• Precyzyjny moment zapłonu: na co ma wpływ, jak oddziałuje na cały pojazd? 
• Układy zapłonowe – historia zmian, wprowadzonych modyfikacji oraz usprawnień. Gdy mechaniczne przerywacze ustępują miejsca układom bezstykowym...
• Pamiętaj: dobrze przeprowadzona diagnostyka układu zapłonowego zaczyna się od analizy objawów i danych, nie od wymiany części. Używaj oscyloskopu i interfejsu OBD-II. 

W silniku benzynowym nie ma miejsca na przypadek – szczególnie jeśli chodzi o zapłon mieszanki. Nawet minimalne odchylenia momentu zapłonu mogą skutkować:

• spadkiem mocy,
• nierówną pracą silnika,
• zwiększonym zużyciem paliwa
• i emisją spalin.

Właśnie dlatego tak istotna jest znajomość działania i diagnostyki układów zapłonowych – od klasycznych mechanicznych po nowoczesne, w pełni elektroniczne systemy.

Funkcja układu i znaczenie precyzyjnego momentu zapłonu

Układ zapłonowy w silniku benzynowym odpowiada za wygenerowanie iskry zapłonowej o odpowiedniej energii, we właściwym cylindrze i dokładnie w odpowiednim momencie cyklu pracy silnika. Ten moment to tzw. moment zapłonu – punkt, w którym iskra powinna zapalić mieszankę paliwowo-powietrzną tuż przed osiągnięciem przez tłok górnego martwego punktu (GMP) w suwie sprężania. 

Zapłon zbyt wczesny powoduje spalanie stukowe, utratę mocy, zwiększone drgania i ryzyko uszkodzenia elementów silnika. Z kolei zapłon opóźniony prowadzi do niedostatecznego wykorzystania energii spalania, skutkując spadkiem mocy, wyższym zużyciem paliwa i wzrostem emisji spalin.

Kluczem do efektywnej pracy jednostki napędowej jest zapewnienie właściwych warunków zapłonu: odpowiedniej ilości paliwa, obecności tlenu oraz dostarczenia iskry o wystarczającej energii – i to wszystko we właściwym czasie. Brak któregokolwiek z tych elementów lub ich niewłaści wa synchronizacja skutkuje przerwami zapłonu, nierówną pracą silnika lub nawet jego unieruchomieniem. 

Precyzyjne sterowanie momentem zapłonu staje się szczególnie istotne przy zmiennych warunkach pracy silnika – różnych prędkościach obrotowych, zmiennym obciążeniu czy wahaniach temperatury. Nowoczesne układy zapłonowe potrafią dynamicznie korygować moment zapłonu w czasie rzeczywistym, analizując dane z wielu czujników. Taka adaptacja nie tylko poprawia osiągi, ale również ogranicza zużycie paliwa i emisję spalin.

Klasyczne układy zapłonowe – rozwiązania mechaniczne

Pierwsze układy zapłonowe były w pełni mechaniczne i składały się z dwóch obwodów: pierwotnego oraz wtórnego. W obwodzie pierwotnym znajdowały się:

• akumulator,
• stacyjka,
• przerywacz,
• kondensator
• i uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej.

Po stronie wtórnej znajdowały się uzwojenie wtórne cewki zapłonowej, rozdzielacz i świece zapłonowe.

Po włączeniu zapłonu napięcie z akumulatora (12V) trafiało do zacisku 15 przy cewce zapłonowej. W momencie zamknięcia przerywacza przez obracający się wałek rozdzielacza obwód pierwotny cewki był zamykany, co powodowało wygenerowanie pola magnetycznego wokół uzwojenia pierwotnego. Gdy przerywacz otwierał się w precyzyjnie ustalonym momencie, pole to gwałtownie zanikało, indukując napięcie w uzwojeniu wtórnym – sięgające nawet 40 kV – które za pomocą rozdzielacza było kierowane na odpowiednią świecę zapłonową.

