Mit tud a multispark gyújtás?

Tudjuk, hogy a benzinmotor égésterében lévő benzin levegő keveréket – ha gázmotor, akkor a gáz/levegő keveréket – a gyújtógyertya szikrája gyújtja meg. A szikrát a benzin meggyulladása, majd folyamatos égése követi, a motor jár. Több szempontból is érdemes azonban a szikrát megvizsgálni! Hogyan alakul ki az ív, miként folyik le a kisülés folyamata. A gyulladás azért tud létrejönni, mert az ahhoz szükséges aktiválási energiát a gyulladásra, oxidációra képes anyagba (keverékbe) a villamos ívvel bevisszük. Mégpedig annyit, hogy a gyulladás olyan erős tűzfészket hozzon létre, hogy abból kiindulva önfenntartó lángfrontot tudjon kialakulni. Tehát a gyújtásnak megfelelő energiamennyiséget kell közölnie a gázzal. Az autószerelők már szemre, fülre is meg tudják mondani, hogy egészsége-e a szikra.

A szikrát az idő függvényében is vizsgálni kell. Jellemzője, hogy mennyi ideig áll fenn, tehát időben milyen hosszú. Ezt gyújtásvizsgáló diagnosztikai oszcilloszkópok feszültségváltozás oldaláról láthatóvá teszik, az időtartamot meg tudjuk mérni. Az átütéstől a kialvásig tart a fennállási idő.

1. ábra

A gyújtás szekunder feszültségképe és jellegzetes eseményei

A mai gyújtások többsége tekercsgyújtás, tehát az energiát tekercsben, a gyújtótekercsben tároljuk. (Természetesen létezik kondenzátoros gyújtás is, ahol az energiát a kondenzátor tárolja. Régebben „népszerűbb” volt, ma már inkább ritkaságszámba megy.) A tekercsbe az energiát a primer áram átvezetésével visszük be. A primer tekercsben folyó áram megszakításával egy időben, transzformátor segítségével, növeljük a feszültséget addig, hogy az érje el a gyújtógyertya szikraközének átütési feszültségét és utána kialakuljon a szekunder áram, azaz az íváram. Az ív – összetett hatásmechanizmussal – közli az aktivációs energiát a gáz molekuláival.

Kérdés az, mindjárt meglátjuk, hogy miért, hogy az ív mely szakasza gyújt ténylegesen. Ha tudjuk, akkor ez a gyújtásfejlesztés irányát megszabja.

A tekercsgyújtás ív időtartama 1 és 2 ms (miliszekundum, a másodperc ezred része). Vajon ez feltétlenül kell a biztonságos gyújtáshoz?

A 2. ábrasorozat izgalmas dolgokról mesél.

2. ábra

Az ív időtartamát válasszuk1 ms-ra, ez reális érték. A motor alapjáratán, 600 min^-1 fordulaton, ennyi idő alatt a főtengely 3,6 fokot fordul el. Az égés a gyújtás után mintegy 20 főtengely elfordulás fokon át tart. Minden rendben van.

Pörgessük feljebb a motor fordulatszámát, legyen 3600 min^-1 értékű. Ekkor az 1 ms ívidő már 21,6 főtengelyfok elfordulásnak felel meg. Az égésfolyamat második felében járunk! Ne álljunk meg gondolatkísérletünkkel, legyen a motor fordulatszáma 7500 min^-1. Az ív ég 45 fokon át, mire kialszik az ív, az égésfolyamat fő szakasza is lezárul! Végezetül az elmúlt évek F1 motorjának maximális fordulatszámán, 18 ezren is nézzük meg meddig tart az 1 ms ívidő, az eredmény 108 fok. Itt már valóban mindennek, ami az égést, az energia felszabadítást illeti, vége van.

Ezek után nézzük meg, hogy mennyi idő áll ténylegesen a gyújtás rendelkezésére. Ahhoz, hogy minden a helyén legyen, kb. 4 főtengelyfok alatt ki kell alakulnia a lángfrontnak, hogy a hengertérben a nyomásemelkedés megkezdődhessen.

A 3. ábrán található adatok megadják erre a választ. Például a motor 6000-es fordulatán 54 μs (a mikroszekundum a miliszekundum ezred része).

3. ábra

Eljutottunk addig, hogy következtetést tudunk levonni az eddigiekből. A gyújtóív legeleje, a szikrafej gyújt. Tehát az ívnek az átütés után van a legnagyobb energiatartalma. A kutatók megállapították, hogy a szikrafejben 100 A körüli az áram értéke. Ez a nagy áramsűrűség nem csak erős hőtermelő, hanem – és ez a lényegesebb – a környező gázt plazma állapotba viszi, azaz az atomok elektronjukat vesztik. Tuning gyújtások reklám aduja, hogy plazma gyújtásúak. Most látjuk, hogy minden gyújtás plazmagyújtás is (4. ábra).

4. ábra

A gyújtóív első szakasza plazmacsatornát hoz létre a benzin-levegő keverékben

Azt, hogy milyen ereje legyen a szikrafejnek, befolyásolja a primer áram nagysága, a megszakítás gyorsasága, a szekunder kapacitások értéke, a kifogástalan szekunderköri szigetelés és a gyertya elektróda alakja is.

A gyújtás, ha egyszer végbement, nincs ismétlés. Ha sikerült a gázt „lángra bírnia”, akkor jó, ha nem, akkor az a munkaciklus kimarad.

A gyújtás fejlesztői arra törekednek, hogy egymást követően több szikrát is képezzenek. Ezt nevezik „multi-spark” gyújtásnak (az angol spark szó magyarul szikrát jelent). Több szikrára is van idő, mert csak a szikrafej számít a gyújtásban, és annak időtartama rövid. Természetesen egy „szikraciklus” a primer áram felépüléséből, majd a megszakítás után a szekunder kapacitások feltöltődéséből áll, ezek az előkészületi események. Ennek megvan a maga időigénye. Mindez azonban „belefér” egy gyújtási szakaszba.

5. ábra

Az 5. ábra a „multispark” lefolyását mutatja. Ezzel a többszörözéssel a gyújtás biztonsága lényegesen növelhető.

Ma a benzinmotorok jelentős hányadának keverékösszetétele közel van az ún. elméletihez, ezt egy szabályzórendszer állandósítja. Sokan tudják, hogy ez a lambda = 1 értékre történő szabályozás. A gyújtás szempontjából ez kedvező, mert az elméleti összetételű keveréket viszonylag könnyű meggyújtani, ez a gyújtórendszert nem állítja különösen nagy követelmény elé.

A gyújtás/gyulladás akkor válik kritikussá, amikor híg benzin/levegő keveréket kell meggyújtani. Vannak Ott-motorok, melyek ún. réteges keverékkel üzemelnek, az égéstérben lévő keverék globálisan híg, mely a gyertya környezetében viszont lokálisan dús (6. ábra).

6. ábra

A réteges keverékképzésű motor ún. sugárvezérelt befecskendezéssel és belső örvényléssel állítja elő a keveréket, a gyújtógyertya a befecskendező mellett foglal helyet

tt használják a nagyenergiájú és célszerűen a „multispark” tudású gyújtás. Egy korszerű gyújtóegységet mutat a következő kép.

7. ábra

Delphi Multispark gyújtás gyújtótranszformátora és vezérlő elektronikája.

Dr. Nagyszokolyai Iván

az Autótechnika főszerkesztője

(a témához kapcsolódó további szakmai cikkek az Autótechnika folyóiratban, illetve a http://autotechnika.hu oldalon olvashatóak.)