Klasyczny układ zapłonowy, zwany również mechanicznym – trwoga początkujących pasjonatów oraz bolączka wszystkich starych pojazdów. Układ ten ma za zadanie wygenerować w odpowiednim momencie iskrę na świecy zapłonowej niezbędnej do zapłonu mieszanki. Jednocześnie jest bardzo czuły na regulacje, jakiekolwiek zmiany w układzie zapłonowym wpływają bezpośrednio na pracę silnika. Poniżej opisana jest budowa, najważniejsze fakty oraz diagnozowanie klasycznych zapłonów spotykanych w komunistycznych motocyklach.
Wszystkie zabiegi należy przeprowadzać z dużą dokładnością i starannością przy pomocy stosownych narzędzi!
Budowa i zasada działania
Głównym celem układu zapłonowego jest zamiana niskiego napięcia występującego w instalacji elektrycznej na wysokie napięcie niezbędne do zapłonu mieszanki w warunkach panujących w komorach spalania. Do realizacji tego celu niezbędne są komponenty, prawidłowo dobrane parametrami oraz wymiarami. Prawidłowo połączone komponenty tworzą poniższy schemat elektryczny
Źródło: Opracowanie własne
Oznaczenie na schemacie:
-
- Źródło zasilania
- Wyłącznik zapłonu (stacyjka)
- Cewka zapłonowa z uzwojeniem pierwotnym z1 i uzwojeniem wtórnym z2
- Przerywacz zapłonu
- Przewód wysokiego napięcia
-
- C1 – kondensator
- S – styki przerywacza
- K – krzywka zapłonowa
Podczas pracy silnika w ruch obrotowy wprawiana jest krzywka zapłonowa K. Umiejscowienie oraz rodzaj napędu krzywki zależny jest od konstrukcji, w motocyklach większość producentów montowała krzywkę na jednym z czopów wału korbowego lub kole magnesowym. Krzywka współpracująca z mechanicznym przerywaczem zapłonu 4 steruje otwarciem i zamknięciem styków przerywacza S, determinuje moment rozwarcia i zwarcia styków, kontrolując tym samym czas przepływu prądu w obwodzie pierwotnym, co bezpośrednio definiuje stan pracy układu zapłonowego.
Zamknięte styki przerywacza – magazynowanie energii.
Przez obwód pierwotny przepływa prąd ze źródła zasilania 1. Narastaniu prądu w cewce natychmiast przeciwstawia się generowane w niej napięcie samoindukcji – to zjawisko fizyczne charakterystyczne dla każdej cewki (zgodne z Prawem Lenza), które spowalnia ten proces. Skutkiem jest generowanie pola magnetycznego, a ferromagnetyczny rdzeń cewki zwiększa jego intensywność.
Otwarte styki przerywacza – wyzwolenie iskry
Obracająca się krzywka przerywa obwód otwierając styki przerywacza. Gwałtowne przerwanie przepływu prądu przez obwód pierwotny powoduje zanik pola magnetycznego cewki inicjując niemal natychmiastowo kilka zjawisk jednocześnie, w których główną rolę odgrywa kondensator:
-
-
- Zadaniem kondensatora C1 jest natychmiastowe przejęcie prądu pierwotnego, magazynując tę energię w postaci pola elektrycznego. Dodatkową jego funkcją jest ograniczenie gwałtownego wzrostu napięcia i tłumienie w ten sposób potencjalnego łuku elektrycznego między rozwierającymi się stykami przerywacza.
- Jednocześnie kondensator przejmując prąd, tworzy z uzwojeniem pierwotnym z1 obwód rezonansowy, zazwyczaj o niskiej liczbie oscylacji. Wzajemna wymiana energii między cewką a kondensatorem wywołuje oscylacje prądu o charakterze gasnącym. Zanik pola magnetycznego w rdzeniu cewki staje się błyskawiczny i oscylacyjny, co jest warunkiem koniecznym do indukcji wysokiego napięcia.
