Общо описание 
      Системата за запалване (англ. Ignition system) е предназначена за възпламеняване на сместа въздух-гориво в цилиндрите при бензиновите двигатели. Вторичната верига е високо волтова верига. Включва вторичната намотка на бобината за запалване и непосредствено свързаните с нея вериги (кабели, свещи и други елементи в зависимост от устройството на конкретната система).

Принцип на работа на вторичната запалителна верига
      Бобината е сърцето на запалителната система и енергията се натрупва в нейната първичната намотка. Когато тази намотка е свързана във веригата от +12V към маса, през нея започва да протича ток. В първия момент той е нула и постепенно започва да нараства докато достигне една установена стойност, над която не може да нарастне поради крайното активно съпротивление на намотката. След това колкото и време този ток да протича през бобината, натрупаната в нея енергия не нараства. При прекъсване на веригата от прекъсвача, бобината се старае да задържи посоката и силата на протичалия до този момент през нея ток. Поради тази причина в нея с много голяма скорост се генерира напрежение на самоиндукция което е с обратна полярност и със значително по-голяма стойност от първоначалното (не по-малко от 250V до около 400V). Това напрежение се прехвърля трансформаторно във вторичната намотка, и понеже тя има по-голям брой навивки, то се усилва допълнително до около 25kV. Напрежението от вторичната намотка на бобината се подава към свещта/свещите.

Запалителните ситеми се разделят на следните видове:

  • Дистрибуторна запалителна система
  • Директно запалване - Система на запалване, при която липсва механичен дистрибутор
  • Coil-on-Plug (COP) тип – отделна бобина на всеки цилиндър и бобината се намира в лулата върху свещта
  • Отделна бобина на всеки цилиндър, но с високоволтови кабели
  • DIS (Wasted Spark) запалване – една запалителна бобина обслужва два цилиндъра
Дистрибуторно запалване
    Тази система е от типа на контактните запалителни системи, които използват механичен прекъсвач. Прекъсвачът подава и прекъсва тока към първичната намотка на запалителната бобина. Контактите на прекъсвача се намират под дистрибуторната капачка. На подвижния контакт има пружина във вид на пластина, която постоянно притиска този контакт към неподвижния. Веригата се прекъсва за много кратък период от време, само когато идващата гърбица на приводния вал на дистрибутора натисне на чукчето на подвижния контакт. Паралелно на прекъсвача има включен кондензатор. Той защитава контактите на прекъсвача от прегаряне. В момента на отваряне на контактите на прекъсвача възниква високоволтова дъга, но по-голямата част от енергията и се замасява през кондензатора. Но това е само една от функциите на този кондензатор, другата му функция е, че когато контактите са напълно отворени той започва да се разрежда през първичната верига на запалването и този обратен ток намалява времето за пълното разсейване на магнитното поле на бобината. Обикновено прекъсвача е разположен в единно тяло заедно с разпределителя (дистрибуторната капачка). Накратко принципа и на работа е следният:
През ключа на запалването, +12V от акумулатора на колата се подава на първичната намотка на запалителната бобина. Прекъсвачът е свързан с коляновия вал, който посредством палец отваря и затваря контактите в нужните моменти. При затваряне на контактите започва протичане на електрически ток през първичната намотка на бобината към масата на автомобила. В резултат на което в първичната намотка на запалителната бобина се образува магнитно поле, в това поле се натрупва енергията нужна впоследствие за запалването. В момента на разделяне на контактите, протичащия през бобината ток се мъчи да запази посоката и силата си. Започва рязко повишаване на индуцираното във вторичната намотка напрежение, но с обратна полярност. В момента, който се достигне пробивното напрежение на свещите и разпределителя на високоволтовата енергия е превключил на нужната свещ, възниква искра и съответно протича ток във вторичната верига и бобината се разрежда. При такава запалителна система също има и механизми за корекция на предварениетто при подаването на искрата – центробежен и вакуумен регулатори. Центробежният регулатор е предназначен за коригиране на момента на възникване на искрата,в зависимост от скоростта на въртене на коляновия вал. Вакуумният регулатор е предназначен за коригиране на момента на възникване на искрата, в зависимост от натоварването на двигателя.

