Tändsystemets syfte är att skapa en gnista som tänder bränsle-luftblandningen i cylindern i en motor. Det måste göra detta i exakt rätt ögonblick och göra det upp till flera tusen gånger per minut för varje cylinder i motorn. Om tidpunkten för denna gnista är fel med en liten bråkdel av en sekund kommer motorn att gå dåligt eller inte alls.

Tändsystemet skickar en extremt hög spänning till tändstiftet i varje cylinder när kolven befinner sig i toppen av sitt kompressionsslag. Spetsen på varje tändstift innehåller en lucka som spänningen måste hoppa över för att nå marken. Det är där gnistan uppstår.

Den spänning som är tillgänglig för tändstiftet är någonstans mellan 20 000 volt och 50 000 volt eller mer. Tändsystemets uppgift är att producera denna höga spänning från en 12-volts källa och få den till varje cylinder i en viss ordning, vid exakt rätt tidpunkt.

Låt oss se hur detta går till.

Tändsystemet har två uppgifter att utföra. För det första måste det skapa en tillräckligt hög spänning (20 000+) för att skapa en ljusbåge över tändstiftets mellanrum och på så sätt skapa en gnista som är tillräckligt stark för att antända luft- och bränsleblandningen för förbränning. För det andra måste det styra tidpunkten för denna gnista så att den uppstår vid exakt rätt tidpunkt och skicka den till rätt cylinder.

Tändsystemet är uppdelat i två delar, den primära kretsen och den sekundära kretsen. Den primära lågspänningskretsen fungerar vid batterispänning (12 till 14,5 volt) och ansvarar för att generera signalen för att tända tändstiftet vid exakt rätt tidpunkt och sända den signalen till tändspolen. Tändspolen är den komponent som omvandlar 12-voltsignalen till den höga laddningen på över 20 000 volt. När spänningen är upptrappad går den till den sekundära kretsen som sedan leder laddningen till rätt tändstift vid rätt tidpunkt.

Grunderna
Innan vi börjar den här diskussionen ska vi prata lite om elektricitet i allmänhet. Jag vet att detta är grundläggande saker, men det fanns en tid då du inte visste om detta och det finns människor som behöver känna till grunderna så att de kan förstå vad som följer.

Alla bilar arbetar med likström, eller Direct Current. Det innebär att strömmen rör sig i en riktning, från den positiva batteripolen till den negativa batteripolen. I bilens fall är den negativa batteripolen ansluten med en tung kabel direkt till fordonets kaross och motorblock. Karossen och alla metallkomponenter som är i kontakt med den kallas för jord. Detta innebär att en krets som behöver skicka ström tillbaka till batteriets negativa sida kan anslutas till vilken del som helst av fordonets metallkaross eller motorblocket av metall.

Ett bra exempel för att se hur detta fungerar är strålkastarkretsen. Strålkastarkretsen består av en ledning som går från den positiva batteripolen till strålkastarknappen. En annan ledning går från strålkastarknappen till en av två terminaler på strålkastarlampan. Slutligen går en tredje ledning från en annan terminal på glödlampan till bilens metallkaross. När du slår på strålkastarna kopplar du ihop ledningen från batteriet med ledningen till strålkastarna så att batteriströmmen går direkt till strålkastarlamporna. Elektriciteten passerar genom glödtrådarna i glödlampan och sedan ut genom den andra ledningen till metallkarossen. Därifrån går strömmen tillbaka till batteriets minuspol och sluter kretsen. När strömmen flyter genom denna krets blir glödtråden i strålkastaren varm och lyser starkt. Låt det bli ljus.

Nu tillbaka till tändsystemet. Grundprincipen för det elektriska gnisttändningssystemet har inte ändrats på över 75 år. Det som har förändrats är den metod med vilken gnistan skapas och hur den fördelas.

För närvarande finns det tre olika typer av tändsystem, Det mekaniska tändsystemet användes före 1975. Det var mekaniskt och elektriskt och använde ingen elektronik. Genom att förstå dessa tidiga system blir det lättare att förstå de nya elektroniska och datorstyrda tändsystemen, så hoppa inte över det. Det elektroniska tändsystemet började hitta sin väg till produktionsfordon i början av 70-talet och blev populärt när bättre kontroll och ökad tillförlitlighet blev viktigt i och med införandet av utsläppskontroller. Slutligen blev det distributörslösa tändsystemet tillgängligt i mitten av 80-talet. Detta system var alltid datorstyrt och innehöll inga rörliga delar, så tillförlitligheten förbättrades avsevärt. De flesta av dessa system krävde inget underhåll förutom att byta ut tändstiften med intervaller från 60 000 till över 100 000 mil.

