Technika motocyklu - 12. část - zapalování

Úvod, zapalovací svíčka

Všeobecně

Zapalování je nezbytné pro funkci zážehového motoru a v podobě jiskry na zapalovací svíčce přináší energii podněcující vznik hoření připravené směsi. Základní požadavek je ten, aby jiskra přeskočila ve správný okamžik a aby jiskra měla potřebnou energii pro zažehnutí směsi. Okamžik zážehu je nutný pro správnou funkci motoru. V článku o zážehovém motoru byl uveden princip činnosti a ten zde jen částečně zopakuji. Doba hoření směsi je nenulová, čili směs je nutno zapálit s jistým předstihem před horní úvratí pístu, aby maximální tlak na píst byl těsně za HÚ při pohybu pístu k dolní úvrati, čímž vykonává užitečnou práci. Při malém předstihu (pozdní zapálení) není tlak využit efektivně a značně klesá výkon motoru. Na druhou stranu předčasný zážeh (velký předstih) se projevuje detonačně – snižuje výkon a značně roste opotřebení. Moderní řídící systémy zapalování jsou schopny detekovat detonační hoření pomocí snímače klepání (knock senzor) na principu piezoelektrického jevu. Snímač je umístěn na válci nebo hlavě válců a řídící jednotka v případě klepání snižuje předstih o 3-5° dokud klepání neustane. Předstih je nutné regulovat na základě dvou veličin. V prvé řadě na otáčkách z důvodu vyšší rychlosti pístu při vyšších otáčkách. Předstih se tedy zvětšuje. Tato regulace je prováděna na motocyklech přibližně 30 let. Posledních cca 12 let se objevuje na sériových motorech regulace na základě zatížení motoru a to snímáním natočení škrtící klapky. Při vyšším zatížení roste plnící účinnost motoru a dochází k vyššímu kompresnímu tlaku, který ovlivňuje náchylnost k detonačnímu hoření.

Zapalovací svíčka

Nedoznala výraznějších změn od svého počátku a tak přes 100 let se jedná o minimálně dvě elektrody, přičemž jedna je uzemněná přes závit a druhá vedoucí středem svíčky je připojena přes vysokonapěťový kabel k zapalovací cívce. Elektrody jsou vůči sobě odizolovány keramikou a musí snášet napětí až k hodnotám 45kV. Střední elektroda je buď slitina s velkým obsahem Ni (tání 1450°C / 6,8 µOhm.cm), platinová (tání 1770°C / 10,6 µOhm.cm) nebo iridium (tání 2454°C / 5,3 µOhm.cm). Od firmy Denso mají svíčky platinové průměr elektrody 1,1 mm a výdrž až 100 tis. km (v autě) a iridiové mají průměr 0,7 mm s výdrží až 150 tis km. Speciální konstrukce iridiové má průměr elektrody 0,4 mm. Izolátor musí být těsně uchycen v kovovém pouzdře aby odolával tlakům přes 6 Mpa.
Vzhledem k elektrickému výboji je nejoptimálnější tvar jiskřiště dva kužely proti sobě, kde na špičkách vzniká rychle ionizace plynu a dochází snadno k výboji s nejmenším požadavkem na energii. Na druhé straně dvě kulové plochy proti sobě jsou nejnevhodnější. Něco mezi používá většina svíček a právě snaha vytvořit co nejvíc hran vede všechny výrobce k úpravě jiskřiště. Každý výrobce má jisté zlepšení a samozřejmě každý jiné kvůli patentům. NGK udělalo drážku ve střední elektrodě - V-Power, Denso má upravenou vnější elektrodu – U-groove a Splitfire má rozřízlou střední elektrodu jak jazyk zmije. Všechny tyto úpravy vychází tak zhruba na stejně, jen Splitfire mírně (mírně víc) přemrštilo cenu u těchto svíček.

