Harmonie tussen bougiekabels en bobines voor perfecte ontsteking

Binnen het ontstekingssysteem van een verbrandingsmotor moeten bougiekabels en bobines in perfecte harmonie met elkaar samenwerken. Bougiekabels geleiden met zo weinig mogelijk verlies de nodige spanning naar de bougie, terwijl de bobine de hoogspanning opwekt die de vonkoverslag bij de bougie teweegbrengt. Hoog tijd dus om die onderdelen onder de loep te nemen.

Bougiekabels

Functie

In het ontstekingssysteem van verbrandingsmotoren geleiden bougiekabels de nodige spanning met zo weinig mogelijk verlies naar de bougie. Afhankelijk van het type voertuig wordt dat bekomen door:

• een mechanische ontstekingsverdeler en verdelerkap;
• een volledig elektronische ontstekingsmodule;
• een volledig elektronische semidirecte ontsteking of dubbelvonkbobine.

Omdat de ontstekingsspanning zich in een hoogspanningsbereik tot 36.000 V bevindt, moeten de bougiekabels over voldoende doorslagvastheid beschikken. De ontstekingsspanning mag immers nooit door de isolatie dringen en naar de aarde vloeien, want dat kan ontstekingsfouten veroorzaken.

Ontwikkeling

Tot in het begin van de jaren 90 was het gebruikelijk dat de ontstekingsspanning (met mechanische hulp) in de vorm van een rotor en verdelerkap naar de bougiekabel vloeide. Aan het einde van dat decennium ging men echter over op slijtarme ontstekingsverdelersystemen. Voortaan werden elektronische hoogspanningsverdelers ingezet en het klassieke rotor-verdelersysteem moest plaats ruimen voor elektronische ontstekingsmodules. In de huidige systemen wordt het ontstekingstijdstip geregeld door de motorbesturingseenheid.

Bougiekabels moeten regelmatig gecontroleerd worden en vervangen worden bij slijtage

Elektromagnetische compatibiliteit (EMC)

Waar stroom vloeit, vormen zich elektromagnetische velden. Bijgevolg ontstaan die elektro­magnetische velden ook bij de ontsteking. De intensiteit van de velden neemt op het tijdstip van elke ‘vonkonderbreking’ aan de middenelektrode van de bougie duidelijk toe, waardoor langs de bougiekabel piekspanningen ontstaan. Te sterke elektromagnetische velden kunnen storingen in elektronische apparaten (zoals de radio, de motorregelapparaten of ABS) veroorzaken, dus moeten ze zodanig worden beperkt dat ze geen schade kunnen aanrichten. Om dat te bekomen, beschikken bougiekabels over elektrische weerstanden. Die beperken de piekspanning bij een vonkonderbreking en bij de ontlading van de bobine. Hierbij wordt de energie uit de aanwezige spanning en stroomsterkte in een andere energie-tijdverhouding geplaatst.

Types bougiekabels

Er bestaan drie verschillende types van bougiekabels:

• Koperen bougiekabels met ontstoringsweerstand in de stekkers;
• Carbon-weerstand-bougiekabels;
• Bougiekabels met inductieve weerstand.

Die drie types verschillen van elkaar door de materialen die als leidingen worden gebruikt en door de weerstand die voor de ontstoring noodzakelijk is. Alle bovenstaande uitvoeringen beschikken over een omhulsel van siliconenrubber. Dat materiaal wordt zelfs bij temperatuurbelastingen tot 220 °C en bij contact met olie of benzine aanzienlijk langzamer broos en vertoont veel langzamer scheuren dan bijvoorbeeld pvc. Zo voldoet siliconen­rubber aan de eisen van de hoogste klasse van temperatuurbestendigheid volgens ISO 3808 (klasse F, tot 220 °C).

Slijtage

Door hun inbouwpositie worden bougiekabels aan hoge spanningen blootgesteld. Naarmate ze ouder worden, hebben de contactpunten in rvs de neiging om te roesten. Daardoor neemt de elektrische weerstand van de kabel toe, evenals het risico op een defect in de bobines.

Hoewel het omhulsel in siliconenrubber een hogere weerstand biedt, wordt dat omhulsel na verloop van tijd toch broos. Een beschadigd omhulsel zorgt er echter voor dat de ontstekingsspanning naar de massa loopt, wat kan leiden tot ontstekingsfouten, een ruwe motorloop en onverbrande brandstof in de katalysator. Bougiekabels moeten dan ook regelmatig gecontroleerd worden, en vervangen worden bij de eerste tekenen van slijtage.

Bobines

Functie

De bobine staat aan het begin van het ontstekingsproces, waar die component de hoogspanning opwekt die resulteert in de vonkoverslag bij de bougie. Meer concreet zet de bobine de constante accuspanning (van 12 V) om in een puls van vele duizenden volts.

Evolutie

Allerhande evoluties hebben eraan bijgedragen dat er in de loop der jaren verschillende types bobines zijn ontwikkeld. In eerste instantie lag de focus op het voorkomen van defecten en een verbeterde betrouwbaarheid van de ontsteking. Met de komst van de driewegkatalysator aan het begin van de jaren 80 en later de directe brandstofinspuiting, werden de betrouwbaarheid, een nauwkeurige regeling en de specificaties van verschillende ontstekingsparameters steeds belangrijker. Dat was enkel mogelijk met elektronische systemen.

Als gevolg van de ontwikkeling van moderne turbomotoren die voldoen aan de Euronormen en die zowel de productie van CO₂ als het brandstofverbruik reduceren, werden de gestelde eisen steeds hoger. Vooral op het gebied van hogere ontstekingsspanningen, extreme hittebestendigheid, elektromagnetische tolerantie en gewichtsreductie. Vandaag de dag zijn er veel verschillende types bobines in gebruik, zoals de penbobine en bobinesystemen.

Door de moderne turbomotoren worden hoge eisen gesteld aan bobines

Penbobine

Bij moderne turbomotoren is er slechts weinig ruimte beschikbaar. Tegelijkertijd worden hoge ontstekingsspanningen gevraagd en moet de gevoelige boordelektronica beschermd worden tegen elektromagnetische storing. Om aan die eisen te voldoen, werd de penbobine ontwikkeld. Dat type bobine is rechtstreeks aangesloten op de bougie. Ze maakt gebruik van de bestaande boring voor de bougie in de cilinderkop en neemt zodoende geen extra ruimte in de motorruimte in.

Penbobines met enkelevonktechnologie bieden een belangrijk voordeel: de hoogspanning wordt zeer dicht bij elke bougie gegenereerd en hoeft niet via bougiekabels getransporteerd te worden. Potentiële verliezen via aansluitingen en kabels worden nagenoeg geëlimineerd. Sommige bobines werken echter met de dubbelevonktechnologie, waar een bougie rechtstreeks aangestuurd wordt en een hoogspanningsbougiekabel nodig is voor aansluiting op de tweede bougie.

Complete bobinesystemen

Bij bobinesystemen, de zogenaamde ‘galerij’, worden meerdere penbobines gecombineerd in één component. Net als enkele penbobines zijn complete systemen leverbaar met enkele- of dubbelevonktechnologie en met of zonder ontstekingsmodule. In de enkelevonkversie moeten ze tevens voorzien zijn van een geïntegreerde hoogspanningsdiode om ongewenste voortijdige ontsteking als gevolg van een inschakelvonk te voorkomen. Bobinesystemen kunnen een spanning genereren van maximaal 40.000 V.

Met dank aan NGK Spark Plug