Wyzwanie dla mechaników: naprawa „zabytkowych” układów zapłonowych

Naprawa zabytkowych układów zapłonowych Adobe Stock – Planetz
Bogdan Kruk
10.1.2024

W porównaniu ze współczesnymi pojazdami, systemy zapłonowe w klasycznych i starszych samochodach potrzebują nie tylko regularnej konserwacji, ale także specjalistycznej wiedzy – zwłaszcza podczas rozwiązywania technicznych problemów.

  • Zarządzanie pracą silnika – na co zwrócić uwagę podczas diagnostyki pojazdów starszego typu. 
  • Dobór specjalistycznych narzędzi: kryteria i rodzaje zastosowań. 
  • Jak działa klasyczny bateryjny układ zapłonowy. 
  • Zaawansowana adaptacyjność, czyli praca na algorytmach systemu.
  • Weryfikacja typowych usterek układu zapłonowego. 
  • Kontrola rezystancji komponentów – jak przebiega cały proces. 

Kiedy właściciel starszego pojazdu z silnikiem spalinowym zgłasza problem z działaniem samochodu (np. kłopoty z odpalaniem, brak mocy, wybuchy lub dławienie się podczas przyspieszania lub inną, poważniejszą awarię) – zwykle pierwsze podejrzenia dotyczą gaźnika lub układu wtryskowego.

Doświadczeni mechanicy, zwłaszcza ci o dłuższym stażu, gdy otrzymują taką informację od klientów, zazwyczaj najpierw szukają przyczyny problemu w układzie zapłonowym. Brak iskry oznacza brak zapłonu, co z kolei skutkuje brakiem mocy. Takie rozumowanie wpisuje się w historię napraw samochodów z silnikami spalinowymi.

Dobór specjalistycznych narzędzi

Obecnie wraz z postępem technologicznym i z rozwojem nowoczesnych, elektronicznych systemów samochodowych, wiedza dotycząca obsługi tradycyjnych cewkowych układów zapłonowych stopniowo traci na znaczeniu. Te układy, zarówno sterowane stykowo, jak i bezstykowo za pomocą układów tranzystorowych, do połowy lat 90. uznawano za szczyt technologii.

W tamtych czasach regularna kontrola styków przerywacza zapłonu była rutynowym zadaniem dla mechaników samochodowych. Producenci samochodów zalecali ich wymianę co najmniej co 15 000 lub 30 000 km (a w niektórych modelach: od 5000 do 10 000 km).

Podczas wymiany przerywacza konieczne było przeprowadzenie regulacji kąta wyprzedzenia zapłonu,a także czasu zapłonu. W nowoczesnych pojazdach coraz częściej wykorzystywane są zaawansowane systemy elektroniczne, które nie tylko umożliwiają diagnozowanie problemów, ale także eliminują potrzebę ręcznej regulacji elementów zapłonowych.

Tym rozwiązaniem interesują się również entuzjaści oraz właściciele starszych, klasycznych samochodów. Choć trzeba przyznać, że naprawa takich pojazdów w wielu warsztatach stanowi nie lada wyzwanie. Z powodu licznych zmian w konstrukcji pojazdów, starsze metody napraw rzadko są praktykowane, przez co mechanicy mniej się znają na działaniu tradycyjnych układów zapłonowych.

Na taki stan rzeczy często wpływa młody wiek oraz brak doświadczenia u nowego pokolenia mechatroników samochodowych. Brakuje więc specjalistów od napraw „zabytkowych” układów zapłonowych. Inną przyczyną może być ograniczony dostęp do odpowiedniego sprzętu, który umożliwiłby zlokalizowanie źródła usterki oraz ułatwiłby jej usunięcie.

Wiele starszych pojazdów jest regularnie serwisowanych przez stałych klientów, którzy odwiedzają lokalny warsztat naprawy samochodów – świadczący usługi z zakresu nowych technologii, jak i dedykowany starszym modelom samochodów.

Zdarza się jednak, że podczas naprawy cewkowych układów zapłonowych, nawet zaawansowane urządzenia diagnostyczne (wyposażone w funkcję multimetru) często nie są w stanie skutecznie zlokalizować nieprawidłowo pracującego przerywacza albo innych wadliwych elementów.