- Szybka zmiana strumienia magnetycznego indukuje siłę elektromotoryczną (napięcie) w obu uzwojeniach cewki zapłonowej zgodnie z prawem Faradaya.
-
W tym stanie zapłonu cewka zapłonowa charakteryzuje się bardzo wysokim napięciem na uzwojeniu wtórnym z2. Jednocześnie istnieją 2 przerwy w całym układzie zapłonowym – na stykach przerywacza oraz na elektrodzie świecy zapłonowej.
Obwód układu pierwotnego z1 wraz z kondensatorem C1 stawia zbyt duży opór pomiędzy stykami przerywacza S – przeskok iskry jest niemożliwy. W obwodzie uzwojenia wtórnego z2 po pokonaniu właściwości izolacyjnych mieszanki przeskok iskry jest możliwy, co prowadzi do przepływu prądu przez przewód wysokiego napięcia 5, wyzwolenia iskry na świecy zapłonowej i zapłonu w komorze spalania.
Po przeskoku iskry na elektrodzie krzywka zapłonowa zamyka styki przerywacza, stan wyzwolenia iskry dobiega końca, cykl się powtarza. Układ zapłonowy przechodzi w fazę magazynowania energii
Przerywacz zapłonu
Zbudowany z 2 części – ruchomego młoteczka oraz części nieruchomego kowadełka. W młoteczku wprasowany jest tekstolit lub bakelit – materiał nie przewodzący prądu elektrycznego, który współpracuje z krzywką zapłonową. Obecnie produkowane przerywacze wyposażone są w styki z stopów srebra będące odporne prawie na wszystko, z wyjątkiem siarki, która występuje w powietrzu atmosferycznym zmuszając użytkownika do okresowego oczyszczania tlenków siarki. Pojazdy spoza komunistycznego bloku wschodniego fabrycznie były wyposażone w praktycznie bezobsługowe przerywacze zapłonowe z stykami wolframowymi.
Co 500 km należy dokonywać przeglądu przerywacza zapłonu i sprawdzić stan styków. Co 1000 km należy nanieść na filc dwie krople oleju przekładniowego. Nie wykonywanie tej czynności serwisowej powoduje szybsze zużywanie krzywki i tekstolitu. Osobiście polecam smarować krzywkę olejem silikonowym – dłużej utrzymuje się na krzywce.
Gdy silnik przez dłuższy czas nie są uruchamiany zanika iskra na świecy zapłonowej spowodowane reakcją chemiczną na stykach przerywacza. Drugim, ważnym elementem jest prawidłowa izolacja przerywacza od podstawy iskrownika prądnicy. Częsty problem spotykany zwłaszcza w silnikach Jawa 223. W przypadku braku prawidłowej izolacji pomimo sprawnego całego układu zapłonowego zanika iskra.
W razie stwierdzenia uszkodzenia przerywacza, jego wygięcia, znacznego zużycia styków, zużycia materiału izolującego współpracującego z krzywką zapłonową należy przerywacz wymienić. Przerywacz zapłonu jest podzespołem, którego nie można w żaden sposób regenerować.
Kondensator
Bardzo ciekawy komponent pod wieloma względami:) Kondensator jest elementem zbudowanym z dwóch przewodników rozdzielonych dielektrykiem, a jego pojemność jest określana w jednostkach Farad, standardowo w klasycznych układach zapłonowych pojemność kondensatora wynosi 0,21-0,23 µF, napięcie pracy minimum 300 V(osobiście polecam montaż wersji 350-400 V, jeśli mamy dostęp). W przeciwieństwie do akumulatora jest w stanie bardzo szybko się naładować i bardzo szybko rozładować. Od jego stanu zależy jakość generowanej iskry na świecy zapłonowej. Naturalnym zjawiskiem jest degradacja kondensatorów – stopniowe pogarszanie pojemności wraz z upływem czasu. W przypadku uszkodzenia kondensatora iskra na świecy zapłonowej jest słabsza, koloru różowego, silnik ma problemy z osiągnięciem wysokich obrotów, wypadają zapłony lub całkowicie zanika iskra.
