W ostatnich dwudziestu latach układ zapłonowy w samochodach osobowych z silnikiem o zapłonie iskrowym przeszedł wiele gwałtownych zmian konstrukcyjnych. Z systemu czysto mechanicznego z cewką zapłonową, przerywaczem i rozdzielaczem zmienił się w system w pełni elektroniczny, działający bez jakichkolwiek więzi i zależności kinematycznych. Skończyły się czasy, kiedy doświadczony mechanik mógł postawić diagnozę po jednym spojrzeniu pod kopułkę aparatu zapłonowego.

Dziś, aby postawić poprawną diagnozę i wykryć przyczynę niesprawności w nowoczesnych układach zapłonowych potrzeba większej i zupełnie innej wiedzy oraz, co równie ważne, niezbędne jest posiadanie odpowiednich urządzeń diagnostycznych. Ten artykuł opisuje rozwój układów zapłonowych oraz obecny stan techniki.

Dopiero wprowadzenie przez Roberta Boscha w 1925 r. zapłonu bateryjnego, jako zamiennika dla spotykanych do dzisiaj w pojazdach mechanicznych iskrowników, dało automobilizmowi w Europie tani w produkcji system zapłonowy z obcym źródłem zasilania. Klasyczny zapłon bateryjny składa się z cewki zapłonowej, w której przepływ prądu sterowany jest przez zwarcie i rozwarcie styków przerywacza, z odśrodkowego i podciśnieniowego regulatora kąta wyprzedzenia zapłonu oraz z rozdzielacza, który za pomocą palca kierował wysokie napięcie do poszczególnych cylindrów. Rozdzielacz zapłonu realizuje trzy funkcje, a mianowicie: załącza prąd cewki, zmienia kąt wyprzedzenia zapłonu i rozdziela wysokie napięcia na poszczególne świece zapłonowe. Dodatkowo układ zawiera podłączony równolegle do styków przerywacza kondensator, który chronił styki przerywacza w ten sposób, że ograniczał iskrzenie na stykach powstające przy otwieraniu styków. Wszystkie funkcje były realizowane na drodze mechanicznej.

Rys. 1. Od czasu jak Robert Bosch zastosował swój pierwszy iskrownik powstało już wiele nowych rozwiązań: od ważących kilka kilogramów urządzeń zapłonowych do wykonanych w technice mikrohybrydowej kompletnych systemów sterowania silnikiem, w których zapłon jest praktycznie tylko częścią całości

Kilka niedoskonałości klasycznego systemu zapłonowego udało się na przestrzeni lat łatwo usunąć (np. niewystarczająca energia iskry przy wysokich prędkościach obrotowych, wynikająca z krótkiego czasu zwarcia styków przerywacza, ograniczenie prądu cewki itd.) wraz z pojawieniem się elektronicznych elementów konstrukcyjnych, takich jak tranzystory albo tyrystory. Wprowadzone do systemu zmiany dotyczyły procesu ăprzerywaniaÓ. Tak powstał tranzystorowy zapłon klasyczny (oznaczany przez firmę Bosch T-SZ). Pierwsze zapłony tranzystorowe używały jeszcze do ăsterowaniaÓ tranzystorem przerywacza mechanicznego (TSZ-K). Dzięki temu przez styki przepływał tylko względnie mały prąd sterujący, który kierował pracą tranzystora. Tranzystor mógł teraz załączać na cewkę dużej mocy prądy o większym natężeniu, co w połączeniu z cewką zapłonową nowej konstrukcji dawało w konsekwencji silniejszą iskrę. Co prawda zużycie styków przez wypalanie zostało tym sposobem wyraźnie zmniejszone, jednak trwałość przerywaczy nie wzrosła w sposób znaczący, ponieważ z powodu małych prądów na stykach nie dochodziło już do wystarczającego samooczyszczania się. Zbyt wysoka rezystancja na stykach była teraz najczęstszą przyczyną ich wymiany. Z powodu ewidentnych wad, przerywacz został zastąpiony przez czujnik Halla albo czujnik indukcyjny, które nie stwarzały już takich problemów.

