Zbieraj nasze dodatki techniczne w segregatorze i korzystaj z nich w codziennej pracy.
WYSOKIE STANDARDY WYSOKIE OBROTY
Układy zapłonowe cz. 10
Cewki ołówkowe ........................................................................................................... 2 Transformatorowe cewki zapłonowe montowane nad świecami zapłonowymi .............................................................................. 8
Cewki „stick coil” ze złączami czterostykowymi .............................. 14 Układy cewek - przykłady ................................................................................... 18
Dodatek techniczny do Wiadomości IC nr 71 Dział szkoleń technicznych Inter Cars SA, maj 2017
UKŁADY ZAPŁONOWE cewki OŁÓWKOWE
Cewki ołówkowe Kolejnym rozwiązaniem stosowanym w układach zapłonowych są pojedyncze cewki zapłonowe montowane bezpośrednio nad świecami zapłonowymi. Na zdjęciu 209 przedstawiono przykład takiej cewki zapłonowej. Jej budowę wewnętrzną widać na rysunku 216. Konstrukcja przypomina trochę omówioną wcześniej cewkę kielichową, ale taka cewka ma znacznie mniejsze wymiary oraz inaczej rozmieszczone wyprowadzenia końców uzwojeń. Wewnątrz znajduje się centralnie umieszczony rdzeń wykonany z elementów ferromagnetycznych, który jest otoczony materiałem izolacyjnym. Kolejną warstwę stanowią zwoje cewki wysokiego napięcia. Uzwojenie wtórne wykonane jest w postaci modułowej, dzięki czemu znacznie zmniejsza się ryzyko przebicia międzyzwojowego wewnątrz cewki. Następną warstwę stanowi materiał izolacyjny odseparowujący uzwojenie wtórne od znajdującego się bardziej na zewnątrz uzwojenia pierwotnego. Całość otoczona jest materiałem izolacyjnym. Obudowa wykonana jest z tworzywa sztucznego albo z metalu. Cewka przedstawiona na zdjęciu 209 posiada obudowę z tworzywa sztucznego. Cewki takie ze względu na proporcje i wygląd bywają nazywane ołówkowymi. Na zdjęciu 210 widoczne są cewki zamontowane w głowicy silnika i podłączone do instalacji elektrycznej. Cewka zapłonowa znajdująca się na pierwszym planie ma odblokowany zaczep wtyczki oraz wypiętą wtyczkę. Na kolejnym zdjęciu (zdjęcie 211) mamy tę samą cewkę zapłonową w fazie jej wyjmowania z gniazda głowicy silnika.
Zdjęcie 209. Źródło: amazon.com
2
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
Na zdjęciu 212 przedstawiono wymontowaną cewkę zapłonową. Jak widać, w tym przypadku korpus cewki zapłonowej jest metalowy. Na rysunku 217 znajdują się dane katalogowe cewki zapłonowej przedstawionej na zdjęciach 210, 211 oraz 212. Jako pierwszą informację przedstawiono tutaj rozmieszczenie styków złącza cewki oraz oznaczono ich funkcjonalność. Druga informacja to rezystancja uzwojenia pierwotnego cewki zapłonowej. W tym przypadku jest to wartość 0,51 Ω. Podanie konkretnej wartości oznacza, że końce uzwojenia pierwotnego cewki połączone są bezpośrednio ze stykami w złączu i możliwy jest pomiar rezystancji. Kolejny moduł informacji to graficzne przedstawienie typu wyjścia, do którego przyłożone jest wysokie napięcie wytworzone w uzwojeniu wtórnym cewki zapłonowej. Tutaj nie jest to gniazdo służące do podłączenia przewodu zapłonowego tylko przyłącze z elementem sprężystym (sprężyna spiralna) zapewniającym dobry kontakt elektryczny z końcówką świecy zapłonowej połączonej z elektrodą centralną. Następny moduł informacji dotyczy parametrów uzwojenia wtórnego, a ściślej rezystancji. W tym przypadku nie ma żadnej wartości. Oznacza to, że nie jest możliwy bezpośredni pomiar rezystancji uzwojenia wtórnego. Dodatkowa informacja znajduje się w ostatnim module, gdzie umieszczony jest symbol diody. Oznacza to, że w cewce zapłonowej znajduje się dioda wysokiego napięcia połączona z uzwojeniem wtórnym cewki zapłonowej.
Rysunek 216. Źródło: NGK
UKŁADY ZAPŁONOWE cewki OŁÓWKOWE
Zdjęcie 210. Źródło: cuccarogarage.com
Zdjęcie 212. Źródło: bimmerfest.com
Rysunek 217. Źródło: KW
Na rysunku 218 przedstawiono fragment schematu elektrycznego sterowania silnikiem z sześcioma cewkami zapłonowymi. Schemat ten dotyczy rzędowego sześciocylindrowego silnika, którego fragment wraz z cewkami zapłonowymi znajduje się na zdjęciach 210 i 211. Cewki zapłonowe oznaczone są T2.1, T2.2, T2.3, T2.4, T2.5, T2.6 (T2.x gdzie „x” oznacza numer cylindra).
Zdjęcie 211. Źródło: cuccarogarage.com
A1.1 to sterownik silnika, natomiast E1.1, E1.2, E1.3, E1.4, E1.5, E1.6 to świece zapłonowe cylindrów od 1 do 6 (E1.x, gdzie „x” oznacza numer cylindra). Na tym schemacie nie przedstawiono połączeń końców uzwojeń z wyprowadzeniami elektrycznymi cewek.
Rysunek 218. Źródło: Bosch
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
3
UKŁADY ZAPŁONOWE cewki OŁÓWKOWE
Nie ma tu dokładnej budowy wewnętrznej. Widać natomiast, że do wyprowadzeń oznaczonych numerem 3 podłączone jest zasilanie z dodatniego bieguna poprzez bezpiecznik F11.1 (bezpiecznik ten nie jest widoczny, ponieważ znajduje się w innej części schematu elektrycznego). Wyprowadzenia oznaczone numerem 2 poprzez przewody wiązki elektrycznej pojazdu połączone są z masą elektryczną, czyli ujemnym biegunem zasilania. Wyprowadzenia oznaczone numerem 1 połączone są indywidualnie z różnymi stykami złącza sterownika silnika. Dla cewki zapłonowej T2.1 (cewka pierwszego cylindra) jest to styk E-06 złącza sterownika silnika. Dla cewki zapłonowej T2.2 (cewka drugiego cylindra) jest to styk E-07 złącza sterownika silnika. Dla cewki zapłonowej T2.3 (cewka trzeciego cylindra) jest to styk E-04 złącza sterownika silnika. Dla cewki zapłonowej T2.4 (cewka czwartego cylindra) jest to styk E-08 złącza sterownika silnika. Dla cewki zapłonowej T2.5 (cewka piątego cylindra) jest to styk E-01 złącza sterownika silnika. Dla cewki zapłonowej T2.6 (cewka szóstego cylindra) jest to styk E-09 złącza sterownika silnika. Na liniach łączących wymienione tu styki złącza sterownika silnika ze stykami o numerze 1 poszczególnych cewek zapłonowych widoczne są strzałki skierowane w stronę cewek zapłonowych. Dodatkowo przy strzałkach tych znajdują się symbole „-”. Mamy więc tu sterowanie cewek zapłonowych ze strony sterownika silnika poprzez biegun ujemny Korzystając z informacji znajdujących się na schemacie elektrycznym z rysunku 218 oraz z informacji katalogowych (rysunek 217), można wysnuć wnioski, że jeden koniec uzwojenia pierwotnego każdej cewki zapłonowej połączony jest ze stykiem oznaczonym numerem 3 i poprzez instalację elektryczną pojazdu z dodatnim biegunem zasilania (zasilanie poprzez bezpiecznik F11.1 ”+” po włączeniu zapłonu – informacje te pochodzą z innej części schematu, która nie została tu zamieszczona). Na podstawie danych katalogowych wiemy, że możliwy jest bezpośredni pomiar rezystancji uzwojenia pierwotnego cewki, czyli oba końce tego uzwojenia połączone są ze stykami złącza cewki zapłonowej. W złączu mamy trzy styki. Styk numer 3 połączony jest z dodatnim biegunem zasilania, styk numer 2 połączony jest z elektryczną masą natomiast styk numer 1 połączony jest ze sterownikiem silnika. Jak wiemy podczas pracy cewki zapłonowej przez uzwojenie pierwotne musi okresowo płynąć prąd. Jest to możliwe, gdy jeden koniec połączymy z dodatnim biegunem zasilania, a drugi z ujemnym. Musimy więc mieć takie połączenie, gdzie jeden koniec uzwojenia cewki będzie na stałe połączony z dodatnim biegunem zasilania, a drugi koniec w odpowiednich momentach będzie łączony z oraz odłączany od ujemnego bieguna zasilania albo odwrotnie. W takim przypadku jeden koniec uzwojenia cewki będzie na stałe połączony z ujemnym biegunem zasilania, a drugi koniec w odpowiednich momentach będzie łączony z oraz odłączany od dodatniego bieguna zasilania.
