Většina benzinových motorů si vystačí s jednou zapalovací svíčkou na jeden válec. Čtyřválec má čtyři, osmiválec osm, dvanáctiválec dvanáct. Jenže v určitých obdobích se některé automobilky vydaly jinou cestou a do každého válce osadilo svíčky dvě. V praxi to u čtyřválce znamená osm svíček, celkově složitější zapalování i vyšší servisní náklady. Nejznámější jsou v tom dva přístupy: Alfa Romeo se svým řešením Twinspark a Honda s řešením i-DSI. Každá automobilka s tím ovšem přišla z úplně jiné motivace.
Dvě svíčky nejsou novinka. Alfa Romeo s tím přišla už v roce 1914
Překvapivé je, jak hluboko do historie dvojité zapalování sahá. Za vůbec první slavný příklad se považuje závodní Alfa 40/60 Grand Prix z roku 1914, tedy z doby, kdy se značka teprve formovala a ještě ani nebyla vnímána jako „Alfa Romeo“ v dnešním smyslu. Pod kapotou měl vůz řadový čtyřválec o objemu 4,5 litru, přičemž šlo právě o konstrukci se dvěma svíčkami na válec, celkem tady tedy bylo 8 svíček.
Na papíře to může svádět k jednoduché úvaze, že osm svíček automaticky znamená vyšší výkon. Ve skutečnosti tento motor nabízel jen 51 kW/70 koní. Z dnešního pohledu skromné hodnoty, v roce 1914 však šlo o parádní hodnoty. A hlavně to ukazuje podstatu celého řešení: dvojité zapalování není honba za výkonem, často míří spíš na účinnost, spotřebu a emise.
Alfa Romeo Twinspark. Sportovní pověst, ale také fyzika spalování
Když se řekne „Twinspark“, většině lidí naskočí právě Alfa Romeo a její období od 80. let. Italská automobilka použila systém se dvěma svíčkami na válec u čtyřválců, takže místo čtyř svíček jich v motoru bylo osm. Prvenství v uvedení moderněji pojatého motoru tohoto typu patří Alfě Romeo, která při modernizaci modelové řady Alfa Romeo 75 nabídla dvoulitrový čtyřválec 2.0 Twinspark. Později se přidaly i menší varianty 1,7 TS a 1,8 TS, které se objevily také v předokolkách, například v modelech 155. Dvoulitr dostal i velký sedan Alfa Romeo 164.
Důvod zavedení složitějšího dvojitého zapalování nebyl samoúčelný. U motorů s relativně velkým vrtáním válců může být limitujícím faktorem pro vysoké otáčky rychlost šíření plamene ve spalovacím prostoru. Pokud chce konstruktér z čtyřválce dostat sportovní charakter a vysoké otáčky, jedním z nástrojů je právě použití dvou svíček na válec, aby se směs zapálila na více místech a tím pádem rychleji prohořela. I proto se dříve u sportovně laděných aut objevovaly třeba šestiválcové dvoulitry, které měly při stejném objemu menší vrtání a jiné spalovací podmínky.
Původní Twinspark pracoval s osmi stejnými svíčkami. V době, kdy ještě neexistovalo elektronické zapalování bez rozdělovače schopné takovou soustavu přímo obsloužit, to znamenalo i dva „čtyřválcové“ rozdělovače. Přitom už tehdy motory využívaly systém řízení Motronic, který sjednocoval řízení vstřikování a zapalování v jedné řídicí jednotce. Motor měl osmiventilovou hlavu, rozvod DOHC a moderně pojaté půlkulovité spalovací prostory, které podporovaly příčné vyplachování hlavy válců, protože sací a výfukové ventily stály proti sobě.
Druhá generace Twinsparku. Menší svíčka, jiné cívky a ochrana katalyzátoru
Další velký zlom přišel v roce 1995, kdy se objevil zcela nový dvoulitrový Twinspark. Oproti dřívějšímu hliníkovému bloku přešel na litinový. O rok později se od něj odvodily menší motory 1,4, 1,6 a 1,8 litru, které už ale neměly dvojici vyvažovacích hřídelů. Změnil se i pohon rozvodů, protože místo řetězu přišel ozubený řemen.
Největší rozdíl se odehrál v zapalování. Dvě svíčky na válec zůstaly, jenže už nešlo o 8 stejných kusů. Kombinovaly se čtyři „běžné“ svíčky a čtyři výrazně menší, blíže motocyklové praxi. Velká svíčka měla průměr 14 mm, malá 10 mm. Důvod byl prozaický: s přechodem na 16ventilovou techniku bylo ve spalovacím prostoru těsněji. A když se později tyto motory změnily na JTS s přímým vstřikováním benzinu, Alfa Romeo technologii Twinspark opustila, protože místo malé svíčky musel nastoupit vstřikovač.
Proč se sedmiválcový motor nikdy neprosadil v osobních autech
Zmizely také rozdělovače. Nahradilo je přímé zapalování cívkou FPS. Každá cívka měla dva vývody: hlavní přímo na velkou svíčku a boční, kterým byla propojena s malou svíčkou „paralelního“ válce. Párování vycházelo z obvyklého pořadí zapalování čtyřválce 1-3-4-2. Velká svíčka prvního válce se párovala s malou čtvrtého a naopak, velká svíčka druhého s malou třetího a opět naopak.
