Hoofdstuk 5

Elektrische energie in uw auto

Om zijn werk te kunnen doen, heeft een motor vier dingen nodig. Hij moet een brandbaar mengsel toegevoerd krijgen, hij moet gekoeld en gesmeerd worden, maar hij heeft ook een vonk nodig om het mengsel te ontsteken. Voor een vonk is elektrische energie nodig en zo komen we terecht bij de elektrische installatie van de auto. Met die elektrische energie is het al net als met onze bankrekening: er komt bij en er gaat weer af. Toch gaat de vergelijking niet helemaal op. De bank laat toe dat onze rekening nu en dan op een bescheiden manier rood staat.

Daar is bij de elektrische installatie van de auto geen sprake van. Is alle elektrische energie opgebruikt, dan kan er zonder een nieuwe energie-injectie niet gestart worden.

Maar zover hoeft het niet te komen, ondanks het feit dat in de loop der jaren de vraag naar elektrische energie in de auto enorm is toegenomen. De meeste auto's hebben immers radio aan boord, veel wagens zijn voorzien van halogeenverlichting, de claxon en de ruitewissermotor moeten gevoed worden en als we zouden gaan tellen, vinden we nog minstens een dozijn andere stroomverbruikers.

Eén hiervan, de startmotor, is zelfs een grootverbruiker. Wat deze aan vermogen opneemt, stelt al het andere in de schaduw. U weet dat het elektrisch vermogen in kilowatt wordt aangegeven. Dat vindt u ook op de rekeningen die u van uw elektriciteitsbedrijf ontvangt voor geleverde elektrische energie. Eén kilowatt (kW) = 1000 Watt (W). Een kleine gloeilamp in de auto, bv. voor het binnenlicht, neemt een vermogen op van 5 W, maar de startmotor doet het niet minder dan met 1500 W! We moeten dus over een sterke energiebron in de auto kunnen beschikken voor de voeding van de startmotor. Deze heeft overigens een zware taak, nl. het in beweging brengen van de verbrandingsmotor en wie ooit een motor met een aanzetslinger aan de gang heeft gemaakt, weet wat dit zeggen wil.

De sterke bron van elektrische energie in de auto is de batterij, ook wel accu genoemd. En omdat de zwaarste taak van de batterij het voeden van de startmotor is, wordt hij ook vaak 'startbatterij' genoemd.

De leveranciers

De batterij of accu is in staat om elektrische energie af te geven, maar moet deze eerst zelf hebben ontvangen. Wat hij heeft afgegeven, moet ook weer worden aangevuld. Als de motor draait, is dit geen probleem, want deze drijft immers een dynamo aan, ook wel alternator genoemd. De alternator op zijn beurt voedt de ingeschakelde stroomverbruikers en ziet daarbij ook nog kans om de accu 'bij te laden', d.w.z. de accu de energie terug te geven die deze heeft moeten leveren toen de alternator niet in bedrijf was.

De elektrische installatie van een auto omvat dus twee leveranciers van elektrische energie: de alternator (dynamo) en de accu. De laatste levert alleen als de alternator niet in bedrijf is of om wat voor reden onvoldoende energie kan leveren.

De verbruikers

Alle andere elektrische apparaten of toestellen in de auto zijn stroomverbruikers. Nu mag een elektrische installatie nog zo ingewikkeld lijken (fig. 87), het wordt al veel eenvoudiger als we onderscheid kunnen maken tussen de leveranciers (A = alternator, B = batterij - fig. 87) en de verbruikers.

We hebben al gezien dat de startmotor (S) een grootverbruiker is en deze neemt dan ook een aparte plaats onder de verbruikers in. Een aparte plaats neemt ook de ontstekingsinstallatie (OI) in. Niet vanwege een hoog verbruik, maar omdat het een vrij gecompliceerde en uitgebreide installatie is. Tussen de stroomleveranciers en de stroomverbruikers loopt een netwerk van kabels en draden, maar dan wel via schakelaars, aftakdozen en zekeringen. Deze staan in een schakelschema vermeld dat u in het instructieboekje van uw auto aantreft; een voorbeeld hiervan vindt u in fig. 88.

Dit is het schakel- of bedieningsschema van een Mini, die nog een betrekkelijk eenvoudige installatie heeft. Niettemin ziet het schema er wat ingewikkeld uit. Toch kunnen de diverse verbindingen goed worden gevolgd. Zo is 3 de batterij (accu), 4 het startrelais en 5 de startmotor. Zowel bij de accu als de startmotor ziet u een bepaald teken staan, dat 'massa' betekent. Dat vereist wel enige verduidelijking en daarom eerst iets over het begrip 'stroomkring'.

