Všechny zapalovací systémy pro moderní benzínové motory používají zapalovací cívky pro stejnou základní funkci: vytvořit vysoké napětí potřebné k vytvoření jiskry na zapalovací svíčce. Profesionálové z aftermarketu budou obeznámeni s jejich účelem a základními atributy – ale nemusí vědět o hlubokých vědeckých principech, na kterých se spoléhají. Zde vysvětlujeme, jak je elektromagnetismus jádrem zásadní role zapalovací cívky…
Historie zapalovacích cívek
Přestože se zapalovací systémy v průběhu času jistě vyvíjely – zejména obsahují stále více elektroniky – stále nesou znaky původních cívkových zapalovacích systémů, které byly představeny před více než 100 lety.
První cívkový zapalovací systém je připisován americkému vynálezci Charlesi Ketteringovi, který kolem roku 1910/1911 vyvinul cívkový zapalovací systém pro významného výrobce vozidel. Poprvé vymyslel elektrický systém, který poháněl startér a zapalování současně. Baterie, generátor a úplnější elektrický systém vozidla poskytovaly relativně stabilní elektrické napájení zapalovací cívky.
Systém Kettering (Obrázek 1) použil jedinou zapalovací cívku k vytvoření vysokého napětí, které bylo předáno ramenu rotoru, které účinně nasměrovalo napětí na řadu elektrických kontaktů umístěných v sestavě distributora (jeden kontakt pro každý válec). Tyto kontakty byly poté připojeny dráty zapalovacích svíček k zapalovacím svíčkám v pořadí, které umožnilo distribuovat vysoké napětí do zapalovacích svíček ve správném pořadí zapalování válce.
Obrázek 1: Hlavní součásti zapalovacího systému Kettering
Kettering zapalovací systém se stal prakticky jediným typem zapalovacího systému pro sériově vyráběné benzinové vozy a zůstal tak, dokud elektronicky spínané a řízené zapalovací systémy nezačaly během 1970. a 1980. let nahrazovat mechanické zapalovací systémy.
Základní princip zapalovací cívky
K výrobě požadovaného vysokého napětí využívají zapalovací cívky vztahů, které existují mezi elektřinou a magnetismem.
Když elektrický proud protéká elektrickým vodičem, jako je cívka drátu, vytváří kolem cívky magnetické pole (obrázek 2). Magnetické pole (nebo přesněji magnetický tok) je ve skutečnosti zásobárnou energie, kterou lze následně přeměnit zpět na elektřinu.
Obrázek 2: Vytvoření magnetického pole protékáním elektrického proudu cívkou
Při prvním zapnutí elektrického proudu se průtok proudu rychle zvýší na maximální hodnotu. Současně bude magnetické pole nebo tok postupně narůstat do své maximální síly a bude stabilní, když je elektrický proud stabilní. Po vypnutí elektrického proudu se magnetické pole zhroutí zpět směrem k cívce drátu.
Existují dva hlavní faktory, které ovlivňují sílu magnetického pole:
1) Zvýšení proudu přiváděného do cívky drátu zesiluje magnetické pole
2) Čím vyšší je počet závitů v cívce, tím silnější je magnetické pole.
Využití měnícího se magnetického pole k indukci elektrického proudu
Pokud je cívka drátu vystavena magnetickému poli a magnetické pole se poté změní (nebo se pohne), vytvoří v cívce drátu elektrický proud. Tento proces je známý jako „indukčnost“.
To lze jednoduše demonstrovat pohybem permanentního magnetu přes cívku. Pohyb nebo změna magnetického pole nebo magnetického toku indukuje elektrický proud do drátu cívky (obrázek 3).
Obrázek 3: Měnící se nebo pohybující se magnetické pole indukuje v cívce elektrický proud
Existují dva hlavní faktory, které ovlivňují, kolik napětí se indukuje do cívky:
- Čím rychlejší je změna (nebo rychlost pohybu) magnetického pole a čím větší je změna síly magnetického pole, tím větší je indukované napětí.