Låt oss ta en detaljerad titt på varje system och se hur de fungerar.

Det mekaniska tändsystemet (från bilens gryning till 1974)

Distributorn är nervcentret i det mekaniska tändsystemet och har två uppgifter att utföra. För det första ansvarar den för att utlösa tändspolen för att generera en gnista i exakt det ögonblick som krävs (vilket varierar beroende på hur snabbt motorn vrider sig och hur mycket den belastas). För det andra ansvarar fördelaren för att leda gnistan till rätt cylinder (det är därför den kallas fördelare).

Kretsen som driver tändsystemet är enkel och rak. (se ovan) När du sätter in nyckeln i tändningslåset och vrider nyckeln till körläge skickar du ström från batteriet genom en ledning direkt till tändspolens positiva (+) sida. Inne i spolen finns en serie kopparlindningar som slingrar sig runt spolen över hundra gånger innan de kommer ut på spolens negativa (-) sida. Därifrån tar en ledning denna ström över till fördelaren och ansluts till en speciell på/av-omkopplare, som kallas spetsar. När spetsarna är stängda går strömmen direkt till jord. När strömmen går från tändningsbrytaren, genom lindningarna i spolen och sedan till jord, bygger den upp ett starkt magnetfält inuti spolen.

Punkterna består av en fast kontaktpunkt som är fäst på en platta inne i fördelaren, och en rörlig kontaktpunkt som är monterad på änden av en fjäderbelastad arm…. Den rörliga punkten sitter på en kam med 4,6 eller 8 lameller (beroende på antalet cylindrar i motorn) som är monterad på en roterande axel inuti fördelaren. Fördelarnockan roterar i takt med motorn och gör ett fullständigt varv för varje två varv som motorn gör. När den roterar trycker nocken på spetsarna för att öppna och stänga dem. Varje gång spetsarna öppnas avbryts strömflödet genom spolen, vilket leder till att magnetfältet kollapsar och att en högspänningsvåg frigörs genom de sekundära spollindningarna. Denna spänningsvåg går ut överst på spolen och genom den högspända spoltråden.

Nu har vi den spänning som krävs för att tända tändstiftet, men vi måste fortfarande få den till rätt cylinder. Spoltråden går från spolen direkt till mitten av fördelningshuvudet. Under locket finns en rotor som är monterad ovanpå den roterande axeln. Rotorn har en metallremsa på ovansidan som är i ständig kontakt med den mittersta terminalen på distributörshuvudet. Den tar emot högspänningen från spoltråden och skickar den till den andra änden av rotorn som roterar förbi varje tändstiftsanslutning inuti locket. När rotorn roterar på axeln skickar den spänningen till rätt tändstiftstråd, som i sin tur skickar den till tändstiftet. Spänningen kommer in i tändstiftet vid terminalen längst upp och vandrar ner i kärnan tills den når spetsen. Den hoppar sedan över gapet vid tändstiftets spets och skapar en gnista som är lämplig för att antända bränsle-luftblandningen i den cylindern.

Beskrivningen som jag just gav är den förenklade versionen, men bör vara till hjälp för att visualisera processen, men vi utelämnade några saker som utgör denna typ av tändsystem. Vi har till exempel inte talat om kondensatorn som är ansluten till spetsarna, och inte heller om systemet för att flytta fram tidpunkten. Låt oss ta en titt på varje avsnitt och utforska det mer i detalj.

Tändningsbrytaren
Det finns två separata kretsar som går från tändningsbrytaren till spolen. Den ena kretsen går genom ett motstånd för att trappa ner spänningen med cirka 15 % för att skydda spetsarna från för tidigt slitage. Den andra kretsen skickar full batterispänning till spolen. Den enda gången denna krets används är vid start. Eftersom startmotorn drar en avsevärd mängd ström för att starta motorn behövs ytterligare spänning för att driva spolen. Så när nyckeln vrids till det fjäderbelastade startläget används full batterispänning. Så snart motorn är igång släpper föraren nyckeln till körläget vilket leder strömmen genom primärmotståndet till spolen.