Ewolucja technologiczna wymusza na warsztatach konieczność dostosowywania się do obsługi najnowszych pojazdów, zachowując jednocześnie kompetencje w obszarze starszych modeli – tych, które wymagają wiedzy i doświadczenia.

Do naprawy układu zapłonowego w klasycznych pojazdach niezbędne są również „specjalistyczne” urządzenia:

  • miernik kąta zwarcia,
  • lampa stroboskopowa,
  • iskrownik,
  • pompka próżniowa,
  • termometr bezdotykowy na podczerwień,
  • szczelinomierz, tester cewek zapłonowych,
  • oscyloskop do badania zapłonu itp.

Klasyczny bateryjny układ zapłonowy 

Pojazdy z zapłonem akumulatorowym stanowią znaczącą grupę wśród starszych samochodów. W takim układzie zapłonowym biegun ujemny akumulatora jest połączony z masą nadwozia (zacisk 31), a przewód z bieguna dodatniego jest doprowadzony do stacyjki i dalej do dodatniego zacisku uzwojenia pierwotnego cewki zapłonowej.

Prąd poprzez uzwojenie pierwotne przepływa do jej ujemnego zacisku (zacisk 1), a następnie przez przewód (zwykle w kolorze zielonym) do styku przerywacza, który znajduje się w rozdzielaczu. Druga część styku przerywacza jest połączona z masą pojazdu, a ta z kolei łączy się z ujemnym biegunem akumulatora.

Przerywacz stanowi wyłącznik kontrolowany przez układ mechaniczny, napędzany z wałka rozrządu. Gdy styk przerywacza jest zamknięty, płynie prąd o natężeniu około 4 A w obwodzie. W trakcie pracy silnika styk przerywacza regularnie otwiera się i zamyka, co powoduje krótkotrwałe przerwy w przepływie prądu.

To właśnie te przerwy odpowiadają za impulsy elektryczne, które przesyłane są do cewki zapłonowej, inicjując tworzenie iskry potrzebnej do zapłonu mieszanki paliwowo- powietrznej w cylindrach silnika. Za każdym razem, gdy następuje przerwanie zasilania w obwodzie uzwojenia pierwotnego, w cewce zapłonowej powstaje pole magnetyczne, które z kolei generuje we wtórnym uzwojeniu wysokie napięcie o niskim natężeniu prądu (napięcia zapłonu).

Wartość napięcia wywołującego przeskok iskry między elektrodami świecy zależy od konstrukcji cewki i wynosi 10 000-30 000 V. Równolegle do styków przerywacza podłączony jest kondensator zapłonowy. Jest on również określany jako „kondensator gaszący iskrę”, ponieważ jego zadaniem jest podtrzymywanie szybkiego spadku natężenia prądu w uzwojeniu pierwotnym cewki, a także w znacznym stopniu tłumienie („gaszenie”) iskry na stykach przerywacza w celu zminimalizowania ich przepalenia.

Wysokie napięcie z uzwojenia wtórnego cewki zapłonowej przekazywane jest przez przewód zapłonowy do palca rozdzielacza, a stamtąd poprzez dociskany sprężyną styk ślizgowy do styku na wałku rozdzielacza. Podczas obrotu wałka napięcie jest doprowadzone do przewodów zapłonowych, które dystrybuują wysokie napięcie do świec zapłonowych w poszczególnych cylindrach.

Aby zwiększyć niezawodność i ograniczyć konieczność konserwacji układów zapłonowych, wielu producentów opracowało w latach 60. XX w. tranzystorowe układy zapłonowe. W pierwszym etapie nowej technologii mechaniczny styk przerywacza nadal dostarczał impuls, ale przestał przekazywać prąd o natężeniu 4 A do cewki zapłonowej.

Zamiast tego, pełnił funkcję przełącznika podobnego do przekaźnika, sterując prądem o natężeniu zaledwie kilku miliamperów, który zasilał tranzystor. Między cewką zapłonową a tranzystorem dodano szeregowo rezystor, aby zwiększyć żywotność i niezawodność przerywacza. W kolejnym etapie ewolucji mechaniczne styki przerywacza zostały całkowicie zastąpione przez elementy półprzewodnikowe.

