Zapaľovacia sviečka: nielen iskra

Podstata zapaľovacej sviečky v zážihovom motore sa zdá byť zrejmá. Ide o jednoduché zariadenie, v ktorom sú najdôležitejšou súčasťou dve elektródy, medzi ktorými preskočí zapaľovacia iskra. Málokto z nás vie, že v moderných motoroch nadobudla zapaľovacia sviečka novú funkciu.

Moderné motory sú riadené takmer výlučne elektronicky. ovládač, ľudovo povedané „počítač“ zbiera sériu údajov o prevádzke agregátu (v prvom rade tu spomenieme otáčky kľukového hriadeľa, mieru „stlačenia“ plynového pedálu, atmosférický tlak vzduchu a sacie potrubie, teplota chladiacej kvapaliny, paliva a vzduchu, ako aj zloženie výfukových plynov vo výfukovom systéme pred a po ich čistení katalyzátormi) a potom, porovnaním týchto informácií s údajmi uloženými v jeho pamäti, vydá príkazy k systémom riadenia zapaľovania a procesu vstrekovania paliva, ako aj k polohe vzduchovej klapky. Bod vzplanutia a dávka paliva pre jednotlivé prevádzkové cykly totiž musia byť optimálne z hľadiska účinnosti, hospodárnosti a šetrnosti k životnému prostrediu v každom okamihu chodu motora.

PREČÍTAJTE SI TIEŽ

Žhaviace sviečky

Hra stojí za sviečku

Medzi údajmi potrebnými na kontrolu správnej činnosti motora je aj informácia o prítomnosti (alebo neprítomnosti) detonačného spaľovania. Zmes vzduchu a paliva už v spaľovacej komore nad piestom musí horieť rýchlo, ale postupne, od zapaľovacej sviečky až po najvzdialenejšie miesta spaľovacej komory. Ak sa zmes vznieti celá, teda „vybuchne“, účinnosť motora (teda schopnosť využiť energiu obsiahnutú v palive) prudko klesá a zároveň sa zvyšuje zaťaženie dôležitých komponentov motora, čo môže viesť k zlyhaniu. Preto by nemal byť povolený konštantný detonačný jav, ale na druhej strane nastavenie okamžitého vznietenia a zloženie zmesi paliva a vzduchu by malo byť také, aby bol spaľovací proces relatívne blízko k týmto detonáciám.

Preto sú už niekoľko rokov moderné motory vybavené tzv. senzor klopania. V tradičnej verzii ide vlastne o špecializovaný mikrofón, ktorý zaskrutkovaný do bloku motora reaguje len na vibrácie s frekvenciou zodpovedajúcou typickému detonačnému spaľovaniu. Senzor posiela informáciu o prípadnom klepaní do počítača motora, ktorý zareaguje zmenou bodu vznietenia tak, aby klepanie nenastalo.

Detekcia detonačného horenia sa však môže uskutočniť aj iným spôsobom. Švédska spoločnosť Saab spustila už v roku 1988 výrobu bezrozdeľovacej zapaľovacej jednotky s názvom Saab Direct Ignition (SDI) v modeli 9000. Pri tomto riešení má každá zapaľovacia sviečka vlastnú zapaľovaciu cievku zabudovanú v hlave valca a „počítač ” vysiela iba riadiace signály. Preto v tomto systéme môže byť bod vznietenia odlišný (optimálny) pre každý valec.

V takomto systéme je však dôležitejšie, na čo slúži každá zapaľovacia sviečka, keď nevytvára zapaľovaciu iskru (trvanie iskry je len desiatky mikrosekúnd na prevádzkový cyklus a napríklad pri 6000 ot./min. jeden motor prevádzkový cyklus je dve stotiny sekúnd). Ukázalo sa, že rovnaké elektródy možno použiť na meranie iónového prúdu, ktorý medzi nimi preteká. Tu sa využil fenomén samoionizácie molekúl paliva a vzduchu pri spaľovaní náplne nad piestom. Oddelené ióny (voľné elektróny so záporným nábojom) a častice s kladným nábojom umožňujú prúdenie prúdu medzi elektródami umiestnenými v spaľovacej komore a tento prúd je možné merať.

Je dôležité poznamenať, že stupeň indikovanej ionizácie plynu v komore spaľovanie závisí od parametrov spaľovania, t.j. hlavne na aktuálnom tlaku a teplote. Hodnota iónového prúdu teda obsahuje dôležité informácie o spaľovacom procese.

Základné údaje, ktoré systém Saab SDI získal, poskytli informácie o klepaní a prípadných chybách zapaľovania a umožnili tiež určiť potrebné časovanie zapaľovania. V praxi systém poskytoval spoľahlivejšie údaje ako bežný zapaľovací systém s tradičným snímačom klepania a bol tiež lacnejší.

V súčasnosti je široko používaný takzvaný bezdistributorový systém so samostatnými cievkami pre každý valec a mnohé firmy už využívajú meranie iónového prúdu na zber informácií o spaľovacom procese v motore. Tomu prispôsobené zapaľovacie systémy ponúkajú najvýznamnejší dodávatelia motorov. Ukazuje sa tiež, že hodnotenie spaľovacieho procesu v motore meraním iónového prúdu môže byť dôležitým spôsobom štúdia výkonu motora v reálnom čase. Umožňuje priamo odhaliť nielen nesprávne spaľovanie, ale aj určiť veľkosť a polohu (prepočítanú v stupňoch natočenia kľukového hriadeľa) skutočného maximálneho tlaku nad piestom. Doteraz takéto meranie nebolo možné v sériových motoroch. Pomocou príslušného softvéru je vďaka týmto údajom možné presne riadiť zapaľovanie a vstrekovanie v oveľa širšom rozsahu zaťaženia motora a teplôt, ako aj prispôsobovať prevádzkové parametre agregátu konkrétnym vlastnostiam paliva.