I likhet med dieselmotorer förlitar sig bensinmotorer på förbränningen av en blandning av bränsle och luft inuti deras cylindrar för att hålla motorn igång, vilket är varför de gemensamt kallas interna förbränningsmotorer. Men till skillnad mot diesel, där förbränning kan ske spontant under bränsle-/luftblandningens kompression, kräver en bensinmotor en gnista för att antända blandningen, och det sker med användning av tändstift.

När gnistan uppstår styrs den exakt av motorstyrenheten, men vid exakt rätt tidpunkt levererar tändsystemet en kort skur högspänningsenergi till tändstiftet, vilket skapar en gnista som rör sig längs en liten öppning från den centrala elektroden till jordelektroden vid spetsen på tändstiftet, som är fastskruvat överst på motorns cylinder. I gnistans mitt kan temperaturen under en kort tid nå eller till och med överstiga 10 000 °C, vilket ger tillräcklig värme för att antända blandningen i cylindern.

Förbränningsprocessen är därför en av de viktigaste delarna för motorns hela driftcykel, och om förbränningen inte är effektiv kan inte motorn producera kraften som krävs. Vidare kommer ineffektiv förbränning att skapa höga nivåer av föroreningar och leda till överdriven bränslekonsumtion.

Det är värmen som produceras av förbränningsprocessen som leder till att de komprimerade gaserna i cylindern expanderar och pressar kolven ner i cylindern. Men det är tändstiftet som behövs för att skapa den inledande höga temperaturgnistan som startar hela förbränningsprocessen, och tändstiftet måste kunna fortsätta att skapa gnistor i flera tusen kilometer och flera miljoner förbränningscyklar.

Så även om syftet med tändstiftet är att bränsle-/luftblandningen antänds kontinuerligt och effektivt, är dess primära uppgift att använda högspänningsenergi för att producera en mycket snabb och intensiv het gnista. Spänningen är vanligen inom intervallet 10 000 till 40 000 volt (10 kV till 40 kV), men den ökande trenden är spänningar på 45 kV och högre. Tändstiftets konstruktion måste därför inkludera god isolering mellan olika tändstiftskomponenter för att säkerställa att den höga spänningen inte försvinner eller kortsluter andra komponenter.

Kompressions- och förbränningscykeln genererar också mycket högt tryck, vilket innebär att det måste finnas en effektiv tätning mellan tändstiftets hölje och motorn. Tändstiftets konstruktion måste också inkludera intern tätning för att förhindra att heta gaser och högtrycksgaser passerar mellan olika tändstiftskomponenter, eftersom, förutom tryckförlust, kommer gaser om de kan passera genom tändstiftet, att skada tändstiftets komponenter.

Viktiga egenskaper hos tändstiftets design är därför förmågan att stå emot höga temperaturer och temperaturförändringar, i kombination med förmågan att stå emot högt tryck. Tändstiftet måste även fungera med höga spänningar för att producera en het gnista var tusendels sekund under hela tändstiftets livslängd.

För att förebygga de skadliga effekterna av de höga temperaturerna måste tändstiftet kunna sprida eller överföra värme bort från tändstiftet och genom motorhöljet. Men, viktigast av allt, om för mycket värme leds bort eller sprids från tändstiftet kan detta reducera gnisttemperaturen och leda till dålig tändning och förbränning. Om för mycket värme sprids kanske inte tändstiftet kan bränna bort föroreningarna som kan bildas på det.

Tändstiftets konstruktion

För att kunna arbeta effektivt och smidigt under dessa svåra driftförhållanden och för att uppfylla korrekta prestandakrav, har tändstiften konstruerats i tre huvuddelar: höljet, isolator och elektroder, och dessa sektioner består i sig av individuella komponenter som är tillverkade av noggrant utvalda material.

Exemplet ovan visar konstruktionen av ett DENSO Iridium Power-tändstift.

