Tändstift: inte bara en gnista

Kärnan i tändstiftet i en gnisttändningsmotor verkar uppenbar. Detta är en enkel anordning där den viktigaste delen är de två elektroderna mellan vilka tändgnistan hoppar. Få av oss vet att i moderna motorer har tändstiftet fått en ny funktion.

Moderna motorer styrs nästan uteslutande elektroniskt. Kontroller, populärt känd som en "dator" samlar in en serie data om enhetens funktion (vi nämner här först och främst hastigheten på vevaxeln, graden av "tryckning" på gaspedalen, atmosfäriskt lufttryck och i insugningsgrenrör, temperaturen på kylvätskan, bränslet och luften, och även sammansättningen av avgaserna i avgassystemet före och efter rengöring med katalysatorer), och sedan, jämför denna information med de som lagras i dess minne, utfärdar kommandon till systemen för att styra tändningen och bränsleinsprutningsprocessen samt luftspjällets läge. Faktum är att flampunkten och bränsledosen för de enskilda driftscyklerna måste vara optimala vad gäller effektivitet, ekonomi och miljövänlighet vid varje ögonblick av motordrift.

LÄS ÄVEN

Glödstift

Spelet är värt ljuset

Bland de data som är nödvändiga för att kontrollera motorns korrekta funktion finns det också information om närvaron (eller frånvaron) av detonationsförbränning. Luft-bränsleblandningen som redan finns i förbränningskammaren ovanför kolven måste brinna snabbt men gradvis, från tändstiftet till de yttersta delarna av förbränningskammaren. Om blandningen antänds i sin helhet, det vill säga "exploderar", sjunker motorns verkningsgrad (dvs förmågan att använda energin som finns i bränslet) kraftigt och samtidigt ökar belastningen på viktiga motorkomponenter, vilket kan leda till misslyckande. Därför bör ett konstant detonationsfenomen inte tillåtas, men å andra sidan bör den ögonblickliga antändningsinställningen och sammansättningen av bränsle-luftblandningen vara sådan att förbränningsprocessen ligger relativt nära dessa detonationer.

Därför har moderna motorer sedan flera år tillbaka utrustats med sk. knackningssensor. I den traditionella versionen är detta egentligen en specialiserad mikrofon som, inskruvad i motorblocket, endast reagerar på vibrationer med en frekvens som motsvarar en typisk detonationsförbränning. Sensorn skickar information om eventuell knackning till motordatorn som reagerar med att ändra tändpunkten så att knackning inte uppstår.

Detekteringen av detonationsförbränning kan dock utföras på annat sätt. Redan 1988 lanserade det svenska företaget Saab tillverkningen av en distributörslös tändenhet kallad Saab Direct Ignition (SDI) i modellen 9000. I denna lösning har varje tändstift sin egen tändspole inbyggd i cylinderhuvudet, och "datorn" " matar endast styrsignaler. Därför, i detta system, kan tändpunkten vara olika (optimal) för varje cylinder.

Men viktigare i ett sådant system är vad varje tändstift används till när det inte producerar en tändgnista (gnistans varaktighet är bara tiotals mikrosekunder per arbetscykel, och till exempel, vid 6000 rpm, en motor driftscykeln är två hundradelar sekunder). Det visade sig att samma elektroder kan användas för att mäta jonströmmen som flyter mellan dem. Här användes fenomenet självjonisering av bränsle- och luftmolekyler under förbränning av en laddning ovanför kolven. Separata joner (fria elektroner med negativ laddning) och partiklar med positiv laddning tillåter ström att flyta mellan elektroderna placerade i förbränningskammaren, och denna ström kan mätas.

Det är viktigt att notera att graden av indikerad gasjonisering i kammaren förbränning beror på förbränningsparametrar, d.v.s. främst på aktuellt tryck och temperatur. Således innehåller värdet på jonströmmen viktig information om förbränningsprocessen.

De grundläggande data som erhölls av Saab SDI-systemet gav information om knackningar och möjliga feltändningar, och gjorde det också möjligt att bestämma den krävda tändningstiden. I praktiken gav systemet mer tillförlitliga data än ett konventionellt tändsystem med en traditionell knackningssensor och var dessutom billigare.

För närvarande används det så kallade distributionslösa systemet med individuella spolar för varje cylinder flitigt och många företag använder redan jonströmmätning för att samla in information om förbränningsprocessen i motorn. Tändsystem anpassade för detta erbjuds av de viktigaste motorleverantörerna. Det visar sig också att att utvärdera förbränningsprocessen i en motor genom att mäta jonströmmen kan vara ett viktigt sätt att studera motorprestanda i realtid. Det låter dig direkt upptäcka inte bara felaktig förbränning, utan också bestämma storleken och positionen (beräknat i grader av rotation av vevaxeln) för det faktiska maximala trycket ovanför kolven. Hittills har en sådan mätning inte varit möjlig i seriemotorer. Med hjälp av lämplig programvara, tack vare dessa data, är det möjligt att noggrant kontrollera tändningen och insprutningen i ett mycket bredare område av motorbelastningar och temperaturer, samt justera enhetens driftsparametrar till specifika bränsleegenskaper.