Se stárnutím svíčky je větší nárok na energii kvůli "stárnutí" materiálu a tak se vymýšlí další finty-množení míst k výboji. Dělají se dvou a tříelektrodové svíčky, které mají prodloužený interval výměny. Specialitou firmy Brisk je svíčka Premium s kruhovým jiskřištěm. Zde dochází k možnosti výboje na celém obvodu a jiskra je tzv. klouzavá. Pro správnou funkci svíčky musí být zaručena čistota izolátoru. V případě uhlíkových úsad nedojde k přeskoku jiskry, ale elektrickému svodu mimo jiskřiště (to se projeví jako minimální přeskokové napětí). Přeskokové napětí je napětí nutné na průraz izolace mezi elektrodami. Závisí především na vzdálenosti elektrod (při vyšší vzdálenosti je napětí na přeskok nutné zvýšit), dále na složení směsi a tlaku okolí (viz dále). Svíčka musí při provozu mít specifickou teplotu a to v rozsahu cca 550-800°C. Při nižších teplotách nedochází k teplotnímu čištění izolátoru, při vyšších teplotách vznikají samozápaly směsi od rozžhavené svíčky bez ohledu na jiskru. Vzrůst napětí na svíčce je do doby, dokud se „nenajde“ vhodný přeskok. Tudíž na víceelektrodových svíčkách není možné více jisker při jednom zážehu. Více jisker umožňuje pouze speciální svíčka s více navzájem odizolovanými prstenci na izolátoru, kde jiskra přeskakuje postupně z jednoho kroužku na další.

Svíčky je dle výrobce nutné měnit v intervalu nejčastěji 24 tis km. Pokud jsou problémy se systémem pro tvorbu směsi, vydrží svíčky mnohem kratší dobu. Ani tak jednoduchou operaci jako vymontování starých a namontování nových svíček nelze provádět bez základních zkušeností, často s nutností použít speciální klíč. Zvláště u vodou chlazených motorů jsou svíčky velmi hluboko v úzkém otvoru. Na starých motorech byly užity často svíčky se závitem 14 mm na klíč 21 mm, dále vývoj pokračoval s použitím závitu 12 mm na klíč 18 mm (výjimečně i na 16 mm), dnes jsou to nejčastěji závity 10 mm na klíč 16 mm. Utěsnění svíčky je dosaženo buď kuželovou plochou na konci závitu (na moto jsem to neviděl) nebo těsnící podložkou. A aby bylo dosaženo správného utěsnění, musí být svíčka správně dotažena. Vyvstává otázka kolik je správně. Je možné dohledat dotahovací momenty pro různé rozměry závitů, ty však počítají se suchým závitem. Výhodné však je použití měděné pasty na závity svíček pro lepší těsnění, snadnější demontáž a ochranu závitu. Tato pasta ovšem velmi snižuje tření, což ovlivňuje právě i hodnotu dotazovacího momentu. Při dotahování suché svíčky (nová těsnící podložka, závit 10 mm) do suchého závitu (spoj nebyl odmaštěn, ale nebyl ani mazán) předepsaným momentem 20 Nm bylo otočeno o 180° od zašroubování rukou. Svíčka mazaná grafitem potřebovala už jen 15 Nm na stejné otočení což je 75% původního momentu, svíčka mazaná měděnou pastou potřebovala na stejný úhel 12 Nm (60%). Při dotahování namazaného závitu na moment, který nezohledňuje snížení tření vlivem maziva je pak možné, že i když síla v krutu je relativně malá dochází k tahové složce v ose závitu a pouzdro se přetrhne. Z toho důvodu je vhodnější dotahovat svíčky o daný úhel od dotažení prsty. Novou svíčku dotáhneme o 180°, již použitou o 90° (těsnící podložka je již zdeformovaná).
Bohužel ani nově koupená zapalovací svíčka není stoprocentní zárukou funkčnosti. U jednoho měřeného TL 1000S se porucha svíček projevila až ve vysokých otáčkách. Správnou diagnostiku průběhu hoření na elektrodách svíček umožňuje velmi dobře osciloskop o němž je řeč dále.