Zastosowanie czujnika indukcyjnego lub magnetycznego znacznie poprawiło niezawodność układu zapłonowego. Kontrola czasu zapłonu odbywała się również w sposób elektroniczny, za pomocą regulatora zapłonu, co umożliwiało bardziej precyzyjne dostosowanie czasu zapłonu do warunków pracy silnika.

Zaawansowana adaptacyjność

Współczesne systemy zarządzania pracą silnika stanowią przykład zaawansowanej adaptacyjności. Te inteligentne jednostki sterujące są tak zaprogramowane, aby samodzielnie kompensować naturalne zużycie silnika oraz rozwiązywać drobne usterki w określonym zakresie.

Algorytmy przechowywane w tych systemach obejmują niemal każdy możliwy tryb pracy silnika. Komputer jednostki sterującej stale analizuje aktualne dane z czujników i informacje przekazywane przez siłowniki, porównując je z danymi zapisanymi w mapach. Na ich podstawie automatycznie koryguje pracę jednostki napędowej, bez potrzeby ingerencji kierowcy.

W nowoczesnych systemach adaptacyjnych silników kompensacja naturalnego zużycia elementów, takich jak świece zapłonowe, sonda lambda czy zawory wtryskowe paliwa, odgrywa istotną rolę. Te systemy automatycznie dostosowują pracę silnika do zmieniających się warunków, co przyczynia się do wydłużenia żywotności poszczególnych komponentów.

Natomiast starsze modele silników, pozbawione tej adaptacyjności, są bardziej narażone na szybkie ujawnienie się zużycia elementów oraz wystąpienie usterek, zwłaszcza w obszarze zapłonu i przygotowania mieszanki paliwowo-powietrznej. Chociaż wyposażenie starszych silników jest w dużej mierze mechaniczne i znacznie prostsze niż w przypadku współczesnych silników benzynowych, istnieje więcej możliwych usterek, a co za tym idzie – reklamacji ze strony klientów.

Do typowych usterek należą:
1. Zimny silnik:

  • trudności z uruchomieniem, szczególnie przy dużej wilgotności powietrza,
  • falujące obroty na biegu jałowym,
  • nierówna praca silnika podczas jazdy,
  • nieprawidłowa reakcja przepustnicy,
  • stuki w układzie dolotowym,
  • brak mocy podczas przyspieszania.

2. Ciepły/gorący silnik:

  • trudności z uruchomieniem, wymaga dłuższego okresu „zbierania się”,
  • nie reaguje na wciśnięcie pedału gazu,
  • nagle gaśnie podczas ruszania.

3. Układ zapłonowy:

  • przerwy w zapłonie podczas przyspieszania,
  • utrudniony rozruch silnika,
  • silnik pracuje chwilowo i nagle gaśnie,
  • spadek mocy jednostki,
  • zwiększone zużycie paliwa.

4. Inne objawy i przyczyny nieprawidłowej pracy silnika:

  • mocno szarpie podczas jazdy na luzie,
  • szarpie podczas jazdy przy stałej prędkości,
  • bardzo wolno przyspiesza,
  • utyka lub ma częste przerwy zapłonu podczas przyspieszania,
  • traci moc wraz ze wzrostem temperatury,
  • osiąga zbyt wysoką temperaturę podczas pracy na wyższych obrotach,
  • gryzący, ostry zapach spalin,
  • odgłosy stukania podczas przyspieszania (ciepły silnik),
  • zaoliwione lub pokryte sadzą elektrody świec zapłonowych,
  • pęknięty izolator świecy,
  • uszkodzenie świecy – stopienie elektrody środkowej lub masowej,
  • nieprawidłowo ustawiony zapłon,
  • zakłócenia w odbiorze radia podczas zwiększania prędkości.

