tändstift konstruktion

tändstift är en av de mest missförstådda komponenterna i en motor. Många frågor har uppstått genom åren, vilket gör att många människor är förvirrade.

den här guiden har utformats för att hjälpa tekniker, hobbyist eller tävlingsmekaniker att förstå, använda och felsöka tändstift. Informationen i denna guide gäller för alla typer av förbränningsmotorer: tvåtaktsmotorer, roterande motorer, högpresterande / racingmotorer och gatufordon.

tändstift är ”fönstret” i din motor (ditt enda ögonvittne till förbränningskammaren) och kan användas som ett värdefullt diagnostiskt verktyg. Liksom en patients termometer visar tändstiftet symtom och förhållanden för motorns prestanda. Den erfarna tunern kan analysera dessa symtom för att spåra grundorsaken till många problem, eller för att bestämma luft / bränsleförhållanden

tändstiftet har två primära funktioner:

• för att antända luft/bränsleblandningen
• för att avlägsna värme från förbränningskammaren

tändstift överför elektrisk energi som förvandlar bränsle till arbetsenergi. En tillräcklig mängd spänning måste tillföras av tändsystemet för att få den att gnista över tändstiftets gap. Detta kallas ” elektrisk prestanda.”

temperaturen på tändstiftets avfyrningsände måste hållas tillräckligt låg för att förhindra förtändning, men tillräckligt hög för att förhindra nedsmutsning. Detta kallas ”termisk prestanda” och bestäms av det valda värmeområdet.

det är viktigt att komma ihåg att tändstift inte skapar värme, de kan bara ta bort värme. Tändstiftet fungerar som värmeväxlare genom att dra oönskad termisk energi bort från förbränningskammaren och överföra värmen till motorns kylsystem. Värmeområdet definieras som en pluggs förmåga att sprida värme.

värmeöverföringshastigheten bestäms av:

• isolatorns näslängd
• gasvolym runt isolatorns näsa
• materialen/konstruktionen av centrumelektroden och porslinsisolatorn

ett tändstifts värmeområde har inget samband med den faktiska spänningen som överförs genom tändstiftet. Snarare är värmeområdet ett mått på tändstiftets förmåga att ta bort värme från förbränningskammaren. Mätningen av värmeområdet bestäms av flera faktorer; längden på den keramiska centrisolatorns näsa och dess förmåga att absorbera och överföra förbränningsvärme, isolatorns och centrumelektrodens materialsammansättning.

Heat rating – heat flow path

isolatorns näslängd är avståndet från isolatorns skjutspets till den punkt där isolatorn möter metallskalet. Eftersom isolatorspetsen är den hetaste delen av tändstiftet är spetstemperaturen en primär faktor vid förtändning och nedsmutsning.

om tändstiften är monterade i en gräsklippare, båt eller en racerbil, måste tändstiftets spetstemperatur förbli mellan 500C-850 C. Om spetstemperaturen är lägre än 500 C C, kommer isolatorområdet som omger centrumelektroden inte att vara tillräckligt varmt för att bränna bort kol-och förbränningskammaravlagringar.

dessa ackumulerade avlagringar kan resultera i tändstiftsfouling som leder till felbrand. Om spetstemperaturen är högre än 850 cc tändstiftet överhettas vilket kan leda till att keramiken runt centrumelektroden blåses och elektroderna smälter. Detta kan leda till förtändning/detonation och dyra motorskador. I identiska tändstiftstyper är skillnaden från ett värmeområde till nästa förmågan att ta bort cirka 70 C-100 C-C från förbränningskammaren. En projicerad tändstiftets tändstiftets tändstiftets temperatur ökas med 10 cc20 C.

Spetstemperatur och tändstiftets utseende

tändstiftets utseende beror också på tändstiftets spetstemperatur. Det finns tre grundläggande diagnostiska kriterier för tändstift: bra, smutsiga och överhettade. Gränsen mellan nedsmutsning och optimala arbetsområden (500 CCC) kallas tändstiftets självrengörande temperatur. Temperaturen vid denna punkt är där de ackumulerade kol-och förbränningsavlagringarna bränns av.

Med tanke på att isolatorns näslängd är en avgörande faktor i värmeområdet för en tändstift, ju längre isolatorns näsa, desto mindre värme absorberas, och ju längre värmen måste resa in i cylinderhuvudets vattentidskrifter. Detta innebär att kontakten har en högre inre temperatur, och sägs vara en varm kontakt. En varm tändstift upprätthåller en högre intern driftstemperatur för att bränna bort olja och kolavlagringar och har inget samband med gnistkvalitet eller intensitet.

omvänt har en kall tändstift en kortare isolator näsa och absorberar mer förbränningskammarvärme. Denna värme färdas ett kortare avstånd, och tillåter pluggen att arbeta vid en lägre inre temperatur. Ett kallare värmeområde är nödvändigt när motorn modifieras för prestanda, utsätts för tunga belastningar eller körs vid höga varvtal under en betydande tidsperiod. Den kallare typen tar bort värmen snabbare och minskar risken för förtändning/detonation och smältning eller skada på avfyrningsänden. (Motortemperaturen kan påverka tändstiftets Driftstemperatur, men inte tändstiftets värmeområde).

nedan är en lista över några av de möjliga yttre påverkan på tändstiftets driftstemperaturer. Följande symtom eller tillstånd kan påverka tändstiftets faktiska temperatur. Tändstiftet kan inte skapa dessa förhållanden, men det måste kunna klara värmenivåerna…om inte, kommer prestandan att drabbas och motorskador kan uppstå.

luft / bränsleblandningar påverkar allvarligt motorns prestanda och tändstiftets driftstemperaturer.

