Zapaľovanie (spaľovací motor)

Zapaľovanie resp. zapaľovací systém je systém, ktorý zapaľuje zmes vzduchu a paliva v zážihových motoroch. V súčasnej dobe sa na to využíva vysokonapäťový výboj (iskra) medzi elektródami zapaľovacej sviečky. V minulosti sa na zapaľovanie v spaľovacích motoroch a to nielen zážihových používal plameň alebo žeraviaca rúrka. Vonkajšie zapaľovanie potrebovali napríklad aj žiarové motory, buď len pre naštartovanie alebo aj počas celého chodu (Hasselmannov motor).

Požiadavky na zapaľovacie systémy
Na zapálenie stechiometrickej zmesi benzínu so vzduchom v ideálnych podmienkach postačuje energia 0,2 mJ. V spaľovacích motoroch sú podmienky nepriaznivé. Môže sa vyskytnúť bohatá, alebo chudobná zmes, prítomnosť spalín z predošlého cyklu, v zime je zmes príliš chladná. Zmes je vždy stlačená resp. vysokostlačená. Zapaľovacie systémy preto musia dodávať na zapálenie niekoľkonásobne vyššiu energiu. Jej rozsah je od 5 mJ pri starších až 120 mJ pri modernejších systémoch.
 
Na zapaľovací systém sa kladú nasledovné požiadavky::
 vytvárať dostatočne intenzívnu iskru vo všetkých prevádzkových režimoch motora
 umožniť reguláciu zmenou predstihu zapaľovania pričom cieľom regulácie je optimalizácia nasledovných parametrov:
 maximálny výkon
 minimálna spotreba paliva
 minimálne emisie
 spaľovanie bez detonácii
 nerušiť elektromagnetickým žiarením okolie
 mať vysokú životnosť a spoľahlivosť

Rozdelenie zapaľovacích systémov 
Zapaľovacie systémy je možné rozdeliť do nasledovných skupín :
 batériové zapaľovanie - zdrojom energie je batéria
 klasické batériové zapaľovanie = cievkové (indukčné)
 tranzistorové zapaľovanie
 s odľahčenými kontaktmi
 bezkontaktné
 s indukčným snímačom
 s Hallovým snímačom
 kondenzátorové zapaľovanie (vysokonapäťové), nazývané aj tyristorové
 kontaktné
 bezkontaktné
 mikroprocesorom riadené (elektronické) zapaľovanie
 úplné elektronické zapaľovanie
 magnetové zapaľovanie - zdrojom energie je elektromagnetická indukcia

Klasické batériové zapaľovanie

Prvky
Klasické batériové zapaľovanie tvoria nasledovné časti: zapaľovacia cievka, spínacia skrinka, predradený odpor, prerušovač, kondenzátor, rozdeľovač, odstredivý regulátor, podtlakový regulátor a zapaľovacia sviečka. Elektrickú energiu pre systém poskytuje akumulátor (batéria).

Popis funkcie
Pri zapnutom zapaľovaní kľúčom v spínacej skrinke, ak je prerušovač v zopnutej polohe, je uzavretý primárny obvod a prúd tečie z batérie cez predradený odpor a primárne vinutie zapaľovacej cievky späť na kostru vozidla. V cievke sa vytvára magnetické pole a prúd v obvode postupne narastá. Zapaľovacia cievka vytvára energiu potrebnú pre elektrický výboj v zapaľovacej sviečke. Čas nabíjania je určený časom zopnutia kontaktov prerušovača. V okamihu, keď prerušovač obvod rozpojí, vplyvom elektromagnetickej indukcie začne prudko rásť napätie v sekundárnom obvode, ktorý tvorí sekundárne vinutie cievky, rozdeľovač (zopnutý pre konkrétny valec), vysokonapäťové vodiče (káble), zapaľovacia sviečku konkrétneho valca a kostra vozidla. Medzi počtom závitov primárneho a sekundárneho vinutia býva pomer 1:50 - 1:100, v podobnom pomere sa môže znásobiť napätie v sekundárnom obvode oproti primárnemu (typicky 12 V). Keď sa dosiahne úroveň prierazného napätia medzi elektródami sviečky, nastane výboj a energia akumulovaná v cievke sa vybije. Zapaľovacia sviečka zasahuje do spaľovacieho priestoru svojimi elektródami, výboj má teda za následok zapálenie zmesi. Celý proces sa následne opakuje. Pri viacvalcových motoroch rozdeľovač rozdeľuje jednotlivé impulzy vysokého napätia do jednotlivých zapaľovacích sviečok podľa stanoveného poradia zapaľovania. V telese rozdeľovača býva integrovaný aj prerušovač, odstredivý regulátor,ktorý zvyšuje predstih zapaľovania pri vyšších otáčkach a podtlakový regulátor ktorý ho znižuje pri narastajúcom zaťažení motora. Vysokonapäťové vodiče sú zodpovedné za prenos elektrického náboja od zdroja po zapaľovaciu sviečku. Predradený odpor sa pri štarte vyradí, aby sa dosiahli vyššie prúdy a úrovne napätia v tomto režime. Kondenzátor je pripojený paralelne k prerušovaču a zabraňuje vzniku iskier na jeho kontaktoch.

