Tændingssystemer
Indledning
Det er forbavsende svært at finde information om tændingssystemer på Internettet. Tilsyneladende er der ikke mange, der ved hvordan et tændingssystem virker. Dette dokument indeholder information om de typiske tændingssystemer, der benyttes i dag på scootere og knallerter. Ud fra dette kan du sandsynligvis finde ud af, hvilken type der er på netop din scooter/knallert/motorcykel.
Generelt og en vigtig advarsel
Tændingssystemer benyttes i eksplosionsmotorer, hvor komprimerede benzindampe antændes ved hjælp af en elektrisk gnist. Eksplosionsmotorer anvendes i biler scootere, knallerter, græsslåningsmaskiner, kædesave og meget andet.
Denne artikel forudsætter at du ved lidt om motorer, tændrør osv.
|
Advarsel Livsfarlig spænding! Du kan blive slået ihjel af spændingen fra et tændingssystem! Pas på, når du arbejder med tændingssystemer. Effekten fra et tændingssystem kan virke muskellammende, på f.eks. hjerte eller lunge-funktion. Berør ikke tændingssystemets dele, når motoren kører eller blot "tørnes" (drejes) med starter eller kick-starter. Husk at spændingen er så høj, at der kan sprænge gnister helt op til 4 cm fra tændingskablet, hvis det ikke er forbundet til et tændrør, eller tændrøret ikke er forbundet til stel (ikke er skruet i topstykket eller på anden måde forbundet til stel). Du kan få stød, blot du er i nærheden af tændingskablet, eller berører fødeledningerne til et aktivt tændingssystem. Nogle tændingssystemer fødes fra motorens generator med 250 V AC eller mere. Det er også livsfarligt! |
 |
Hvad er tændingssystemets opgave ?
Et tændingssystem skal:
- Generere en høj spænding på 15.000 V eller mere.
Tændingssystemets opgave er at frembringe en spænding, der er høj nok til at kunne trække en gnist over et gnistgab (et tændrør) på ca. 0,7 mm inde i en cylinder fyldt med en komprimeret blanding af luft og benzindamp. - Afgive energi (strøm og spænding) nok til at antænde
benzindampen.
For at kunne antænde benzindampen skal gnisten ikke blot kunne springe hen over gnistgabet, den skal også indeholde så meget energi, at der dannes varme nok til at antænde benzinen. - Antænde benzindampen på det rigtige tidspunkt.
Det tidspunkt, hvor gnisten får benzindampen til at eksplodere, skal passe med at eksplosionen presser motorens stempel i bund på det helt rigtige tidspunkt. Ellers kan motoren ikke omsætte eksplosionens kraft til rotationskraft.
Motorens almindelige elektriske kredsløb arbejder typisk ved 6-12 V, og det kan ikke bruges direkte til at få lavet en gnist i cylinderen. Gnisten skal dog kun bruges på et ganske bestemt (og meget kort) tidspunkt, og det udnytter tændingssystemet. I "pause-tiden", hvor der ikke skal bruges en gnist, opbygger tændingssystemet et lager af energi, som det tømmer lynhurtigt, når der skal genereres en gnist. Denne metode bevirker, at der med et moderat energiforbrug kan leveres en langt kraftigere gnist, end hvis den høje spænding skulle leveres hele tiden.
Note
Det kræver en spænding på ca. 15.000 V at få gnisten til at springe over tændrørets gnistgab. Når først gnisten er dannet, så begynder der at løbe en større strøm og spændingen falder til ca. 1.500 V. Gnisten varer typisk i 1,5 ms ved 1500 V og 100 mA (effekt = 150 W i 1,5 ms ).
(Disse angivelser er ikke eksakt videnskab, men et "kvalificeret gæt" med baggrund i diverse tændspole-fabrikanters datablade).
4 Typer tændingssystemer
Der anvendes 4 forskellige grundlæggende typer tændingssystemer:
- Kettering Tænding (Opfundet af Charles Franklin
Kettering omkring år 1908)
Med induktorspole og mekanisk kontakt.
Dette system benyttes udelukkende på ældre motorer. - TCI (Transistor Controlled
Ignition -- EN/DK:
Transistor
kontrolleret Tænding.)
Kettering tænding med induktorspole og elektronisk kontakt.
