Układ zapłonowy w kosiarkach, pilarkach i podobnych małych silnikach spalinowych jest kluczowy dla ich prawidłowego funkcjonowania. Opiera się on na współdziałaniu kilku elementów, które razem generują iskrę niezbędną do zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej.
Podstawy działania układu zapłonowego
Kluczowym elementem jest magnes (często neodymowy), zamocowany na obrotowym kole magnesowym, znanym również jako magneto. Obracający się magnes indukuje w cewce zapłonowej, posiadającej dużą liczbę zwojów, napięcie, które następnie generuje iskrę na świecy zapłonowej.
Rola i znaczenie odległości magneto od cewki
Kluczowa jest bardzo mała odległość między magnesem a rdzeniem cewki, która powinna wynosić około 0,3-0,5 mm. Taka precyzyjna odległość umożliwia powstanie wystarczająco wysokiego napięcia do wygenerowania iskry. Użytkownicy eksperymentujący z własnymi układami często wskazują, że trudne jest utrzymanie optymalnej odległości i stabilności układu, co wpływa na skuteczność zapłonu.
Funkcja niebieskiego kabelka w cewce
W prostych układach zapłonowych stosuje się jedną cewkę z odczepem do gaszenia. Niebieski kabelek to prawdopodobnie gaszenie, które służy do wyłączania zapłonu przez zwarcie do masy. Odbywa się to na zasadzie dotyku do masy (zwarcie). Gdy jest odłączony, układ nie zadziała.
Ewolucja i typy układów zapłonowych
W prostych zapłonach, szczególnie w kosach czy piłach, często nie ma żadnego przerywacza, a zastosowana jest jedna cewka z dużą ilością zwojów. W tych najprostszych zapłonach jest tylko cewka z odczepem do gaszenia.
Rozwiązania z przerywaczem magnetycznym
Przy dużej ilości zwojów możliwy jest inny system: z przerywaczem magnetycznym. Kiedy przerywacz jest zwarty, przez cewkę pierwotną płynie prąd, który przeciwdziała zmianom pola w rdzeniu. W chwili rozwarcia następuje bardzo szybka zmiana strumienia magnetycznego i napięcie na cewkach jest bardzo wysokie, co powoduje przeskok iskry na świecy.
Zapłony elektroniczne (tyrystorowe i tranzystorowe)
W bardziej zaawansowanych systemach obecne są dodatkowe elementy, takie jak przerywacz mechaniczny lub elektroniczny, kondensator, tyrystor lub tranzystor, które pozwalają na precyzyjne sterowanie momentem zapłonu i generowanie silniejszej iskry. Krzysztof Kamienski zauważa, że to właśnie te elementy sterują momentem powstania impulsu wysokiego napięcia w określonym położeniu magnesu koła względem cewki.
Schematy przedstawiają sytuację, gdzie mamy jeden główny rdzeń z obwodem magnetycznym i na wspólnej kolumnie uzwojenie pierwotne, wtórne wysokiego napięcia oraz oddzieloną na tej samej kolumnie cewkę wyzwalającą. Są to rozwiązania z tyrystorami oraz pojedynczym tranzystorem, sterowanym z uzwojenia wyzwalającego (elementy 34, 72).
Działanie cewki wyzwalającej
W rozwiązaniu z cewką na środkowej kolumnie, cewka nawinięta jest tak, aby jej napięcie wyprzedzało napięcie z głównej cewki (ma więcej uzwojeń). Na wirniku zamontowany jest magnes (element 46), a element 48 to biegunniki przedstawiające dwa różne bieguny. W cewce mamy trzy kolumny.
Strumień magnetyczny najpierw zamyka się przez kolumnę boczną 16 i środkową 17, a następnie 18 i 17, zmieniając kierunek strumienia. Ta zmiana indukuje napięcie w cewce głównej oraz wyzwalającej. Jest to dobrane tak, że przy każdym obrocie w tym samym punkcie, przy największym prądzie uzwojenia pierwotnego, następuje przerwanie przepływu prądu, co powoduje przeskok iskry.
Podczas obrotu koła z magnesem najpierw strumień narasta powoli, generując małe napięcia. Gdy następuje zmiana znaku strumienia, następuje generacja znacząco większych napięć w uzwojeniach.
