Układ zapłonowy i elektryczny pilarki

Układ zapłonowy ma za zadanie wywołanie iskry elektrycznej między elektroda-mi świecy zapłonowej i zapalenie elektroda-mieszanki paliwowej w takim położeniu tłoka, aby było możliwe uzyskanie maksymalnego efektu spalania, a w konsekwencji maksymal-nej mocy silnika. W jednocylindrowych dwusuwowych silnikach iskra musi się pojawić raz na jeden obrót wału silnika, gdy tłok zbliża się do górnego martwego punktu (GMP). Wyprzedzenie zapłonu, mierzone kątem, o jaki wał musi się obrócić, by dojść do pozycji odpowiadającej GMP, powinno być takie, aby cała mieszanka zdążyła się spalić, nim tłok zacznie ruch powrotny. Kąt wyprzedzenia zapłonu dla silników pilarek wynosi 24–30° i zależy od paliwa, stopnia sprężania mieszanki, temperatury.

Zadaniem układu elektrycznego, stosowanego w nowoczesnych pilarkach, jest wytworzenie prądu do zasilania ogrzewania uchwytów pilarki i ewentualnie gaźnika. Grzejniki te nie są niezbędne do działania pilarki i do niedawna nie były znane. Części składowe układów – zapłonowego i elektrycznego pokazano na ry-sunku 4.22. W pilarkach stosowane są układy zapłonowe iskrownikowe z wirują-cym magnesem trwałym. Sterowanie chwilą zapłonu dokonywane jest najczęściej elektronicznie (modułem zapłonowym), a rzadziej – w prosty sposób – uzwojeniem

Rys. 4.20. Elementy mocowania gaźnika i filtru powietrza pilarki Husqvarna 254 [instrukcja obsługi]: 1 – uszczelki, 2 – łącznik, 3 – osłona termiczna gaźnika, 4 – elementy sterowania (cięgło

przepustnicy), 5 – gaźnik, 6 – podstawa filtra, 7 – wkręt podstawy, 8 – śruba gaźnika, 9 – filtr powietrza, 10 – śruba mocowania filtra

Rys. 4.21. Tłumiki spalin [instrukcja obsługi]: a – pilarki Partner: 1 – pokrywa zewnętrzna, 2 – pokrywa wewnętrzna, 3 – wkładki tłumiące, 4 śruby łączące; b – pilarki Husqvarna 254: 1 – obudowa, 2 – siatka przeciwiskrowa, 3 – podkładka, 4 – śruby łączące; c – pilarki Homelite:

Rys. 4.22. Części składowe układów zapłonowego i elektrycznego pilarki Husqvarna 253 [in-strukcja obsługi]: 1 – zasłonka otworu pod wyłącznik, 2 – wyłącznik zapłonu, 3 – śruba mocująca

wyłącznik, 4 – wyłącznik ogrzewania uchwytu, 5 – przewód wyłącznika, 6 – nasadka świecy zapłonowej, 7 – sprężyna nasadki, 8 – przewód wysokiego napięcia, 9 – przewód niskiego

napię-cia, 10 – nasadka końcówki przewodu, 11 – przewód masy, 12 – moduł zapłonowy, 13 – śruba mocowania modułu, 14 – przewód prądnicy, 15 – prądnica, 16 – śruba mocowania prądnicy, 17 – dmuchawa, 18 – podkładka, 19 – nakrętka mocowania dmuchawy, 20 – uchwyt przedni, 21 – przewody uchwytu, 22 – płytka grzejna uchwytu tylnego, 23 – wkręty mocowania płytki,

Zanim przejdziemy do omawiania bardziej złożonych układów zapłonowych, zapoznamy się z zasadą działania iskrownika sterowanego uzwojeniem pierwotnym cewki zapłonowej (rys. 4.23). Wyróżnimy dwa obwody prądu – pierwotny (rys. 4.23b) i wtórny (rys. 4.23c). Obwód pierwotny: masa – przerywacz – uzwojenie pierwotne cewki – masa. Równolegle do tego obwodu podłączony jest kondensator. Obwód wtórny: masa – uzwojenie wtórne cewki – przewód wysokiego napięcia – świeca zapłonowa – masa. Obwód ten jest przerwany odstępem elektrod świecy za-płonowej. Działanie: wirujące koło magnesowe wytwarza wokół obwodów pierwot-nego i wtórpierwot-nego zmienne pole magnetyczne, dające małą siłę elektro–motoryczną (SEM), indukującą w zamkniętym obwodzie pierwotnym słaby prąd pierwotny. Rozwarcie styków przerywacza (przerwanie obwodu pierwotnego) powoduje zanik prądu pierwotnego, co stwarza wokół obu obwodów dużą SEM, indukującą w tych obwodach prądy wtórne – w obwodzie pierwotnym – przeciwprąd, a w obwodzie wtórnym – prąd wysokiego napięcia (12000–15000) V, powodujący przeskok iskry pomiędzy elektrodami świecy (tzn. chwilowe zamknięcie obwodu wtórnego).

