Mimo że świat przestawia się na samochody i silniki elektryczne, silniki gazowe nadal stanowią istotną część współczesnych maszyn i nie znikną w najbliższym czasie. Jednym z kluczowych elementów tych silników, zwłaszcza wysokoobrotowych, jest układ zapłon CDI.
Jeśli Twój projekt wymaga zastosowania silnika gazowego, musisz wiedzieć, jak wykonać układ zapłon CDI, aby można go było łatwo zaprojektować na płytce drukowanej, oraz jak on działa. Poniżej szczegółowo omówiliśmy te zagadnienia, więc zajrzyj do nas! Urządzenie to jest dość powszechne w motocyklach, gdzie można je znaleźć pod siedzeniem.
Spis treści
Co to jest zapłon CDI?
Jak działa system CDI?
Budowa zapłonu z rozładowaniem kondensatora
Różne rodzaje zapłonu CDI
Zalety CDI
Wady CDI
Jak zbudować skrzynkę CDI?
sprawdzić zapłon CDI?
rozwiązać problem z systemem CDI?
Podsumowanie
Co to jest zapłon CDI?
CDI (Capacitor Discharge Ignition), znany również jako brain box, pulse pack lub igniter box, jest czarną skrzynką, która stanowi rdzeń układu zapłonowego. Jej zadaniem jest sterowanie wtryskiwaczami paliwa i świecami zapłonowymi, aby zapewnić płynną pracę silnika. Najczęściej spotyka się go w małych silnikach, takich jak kosiarki do trawy, piły łańcuchowe, motocykle i silniki rowerów terenowych ATV. Posiadają go również niektóre samochody i samoloty z napędem turbinowym.
Źródło: Wikimedia Commons.
Zapłon tyrystorowy jest ulepszeniem zapłon IDI (Inductive Discharge Ignition), ponieważ ma krótszy czas ładowania, co czyni go idealnym rozwiązaniem dla silników pracujących z dużą prędkością.
Jak działa układ CDI?
Podstawowym elementem układu CDI jest kondensator, przez który przepływa prąd, szybko gromadząc ładunek. Ta energia jest pompowana do cewek zapłonowych w odpowiednim momencie, aby zwiększyć wydajność energetyczną iskry i spowodować zapłon silnika.
Z bardziej technicznego punktu widzenia, urządzenie pobiera dwa napięcia wejściowe, jedno z alternatora, a drugie z cewki zapłonowej. Alternator dostarcza wysokie napięcie (100-200 V prądu zmiennego), natomiast cewka odbierająca dostarcza impuls niskiego napięcia (10-12 V prądu zmiennego).
Kondensator można ładować tylko prądem stałym, więc prąd zmienny o wysokim napięciu jest prostowany, a uzyskany prąd stały trafia do kondensatora wysokonapięciowego.
Niskie napięcie z cewki odbiorczej napędza prostownik sterowany krzemem (SCR), który pomaga rozładować ładunek wysokonapięciowy zgromadzony w kondensatorze. Ładunek ten trafia do uzwojenia pierwotnego cewki zapłonowej. Dlatego SCR działa jako obwód wyzwalający lub cewka impulsowa.
Cewka zapłonowa
Źródło: Wikimedia Commons.
Tworzenie iskier wymaga wysokiego napięcia, a układ CDI dostarcza tę moc szybko i w krótkim czasie ładowania. Cewki zapłonowe działają jak transformatory step-up. Gdy ładunek wysokiego napięcia z kondensatora dotrze do tego punktu, cewka zwiększa go do wielu kilowoltów, a następnie przesyła do świecy zapłonowej.
Budowa zapłonu z rozładowaniem kondensatora
CDI składa się z wielu części, z których wszystkie są zintegrowane z układem zapłonowym. Należą do nich następujące elementy:
Koło zamachowe i stojan
Koło zamachowe CDI składa się z dużego, stałego magnesu w kształcie podkowy zwiniętej w okrąg. Jego zadaniem jest obracanie wału korbowego. Z drugiej strony, stojan to płytka, na której znajdują się wszystkie zwoje drutu niezbędne do włączania cewki zapłonowej, obwodu ładowania akumulatora i świateł.