• rika luft/bränsleblandningar orsakar att spetstemperaturen sjunker, vilket orsakar nedsmutsning och dålig körbarhet
• magra luft/bränsleblandningar orsakar att pluggspetsen och cylindertemperaturen ökar, vilket resulterar i förtändning, detonation och eventuellt allvarliga tändstift och motorskador
• Det är viktigt att läsa tändstift många gånger under avstämningsprocessen för att uppnå optimal luft/bränsleblandning

högre kompressionsförhållanden/tvångsinduktion höjer tändstiftets spets och cylindertemperaturer

• komprimering kan ökas genom att utföra något av följande ändringar:

1. reducerande förbränningskammarvolym (dvs.: kupolformade kolvar, mindre kammarhuvuden, fräshuvuden etc.)
2. lägga till tvångsinduktion (lustgas, turboladdning eller överladdning)
3. kamaxelbyte

• när kompressionen ökar är en kallare värmekontaktplugg, högre bränsleoktan och noggrann uppmärksamhet på tändningstid och luft/bränsleförhållanden nödvändiga. Underlåtenhet att välja en kallare tändstift kan leda till tändstift/motorskador

• framåt tändningstid med 10 kg orsakar spetstemperaturen att öka med ca. 70 kg -100 kg c

• ökningar i avfyrningstemperaturen är proportionella mot motorvarvtal och belastning. När du reser med en jämn hög hastighet eller bär / skjuter mycket tunga laster, bör ett kallare värmeområde tändstift installeras

• när lufttemperaturen sjunker blir lufttätheten/luftvolymen större, vilket resulterar i smalare luft/bränsleblandningar. Detta skapar högre cylindertryck / temperaturer och orsakar en ökning av tändstiftets spetstemperatur. Så bränsletillförseln bör ökas. När temperaturen ökar minskar lufttätheten, liksom inloppsvolymen, och bränsletillförseln bör minskas.

• när luftfuktigheten ökar minskar luftintagsvolymen
• resultatet är lägre förbränningstryck och temperaturer, vilket orsakar en minskning av tändstiftets temperatur och en minskning av tillgänglig effekt.
• luft / bränsleblandning bör vara smalare, beroende på Omgivningstemperatur.

• påverkar också tändstiftets spetstemperatur
• ju högre höjd, desto lägre cylindertryck blir. När cylindertemperaturen minskar, så gör pluggspetstemperaturen
• många mekaniker försöker” jaga ” tuning genom att ändra tändstiftets värmeområden
• det verkliga svaret är att justera jetting eller luft / bränsleblandningar i ett försök att sätta mer luft tillbaka i motorn

• definieras som: tändning av luft/bränsleblandningen före det förinställda tändningstidmärket
• som orsakas av heta fläckar i förbränningskammaren…kan orsakas (eller förstärkas) av över avancerad timing, för varmt tändstift, lågoktanbränsle, mager luft/bränsleblandning, för hög kompression eller otillräcklig motorkylning
• en förändring till ett högre oktanbränsle, en kallare plugg, rikare bränsleblandning eller lägre kompression kan vara i ordning
• Du kan också behöva fördröja tändningstiden och kontrollera fordonets kylsystem
• förtändning leder vanligtvis till detonation; Pre-ignition och detonation är två separata händelser

• tändstiftets värsta fiende! (förutom nedsmutsning)
• kan bryta isolatorer eller bryta av jordelektroder
• förtändning leder oftast till detonation
• pluggspetstemperaturer kan spika till över 3000 kg F under förbränningsprocessen (i en tävlingsmotor)
• oftast orsakad av heta fläckar i förbränningskammaren.
• Hot spots gör att luft / bränsleblandningen kan antändas i förväg. Eftersom kolven tvingas uppåt genom mekanisk verkan av anslutningsstången, kommer den förantändade explosionen att försöka tvinga kolven nedåt. Om kolven inte kan gå upp (på grund av kraften i den för tidiga explosionen) och den inte kan gå ner (på grund av anslutningsstångens uppåtgående rörelse) kommer kolven att skramla från sida till sida. Den resulterande chockvågen orsakar ett hörbart pingljud. Det här är detonation.
• de flesta skador som en motor upprätthåller vid ”detonering” är från överdriven värme
• tändstiftet skadas av både de förhöjda temperaturerna och den medföljande chockvågen eller hjärnskakning

Misfires

• en tändstift sägs ha misslyckats när tillräckligt med spänning inte har levererats för att tända av allt bränsle som finns i förbränningskammaren vid rätt ögonblick av strömslaget (några grader före topp dödcentrum)
• en tändstift kan leverera en svag gnista (eller ingen gnista alls) av olika skäl…defekt spole, för mycket kompression med felaktig plugggap,torrfotiga eller våta fouled tändstift, otillräcklig tändningstid etc.små fel kan orsaka prestandaförlust av uppenbara skäl (om bränsle inte tänds skapas ingen energi)
• allvarliga fel kommer att orsaka dålig bränsleekonomi, dålig körbarhet och kan leda till motorskador

Fouling

• kommer att uppstå när tändstiftets spetstemperatur är otillräcklig för att bränna bort kol, bränsle, olja eller andra avlagringar
• kommer att orsaka gnista att läcka ut till metall shell…no gnista över plugggapet kommer att orsaka ett felbrand
• våt-fouled tändstift måste ändras … tändstift kommer inte att avfyra
• torr-fouled tändstift kan ibland rengöras genom att föra motorn upp till driftstemperatur
• innan du byter nedsmutsade tändstift, se till att eliminera orsaken till påväxt