4
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
Ponieważ po stronie dodatniego bieguna zasilania w tym przypadku elementem sterującym (umożliwiającym połączenie oraz rozłączenie) jest włącznik zapłonu, zatem na styku numer 3 złącza cewki zapłonowej nie może być sterowania pracą cewki zapłonowej. Styk numer 2 złącza cewki zapłonowej jest na stałe połączony z masą, czyli ujemnym biegunem zasilania. Wynika z tego, że na styku numer 2 też nie może być sterowania przepływem prądu i pracą cewki zapłonowej. Pozostaje styk numer 1, który jest połączony ze sterownikiem silnika. Gdyby na schemacie nie zaznaczono „-” ani „+”, to nie byłoby wiadomo, czy mamy sterowanie poprzez dodatni biegun zasilania czy przez ujemny. W takim przypadku potrzebne byłoby wykonanie pomiarów w pojeździe. Ponieważ mamy sterowanie cewką poprzez ujemny biegun zasilania, to wiemy, że styk numer 1 złącza cewki zapłonowej będzie okresowo łączony z ujemnym biegunem zasilania. Zatem jeden koniec uzwojenia pierwotnego będzie połączony ze stykiem numer 1 w złączu cewki zapłonowej, a drugi ze stykiem numer 3 (na podstawie danych katalogowych wiemy, że oba końce uzwojenia pierwotnego są bezpośrednio połączone ze stykami złącza cewki zapłonowej). W tym rozwiązaniu sterownik silnika realizuje podwójną funkcję jeśli chodzi o przepływ prądu przez cewki zapłonowe. Steruje on czasem załączania prądu cewki (prąd uzwojenia pierwotnego) i wyłączania oraz jest elementem zasilającym (prąd płynie bezpośrednio przez sterownik silnika). W złączu cewki zapłonowej jest jeszcze styk numer 2, który jak wynika z tych rozważań nie jest połączony z uzwojeniem pierwotnym cewki zapłonowej. Ponieważ po stronie pierwotnej nie ma żadnych elementów elektronicznych, zatem połączenie z masą (poprzez instalację elektryczną pojazdu) styku numer 2 nie jest potrzebne do obwodu pierwotnego. Potrzebne jest ono do uzwojenia wtórnego. Poza wyprowadzeniami z cewki zapłonowej oznaczonych na schemacie elektrycznym numerami 1, 2, 3 mamy jeszcze jedno wyprowadzenie bez oznaczenia. Jest to wyjście do świecy zapłonowej. Jak widać na schemacie każda świeca zapłonowa ma dwa wyprowadzenia. Jedno oczywiście jest do połączenia z wyjściem wysokiego napięcia z cewki zapłonowej, zaś drugie to połączenie z masą. Aby w obwodzie wtórnym mógł popłynąć prąd, drugi koniec cewki wysokiego napięcia musi być połączony z masą. Zatem dochodzimy do wniosku, że styk numer 2 złącza cewki zapłonowej połączony jest z końcem uzwojenia wtórnego cewki zapłonowej. W danych katalogowych na rysunku 217 styki złącza nie są ponumerowane, ale mamy przy nich symboliczne oznaczenia: „+”, „-”, „GND”. Patrząc na schemat elektryczny z rysunku 218, można powiązać oznaczenia liczbowe z tymi symbolami. Styk numer 1 ze schematu odpowiada stykowi na rysunku 217 oznaczonemu symbolem „-”, styk numer 2 odpowiada stykowi oznaczonemu symbolem „GND” na rysunku 217 zaś styk numer 3 ze schematu odpowiada stykowi oznaczonemu w danych katalogowych symbolem „+”.
UKŁADY ZAPŁONOWE cewki OŁÓWKOWE
Zdjęcie 213. Źródło: Motointegrator
Przedstawione tu rozważania przeprowadzono na podstawie informacji dostępnych w danych katalogowych oraz wykorzystanego tu schematu elektrycznego i mają charakter poglądowy. Na zdjęciu 213 przedstawiono cewkę zapłonową o podobnej budowie, ale z dwoma stykami w złączu służącym do podłączenia do instalacji elektrycznej pojazdu. Dane katalogowe takiej cewki zapłonowej przedstawiono na rysunku 219 natomiast schemat elektryczny podłączenia takich cewek znajduje się na rysunku 220 (jest to fragment schematu elektrycznego układu sterowania silnikiem). Jak widać, w takiej cewce zapłonowej nie ma żadnych elementów elektronicznych. Końce uzwojenia pierwotnego połączone są ze stykami złącza cewki zapłonowej. Dzięki temu możliwy jest bezpośredni pomiar rezystancji. Jeden koniec uzwojenia wtórnego cewki zapłonowej połączony jest ze stykiem złącza cewki oraz z jednym z końców uzwojenia pierwotnego (połączonego z tym samym stykiem złącza), zaś drugi koniec uzwojenia wtórnego połączony jest ze sprężystym wyprowadzeniem wysokiego napięcia służącym do połączenia z elektrodą centralną świecy zapłonowej. Dzięki temu, że końce uzwojenia wtórnego połączone są bezpośrednio z wyprowadzeniami elektrycznymi cewki zapłonowej w prosty sposób można dokonać pomiaru rezystancji tego uzwojenia. Ciekawostką w tym przypadku jest szeregowe połączenie uzwojeń pierwotnych cewek zapłonowych. Jak widać na schemacie, połączone są ze sobą cewki zapłonowe drugiego (T1.2) i trzeciego cylindra (T1.3) oraz cewki zapłonowe pierwszego (T1.1) i czwartego cylindra (T1.4).
Zasilanie z dodatniego bieguna jest poprzez przekaźnik oznaczony K1.2 znajdujący się na innym fragmencie schematu (na linii odniesienia 25), stąd mamy tu zakończenie linii zasilania elementem opisanym oznaczeniami 25/K1.2. Układ dwóch cewek zapłonowych z połączonymi szeregowo uzwojeniami pierwotnymi jest swego rodzaju odpowiednikiem dwuwyjściowych cewek zapłonowych, gdzie mieliśmy jedno uzwojenie pierwotne i jedno uzwojenie wtórne, ale każdy z końców uzwojenia wtórnego połączony był z elektrodą centralną świecy zapłonowej odpowiednio drugiego i trzeciego cylindra albo pierwszego i czwartego cylindra dla rzędowego czterosuwowego czterocylindrowego silnika o kolejności zapłonu 1-3-4-2 (przedstawione to zostało w części 6 o układach zapłonowych). Był to układ z tzw. iskrą traconą, ponieważ jedna cewka zapłonowa obsługiwała dwa cylindry, w których suwy pracy były w różnym czasie (przesunięcie kątowe o 360°obrotu wału korbowego). Zapłon od iskry na elektrodach świecy zapłonowej następował w końcowej fazie suwu sprężania. Gdy w jednym z cylindrów obsługiwanych przez cewkę dwuwyjściową, np. dla cylindrów 1 i 4, w cylindrze 1 był suw sprężania, to w cylindrze 4 był suw wydechu oraz analogicznie, gdy w cylindrze 4 był suw sprężania, to w tym samym czasie w cylindrze 1 był suw wydechu. Tak samo jest w przypadku cylindrów 2 i 3. Oczywiście iskra w suwie wydechu jest zupełnie zbędna jeśli chodzi o pracę silnika, ale w takim rozwiązaniu musi występować, bowiem jest w tym samym czasie co iskra na świecy cylindra, w którym musi nastąpić zapłon (świeca podłączona do drugiego wyprowadzenia wysokiego napięcia tego samego uzwojenia wtórnego cewki zapłonowej). W rozwiązaniu przedstawionym na rysunku 220 wprawdzie mamy oddzielne pojedyncze cewki zapłonowe dla każdego cylindra i każde z uzwojeń wtórnych jest podłączone tylko do jednej świecy zapłonowej, ale mamy szeregowe połączenia uzwojeń pierwotnych. Oznacza to, że gdy płynie prąd przez uzwojenie pierwotne cewki 1 cylindra, płynie także przez uzwojenie pierwotne 4 cylindra. Analogicznie jest w przypadku cewek zapłonowych 2 i 3 cylindra. Przerwanie przepływu prądu przez uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej w wyniku samoindukcji i transformowania na stronę wtórną spowoduje powstanie wysokiego napięcia na wyjściu cewki zapłonowej. Ponieważ uzwojenia pierwotne dwóch cewek zapłonowych są połączone szeregowo, to przerwanie przepływu prądu w obwodzie pierwotnym spowoduje powstanie wysokiego napięcia na wyjściach uzwojeń wtórnych dwóch cewek zapłonowych w tym samym czasie. Zatem iskra pojawi się w tym samym czasie na świecach zapłonowych dwóch cylindrów. Funkcjonalnie mamy więc taką samą sytuację jak w przypadku cewek dwuwyjściowych. Dlatego też dla czterocylindrowego czterosuwowego silnika rzędowego o kolejności zapłonu 1-3-4-2 razem muszą pracować cewki zapłonowe 1 i 4 cylindra oraz 2 i 3 cylindra.