Rys. 2. Jedna cewka dla wszystkich cylindrów: układy zapłonowe z rozdzielaczem posiadające tylko jedną cewkę zapłonową są już w odwrocie. W warsztacie można je spotkać jeszcze stosunkowo często. Wykrywanie usterek w tym systemie należy do warsztatowego abecadła	Rys. 3. Moment zapłonu jest generowany na podstawie charakterystyki w funkcji m.in. prędkości obrotowej i obciążenia. Systemy adaptacyjne są zdolne do „uczenia się” i mogą np. gromadzić i zapisywać regularnie powracające opóśnienia zapłonu i charakterystykę tę nieznacznie korygować. Zmiana pozostaje w pamięci także po wyłączeniu silnika i przy ponownym uruchomieniu zostaje wykorzystana
Rys. 4. Miejsce rozdzielaczowych układów zapłonowych zajęły bezrozdzielaczowe. Dzięki takim rozwiązaniom powstały systemy zapłonowe odporne na zużycie i możliwe stało się minimalizowanie strat po stronie wysokiego napięcia	Rys. 5. Cewki indywidualne występują w dwóch wariantach: z wyprowadzeniem umożliwiającym bezpośredni montaż świecy i z wyprowadzeniem do przewodów wysokiego napięcia. Takie systemy wytwarzają iskrę tylko raz na dwa obroty wału korbowego, dlatego wymagają synchronizacji z wałem rozrządu
Rys. 6. Cztery najczęściej spotykane rozwiązania układu zapłonowego. Każdy układ składa się z części wytwarzającej energię elektryczną, rozdzielającej wysokie napięcie oraz z części sterującej. Oznaczenia: 1 - zapłon klasyczny, 2 - zapłon tranzystorowy, 3 - zapłon elektroniczny z rozdzielaczem, 4 - zapłon całkowicie elektroniczny, 5 - akumulator, 6 - moduł zapłonowy (stopieƒ mocy), 7 - cewka zapłonowa, 8 - regulator podciśnieniowy lub czujnik podciśnienia, 9 - regulator odśrodkowy, 10 - czujnik optyczny, 11 - czujnik Halla, 12 - czujnik magnetoindukcyjny, 13 - przerywacz zapłonu, 14 - rozdzielacz zapłonu, 15 - zespół świec zapłonowych, 16 - świeca zapłonowa, 17 - mapa charakterystyk, 18 - sterownik

Tak powstały układy zapłonowe
TSZ-h oraz TSZ-i. Te systemy zapewniały sterowanie prądem cewki na drodze elektronicznej, jednak kąt wyprzedzenia zapłonu i rozdzielenie wysokiego napięcia były realizowane w dalszym ciągu na drodze mechanicznej. W wyniku powszechnego stosowania szybko ładujących się cewek, by unikać przeładowywania cewki zapłonowej, konieczne stało się zintegrowanie funkcji sterowania prądem i regulacji kąta zwarcia w analogowym sterowniku. Tego typu układy zapłonowe są oznaczane jako TZ-I oraz TZ-H.

Następnym krokiem na drodze do całkowicie elektronicznych układów zapłonowych były układy typu EZ i EZ-K. Ich powstanie umożliwiła zamiana siły odśrodkowej oraz podciśnienia na umieszczoną w układzie scalonym charakterystykę, w której były zapisane kąty wyprzedzenia zapłonu optymalne dla każdego obciążenia i liczby obrotów. W tym okresie doszło również do integracji układów wtrysku i zapłonu. Konstruktorzy silników połączyli układy sterowania i regulacji silnika benzynowego, ponieważ dla funkcjonowania obu układów bardzo istotne były sygnały z tych samych czujników: czujnika prędkości obrotowej, ciśnienia w kolektorze dolotowym i temperatury silnika. Systemy zintegrowane, w których jeden sterownik sterował zarówno dawką paliwa, jak i kątem wyprzedzenia zapłonu zgodnie z charakterystyką zapisaną w sterowniku, produkowane przez firmę Bosch, trafiły do samochodów pod nazwą Motronic. Ta innowacja umożliwiała, poprzez precyzyjniejszą regulację momentu zapłonu w całym zakresie obciążeń i prędkości obrotowych, poprawę mocy silnika, zużycia paliwa i spadek emisji substancji toksycznych. Dzięki takim rozwiązaniom skończyły się czasy, w których zużycie krzywek przerywacza albo niesprawne sprężyny regulatora odśrodkowego zatruwały życie elektromechanikom samochodowym. Jeśli czujniki obciążenia (sensory MAP) i czujniki prędkości obrotowej silnika pracowały bez zarzutu, to zapisana w mikrochipie charakterystyka zapłonu nie stwarzała problemów przez całe ăżycieÓ pojazdu. Ten system był już prawie całkowicie odporny na zużycie.

Na początku lat 90. także mechaniczne rozdzielacze z palcem zostały szybko zastąpione przez elektronikę, najpierw w samochodach klas wyższych, a później i niższych. Tak powstały pierwsze w pełni elektroniczne układy zapłonowe (VZ) dla silników benzynowych. We współczesnych systemach zapłonowych każdy cylinder ma swoją własną cewkę zapłonową. Świece są połączone bezpośrednio z odpowiednią cewką, co umożliwia uniknięcie strat powstających w czasie rozdzielania wysokiego napięcia. Korzyści wynikające ze stosowania bezrozdzielaczowych układów zapłonowych to: mniejsze zakłócenia elektromagnetyczne (ponieważ brak jest iskier powstających przy rozdzieleniu wysokiego napięcia), bardziej cicha praca, mniej podatna na usterki konstrukcja (mniej połączeń wysokiego napięcia i brak obrotowych elementów konstrukcyjnych).

Na podstawie historii rozwoju i przeciętnej średniej długości życia samochodu (obecnie ok. 16 lat), można wnioskować, że pojazdy ze stykowo sterowanym zapłonem w praktyce warsztatowej są już rzadkością. Elektroniczne układy zapłonowe z mechanicznym rozdzielaczem wysokiego napięcia można jeszcze spotkać w większości obecnych samochodów, a w pełni elektroniczne systemy zapłonowe występują tylko we względnie nowych modelach.