Cewka zapłonowa – dzięki przełożeniu liczby zwojów uzwojeń – generowała wysokie napięcie, które powodowało przeskok iskry elektrycznej między elektrodami świecy. Kondensator tłumił iskrzenie na stykach przerywacza i wspomagał przerwanie obwodu pierwotnego. Regulacja kąta wyprzedzenia zapłonu odbywała się mechanicznie, w zależności od prędkości obrotowej i obciążenia silnika.

Regulator odśrodkowy, wbudowany w aparat zapłonowy, reagował na wzrost obrotów – ciężarki odśrodkowe odchylały się na zewnątrz, obracając krzywkę zapłonową i powodując wcześniejsze otwarcie przerywacza. Typowe usterki tych układów obejmują zużycie styków przerywacza, korozję, zużycie łożysk rozdzielacza, uszkodzenia mechaniczne ciężarków odśrodkowych i nieszczelności w przewodach podciśnieniowych.

Nawet niewielka zmiana luzu styków może skutkować przesunięciem momentu zapłonu o kilka stopni, co zauważalnie wpływa na kulturę pracy i osiągi silnika. Dodatkowo wszelkie luzy w układzie rozrządu przenoszą się bezpośrednio na rozdzielacz, co może wprowadzać wahania w kącie zapłonu. Dlatego serwis klasycznych układów zapłonowych wymaga nie tylko znajomości mechaniki, ale także dokładnej kontroli dynamicznej, czyli sprawdzenia kąta wyprzedzenia zapłonu podczas pracy silnika na biegu jałowym i przy wzrastających obrotach.

W tym celu stosuje się lampę stroboskopową, która która pozwala ocenić rzeczywisty moment zapłonu podczas pracy silnika. Choć dziś urządzenia te ustępują miejsca rozwiązaniom elektronicznym, ich znajomość pozostaje cenna w kontekście pojazdów zabytkowych, starszych modeli flotowych i diagnostyki konwersji na zapłon bezstykowy.

Elektronika na pokładzie – układy zapłonowe bezstykowe

Wraz z postępem technologicznym mechaniczne przerywacze ustąpiły miejsca układom bezstykowym, w których moment wyzwolenia iskry kontrolowany jest elektronicznie. Wyróżnia się dwie główne grupy tych systemów: zapłony tranzystorowo-cewkowe z wyzwalaniem indukcyjnym (TSZ-i) i zapłony z czujnikiem Halla (TSZ-h). Systemy te wyeliminowały problem zużywających się styków, zapewniając większą trwałość, dokładniejsze sterowanie zapłonem i wyższą niezawodność.

źródło: Raven Media

Ilustracja 1. Schemat klasycznego układu zapłonowego.

W układach TSZ-i koło impulsowe (wirnik) obraca się wokół wewnątrz rozmieszczonych promieniowo statorów i generuje zmienne pole magnetyczne, które indukuje napięcie w uzwojeniu czujnika. Największe napięcie powstaje wtedy, gdy zęby wirnika są najbliżej zębów stojana – wówczas sterownik przerywa przepływ prądu po stronie pierwotnej cewki, wyzwalając zapłon. Częstotliwość i amplituda sygnału zależą od prędkości obrotowej, dlatego poprawne działanie systemu można diagnozować tylko przy pracującym silniku. Układy te zapewniają precyzyjny i powtarzalny moment zapłonu, co było niemożliwe przy mechanicznym przerywaczu, zwłaszcza w silnikach pracujących na ubogiej mieszance lub przy wysokich obrotach.

