Jak víte, že CDI je špatné?

A „kotlík“ ví: palivo ve válci je zapáleno elektrickým obloukem 20-40 kV probíhajícím mezi elektrodami zapalovací svíčky. Ale odkud pochází vysokonapěťový výboj? Za prvé má na svědomí zařízení, které zná každý alespoň jménem – zapalovací cívka. Jako součást zapalovacího systému samozřejmě není sám, ale jakmile znáte princip jeho fungování, snadno pochopíte účel a fungování zbývajících prvků. Vzpomeňte si, jak jsme ve školní hodině fyziky studovali vliv elektromagnetické indukce. V drátové cívce se pohyboval magnet a žárovka připojená k jeho svorkám začala svítit. Výměnou lampy za baterii se obyčejná ocelová tyč umístěná uvnitř cívky proměnila v magnet. Nyní se oba tyto procesy používají k vytvoření jiskry na zapalovací svíčce. Pokud proud prochází primárním vinutím zapalovací cívky, jádro, na kterém je navinuto, se zmagnetizuje. Jakmile je napájení vypnuto, mizející magnetické pole jádra indukuje napětí v sekundárním vinutí cívky. Je v něm stokrát více závitů drátu než v primáru, což znamená, že „výstup“ už není desítky, ale tisíce voltů.

Odkud bere generátor napětí? Jsem si jistý, že to hned pochopíte: permanentní magnety jsou namontovány na rotoru (setrvačníku), samotný setrvačník je namontován na ose klikového hřídele a otáčí se s ním. Pod rotorem jsou na pevné základně (statoru) na ocelových jádrech namontovány cívky osvětlovacích a zapalovacích systémů. Stačí kopnout – magnety se budou pohybovat vzhledem k cívkám, periodicky magnetizovat jádra a. ať je světlo a jiskra! Ve skutečnosti je to nejjednodušší možný způsob výroby elektřiny a je také pohodlný, protože nevyžaduje dobíjecí baterii.

Zapalovací systém bez přídavného zdroje proudu se nazývá Capacitor Discharge Ignition (CDI). Překlad: zapalování pomocí výboje kondenzátoru. Jak se tvoří? Na statoru generátoru jsou dvě cívky (kromě těch, které napájejí osvětlovací síť). Jeden, když kolem něj běží magnet rotoru, generuje elektrický proud (asi 160 V), který nabíjí kondenzátor. Druhý je ovládací, plní roli senzoru, který spouští jiskření. Jakmile magnet projde svým jádrem, objeví se ve vinutí elektrický impuls, který „odblokuje“ tyristor řídicí jednotky. Je to obdoba běžného spínače, pouze bez kontaktů – na jejich místě je polovodič ovládaný elektrickým proudem. Náboj nahromaděný v nádobě je „vystřelen“ do primárního vinutí zapalovací cívky. Ten působením elektromagnetické indukce vybudí proud v sekundárním vinutí a zapalovací svíčka přijme 20-40 kV, které přijmout má.

Nutno podotknout, že na cestě od nabíjecí cívky ke kondenzátoru je proud usměrněn diodou. Generátor setrvačníku vytváří střídavé napětí: protože „sever“ a „jih“ magnetu střídavě prochází cívkou, proud současně mění svou polaritu. Kondenzátor akumuluje náboj pouze při použití konstantního napětí.

Popsaný systém je geniálně jednoduchý a vcelku spolehlivý. Od jeho vzniku uplynulo čtvrt století a stále se používá v technice, krosových motocyklech, vodních skútrech, sněžných skútrech, čtyřkolkách, mopedech a lehkých skútrech.

„Génius“ však není bez nedostatků. Napětí na kondenzátoru (a tedy i „sekundární“ výboj) znatelně klesá při nízké rychlosti průchodu magnetu kolem nabíjecí cívky. Při nízkých otáčkách klikového hřídele se objevuje nestabilita tvorby jisker a v důsledku toho „nesrovnalost“ v provozu motoru.

Aby se toho zbavilo, mnoho moderních aut používá upravený systém CDI. Jmenuje se DC-CDI, což znamená: zapalování vybitím kondenzátoru a provoz na stejnosměrný proud (Direct Current). V tomto systému se kapacita nabíjí proudem, který nepochází z vlastní cívky generátoru, ale z baterie. To umožňuje stabilizovat napájecí napětí a udržovat stejně silnou jiskru při jakýchkoli otáčkách klikového hřídele.

Takové systémy jsou složitější než CDI, a proto jsou dražší. Faktem je, že napětí dodávané palubní sítí automobilu (12-14 V) je slabé na plné nabití kondenzátoru. Proto napětí zvedá speciální elektronický modul – invertor.

