Schemat zapłonowy silnika dwusuwowego – CDI, magneto, TCI, Walbro MDI, Ignitech, Zeeltronic

Pytanie

schemat aparatu zapłonowego silnika dwusuwowego

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Powszechnie stosuje się dwa zasadnicze schematy układu zapłonowego w dwusuwach: klasyczne magneto ze stykowym przerywaczem + kondensatorem oraz bezstykowy zapłon CDI (Capacitor Discharge Ignition).
• W pierwszym wariancie koło magnesowe indukuje prąd w cewce, przerywacz rozłącza obwód pierwotny cewki zapłonowej, a kondensator tłumi iskrzenie; w drugim – cewka ładuje kondensator, który tyrystorowo rozładowuje się przez uzwojenie pierwotne cewki WN.
• Poniżej szczegółowe schematy ideowe, opis działania, dane energetyczne oraz wskazówki montażowo-diagnostyczne.

Szczegółowa analiza problemu

1. Klasyczny układ stykowy (magneto + przerywacz)

[Koło magnesowe]──indu kcja──►[Cewka pierwotna]──►(A)──►[Styki przerywacza]──►masa
                                    │
                                    ├─||─[Kondensator 0,22–0,33 µF]──►masa
                                    │
                                    ▼ (indukcja przy zerwaniu)
                              [Uzwojenie wtórne 10–15 kV]
                                    │
                           Przewód WN  ►  Świeca zapłonowa

Proces: przy zamkniętych stykach płynie prąd I≈1–2 A, magazynując energię w polu magnetycznym. Rozwarcie w okolicy 15–30° przed GMP powoduje gwałtowny zanik pola, napięcie wtórne kilkanaście kV i iskrę. Kondensator ogranicza iskrzenie na stykach i przyspiesza front napięciowy (di/dt).

2. Układ CDI zasilany z magneta (AC-CDI – najczęstszy w małych dwusuwach)

             +–––Cewka ładowania 50–400 V AC–––+
 Flywheel    |                                  |
 magnesy  ►  |      MODUŁ CDI                   |
             |  ┌──────────────┐                |
  Pickup     +──►   Prostownik │                |
  coil 3–5 V AC ──►|            │                |
             |  |  Kondensator  | C=0,5–1,5 µF   |
             |  |      │        |                |
             |  |   SCR │◄────Trigger (pickup)   |
             |  └───┬────┬─────┘                |
             +─────┘    │ (impuls 200–400 V)    |
                        ▼                       |
               Uzwojenie pierwotne cewki WN     |
                        ▼                       |
                Uzwojenie wtórne 15–35 kV       |
                        │                       |
             Przewód WN ‑--► Świeca zapłonowa   |

Energia iskry:
\(E = \frac12 C V^2\). Dla C = 1 µF, V = 300 V ⇒ E ≈ 0,045 J (wystarczające dla małych dwusuwów).
Moment zapłonu zależy od położenia impulsatora; w wersjach cyfrowych dołożony jest mikrokontroler generujący mapę wyprzedzenia.

3. Układ TCI (Transistor Controlled Ignition, DC-zasilany)

Stosowany rzadziej w dwusuwach bez instalacji 12 V, ale spotykany w motocyklach enduro i skuterach z akumulatorem. Tranzystor MOSFET/IGBT ładuje cewkę WN prądem 3-6 A z akumulatora; wyłączenie powoduje indukcję 15–30 kV. Dłuższa, energetyczniejsza iskra niż CDI (sprzyja spalaniu ubogiej mieszanki).

4. Elementy wspólne

• Świeca zapłonowa (rezystorowa 1–5 kΩ w fajce dla tłumienia EMI).
• Wyłącznik „kill switch” zwierający do masy obwód sterujący (w CDI: przewód KILL do modułu).
• Przewody ekranowane lub ze zwijaną strukturą, by ograniczyć zakłócenia radiowe (normy CISPR 12, UNECE R10).

