CEWKI ZAPŁONOWE

Tajemnice elektroniki samochodowej

Zapłon mieszanki w benzynowym silniku spalinowym jest powodowany przez iskrę na świecy zapłonowej. Energię do wytworzenia iskry generuje cewka zapłonowa, która jest rodzajem transformatora wysokiego napięcia.

Cewka zapłonowa to dwa uzwojenia nawinięte na magnetycznym rdzeniu. Rdzeń powoduje zwiększenie pola magnetycznego, które wzmacnia działanie cewki. Uzwojenia to połączone ze sobą uzwojenie pierwotne wykonane z drutu o grubości 0,6 – 1 mm mające małą liczbę zwojów oraz uzwojenie wtórne wykonane z drutu o grubości 0,05 – 0,1 mm o dużej liczbie zwojów (zwykle ok. 50 000). Stosunek liczby zwojów uzwojenia pierwotnego do wtórnego to 1:100. Oporność cewki uzwojenia pierwotnego zwykle zawiera się w granicach 0,2 – 3 Ω (omów) a uzwojenia wtórnego 5 – 20 Ω. Początek uzwojenia pierwotnego (z grubego drutu) połączone jest ze źródłem zasilania (+ 12V), koniec uzwojenia pierwotnego połączony jest z początkiem uzwojenia wtórnego (z cienkiego drutu). Miejsce połącznia obu uzwojeń połączone jest z przerywaczem zapłonu.

W starszych konstrukcjach silników stosowano ruchomy przerywacz mechaniczny, obecnie stosuje się specjalny moduł elektroniczny. Koniec uzwojenia wtórnego połączony jest ze świecą zapłonową. Gdy zasilane jest uzwojenie pierwotne pojawienie się masy na połączeniu obu uzwojeń poprzez indukcję elektromagnetyczną generuje w uzwojeniu wtórnym wysokie napięcie. Wysokość napięcia kierowanego do świecy zapłonowej jest zależna od prędkości zmiany pola magnetycznego, stosunku liczby uzwojenia pierwotnego do wtórnego oraz od rodzaju rdzenia na którym nawinięte są uzwojenia. Zależnie od konstrukcji cewki zapłonowej i zastosowanych materiałów wysokie napięcie może osiągać nawet 40 000 V.
W starszych konstrukcjach silników stosowano mechaniczny aparat zapłonowy z mechanicznym ruchomym przerywaczem oraz pojedynczą cewkę zapłonową zamkniętą w wypełnionej olejem transformatorowym puszce aluminiowej. Cewki nawijane były na pakiecie blach żelaznych.

Obecnie w układach zapłonowych nowoczesnych samochodów stosuje się elektroniczne moduły zapłonowe bez elementów ruchomych i mechanicznych przerywaczy, których rolę przejęły układy elektroniczne. Moduły te sterują cewkami zapłonowymi. Stosuje się cewki jednoiskrowe, dwuiskrowe oraz czteroiskrowe. Zwykle uzwojenia i rdzeń ferromagnetyczny zalewane są masą bitumiczną lub żywicą tworząc z obudową i elementami mocującymi jednolity zespół nie podlegający naprawie.

Cewki jednoiskrowe zwykle są montowane bezpośrednio na świecy zapłonowej i obsługują jeden cylinder. Cewka taka ma jedno uzwojenie pierwotne i jedno wtórne.

Dwuiskrowe cewki zapłonowe mają także jedno uzwojenie pierwotne i jedno wtórne. Wysokie napięcie z końca uzwojenia wtórnego kierowane jest na dwie świece do cylindrów o przesuniętym o 360 st. cyklu pracy. Gdy iskra na pierwszej świecy zapala mieszankę (cylinder jest w fazie pracy) to
iskra na drugiej świecy pojawia się gdy cylinder jest w fazie wydechu. Iskra na drugiej świecy nie wywołuje żadnego efektu.

Dla silnika czterocylindrowego stosuje się dwie dwuiskrowe cewki, jedna dla cylindrów 1 i 4 i druga dla cylindrów 2 i 3 zgodnie z przebiegiem zapłonu w poszczególnych cylindrach 1, 3, 4, 2. Cewki czteroiskrowe mają dwa uzwojenia pierwotne i jedno wtórne.
Koniec uzwojenia wtórnego poprzez zespół diod połączony jest do wszystkich świec. Jedno uzwojenie pierwotne powoduje powstanie napięcia zapłonowego w cylindrach 1 i 4 (tak jak dla cewki dwuiskrowej), drugie uzwojenie pierwotne odpowiada za wygenerowanie napięcia zapłonowego w cylindrach 2 i 3. Każde z uzwojeń pierwotnych sterowane jest oddzielnym stopniem wyzwalania w module zapłonowym. Jeżeli wysterowane jest uzwojenie pierwotne dla cylindrów 1 i 4 to diody blokują napięcie zapłonu z uzwojenia wtórnego dla cylindrów 2 i 3, w przypadku wysterowania drugiego uzwojenia pierwotnego dla cylindrów 2 i 3 diody blokują napięcie dla cylindrów 1 i 4.

Typowe usterki cewek zapłonowych:

• uszkodzenia mechaniczne np. pęknięcia obudowy

• brak właściwego styku z przewodem zapłonowym lub świecą zapłonową
• przegrzanie jednego z uzwojeń np. z powodu starzenia się materiału. Ponieważ cewka zapłonowa jest transformatorem wysokiego napięcia to wysoka częstotliwość zamykania i otwierania obwodu pierwotnego i generowanie wysokiego napięcia w obwodzie wtórnym prowadzi do zmian w strukturze materiału z jakiego wykonane są uzwojenia. Zmiany te powodują zmiany w przewodności prądu w uzwojeniach i zmiany w ich oporności, co może być przyczyną przegrzania cewki lub znacznego zaniżenia napięcia zapłonowego. Przegrzanie cewki prowadzi do zwiększenia objętości masy jaką zalane są uzwojenia co w konsekwencji powoduje uszkodzenie obudowy lub przyłączy elektrycznych cewki.
• zbyt niskie napięcie zapłonowe spowodowane np. za niskim zasilaniem lub niewłaściwym czasem i napięciem zamknięcia obwodu pierwotnego przez uszkodzony moduł zapłonowy.

Objawy wadliwego działa cewki zapłonowej:

• brak możliwości uruchomienia silnika
• przerwy w zapłonie
• brak mocy silnika
• praca silnika w trybie awaryjnym
• zapalanie się lampki kontrolnej silnika
• zapisane w sterowniku silnika kody błędów

Diagnostyka cewki zapłonowej:

• kontrola podłączenia cewki do sterownika i zasilania
• kontrola oporności uzwojeń
• kontrola kodów błędów w sterowniku silnika
• kontrola uszkodzeń mechanicznych

HELLA Polska