Cewka ładująca
Jak sama nazwa wskazuje, cewka ta służy do ładowania i wytwarza napięcie 6 V, które służy do ładowania kondensatorów. Jest ona częścią stojana i wytwarza energię elektryczną na podstawie ruchu koła zamachowego. Energia ta jest następnie przekazywana z kondensatorów do świecy zapłonowej w celu zapłonu paliwa.
Czujnik Halla
Zadaniem czujnika Halla jest pomiar efektu Halla, czyli chwilowej zmiany biegunów magnesu w kole zamachowym. Pamiętaj, że koło zamachowe obraca magnesem podkowiastym, więc biegunowość zmienia się kilkakrotnie z północy na południe.
Czujnik Halla
Źródło: Wikimedia Commons.
Gdy następuje zmiana biegunów, czujnik wysyła impuls do skrzynki CDI, co powoduje przekazanie energii zgromadzonej w kondensatorze do transformatora wysokiego napięcia (cewki zapłonowej).
Znacznik rozrządu
Znacznik rozrządu jest arbitralnym punktem zbieżności, który wskazuje, kiedy górny skok tłoka jest równoważny z punktem wyzwalania stojana i koła zamachowego. Punkt ten jest wspólny dla płytki stojana i obudowy silnika, a obrót płytki stojana w prawo lub w lewo powoduje zmianę punktu wyzwalania CDI.
Układ wyzwalający
Układ wyzwalający składa się zwykle z prostownika SCR (Silicon Controlled Rectifier), tyrystora lub przełącznika tranzystorowego. Jest on wyzwalany impulsem z czujnika Halla i przepuszcza prąd tylko z jednej strony obwodu do momentu wystąpienia zdarzenia wyzwalającego. Po napełnieniu kondensatorów następuje ponowne wyzwolenie CDI.
Zapłon z wyładowaniem pojemnościowym: Schemat zastępczy
Źródło: Wikimedia Commons.
Różne rodzaje zapłonu CDI
Moduły zapłonowe CDI występują w następujących dwóch typach:
Moduł AC-CDI
Źródłem zasilania dla tego modułu jest prąd zmienny generowany przez alternator. Jest to najbardziej rozpowszechniony system CDI stosowany w małych silnikach i zazwyczaj znajduje się pod namagnesowanym kołem zamachowym.
Jednak nie wszystkie małe silniki mają CDI. Niektóre mają zapłon magnetoelektryczny, podczas gdy starsze silniki z lat 60. opierały się na systemie przekazywania energii.
Moduł DC-CDI
W porównaniu z modułem AC-DCI, ten wykorzystuje akumulator jako źródło zasilania. Pojazdy z tym systemem mają jednak bardziej precyzyjny czas zapłonu i mogą bez problemu uruchomić silnik, gdy jest zimny. Dlatego system wymaga przetwornicy DC/AC, aby zwiększyć napięcie rozładowania kondensatora DC z 2V do 400/600V.
Przetwornica DC-AC na dużą skalę
Źródło: Wikimedia Commons.
Który moduł CDI jest najlepszy?
Żaden z tych dwóch modułów nie jest lepszy od drugiego, ale każdy z nich nadaje się do innych zastosowań. Na przykład AC-CDI ma nieskomplikowaną konstrukcję i jest mniej narażony na problemy. Z drugiej strony, DC-CDI jest bardzo skuteczny w niskich temperaturach i zapewnia dokładny czas zapłonu.
Ogólnie rzecz biorąc, CDI jest niewrażliwy na przesunięcia ze świecy zapłonowej i może wykrzesać wiele iskier w krótkim czasie. Takie osiągi czynią go idealnym do wielu różnych zastosowań.
Zalety CDI
Pełne naładowanie kondensatora w krótkim czasie, typowo 1ms
Niewrażliwość na boczniki elektryczne spowodowane zanieczyszczeniem świecy zapłonowej
Szybka reakcja w stanach przejściowych dla układu zapłonowego z wyładowaniem kondensatorowym
Szybki wzrost napięcia
Wady systemu CDI
System CDI wytwarza nieprzyjemne dźwięki elektromagnetyczne.
Krótka, ale silna iskra nie wystarcza do zapłonu mieszanek ubogich przy niskiej mocy.
