDI



System ten znacznie różni się od konwencjonalnych układów zapłonowych wykorzystujących cewki indukcyjne jako główne elementy magazynujące energię. Kilka modeli pojazdów z zapłonem pojemnościowym wyprodukowano w późnych latach 60-tych i na początku lat 70-tych, jednak szybko zaprzestano jego stosowania. Aktualnie system dzięki nowoczesnym materiałom i podzespołom ma szansę wrócić na rynek.


Oscylogram

"Pakiet zapłonowy" składa się z małych cewek wbudowanych w świece zapłonowe i jest obudowany "kasetą" umieszczoną między wałkami rozrządu. Kaseta zawiera również kondensator, transformator ładowania i kilka innych układów, m.in. generatora prądu przemiennego służącego do zasilania transformatora (transformatory nadają się do przetwarzania jedynie prądu zmiennego).

Transformator podnosi napięcie, które za nim jest przetwarzane ponownie na prąd stały o napięciu 400V i ładuje kondensator zapłonowy. Cewki zapłonowe w tym układzie otrzymują więc 400V, a nie jak w typowym systemie 12-14V. Wszystkie zewnętrzne wyprowadzenia modułu zapłonowego pracują na napięciu 12V lub niższym, a wysokie napięcie wytwarzane jest w cewkach wbudowanych w świece zapłonowe.

Podczas rozruchu cewki są odpalane jednocześnie, dopóki moduł ECM (Electronic Control Module) nie rozpozna na podstawie sygnału z czujnika Halla (umieszczonego w tylnej części przeniego koła pasowego) w jakim suwie znajdują się poszczególne cylindry. Później zapłon następuje tylko na świecach właściwych cylindrów i nie ma "pustych zapłonów".

Dodatkowo, jeżeli komputer wykrywa niską prędkość rozruchu odpala świece ciągle, przez okres odpowiadający obrotowi wału o 60 stopni aż do momentu kiedy silnik osiągnie 850obr/min. Jeżeli uruchamianie silnika się nie powiedzie i cofniemy kluczyk z pozycji "start" system wytworzy serię iskier na wszystkich świecach, aby uwolnić je od zanieczyszczeń i węglowodorów znajdujących się w cylindrach.

Należy zachować szczególną ostrożność podczas manipulacji przy układach zapłonowych, szczególnie w układach tego typu, ze względu na kondensator wysokiego napięcia, który może zawierać duże ilości energii nawet po wyłączeniu zapłonu!