Wymienione objawy mogą być wskaźnikiem różnych problemów, począwszy od nieprawidłowego zapłonu aż po kwestie związane z jakością mieszanki paliwowo-powietrznej. Każdy z tych problemów wymaga przeprowadzenia dokładnej diagnozy i skutecznej naprawy. Ponieważ odczyt pamięci błędów i diagnostyka pokładowa (OBD) pojawiły się dopiero pod koniec lat 80. XX w., wiedza diagnostyczna oraz doświadczenie mechanika warsztatowego są szczególnie przydatne przy eliminowaniu usterek w starszych samochodach.

Kolory świecy i punkty kontrolne

Stożek prawidłowo pracującej świecy zapłonowej powinien mieć barwę szarą lub
kolor – od jasnego brązu do rdzawo-brunatnego. 
Izolator świecy pokryty czarną sadzą, oznacza niewystarczające spalanie
, które może być spowodowane zbyt bogatą mieszanką, późnym zapłonem lub zużytymi stykami przerywacza.
Jeśli natomiast świeca zapłonowa jest zaoliwiona, przyczyną niesprawności może
być zbyt dużo oleju w komorze spalania lub – w przypadku silników dwusuwowych
– zbyt bogata mieszanka.
Jeśli usterka zostanie usunięta za pomocą nowego kompletu świec zapłonowych,
przyczyną usterki mogła być uszkodzona świeca np. taka z pękniętym izolatorem.
Jeśli jednak po wymianie świec na nowe, silnik nadal będzie pracował nierówno, należy zwrócić uwagę na elementy rozdzielacza zapłonu.

Podczas dokładnych oględzin mechanik powinien szukać potencjalnych źródeł
usterek.
Kilka najważniejszych punktów kontrolnych:

  • Jaki jest stan styków w kopułce rozdzielacza (wewnątrz i na zewnątrz) oraz na palcu aparatu zapłonowego? Czy są one bardzo nadpalone lub utlenione?
  • Czy na kopułce rozdzielacza widoczne są włosowate rysy, przez które iskra zapłonowa może przeskakiwać w niekontrolowany sposób?
  • Czy przyłącza przewodów zapłonowych w kopułce rozdzielacza i na końcówkach przewodów zapłonowych są wolne od tlenków (nalotów)?
  • Jak wyglądają przewody zapłonowe? Czy powierzchnia przewodów jest porowata lub miejscami pęknięta? Czy zainstalowano prawidłowe przewody zapłonowe (pokryte powłoką PVC lub silikonową z miedzianymi żyłami, z rezystorem przeciwzakłóceniowym lub bez niego)?
  • Czy wtyczki świec zapłonowych są w odpowiednim stanie? Niedopuszczalne są pęknięcia plastikowych wtyczek. Czy zamontowane są prawidłowe świece? Czy na końcówkach świec zapłonowych nie ma osadów/zanieczyszczeń (tlenków)?
  • Jak wygląda przerywacz zapłonowy? Czy powierzchnie styków są mocno zużyte (w kształcie krateru) lub mają kolor niebieski? Czy sprężyna powrotna jest pęknięta?
  • Czy po ręcznym otwarciu styków przerywacza pojawia się duża iskra?
  • Czy regulator podciśnieniowy działa prawidłowo? Czy puszka próżniowa jest szczelna? Dodatkowo dla rozdzielaczy z podwójnym gniazdem (dla wczesnego i późnego zapłonu): czy przewody podciśnienia są odpowiednio podłączone?
  • Czy regulator odśrodkowy rozdzielacza zapłonu obraca się płynnie? Uwaga: aby przeprowadzić bardziej precyzyjny test działania, należy użyć do zapłonu lampy stroboskopowej.

Zobacz, sprawdź i zmierz 

W przypadku nowoczesnych pojazdów, gdy silnik zaczyna sprawiać problemy, rozwiązaniem jest zastosowanie urządzenia diagnostycznego do odczytania kodu usterek. Jednak w sytuacji naprawy starszych pojazdów, w których silniki wyposażone są w mechaniczne, stykowe lub bardziej zaawansowane bezstykowe układy zapłonowe, konieczna jest większa inicjatywa ze strony specjalisty warsztatowego.

