Ontstekingssystemen
De Conventionele Batterijontsteking
Inleiding
• Ontsteking is alleen nodig bij Ottomotoren.
• De vonk wordt opgewekt wanneer er tussen de elektroden van een bougie kortstondig een
lichtboog ontstaat.
Voor optimale verbranding, een hoog rendement (en een laag brandstofverbruik) en lage
uitlaatgasemissies moet:
- De spanning over de elektroden onder alle omstandigheden hoog genoeg zijn om een vonk te
produceren (5 à 30 kV)
- De ontstekingsvonk genoeg energie bezitten om het mengsel tussen de elektroden voldoende te
kunnen verhitten (minstens 0,1 milli joule, maar dit is in de praktijk vaak meer)
- De vonk moet een minimale tijdsduur hebben van ongeveer 0,1ms
- De vonk moet op het juiste tijdstip ontstaan.
Bestaande systemen die aan bovengenoemde eisen voldoen onderscheiden zich:
Verschil op basis van ontsteekspanning:
- Hoogspanningonstekingsinstalatie; autotechniek
- Laagspanningsontstekingsinstalatie; vliegtuigmotoren met oppervlakte-ontladingsbougies.
Verschil op basis van spanningsbron:
- Magneetontsteking; Geen accu aanwezig, vaak vliegwielmagneetontsteking, brommers,
sneeuwscooters, aggregaten.
- Batterijontsteking; autotechniek
Verschil in energieopslag van de vonkenergie
- Inductief ontstekingssysteem; vonkenergie wordt opgeslagen in het magnetisch veld van de
primaire bobinespoel.
- Capatief onstekingssysteem/Thyristorontsteking; Vonkenergie wordt opgeslagen in het
magnetisch veld van de condensator. Zeer snelle vonkopbouw --> snel draaiende motoren.
1 of 40
,Afhankelijk van het type motor is er een spanning nodig tussen 5000 en 20000 V voor een vonkoverslag.
Deze spanning wordt “Ionisatiespanning” genoemd. De ionisatiespanning maakt de ruimte tussen de
elektroden elektrisch geleidend, zodat er een vonk kan overspringen.
De temperatuur is van de vonk is enkele 1000 ° Celcius. Deze temperatuur is nodig om het mengsel te
ontsteken. De verdere verbranding van het lucht-brandstofmengsel verloopt vanzelf.
De taak van de ontstekingsinstalatie is
• Om de batterijspanning hoger te maken, zodat er een vonk kan overspringen tussen de bougie-
elektroden.
• Ervoor zorgen dat onder alle bedrijfsomstandigheden het mengsel wordt ontstoken.
Voorwaarden voor het ontsteken van een brandstofmengsel onder alle omstandigheden:
- Het brandstof-luchtmengsel moet een gunstige samenstelling hebben. (Het moet ontvlambaar
zijn)
- Het brandstof-luchtmengsel moet de bougievonk vlot kunnen bereiken. Hierbij is de opstelling
van de bougie in de verbrandingsruimte, de vonkduur en de gasstroom van belang.
- De ontstekingsvonk moet een minimale hoeveelheid energie bezitten die in warmte kan
omgezet worden (ontstekingsenergie). Wanneer een vonk overspringt die onvoldoende
ontstekingsenergie bevat, zal het mengsel niet worden ontstoken.
Bij een te rijk of arm mengsel is er meer ontstekingsenergie nodig om te ontsteken.
Bij koude start is de behoefte van ontstekingsenergie hoger omdat:
- De mengselsamenstelling heel ongunstig is (rijk mengsel).
- De bougie koud is.
Om bovengenoemde redenen (extreme omstandigheden) moet er altijd een overschot aan
ontstekingsenergie aanwezig zijn.
Bij acceleratie is er ook even een arm mengsel aanwezig in de motor, waardoor er meer energie nodig is
om het mengsel te ontsteken.
Daarom moet er altijd een hoge spanningsreserve aanwezig zijn. In de praktijk --> ca. 70mj naar de
bobine.
Beschrijving van het systeem
2 of 40
, - Bij een conventionele batterijontsteking verloopt het ontstekingsproces volgens een cyclus die
gestuurd wordt door mechanische contactpunten (contactpunten hebben hoge eisen; 18.000 x
per minuut stroom van enkele ampères schakelen)
- Energiebron: bobine. De bobine kan magnetische energie verzamelen. Hij geeft de energie af in
de vorm van een hoge spanning. = Inductieprincipe
- De bobine heeft twee tegengesteld gewikkelde spoelen. Ze zijn over elkaar gewikkeld en
geïsoleerd ten opzichte van elkaar. Primaire windingen L1 heeft minder windingen dan L2.
- De weekijzeren kern versterkt het magnetisch veld (en daarmee de opgeslagen energie)
Nummering:
15 = via contactslot verbonden met de pluspool van de batterij
1 = Via contactpunten verbonden met de massa. De twee spoelen zijn met elkaar verbonden op 1.