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
5
UKŁADY ZAPŁONOWE cewki OŁÓWKOWE
Zgodnie z przedstawionym schematem elektrycznym cewki zapłonowe (uzwojenia pierwotne) zasilane są na stałe po włączeniu zapłonu, natomiast przepływ prądu sterowany jest przez sterownik silnika, który jest jednocześnie elementem wykonawczym (prąd cewek płynie bezpośrednio przez sterownik silnika). Okresowe połączenie obwodu pierwotnego z ujemnym biegunem zasilania dla cewek zapłonowych 1 i 4 cylindra realizowane jest przez sterownik silnika na wyprowadzeniu numer 32 złącza, natomiast dla cewek zapłonowych 2 i 3 cylindra realizowane jest przez sterownik silnika na wyprowadzeniu numer 1 tego złącza.
Rysunek 219. Źródło: KW
Na zdjęciu 214 mamy również przykład cewki ołówkowej ze złączem o dwóch stykach. W tym przypadku, jak widać to na schemacie elektrycznym (rysunek 222), każda cewka zapłonowa jest sterowana indywidualnie, a nie jak w poprzednim przykładzie, gdzie cewki były sterowane i zasilane grupowo. Styki złączy oznaczone numerem 2 wszystkich cewek zapłonowych poprzez instalację elektryczną (w tym
Rysunek 220. Źródło: Bosch
6
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
między innymi przez bezpiecznik oznaczony jako F4.30 oraz włącznik zapłonu oznaczony na schemacie jako E23, który znajduje się w innej, niezamieszczonej tu części schematu sterowania silnikiem) są podłączone do dodatniego bieguna zasilania. Prąd uzwojenia pierwotnego każdej cewki płynie, gdy odpowiedni styk złącza sterownika silnika zostanie połączony przez sterownik silnika z ujemnym biegunem zasilania. Na schemacie elektrycznym linie łączące cewki ze sterownikiem silnika oznaczone są strzałkami informującymi, że jest to sygnał wyjściowy ze sterownika. Dodatkowo jest tam umieszczona informacja dotycząca potencjału elektrycznego na tych wyjściach ze sterownika. Styk złącza cewki zapłonowej pierwszego cylindra (cewka oznaczona jako T1.1) oznaczony numerem 1 połączony jest ze stykiem numer 1 złącza sterownika silnika. Styk złącza cewki zapłonowej drugiego cylindra (cewka oznaczona jako T1.2) oznaczony numerem 1 połączony jest ze stykiem numer 29 złącza sterownika silnika. Styk złącza cewki zapłonowej trzeciego cylindra (cewka oznaczona jako T1.3) oznaczony numerem 1 połączony jest ze stykiem numer 3 złącza sterownika silnika. Styk złącza cewki zapłonowej czwartego cylindra (cewka oznaczona jako T1.4) oznaczony numerem 1 połączony jest ze stykiem numer 7 złącza sterownika silnika. Wyjścia wysokiego napięcia z cewek zapłonowych nie mają oznaczeń liczbowych na tym schemacie elektrycznym.
UKŁADY ZAPŁONOWE cewki OŁÓWKOWE
W odróżnieniu od poprzedniego schematu nie mamy tu dokładnego rozrysowania układu połączeń wyprowadzeń uzwojeń pierwotnego i wtórnego. Znajduje się tu tylko symboliczna grafika informująca o tym, że mamy do czynienia z transformatorem. Korzystając z danych katalogowych widocznych na rysunku 221, gdzie mamy podane konkretne wartości rezystancji uzwojenia pierwotnego oraz wtórnego, możemy wywnioskować, że skoro istnieje możliwość bezpośredniego pomiaru rezystancji uzwojeń cewki zapłonowej, to końce uzwojeń są połączone z dostępnymi wyprowadzeniami elektrycznymi. Jak wiadomo, mamy jedno wyjście wysokiego napięcia oraz dwa styki złącza służącego do podłączenia do instalacji elektrycznej pojazdu. Jest to więc analogiczna sytuacja, jak w przypadku cewki ze zdjęcia 213. Można zatem przypuszczać, że będziemy mieli do czynienia z takim samym układem połączeń uzwojeń i wyprowadzeń. Aby się o tym przekonać, należy jednak wykonać pomiary.
Zdjęcie 214. Źródło: Motointegrator
Rysunek 221. Źródło: KW
Rysunek 222. Źródło: Bosch
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
7
UKŁADY ZAPŁONOWE
Transformatorowe cewki zapłonowe montowane nad świecami zapłonowymi
Transformatorowe cewki zapłonowe montowane nad świecami zapłonowymi Na zdjęciu 215 przedstawiono nieco inne rozwiązanie cewek zapłonowych montowanych bezpośrednio nad świecami zapłonowymi. W tym przypadku uzwojenia cewki zapłonowe oraz ferromagnetyczny rdzeń znajdują się w górnej części elementu. Jak widać na zdjęciu, rdzeń jest tu elementem konstrukcyjnym, który służy także do mocowania cewek w głowicy silnika. Na zdjęciu 216 przedstawiono widok głowicy silnika po wymontowaniu cewki zapłonowej pierwszego cylindra. W głębi okrągłego otworu widoczna jest końcówka świecy zapłonowej stanowiąca wyprowadzenie elektrody środkowej. W tym przypadku jest to złącze typu SAE. Na górze, w miejscu osadzenia cewki zapłonowej znajdują się dwa gwintowane trzpienie (umieszczone po przeciwległych stronach otworu) służące do mocowania cewki zapłonowej. Cewkę zapłonową tego typu przedstawiono na zdjęciu 217. W tym przypadku metalowy rdzeń transformatora jest osłonięty od góry oraz z boku plastikową pokrywą. Złącze elektryczne cewki zapłonowej widoczne jest na zdjęciu 218. Znajdują się w nim trzy płaskie styki służące do połączenia z instalacją elektryczną pojazdu. Na zdjęciach 217 i 218 widoczna jest też metalowa klamra, która jest blokowana po wpięciu wtyczki, co zabezpiecza wtyczkę przed przypadkowym poluzowaniem i wysunięciem podczas eksploatacji pojazdu.
Zdjęcie 215. Źródło: m3forum.net
Zdjęcie 216. Źródło: pelicanparts.com
8
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
UKŁADY ZAPŁONOWE
Transformatorowe cewki zapłonowe montowane nad świecami zapłonowymi
Zdjęcie 217. Źródło: Motointegrator
Zdjęcie 218. Źródło: Delphi
Rysunek 223. Źródło: Bosch
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
9
UKŁADY ZAPŁONOWE
Transformatorowe cewki zapłonowe montowane nad świecami zapłonowymi
Rysunek 224. Źródło: Bosch
Na rysunkach 223 oraz 224 przedstawiono dwa przykładowe schematy elektryczne podłączenia cewek zapłonowych tego typu (w tym przypadku dla silników czterocylindrowych). Dotyczą one cewek z trzystykowymi złączami, takich jak na zdjęciach 215 i 217. Na pierwszym schemacie widoczna jest konfiguracja połączeń uzwojeń pierwotnych oraz wtórnych. Uzwojenia pierwotne mają wspólne zasilanie z obwodu zabezpieczonego bezpiecznikiem F5 poprzez styki przekaźnika K2. Pozostałe końce uzwojeń pierwotnych są połączone indywidualnie z odpowiednimi wyprowadzeniami modułu zapłonowego A1. W tym przypadku wyprowadzenie numer 1 w złączu modułu połączone jest z uzwojeniem pierwotnym cewki zapłonowej pierwszego cylindra. Wyprowadzenie numer 2 połączone jest z uzwojeniem cewki zapłonowej drugiego cylindra, numer 3 z uzwojeniem cewki zapłonowej cylindra trzeciego, zaś wyprowadzenie numer 4 połączone jest z uzwojeniem pierwotnym cewki zapłonowej cylindra czwartego. Poprzez drugie złącze moduł zapłonowy połączony jest ze sterownikiem silnika X11 (styki 1, 2 , 4 i 5) oraz poprzez styk 3 z masą elektryczną (na schemacie linia 31). Uzwojenia wtórne cewek zapłonowych mają wspólne połączenie z masą. Drugie z wyprowadzeń uzwojenia wtórnego dla każdej cewki stanowi indywidualne wyprowadzenie połączone ze świecą zapłonową odpowiedniego cylindra.