W ojczystych silnikach stosowano kondensatory typu polipropylenowego o oznaczeniach m.in. KPs-014-2 (oznaczenie europejskie to MKP). Warto szukać kondensatorów z zasilaczy impulsowych o napięciu pracy powyżej 400 V. Nigdy nie należy zamiennie stosować różnych typów kondensatorów ani zmieniać pojemności!!! Pojemność oraz typ kondensatora dobierany indywidualnie do rodzaju zapłonu, jego sterowania, cewki zapłonowej oraz osiąganych napięć w obwodzie pierwotnym
Diagnozowanie jest stosunkowo skomplikowanym zagadnieniem i zależnym od jego typu, napięcia, pojemności, itp. Najprostszym sposobem testu kondensatora jest zamiana na inną, sprawną sztukę z układu zapłonowego. W przypadku braku takiej możliwości pozostają testy techniczne:
-
- pomiar pojemności kondensatora multimetrem (nie każdy taką opcję oferuje),
- demontaż kondensatora, podłączenie styków (łącznie z masą na obudowie) do baterii 9V na kilka sekund, pomiar spadku napięcia stałego; kondensator powinien stopniowo tracić ładunek elektryczny,
- pomiar rezystancji – sprawny kondensator cechuje się niską rezystancją, która prawie natychmiast dąży do 2 MΩ i więcej; ta metoda jest jednak bardzo ograniczona i nie każdy multimetr umożliwi prawidłowy test.
Cewka zapłonowa
Źródłó: Autokult
Kolejny ciekawy komponent. Jest w zasadzie transformatorem impulsowym. W klasycznych układach zapłonowych nagrzewanie cewki jest zjawiskiem naturalnym i nieuniknionym. Powodem generowania ciepła jest charakter pracy cewki i wiążące się z nimi straty energetyczne. Ilość generowanego ciepła wymaga od konstruktorów zastosowania chłodzenia w postaci oleju transformatorowego, który równocześnie posiada właściwości izolacyjne.
Cewka zapłonowa posiada dwa uzwojenia – pierwotne z1 oraz uzwojenia wtórne z2, oba koncentrycznie nawinięte wokół rdzenia, zazwyczaj żelaznego. Ilość zwoi w z1 zależna jest od rodzaju cewki zapłonowej oraz zapłonu, zazwyczaj jest to około 150-300 zwoi drutu miedzianego o przekroju do 0,8 mm2. Ilość zwoi w z1 definiuje napięcie impulsowe, które będzie indukowane w z1. Początkiem uzwojenia jest zacisk 15, który jest zasilany ze źródła prądu w fazie magazynowania energii. Drugim końcem jest zacisk 1, który jest połączony z przerywaczem zapłonu i kondensatorem. Podczas fazy magazynowania energii napięcie w z1 nie przekracza napięcia źródła zasilania (od 12 do 14 V DC), natomiast podczas fazy wyładowania jest to prąd impulsowy 200-400 V.
Uzwojenie wtórne posiada około 15 000 – 20 000 zwoi, jest wykonane z cieńszego drutu, zazwyczaj 0,06 mm2. Posiada połączenie z z1 w postaci zacisku 15, a końcem uzwojenia jest wyprowadzenie wysokiego napięcia, do którego jest podłączony przewód zapłonowy. Przy zamkniętych stykach przerywacza napięcie jest tożsame z napięciem z1. Po otwarciu styków przerywacza następuje indukcja prądu impulsowego o wartości 15-30 000 V.