4 = De secundaire wikkeling is via de bobinekabel
Eigenlijk zit er een weerstand tussen de primaire bobine en het contactslot (tegen kortstluiting)
Zie afbeelding 1. leer het schema en de aansluitingen.
Waarom worden er geen vonken geproduceerd via de batterij van het voertuig?
- De batterijspanning van 12 v is te laag voor een vonk te laten overspringen.
- Er is voor vonkvorming veel vermogen nodig. Dit kan nooit zo snel door de batterij worden
geleverd.
Nodige vonkenergie: 1mJ (grootteorde vermogen = kilowatts)
Spanning secundaire spoel: 5 à 30 kV.
Als de onderbrekercontacten gesloten zijn:
Er vloeit stroom van de batterij door de primaire spoel van de bobine. Daardoor verzamelt de bobine
door inductie een hoeveelheid magnetische energie:
Energie in primaire windingen wanneer er een stroom vloeit (Onderbrekercontact = gesloten)
= De opgeslagen energie in het magnetisch veld van de bobine
𝐿×𝐼 2
𝑊= 2
W = Joule / Nm
3 of 40
, L = Henri
I = Ampère
De inductiespanning over de primaire spoel op een bepaald moment (wanneer het onderbrekercontact
opent.)
∆𝑖
𝑈𝑝 = −𝐿 ×
∆𝑡
Up = V (Zo’n 300 à 400 V)
L = Henri
∆i = Ogenblikkelijke waarde van de stroom in A
∆t = de benodigde tijd in s om de stroom tot die waarde te krijgen.
De primaire spanning wordt door wederzijdse inductie omhoog getransformeerd, omdat de secundaire
spoel meer windingen heeft dan de primaire:
𝑁𝑠
𝑈𝑠 = × 𝑈𝑝
𝑁𝑝
Us = Spanning over de secundaire spoel (5 à 30 kV)
Ns = het aantal wikkelingen van de secundaire spoel
Up = spanning over de primaire spoel
Np = Aantal wikkelingen van de primaire spoel.
De hoogspanningsverdeler bepaalt welke vonk er vonkt.
Het opslaan van magnetische energie
- Als het contact aanstaat is de primaire spoel verbonden met de pluspool van de batterij. Bij het
sluiten van het onderbrekercontact begint er een stroom te vloeien in de primaire stroomkring.
- De primaire stroomkring is een inductieve keten.
- De stroom bereikt niet plots zijn maximale waarde, dat gebeurt geleidelijk.
4 of 40
De Conventionele Batterijontsteking
Inleiding
• Ontsteking is alleen nodig bij Ottomotoren.
• De vonk wordt opgewekt wanneer er tussen de elektroden van een bougie kortstondig een
lichtboog ontstaat.
Voor optimale verbranding, een hoog rendement (en een laag brandstofverbruik) en lage
uitlaatgasemissies moet:
- De spanning over de elektroden onder alle omstandigheden hoog genoeg zijn om een vonk te
produceren (5 à 30 kV)
- De ontstekingsvonk genoeg energie bezitten om het mengsel tussen de elektroden voldoende te
kunnen verhitten (minstens 0,1 milli joule, maar dit is in de praktijk vaak meer)
- De vonk moet een minimale tijdsduur hebben van ongeveer 0,1ms
- De vonk moet op het juiste tijdstip ontstaan.
Bestaande systemen die aan bovengenoemde eisen voldoen onderscheiden zich:
Verschil op basis van ontsteekspanning:
- Hoogspanningonstekingsinstalatie; autotechniek
- Laagspanningsontstekingsinstalatie; vliegtuigmotoren met oppervlakte-ontladingsbougies.
Verschil op basis van spanningsbron:
- Magneetontsteking; Geen accu aanwezig, vaak vliegwielmagneetontsteking, brommers,
sneeuwscooters, aggregaten.
- Batterijontsteking; autotechniek
Verschil in energieopslag van de vonkenergie
- Inductief ontstekingssysteem; vonkenergie wordt opgeslagen in het magnetisch veld van de
primaire bobinespoel.
- Capatief onstekingssysteem/Thyristorontsteking; Vonkenergie wordt opgeslagen in het
magnetisch veld van de condensator. Zeer snelle vonkopbouw --> snel draaiende motoren.
1 of 40
,Afhankelijk van het type motor is er een spanning nodig tussen 5000 en 20000 V voor een vonkoverslag.
Deze spanning wordt “Ionisatiespanning” genoemd. De ionisatiespanning maakt de ruimte tussen de
elektroden elektrisch geleidend, zodat er een vonk kan overspringen.
De temperatuur is van de vonk is enkele 1000 ° Celcius. Deze temperatuur is nodig om het mengsel te
ontsteken. De verdere verbranding van het lucht-brandstofmengsel verloopt vanzelf.
De taak van de ontstekingsinstalatie is
• Om de batterijspanning hoger te maken, zodat er een vonk kan overspringen tussen de bougie-
elektroden.