10
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
Na drugim schemacie mamy podobną konfigurację. Wyprowadzenia uzwojeń pierwotnych cewek zapłonowych oznaczonych numerem 15 połączone są ze sobą oraz z zasilaniem (zacisk 15 - zasilanie po włączeniu zapłonu) poprzez bezpiecznik F3. Drugie końce uzwojeń pierwotnych oznaczone zgodnie z ogólnie przyjętą zasadą jako 1 (koniec uzwojenia pierwotnego łączony z ujemnym biegunem zasilania) są indywidualnie połączone z wyprowadzeniami modułu zapłonowego A1. Dla cewki zapłonowej T1 jest to styk numer 1 czterostykowego złącza oznaczony jako 4/1. Dla cewki zapłonowej T2 jest to styk 2 oznaczony na schemacie jako 4/2. Analogicznie dla cewki zapłonowej T3 jest to styk 4/3 złącza w module zapłonowym oraz styk 4/4 dla cewki zapłonowej T4. Drugie złącze modułu zapłonowego A1 jest pięciostykowe i służy do połączenia ze sterownikiem silnika X11. Styk 5/1 połączony jest z wyprowadzeniem 70 złącza sterownika silnika, styk 5/2 z wyprowadzeniem 78 złącza sterownika, styk 5/3 połączony jest z masą elektryczną, styk 5/4 połączony jest z wyprowadzeniem 77 złącza sterownika silnika, a styk 5/5 z wyprowadzeniem 71. Ten rodzaj opisów na schemacie styków złącz jako 4/x lub 5/x, gdzie „x” oznacza numer konkretnego styku złącza ma taką zaletę, że nawet jeśli nie wszystkie styki złącza byłyby na schemacie, to mamy jednoznaczną informację z ilostykowym złączem mamy do
UKŁADY ZAPŁONOWE
Transformatorowe cewki zapłonowe montowane nad świecami zapłonowymi
czynienia. Końce uzwojenia wtórnego oznaczane są na schematach elektrycznych jako 4 lub 4a, ewentualnie jako 4b (zależnie od funkcjonalności). W tym przypadku końce uzwojeń wtórnych oznaczone jako 4a są ze sobą połączone poprzez instalację elektryczną pojazdu i dodatkowo połączone są z masą elektryczną (na schemacie linia 31). Pozostałe końce uzwojeń wtórnych stanowią wyprowadzenia wysokiego napięcia łączone indywidualnie z odpowiednimi świecami zapłonowymi poszczególnych cylindrów. Na przedstawionych tu schematach elektrycznych cewki zapłonowe nie posiadają żadnych dodatkowych elementów elektronicznych, są tylko uzwojenia cewek. Budowę wewnętrzną takich cewek zapłonowych zaprezentowano na rysunku 225. Zasadniczym elementem jest transformator z rdzeniem płaszczowym wykonanym z cienkich blach ferromagnetycznych miękkich. Wokół kolumny wewnętrznej rdzenia transformatora na karkasie z materiału izolacyjnego nawinięte jest uzwojenie pierwotne (cewka pierwotna). Na zewnątrz uzwojenia pierwotnego znajduje się uzwojenie wtórne (cewka wtórna). Jak widać w przekroju, w celu zmniejszenia ryzyka przebicia elektrycznego izolacji drutu nawojowego pod wpływem wysokiego napięcia, karkas uzwojenia wtórnego wykonany z materiału izolacyjnego jest podzielony na sekcje. Między końcami uzwojeń każdej sekcji panuje znacznie niższe napięcie niż pomiędzy początkiem i końcem całego uzwojenia wtórnego. Wykonane w ten sposób uzwojenie wtórne stanowi układ większej ilości cewek połączonych szeregowo. Uzwojenia transformatora znajdują się w masie zalewowej i umieszczone są w obudowie cewki zapłonowej. Od spodu cewki zapłonowej znajduje się przyłącze wysokiego napięcia zakończone sprężynką zapewniającą dobry kontakt elektryczny z końcówką świecy zapłonowej (wyprowadzenie elektrody centralnej świecy zapłonowej). Przyłącze wysokiego napięcia umieszczone jest w elastycznej osłonie dobrze przylegającej do izolatora świecy zapłonowej po zamontowaniu cewki w głowicy silnika. W rozwiązaniu takim jak na rysunkach 223 i 224, gdzie końce uzwojeń pierwotnego i wtórnego nie są ze sobą na stałe połączone wewnątrz cewki zapłonowej, to trzy styki złącza oznaczone na rysunku 225 jako 1, 15 i 31 są połączone z uzwojeniami w ten sposób, że styki 1 i 15 połączone są z końcami uzwojenia pierwotnego (1 z jednym końcem, a 15 z drugim końcem), natomiast styk 31 połączony jest z jednym z końców uzwojenia wtórnego. Służy on do połączenia poprzez instalację elektryczną pojazdu końca uzwojenia wtórnego z masą elektryczną. Drugi koniec uzwojenia wtórnego połączony jest z przyłączem wysokiego napięcia, a po zamontowaniu cewki zapłonowej z elektrodą centralną świecy zapłonowej. Elektroda lub elektrody (zależnie od konstrukcji świecy zapłonowej) boczne świecy zapłonowej są umieszczone na metalowym korpusie świecy, zatem po zamontowa-
Rysunek 225. Źródło: NGK
niu świecy zapłonowej poprzez metalową głowicę silnika będą połączone z masą elektryczną. W ten sposób zostanie zamknięty obwód elektryczny. Na rysunku 226 przedstawiono przykładowe dane katalogowe dla cewki zapłonowej wyglądającej tak jak cewka na zdjęciu 217. W tym przypadku budowa wewnętrzna nieco się różni od przedstawionej na schematach elektrycznych z rysunków 223 i 224. Funkcjonalność styków w złączu elektrycznym cewki zapłonowej jest taka sama jak w poprzednim przypadku. Styk oznaczony w danych katalogowych symbolem „+” to styk oznaczony na schematach jako 15, styk środkowy w złączu oznaczony jako „GND” to styk oznaczony na schematach jako 31, natomiast styk złącza oznaczony w danych katalogowych jako „-” to styk oznaczony na schematach jako 1. Ponieważ końce uzwojeń cewki obwodu pierwotnego połączone są bezpośrednio ze stykami złącza, to możliwy jest pomiar rezystancji tego uzwojenia. Dlatego mamy tu podaną wartość rezystancji (w tym przypadku 0,41 Ω). Przedstawiony w danych katalogowych rodzaj złącza nie dotyczy końcówki służącej do połączenia ze świecą zapłonową, lecz jest to wyprowadzenie wysokiego napięcia z korpusu cewki zapłonowej. Wynika to z tego, że w cewce zapłonowej, której dotyczą te dane katalogowe, przyłącze wysokiego napięcia do świecy zapłonowej jest wymienne i producent oferuje do sprzedaży zarówno samą cewkę zapłonową, jak też cewkę zapłonową z łącznikiem pomiędzy cewką i świecą zapłonową.
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
11
UKŁADY ZAPŁONOWE
Transformatorowe cewki zapłonowe montowane nad świecami zapłonowymi
Na zdjęciu 219 przedstawiono przykład tego rodzaju łącznika. Na górze znajduje się zatrzask łączący z wyprowadzeniem wysokiego napięcia z cewki zapłonowej, natomiast na dole jest sprężysta końcówka służąca do połączenia ze świecą zapłonową. Następną informacją w danych katalogowych po typie złącza po stronie wysokiego napięcia jest wartość rezystancji uzwojenia wtórnego. W tym przypadku nie ma żadnej konkretnej wartości. Umieszczony obok symbol diody świadczy o tym, że w tej cewce zapłonowej znajduje się dioda wysokiego napięcia i nie jest możliwy bezpośredni pomiar rezystancji uzwojenia wtórnego cewki zapłonowej.
Styk złącza oznaczony literą C służy do podłączenia zasilania z dodatniego bieguna (+12V) zarówno dla uzwojenia pierwotnego cewki, jak też dla układu elektronicznego. Styk złącza oznaczony literą A służy do podłączenia sygnału sterującego (TRIGGER), który poprzez układ elektroniczny (IGNITOR) powoduje zamknięcie obwodu i przepływ prądu przez uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej (COIL PRIMARY) oraz rozwarcie obwodu i przerwanie przepływu prądu. Styk złącza oznaczony literą B służy do połączenia z masą (ujemnym biegunem zasilania) zarówno dla układu elektronicznego, jak też dla cewki obwodu pierwotnego oraz dla cewki obwodu wtórnego (COIL SECONDARY).
Na rysunku 227 przedstawiono schemat elektryczny cewki zapłonowej z trzema stykami złącza, ale w tym przypadku wewnątrz cewki zapłonowej znajduje się układ elektroniczny.