Stručně o principu jeho fungování. Stejnosměrný proud je přeměněn na střídavý, poté transformován (zvýšen na 300 V), znovu usměrněn a teprve poté přiveden do kondenzátoru. Vyšší „primární“ napětí umožnilo zmenšit velikost zapalovací cívky. Vysvětlím: čím vyšší je napětí v primárním vinutí, tím menším jádrem (v průřezu) může být cívka vybavena. Dokonce se vejde do víčka zapalovací svíčky, což mimochodem umožňuje vyloučit velmi problematický prvek ze zapalovacího okruhu – vysokonapěťový drát.

Systém DC-CDI s elektronickým nastavením časování zapalování vzhledem k otáčkám klikového hřídele je ještě pokročilejší – poskytuje zvýšení výkonu motoru o deset procent. Zde je důvod. Existuje postulát: motor produkuje maximum „koní“, pokud se špičkový tlak spalovacích produktů shoduje s polohou pístu, který sotva prošel TDC. Ale jak se otáčky klikového hřídele zvyšují, doba, během které musí směs hořet, se stále zkracuje. Samotná směs neexploduje okamžitě, ale hoří stabilní rychlostí – 30-40 m/s. Proto by při vysokých otáčkách klikového hřídele mělo dojít k zapálení více než jednou

pevný bod (daný počátečním úhlem časování zážehu) a o něco dříve. U motorů s „čistým“ CDI nebo DC-CDI vývojáři experimentálně zjišťují úhel, pod kterým motor pracuje poměrně stabilně v celém rozsahu otáček. V dávných dobách se charakteristika časování zapalování upravovala na optimum mechanicky – odstředivým regulátorem. Ale je nespolehlivé: buď se závaží zaseknou, nebo se pružiny natáhnou. Elektronika je nesrovnatelně dokonalejší (není co povolovat) a proces seřizování probíhá takto. Řídicí jednotka obsahuje mikroobvod, který rozpoznává otáčky klikového hřídele na základě tvaru signálu přicházejícího z řídicího snímače (tvar závisí na rychlosti pohybu magnetu vůči cívce). Dále mikroobvod zvolí optimální úhel časování zapalování odpovídající dané rychlosti a ve správný okamžik otevře tyristor. Už víte, že to odpovídá okamžiku, kdy se na elektrodách zapalovací svíčky vytvoří jiskra.

V druhé polovině minulého století popisované zapalovací systémy „převzaly“ téměř výhradně motory. Vylepšování procesorů (jinými slovy mikropočítačů) se ale vyznačuje zavedením ještě „inteligentnějších“ digitálních zapalování do automobilů. Pokusím se vám o nich brzy říci, ale nyní zaměřím vaši pozornost na diagnostiku poruch prvků „kondenzátorových“ obvodů.

ČASTĚJI – VÝHODY, NĚKDY – ŠKODY

Nejprve o systému blokování zapalování. Jeho úkolem je „zakázat“ nastartování motoru v situaci, kdy pohybem hrozí zranění pilota. Například: motocykl stojí na bočním stojanu se zařazeným rychlostním stupněm. Řidič na to zapomene a stiskne tlačítko startéru. Následuje nečekaný nápor posádky vpřed a. výsledek je jasný. Jiný případ: jedete a boční stojan ztratí vratnou pružinu a otevře se. Před následky takových situací je pilot obvykle „pojištěn“ polohovými senzory

stojí a neutrál. Pokud zařízení není připraveno k letu, neumožní spuštění startéru ani zapalování. Zpravidla je pod spojkovou pákou zapuštěný další snímač – umožňuje nastartování motoru při zařazeném rychlostním stupni, ale pouze při sešlápnutí páky a zvednutém stojanu. Tato zařízení nepopiratelně zvyšují bezpečnost pilota, ale zároveň snižují celkovou spolehlivost elektrických zapalovacích obvodů. Jsou problémy s motorem? Nezapomeňte zkontrolovat stav baterie (12-13 V) a věnovat pozornost stavu popsaných snímačů. Posuďte sami: v horku chybně posoudili řídicí jednotku zapalování a koupili novou (a stojí od 300 do 800 dolarů!), a pak se ukázalo, že chyba byla v levném koncovém spínači nebo kabeláži konektor. Zkontrolujte zapalovací prvky, jak je znázorněno na fotografii.

KRÁTKÉ A DLOUHÉ

Kromě zapalování CDI a DC-CDI existují také bateriové systémy. Nabízí se otázka: pokud jsou kondenzátorové obvody známé svou spolehlivostí, tak proč používat něco jiného? Ale proč.