Moduł zapłonowy z wyładowaniem kondensatorowym
Źródło: Wikimedia Commons.
Jak zbudować skrzynkę CDI?
Obwód skrzynki CDI jest dość prosty i jest oddzielony od cewki zapłonowej. Do jego zbudowania potrzebujesz następujących części:
Dwa oporniki (5,6- i 56-omowy, 0,5W)
Trzy diody 1N4007, 1000V, 1A
Jeden SCR (TIC106D, 5A, 400V)
Dwa kondensatory Mylar (2uF, 400V).
Jak działa obwód
Schemat obwodu skrzynki CDI dla Hondy C90
Gdy koło zamachowe się obraca, wytwarza pole magnetyczne, które przecina rdzeń cewki ładującej, wytwarzając napięcie zmienne. Napięcie to przepływa przez diodę D3 w układzie odchylenia do przodu, tworząc ładunek elektryczny prądu stałego, który zasila C1 i C2.
Ponieważ prąd jest zmienny, przepływa on przez R1 do D1 i D3 po przeciwnej stronie w ujemnym półcyklu. Prąd popłynie również do wyprowadzenia K SCR1, a następnie przez R2 do wyprowadzenia G SCR1. W tym cyklu prąd nadal ładuje kondensatory.
Spadek napięcia na R2 wyzwala przewodzenie G w SCR1, dzięki czemu obwód zaczyna działać. Podczas rozładowywania SCR1 przesyła zgromadzone napięcie do wyprowadzeń A i K oraz D2, a następnie do uzwojenia pierwotnego cewki indukcyjnej.
Pole magnetyczne wytworzone przez napięcie płynące przez cewkę pierwotną indukuje prąd w cewce wtórnej, co powoduje powstanie wysokiego napięcia wyjściowego. To indukowane napięcie przechodzi przez cewkę wtórną do świecy zapłonowej i jest wystarczająco silne, aby wytworzyć silną iskrę na przerwie łukowej.
Jednak gdy SCR1 nie pracuje, przez cewkę pierwotną cewki zapłonowej nie płynie prąd elektryczny. Dlatego ten element układu zapłonowego działa jako wyzwalacz dla skrzynki zapłonowej.
SCR1 działa podczas rozrządu zapłonu lub gdy skok tłoka osiągnie maksymalny poziom, tak aby iskra zapaliła mieszankę paliwowo-powietrzną w odpowiednim momencie.
Proces ten zachodzi w sposób ciągły, aby utrzymać pracę silnika. Jeśli jednak chcesz go zatrzymać, zamknij wyłącznik SW. Prąd popłynie do masy i SCR1 przestanie działać. Uziemienie zatrzymuje proces uwalniania ładunku z kondensatorów.
Jak sprawdzić zapłon CDI?
Istnieją różne narzędzia testowe do sprawdzania działania skrzynki CDI, ale najbardziej powszechne to użycie oscyloskopu lub multimetru.
Oscyloskop
Źródło: Wikimedia Commons.
Multimetr cyfrowy
Jak rozwiązywać problemy z systemem CDI
Rozwiązywanie problemów z układem CDI jest trudne, ale zazwyczaj jest on przyczyną większości problemów elektrycznych w silniku. Dlatego możesz wiedzieć, że skrzynka ma problem, jeśli napotkasz następujące kwestie:
Nieprawidłowe spalanie
Wsteczny zapłon
Nierówna praca
Problemy z uruchomieniem silnika
Martwe cylindry
Zgaśnięcie silnika
Szorstka praca
Podsumowanie
Podsumowując, systemy CDI są kluczowymi urządzeniami w silnikach o dużej prędkości obrotowej. Ich konstrukcja kondensatora zapewnia szybkie gromadzenie wystarczającej ilości ładunku i uwalnianie silnego impulsu do cewki zapłonowej w odpowiednim momencie zapłonu.
Jeśli potrzebujesz takiego urządzenia do swojego projektu, powyższy schemat powinien pomóc Ci w procesie projektowania. Jeśli potrzebujesz dalszych wyjaśnień, skontaktuj się z nami, a my zmontujemy płytkę drukowaną dla Twojego projektu za rozsądną cenę.