• Ervoor zorgen dat onder alle bedrijfsomstandigheden het mengsel wordt ontstoken.
Voorwaarden voor het ontsteken van een brandstofmengsel onder alle omstandigheden:
- Het brandstof-luchtmengsel moet een gunstige samenstelling hebben. (Het moet ontvlambaar
zijn)
- Het brandstof-luchtmengsel moet de bougievonk vlot kunnen bereiken. Hierbij is de opstelling
van de bougie in de verbrandingsruimte, de vonkduur en de gasstroom van belang.
- De ontstekingsvonk moet een minimale hoeveelheid energie bezitten die in warmte kan
omgezet worden (ontstekingsenergie). Wanneer een vonk overspringt die onvoldoende
ontstekingsenergie bevat, zal het mengsel niet worden ontstoken.
Bij een te rijk of arm mengsel is er meer ontstekingsenergie nodig om te ontsteken.
Bij koude start is de behoefte van ontstekingsenergie hoger omdat:
- De mengselsamenstelling heel ongunstig is (rijk mengsel).
- De bougie koud is.
Om bovengenoemde redenen (extreme omstandigheden) moet er altijd een overschot aan
ontstekingsenergie aanwezig zijn.
Bij acceleratie is er ook even een arm mengsel aanwezig in de motor, waardoor er meer energie nodig is
om het mengsel te ontsteken.
Daarom moet er altijd een hoge spanningsreserve aanwezig zijn. In de praktijk --> ca. 70mj naar de
bobine.
Beschrijving van het systeem
2 of 40
, - Bij een conventionele batterijontsteking verloopt het ontstekingsproces volgens een cyclus die
gestuurd wordt door mechanische contactpunten (contactpunten hebben hoge eisen; 18.000 x
per minuut stroom van enkele ampères schakelen)
- Energiebron: bobine. De bobine kan magnetische energie verzamelen. Hij geeft de energie af in
de vorm van een hoge spanning. = Inductieprincipe
- De bobine heeft twee tegengesteld gewikkelde spoelen. Ze zijn over elkaar gewikkeld en
geïsoleerd ten opzichte van elkaar. Primaire windingen L1 heeft minder windingen dan L2.
- De weekijzeren kern versterkt het magnetisch veld (en daarmee de opgeslagen energie)
Nummering:
15 = via contactslot verbonden met de pluspool van de batterij
1 = Via contactpunten verbonden met de massa. De twee spoelen zijn met elkaar verbonden op 1.
4 = De secundaire wikkeling is via de bobinekabel
Eigenlijk zit er een weerstand tussen de primaire bobine en het contactslot (tegen kortstluiting)
Zie afbeelding 1. leer het schema en de aansluitingen.
Waarom worden er geen vonken geproduceerd via de batterij van het voertuig?
- De batterijspanning van 12 v is te laag voor een vonk te laten overspringen.
- Er is voor vonkvorming veel vermogen nodig. Dit kan nooit zo snel door de batterij worden
geleverd.
Nodige vonkenergie: 1mJ (grootteorde vermogen = kilowatts)
Spanning secundaire spoel: 5 à 30 kV.
Als de onderbrekercontacten gesloten zijn:
Er vloeit stroom van de batterij door de primaire spoel van de bobine. Daardoor verzamelt de bobine
door inductie een hoeveelheid magnetische energie:
Energie in primaire windingen wanneer er een stroom vloeit (Onderbrekercontact = gesloten)
= De opgeslagen energie in het magnetisch veld van de bobine
𝐿×𝐼 2
𝑊= 2
W = Joule / Nm
3 of 40
, L = Henri
I = Ampère
De inductiespanning over de primaire spoel op een bepaald moment (wanneer het onderbrekercontact
opent.)
∆𝑖
𝑈𝑝 = −𝐿 ×
∆𝑡
Up = V (Zo’n 300 à 400 V)
L = Henri
∆i = Ogenblikkelijke waarde van de stroom in A
∆t = de benodigde tijd in s om de stroom tot die waarde te krijgen.
De primaire spanning wordt door wederzijdse inductie omhoog getransformeerd, omdat de secundaire
spoel meer windingen heeft dan de primaire:
𝑁𝑠
𝑈𝑠 = × 𝑈𝑝
𝑁𝑝
Us = Spanning over de secundaire spoel (5 à 30 kV)
Ns = het aantal wikkelingen van de secundaire spoel
Up = spanning over de primaire spoel
Np = Aantal wikkelingen van de primaire spoel.
De hoogspanningsverdeler bepaalt welke vonk er vonkt.
Het opslaan van magnetische energie
- Als het contact aanstaat is de primaire spoel verbonden met de pluspool van de batterij. Bij het
sluiten van het onderbrekercontact begint er een stroom te vloeien in de primaire stroomkring.
- De primaire stroomkring is een inductieve keten.
- De stroom bereikt niet plots zijn maximale waarde, dat gebeurt geleidelijk.
4 of 40
