Eftermarknadspersonal kommer att vara bekanta med tändspolarnas syfte och grundläggande attribut, men de kanske inte känner till de vetenskapliga principerna bakom dessa funktioner. Här förklarar vi hur elektromagnetism utgör kärnan i den viktiga roll som tändspolen spelar.

 Tändspolens historia

Även om tändningssystemen naturligtvis har utvecklats över tid – i synnerhet genom att mer och mer elektronik har inkorporerats – är vissa delar fortfarande likadana som när de ursprungliga tändningssystemen lanserads för över 100 år sedan.

Det första spolbaserade tändningssystemet utformades av den amerikanska uppfinnaren Charles Kettering omkring 1910–1911. På uppdrag av en större fordonstillverkare tog han för första gången i historien fram ett elektriskt system som kunde driva startmotorn och tändningen samtidigt. Batteriet, en generator och ett mer komplett elektriskt system gav en relativt stabil elförsörjning till tändspolen.

Kettering-systemet (figur 1) använde sig av en enda tändspole för att framställa högspänning. Denna högspänning leddes till en rotorarm som effektivt riktade spänningen mot en serie elektriska kontakter i fördelningsenheten (en kontakt för varje cylinder). Dessa kontakter anslöts sedan via tändstiftkablar till tändstiftet i en sekvens som gjorde det möjligt att fördela högspänningen till tändstiften i rätt cylinderskottordning.

Figur 1: Huvudkomponenterna i ett Kettering-system

Ketterings tändningssystem var praktiskt taget det enda som användes i massproducerade bensinbilar fram tills elektroniskt kontrollerade tändningssystem började ersätta mekaniska tändningssystem under 1970- och 1980-talet.

Grundprincipen för en tändspole

För att framställa den högspänning som krävs använder sig tändspolar av förhållandet mellan elektricitet och magnetism.

När elektrisk ström flödar genom en elektrisk ledare som t.ex. en trådspole, skapas ett magnetfält runt spolen (figur 2). Magnetfältet (eller, mer exakt, det magnetiska flödet) är i praktiken ett energilager som kan omvandlas till elektricitet.

 Figur 2: Om elektrisk ström flödar genom en spole skapas ett magnetfält

När den elektriska strömmen slås på ökar strömflödet snabbt till sitt maxvärde. Samtidigt tilltar magnetfältet (eller flödet) successivt tills det har uppnått maxstyrka. När den elektriska strömmen blir stabil blir också magnetfältet/flödet stabilt. När den elektriska strömmen stängs av kollapsar magnetfältet tillbaka in mot trådspolen.

Det finns två huvudfaktorer som påverkar magnetfältets styrka:

 1)         Om man ökar strömtillförseln till trådspolen stärks magnetfältet

2)         Ju fler antal lindningar i spolen, desto starkare magnetfält.

Använda ett föränderligt magnetfält för att inducera elektrisk ström

 Om en trådspole exponeras för ett magnetfält och magnetfältet förändras (eller rör sig) skapas elektrisk ström i trådspolen. Den processen kallas ”induktans”.

Detta kan synliggöras genom att helt enkelt flytta en permanent magnet över en spole. Rörelsen eller förändringen i magnetfältet (eller magnetflödet) inducerar elektrisk ström i spoltråden (figur 3).

 Figur 3: Ett föränderligt eller rörligt magnetfält inducerar elektrisk ström i en spole

 Det finns två huvudfaktorer som påverkar hur mycket spänning som induceras i spolen:

 1.    Ju snabbare förändringen (eller rörelsehastigheten) för magnetfältet och ju större förändring av magnetfältet styrka, desto större blir den inducerade spänningen.

2.    Ju större antal lindningar i spolen, desto större blir den inducerade spänningen.

Använda ett kollapsande magnetfält för att inducera elektrisk ström

När ett magnetfält har skapats genom att man tillför elektrisk ström till en trådspole, skapar varje förändring i den elektriska strömmen (ökning eller minskning av strömflödet) en identisk förändring i magnetfältet. Om den elektriska strömmen stängs av kollapsar magnetfältet. Det kollapsande magnetfältet kommer då att inducera en elektrisk ström i spolen (figur 4).

 Figur 4: Om elektrisk ström som används för att skapa ett magnetfält stängs av kollapsar magnetfältet, vilket inducerar en annan elektrisk ström i spolen

På samma sätt som en ökning av ett magnetfälts rörelsehastighet över en trådspole kommer att öka spänningen som induceras i spolen, kan en snabbare kollaps av ett magnetfält inducera en högre spänning. Dessutom kan en högre spänning induceras i spolen om antalet lindningar i spolen ökar.

Ömsesidig induktans och transformatoråtgärd Om två trådspolar placeras intill eller runt varandra och elektrisk ström används för att skapa ett magnetfält runt en spole (som vi kallar primärlindningen), kommer magnetfältet också att omge den andra spolen (sekundärlindningen). När den elektriska strömmen stängs av och magnetfältet kollapsar kommer det att inducera en spänning i både primär- och sekundärlindningarna. Detta kallas ”ömsesidig induktans” (figur 5).

Figur 5: Magnetfältet i primärlindningen omger även sekundärlindningen. Om magnetfältet kollapsar induceras elektrisk ström i båda lindningarna

I tändspolar (och många typer av elektriska transformatorer) har sekundärlindningen fler lindningar än vad primärlindningen har. Det innebär att, när magnetfältet kollapsar, induceras en högre spänning i sekundärlindningen än i primärlindningen (figur 6).

Figur 6: Här har sekundärlindningen fler lindningar än primärlindningen. När magnetfältet kollapsar kommer spänningen som induceras i sekundärlindningen vara större än spänningen som induceras i primärlindningen

En tändspoles primärlindning har vanligtvis 150–300 trådvarv. Sekundärlindningen består vanligtvis av 15 000–30 000 trådvarv, dvs. cirka 100 gånger fler än primärlindningen.

Magnetfältet skapas initialt när fordonets elektriska system applicerar cirka 12 volt på tändspolens primärlindning. När en gnista krävs vid tändstiftet stänger tändningssystemet av strömmen till primärlindningen, vilket får magnetfältet att kollapsa. Det kollapsande magnetfältet kommer att inducera en spänning på omkring 200 volt i primärlindningen men spänningen som induceras i sekundärlindningen kommer att vara ungefär 100 gånger större, dvs. cirka 20 000 volt. 

Genom att använda effekterna av ömsesidig induktans och en sekundärlindning som har 100 gånger fler lindningar än primärlindningen kan man alltså omvandla den ursprungliga 12-voltsmatningen till en mycket hög spänning. Denna process kallas ”transformatoråtgärd”.

I en tändspole lindas primär- och sekundärlindningarna runt en järnkärna. Det bidrar till att koncentrera och förbättra styrkan hos magnetfältet och flödet, vilket i sin tur gör tändspolen mer effektiv.

 DENSO är sedan länge ledande inom direkttändningsteknik och DENSOs tändspolar finns tillgängliga på eftermarknaden. Ta reda på mer om DENSOs olika typer av tändspolar och deras fördelar.