 

Директно запалване (DI)
При нея всяка бобина се управлява независимо от другите бобини и подава искра само на един цилиндър. Всяка свещ има своя собствена запалителна бобина. Освен това че отсъстват всякакви механични движещи се части, допълнително преимущество е и това че ако евентуално дефектира една бобина престава да работи само един цилиндър, а запалването като цяло остава работоспособно. Комутаторът (транзисторните ключове ) при такива запалвания може да е в отделен блок, но да не е обединен нито с ECM, нито с бобините, може да е обединен в един и същ блок с ECM, може транзисторните ключове да не са в отделен блок и да са отделни за всяка бобина и да не са обединени нито с ECM, нито с бобините, а при COP запалителните системи транзисторните ключове са обединени със запалителните бобини на съответстващите цилиндри. Всяка запалителна бобина за един работен цикъл на двигателя генерира само една запалителна искра. Поради тази причина при DI запалването задължително трябва да има синхронизация на работата на бобините с положението на разпределителния вал. При подаване на напрежение към първичната намотка през нея започва да тече ток, вследствие на който в сърцевината на бобината се появява нарастващо във времето магнитно поле. Поради това че то се променя в течение на времето (нараства докато достигне една установена стойност), във вторичната намотка на бобината се индуцира напрежение с положителна полярност. Понеже скоростта на нарастване на тока в първичната намотка не е много голяма, то и индуцираното напрежение във вторичната намотка е сравнително малко и е около 1 kV до 2 kV. Обаче при някоя ситуация все пак това напрежение може да предизивика искров разряд между електродите на запалителната свещ, в резултат на това ще се получи прекалено рано запалване на работната смес в цилиндъра. За да се предотврати това в корпуса на запалителната бобина има защитен диод, който е включен последователно на вторичната намотка. В момента, в който комутаторът прекъсне веригата през която протича тока през първичната намотка, магнитния поток рязко намалява. Това бързо изменение на потока предизвиква възникване на високо напрежение във вторичната намотка с обратна на първоначалната полярност. При някои условия стойността му може да достигне до около 40kV. Когато стойността на това напрежение достигне праговото напрежение на свещта, се получава пробив между електродите на свещта и съответно възниква искрата.

 

 DIS запалване
     Това е синхронна запалителна система с двуизводни запалителни бобини - една бобина на две свещи. В DIS запалванията възпламеняващата искра се подава едновремено на два цилиндъра, като вторият цилиндър е с разлика във фазата на газоразпределението спрямо първия на 360°, по положението на коляновия вал.При това крайният резултат е, че в единия цилиндър, който се намира в края на такта на нагнетяване, бобината изработва високо напрежение, което предизвиква генерацията на “работна искра”, а в другия цилиндър, който се управлява от същата бобина и се намира в такт на изпускане се генерира “непотребна искра”. Високото напрежение към запалителните свещи при тази двойка цилиндри се подава от двата противоположни края на вторичната намотка на една и съща бобина, вследствие на което полярността на образуваните искри на двете свещи е противоположна. Високото напрежение, което се получава върху вторичната намотка на запалителната бобина, се подава направо към всяка свещ. В едната от свещите искрата се появява на централния електрод на свеща и се прехвърля към страничния електрод, а в другата свещ, искрата се появява на страничния електрод и се прехвърля към централния. Стойността на пробивното напрежение, при което възниква искрата във всеки от двата синхронни цилиндъра, е различно. Величината му зависи от разстоянието между електродите на свещта и от налягането в цилиндъра. Ако разстоянието между електродите на свещите е еднакво, пробойното напрежение остава да зависи само от налягането във съответния цилиндър. Напрежението на искрата в цилиндъра, който се намира в такт на нагнетяване е по-високо от напрежението на искрата в цилиндъра, който се намира в такт на изпускане. Това е така понеже налягането в цилиндъра, който се намира в такт на изпускане, е приблизително като атмосферното. Запалителните бобини в DIS (DFS) запалителните системи конструктивно могат да се намират отделно от свещите и да са свързани с тях посредство високоволтови кабели, така също могат и да са поставени направо върху свещта. Но и при този случай отново се използват високоволтови кабели за да се прехвърли енергията към втория цилиндър, който се захранва от същата бобина. Условно такава система може да се нарече "DIS-COP".


Elements of the Secondary Ignition Pattern
     Тези параметри практически са еднакви при всички разновидности запалителни системи.

  • Ъгъл на затворено състояние на контактите-(англ. Dwell angle, също и dwell period)

Това е ъгълът, на който се превърта коляновия вал от момента на началото на натрупването на енергията в първичната намотка на запалителната бобина до момента на възникване на искрата в свещта. При запалителни системи с механичен прекъсвач, това са градусите, на които се завърта коляновият вал от момента на затваряне на контактите на прекъсвача до момента, в който те отново се отворят. При запалителни без механичен прекъсвач, това е времето през което ECU-то позволява на тока да протича през първичната намотка на запалителната бобина. Началото на протичане на тока се определя от момента на сработване/отпушване на силовия транзистор, а края на протичането на тока и съответно появяването на искрата се определя от момента на запушване на силовия транзистор.