Na rysunku 228 przedstawiono nieco inną budowę cewki zapłonowej niż na rysunku 225. Wewnątrz cewki zapłonowej z rysunku 228 znajduje się płytka zintegrowana ze złączem elektrycznym cewki. W zależności od wykonania może ona służyć jedynie do połączenia końców uzwojeń pierwotnego i jednego
Rysunek 226. Źródło: KW
Zdjęcie 219. Źródło: KW
12
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
Rysunek 227. Źródło: rx8club.com
UKŁADY ZAPŁONOWE
Transformatorowe cewki zapłonowe montowane nad świecami zapłonowymi
z końców uzwojenia wtórnego ze stykami złącza cewki zapłonowej albo może na niej znajdować się układ elektroniczny umieszczony wewnątrz obudowy cewki zapłonowej. Inna jest też tutaj budowa transformatora. W tym rozwiązaniu znajduje się pojedynczy rdzeń ferromagnetyczny umieszczony wewnątrz uzwojeń transformatora, co przypomina cewkę kielichową. W przypadku rdzenia płaszczowego, jaki mamy np. na rysunku 225 oraz na zdjęciach 215 i 217, jest jedna kolumna umieszczona wewnątrz cewek oraz są dwie kolumny znajdujące się na zewnątrz cewek, dzięki którym strumień magnetyczny zamyka się w płaszczu ferromagnetycznym. Na zdjęciu 220 przedstawiono taką cewkę zapłonową w częściowym widoku z zewnątrz i częściowym widoku wnętrza dzięki czemu widoczna jest budowa cewki zapłonowej. Cechą charakterystyczną jest długie sprężyste wyprowadzenie wysokiego napięcia służące do połączenia z końcówką świecy zapłonowej. Na zdjęciu 221 przedstawiono nieco inne wykonanie cewki zapłonowej, w której transformator również jest umieszczony w górnej części korpusu. W tym przypadku płytka z układem elektronicznym znajduje się na górze, nad transformatorem.
Zdjęcie 220. Źródło: borgwarner.com
Rysunek 228. Źródło: borgwarner.com
Zdjęcie 221. Źródło: Delphi
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
13
UKŁADY ZAPŁONOWE
Cewki „stick coil” ze złączami czterostykowymi
Cewki „stick coil” ze złączami czterostykowymi Cewki zapłonowe „stick coil” to cewki, w których mamy cienki podłużny transformator umieszczony nad świecą zapłonową. Zasadniczo budowa wewnętrzna tego typu cewki jest zgodna z rysunkiem 216. Cewki zapłonowe ze zdjęć 222 i 223 nie różnią się, jeśli chodzi o konstrukcję transformatora od cewek przedstawionych np. na zdjęciach 209, 213, 214. W języku polskim takie cewki zapłonowe nazywane są ołówkowymi (ze względu na smukły podłużny kształt). Jak widać na zdjęciu 222 złącze elektryczne cewki zapłonowej ma cztery styki, co odróżnia to rozwiązanie od wcześniej omawianych cewek ołówkowych. Na rysunku 229 przedstawiono przykładowe dane katalogowe dla takiej cewki zapłonowej. Styki w złączu opisane są jako „GND”, „IN”, „GND” oraz „+”. W polu, gdzie podawana jest rezystancja uzwojenia pierwotnego, nie ma żadnych wartości liczbowych. Następna informacja to typ złącza wyprowadzenia wysokiego napięcia. Jest to okrągłe przyłącze typu SAE o średnicy 6,3 mm. W przypadku tej cewki zapłonowej nie ma też podanej wartości liczbowej rezystancji uzwojenia wtórnego. Ostatnia informacja to symbol diody. Jak do tej pory oznaczało to, że w obwodzie wtórnym cewki zapłonowej znajduje się dioda wysokiego napięcia, w wyniku czego nie był możliwy bezpośredni pomiar rezystancji tego uzwojenia. Tutaj również nie jest możliwy bezpośredni pomiar rezystancji uzwojenia pierwotnego. Przedstawiony w danych katalogowych symbol diody
Rysunek 229. Źródło: KW
14
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
(dotyczy to katalogów producenta, z którego danych tu korzystamy) ma szersze znaczenie. Symbolizuje on elementy elektroniczne wewnątrz cewki zapłonowej. W przypadku obwodu wtórnego zazwyczaj będzie to dioda wysokonapięciowa. W obwodzie pierwotnym najczęściej będzie to układ tranzystorowy.
Zdjęcie 222. Źródło: Motointegrator
UKŁADY ZAPŁONOWE
Cewki „stick coil” ze złączami czterostykowymi
Rysunek 230. Źródło: Bosch
Na rysunku 230 przedstawiono fragment schematu elektrycznego sterowania silnikiem, na którym widoczne jest podłączenie omawianych cewek zapłonowych. W tym przypadku są tu tylko trzy cewki zapłonowe, ponieważ schemat ten dotyczy sterownika silnika trzycylindrowego. Wyprowadzenia oznaczone numerem 1, wewnątrz cewek połączone są z końcami uzwojeń pierwotnych. Na zewnątrz, poprzez instalację elektryczną pojazdu połączone są z dodatnim biegunem zasilania poprzez styki przekaźnika K1.1 (element ten znajduje się w innej części schematu na wysokości linii odniesienia oznaczonej numerem 105). Zgodnie z tym schematem elektrycznym drugi koniec uzwojenia pierwotnego każdej cewki połączony jest z układem elektronicznym znajdującym się wewnątrz obudowy cewki zapłonowej. Układ elektroniczny w każdej cewce zapłonowej połączony jest także ze stykami złącza oznaczonymi numerami 2 oraz 3. Styki numer 2 wszystkich cewek są poprzez instalację elektryczną pojazdu połączone ze sobą, a także ze stykiem 120 złącza sterownika silnika. Zgodnie z informacją znajdującą się na schemacie elektrycznym styk numer 120 złącza sterownika silnika ma lub przyjmuje potencjał ujemny. Stan ten jest wspólny dla wszystkich cewek zapłonowych. Każdy ze styków oznaczonych w złączu numerem 3 jest poprzez instalację elektryczną pojazdu połączony indywidualnie ze stykiem złącza sterownika silnika. Dla cewki zapłonowej pierwszego cylindra (cewka T2.1) jest to styk numer 112 złącza sterownika silnika. Dla cewki zapłonowej drugiego cylindra (cewka T2.2) jest to styk numer 113 złącza sterownika silnika. Dla cewki zapłonowej trzeciego cylindra (cewka T2.3) jest to styk numer 100 sterownika silnika. Jeden koniec uzwojenia wtórnego w każdej cewce zapłonowej połączony jest z wyprowadzeniem wysokiego
napięcia i dalej z elektrodą centralną świecy zapłonowej (świece zapłonowe są tu oznaczone jako E1.1 dla pierwszego cylindra, E1.2 dla drugiego cylindra oraz E1.3 dla trzeciego cylindra). Drugi koniec uzwojenia wtórnego w każdej cewce zapłonowej jest poprzez diodę wysokonapięciową połączony ze stykiem numer 4 złącza cewki. Styki numer 4 złącza każdej cewki zapłonowej poprzez przewody instalacji elektrycznej pojazdu połączone są z masą elektryczną. W ten sposób jeden koniec uzwojenia wtórnego każdej cewki zapłonowej połączony jest z elektrodą centralną świecy zapłonowej odpowiedniego cylindra, natomiast drugi koniec uzwojenia wtórnego poprzez diodę blokującą jest połączony z masą elektryczną. Porównując oznaczenia wyprowadzeń złącz cewek zapłonowych z rysunków 229 i 230, można określić, że styk oznaczony „GND” znajdujący się na rysunku po lewej stronie to styk numer 4, czyli połączenie końca uzwojenia wtórnego poprzez diodę blokującą z masą elektryczną. Styk oznaczony „IN” to sygnał sterujący (indywidualny dla każdej cewki zapłonowej), jest to styk numer 3 na schemacie elektrycznym. Kolejny styk oznaczony jako „GND” na rysunku 229 to styk numer 2 na schemacie elektrycznym (rysunek 230). Ostatni styk w złączu oznaczony jako „+” to zasilanie z dodatniego bieguna, czyli styk oznaczony numerem 1 na schemacie elektrycznym. Na rysunku 231 przedstawiono fragment schematu elektrycznego dla takich samych cewek zapłonowych, ale pochodzący z innego źródła. W tym przypadku przy uzwojeniach wtórnych nie zaznaczono diod wysokonapięciowych. W odróżnieniu natomiast od poprzedniego schematu elektrycznego tu przewody instalacji elektrycznej przedstawione są w kolorystyce zgodnej z rzeczywistością.
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
15
UKŁADY ZAPŁONOWE
Cewki „stick coil” ze złączami czterostykowymi
Dodatkowo zastosowano literowe opisy kodów kolorów (informacja o kodach kolorów znajduje się w programie, z którego pochodzi schemat), co znacznie ułatwia pracę ze schematem. Tutaj zastosowano nieco inną symbolikę uzwojeń transformatorów oraz symbolikę układów elektronicznych, ale jest ona zgodna ze stosowaną na schematach elektrycznych w tym programie. Analogicznie tak jak poprzednio mamy tu oznaczone numerami od 1 do 4 styki złącz elektrycznych cewek zapłonowych. Numery styków złącza sterownika silnika połączonych przewodami instalacji elektrycznej ze stykami numer 3 złącz cewek zapłonowych są takie same, czyli 112, 113 i 100 ponieważ jest to taki sam układ sterowania silnika trzycylindrowego (oba schematy są dla takiego samego samochodu i silnika). Jak nieraz już to zaprezentowano schematy elektryczne pochodzące z różnych programów różnią się między sobą szczegółami,
a niekiedy także stosowaną symboliką, ale są pomocne przy diagnostyce i naprawie układów elektrycznych.