Dette system benyttes udelukkende på ældre motorer. - AC-CDI (Alternate Current
- Capacitive Discharge Ignition
-- EN/DK:
Vekselstrøm - Kapacitiv Afladnings-Tænding.)
Kapacitiv afladning over transformator.
Dette system benyttes på mange nyere motorer. - DC-CDI (Direct Current
- Capacitive Discharge Ignition
-- EN/DK:
Jævnstrøm - Kapacitiv Afladnings-Tænding.)
Kapacitiv afladning over transformator.
Dette system benyttes på mange nyere motorer.
De 4 typer gennemgås herunder.
Kettering Tænding
Karakteristik:
- Lagret energi for impuls:
- Magnetisk lagret
- Magnetfelt opbygges i tændspolens jernkerne (induktor-spole)
- Trigger:
- Mekanisk kontakt-kredsløb (knikser-kontakt, som aktiveres af motorens rotation)
- Fødespænding af lavspændingsspolen:
- 12 - 15 V DC fra batteri
- Tændspolekredsløbet kan være forsynet med en formodstand, der er udkoblet under koldstart af motoren.
Kettering tændingssystem er det ældste af de fire systemer, som bliver beskrevet her. Det benytter en induktorspole, som består af to spoler, der er viklet om samme jernkerne. De har forskelligt viklingsantal, hvor forholdet imellem antallet er ca. 1:70. Det vil sige at hver gang lavspændingsspolen har 1 vikling, så har højspændingsspolen 70 viklinger. Spolen med de få viklinger fødes med lav spænding (12 V), og strømmen, der går igennem den, opbygger et magnetfelt i jernkernen. Når strømmen afbrydes kollapser magnetfeltet og dette genererer en spændingsimpuls i begge spoler. I lavspændingsspolen genereres en impuls på ca. 250 V, og i højspændingsspolen ca. 17.500 V. Impulsen i højspændingsspolen er 70 gange større end den i lavspændingsspolen, fordi den har 70 gange flere viklinger end lavspændingsspolen.
Strømmen til lavspændingsspolen sluttes og brydes af knikserkontakten, som påvirkes mekanisk af motorens omdrejning. Knikserkontakten sidder parallelt med en kondensator. Den sørger for at den impuls, der dannes i lavspændingsspolen ikke afledes i en gnist hen over knikserkontakten. Hvis kondensatoren ikke sad der, ville en stor mængde af energien blive afsat i en gnist imellem knikserkontaktens kontaktflader, som hurtigt ville blive brændte. Dermed ville der ikke være så meget energi tilbage til højspændingsspolen.
Kondensatoren har endnu en funktion; sammen med lavspændingsspolen danner den et oscillator-kredsløb. Når magnetfeltet kollapser, dannes der ikke blot en impuls i højspændingsspolen, men også en impuls (på ca. 250 V) i lavspændingsspolen. Den ledes tilbage igennem kondensatoren, så der igen trækkes strøm igennem lavspændingsspolen (der dannes et magnetfelt osv.). Dette sker lynhurtigt efter hinanden og gentages indtil energien i tændspolen er opbrugt. På den måde forlænges højspændingsimpulsen, så man får genereret en særdeles effektfuld højspændingsimpuls ud til tændrøret.
Note:
Selv blandt ganske kloge personer er der uenighed om kondensatorens funktion i et Ketteringsystem. En ting er dog sikker: Kondensatoren strækker/forlænger tidsmæssigt afbrydelsen af strømmen igennem lavspændingsspolen, og bevirker at magnetfeltet kollapser lidt langsommere. Tændingssystemet vil så genererer en lavere, men tidsmæssigt længere, spændingsimpuls.
Det usikre er så om kredsløbet efterfølgende oscillerer i et ganske kort tidsrum. Uanset hvad, så kan man i praksis konstatere, at gnisten bliver synligt kraftigere, når kondensatoren er monteret (og at knikserkontakten så ikke brænder af).
|
|
|
TCI (Transistor Controlled Ignition)
Karakteristik
- Lagret energi for impuls:
- Magnetisk lagret
- Magnetfelt opbygges i tændspolens jernkerne (induktor-spole)
- Trigger:
- Pickup-spole
- Elektronisk kontakt-kredsløb
- Fødespænding af lavspændingsspolen:
- 12 - 15 V DC fra batteri
- Højspændingsgenerering:
- Kollapsende magnetfelt genererer spændingsimpuls, der transformeres op i højspændingsspolen.