Jedním z faktorů, na kterých závisí výkon a další ukazatele motoru, je doba trvání výboje na zapalovací svíčce. Dovolte mi vysvětlit proč. Elektrický oblouk neboli jiskra, jak jsme tomu říkali, stabilně zapálí směs, pokud obsahuje jeden kilogram paliva na 14,5 kg vzduchu. Tato směs se nazývá normální. Myslete ale sami, ve směsi vstupující do válce jsou zóny s vyšším či nižším obsahem paliva ve vzduchu. Pokud by takové složení bylo v okamžiku vzniku jiskry v blízkosti zapalovací svíčky, směs ve válci by hořela pomalu. Důsledky jsou jasné: výkon motoru v tomto konkrétním okamžiku klesne a může dojít k vynechání zapalování. Takže CDI produkují jiskru o velmi krátkém trvání -0,1-0,3 milisekundy: systém má takový kondenzátor, že není schopen produkovat delší trvání jiskry. Bateriové zapalování vytváří jiskru, která je řádově delší – až 1-1,5 milisekundy. Je samozřejmě pravděpodobnější, že zapálí směs s odchylkami od normálního složení. Tento druh zapálení je jako velká, hustá lovecká zápalka: ve srovnání s běžným hoří dlouho a oheň se díky němu rozhoří rychleji. Jinými slovy, bateriový systém je méně náročný na přesnost seřízení karburátoru než CDI.

Tajemství „dlouhé“ jiskry spočívá v tom, že není vytvořena krátkým „výstřelem“ energie kondenzátoru, ale pevnou „částí“ elektromagnetické indukce akumulovanou zapalovací cívkou.

Obsluhu systému vysvětlím na příkladu obvodu s mechanickým jističem – není to složité. V obvodu zapalovací cívky vedoucí k „mínusu“ jsou dva kontakty – pohyblivý a stacionární. Když jsou zavřené, proud protéká cívkou a elektrické pole z primárního vinutí magnetizuje jádro. Jakmile vačka hřídele otevře kontakty, proud v primárním vinutí se přeruší a jádro se začne demagnetizovat. Vzhled a zmizení magnetu umístěného v cívce podle fyzikálních zákonů vytváří (indukuje) napěťový impuls v jeho vinutí. V sekundárním okruhu se jedná o několik desítek tisíc voltů, které tvoří jiskru mezi elektrodami zapalovací svíčky. A protože magnetická indukce jádra cívky trvá několik milisekund, doba hoření jiskry je téměř stejná.

Jednoduchost kontaktního obvodu však skrývá spoustu nedostatků. Motocyklisté, kteří jezdili na starých motocyklech, si pamatují, že „železné mozky“ bylo vždy nutné opravit: vyčistit zoxidované kontakty, upravit mezeru mezi nimi a chybné načasování zapalování. To není jen zdlouhavé, vyžaduje to také zkušeného ladiče.

TRANZISTOR NEJDE DO TEPLA

Tranzistorové bateriové zapalování TCI zbavilo pilota těchto starostí – ze systému zmizely pohyblivé části. „Tranzistorem řízené zapalování“ doslova znamená: zapalování řízené tranzistorem. Místo mechaniky zaujal elektromagnetický senzor – cívka na magnetickém jádru. Vzhled signálu v něm způsobuje průchod výčnělku na otočeném klikovém hřídeli

ocelová modulátorová deska. On a snímač jsou umístěny tak, aby ve vinutí došlo k pulzu v okamžiku, kdy je čas zapálit směs ve válci.

Senzor je však pouze „velitelem“ zapalování a hlavními představiteli jsou tranzistory, zapalovací cívka a samozřejmě zapalovací svíčka.
Stává se to takto. Při zapnutí zapalování prochází elektrický proud generovaný baterií (po nastartování motoru generátorem) přes otevřený výkonový tranzistor primárním vinutím cívky a jádro je zmagnetizováno. Když senzor vydá „povel“ k jiskření, na řídicí elektrodu (bázi) řídicího tranzistoru je vyslán napěťový impuls a ten, tranzistor, se otevře. Nyní jím poteče proud k zemi a výkonový tranzistor se uzavře – jeho báze bude bez napětí. Cívka ztratí výkon, jádro se začne demagnetizovat a na zapalovací svíčce se objeví výboj. Poté se řídicí tranzistor vrátí do uzavřeného stavu (dokud nepřijme další signál ze snímače) a jeho výkonový „bratr“ se opět otevře a začne nabíjet cívku. Toto je samozřejmě zjednodušené vysvětlení, ale plně odráží základní činnost tranzistorového systému.