Höljet (artikel 1) utgör det yttre skalet som omger och stöder isolatorn samt fäster tändstiftet till motorn. Ringbrickan eller packningen (artikel 2) ger en isolerande försegling mellan tändstiftets hölje och motorn för att förhindra att gaser läcker ut under kompression och förbränning. Jordelektroden (artikel 10) är monterad på höljets gängade nedre del, vilket tillåter elektrisk ström att flöda genom motorn tillbaka till batteriet.

Den keramiska isolatorn (artikel 3) ger elektrisk isolering mellan terminalen, mittaxeln, höljet och den centrala elektroden. Med gnistspänningar på vissa moderna tändsystem som överstiger 40 000 V, måste isolatorn erbjuda isoleringsegenskaperna som krävs, med en tjocklek på bara några millimeter. DENSOs tändstift använder därför ett keramiskt material med aluminiumoxid med hög renhet för att ge överlägsna värmebeständiga egenskaper, mekanisk styrka och enastående elektrisk isolation. De två tätningsringarna (artikel 4) ger en säker och lufttät försegling mellan höljet och isolatorn.

Den höga spänningen tillförs genom terminalen (artikel 5), antingen från en direktmontering till basen av tändspolen eller genom att använda en tändkabel som ansluter terminalen till spolen.

Mittaxeln av stål (artikel 6) ansluter terminalen och den centrala elektroden och tillåter högspänningsström att flöda från terminalen till den centrala elektroden. Resistorn (artikel 7), kallas även dämpare, reducerar gnistans toppström. Utan resistor kommer toppströmmen att skapa elektromagnetiska pulser eller radiofrekvent brus som kan störa elektrisk utrustning i bilen.

Den centrala elektroden (artikel 9) är gjord av material som nickellegeringar som kan stå emot höga temperaturer. Dessa material måste även vara extremt hårda och hållbara för att minimera slitage som orsakas av gnisterosion. Den centrala delen av elektroden (artikel 8) innehåller ofta en kopparkärna för att förbättra termisk konduktivitet.

För förbättrad prestanda och varaktighet kan de centrala elektroderna även tillverkas med en elektrodspets av ädelmetaller som är ännu tåligare än traditionella elektrodmaterial. Dessa tåligare slitmaterial klarar högre temperaturer med minskat slitage, men en annan stor fördel är att de tillåter användning av finare elektroder, som ger bättre tändningsprestanda. Dessa mindre elektroder sänker spänningskravet, säkerställer en tillförlitlig gnista och reducerar den dämpande effekten och därmed förbättras tändprestandan.

Jordelektroden (artikel 10) utsätts för de extrema temperaturförändringarna i förbränningskammaren och trots att en nickelkromlegering används för de flesta elektroderna, kan platina behöva tillsättas för att förlänga livslängden. Vissa tändstift är dock utrustade med en jordelektrod med kopparkärna för förbättrad termisk konduktivitet. I likhet med den centrala elektroden kräver jordelektroderna av nåltyp lägre spänning, säkerställer en tillförlitlig gnista, vilket reducerar den dämpande effekten och förbättrar tändprestandan.

Mer detaljer om tändstiftsteknik hittar du på DENSO tändstiftsmanual.

Behöver de bytas ut?

Oavsett tändstiftets kvalitet, eftersom det arbetar i en mycket krävande miljö med höga temperaturer/högt tryck, reduceras deras effektivitet och de måste bytas ut, vilket är varför fordonstillverkare inkluderar byte av tändstift i sina planerade serviceintervall.

DENSOs sortiment av tändstift (see image)

Hur väljer jag rätt tändstift?

Även om det finns flera faktorer att beakta t.ex. deras dimensioner, projektion och värmeintervall, är det enklaste sättet att hitta korrekt DENSO-alternativ baserat på märke och modellinformation eller korsreferenser via DENSO e-katalog.

Fler detaljer om DENSOs tändstift finns online i DENSO produktområden och Nedladdningsområde.

Dela detta på