Na zdjęciu 223 przedstawiono cewkę zapłonową wyglądem bardzo przypominającą tę ze zdjęcia 222. Różnice w wyglądzie zewnętrznym naprawdę są niewielkie. Dane katalogowe dla cewki takiej jak na zdjęciu 223 znajdują się na rysunku 232. Porównując je z danymi katalogowymi z rysunku 229, nie widać różnic. Wynika to z podobieństwa budowy obydwu cewek oraz z faktu, że w obydwu przypadkach nie jest możliwy bezpośredni pomiar rezystancji ani uzwojenia pierwotnego, ani wtórnego. Wyjście wysokiego napięcia i przyłącze do świecy zapłonowej też jest tego samego typu. Cewki te jednak przeznaczone są do różnych samochodów i współpracują z różnymi układami sterowania silnika. Jest to kolejny przykład na to, że podobieństwo wyglądu nie może stanowić podstawy doboru części, zwłaszcza elektrycznych i elektronicznych. Podłączenie elektryczne cewek ze zdjęcia 223 przedstawiono na rysunku 233, gdzie znajduje się fragment schematu elektrycznego układu sterowania silnikiem. W tym przypadku jest to silnik czterocylindrowy. Styki numer 1 złączy Rysunek 231. wszystkich cewek zapłonowych są połączone Źródło: Autodata poprzez przewody instalacji elektrycznej pojazdu ze źródłem zasilania poprzez przekaźnik K1.1 znajdujący się w innej części schematu elektrycznego (przekaźnik znajduje się na linii odniesienia oznaczonej jako 21, natomiast ta część schematu obejmuje tylko elementy w zakresie linii odniesienia od 145 do 168). Jeśli chodzi o styki złączy cewek zapłonowych oznaczone jako 2 i 4, to w przypadku każdej cewki są one połączone ze sobą poprzez instalację elektryczną pojazdu oraz dodatkowo połączone są z masą elektryczną pojazdu (na schemacie linia pozioma oznaczona jako 31), czyli ujemnym biegunem zasilania odbiorników elektrycznych. Wyprowadzenia ze złączy cewek zapłonowych oznaczonych jako 3 są indywidualnie (każde osobno) połączone przewodami instalacji elektrycznej z odpowiednimi stykami złącza sterownika silnika. W tym przypadku dla cewki pierwszego cylindra (cewka T2.1) jest to styk numer 21 złącza B sterownika silnika (na schemacie oznaczony jako B-21). Styk numer 3 cewki zapłonowej drugiego cylindra (cewka T2.2) połączony jest ze stykiem 14 w złączu B sterownika silnika (na schemacie oznaczonym jako B-14). Dla styku numer 3 cewki zapłonowej trzeciego cylindra (cewka T2.3) jest to styk 22 złącza B sterownika silnika (na schemacie oznaczony jako B-22) natomiast dla cewki zapłonowej czwartego
16
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
UKŁADY ZAPŁONOWE
Cewki „stick coil” ze złączami czterostykowymi
cylindra (cewka T2.4) będzie to połączenie ze stykiem numer 13 złącza B sterownika silnika (oznaczonym na schemacie jako B-13). Zgodnie z oznaczeniem na schemacie elektrycznym (rysunek 233) styki 13, 14, 21, 22 złącza B sterownika silnika pełnią funkcje wyjść. Zatem styki numer 3 w złączach cewek zapłonowych pełnią rolę wejść. Jest to zbieżne z oznaczeniem tych styków symbolem „IN” w danych katalogowych. Dodatkową informacją na schemacie jest też umieszczenie znaku „-” przy strzałkach kierunkowych na liniach łączących styki złączy cewek ze stykami złącza sterownika silnika określających, że wspomniane styki 13, 14, 21 i 22 pełnią funkcje wyjść ze sterownika silnika. Znaki „-” oznaczają, że sterowanie odbywa się poprzez ujemny potencjał (tzw. sterowanie masą). W tym przypadku styki numer 2 oraz 4 złączy cewek zapłonowych są na stale połączone z masa elektryczną. Na schemacie z rysunku 233 świece zapłonowe oznaczone są analogicznie jak na schemacie z rysunku 230, czyli E1.x, gdzie x oznacza numer cylindra i przybiera odpowiednio wartość 1, 2, 3, 4 (silnik czterocylindrowy) lub wartość 1, 2, 3 (silnik trzycylindrowy), ale są inaczej reprezentowane graficznie. Niezależnie od tego każda świeca zapłonowa ma połączenie z masą elektryczną oraz z wyprowadzeniem wysokiego napięcia z odpowiedniej cewki zapłonowej. Na rysunku 233 wyprowadzenia wysokiego napięcia z cewek zapłonowych nie mają oznaczeń liczbowych, ponieważ nie znajdują się one w złączach przyłączeniowych do instalacji elektrycznej gdzie mamy ponumerowane wyprowadzenia od 1 do 4. Na tym rysunku nie ma też rozrysowania połączeń cewek
pierwotnych ani wtórnych, z czym mieliśmy do czynienia w przypadku schematu z rysunku 230. Jest tu zatem znacznie mniej informacji. Mamy jedynie symbolicznie zaznaczone, że w cewkach zapłonowych (T2.1, T2.2, T2.3, T2.4) znajdują się transformatory.
Zdjęcie 223. Źródło: Motointegrator
Rysunek 232. Źródło: KW
Rysunek 233. Źródło: Bosch
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
17
UKŁADY ZAPŁONOWE
Cewki „stick coil” ze złączami czterostykowymi
Na rysunku 234 przedstawiono schemat elektryczny cewki zapłonowej (budowę wewnętrzną) podobny do schematu z rysunku 227. W tym przypadku mamy złącze elektryczne o czterech stykach. Styk oznaczony literą D (COIL POWER) to zasilanie z dodatniego bieguna zarówno uzwojenia pierwotnego cewki (Coil Primary), jak też układu elektronicznego (Igniter). Styk oznaczony literą C (COIL TRIGGER) to wejście sygnału sterującego przepływem prądu przez cewkę pierwotną za pomocą układu elektronicznego (Igniter), który jest układem wykonawczym zamykającym obwód do masy, dzięki czemu przez uzwojenie pierwotne płynie prąd. Brak sygnału sterującego na wejściu C (COIL TRIGGER) spowoduje odcięcie przepływu prądu przez uzwojenie pierwotne w wyniku braku połączenia drugiego końca uzwojenia pierwotnego z masą za pomocą układu elektronicznego (Igniter). Styk oznaczony literą B to połączenie z masą elektryczną dla układu elektronicznego (na schemacie połączenie to opisano jako PCM GROUND). Styk oznaczony literą A to połączenie z masą elektryczną dla końca uzwojenia wtórnego (cewka wtórna opisana jest jako Coil Secondary) oraz dla uzwojenia pierwotnego (przez układ elektroniczny). Drugi koniec uzwojenia wtórnego opisany jest jako Spark Plug i jest to wyjście służące do połączenia ze świecą zapłonową (elektrodą centralną świecy zapłonowej). Główna różnica w tych dwóch rozwiązaniach polega na tym, że w pierwszym przypadku połączenie z masą elektryczną dla układu elektronicznego oraz cewek jest wspólne natomiast w drugim przypadku układ elektroniczny ma odrębne połączenie z masą elektryczną. Patrząc na połączenia na schemacie z rysunku 233, pomimo iż cewki zapłonowe mają cztery
Rysunek 234. Źródło: forums.vwvortex.com
styki w złączu, to połączenie ze sobą dwóch styków jednej cewki (dalej połączenie z masą) powoduje, że funkcjonalnie odpowiadają one cewkom ze złączami trzystykowymi.