Niemniej jednak – po zapoznaniu się z dokumentacją i z zasadami działania układu zapłonowego wyposażonego w cewkę zasilaną przez akumulator, rozwiązywanie problemów nie stanowi większego wyzwania. Zazwyczaj, gdy występuje kłopot z uruchomieniem silnika, mechanik powinien rozpocząć prace od sprawdzenia elementów znajdujących się po stronie niskiego napięcia układu zapłonowego.

Jeśli jednak usterka dotyczy tylko poszczególnych cylindrów, to przyczyną może być nieprawidłowa praca komponentów po stronie wysokiego napięcia. W większości przypadków, jeśli to możliwe, zaleca się przeprowadzenie jazdy próbnej z klientem przed rozpoczęciem naprawy.

W trakcie napraw układu zapłonowego, przed rozpoczęciem jazdy, pojazd nie powinien pracować zbyt długo na biegu jałowym, konieczne jest również przejechanie ze zmienną prędkością min. 10 km. Po powrocie do warsztatu warto rozpocząć pracę od wykonania szybkich, prostych czynności. Bezpośrednio po zatrzymaniu silnika, należy wykręcić świece zapłonowe i dokładnie je przejrzeć. Na podstawie ich stanu można określić właściwy kierunek dalszych poszukiwań przyczyny usterki. Można np. ustalić czy problem leży w układzie zapłonowym, czy w przygotowaniu mieszanki.

Niebezpieczne stuki

Konstruktorzy silników dążą do osiągnięcia całkowitego spalania paliwa. Odpowiedzialny za to jest przede wszystkim efektywny układ zapłonowy. W nowoczesnych silnikach benzynowych system komputerowy zarządzania silnikiem kontroluje procesy zapłonu niemal optymalnie w całym zakresie prędkości i obciążenia. Natomiast w starszych silnikach mechanizm regulacji w rozdzielaczu zapłonu stara się wykonać to zadanie jak najlepiej – co nie zawsze się udaje, a w najgorszym przypadku może doprowadzić do uszkodzenia silnika.Oprócz nieodpowiedniego, zestarzałego lub paliwa o niskiej jakości, istnieją inne przyczyny, które mogą powodować stukanie silnika benzynowego.
Zaliczyć do nich można:

  • nieprawidłowe ustawienie zapłonu (zbyt duża iskra),
  • uszkodzony mechanizm regulacji zapłonu (puszka podciśnieniowa, regulator odśrodkowy),
  • niewłaściwy skład mieszanki (zbyt uboga/zbyt bogata mieszanka paliwowo-powietrzna, osady na zaworach dolotowych, denkach tłoka i w komorze spalania itp.) lub niewystarczające odprowadzanie ciepła (osady węglowe na tłokach, zaworach wydechowych i w komorze spalania). Poza nieodpowiednim, zestarzałym lub paliwie o niskiej jakości, istnieją inne przyczyny stukania silnika benzynowego. Należą do nich: nieprawidłowe ustawienie zapłonu (zbyt duża iskra),
  • uszkodzony mechanizm regulacji zapłonu (puszka podciśnieniowa, regulator odśrodkowy),
  • niewłaściwy skład mieszanki paliwowo-powietrznej (zbyt uboga/ zbyt bogata mieszanka,
  • osady na zaworach dolotowych, denkach tłoka i w komorze spalania.

Częstym skutkiem ubocznym stukania silnika jest zapłon żarowy, który również może negatywnie wpływać na niektóre części mechanizmu i prowadzić do uszkodzeń elementów silnika, takich jak dziury w denkach tłoków czy punkty zatarcia w okolicach trzonków zaworów. Ten rodzaj zapłonu występuje, gdy żarzące się części lub złogi nagaru w komorze spalania zbyt wcześnie zapalają mieszankę paliwowo-powietrzną – nim nastąpi właściwy zapłon wywołany iskrą zapłonową.

Multimetr mierzy rezystancję

Kontrolę rezystancji komponentów elektrycznych można wykonać za pomocą multimetru uniwersalnego. Aby to zrobić, należy odłączyć wszystkie przewody zapłonowe, przewód wysokiego napięcia cewki zapłonowej, a także zdemontować kopułkę i wałek rozdzielacza.