TCI tændingssystemet er en modernisering af Kettering-systemet.
I TCI-systemet erstattes den mekaniske knikserkontakt af en elektronisk kontakt, der aktiveres af et kredsløb (et trigger-kredsløb), der elektronisk føler på motorens fysiske rotation. Føleren kan være flere forskellige ting. Her er den vist med en såkaldt pick-up-spole. Det er en spole med en jernkerne, samt en lille indbygget magnet. Hvis der passerer noget magnetisk materiale foran den, vil den (pga. det ændrede magnetfelt) afgive en spændings-impuls. Pick-upspolen er typisk monteret således at den føler ind på et svinghjul i motoren. Svinghjulet er forsynet med en lille metal-knop, og når denne passerer pick-up-spolen afgives der en spændingsimpuls til trigger-kredsløbet, og den elektroniske "knikser"-kontakt åbnes.
Tegningen herunder viser et TCI tændingssystem, der er sammenligneligt med kettering-systemet ovenfor. Eneste forskel er at den mekaniske knikserkontakt er udskiftet med en elektronisk.
|
|
|
Idet den elektroniske kontakt i et TCI-system også kræver strømforsyning, vil systemet ofte se ud som det nedenstående, der er forsynet med en lille boks som indkapsler elektronikken.
|
|
|
AC CDI (Alternate Current; Capacitive Discharge Ignition)
Karakteristik
- Lagret energi for impuls:
- Elektrisk lagret
- Opbygges i kondensator
- Trigger:
- Pickup-spole
- Elektronisk kontakt-kredsløb
- Fødespænding af lavspændingsspolen:
- 250 - 500 V DC der aflades fra en kondensator
Ladespænding: Stator-spole i generator leverer 180 - 350 V AC, der ensrettes i CDI-modulet til 250 - 500 V DC
- 250 - 500 V DC der aflades fra en kondensator
- Højspændingsgenerering:
- Lagret energi i kondensator aflades igennem en transformator, der transformerer spændingen op til højspænding.
Et CDI tændingssystem benytter en anden teknologi end Ketterings tændingssystem. Grundideen er dog den samme: Opbygning af et energilager, der aflades igennem en spole. CDI systemet oplader en kondensator til ca. 400 V og aflader den over lavspændingsviklingen i en transformator. Transformatorens højspændingsvikling vil så generere en spændingsimpuls på 25.000 til 50.000 V.
AC-CDI tændingssystemet får den høje ladespænding fra en statorspole (13) i motorens svinghjul. Spændingen ensrettes (2) og oplader kondensatoren (3), så den er klar til at blive afladet, når Pickup-spolen (12) afgiver en spændingsimpuls. Pickup-spolen er en spole med en jernkerne, samt en lille indbygget magnet. Hvis der passerer noget magnetisk materiale foran den, vil den (pga. det ændrede magnetfelt) afgive en spændings-impuls. Pick-upspolen er typisk monteret således at den føler ind på et svinghjul i motoren. Svinghjulet er forsynet med en lille metal-knop, og når denne passerer pick-up-spolen afgives der en spændingsimpuls til trigger-kredsløbet (4), og den elektroniske "knikser"-kontakt (4a) lukkes. Dermed aflades den oplagrede energi fra kondensatoren ned i tændspolen (14).
|
|
|
DC CDI (Direct Current Capacitive Discharge Ignition)
Karakteristik
- Lagret energi for impuls:
- Elektrisk lagret
- Opbygges i kondensator
- Trigger:
- Pickup-spole
- Elektronisk kontakt-kredsløb
- Fødespænding af lavspændingsspolen:
- 250 - 500 V DC (aflades fra en kondensator)
Ladespænding: DC/DC omformer i CDI-modul generer ud fra batterispændingen en spænding, på 250 - 500 V DC
- 250 - 500 V DC (aflades fra en kondensator)
- Højspændingsgenerering:
- Lagret energi i kondensator aflades igennem en transformator, der transformerer spændingen op til højspænding.
DC-CDI tændingssystemet er næsten identisk med AC-CDI tændingssystemet, men DC-CDI tændingssystemet får den høje ladespænding fra en elektronisk DC/DC konverter.
|
|
|