SNÍMAČ, PROCESOR A PAMĚŤ

Zapalování musí vyvolat výboj v okamžiku „koordinovaném“ s provozním režimem motoru. Připomenu povahu jeho změny: startování motoru a volnoběh odpovídá nejmenšímu úhlu, když se otáčky zvyšují nebo se snižuje zatížení motoru (škrticí klapka karburátoru je uzavřena), úhel se zvětšuje. Bateriové systémy mají samozřejmě zařízení pro pokročilou korekci. Kromě tranzistorů, které „řídí“ cívky, má řídicí jednotka vestavěnou paměť (ROM – read-only memory) a mikroprocesor, podobný těm, které fungují v přenosných počítačích. Do paměti se zaznamenává informace o tom, při jakých otáčkách a zatížení motoru a v jakém okamžiku má dojít k zapálení. Procesor po obdržení dat ze senzorů o provozním režimu motoru porovná naměřené hodnoty se záznamy v ROM a vybere požadovanou hodnotu úhlu předstihu.

Provozní parametry motoru lze číst různými způsoby. Některé systémy používají pouze indukční snímač (“zapalovač”). V tomto případě má jeho modulátor několik výstupků. Na základě rychlosti pohybu některých procesor rozpozná otáčky klikového hřídele, zatímco jiní určí válec, jehož zapalovací svíčka je čas aplikovat výboj.

Pokročilejší systémy jsou vybaveny snímačem polohy škrticí klapky TPS (Throttle Position Sensor). Informuje procesor o zatížení motoru.

Někdy se odečítá i rychlost otevírání klapky. za co? Zrychlení a detonace jdou často ruku v ruce. Například: prudkým otevřením plynu požadujete od motoru nemožné – dynamiku, která nevyhnutelně způsobuje detonaci (výbušné spalování paliva). TPS předá tuto informaci procesoru (rychlost otevření škrticí klapky), který ji porovná se záznamy v ROM, „pochopí“, že se situace blíží nouzové situaci, a posune úhel předstihu směrem k retardaci. Nedojde k výbuchům ve válci a poškození skupiny pístů.

Kromě ROM, u kterých nelze zaznamenaná data opravit, používá řada společností (například Ducati a Harley-Davidson) „flexibilní“ paměť. Říká se tomu „paměť s náhodným přístupem“ (zkráceně RAM). Přeprogramuje se pomocí speciální elektronické jednotky. V praxi je však jen málo specialistů schopno zlepšit tovární nastavení zapalování. Ještě méně pilotů pocítí pozitivní účinky pohybu posádky. Ale spotřeba paliva a množství škodlivých složek ve výfukových plynech se výrazně zvýší.

Zapalování procesoru se často nazývá „digitální“, protože má speciální jednotku, která převádí signály snímačů na digitální sérii. Počítač nerozpoznává žádné další informace.

Bateriové systémy mají stejné nevýhody jako DC-CDI: startování motoru je závislé na stavu nabití baterie. Pokud je baterie slabá, startér může protočit klikovou hřídel, ale zda řídicí jednotka odmítne pracovat při příliš nízkém výkonu, je jiná otázka. Totéž se stane, pokud dojde k úniku proudu v kabeláži nebo vznikne parazitní odpor.

A hlavně: zdá se, že bateriové zapalování začíná mizet do pozadí jako neperspektivní. Dnešní všeobecná touha výrobců zvýšit výkon motoru s sebou nese úkol, jak zvýšit otáčky klikového hřídele. Jiskra, která hoří po milisekundy, také znamená srovnatelnou dobu, po kterou cívka nashromáždí plný „náboj“ indukce. Jednoduchý výpočet ukáže, že otáčky klikového hřídele do 10 tisíc stále umožní systému akumulovat plnou energii výboje, ale pokud jsou otáčky vyšší, výkon jiskry se sníží.

A pak se opět dostanou ke slovu zapalování CD-CDI. Miniaturní krátká doba nabíjení kondenzátoru – v mikrosekundách – poskytne plnohodnotnou jiskru i při 17-20 tisících ot./min. A spolehlivosti zapálení směsi s krátkým výbojem je u moderních motorů dosaženo díky vylepšeným systémům napájení a sání. Nehledě na to, že „inteligence“ řídicích jednotek zapalování CD-CDI není o nic horší než u bateriových systémů.

Vladimir CHAIKOVSKY, manažer BMW Rusland Trading 000 Moto 09.2003