W wersji TSZ-h czujnik Halla generuje sygnał prostokątny w oparciu o efekt Halla – obracająca się przysłona z otworami okresowo odsłania czujnik na pole magnetyczne. Gdy linie pola mogą działać na element pomiarowy,  generowane jest napięcie wyzwalające zapłon. Czujnik był montowany w miejscu przerywacza, wykorzystując oryginalny rozdzielacz. Zapłon następuje zawsze w ściśle określonym punkcie, niezależnie od zużycia mechanicznego, co pozwalało utrzymać stały kąt wyprzedzenia przez cały okres eksploatacji silnika. Dodatkowe zalety bezstykowych systemów zapłonowych to:

• elektroniczna regulacja kąta zamknięcia,
• ograniczenie prądu pierwotnego
• oraz automatyczne wyłączanie układu w stanie spoczynku, co zwiększa trwałość komponentów.

Rozwiązania te pozwalają również na precyzyjne wyzwalanie iskry nawet przy bardzo wysokich prędkościach obrotowych. W diagnostyce takich układów zapłonowych warto rozpocząć od analizy sygnału czujnika oraz napięcia zapłonowego. Szczególnie przydatny okazuje się oscyloskop, który pozwala nie tylko potwierdzić obecność iskry, ale również ocenić napięcie pierwotne, czas trwania iskry (czas palenia) oraz jakość impulsów zapłonowych. W wielu przypadkach możliwa jest również dynamiczna kontrola kąta wyprzedzenia za pomocą lampy stroboskopowej. Systemy TSZ-i i TSZ-h muszą znać mechanicy, którzy obsługują starsze pojazdy z lat 80. i 90. – takich marek jak Audi, Opel, VW czy Mercedes – w których powszechnie stosowano te układy.

Nowoczesne zapłony elektroniczne – integracja z ECU i wtryskiem

We współczesnych silnikach benzynowych układ zapłonowy jest zintegrowany z jednostką sterującą silnika (engine control unit – ECU) i systemem wtryskowym. Funkcję rozdzielacza przejęły układy wielocewkowe – tzw. DIS (direct ignition system) lub układy cewek zespolonych, w których każda świeca ma swoją dedykowaną cewkę, sterowaną bezpośrednio przez ECU. Sterownik oblicza optymalny moment zapłonu na podstawie danych z wielu czujników: położenia wału korbowego (crankshaft position sensor – CKP), wałka rozrządu (camshaft position sensor – CMP), ciśnienia w kolektorze dolotowym (manifold absolute pressure sensor – MAP), temperatury cieczy chłodzącej, przepustnicy i czujnika spalania stukowego. 

Wartości zapłonu są korygowane na bieżąco i optymalizowane w zależności od strategii producenta, rodzaju paliwa i stanu silnika. Charakterystyki zapłonu zapisane są w formie map w pamięci sterownika. Dzięki integracji z układem wtryskowym ECU może sterować zapłonem jeszcze dokładniej – np. opóźniając go w przypadku wykrycia spalania stukowego, które objawia się charakterystycznym stukaniem w cylindrze. Niektóre systemy potrafią selektywnie korygować zapłon tylko w jednym cylindrze, zamiast w całym silniku. 

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Silnik i układ napędowy

Problem zapłonu

Silnik Diesla, aby mógł wystartować, potrzebuje zmagazynowania pewnej ilości ciepła, od której będzie w stanie zainicjować spalanie paliwa.

Technika motoryzacyjna

Świeca zapłonowa a wypadanie zapłonu

Zgodnie z wynikami testów NEDC (New European Driving Cycle), przeciętny samochód osobowy przez 22,6% czasu użytkowania pracuje na biegu jałowym, co stwarza warunki obciążające zwłaszcza dla świec zapłonowych.