Kondensator zbiera prąd pierwotny – powodując szybki zanik tego prądu i przeciwprąd – przeciwdziałając iskrzeniu styków przerywacza.

Działanie strumienia magnetycznego na cewkę zapłonową zilustrowano na ry-sunku 4.24. Budowę i schematy iskrowników o opisanym wyżej działaniu pokaza-no na rysunkach 4.25 i 4.26.

W powszechnie stosowanych obecnie układach zapłonowych (rys. 4.23) wy-stępuje tzw. moduł zapłonowy zawierający w jednej obudowie cewkę zapłonową z uzwojeniem pierwotnym i wtórnym, kondensator, uzwojenie ładowania kondensa-tora, elementy elektronicznego sterowania chwilą zapłonu. Zależnie od konstrukcji istnieją moduły zapłonowe z trzema lub dwiema cewkami, z których jedna jest cewką zapłonową prądu wysokiego napięcia do wywołania iskry na elektrodach świecy. Rozróżniamy również zapłon elektroniczny tranzystorowy (rys. 4.27) i kondensatorowy (tyrystorowy).

Omówimy tu szerzej zapłon kondensatorowy. Magnes trwały (NS) – rys. 6.28 za-mocowany na kole magnesowym (zwykle kole zamachowym) obraca się wokół uzwo-jeń zamocowanych na płytce montażowej. Zależnie od położenia, magnes (NS) tworzy kolejno dwa obwody magnetyczne. W położeniu przedstawionym na rysunku 4.28 zmiany strumienia magnetycznego w pierwszym obwodzie magnetycznym (który two-rzą magnes trwały, nabiegunniki i rdzenie magnetyczne elektromagnesów) powodują w obwodzie elektrycznym, na który składają się uzwojenie ładowania kondensatora (UŁ), dioda (D) i kondensator (C), przy otwartym wyłączniku zapłonu (WZ), powstanie sła-bego prądu w uzwojeniu ładowania. Prądem tym ładowany jest kondensator akumulu-jący w ten sposób znaczną energię. W tym czasie strumień magnetyczny oddziałowy-wuje również na uzwojenie cewki zapłonowej (CZ), ale w uzwojeniach tych nie może płynąć prąd, bowiem w obwodzie z uzwojeniem pierwotnym (U1) znajduje się tyrystor (T), który ma zamkniętą bramkę, a w obwodzie z uzwojeniem wtórnym cewki (U2) jest świeca zapłonowa z przerwą między elektrodami. Prąd jest zbyt słaby, by te przeszkody pokonać. Ponieważ dioda (D) uniemożliwia przepływ prądu w przeciwnym kierunku, to kondensator zachowuje nagromadzoną energię.

Rys. 4.23. Schemat iskrownika z wirującymi magnesami trwałymi [Strehlke 1970]: a – budowa ogólna, b – obwód pierwotny, c – obwód wtórny; 1 – świeca zapłonowa, 2 – cewka zapłonowa,

3 – krzywka, 4 – przerywacz, 5 – uzwojenie wtórne, 6 – uzwojenie pierwotne, 7 – koło magnesowe, 8– kondensator

Rys. 4.24. Działanie strumienia magnetycznego na cewkę, w zależności od położenia magnesów [Glantz 1978]

Rys. 4.25. Iskrownik Bosha [Glantz 1978]: a – obudowa: 1 – smarownica, 2 – cewka zapłonowa, 3 – kondensator, 4 – łożysko koła magnesowego, 5 – magnesy stałe, 6 – krzywka, 7 – płytka

iskrownika, 8 – śruba regulacji zapłonu, 9 – przewód wyłącznika zapłonu, 10 – przerywacz, 12 – przewód wysokiego napięcia.; b – schemat: 1 – cewka, 2 – świeca, 3 – rdzeń cewki,

Rys. 4.26. Schemat iskrownika pilarki „Drużba–4” [Poliszczuk 1970]: a – schemat działania, b – elementy układu zapłonowego; 1 – końcówka wału korbowego, 2 – koło zamachowe z

łopat-kami wentylatora i magnesami trwałymi, 3 – płytka iskrownika, 4 – smarowniczka filcowa, 5 – dźwignia, 6 – płytka kontaktowa, 7 – kondensator, 8 – podstawa iskrownika.