Aktualne informacje i trendy

• Cyfrowe moduły CDI z układami 32-bit MCU (np. STM32, NXP S32K) umożliwiają wielomapowy zapłon, czujniki TPS, IAT, a nawet komunikację Bluetooth do kalibracji (narzędzia tunerskie typu „Ignitech”, „Zeeltronic”).
• Rosnącą popularność zdobywają zintegrowane „coil-on-plug” dla dwusuwów wyczynowych (MX, karting), co skraca przewód WN i zmniejsza zakłócenia.
• W segmencie sprzętu ogrodniczego wchodzi bezzestyjkowy układ MDI (Magneto Digital Ignition – np. Walbro MDI), zawierający ASIC z adaptacyjnym wyprzedzeniem.
• Badania (2023–24) nad zapłonem plazmowym i laserowym dla dwusuwów DI (direct injection) – wyższa energość, lepsze parametry emisji.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Prawo Faradaya & Lenz’a: indukowane napięcie \(e = -N\frac{d\Phi}{dt}\). Szybkość zaniku pola (duże |dI/dt|) w CDI => wysoki front napięciowy, ale krótka iskra (30–80 µs), co wystarcza przy bogatej mieszance.
• W TCI/stykowym czas narastania mniejszy, iskra 0,5–2 ms.
• Analogią energetyczną jest sprężyna: w CDI kondensator = bardzo sztywna sprężyna oddająca energię natychmiast; w układzie indukcyjnym – pole magnetyczne zachowuje się bardziej „miękko”.

Aspekty etyczne i prawne

• Modyfikacja map zapłonu w homologowanych pojazdach drogowych może naruszać przepisy Euro 5/6 i przepisy homologacyjne (Dz.U. UE 2018/858).
• Wiele krajów penalizuje usuwanie ograniczników obrotów w skuterach 50 cm³ (kwestia L-kat.).
• Wysokie napięcia >30 kV stanowią zagrożenie porażeniem i przebić dielektrycznych – obowiązek stosowania osłon oraz wyłączenia zapłonu w trakcie serwisu.

Praktyczne wskazówki

1. Montaż:
   • Luz szczelinowy pickups–flywheel 0,3–0,5 mm (wg serwisu).
   • Śruby stojana zabezpieczyć klejem hamującym, aby nie zmienić kąta zapłonu.
2. Diagnostyka:
   • Multimetr: rezystancja cewki ładowania 300–600 Ω, pickup 90–150 Ω (wartości typowe).
   • Oscyloskop (sonda HV 100 MHz) – w CDI impuls pierwotny 200–400 V/150–300 µs.
   • Lampa stroboskopowa do weryfikacji kąta wyprzedzenia: 15° ± 2° przy 3000 rpm (przykład Piaggio/GY6).
3. EMI: do świec używać rezystorowych fajek, przewody silikonowe z włóknem kevlarowym lub ferrytowym rdzeniem.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• CDI daje słabą iskrę poniżej 300 rpm – przy trudno odpalających silnikach (np. zimą) warto dodać ręczną regulację kąta lub stosować TCI.
• Układy stykowe znikają z rynku ze względu na trudność w spełnieniu norm hałasu elektromagnetycznego.
• Konstrukcje wielocylindrowe 2T (V4 MotoGP 250) wymagają synchronizacji iskier – tu dominują systemy wielokanałowe DC-CDI.

Sugestie dalszych badań

• Zapłon plazmowy niskonapięciowy (Nanosecond Pulsed Discharge).
• Miniaturowe przetwornice GaN dla CDI 48 V w e-mobilności.
• Systemy detekcji jonizacji na świecy (technika Saab/ION-Sense) dla adaptacyjnej regulacji kąta zapłonu w dwusuwach.
• Standaryzacja interfejsu diagnostycznego UDS/K-Line do modułów zapłonowych 2T.

Krótkie podsumowanie

Schemat zapłonowy dwusuwu występuje w dwóch głównych odmianach: stykowej (magneto + przerywacz + kondensator) i nowoczesnej CDI (cewka ładowania + kondensator + tyrystor + cewka WN). CDI dominuje dzięki bezobsługowości i precyzji, a jego wersje cyfrowe oferują mapowane wyprzedzenie, komunikację i lepsze parametry emisji. Prawidłowy dobór komponentów, kontrola luzów i diagnostyka wysokiego napięcia zapewniają niezawodny zapłon, co przekłada się na moc, ekonomikę i trwałość każdego dwusuwu.