Układy cewek - przykłady Na rysunkach 235 oraz 236 przedstawiono przykład rozwiązania, w którym zastosowano cewkę zapłonową z dwoma uzwojeniami pierwotnymi i jednym uzwojeniem wtórnym, gdzie cewka zapłonowa obsługuje cztery świece zapłonowe silnika czterocylindrowego. Uzwojenia pierwotne mają jedno wspólne wyprowadzenie, do którego podłączony jest dodatni biegun zasilania (przyłącze oznaczone 15). Przepływ prądu w obwodzie uzwojenia pierwotnego zaznaczono na rysunkach kolorem czerwonym natomiast przepływ prądu w obwodzie wtórnym zaznaczono kolorem żółtym. Gdy tranzystor T2 (końcówka mocy układu zasilania uzwojenia pierwotnego) zostanie wysterowany (sterujący prąd bazy tranzystora zaznaczono na rysunku kolorem zielonym), to od dodatniego bieguna zasilania przez uzwojenie pierwotne znajdujące się niżej na rysunku oraz tranzystor (od kolektora do emitera) zacznie płynąć prąd do ujemnego
18
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
bieguna zasilania (przyłącze 31, czyli masa elektryczna). Polaryzacja będzie taka, jak zaznaczono to na rysunku („+” od strony przyłącza 15 i „-” od strony przyłącza 1b). Gdy tranzystor T2 zostanie zablokowany (sterowanie prądem bazy), to zostanie przerwany przepływ prądu przez dolne uzwojenie pierwotne. W wyniku samoindukcji oraz transformacji napięcia w uzwojeniu wtórnym pojawi się wysokie napięcie. Kierunek nawinięcia zwojów jest taki, że polaryzacja wysokiego napięcia będzie taka jak na rysunku 235, czyli koniec uzwojenia wtórnego znajdujący się wyżej na rysunku będzie miał wyższy potencjał (na rysunku zaznaczono to „+”) niż koniec uzwojenia wtórnego znajdujący się niżej na rysunku (zaznaczono to „-”). Do każdego końca uzwojenia wtórnego podłączone są po dwie diody wysokonapięciowe spolaryzowane przeciwsobnie. W takim układzie prąd w obwodzie wtórnym będzie płynął od wyższego potencjału, czyli końca
UKŁADY ZAPŁONOWE
Układy cewek - przykłady
Rysunek 235. Źródło: Hella
uzwojenia znajdującego się wyżej na rysunku poprzez diodę spolaryzowaną w kierunku przewodzenia, świecę zapłonową pierwszego cylindra (świeca oznaczona 1), przez masę (głowicę cylindra), a dalej przez świecę zapłonową czwartego cylindra (świeca oznaczona 4) i diodę połączoną z dolnym końcem uzwojenia wtórnego. Oczywiście prąd będzie płynął przez diodę spolaryzowaną w kierunku przewodzenia, czyli od wyższego potencjału do niższego. W sytuacji przedstawionej na rysunku 235 najniższy potencjał w obwodzie wtórnym będzie na końcu uzwojenia wtórnego oznaczonego „-”. Na rysunku 236 przedstawiono sytuację, gdy wysterowany jest tranzystor T1. Prąd płynie od dodatniego bieguna zasilania (od strony przyłącza 15) przez uzwojenie pierwotne znajdujące się na rysunku w górnej części, przez przyłącze 1a oraz przez tranzystor (od kolektora do emitera) do ujemnego bieguna zasilania (przyłącze 31, czyli masa elektryczna). Polaryzacja uzwojenia jest taka, jak zostało to zaznaczone na rysunku, czyli wyższy potencjał jest od strony przyłącza 15, natomiast niższy od strony przyłącza 1a (ze względu na spadek napięcia na przewodzącym tranzystorze potencjał ten jest nieco wyższy od potencjału masy). Analogicznie jak w poprzednim przypadku, gdy tranzystor zostanie zablokowany (teraz jest to tranzystor T1), to przerwany zostanie przepływ prądu przez uzwojenie pierwotne. W wyniku samoindukcji oraz transformacji napięcia w uzwojeniu wtórnym pojawi się wysokie napięcie. Kierunek nawinięcia zwojów cewki pierwotnej i wtórnej jest taki, że polaryzacja wysokiego napięcia będzie taka jak na rysunku 236, czyli koniec uzwojenia wtórnego znajdujący się niżej na rysunku
będzie miał wyższy potencjał (na rysunku zaznaczono to „+”) niż koniec uzwojenia wtórnego znajdujący się wyżej na rysunku (zaznaczono to „-”). Prąd w obwodzie wtórnym będzie płynął od wyższego potencjału, czyli od końca uzwojenia wtórnego oznaczonego „+” przez diodę wysokonapięciową spolaryzowaną w kierunku przewodzenia (dioda znajdująca się najniżej na rysunku), świecę zapłonową drugiego cylindra (na rysunku oznaczoną numerem 2), masę elektryczną, świecę zapłonową trzeciego cylindra (na rysunku oznaczoną numerem 3) oraz drugą diodę wysokonapięciową spolaryzowaną w tym obwodzie w kierunku przewodzenia (dioda znajdująca się najwyżej na rysunku) do końca uzwojenia wtórnego, które ma najniższy potencjał w tym obwodzie (na rysunku oznaczony symbolem „-”). Na rysunkach 235 i 236 przedstawiono rozwiązanie dla czterosuwowego czterocylindrowego silnika o kolejności zapłonu 1-3-4-2. Jak widać w tym rozwiązaniu iskra zapłonowa występuje w tym samym czasie na świecach 1 i 4 cylindra, gdy wykorzystywane jest uzwojenie pierwotne o zakończeniach oznaczonych 15 i 1b albo na świecach 2 i 3 cylindra, gdy wykorzystywane jest uzwojenie pierwotne o zakończeniach oznaczonych 15 i 1a. Pod względem funkcjonalnym jest to poznany już układ z iskrą traconą. W tym jednak przypadku mamy tylko jedno uzwojenie wtórne dla wszystkich czterech świec zapłonowych (dla czterech cylindrów). Podział uzyskano tu poprzez zmianę polaryzacji napięcia w uzwojeniu wtórnym (wykorzystanie dwóch oddzielnie sterowanych uzwojeń pierwotnych) i wykorzystanie odpowiednio spolaryzowanych diod wysokiego napięcia. Jak widać w tym przypadku diody wysokonapięciowe pełnią inną funkcję niż omawiane wcześniej blokowanie iskry aktywacji.
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
19
UKŁADY ZAPŁONOWE
Układy cewek - przykłady
Rysunek 236. Źródło: Hella
Na rysunkach 237 i 238 przedstawiono znane już rozwiązanie dla czterocylindrowego czterosuwowego silnika o kolejności zapłonu 1-3-4-2. Są tutaj dwie dwuwyjściowe cewki zapłonowe (cewki z dwoma wyjściami wysokiego napięcia), z których każda obsługuje dwa cylindry. Na rysunku 237 przedstawiono sytuację, gdy prąd płynie przez uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej znajdującej się po lewej stronie. Cewki zasilane są z akumulatora (dodatni biegun, czyli zacisk 30) poprzez włącznik zapłonu (zacisk 15, czyli „+” przez stacyjkę). Jak widać na rysunku 237 przy końcach uzwojeń pierwotnych obydwu cewek od strony zacisków 15 mamy znak „+”. Przepływ prądu w obwodzie pierwotnym zarówno na rysunku 237, jak też na rysunku 238 oznaczono kolorem czerwonym (od strony dodatniego bieguna akumulatora, natomiast od strony ujemnego bieguna i połączenia z masą oznaczono to kolorem brązowym). Na rysunku 237 przez uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej znajdującej się po prawej stronie prąd nie płynie (od strony końca uzwojenia połączonego z zaciskiem oznaczonym 1 nie ma połączenia z masą). Koniec uzwojenia pierwotnego tej cewki od strony zacisku oznaczonego 15 połączony jest jednak z dodatnim biegunem zasilania. Zatem gdybyśmy zmierzyli napięcie na zacisku 15 cewki zapłonowej znajdującej się na rysunku 237 po prawej stronie, to odpowiadałoby ono napięciu zasilania (takie samo napięcie jak na zacisku 15 cewki znajdującej się po lewej stronie).
20
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
Jeżeli koniec uzwojenia pierwotnego od strony zacisku 1 tej cewki nie będzie połączony z masą, to napięcie w tym punkcie będzie takie samo jak zmierzone na zacisku 15. Wynika to z tego, że przez uzwojenie cewki nie płynie prąd, więc nie ma żadnego spadku napięcia. Dlatego od strony zacisku 1 cewki znajdującej się po prawej stronie nie ma żadnego znaku. Uwzględniając przedstawione tu informacje można by umieścić znak „+”, ale bez tych wyjaśnień mogłoby to być mylące. Skupmy się jednak na przepływie prądu przez cewkę znajdującą się po lewej stronie. Element oznaczony na rysunku kolorem szarym odpowiada za sterowanie pracą cewek zapłonowych (załączanie i rozłączanie prądu uzwojeń pierwotnych). W praktyce jest to moduł zapłonowy lub sterownik silnika. Jeżeli zacisk numer 1 elementu sterującego zostanie połączony przez układ z masą, to przez uzwojenie pierwotne cewki znajdującej się po lewej stronie zacznie płynąć prąd. W wyniku przepływu prądu na cewce wystąpi spadek napięcia i na końcu od strony zacisku oznaczonego 1 potencjał będzie niższy od potencjału na końcu uzwojenia od strony zacisku 15. Symbolicznie mamy oznaczone to jako „+” i „-”. W praktyce napięcie zmierzone na zacisku 1 cewki zapłonowej podczas przepływu prądu nie będzie w stosunku do potencjału masy wynosić 0 V, ponieważ połączenie z masą realizowane jest poprzez elementy elektroniczne, na których chociaż stosunkowo niewielki, ale jednak występuje spadek napięcia. Podczas przepływu prądu o stałej wartości przez uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej, gdy nie będzie zmian strumienia magnetycznego, to przez uzwojenie wtórne nie będzie płynął prąd.