På vissa fordon är primärmotståndet monterat på brandväggen och är lätt att byta ut om det går sönder. På andra fordon, framför allt fordon tillverkade av GM, är det primära motståndet en speciell motståndstråd och är sammanfogad i ledningsnätet med andra trådar, vilket gör det svårare att byta ut, men också mer hållbart.

Distributören
När du tar bort distributörshuvudet från toppen av distributören ser du spetsarna och kondensatorn. Kondensatorn är en enkel kondensator som kan lagra en liten mängd ström. När spetsarna börjar öppna sig letar strömmen som flyter genom spetsarna efter en alternativ väg till jord. Om kondensatorn inte fanns där skulle strömmen försöka hoppa över spalten mellan punkterna när de börjar öppna. Om detta skulle tillåtas ske skulle spetsarna snabbt brinna upp och du skulle höra kraftig statisk brus på bilradion. För att förhindra detta fungerar kondensatorn som en väg till jord. Det är den egentligen inte, men när kondensatorn är mättad är spetsarna för långt ifrån varandra för att den lilla spänningen skall kunna hoppa över den breda spalten mellan spetsarna. Eftersom ljusbågen över de öppnande punkterna elimineras, håller punkterna längre och det finns ingen statisk ljudbild på radion från ljusbågen i punkterna.

Punkterna kräver regelbundna justeringar för att hålla motorn igång med toppeffektivitet. Detta beror på att det finns ett gnidningsblock på spetsarna som är i kontakt med nocken och detta gnidningsblock slits med tiden och ändrar spetsavståndet. Det finns två sätt att mäta punkterna för att se om de behöver justeras. Det ena sättet är att mäta avståndet mellan de öppna spetsarna när gnidningsblocket ligger på nockens högsta punkt. Det andra sättet är genom att mäta spänningen elektriskt. Dwell är den mängd, i grader av nockens rotation, som punkterna förblir stängda.

På vissa fordon justeras punkterna när motorn är avstängd och fördelningslocket är borttaget. En mekaniker lossar den fasta punkten och flyttar den något och drar sedan åt den igen i rätt läge med hjälp av en känselmätare för att mäta springan. På andra fordon, framför allt GM-bilar, finns det ett fönster i fördelaren där mekanikern kan sätta in ett verktyg och justera punkterna med hjälp av ett mätinstrument medan motorn är igång. Att mäta dwell är mycket noggrannare än att ställa in punkterna med en känselmätare.

Punkterna har en förväntad livslängd på cirka 10 000 miles då de måste bytas ut. Detta görs i samband med en rutinmässig större avstämning. Under en sådan översyn byts punkter, kondensator och tändstift ut, tidsinställningen görs och förgasaren justeras. I vissa fall, för att hålla motorn igång effektivt, utförs en mindre avstämning med 5 000 mils mellanrum för att justera spetsarna och ställa om tidpunkten.

Tändspole
Tändspolen är inget annat än en elektrisk transformator. Den innehåller både primära och sekundära lindningskretsar. Spolens primärlindning innehåller 100 till 150 varv av tung koppartråd. Denna tråd måste vara isolerad så att spänningen inte hoppar från slinga till slinga och kortsluter den. Om detta sker kan den inte skapa det primära magnetfält som krävs. Den primära kretsledningen går in i spolen genom den positiva terminalen, slingrar sig runt de primära lindningarna och går sedan ut genom den negativa terminalen.

Spiralens sekundära lindningskrets innehåller 15 000 till 30 000 varv av fin koppartråd, som också måste vara isolerade från varandra. De sekundära lindningarna sitter inuti slingorna i de primära lindningarna. För att ytterligare öka spolens magnetfält är lindningarna lindade runt en mjuk järnkärna. För att tåla värmen från strömflödet är spolen fylld med olja som hjälper till att hålla den sval.

Tändspolen är tändsystemets hjärta. När strömmen flyter genom spolen byggs ett starkt magnetfält upp. När strömmen stängs av inducerar kollapsen av detta magnetfält till de sekundära lindningarna en hög spänning som släpps ut genom den stora mittterminalen. Denna spänning leds sedan till tändstiften genom fördelaren.