Szczegółowe rozwiązania elektroniczne
- Z tyrystorem (Fig. 3): Nagła zmiana strumienia generuje w cewce 34 napięcie polaryzujące tranzystor 52, co pozwala na przepływ prądu uzwojenia pierwotnego. Cewka sterująca jest na wspólnym rdzeniu z cewką główną, ale bliżej wirnika. Powoduje to, że tranzystor jest załączany wcześniej, zanim napięcie w cewce głównej 30 osiągnie swoją maksymalną wartość, zapewniając największą moc. Napięcie narastające cewki głównej powoduje, że również narasta napięcie na pinie sterującym tyrystora. Załączenie tyrystora jest dobrane potencjometrem 62 tak, aby nastąpiło przed maksymalnym napięciem z cewki głównej. Załączenie tyrystora powoduje wyłączenie tranzystora 52 i przeskok iskry.
- Z kondensatorem (Fig. 4): Rozwiązanie jest analogiczne do Fig. 3, ale wyeliminowano tranzystor i dodano kondensator, aby szybko wyłączyć tranzystor.
- Z cewką sterującą na zewnętrznej kolumnie (Fig. 5): Kolejny obwód z pojedynczym tranzystorem ma cewkę sterującą przesuniętą na zewnętrzną kolumnę. Różnica polega na tym, że strumień magnetyczny w kolumnie 16 z cewką sterującą tym razem nie zmienia znaku gwałtownie, ale płynnie narasta i opada do zera. Napięcie jest dodatnie podczas narastania strumienia i ujemne podczas opadania. Moment wystąpienia ujemnego napięcia jest mniej więcej tym samym momentem zmiany strumienia, co w cewce głównej.
Rozwiązania w markowych silnikach
W niektórych markowych silnikach, np. Briggs & Stratton, stosuje się zapłon elektroniczny z wbudowanymi elementami półprzewodnikowymi. O ile tanie silniki mają stały kąt zapłonu, to w przypadku sprzętu markowego można spotkać takie ze zmiennym kątem zapłonu, zależnym od prędkości obrotowej. Wewnątrz zalewy izolacyjnej cewki zapłonowej znajduje się kondensator, tyrystor i ze dwie diody, oraz cewka inicjująca.
Eksperymentalne podejście do układu zapłonowego
Użytkownik, który znalazł starą cewkę i świecę (podejrzewając, że jest z piły lub kosiarki), postanowił zbudować własny układ do generowania iskry. Jego "magneto" zostało zbudowane z metalowego kółka ze "skrzydełkami" (magnesu) umieszczonego w wiertarce.
Wnioski z eksperymentu
Dyskusja podkreśla, że sam magnes i cewka bez odpowiedniego układu sterującego nie wygenerują iskry o wymaganej charakterystyce czasowej. W prostych silnikach dwusuwowych często eliminuje się przerywacz mechaniczny, polegając na odpowiednim ułożeniu magnesów i cewki oraz konstrukcji magneto. Wymagana jest prawidłowa polaryzacja i ułożenie biegunów magnesu względem cewki, aby zmiany strumienia magnetycznego były odpowiednio szybkie i silne.
W przypadku problemów z brakiem iskry, nawet słabej, po wymianie fajki na nową, trzeba szukać przyczyny w zapłonie. Przykładem jest cewka zalana żywicą, gdzie po wydłubaniu obudowy okazało się, że jest to produkcja Motoroli, oznaczona prawdopodobnie NL922. Jest tam mały walec wystający, który ewidentnie musi służyć do wyzwalania przeskoku iskry, oraz tranzystor.
Jak działa układ zapłonowy? Podstawowe informacje które pomogą Ci naprawić swój samochód.
Problemy z gaźnikiem
Poza problemami z zapłonem, w niektórych przypadkach, np. przy próbie odpalenia, paliwo cały czas przelewa się przez gaźnik, tak jakby pływak nie domykał zaworu iglicowego. Po rozebraniu komory pływakowej i wykręceniu zaworu, okazuje się, że zawór niby zamyka, ale ciężko chodzi i trzeba go mocno docisnąć.
Historyczne przykłady i kontekst
Silniki motocyklowe WFM, WSK, MZ, ETZ, Java miały przerywacze sterowane krzywką na wale korbowym. Być może udało się wyeliminować i ten element w nowszych konstrukcjach, zwłaszcza w lichejszych silnikach stosowanych w sprzętach ogrodniczych.
W kontekście historii maszyn rolniczych, autor wspomina o przyczepce produkcji węgierskiej (Mezögėp Bėkėcsaba, rok produkcji 1984, model P-400), która była niekompletna. Szukał informacji, z jakim sprzętem ten model był łączony oraz zdjęć, jak powinna wyglądać kompletna przyczepka.