Home                        Verhalen over techniek   


 
Ontsteking van Verbrandingsmotoren


Voordelen Transistor / Thyristor Ontsteking tov Conventionele Ontsteking
Conventionele Ontsteking en Ontwikkeling 
De Constructie van de Ontsteking
Werking van de Ontsteking
Contactpuntfunctie
Nieuwe ontwikkeling?
Om een benzinemotor te kunnen laten functioneren hebben we een vonk nodig om het brandstof luchtmengsel te ontsteken. Op dit moment worden er proeven gedaan met benzinemotoren zonder ontsteking die gebruik maken van het dieselprincipe. Ingewikkelde elektronica en sensoren moeten dit proces begeleiden en sturen. Denk bijvoorbeeld aan het klop of pingel probleem wat heel gemakkelijk kan optreden bij dit dieselprincipe. Deze ontwikkeling geeft weer een aantal procenten benzinebesparing en daardoor weer minder CO2 uitstoot en dus weer goed voor het milieu. In het verleden zijn er wel meer revolutionaire ontwikkelingen geweest en die zijn niet altijd tot een productierijp stadium gekomen. Terug naar ons verhaal. Om dus tot een vonk te komen hebben we  wat onderdelen nodig. Hieronder een opsomming van wat er zoal gebruikelijk is en was.
 
Allereerst de meest voorkomende ontstekingsvormen:

Magneetontsteking.
Conventionele ontsteking.
Transistor ontsteking.
Thyristor ontsteking.


De meest voorkomende Gevers:
Contactpuntjes.
Opto coupler (Led).
Magnetische (Hall)  ** (vliegwiel sensor).
Optie:
Diverse meetpunten zoals toerentalmeting, krukashoek, ontsteekhoek enz. (Voor computergestuurde ontstekingen).

Bougiekabels:
Kool kabels  (diverse isolatie vormen) (om radiostoringen tegen te gaan).
Vaste kern kabels (diverse isolatie vormen).

Bobine:
6- 12 en 24 Volt bobine.
Verschillende primaire en secundaire impedantie’s (Wikkelverhouding).
Met of zonder voorschakelweerstand.
Vast ingegoten of met olie gevuld.
Verschillende uitgangsspanningen tot wel 60 KV.

Condensator:

Verschillende waarden en (vormen) afgestemd op de eigenschappen van de bobine.

Verdelerkap:
Centraal contact (vaste of verende koolstofstaaf).
Geplugde of geschroefde aansluiting.

Verdeler(loos):
Klassieke verdeler.
 ** Elektronisch gestuurde eenheid zonder bewegende delen computer gestuurd inclusief inspuiting enz.


Voorontsteking:
Centrifugaal.
Vacuüm.
Vaste voorontsteking.
Elektronisch centrifugaal.
Elektronisch centrifugaal en vacuüm.
** Door middel van diverse sensoren en computer gestuurd.


Bougie:

Diverse fabrikanten.
Verschillende warmte bereiken (afhankelijk van type motor).
Verschillende constructies (elke fabrikant claimend de beste).
Verschillende bevestigingen (schroefdraad als zowel bougiesleutel).

** Moderne hedendaagse autotechniek.


Juiste waarde condensator + juiste waarde bobine = maximale
vonk


Voordelen Transistor/Thyristor ontsteking t.o.v. conventionele ontsteking:

Betere koude start (bewezen).
Betere verbranding door grotere vonk (bewezen).
Meer vermogen en minder brandstofverbruik (relatief).
Minder onderhoud (verkeerd argument!).
Makkelijk af te stellen (Maakt niet zo veel uit).
Belangrijk:
Transistor- of thyristorontsteking vereisen in de meeste gevallen het gebruik van een speciale bobine.

Conventionele ontsteking en ontwikkeling:
Nieuw hoeft niet per definitie beter te zijn. Als we de ontsteking bekijken van de Traction Avant dan is dat op een na de oudste ontstekingsvorm die we kennen op de magneet ontsteking na. Ruim 75 jaar heeft hij het volgehouden en nu nog rijden er auto’s rond met een dergelijke ontsteking. Beter als de moderne ontsteking, dat niet, maar wel zo betrouwbaar mits er op tijd onderhoud aan gepleegd wordt. Ook de moderne ontsteking behoeft onderhoud en dat wordt meestal vergeten. In de garage blijft het dan meestal bij een diagnosetest en dat is het dan. Uitwisselen van computerprintplaten is dan de enige optie als er zich problemen voordoen in de ontsteking. In de racewereld ging de ontwikkeling wat sneller en we zien dan ook in 1920 bij motorfietsen een verdelerloos ontstekingssysteem verschijnen. In begin jaren tachtig onderzoekt Ford naar een geschikt verdelerloos ontstekingssysteem die in 1982 op de markt verschijnt voor personenauto’s. De 2CV is ook zo’n typisch geval van een verdelerloos ontstekingssysteem. De grootste verbetering voor de ontsteking was de overgang van 6- naar 12 Volt installaties. Er is in der loop der jaren van alles geprobeerd om de ontsteking te verbeteren. Er werden speciale bobines ontworpen en constructies bedacht die allemaal moesten leiden naar een betere vonk. Uiteindelijk is de ontwikkeling niet stil blijven staan  en we zien nu computerstuursystemen die zonder mechanische onderdelen hoogspanning en dus ook de vonk op het juiste moment kunnen laten plaatsvinden onder wat voor omstandigheden dan ook. Met voor elke cilinder een eigen hoogspanningsysteem.