Stroomkring

Tussen de aansluitklemmen van een in werking zijnde alternator of de polen van een geladen accu heerst een spanningsverschil. Dit maakt het mogelijk dat er een stroom vloeit wanneer de spanningsbron wordt aangesloten op een gesloten kring. Dit is het geval met de accu in fig. 89.

Deze is met twee geleiders aangesloten op een gloeilamp. Nu kan er een stroom vloeien. De stroom vloeit door de gloeidraad van de lamp, ondervindt daarbij een weerstand, zodat warmte wordt ontwikkeld en de gloeidraad gaat gloeien; de lamp brandt. Verbreken we een van de verbindingen, dan is er geen gesloten kring meer en er kan geen stroom meer vloeien.

Massa

Tussen de accu en de lamp, getoond in fig. 89, zijn twee draden nodig die een stroomkring tot stand brengen. Uit ervaring weten we dat dit ook geldt voor de elektrische toestellen in onze woning. Ook daarvoor zijn twee geleiders nodig. En natuurlijk geldt dit ook voor de elektrische installatie van de auto. Maar met dat verschil dat het metalen onderstel of de carrosserie van de auto als gemeenschappelijke leider fungeert. Naar elke elektrische verbruiker loopt dus maar één draad (fig. 90).

De andere aansluiting van de verbruiker is verbonden met de carrosserie; het metaal hiervan wordt 'massa' genoemd. Is een verbruiker niet stevig genoeg op 'massa' aangesloten ('hijmaakt geen massa' zegt men ook wel), dan is er geen gesloten stroomkring en kan er geen stroom vloeien.

Dikke en dunne kabels

De kabels naar alle elektrische toestellen hebben een bepaalde diameter, maar zoals uit het schema in fig. 88 blijkt, zijn er een paar uitschieters bij, nl. de kabels die op de accu zijn aangesloten en waarvan er een naar de startmotor voert.

De andere kabel (of strip) is aangesloten op massa. De accu, startmotor en startschakelaar en de daarmee verbonden kabels vormen samen de startkring. Waarom deze kabels zo dik moeten zijn, wordt duidelijk als we bedenken dat de accu een spanning heeft van 12 volt. Dat is dus heel wat minder dan de netspanning in ons huis die 220 volt bedraagt. Nu is elektrisch vermogen (Watts) het produkt van spanning (volts) en stroomsterkte (ampères). Daar de startmotor een groot vermogen moet opnemen en de beschikbare spanning vrij laag is, volgt hieruit dat er een stroom van grote sterkte zal moeten vloeien. Een dunne kabel zou hiervoor te veel weerstand opleveren (voor het verplaatsen van een grote hoeveelheid water is immers ook een buis van flinke diameter nodig). Vandaar de forse kabels die stevig op de accu, op massa en op de startschakelaar en de startmotor aangesloten moeten zijn. Is die aansluiting niet stevig genoeg, dan kan er geen of onvoldoende stroom vloeien. De startmotor doet dan niets of werkt heel traag.

De accu

Voorwaarde voor het vlot starten van de motor en het goed functioneren van alle stroomverbruikers is een accu die in goede staat verkeert en goed geladen is. De meeste startmoeilijkheden ontstaan door een accu die niet in staat is om voldoende energie af te geven of door losse of vuile verbinding in de startkring.

Het loont dus wel de moeite om de accu en al wat daarme verband houdt in goede conditie te houden of de accu in geval van een defect te vervangen.

Als een accu geladen wordt, vindt in de cellen een chemisch proces plaats. Wordt de accu ontladen, dan voltrekt het proces zich in omgekeerde richting. We zullen deze processen niet in alle details gaan volgen, maar wat er in elke cel van de accu gebeurt komt op het volgende neer:

Een cel omvat positieve en negatieve platen (4 en 2 in fig. 91).

De platen zijn in feite roosters en in de openingen hiervan is de actie; massa aangebracht. Dit is de substantie die deelneemt aan het chemische proces. De platen zijn van elkaar gescheiden door een separator vervaardigd uit niet-geleidend materiaal. Hoe groter het aantal platen, des te groter de capaciteit van de cel. Het platenpakket is ondergedompeld in een vloeistof, elektrolyt genaamd, dat uit verdund zwavelzuur bestaat. Verkeert een cel in geladen toestand, dan bestaat de actieve massa van de negatieve platen uit zuiver lood en de actieve massa van de positieve platen uit looddioxyde. Wordt de accu ontladen, dan vindt een chemische omzetting van het elekrolyt plaats; geleidelijk wordt dit water, terwijl de actieve massa van zowel de positieve als de negatieve platen in loodsulfaat wordt omgezet.