źródło: Raven Media

Ilustracja 2. Przebieg wysokiego napięcia na jednym z cylindrów w trakcie zapłonu mieszanki w silniku z zapłonem elektronicznym. Pkt 1 – wartość napięcia potrzebnego do przeskoku iskry na świecy zapłonowej. Pkt 2 – czas, w którym wysokie napięcie przepływa przez elektrodę świecy zapłonowej, „czas trwania iskry”. Na przedstawionym wykresie w środku przebiegu widać poziomą linię napięcia (Pkt 3). Przebieg ma w przybliżeniu wartość 3 kV DC. Wartość tego napięcia określana jest jako napięcie linii iskrowej. Napięcie to jest wymagane do utrzymania iskry między elektrodami świecy, a jego poziom jest określony przez rezystancję uzwojenia wtórnego w obwodzie cewki wysokiego napięcia. W powyższym przykładzie czas trwania iskry od pkt 3 do pkt 4 wynosi ok. 1 ms.

Nowoczesne układy oferują również dynamiczną regulację kąta zamknięcia, ograniczenie prądu pierwotnego cewek, diagnostykę w czasie rzeczywistym i zapisywanie błędów w pamięci usterek. Dzięki funkcji fail-safe możliwa jest awaryjna praca silnika w przypadku awarii któregoś z czujników – ECU przechodzi wtedy na wartości zastępcze i zapobiega całkowitemu unieruchomieniu pojazdu. 

Diagnostyka wymaga dostępu do interfejsu OBD-II i profesjonalnych narzędzi diagnostycznych. W razie usterki należy analizować sygnały z czujników CMP, CKP i MAP, napięcie zasilania cewek oraz wartości korekcji zapłonu w czasie rzeczywistym. Częstą przyczyną braku iskry jest usterka czujnika położenia wału korbowego – elementu kluczowego dla synchronizacji zapłonu i wtrysku. Coraz częściej stosuje się również oscyloskopy warsztatowe do oceny pierwotnej i wtórnej strony zapłonu.

Dzięki integracji z ECU współczesne układy zapłonowe są w stanie utrzymać idealne warunki pracy silnika w niemal każdej sytuacji drogowej – od zimnego rozruchu, przez jazdę w pełnym obciążeniu, aż po nagłe zmiany obciążenia. Mechanik nie musi już regulować zapłonu ręcznie, ale musi rozumieć, jak system reaguje na odchylenia i jakie objawy świadczą o błędnym momencie zapłonu – bo mimo że wszystko kontroluje elektronika, nadal wszystko zależy od odpowiedniego czasu.

Diagnostyczna pułapka: brak iskry to nie zawsze wina cewki

Wielu mechaników, widząc brak iskry na świecy, od razu podejrzewa uszkodzoną cewkę zapłonową. Tymczasem problem często leży gdzie indziej – np. w czujniku położenia wału korbowego (CKP), który nie przekazuje sygnału do ECU, więc sterownik nie uruchamia zapłonu. Inną częstą przyczyną jest uszkodzony przewód masowy lub zanik napięcia zasilania na cewce. Zanim wymienisz części, sprawdź podstawy: sygnał wejściowy, zasilanie, masę i komunikację ECU. Oscyloskop lub prosty tester napięcia mogą oszczędzić czas i pieniądze – Twoje i klienta

Diagnostyka – jak skutecznie wykrywać problemy w układzie zapłonowym

Niezależnie od generacji układu zapłonowego, każda diagnoza powinna rozpocząć się od podstawowego pytania: czy iskra w ogóle występuje? Jeśli tak, należy przejść do analizy jej jakości, czasu trwania i momentu wystąpienia. W starszych układach zapłonowych podstawowym narzędziem diagnostycznym była lampa stroboskopowa i świeca testowa. Obecnie dominują samochodowe oscyloskopy diagnostyczne i interfejsy OBD-II, które umożliwiają pomiar sygnałów z czujników i ocenę parametrów zapłonu w czasie rzeczywistym.

W diagnostyce zapłonu najważniejsze jest zrozumienie różnicy między problemem mechanicznym, elektrycznym a elektronicznym. Problemy mechaniczne (luzy rozdzielacza, zużycie krzywek, niewłaściwy montaż cewek) mogą powodować przeskoki napięcia lub nieregularny zapłon. Problemy elektryczne to przerwy w obwodzie pierwotnym lub wtórnym, przebicia izolacji przewodów WN (wysokiego napięcia), uszkodzone złącza lub cewki zapłonowe. 