UKŁADY ZAPŁONOWE
Układy cewek - przykłady
Na rysunku, w uzwojeniu wtórnym odpowiadałoby to sytuacji jak dla cewki znajdującej się po prawej stronie. Przepływ prądu w obwodzie wtórnym zaznaczony kolorem żółtym nastąpi dopiero wtedy, gdy element sterujący odetnie przepływ prądu przez uzwojenie pierwotne i w wyniku samoindukcji oraz transformacji napięcia w uzwojeniu wtórnym pojawi się wysokie napięcie. W tym czasie obwód pierwotny nie powinien być już zaznaczony kolorem czerwonym. Na przedstawionych tu rysunkach dokonano pewnego uproszczenia zaznaczając jednocześnie przepływ prądu w obwodzie pierwotnym oraz wtórnym, ponieważ z założenia rysunki te nie miały przedstawiać kolejnych faz, załączania prądu w obwodzie pierwotnym, prądu ładowania cewki, odcinania prądu w obwodzie pierwotnym oraz zjawisk zachodzących w obwodzie wtórnym, tylko służyć ilustracji różnych rozwiązań. Kierunek nawinięcia uzwojeń pierwotnego i wtórnego w cewce zapłonowej jest taki, że polaryzacja wysokiego napięcia powstającego w wyniku samoindukcji i transformacji jest taka jak zaznaczono to na rysunkach. W tym przypadku na końcu od strony przyłącza 4a będzie wyższy potencjał, co zaznaczono znakiem „+”. Prąd popłynie przez przewód wysokiego napięcia i dalej przez świecę 4 cylindra, masę, świecę zapłonową 1 cylindra oraz przez przewód wysokiego napięcia do przyłącza 4b cewki zapłonowej.
Jest to znany nam obwód wysokiego napięcia dla cewki dwuwyjściowej. W tym przypadku w przedstawionych tu cewkach dwuwyjściowych zamontowane są diody wysokonapięciowe zatem prąd w obwodzie wtórnym od zacisku (przyłącza) 4b popłynie prze diodę spolaryzowaną w kierunku przewodzenia do drugiego końca uzwojenia wtórnego, który w tym momencie ma najniższy potencjał. Na rysunku 238 przedstawiono sytuację, gdy zacisk 2 układu sterującego zostanie połączony z masą i prąd popłynie przez uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej znajdującej się po prawej stronie. Wszystkie zjawiska będą przebiegać analogicznie jak w cewce znajdującej się po lewej stronie, co zostało omówione na bazie rysunku 237. Różnica polega tylko na tym, że w tym przypadku w obwodzie wtórnym prąd popłynie przez świece zapłonowe 2 i 3 cylindra, czyli iskra zapłonowa będzie na 2 i 3 świecy. Jest to zatem typowy układ zapłonowy czterocylindrowego czterosuwowego silnika o kolejności zapłonu 1-3-4-2 z cewkami dwuwyjściowymi, gdzie w tym samym czasie mamy iskrę na świecach 1 i 4 cylindra obsługiwanych przez jedną cewkę oraz na świecach 2 i 3 cylindra obsługiwanych prze drugą cewkę. Oczywiście cewki pierwsza i druga wysterowywane są przemiennie. W tym jednak przypadku cewki dwuwyjściowe wyposażone są w wysokonapięciowe diody, które dodatkowo zabezpieczają układ przed iskrą aktywacji.
Rysunek 237. Źródło: Hella
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
21
UKŁADY ZAPŁONOWE
Układy cewek - przykłady
Rysunek 238. Źródło: Hella
Na rysunkach 239, 240, 241, 242 przedstawiono schemat układu zapłonowego z czterema jednowyjściowymi cewkami zapłonowymi z zaznaczeniem przepływu prądu w obwodzie pierwotnym oraz wtórnym. Rysunki w kolejności przedstawiają przepływ prądu i powstanie iskry na świecy zapłonowej pierwszego, trzeciego, czwartego i drugiego cylindra. Jest więc to typowe rozwiązanie dla czterocylindrowego czterosuwowego silnika o kolejności zapłonu 1-3-4-2. Podobnie jak poprzednio kolorem szarym zaznaczono element odpowiedzialny za sterowanie pracą cewek zapłonowych (załączanie i rozłączanie prądu uzwojeń pierwotnych), czyli moduł zapłonowy lub sterownik silnika. Należy pamiętać o tym, co napisano wcześniej, że zaznaczenie na tym samym rysunku przepływu prądu w obwodzie pierwotnym oraz wtórnym jest pewnym uproszczeniem, ponieważ zjawiska te są przesunięte w czasie. Na rysunku 239 mamy przedstawione wysterowanie cewki pierwszego cylindra. Połączenie zacisku 1 układu sterującego z masą spowoduje przepływ prądu przez uzwojenie pierwotne (obwód od zasilania do sterownika zaznaczono kolorem czerwonym, przepływ prądu do masy zaznaczono kolorem brązowym). Po odcięciu prądu w wyniku samoindukcji i transformacji w uzwojeniu wtórnym cewki zapłonowej pierwszego cylindra powstanie wysokie napięcie. Przez diodę wysokonapięciową (spolaryzowaną w kierunku przewodzenia) umieszczoną w cewce zapłonowej z końca uzwojenia wtórnego popłynie prąd do świecy zapłonowej.
22
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
Dalej obwód zamyka się przez masę i płynie do drugiego końca uzwojenia wtórnego przez rezystor pomiarowy R M. Jak widać na rysunkach 240, 241, 242 dla pozostałych cewek zapłonowych przepływ prądu w obwodzie wtórnym będzie wyglądać analogicznie. W tym układzie rezystor pomiarowy R M jest wspólny dla wszystkich obwodów wtórnych. Końce uzwojeń wtórnych cewek zapłonowych oznaczone tu na schematach jako 4b poprzez instalację elektryczną są połączone ze sobą oraz z końcem rezystora pomiarowego RM. Dodatkowo ten koniec rezystora połączony jest ze sterownikiem (na rysunkach jest to przyłącze oznaczone w sterowniku jako M). Drugi koniec rezystora pomiarowego połączony jest z masą. Zastosowanie w układzie rezystora pomiarowego umożliwia sterownikowi bieżącą kontrolę układu zapłonowego i analizę przebiegów napięcia po stronie wtórnej. Tu, tak jak w omawianych wcześniej rozwiązaniach tego typu, cewki są sterowane indywidualnie. Końce uzwojeń pierwotnych oznaczone jako 1 połączone są odpowiednio ze złączami sterownika. Dla cewki zapłonowej pierwszego cylindra tu koniec ten połączony jest ze złączem oznaczonym 1, dla cewki drugiego cylindra koniec uzwojenia połączony jest ze złączem sterownika oznaczonym 2, koniec uzwojenia cewki trzeciego cylindra połączony jest ze złączem oznaczonym 3, zaś koniec uzwojenia cewki czwartego cylindra połączony jest ze złączem oznaczonym 4.
UKŁADY ZAPŁONOWE
Układy cewek - przykłady
Rysunek 239. Źródło: Hella
Rysunek 240. Źródło: Hella
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
23
UKŁADY ZAPŁONOWE
Układy cewek - przykłady
Rysunek 241. Źródło: Hella
Rysunek 242. Źródło: Hella
Przedstawione tu przykłady nie wyczerpują całości rozwiązań stosowanych w układach zapłonowych. Mogą jednak przybliżyć pewne zagadnienia związane z pracą układów zapłonowych oraz pomóc zrozumieć zjawiska, jakie tam zachodzą. Powinno to być pomocne przy diagnostyce. Należy jednak pamiętać o tym, że żaden układ zapłonowy w samochodzie nie funkcjonuje w oderwaniu od innych elementów i układów. Dlatego w przypadku wystąpienia nieprawidłowości w pracy silnika o zapłonie iskrowym, nie należy ograniczać się jedynie do sprawdzania układu zapłonowego, gdy objawy mogą wskazywać na ten układ, ale należy dokonywać kompleksowej analizy.
24
Dodatek techniczny WIADOMOŚCI
W przypadku występowania nieprawidłowości należy także odróżniać, co jest faktyczną tego przyczyną, a co jest skutkiem. Często bowiem np. uszkodzenia w układach zapłonowych są pochodną niesprawności innych układów lub są skutkiem błędów montażowych. Przykładem może być niewłaściwe połączenie elementów układu zapłonowego, np. przewodów zapłonowych, w wyniku czego powstają dodatkowe przerwy w torze wysokiego napięcia. Może to spowodować nadmierny wzrost napięcia szczytowego, czego skutkiem będą przebicie izolacji lub uszkodzenie polegające na wypaleniu poprzez prąd pełzających iskier.