Do roku 2003 pálily obě svíčky ve válci současně. Smyslem bylo rychlejší prohoření směsi a tím i schopnost držet vysoké otáčky. Systém zároveň teoreticky znamenal menší lokální tepelné namáhání pístů. Z praktického hlediska ale hrál zásadní roli ještě jeden motiv: ochrana drahého katalyzátoru při výpadku zapalování.
V polovině 90. let nebyly systémy přímého zapalování úplně bezchybné. Zapalovací cívky odcházely často hodně brzy, stávalo se to například u motorů Renault K4M, VW/Audi 1.8 20V a 1,8 20V Turbo nebo 1.3 MPI třeba ze Škody Felicia. U Twinsparku byla při poruše „hlavní“ cívky část zapalování jištěna cívkou paralelního válce, která u něj stejně pálila takzvaně do výfuku. Dřívější poruchy zapalování totiž často vedly k tomu, že nespálená směs dohořívala až ve výfukovém traktu a tím se výrazně přehříval katalyzátor.
Honda i-DSI. Ne sport, ale co nejčistší a nejúspornější spalování
Honda šla k dvojitým svíčkám úplně jinak. V první dekádě 21. století použila dvě svíčky na válec u některých motorů řady L, konkrétně L12 a L13. Primárně šlo o pohon první generace Hondy Jazz a malého sedanu City. Později se tyto jednotky objevily i v Civicu osmé generace a pak dokonce ve variantě LDA tvořily základ hybridních modelů Honda s technikou IMA, například u modelu Insight.
Zajímavé je už samotné mechanické řešení: motory řady L se systémem i-DSI používaly pouze osmiventilovou hlavu s rozvodem OHC, který Honda označuje jako SOHC. Zkratka i-DSI znamená intelligent Dual Sequential Ignition a klíčem je právě „sekvenční“ přístup. Na rozdíl od Alfy Romeo, kde jsou svíčky vedle sebe, je Honda umístila proti sobě, diagonálně ve spalovacím prostoru. Jedna svíčka leží u sacího ventilu, druhá u výfukového.
Cílem bylo co nejpřesněji řídit zapálení směsi v závislosti na otáčkách a zatížení motoru a zároveň předcházet riziku samozápalu. I proto mohly tyto motory pracovat s relativně vysokým kompresním poměrem 10,8:1. Elektronika ovládala každou svíčku samostatně podle poměrně složité mapy. Nejprve se zažehla svíčka u sacího ventilu, poté s určitým zpožděním druhá svíčka u výfukového, ale vždy ještě před tím, než píst dosáhl horní úvratě.
V nízkých otáčkách (cca do 2600 za minutu) a zároveň při velkém úhlu otevření škrticí klapky pálila svíčka u sacího ventilu dříve, zatímco svíčka u výfukového později. Ve středních otáčkách se zpoždění u výfukové svíčky ještě zvyšovalo. Naopak ve vysokých otáčkách pálily obě svíčky téměř současně, podobně jako při malém úhlu otevření škrticí klapky a při otáčkách pod 3500 za minutu.
Výsledkem měla být větší a lepší hoření směsi, vyšší tlak ve válci a tím pádem schopnost vytěžit z paliva maximum. Honda uváděla u 1,3litrového i-DSI výkon zhruba 85 koní, přičemž důraz byl kladen hlavně na nízkou spotřebu paliva. Tím spíše ve spojení s převodovkou Honda Multimatic S s plynule měnitelným převodem (CVT).
Výhody a nevýhody: lepší zapalování směsi, ale dražší servis
Zapalování dvěma svíčkami může přinést lepší prohoření směsi a v některých režimech i lepší účinnost. Často se zmiňuje také „redundance“, tedy jistá rezerva: pokud jedna svíčka selže, motor může dál běžet. Proto právě z tohoto důvodu mají některé letecké motory dvě svíčky na válec jako bezpečnostní pojistku pro případ selhání jedné z nich.
Nevýhoda je zřejmá už při pohledu na servisní položky. Dvojnásobný počet svíček znamená vyšší náklady na údržbu. K tomu se přidává práce v servisu, která může být u složitějších agregátů také téměř dvojnásobná. Další položkou jsou zapalovací cívky. Pokud motor používá více cívek, výměna už vůbec není levná záležitost.
Kdo další to zkoušel?
Alfa Romeo a Honda jsou nejznámější, ale zdaleka ne jediné značky, které se dvěma svíčkami na válec experimentovaly. Také Nissan používal už v 80. letech podobný systém NAPS. Ford měl dvojité zapalování u čtyřválce, který nasadil do modelů Ranger a Mustang. Chrysler použil podobný princip u moderní verze osmiválce Hemi. Mercedes-Benz měl dvojité zapalování u tříventilových agregátů M112 a M113.
V dnešní praxi se dvě svíčky na válec u automobilových benzinových motorů prakticky nepoužívají. Jedním z hlavních důvodů je rozšíření přímého vstřikování benzinu, které spolu se čtyřventilovou technikou zásadně komplikuje umístění druhé svíčky do spalovacího prostoru.
Zdroj: jalopnik.com, auto.cz
Štítky: Alfa Romeo, Honda, i-DSI, spalovací motor, spalovací motory, svíčky, Twinspark, zapalovací svíčka, zapalování