  • Ъгъл на предварение- (англ. Advance angle)

Това е ъгълът, на който се превърта коляновият вал от момента на възникване на искрата до момента на достигане на съответния цилиндър на горна мъртва точка. Една от основните задачи на всяка система за запалване е да осигури оптималния ъгъл на изпреварване при възникване на искрата. За да се осигури максимална мощност, сместа трябва да се запали преди буталото, което се намира в такт на нагнетяване да достигне горна мъртва точка – за да може след достигане на горната мъртва газовете да имат максимално налягане и да извършат максимална полезна работа в хода на работния такт на буталото. Така също всяка запалителна система осигурява взаимовръзка между ъгъла на предварение на искрата, оборотите на двигателя и натоварването на двигателя. При появяване на искрата в момент, който не съотвесттва на оптималния ъгъл на изпреварване се влошават експлоатационните характеристики на двигателя и се увеличава консумацията на гориво. При по-високи обороти, скоростта на движението на буталата се увеличава, при това времето за изгаряне на сместа не се променя – затова искрата трябва да се появи по-рано. Следователно трябва да се увеличи предварението. При едни и същи обороти на коляновия вал, положението на дроселната клапа (педала на газта) може да е различно. Това означава, че в цилиндрите ще се образува смес с различен състав, а скоростта на изгаряне на сместа зависи от нейния състав. При напълно отворена дроселна клапа (напълно натиснат педал на газта) сместа изгаря по-бързо и трябва да се пали по-късно - следователно при увеличено натоварване на двигателя трябва да се намали предварението.И обратно, когато дроселната клапа е притворена, скороста на изгаряне на работната смес е по-малка, затова трябва да се увеличи предварението.

  • Пробивно напрежение

Напрежението във вторичната верига в момента на появяването на искрата. Фактически това е максималното напрежение във вторичната верига. То пряко зависи от разстоянието между електродите на свещите и състава на сместа в цилиндрите. Възниква в момента, в който се прекъсва протичането на тока през първичната намотка на запалителната бобина. Типична стойност на това напрежение е между 7 kV и 12 kV.

  • Напрежение при горенето на сместа

Напрежението във вторичната верига на запалването по време на горенето на искрата. Обикновено е в границите 1 kV-2 kV.

  • Време на горенето (англ. burn time)

Продължителността на периода на горенето на искрата. Нормално е в границите 1.5 mS до 2 mS. Всичките тези параметри са показани по-долу в диаграмата на запалването.

Фиг.1 Осцилограма на вторичното запалване

Процедура за проверка на вторичната запалителна система

— Измервания с омметър и волтметър —

  • Измерете съпротивлението на вторичната намотка на запалителната бобина с омметър. Нормално стойността трябва да бъде около 7000 ома.
  • Включете на контакт, но не палете двигателя.
  • Използвайте волтметър и проверете дали има захранване 12 волта между положителния извод на бобината (обикновено “2”) и шасито.

— Измервания с осцилоскоп —

За да извършите диагностика на вторичната верига на запалването, е нужно да наблюдавате осцилограмата на зареждането на бобината като защипете капацитивни сонди на високоволтовите кабели на всеки цилиндър. Вашият осцилоскоп трябва да бъде мотор тестер. Ако използвате обикновен лабораторен осцилоскоп, ще може да виждате осцилограмата само на един от цилиндрите едновременно.

Дистрибуторно запалване

  • Свържете капацитивна сонда към централния кабел на запалителната бобина възможно най-близо до нея.
  • Свържете индуктивна щипка за синхронизация по първи цилиндър към високоволтовия кабел на 1-ви цилиндър възможно най-близо до свещта. 
  • Запалете двигателя и го оставете да работи на празен ход.
  • Наблюдавайте осцилограмата и я сравнете с тази на фиг.2.

Нормално стойностите на параметрите на вторичното запалване са следните: 
- Пробивно напрежение - между 4 и 18 kV; 
- Напрежение по време на горенето на сместа - между 1 и 4 kV; 
- Време на горенето - 1-2 ms. 
Забележка: Посочените по-горе стойности се променят в зависимост от съотношението на сместа въздух/гориво в двигателя. 


Фиг.2

DIS запалване (Waste Spark)

За да извършите диагностика на DIS запалването, е нужно да наблюдавате осцилограмата на зареждането на бобината като защипете капацитивни сонди на високоволтовите кабели на всеки цилиндър. Вашият осцилоскоп трябва да бъде мотор тестер. Ако използвате обикновен лабораторен осцилоскоп, ще може да виждате осцилограмата само на един от цилиндрите едновременно.
  