Sprawdzenie cewki należy zacząć od sprawdzenia jej dokładnego oczyszczenia oraz optycznej rewizji. Nie powinny być widoczne żadne poważne uszkodzenia mechaniczne, wycieki oleju transformatorowego, a zaciski cewki muszą być nieuszkodzone.
Następnie przechodzimy do testu zwarcia do masy. W multimetrze ustawić należy pomiar rezystancji, jedną końcówkę pomiarową przyłożyć do masy (obudowy) na rdzeniu, a drugą do styku wysokiego napięcia. Wartość pomiaru powinna być bardzo wysoka lub poza zakresem pomiarowym miernika – OL (Over Limit). Wskazania 0 Ω świadczy o zwarciu.
Rezystancja uzwojenia pierwotnego powinna wynosić 0,3-0,6 Ω. Jeśli wartość będzie niższa lub równa 0, cewka ma zwarcie do masy na uzwojeniu pierwotnym i należy ją wymienić. W taki sam sposób sprawdzić należy również uzwojenie wtórne. Tutaj rezystancja jest wyższa i powinna wynosić 5-20 kΩ. Trzeba jednak zaznaczyć, że takie pomiary dają jedynie wstępną diagnozę. Istnieją uszkodzenia, których nie można wykryć mając do dyspozycji tylko multimetr.
Przewód wysokiego napięcia wraz z fajką
Mamy napięcie na uzwojeniu wtórnym, potrzebujemy dostarczyć je do świecy zapłonowej. Niezbędne jest trwałe połączenie odporne na wysokie napięcie, temperaturę, warunki atmosferyczne, wibracje, jednocześnie dobrze przewodząc prąd elektryczny. Współcześnie jest to realizowane przez elastomery o dużej elastyczności. Jednak w komunistycznym bloku wschodnim dostęp do takich technologii nie był możliwy – stosowano kiepskiej jakości miedziane przewody w mało elastycznej, gumowej izolacji o bardzo niskiej odporności na promieniowanie UV oraz wibracje. W połączeniu z częstym ustawianiem zapłonu oraz wymianami świec zapłonowych rozwiązanie to miały równie pozytywny wpływ na bezawaryjność całego układu, co komunizm na rozwój kapitalizmu 🙂
Fabrycznie w Jawach, WSK 125 itp., przewód montowano poprzez wkręcanie przewodu wysokiego napięcia bezpośrednio w wkręt trwale umieszczony w cewce zapłonowej. Wkręty ulegały korozji i uszkodzeniom podczas próby pozbycia się rdzy. Oferowały za to nietrwałe połączenie, które z czasem się luzowało podczas jazdy, wprawiając właściciela w zadumę, gdzie tym razem zacząć diagnozę zapłonu:) Próby wkręcenia nowego przewodu WN najczęściej kończyły się krzywym montażem, a wkręt przewodzący prąd mający w swoim założeniu mieć kontakt z całym przekrojem poprzecznym żyły prądowej, w rzeczywistości ledwo stykał się z kilkoma włóknami miedzianymi. Dochodziło do szybkiego przepalenia miedzi, trzeba było ponownie wkręcić przewód po uprzednim odcięciu uszkodzonego odcinka przewodu WN. Takie przewody zapłonowe należy montować z zapasem materiału.
Trwałe połączenie z przewodu WN ze świecą zapłonową zapewniała fajka zapłonowa. Plastikowy element również wyposażony fabrycznie w wkręt do drewna należało wkręcić w przewód zapłonowy. Poza identycznymi problemami opisanymi powyżej dodatkowymi „atrakcjami” były:
-
- częste pękanie plastikowej obudowy fajki,
- wkręt połączony przy pomocy blaszki również korodował, ulegał uszkodzeniom od wibracji, zmuszając właściciela w trasie do stosowania np. agrafki, aby dojechać do domu
- Niskiej jakości blaszany korpus ulegał szybkiemu zużyciu, nie zapewniając docisku do świecy zapłonowej,
- brak zabezpieczenia przed zalaniem wodą
Źródło: bitstudio.pl/
Osobiście polecam zakup współczesnych silikonowych przewodów zapłonowych, np NGK LB01F; rozwiązuje to prawie każdy opisany problem. Należy zwrócić uwagę na wartość wbudowanego opornika – powinna wynosić 1 kΩ.