- Čím větší je počet vinutí v cívce, tím větší je indukované napětí.
Použití kolabujícího magnetického pole k indukci elektrického proudu
Když bylo magnetické pole vytvořeno aplikací elektrického proudu na cívku drátu, jakákoli změna elektrického proudu (zvýšení nebo snížení toku proudu) vytváří stejnou změnu v magnetickém poli. Pokud je elektrický proud vypnutý, magnetické pole se zhroutí. Kolabující magnetické pole pak indukuje elektrický proud do cívky (obrázek 4). Obrázek 4: Pokud se vypne elektrický proud používaný k vytvoření magnetického pole, magnetické pole se zhroutí, což indukuje další elektrický proud do cívky
Stejným způsobem, jakým zvýšení rychlosti pohybu magnetického pole přes cívku drátu zvýší napětí indukované do cívky, pokud se kolabující magnetické pole může rychleji zhroutit, vyvolá to vyšší napětí. Navíc může být do cívky indukováno vyšší napětí, pokud se zvýší počet vinutí v cívce.
Vzájemná indukčnost a působení transformátoru
Pokud jsou dvě cívky drátu umístěny vedle sebe nebo kolem sebe a k vytvoření magnetického pole kolem jedné cívky (které nazýváme primární vinutí) se použije elektrický proud, bude magnetické pole obklopovat i druhou cívku (nebo sekundární vinutí) . Po vypnutí elektrického proudu a následném kolapsu magnetického pole indukuje napětí jak v primárním, tak v sekundárním vinutí. Toto je známé jako „vzájemná indukčnost“ (obrázek 5).
Obrázek 5: Magnetické pole v primárním vinutí obklopuje i sekundární vinutí. Zhroucení pole indukuje elektrické proudy v obou vinutích
U zapalovacích cívek (a mnoha typů elektrických transformátorů) je sekundární vinutí vyrobeno s více vinutími než primární vinutí. Když se magnetické pole zhroutí, bude tedy indukovat vyšší napětí do sekundárního vinutí než do primárního vinutí (obrázek 6).
Obrázek 6: Zde má sekundární vinutí více cívek než primární vinutí. Když se magnetické pole zhroutí, napětí v sekundární cívce bude větší než napětí indukované v primárním vinutí
Primární vinutí zapalovací cívky bude typicky obsahovat 150 až 300 závitů drátu; sekundární vinutí bude typicky obsahovat 15,000 30,000 až 100 XNUMX závitů drátu, nebo přibližně XNUMXkrát více než primární vinutí.
Magnetické pole se zpočátku vytvoří, když elektrický systém vozidla přivede přibližně 12 voltů na primární vinutí zapalovací cívky. Když je potřeba jiskra u zapalovací svíčky, zapalovací systém vypne tok proudu do primárního vinutí, což způsobí kolaps magnetického pole. Kolabující magnetické pole bude indukovat napětí v primárním vinutí v oblasti 200 voltů; ale napětí indukované do sekundárního vinutí bude přibližně 100krát větší, asi 20,000 XNUMX voltů.
Využitím efektů vzájemné indukčnosti a použitím sekundárního vinutí, které má 100x více vinutí než primární vinutí, je tedy možné přeměnit původní 12voltové napájení na velmi vysoké napětí. Tento proces změny nízkého napětí na vysoké napětí se nazývá „akce transformátoru“.
V zapalovací cívce jsou primární a sekundární vinutí obaleny kolem železného jádra, které pomáhá koncentrovat a zvyšovat sílu magnetického pole a toku, čímž je zapalovací cívka účinnější.
DENSO je dlouholetým lídrem v technologii přímého zapalování a zapalovací cívky DENSO jsou k dispozici na trhu s náhradními díly. Zjistěte více o typech zapalovacích cívek DENSO a jejich výhodách.