Tändningstidpunkt
Tändningstidpunkten ställs in genom att lossa en hållskruv och rotera fördelarkroppen. Eftersom gnistan utlöses i det exakta ögonblicket då spetsarna börjar öppna, kommer rotationen av fördelarkroppen (som spetsarna är monterade på) att förändra förhållandet mellan spetsarnas position och positionen för fördelarnockan, som sitter på den axel som är kopplad till motorns rotation.

Sedan den första inställningen, eller bastidpunkten, är viktig, men för att motorn ska kunna köras korrekt måste tidpunkten ändras beroende på motorns varvtal och den belastning som den utsätts för. Om vi kan flytta plattan som spetsarna är monterade på, eller om vi kan ändra positionen för fördelarnockan i förhållande till kugghjulet som driver den, kan vi ändra timing dynamiskt för att passa motorns behov.

Varför behöver vi tidigarelägga timing när motorn går fortare?
När tändstiftet tänds i förbränningskammaren antänds den bränslemix och luftblandning som finns vid tändstiftets spets. Bränslet som omger spetsen antänds av den förbränning som startades av tändstiftet, inte av själva gnistan. Flamfronten fortsätter att expandera utåt med en viss hastighet som alltid är densamma, oavsett motorvarvtal. Den börjar inte trycka ner kolven förrän den fyller förbränningskammaren och inte har någon annanstans att ta vägen. För att maximera den effekt som genereras måste tändstiftet tändas innan kolven når toppen av cylindern, så att det brinnande bränslet är redo att trycka ner kolven så snart den har nått toppen av sin rörelse. Ju snabbare motorn snurrar, desto tidigare måste vi tända tändstiftet för att producera maximal effekt.

Det finns två mekanismer som gör att tidpunkten kan ändras: Centrifugal Advance och Vacuum Advance.

Centrifugal Advance ändrar tidpunkten i förhållande till motorns varvtal (RPM). Den använder ett par vikter som är kopplade till den snurrande fördelaraxeln. Dessa vikter är på ena sidan gångjärnsmonterade på den nedre delen av axeln och är förbundna med en koppling till den övre axeln där fördelarnockan är placerad. Vikterna hålls nära axeln av ett par fjädrar. När axeln snurrar snabbare dras vikterna ut av centrifugalkraften mot fjädertrycket. Ju snabbare axeln snurrar, desto mer dras de ut. När vikterna flyttas ut förändras inriktningen mellan den nedre och övre axeln, vilket leder till att tidpunkten flyttas fram.

Vacuum Advance fungerar genom att ändra spetsarnas läge i förhållande till fördelarkroppen. En motor producerar vakuum när den körs med stängd gaspedal. Med andra ord är foten borta från gaspedalen. I denna konfiguration finns det mycket lite bränsle och luft i förbränningskammaren.

Vakuumförskjutning använder ett vakuummembran som är kopplat till en länk som kan flytta plattan som punkterna är monterade på. Genom att skicka motorns vakuum till vakuumförskjutningsmembranet flyttas tidpunkten fram. På äldre bilar är det vakuum som används portvakuum, vilket är precis ovanför spjällplattan. Med denna inställning finns det inget vakuum vid vakuumförskjutningsmembranet när spjället är stängt. När gasreglaget öppnas öppnas vakuumet till vakuumförskjutningen och tidigareläggs.

På tidiga utsläppskontrollerade fordon användes grenrörsvakuum så att vakuum fanns vid vakuumförskjutningen vid tomgång för att ge en längre förbränningstid för de magra bränsleblandningarna i dessa motorer. När gaspedalen öppnades reducerades vakuumet vilket ledde till att tidtagningen fördröjdes något. Detta var nödvändigt eftersom mer bränsle tillsattes till blandningen när spjället öppnades, vilket minskade behovet av överdriven tidigareläggning. Många av dessa tidiga utsläppskontrollerade bilar hade en vakuumförskjutning med elektriska komponenter inbyggda i förskjutningsenheten för att ändra tidpunkten under vissa förhållanden.

Både vakuum- och centrifugalförskjutningssystemen arbetade tillsammans för att få ut maximal effektivitet ur motorn. Om något av systemen inte fungerade korrekt skulle både prestanda och bränsleekonomi bli lidande. När datorstyrning kunde styra motorns timing direkt var vakuum- och centrifugalförskjutningsmekanismerna inte längre nödvändiga och eliminerades.

Tändkablar
Dessa kablar är konstruerade för att klara av 20 000 till mer än 50 000 volt, tillräckligt med spänning för att kasta dig genom rummet om du skulle utsättas för den. Tändstiftsledningarna har till uppgift att föra denna enorma ström till tändstiftet utan att läcka ut. Tändstiftsledningar måste tåla värmen från en motor som är igång samt extrema väderväxlingar. För att kunna göra sitt jobb är tändstiftsledningarna ganska tjocka, där den största delen av tjockleken utgörs av isolering med en mycket tunn ledare som löper i mitten. Så småningom kommer isoleringen att ge efter för elementen och motorns värme och börjar hårdna, spricka, torka ut eller på annat sätt gå sönder. När detta sker kommer de inte att kunna leverera den nödvändiga spänningen till tändstiftet och en felantändning kommer att inträffa. Det är det som menas med ”inte går på alla cylindrar”. För att åtgärda detta problem måste tändstiftsledningarna bytas ut.

Tändstiftsledningarna är ledda runt motorn mycket noggrant. Plastklämmor används ofta för att hålla ledningarna åtskilda så att de inte rör vid varandra. Detta är inte alltid nödvändigt, särskilt när ledningarna är nya, men när de åldras kan de börja läcka och korseldas på fuktiga dagar, vilket orsakar svårstart eller en motor som går dåligt.

Tändstiftsledningarna går från fördelningshuvudet till tändstiften i en mycket specifik ordning.Detta kallas ”tändningsordning” och är en del av motorns utformning. Varje tändstift får endast tändas i slutet av kompressionsslaget. Varje cylinder har ett kompressionsslag vid en annan tidpunkt, så det är viktigt att den enskilda tändstiftsledningen leds till rätt cylinder.

En populär V8-motors tändordning är till exempel 1, 8, 4, 3, 6, 5, 7, 2. Cylindrarna är numrerade framifrån och bakåt med cylinder 1 längst fram till vänster på motorn. Så cylindrarna på vänster sida av motorn är numrerade 1, 3, 5, 7 medan cylindrarna på höger sida är numrerade 2, 4, 6, 8. På vissa motorer är den högra raden 1, 2, 3, 4 medan den vänstra raden är 5, 6, 7, 8. I en reparationshandbok kan du läsa om den korrekta tändordningen och cylinderindelningen för en viss motor.

Nästa sak vi behöver veta är vilken riktning distributören roterar i, med eller moturs, och vilken terminal på distributörshuvudet som cylinder nr 1 är placerad på. När vi har denna information kan vi börja dra tändstiftsledningarna.

Om ledningarna installeras felaktigt kan motorn ge bakslag, eller åtminstone inte gå på alla cylindrar. Det är mycket viktigt att ledningarna installeras korrekt.

Tändstift
Tändsystemets enda existensberättigande är att serva tändstiftet. Det måste tillhandahålla tillräcklig spänning för att hoppa över gapet vid tändstiftets spets och göra det vid exakt rätt tidpunkt, tillförlitligt i storleksordningen tusentals gånger per minut för varje tändstift i motorn.

Det moderna tändstiftet är konstruerat för att hålla många tusen mil innan det behöver bytas ut. Dessa elektriska underverk finns i många konfigurationer och värmeområden för att fungera korrekt i en viss motor.

Tändstiftets värmeområde bestämmer om det är tillräckligt varmt för att bränna bort eventuella rester som samlas på spetsen, men inte så varmt att det orsakar förantändning i motorn. Förtändning orsakas när tändstiftet är så varmt att det börjar glöda och antända bränsle-luftblandningen i förtid, före gnistan. De flesta tändstift innehåller ett motstånd för att dämpa radiostörningar. Avståndet på ett tändstift är också viktigt och måste ställas in innan tändstiftet installeras i motorn. Om mellangränsen är för stor kan det hända att det inte finns tillräckligt med spänning för att hoppa över mellangränsen, vilket leder till en felantändning. Om mellanslaget är för litet kan gnistan vara otillräcklig för att antända en mager bränsle-luftblandning, vilket också orsakar en misseldning.