De positieve en negatieve platen eindigen ieder in een 'pool'. Is een cel geladen dan heerst er een spanningsverschil van twee volt tussen de positieve en negatieve pool van een cel. Schakelen we zes van deze cellen in serie, dan verkrijgen we een accu of batterij met een negatieve eindpool (minpool genoemd) en een positieve eindpool (pluspool). Tussen de min- en de pluspool heerst een spanning van 12 volt.

Elke cel kan voorzien zijn van een vulstop. Door deze los te draaien kunnen we het vloeistofpeil in elke cel controleren. Andere accu's hebben een gemeenschappelijk deksel. Trekt men dit omhoog, dan kan het vloeistofpeil in alle zes cellen gecontroleerd worden.

Gedistilleerd water bijvullen

Een van de voornaamste onderhoudspunten van een accu is het controleren van het vloeistofpeil en het eventueel bijvullen. We hebben gezien dat de vloeistof uit verdund zwavelzuur bestaat, d.w.z. zwavelzuur verdund met gedistilleerd water. Zwavelzuur verdampt niet, maar gedistilleerd water wel. Als na verloop van tijd het vloeistofpeil gezakt is, moet dan ook uitsluitend gedistilleerd water worden bijgevuld.

Dit mag beslist niet worden nagelaten, want als een deel van de platen niet meer onder de vloeistofspiegel staat, heeft dit niet alleen een ongunstige invloed op de platen, maar ook de capaciteit van de accu zal dan vermindereren. Als algemene regel voor een auto-accu geldt dat de vloeistofspiegel zich ca. 15 mm boven de bovenkant van de platen moet bevinden.

Is de stand te laag, dan vult men gedistilleerd water bij. Zorg er wel voor dat het gedistilleerd water rechtstreeks in de cellen komt, dus niet eerst langs de schroefdraad van de vulstop stroomt, want dan kunnen stof en vuil meegevoerd worden.

Het beste kan dus een trechter worden gebruikt, bij voorkeur geëmailleerd of van kunststof. Zorg er ook voor dat het vloeistofpeil niet te hoog wordt, want anders treedt er accuzuur naar buiten dat zich over de bovenkant van de accu verspreidt.

Meestal bevindt de accu zich onder de motorkap en kunnen we bij daglicht het vloeistofpeil goed waarnemen. Is het minder goed zichtbaar, gebruik dan een looplamp of een zaklantaarn, maar nooit open vuur, zoals een lucifer, aangezien in de cellen tijdens het laden een explosief gas ontstaat.

De onderhoudsvrije accu

Er is de laatste jaren een type accu verschenen die men 'onderhoudsvrij' noemt en in de meeste gevallen ontbreken hieraan de vulstoppen. Dit is mogelijk geworden door veranderingen in het roostermateriaal, waardoor het zogeheten gassen, dat bij het laden kan optreden, sterk verminderd is. Er verschijnt dus vrijwel geen water meer, zodat er ook niets meer bijgevuld hoeft te worden.

Denk er wel aan dat 'onderhoudsvrij' in dit geval alleen betekent: geen gedistilleerd (of gezuiverd) water bijvullen. Net als de conventionele accu kan ook de onderhoudsvrije accu ontladen raken, bv. door het lang starten of als bij stilstaande auto een stroomverbruiker ingeschakeld blijft.

Startvermogen daalt bij lage temperatuur

Naarmate de buitentemperatuur lager is, verloopt het chemisch proces in de accu trager en vermindert zijn startcapaciteit. Bij 0° C bedraagt deze nog maar 60 % van de capaciteit bij warm zomerweer.

Hiermee is natuurlijk rekening gehouden, zodat de accu ook bij vriezend weer voldoende startvermogen bezit om de motor (waarvan de inwendige weerstand dan groter is) met voldoende snelheid in beweging te brengen. Maar is het startvermogen van de accu bij normale temperaturen al aanzienlijk gedaald (een accu is aan veroudering onderhevig), dan levert een verdere vermindering als gevolg van dalende temperatuur startmoeilijkheden op.

Fig. 93 toont hoe het startvermogen van een volgeladen accu bij een buitentempartuur van 27° C vermindert bij 0° C en 18° C vorst en hoe de capaciteit nog verder vermindert als de accu half of bijna geheel ontladen is.

De ontsteking: 200 vonken per seconde

Telkens als de zuiger een mengsel heeft samengeperst, moet het door een vonk tot ontbranding worden gebracht. Bij een vierslagmotor per cilinder dus een vonk op elke twee omwentelingen.