Po wybraniu trybu pomiaru oporności (zakres Ω), mechanik warsztatowy powinien przede wszystkim sprawdzić ciągłość rezystancji oraz jej wartość dla wszystkich elementów elektrycznych, porównując otrzymane wyniki z wartościami podanymi przez producenta pojazdu.

Podczas pomiaru rezystancji przewodów zapłonowych, w przypadku ich wewnętrznej przerwy omomierz pokaże nieskończenie wysoką rezystancję (∞) lub rezystancję w zakresie megaomów (MΩ). Nieuszkodzone przewody zapłonowe zazwyczaj cechuje bardzo niska rezystancja, dlatego miernik powinien wykazać wartość zbliżoną do 0 Ω.

Warto zauważyć, że podczas pomiarów rezystancji obwodów, np. od cewki zapłonowej do świecy zapłonowej, wartości ich rezystancji się sumują. Jeśli nie ma dostępnych wartości referencyjnych, obowiązuje praktyczna zasada: dla układu zapłonowego z elementami tłumiącymi całkowita rezystancja powinna wynosić 15-20 kΩ.

Jeśli jest znacznie wyższa, może to być przyczyną nieprawidłowej pracy przepustnic, niewłaściwego rozruchu oraz braku mocy silnika. W przypadku pojazdów o dużym przebiegu pomocne może być sprawdzenie ciśnienia sprężania (kompresji) w cylindrach. Pomiar ten pozwala ocenić stopień zużycia jednostki napędowej, a także wykryć potencjalne uszkodzenia mechaniczne silnika, takie jak zużyte tłoki, pierścienie tłokowe, cylindry, nieszczelne zawory dolotowe i wydechowe itp.

Diagnostyka usterek za pomocą oscyloskopu 

Diagnoza usterek w układzie zapłonowym oraz w układzie przygotowania mieszanki paliwowo-powietrznej może być wykonana szybciej, jeśli zastosujemy oscyloskop wyposażony w dedykowany adapter pomiaru napięcia uzwojenia wtórnego cewki zapłonowej.

Do wykonania pomiaru wysokiego napięcia i poprawnej interpretacji wyników niezbędna jest biegłość w obsłudze oscyloskopu. Niestety, liczba specjalistów z branży motoryzacyjnej, zdolnych do prawidłowego przeprowadzenia tego rodzaju pomiarów, stale maleje. To zjawisko wynika m.in. z tego, że producenci pojazdów coraz częściej preferują rozwiązywanie problemów związanych z usterkami zapłonu i wtrysku za pomocą narzędzi diagnostycznych, a oscyloskop cyfrowy stosowany jest jedynie do wykrywania problemów w systemach magistrali CAN.

Skuteczne wykorzystanie oscyloskopu pozwala na wykrycie wielu rodzajów usterek, takich jak nieregularności w napięciu cewki zapłonowej, problemy z wtryskiem paliwa czy nieprawidłowe impulsy w układzie zapłonowym. Dzięki tej diagnostyce mogą być zidentyfikowane różne zakłócenia, błędy sygnałów czy niewłaściwe funkcjonowanie.

Jednakże coraz częstsze stosowanie przez producentów innych narzędzi diagnostycznych niż oscyloskop cyfrowy wynika z rosnącego skomplikowania elektroniki pojazdowej oraz zastosowania w pojazdach bardziej zaawansowanych systemów diagnostycznych dostępnych na rynku.

Narzędzia te często bardziej skupiają się na odczytywaniu danych z systemów komputerowych samochodu – co przyspiesza proces diagnozy w zakresie usterek i ułatwia naprawę. Istotnym warunkiem wstępnym dla efektywnego wykrywania usterek za pomocą oscyloskopu jest właściwe ustawienie podstawowych parametrów układu zapłonowego.

Ten proces obejmuje regulację kąta wyprzedzenia zapłonu, zależnego od specyfikacji producenta. Regulacja może być przeprowadzona statycznie przy prędkości obrotowej biegu jałowego lub dynamicznie – przy określonej prędkości testowej, z aktywną regulacją podciśnienia albo bez niej.

Źródło: Materiały redakcyjne

O Autorze

Bogdan Kruk

Redaktor miesięcznika „autoEXPERT”

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę