Tændspolers historie

Selvom tændingssystemer bestemt har udviklet sig over tid – især ved at integrere mere og mere elektronik – har de stadig de samme grundlæggende egenskaber som de originale spoletændingssystemer, der blev introduceret for mere end 100 år siden.

Det første spolebaserede tændingssystem tilskrives den amerikanske opfinder Charles Kettering, som udviklede et spoletændingssystem til en stor bilfabrikant omkring 1910/1911. For første gang udtænkte han et elektrisk system, der drev startmotoren og tændingen på samme tid. Batteriet, en generator og et mere komplet elektrisk system til køretøjet gav en relativt stabil elforsyning til tændspolen.

Kettering-systemet (Figur 1) anvendte en enkelt tændspole til at producere en højspænding, som blev ført til en rotorarm, der effektivt førte spændingen til en række elektriske kontakter placeret i fordelersamlingen (en kontakt for hver cylinder). Disse kontakter blev derefter forbundet med tændrørskabler til tændrørene i en rækkefølge, der gjorde det muligt at fordele højspændingen til tændrørene i den korrekte cylinderrækkefølge.

   Figur 1: Hovedkomponenterne i et Kettering-tændingssystem

Kettering-tændingssystemet blev stort set den eneste type tændingssystem til masseproducerede benzinbiler, og sådan forblev det, indtil elektronisk skiftede og kontrollerede tændingssystemer begyndte at erstatte mekaniske tændingssystemer i løbet af 1970'erne og 1980'erne.

Grundprincippet i en tændspole

For at producere de nødvendige højspændinger gør tændspoler brug af de forhold, der eksisterer mellem elektricitet og magnetisme.

Når en elektrisk strøm løber gennem en elektrisk leder, såsom en trådspole, skaber den et magnetisk felt omkring spolen (Figur 2). Det magnetiske felt (eller mere præcist magnetiske flux) er i virkeligheden et lager af energi, som derefter kan konverteres tilbage til elektricitet.

  Figur 2: Skabe et magnetfelt ved at føre elektrisk strøm gennem en spole

Når den elektriske strøm først tændes, stiger strømmen hurtigt til sin maksimale værdi. Samtidig vil magnetfeltet eller den magnetiske flux gradvist vokse til sin maksimale styrke og blive stabil, når den elektriske strøm er stabil. Når den elektriske strøm slukkes, vil magnetfeltet kollapse tilbage ind mod trådspolen.

Der er to hovedfaktorer, der påvirker magnetfeltets styrke:

1)         Når den strøm, der påføres trådspolen, øges, styrkes magnetfeltet

2)         Jo højere antal viklinger i spolen, jo stærkere er magnetfeltet.

Brug af et skiftende magnetfelt til at inducere en elektrisk strøm

Hvis en trådspole udsættes for et magnetfelt, og magnetfeltet så ændres (eller bevæger sig), skaber det en elektrisk strøm i trådspolen. Denne proces kaldes "induktans".

Dette kan demonstreres blot ved at flytte en permanent magnet hen over en spole. Bevægelsen eller ændringen i det magnetiske felt eller den magnetiske flux inducerer en elektrisk strøm ind i spoleledningen (Figur 3). 

  Figur 3: Et skiftende eller bevægeligt magnetfelt inducerer en elektrisk strøm i en spole

Der er to hovedfaktorer, der påvirker, hvor meget spænding der induceres i spolen: 

1. Jo hurtigere ændringen (eller bevægelseshastigheden) af det magnetiske felt og jo større ændringen i magnetfeltets styrke er, jo større er den inducerede spænding.
2. Jo større antal viklinger i spolen, jo større er den inducerede spænding

Brug af et kollapsende magnetfelt til at inducere en elektrisk strøm

Når der er blevet skabt et magnetfelt ved at påføre en elektrisk strøm til en spole af tråd, skaber enhver ændring i den elektriske strøm (stigning eller fald i strømmen) den samme ændring i magnetfeltet. Hvis den elektriske strøm afbrydes, vil magnetfeltet kollapse. Det kollapsende magnetfelt vil derefter inducere en elektrisk strøm i spolen (Figure 4).  

Figur 4: Hvis en elektrisk strøm, der bruges til at skabe et magnetfelt, slukkes, kollapser magnetfeltet, hvilket inducerer en anden elektrisk strøm ind i spolen

På samme måde som det at øge hastigheden af bevægelsen af et magnetisk felt hen over en trådspole øger den spænding, der induceres i spolen, vil det også inducere en højere spænding hvis et kollapsende magnetfelt kan bringes til at kollapse hurtigere. Desuden kan der også induceres en højere spænding i spolen, hvis antallet af viklinger i spolen øges.

Gensidig induktans og transformerfunktion 

Hvis to trådspoler er placeret ved siden af eller omkring hinanden, og en elektrisk strøm bruges til at skabe et magnetfelt omkring den ene spole (som vi kalder primærviklingen), vil magnetfeltet også omgive den anden spole (eller sekundærviklingen) Når den elektriske strøm afbrydes, og magnetfeltet derefter kollapser, vil det inducere en spænding i både primær- og sekundærviklingen. Dette kaldes "gensidig induktans" (Figur 5).

   Figur 5: Magnetfeltet i primærviklingen omgiver også sekundærviklingen. Når feltet kollapser, inducerer det elektrisk strøm i begge viklinger

For tændspoler (og mange typer elektriske transformere) er sekundærviklingen lavet med flere viklinger end primærviklingen. Når magnetfeltet kollapser, vil det derfor inducere en højere spænding ind i sekundærviklingen end i primærviklingen (Figur 6).

  Figur 6: Her har sekundærviklingen flere spoler end primærviklingen. Når magnetfeltet kollapser, vil spændingen i sekundærspolen være større end spændingen induceret i primærviklingen

Primærviklingen på en tændspole vil typisk indeholde 150 til 300 viklinger af ledning, sekundærviklingen vil typisk indeholde 15.000 til 30.000 vindinger af tråd, eller omkring 100 gange mere end primærviklingen.

Det magnetiske felt skabes oprindeligt, når køretøjets elektriske system tilfører cirka 12 volt til tændspolens primærvikling. Når der kræves en gnist ved et tændrør, vil tændingssystemet slukke for strømmen til primærviklingen, hvilket får magnetfeltet til at kollapse. Det kollapsende magnetfelt vil inducere en spænding i primærviklingen i området 200 volt, men den spænding, der induceres i sekundærviklingen vil være cirka 100 gange større, omkring 20.000 volt.

Ved at anvende effekterne af gensidig induktans og ved at anvende en sekundærvikling, der har 100 gange flere viklinger end primærviklingen, er det derfor muligt at transformere den originale 12-volts forsyning til en meget høj spænding. Denne proces med at ændre en lavspænding til en højspænding kaldes "transformerfunktion".

I en tændspole er de primære og sekundære viklinger viklet omkring en jernkerne, hvilket koncentrerer og øger styrken af magnetfeltet og fluxen, og dermed gør tændspolen mere effektiv.

DENSO er en langvarig leder inden for direkte tændingsteknologi, og DENSO’s tændspoler er tilgængelige til eftermarkedet. Få mere at vide om de forskellige typer DENSO-tændingsspoler og deres fordele.

Ønsker du at lære mere om Denso produkter, kan du eks. tage kurset "Tændspoler 2022" på Denso E-learning "League of True Mechanics" sammen med mange andre produktkurser - helt gratis naturligvis.