Det elektroniska tändsystemet (från 1970-talet till idag)

Detta avsnitt kommer att beskriva de viktigaste skillnaderna mellan de tidiga punkt &kondensatorsystemen och de nyare elektroniska systemen. Om du inte är bekant med hur ett tändsystem fungerar i allmänhet rekommenderar jag starkt att du först läser det tidigare avsnittet Det mekaniska tändsystemet.

I det elektroniska tändsystemet ersattes punkterna och kondensatorn av elektronik. På dessa system fanns det flera metoder som användes för att ersätta spetsarna och kondensatorn för att trigga spolen att tända. En metod använde ett metallhjul med tänder, vanligtvis ett för varje cylinder. Detta kallas för en armatur eller reluktor. En magnetisk pickupspole känner av när en tand passerar och skickar en signal till styrmodulen för att tända spolen.

Andra system använde ett elektriskt öga med ett slutarhjul för att skicka en signal till elektroniken om att det var dags att utlösa spolen för att tända. Dessa system behöver fortfarande ha den initiala tidpunkten justerad genom att rotera fördelningshuset.

Fördelen med detta system, förutom att det är underhållsfritt, är att styrmodulen kan hantera en mycket högre primärspänning än de mekaniska spetsarna. Spänningen kan till och med trappas upp innan den skickas till spolen, så att spolen kan skapa en mycket hetare gnista, i storleksordningen 50 000 volt i stället för 20 000 volt som är vanligt med de mekaniska systemen. Dessa system har bara en enda tråd från tändningsbrytaren till spolen eftersom ett primärmotstånd inte längre behövs.

På vissa fordon monterades denna styrmodul inuti fördelaren där spetsarna brukade vara monterade. På andra konstruktioner var kontrollmodulen monterad utanför fördelaren med externa ledningar för att ansluta den till pickupspolen. På många motorer från General Motors fanns styrmodulen inuti fördelaren och spolen var monterad ovanpå fördelaren för ett enhetligt tändsystem i ett stycke. GM kallade det High Energy Ignition eller HEI förkortat.

Den högre spänningen som dessa system gav gör det möjligt att använda en mycket större spalt på tändstiften för en längre och fetare gnista. Denna större gnista möjliggjorde också en magrare blandning för bättre bränsleekonomi och säkerställde fortfarande en jämngående motor.

De tidiga elektroniska systemen hade begränsad eller ingen beräkningskraft, så tidpunkten måste fortfarande ställas in manuellt och det fanns fortfarande en centrifugal- och vakuumförskjutning inbyggd i distributören.

På vissa av de senare systemen är distributörens insida tom och all utlösning utförs av en sensor som övervakar ett tandhjul som är anslutet antingen till vevaxeln eller till kamaxeln. Dessa anordningar kallas vevaxelpositionssensor eller kamaxelpositionssensor. I dessa system är fördelarens uppgift enbart att distribuera gnistan till rätt cylinder genom fördelarens lock och rotor. Datorn sköter timing och eventuell tidigareläggning som är nödvändig för att motorn ska fungera smidigt.

Det distributörslösa tändsystemet (från 1980-talet till idag)

Nyare bilar har utvecklats från ett mekaniskt system (distributör) till ett helt solid state elektroniskt system utan rörliga delar. Dessa system styrs helt och hållet av den inbyggda datorn. I stället för fördelaren finns det flera spolar som var och en betjänar ett eller två tändstift. En typisk sexcylindrig motor har tre spolar som är monterade tillsammans i ett spolpaket. En tändstiftsledning kommer ut från varje sida av den enskilda spolen och går till lämpligt tändstift. Spolen tänder båda tändstiften samtidigt. Det ena tändstiftet tänds vid kompressionslaget och antänder bränsle-luftblandningen för att producera kraft, medan det andra tändstiftet tänds vid avgasslaget och inte gör någonting. På vissa fordon finns det en individuell spole för varje cylinder monterad direkt ovanpå tändstiftet. Denna konstruktion eliminerar helt och hållet de högspända tändstiftsledningarna för ännu högre tillförlitlighet. De flesta av dessa system använder tändstift som är konstruerade för att hålla över 100 000 mil, vilket minskar underhållskostnaderna.