De constructie van de Ontsteking:
Om een vonk te kunnen produceren hebben we verschillende onderdelen nodig. In de simpelste vorm zijn dat er drie, de bobine, een condensator en een onderbreker in de vorm van een contactpuntje welke door middel van een as met nokken bediend wordt. Zonder spanning geen vonk, dus om het plaatje helemaal rond te maken komt er ook nog een accu bij.

Naar boven


Werking van de ontsteking:

Om de werking uit te leggen moeten we eerst kennismaken met de onderdelen en de symbolen die daarbij horen. Allereerst de de bobine, twee spoelen met een ijzeren kern. De bobine of wel trafo genoemd is eigenlijk een autotrafo. De naam autotrafo heeft niets met auto’s te maken maar met de aansluiting van de trafo. De trafo (lees bobine) heeft een primaire en een secundaire wikkeling waarvan de primaire weinig windingen en dik draad heeft en de secundaire veel windingen en dun draad. De wikkelverhouding is ongeveer 1 : 100. Dat betekent 250 volt primaire is 25KV secundaire.


 

Doordat de trafo inwendig aan een zijde verbonden is wordt hij autotrafo of veiligheidstrafo genoemd.
Voor autogebruik heet hij bobine






Een condensator bestaat uit twee platen met een isolerende tussenlaag. Deze tussenlaag kan ook lucht zijn.

 

Naar boven
  


Verder is er nog iets opmerkelijks van de trafo te vertellen. De primaire wikkeling die normaal gesproken aan de binnenzijde van het wikkelpakket zit, zit bij de bobine aan de buitenzijde , dus meteen als laatste wikkelingen op de Kern. De kern zelf bestaat uit een lamellen pakket met aan een zijde isolatie (kan ook olie zijn) om wervelstromen tegen te gaan. Deze wervelstromen kunnen namelijk voor onaanvaardbare hoge temperaturen in de bobine zorgen.
De bobine heeft soms een voorschakelweerstand die na verloop van een korte tijd wordt ingeschakeld. Deze is dan voor de koude start van belang. De stroom is dan door de bobine in het begin groter en neemt dan later af. Dat sommige bobines met olie gevuld zijn heeft te maken met de slechte schellakisolatie die door uitdroging en warmte ging barsten en daardoor kortsluiting veroorzaakte. Tevens heeft de met olie gevulde bobine een betere koeling. De condensator nodig voor de ontsteking had ook zijn problemen en vooral het dialectricum, de isolatie tussen de folielagen sloeg wel eens door zodat een condensator geen condensator meer was.
De condensator kunnen we zien als twee platen met daar tussen een isolatie (dialectricum) wat ook lucht kan zijn. Tegenwoordig worden condensatoren ingegoten in een kunsthars zodat de kwaliteit langer gewaarborgd blijft. De waarde van de condensator wordt uitgedrukt in micro farad en is een heel belangrijk onderdeel voor de werking van de ontsteking. De onderbreker, het laatste onderdeel kunnen we zien als een schakelaar met contactpunten van wolfram om inbranden te voorkomen. Een zijde vast gemonteerd en de andere zijde van het contact instelbaar door middel van een schroef. Aan een van deze contacten zit een lange bladveer die het bewegen mogelijk maakt wanneer de nokkenas deze naar buiten laat bewegen.  
Accu, een spanningsbron voor energieopslag. Deze wordt gebruikt om de ontsteking van stroom te voorzien.
Zoals in het schema te zien is staat er 12 Volt op de primaire zijde van de trafo. Er vloeit dus een stroom die een magnetisch veld veroorzaakt. Bij het verbreken van het contact zal het magnetische veld  en dus ook de energie die hierin opgeslagen is zich willen handhaven. Een wetmatige eigenschap van een spoel, die elke verandering wil tegenwerken. Ook wel tegen EMK (elektromotorische kracht) genoemd. De condensator die parallel over het contact staat komt nu in serie te staan met de spoel. De eigenschap van een condensator is dat hij gelijkspanning blokkeert en wisselspanning doorlaat. Van deze eigenschap wordt hier gebruik gemaakt en zal door deze plotselinge verandering, contactpuntje open, de energie opgeslagen in de spoel in de vorm van een stroompiek, doorlaten.