Diagnoza przewodów ogranicza się do sprawdzenia połączenia oraz ciągłości przewodu. Dokonać możemy tego za pomocą miernika uniwersalnego ustawionego w trybie pomiaru ciągłości przewodu. Jakiekolwiek problemy z przewodnictwem, uszkodzeniem izolacji lub luźnym połączeniem fajki ze świecą kwalifikują przewód i fajkę do wymiany.
Świeca zapłonowa
Źródło: iskra-kielce.pl
Można o nich pisać doktoraty, tutaj będzie krótkie podsumowanie. Parametrami świecy zapłonowej są ciepłota, długość gwintu, opcjonalna nakładka kontaktowa, izolator ceramiczny, elektroda środkowa oraz uszczelka dociskająca świecę do głowicy. W instrukcji motocykla znajdziesz ciepłotę oraz rodzaj świecy, która musi być stosowana w Twoim pojeździe. W większości motocykli komunistycznych gwint świec zapłonowych wynosi 14 mm i długość 12,7 mm, rozmiar klucza 21 mm.
Poprawne generowanie iskry na świecy zapłonowej zależy od:
-
-
- izolatora ceramicznego,
- kontaktu z fajką,
- stanu elektrody środkowej, bocznej i ich koloru,
- uszczelki zewnętrznej.
-
Żadne z wymienionych elementów nie może posiadać śladów erozji, uszkodzeń mechanicznych, a kolor świec powinien być prawidłowy w zależności od regulacji gaźnika, zapłonu, stosowanego oleju do mieszanki oraz kondycji silnika
Jakiekolwiek odchyłki, przebarwienia (zwłaszcza na izolacji termicznej) kwalifikują świece do wymiany. Osobiście reguluje gaźnik na kolor „ciemnej kawy z mlekiem”, poniżej przykład
Krzywka zapłonowa
Element sterujący układem zapłonowym. Krzywka musi być osadzona w odpowiednim położeniu na wale korbowym względem GMP. W tym celu stosowane są specjalne wpusty pryzmatyczne oraz kliny zarówno koła magnesowego jak i samych krzywek w zależności od konstrukcji układu zapłonowego. W silnikach WSK, Dezamet, Simson krzywka zapłonowa jest na stałe osadzone w kole magnesowym, natomiast Jawy i CZ stosowały prostsze i szybsze w wymianie krzywki osadzane bezpośrednio na wirniku.
Źródło: www.4jawa.com
Naturalnym zjawiskiem jest zużycie powierzchni krzywki współpracującej z przerywaczem zapłonu. Nie istnieją dokładne wartości dopuszczalnego zużycia. Nie powinna jednak przekraczać 1 mm, poniżej tej wartości regulacja zapłonu może być utrudniona lub wręcz niemożliwa. Prywatne doświadczenie pozwala określić żywotność krzywki przy prawidłowym smarowaniu na około 10 000 km. Jedyną możliwą usterką jest jej luźne osadzenie na wale korbowym/kole magnesowym. Winę tutaj ponosi wyłącznie zużyte powierzchnie stożkowe czopu wału korbowego/wirnika/koła magnesowego. W przypadku motocykli Jawa/CZ istnieje możliwość nieprawidłowego doboru krzywki do modelu motocykla, zwłaszcza w silnikach Jawa 638 oraz Jawa 223.
Wiele osób nie jest świadoma przeznaczenia wpustów oraz klinów. Ich rolą jest uniemożliwienie nieprawidłowego montażu krzywki zapłonowej w zakresie niemożliwym do prawidłowej regulacji zapłonu.