Vlastnosti
Prerušovač klasického systému je mechanický, pracuje na princípe spínania a rozpínania kontaktov. Toto spínanie je riadené vačkou, t.j. uhlová poloha zopnutia a prerušenia je daná tvarom vačky, ktorá sa otáča. Pri vyšších otáčkach motora sa aj vačka otáča rýchlejšie a čas medzi zopnutím a prerušením sa skracuje. Pri vyšších otáčkach sa teda cievka nabíja kratší čas a energia iskry je nižšia. Kontakty sú vystavené vysokej záťaži. Maximálny prúd je preto limitovaný hranicou cca 5 Ampérov. Počas prevádzky dochádza k opaľovaniu kontaktov a aj mechanickému opotrebeniu, čo spôsobuje zmenšovanie predstihu zapaľovania a posun k menej výkonnej prevádzke s vyššou spotrebou paliva. Preto sú potrebné pravidelné servisné intervaly s výmenou kontaktov a nastavením predstihu zapaľovania.

Tranzistorové zapaľovanie
Vychádza z klasického zapaľovania a vylepšuje ho tým, že zaradením tranzistorovej časti sa elektrický obvod rozdelil na nízkonapäťový (riadiaci) a vysokonapäťový (výkonný). Prerušovač pracuje v riadiacom obvode s nižším prúdom (asi 100x), a nie je potrebný ani paralelný kondenzátor, pretože v tomto obvode nie je indukčnosť. Vo vysokonapäťovom obvode je teda možné pracovať s vyššími prúdmi bežne 9 A, pri štartovaní až 20 A. To umožňuje zvýšiť energiu iskry, predlžuje životnosť prerušovača, presnosť a spoľahlivosť celého systému.

Tranzistorové zapaľovanie s odľahčenými kontaktmi
Tento typ zapaľovania pokračuje vo vylepšení tým, že zamieňa princíp mechanického - kontaktného prerušovača bezkontaktným. Systém vačky a ramienka je nahradený snímačom buď na princípe elektromagnetickej indukcie, alebo Hallovho javu. Tieto systémy sú prakticky bezúdržbové. Ďalej majú výhodu v tom, že sa dajú použiť s konvenčným rozdeľovačom, alebo v ich elektronickom okruhu na spracovanie signálov zo snímača je možné pridať elektronickú reguláciu. Táto môže regulovať predstih zapaľovania podľa otáčok, primárny prúd, uhol zopnutia, vypínať obvod pri nepracujúcom motore a pri dosiahnutí maximálnych otáčok, stabilizovať voľnobeh, zmenšovať predstih pri detonačnom spaľovaní prípadne generovať viacnásobné výboje (iskry) počas jedného spaľovania.

Kondenzátorové (tyristorové) zapaľovanie 
Toto zapaľovanie sa používa pri vysokovýkonných, pretekárskych a často Wankelových motoroch. Systém môže byť kontaktný aj bezkontaktný. Impulz sa generuje vybitím kondenzátora cez zapaľovací transformátor. Táto dvojica nahrádza zapaľovaciu cievku. Výhodou je až 20x rýchlejší nárast zapaľovacieho napätia a možnosť pracovať s vysokým zapaľovacím napätím až 30 kV aj pri vysokých otáčkach. Nevýhodou je krátky čas výboja, čo môže viesť k vynechaniu spaľovania.

Elektronické zapaľovanie
Pri elektronickom zapaľovaní je mechanická a pneumatická regulácia predstihu zapaľovania, ktorú zabezpečuje konvenčný rozdeľovač nahradená mikroprocesorovou riadiacou jednotkou. Tá umožňuje oveľa presnejšie a variabilnejšie nastaviť najvhodnejší okamih zapálenia. Rozdeľovač je v systéme stále prítomný, ale už neplní regulačnú funkciu, len rozdeľovaciu.

Úplné elektronické zapaľovanie
Pri úplnom elektronickom zapaľovaní je vypustený aj rozdeľovač. V závislosti od počtu valcov motora sa používa viacero jednoiskrových, dvojiskrových alebo štvoriskrových zapaľovacích cievok.

Magnetové zapaľovanie
Magnetové zapaľovanie je vhodné pre menšie motory, určené pre kosačky, mopedy, motorové píly prípadne malé motocykle. Nepotrebuje zdroj elektrickej energie (batériu). Energia sa získa premenou z mechanického pohybu vodiča v magnetickom poli elektromagnetickou indukciou. Celý zapaľovací systém, so všetkými časťami býva spracovaný v jednom kompaktnom celku.

Pozri aj
 Zážihový motor

Referencie

Iné projekty
  

Systémy zapaľovania spaľovacích motorov
Elektrická sústava automobilu