De combinatie spoel en condensator, indien goed gekozen, vormen een resonantiekring die een opslingering van de spanning bewerkstelligen. De Z waarde (wisselstroom weerstand) van de spoel en condensator moeten dus gelijk zijn om tot deze maximale opslingering te komen en gebeurt maar bij één frequentie cq toerental van de motor. Deze inductiespanning kan hierdoor oplopen tot wel 250 Volt aan de primaire zijde van de Trafo. Door de wikkelverhouding ontstaat hierdoor aan de secundaire kant een hoogspanning van 25 Kilovolt.
Deze hoogspanning is voldoende om een brandbaar benzinemengsel te ontsteken. Dat de condensator de inductievonk die over het geopende contact ontstaat, moet blussen is maar voor een gedeelte waar. De energie zou dan opgenomen moeten worden in de vorm van warmte en dat kan alleen als er een weerstand in serie met de condensator wordt geplaatst. Wel stroomt er een gedeelte van de energie weer terug in de spoel die we kunnen zien als een vorm van uitslingeren. Het is een beetje te vergelijken met een steen die in het water wordt gegooid, in het begin is deze rimpel groot en naarmate te afstand vanaf de steeninworp toeneemt, wordt deze kleiner . 
Voor het opnieuw “opladen” van de spoel, dus wanneer het contactpuntje gesloten is, is een bepaalde tijd nodig om voldoende energie op te slaan voor de volgende vonk. Deze oplading is ook afhankelijk van de eigenschappen van de bobine die toegepast wordt. De tijd wordt bepaald door de contacthoek of Dwell die kritischer wordt naarmate het toerental toeneemt. Bij hoge toerentallen treedt er een verzadiging op in de trafo en ook de stuurpulsen komen zeer dicht bij elkaar te liggen met als gevolg een dalende hoogspanning. Ook de contactpuntopeningstijd is zeer kritisch en noodzakelijk voor het volledig kunnen ontladen van de energie in de bobine. Zoals gezegd treedt er een behoorlijke inductiespanning op aan de primaire zijde van de bobine wat niet zonder gevaar is. Dus wees voorzichtig wanneer aan een werkend ontstekingssysteem gewerkt word.
 

Contactpuntfunctie:
We hebben gezien dat het contactpuntje een schakelaar is die open en dicht gaat. Ook hebben we gezien dat er een bepaalde tijd verstrijkt bij het open en weer gesloten zijn van het contactpuntje. Beide tijden zijn belangrijk, enerzijds voor het opladen van de bobine en anderzijds voor het verstrijken van de vonk. Deze tijd is absoluut noodzakelijk en we zien dan ook dat bij hoge toerentallen zo rond de 4000 omwentelingen per minuut van de motor, we tijd te kort komen. Transistorontsteking brengt hier dan ook wat verbetering in doordat de pulsen korter zijn en we daardoor meer tijd overhouden. Het toerental kunnen we nu enigszins verhogen, maar ook hier krijgen we te maken met grenzen. De functie contactpunt houdt hierbij uiteindelijk op.  



Resonantiekring.
Voor maximale energieoverdracht stroomkring Ri=Ru waarbij de R de wisselstroomimpedantie voorsteld.



Resonantiekring anders getekend.
Het samenspel:
We hebben nu gezien dat de condensator in combinatie met een spoel (bobine) een resonantiekring vormt die voor een behoorlijke opslingering kan zorgen. Dat geldt alleen als voor een ideale combinatie is gekozen. Dat houdt in dat de waarde van de condensator (Micro-Farad) past bij de waarde van de bobine (Mili-Henry). Dat betekent dat bij aanschaf van een nieuwe condensator we ook de eigenschappen van de bobine moeten weten en andersom. Bij toepassing van een verkeerd type resulteert dat in een slechte, of in het ergste geval, geen vonk.
Dus kort samengevat: Juiste waarde
condensator + juiste waarde bobine = maximale vonk  
Om niet te vergeten:
Mageetontsteking vind je nog steeds terug bij stationair motoren zoals bij landbouwmachines, brom- en motorfietsen, buitenboard- en scheepsmotoren, teveel nog om op te noemen. Dus nog lang niet uitgestorven!

Naar boven 

                    Web-Design en Techniek Traction Avant 11BL -  Ben E Kulsdom -  © 2006- -  www.kulsdom.be
Privacyverklaring
- Contact - Bijgewerkt: 22-02-2015