Problemy elektroniczne to błędne odczyty z czujników położenia wału, spalania stukowego czy błędy w samej jednostce ECU. Oscyloskop do diagnostyki samochodowej umożliwia ocenę przebiegów napięcia w obwodzie pierwotnym i wtórnym układu zapłonowego. Jest to szczególnie przydatne przy diagnozowaniu usterek elektrycznych, takich jak przerwy w przewodach, przebicia izolacji, niesprawne cewki czy zużyte świece zapłonowe. 

Urządzenie to pozwala: 

• pik napięcia zapłonowego informuje o wartości napięcia potrzebnego do przeskoku iskry (typowo 8–15 kV),
• czas trwania zapłonu iskry na świecy (czas spalania) powinien wynosić 1–2 ms,
• niestabilna charakterystyka napięcia lub zbyt krótki czas zapłonu może wskazywać na ubogą mieszankę, zużyte świece lub niską jakość iskry.

W nowoczesnych układach diagnostyka wymaga weryfikacji danych wejściowych do sterownika. Uszkodzony czujnik położenia wału korbowego lub wałka rozrządu często uniemożliwia synchronizację zapłonu i wtrysku. Brak sygnału z czujnika spalania stukowego może wymusić przejście pojazdu na tryb awaryjny. Jeśli w pamięci sterownika nie ma błędów, należy ręcznie sprawdzić sygnał wejściowy czujników, napięcie zasilające oraz połączenie masy cewek i silnika.

W przypadku cewek zespolonych w systemach bezpośredniego zapłonu (Direct Ignition System – DIS), ocenia się zarówno stronę pierwotną (czas wysterowania), jak i wtórną (przebieg napięcia). W niektórych pojazdach możliwe jest odczytanie tzw. feedbacku zapłonu – odpowiedzi z cewki do ECU, która potwierdza, że iskra wystąpiła. Brak tego potwierdzenia może spowodować automatyczne wyłączenie wtrysku dla danego cylindra, chroniąc katalizator.

Skuteczna diagnostyka układów zapłonowych wymaga znajomości charakterystyki danego systemu zapłonowego i objawów typowych dla jego usterek:

• szarpanie przy obciążeniu – możliwa niska energia iskry,
• trudności w rozruchu – niewłaściwy moment zapłonu lub brak impulsu z czujnika położenia wału,
• zwiększone spalanie – zbyt późny zapłon lub niestabilna iskra,
• check engine bez błędów – potencjalnie wadliwe zasilanie czujników lub niestabilne napięcie.

Zrozumienie tych zależności pozwala szybko zidentyfikować źródło problemu oraz ograniczyć koszty, które wiążą się z błędną wymianą sprawnych podzespołów. Dobrze przeprowadzona diagnostyka zaczyna się od analizy objawów i danych, nie od wymiany części. Układ zapłonowy silnika benzynowego przeszedł długą drogę od mechanicznych przerywaczy, przez układy bezstykowe, aż po zaawansowane systemy elektroniczne zintegrowane z ECU.

Mimo tej ewolucji jego rola pozostaje niezmienna – jest nią zapewnienie iskry o odpowiedniej energii, we właściwym cylindrze i w precyzyjnie określonym momencie. Skuteczna diagnostyka wymaga zarówno zrozumienia zasad działania poszczególnych generacji układów zapłonowych, jak i umiejętności posługiwania się nowoczesnymi narzędziami diagnostycznymi. Niezależnie od stopnia zaawansowania technologicznego tytuł artykułu pozostaje aktualny – w układzie zapłonowym wszystko zależy od odpowiedniego czasu zapłonu.

Źródło: Materiały redakcyjne