Jak czytać oscylogram wysokiego napięcia na świecy zapłonowej?

Oscylogram przebiegu wysokiego napięcia na świecy zapłonowej pokazuje ładowanie cewki (E'–A'), indukowanie napięcia aż do przeskoku iskry (B'), fazę łuku (C'–D') i gasnące oscylacje. Pole pod wykresem między A' i D' jest miarą energii wyładowania, a napięcie przebicia zależy od odległości elektrod, składu mieszanki, temperatury w cylindrze i kształtu elektrod.

Jak interpretować oscyloskopowe wykresy przebiegu wysokiego napięcia na świecy zapłonowej?

Na wykresach zachowaliśmy oznaczenia zgodne z tymi, które występują w literaturze. Oznaczenia A', B', C', D', E' dotyczą charakterystycznych punktów oscylogramu, a oznaczenia „prim” mówią o tym, że pomiary dotyczą strony wtórnej cewki.

Brak kolejności literowego oznaczenia przebiegu wynika z nieco innego przedstawienia wykresów. Zdecydowaliśmy się na przedstawienie wykresów od początku ładowania cewki, a nie od początku wyładowania iskrowego.

Pozioma oś wykresu to czas, a jedna działka (odległość linii kropkowych na wykresie) to 0,5 ms (milisekundy). Na osi pionowej zaznaczone jest napięcie w kV (kilowoltach), a jedna działka to 2 kV.

Ładowanie cewki (E'–A')

Patrząc od lewej strony wykresu, jako pierwszy mamy punkt E' – punkt, w którym następuje włączenie zasilania cewki po stronie pierwotnej. Jest to nic innego jak podłączenie napięcia akumulatora do uzwojenia pierwotnego cewki. Następuje ładowanie cewki, a energia gromadzona jest w polu magnetycznym rdzenia cewki. Czas ładowania to okres występowania gasnącej sinusoidy – na naszym wykresie to punkt F', znajdujący się w odległości około 60% między punktami E' i A'. Dalej linia przebiega poziomo, co świadczy o pełnym naładowaniu cewki. Ponieważ uzwojenie podłączone do zasilania mogłoby przepuszczać znaczne ilości prądu, co prowadziłoby do nadmiernego grzania się cewki i w konsekwencji jej spalenia, układy zasilające ograniczają prąd podawany na cewkę do 6 A (w większości cewek).

Indukowanie wysokiego napięcia i przeskok iskry (A'–C')

Po naładowaniu cewki w punkcie A' następuje gwałtowne odłączenie zasilania (sterowane przez układ elektroniczny). W tym momencie rozpoczyna się indukowanie wysokiego napięcia do wartości B'. Wartość osiąganego napięcia B' zależy od trzech czynników:

• odległości elektrod świecy zapłonowej,
• składu mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrze,
• temperatury w cylindrze.

Jeśli w cewce zgromadzona jest odpowiednia ilość energii, osiągany jest punkt B', w którym rozpoczyna się przeskok iskry pomiędzy elektrodami świecy. W punkcie B' zaczyna również przepływać prąd między elektrodami. Powoduje to spadek napięcia do poziomu C'.

Faza łuku i energia iskry (C'–D')

Od punktu C' możemy obserwować płaski odcinek wykresu – jest on wypadkową napięcia i prądu w łuku elektrycznym. Okres ten trwa tak długo, na ile wystarczy energii zgromadzonej w cewce na podtrzymanie łuku. Pole powierzchni pod wykresem, ograniczone liniami pionowymi w punktach A' i D' oraz osią poziomą, jest miarą energii wyładowania iskrowego na świecy. Porównanie wielkości tych pól pozwala porównać energię zapłonu dla układu cewka – przewód zapłonowy – świeca zapłonowa.

W punkcie D', w końcowej części wyładowania, następuje wzrost napięcia. Świadczy to o tym, że w cewce nie ma już wystarczającej ilości energii, aby podtrzymać stabilnie płynący w trakcie wyładowania prąd, i iskra zaczyna zanikać. Brak energii na przepływ prądu zamieniany jest na wzrost napięcia. Następuje gwałtowny spadek napięcia i jego gasnące oscylacje. Należy tu wspomnieć, że pomimo przeskoku iskry może nie dochodzić do całkowitego rozładowania cewki. Po tym okresie następuje kolejny cykl, zaczynający się od punktu E'.

Brak oscylacji na prawo od punktu E' (lub oscylacje o nieznacznej amplitudzie) może świadczyć o tym, że cewka nie została rozładowana podczas przeskoku iskry lub że do przeskoku iskry nie doszło.

Warunki pomiaru i wpływ kształtu elektrod

Analizowany wykres został sporządzony dla standardowej świecy z przerwą iskrową 0,8 mm, umieszczonej w powietrzu. W związku z tym wysokie ciśnienie oraz skład mieszanki nie wpływały na wartości napięć i przebieg prądu. Warto jeszcze wspomnieć o dość istotnym czynniku wpływającym na wartość napięcia potrzebnego do zainicjowania iskry, niewymienionym wcześniej – kształcie (stanie) elektrod świecy zapłonowej. Najłatwiej zainicjować przeskok iskry (potrzebne jest najniższe napięcie) między dwoma ostro zakończonymi elektrodami. W przypadku elektrod o kształcie zaokrąglonym (a w trakcie eksploatacji elektrody przybierają taki kształt) potrzebne jest wyższe napięcie niż w przypadku ostro zakończonych elektrod. Najwyższe napięcie jest potrzebne w przypadku elektrod będących dwiema płaskimi, oddalonymi od siebie powierzchniami.

Przykłady oscylogramów przy typowych usterkach znajdziesz w artykule Przebicie przewodów zapłonowych po wymianie.