Rys. 4.27. Zapłon tranzystorowy (Bosch) [Glantz 1978]: a – części składowe: 1 – zespół tranzy-storów (ET – pakiet), 2 – cewka zapłonowa, 3 – koło magnesowe, A – przewód wyłącznika,

B – przewód do świecy zapłonowej; b – schemat działania: D1 i D2 – diody, T1 i T2 – tranzystory, R1, R2, R3 – opory czynne

Rys. 4.28. Kondensatorowy układ zapłonowy pilarki spalinowej z trzema cewkami [Więsik 2002]: C – kondensator, D – dioda, T – tyrystor, NS – magnes trwały, CZ – cewka zapłonowa,

U1 – uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej, U2 – uzwojenie wtórne cewki zapłonowej, SZ – świeca zapłonowa, UŁ – uzwojenie ładowania, US – uzwojenie sterujące,

WZ – wyłącznik zapłonu

Z chwilą, gdy magnes (NS) przesunie się w lewo pod uzwojenie sterowania, strumień magnetyczny wywoła prąd w drugim obwodzie elektrycznym składającym się z uzwojenia sterującego (US) i tyrystora (T). Prąd ten spowoduje otwarcie bramki tyrystora i uaktywnienie nowego obwodu prądu z kondensatorem (C), uzwojeniem pierwotnym cewki zapłonowej (U1) i tyrystorem (T). Rozładowujący się kondensator wywoła duży prąd w uzwojeniu pierwotnym. Uzwojenie pierwotne (U1) zadziała jak elektromagnes, w obrębie którego powstaje prąd o tak dużym napięciu, że nastąpi przeskok iskry elektrycznej pomiędzy elektrodami świecy za-płonowej i zapłonu mieszanki. Zatrzymanie pracy silnika następuje przez zwarcie styków wyłącznika zapłonu (WZ), co powoduje zaprzestanie ładowania kondensa-tora.

Świeca zapłonowa służy do wywołania w komorze spalania cylindra wyłado-wania elektrycznego (iskry), zdolnego do zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej. Głównymi elementami świecy zapłonowej są: korpus, izolator, elek-troda środkowa i elekelek-troda boczna (rys. 4.29). Dolna część korpusu świecy ma kształt walca i jest nagwintowana. W silnikach pilarek jest to najczęściej gwint drobnozwojowy M14x1,25. Elektroda środkowa to pręt o średnicy 2–2,6 mm, wy-konany ze stopów niklu z magnesem lub krzemem. Elektroda boczna wykonana jest zwykle ze stopów niklowo–chromowych.

Głównym parametrem świecy jest tzw. wartość cieplna. Wartość cieplna świecy to temperatura świecy, po przekroczeniu której świeca ma skłonność do żarowego zapłonu mieszanki (niekontrolowanego zapalania mieszanki). Temperatu-ra świecy waha się od –25° do +900°C. Ze strony komory spalania działa na świecę temperatura 2000°–2800°C i ciśnienie 1,5–2,5 MPa. Przedział temperatury, jaką powinna mieć świeca w czasie pracy, wynosi 500–900°C. Odstęp elektrod – h = 0,4÷0,5 mm.

oczyszczania się z nagaru. Rozróżnia się świece zimne i świece gorące. W pilar-kach stosuję się świece zimne, mające mniejszą skłonność do nagrzewania się.

Grzejniki uchwytów pilarek to główne, jak dotychczas, odbiorniki prądu w układzie elektrycznym pilarek. Grzejnik uchwytu tylnego składa się z dwóch płytek (rys. 4.22). Grzejnik uchwytu przedniego składa się z prostych przewodów lub spiral umieszczonych w rurze uchwytu (rys. 4.30, 4.31). Niektóre pilarki wyposa-żone są też w grzejnik gaźnika. Opór grzejnika uchwytu tylnego wynosi 3–7 omów, uchwytu tylnego 0,7–2,5 Ω, a gaźnika 5–8 Ω [62]. Prądnica zasilająca grzejniki powinna mieć moc około 100 W. Spotykane jest też ogrzewanie uchwytów spali-nami (rys. 4.32).

Rys. 4.29. Świeca zapłonowa [Glantz 1978]: a – budowa świecy; 1 – elektroda środkowa, 2 – izolator, 3 – korpus z gwintem, 4 – elektroda boczna, 5 – odstęp elektrod;

b – 1 – prawidłowe i 2, 3 – złe osadzenie świecy

Rys. 4.30. Elektryczne ogrzewanie uchwytów w pilarce HUSQVARNA [Jachwitz 1967]: 1 – okładki izolacyjne uchwytu, 2 – tuleja łącząca, 3 – przewody prądowe od prądnicy

Rys. 4.31. Elektryczne ogrzewanie uchwytów pilarki JONSERED [Jachwitz 1967]: 1 – spirala ogrzewcza uchwytu rurowego, 2 – element ogrzewczy uchwytu tylnego, 3 – prądnica,

4 – wyłącznik prądu, 5 – łącznik, 6 – przewód ogrzewczy