Ако тествате DIS запалване и имате достъп до високоволтовите кабели, следвайте инструкциите във вашия осцилоскоп:

  • Свържете капацитивна сонда към високоволтовите кабели на всеки цилиндър и следвайте инструкциия във вашия осцилоскоп.
  • Запалете двигателя и го оставете да работи на празен ход.
  • Наблюдавайте осцилограмата и я сравнете с тази на фиг.3.

Нормално стойностите на параметрите на DIS запалването са следните: 
- Пробивно напрежение - между 10 и 15 kV; 
- Напрежение по време на горенето на сместа - между 1 и 2 kV; 
- Време на горенето - около 1,5 ms.


Фиг.3

Директно запалване
Ако тествате директно запалване и имате достъп до високоволтовите кабели, следвайте инструкциите във вашия осцилоскоп:

Основните тествани параметри при директното запалване са:

  • наличие на захлъхващи осцилации в края на процеса на горенето между електродите на свещта;
  • продължителността на натрупването на енергия в бобината (обикновено 1,5…5,0 mS в зависимост от вида на бобината);
  • време на горенето на искрата между електродите на свещта (обикновено 1,5…2,5 mS в зависимост от вида на бобината). Ако тествате COP система и нямате достъп до високоволтовите кабели, има два начина да тествате вторичната верига:
  • с датчик за COP запалителни системи


Фиг.4 Датчик за COP запалителни системи

COP датчика може да се използва като допълнителна сонда към всеки автомобилен осцилоскоп за тестване работоспособността на COP запалителните системи. С него се определя дали COP системата изработва нужните запалителни искри и тяхното времетраене. COP датчика преобразува индуцирания в него сигнал от високоволтовата верига на запалителната бобина в импулс на напрежение. На екрана на осцилоскопа се наблюдават импулси от индуцираното напрежение. Тези стойности са в пряка зависимост от образуваната волтова дъга на запалителната свещ. Поради голямото разнообразие между различните конструкции на запалителните бобини, трябва да се отбележи, че с него не могат да се определи точната стойност на напрежението, при което възниква запалителната искра но може да се направи сравнителен анализ между различните цилиндри, за да се определи на кой цилиндър има проблем.
С обикновен лабораторен осцилоскоп може да използвате само един COP датчик, за да тествате всеки цилиндър поотделно (един по един).
Ако искате да тествате всички жилиндри едновременно, трябва да разполагате с мотор тестер (осцилоскоп със специално функции). Освен това осцилоскопа трябва да има 4 канала.
Забележка: В този случай не може да използва обикновен лабораторен осцилоскоп!

  • Поставете COP датчик върху бобината на всеки от цилиндрите и го свържете към осцилоскопа според инструкциите.

Изхнодното напрежение на COP датчика е около 1-2 волта.

  • Запалете двигателя и го оставете да работи на празен ход.
  • Сравнете резултата с графиката на фиг.5.
    Забележка: Вторичното напрежение може да достигне 40000V!


Фиг.5

  • с универсални Coil-on-plug удължителни кабели


Фиг.6 Универсален Coil-on-plug удължителен високоволтов кабел

Универсалните Coil-on-plug удължителни кабели са проектирани за да улеснят извършването на дигностика там, където е ограничен или няма достъп до високоволтовите кабели на всеки от цилиндрите.

  • Свържете универсалните Coil-on-plug удължителни кабели между бобината и свещта на всеки от цилиндрите.
  • След това свържете капацитивна сонда към всеки от удължителните кабели.
  • Запалете двигателя и го оставете да работи на празен ход.
  • Сравнете резултата с графиката на фиг.5.
    Забележка: Вторичното напрежение може да достигне 40000V!

    — Възможни причини за повреда във вторичната запалителна верига — 
    В зависимост от начина на изпълнение на намотките на запалителната бобина, осцилограмата на вторичното запалване може да се различава от показаната по-горе. 
    Наличие на затихващи колебания след края на горенето между електродите на свещта (отбелязано с "2" на фиг.6) в резултат на конкретния дизайн на бобината и не се счита за неизправност. 


Фиг.6


Осцилограма на вторичното запалване при повредена бобина, получена с помощта на капацитивна сонда. 
Наличие на затихващи колебания в края на процеса на горене между електродите на свещта (означено със стрелка на фиг.7).


Фиг.7


• Повредение високоволтови кабели.
• Нарушена изолация между навивиките на вторичната намотка на бобината (ако е налице COP система) - Възможно е да откриете повредата чрез наблюдение на осцилограмите на първичната и вторичната вериги. При късо между навивките на бобината или пробив между двете намотки, са налице затихващи колебания в края на процеса на горене между електродите на свещта.