Dat zijn voor vier cilinders twee vonken per omwentelingen. Dat zijn 12 000 vonken bij 6 000 omw. per minuut of 200 vonken per seconde. En dit zijn vonken die niet kunnen overspringen in de open lucht, maar in een mengsel dat sterk is samengeperst. Dan moeten ze nog precies op het juiste moment komen ook, terwijl dit moment bij diverse toerentallen en motorbelastingen voortdurend kan variëren.

Hieruit volgt dat de ontstekingsinstallatie van een auto drie taken heeft:

1. het opwekken van een zeer hoge spanning om een sterke vonk te kunnen leveren;
2. het verdelen van de spanningsimpulsen over de cilinders;
3. de spanningsimpulsen te leveren op het moment dat de daaruit voortkomende vonk het meeste effect sorteert.

Voor 1 zijn nodig: een stroombron, bobine, onderbreker en condensator.

Voor 2 zijn nodig: een stroomverdeler met rotor en de bougies.

Voor 3 is nodig: een vonkvervroegingsmechanisme.

In fig. 94 ziet u de daarvoor benodigde onderdelen: de accu als stroombron, de bobine en verder de onderbreker, condensator en stroomverdeler die samen één apparaat vormen dat gewoonlijk de stroomverdeler wordt genoemd.

In deze stroomverdeler bevindt zich tevens het mechanisme dat het vonktijdstip - meestal spreken we van 'ontstekingstijdstip' - kan laten variëren.

Maar de buitenkant van deze onderdelen brengt ons wat hun werking betreft niet veel verder. Daarom kijken we liever binnenin; het is fig. 95 die ons dit mogelijk maakt. Daar zien we o.a. de woorden primaire en secundaire stroomkring, maar we kunnen evengoed de woorden 'laagspanningskring' en 'hoogspanningskring' gebruiken; die zeggen waarschijnlijk iets meer.

In de tekening ziet u duidelijk dat de laagspanningskring dunne kabels omvat en dat de kabels van de hoogspanningskring veel dikker zijn.

Laagspanningskring

Als we de ontstekingsschakelaar (meestal het 'contact' genoemd) aanzetten, vloeit er een stroom van de accu naar de bobine. Hierin bevindt zich een primaire wikkeling gewonden om een ijzeren kern. De accustroom vloeit door deze wikkeling en vervolgens naar de onderbreker die gevormd wordt door een stel contactpunten, wellicht beter bekend als de 'platinnekes'. Zijn deze gesloten, dan kan de stroom via 'massa' terugvloeien naar de massapool van de accu.

Er is dus een gesloten kringloop waarin nog niet zo heel veel bijzonders gebeurt. Alleen de primaire wikkeling in de bobine is in feite een elektromagneet en levert dan ook een sterk magnetisch veld. Eén van de bijzonderheden hiervan is dat telkens als een wijziging in het magnetisch veld optreedt (bv. bij het tot stand komen ervan of het wegvallen) er een elektrische inductie optreedt. En van dit verschijnsel nu maken we gebruik om van de 12 V accustroom een zeer hoge spanningsimpuls te verkrijgen.

Als de contactpunten van de onderbreker van elkaar gaan, houdt de stroom op te vloeien. Het magnetisch veld rond de primaire wikkeling in de bobine verdwijnt dus eveneens. Dit betekent een wijziging in het magnetisch veld en nu ontstaat de eerder genoemde inductiespanning. In de bobine bevindt zich nog een tweede wikkeling: de secundaire. Deze heeft veel meer windingen dan de primaire, wel 100 maal zo veel. En dat heeft een geweldig effect, want ook de secundaire wikkeling wordt door de opgewekte inductie beïnvloed.

Ontstaat in de primaire wikkeling een inductiespanning van 200 volt, dan zal in de secundaire wikkeling met zijn zeer veel windingen een inductiespanning van vele duizende volts ontstaan. En als de spanning van deze grootte naar een bougie wordt geleid, kan zich hier een zeer sterke vonk vormen.

Condensator

De condensator fungeert als een soort buffer. Als de contactpunten zich openen, zal de accustroom trachten te blijven vloeien en zich als een vonkje tussen de contacten willen ontladen. Dit zou de contactpunten zeer snel doen inbranden en bovendien zou het magnetisch veld van de primaire wikkeling niet snel genoeg wegvallen. En hoe sneller dit gebeurt, hoe hoger de spanning is die door de inductie teweeggebracht wordt.

Doordat de condensator de accustroom tijdelijk opneemt (men zegt dan dat de condensator wordt geladen), worden dus twee dingen bereikt: a- het voorkomen van vonkvorming aan de contacten; b- het snel wegvallen van het magnetisch veld waardoor een hogere inductiespanning wordt verkregen.

De onderbreker

Om een hoge inductiespanning en daarmee een vonk te verkrijgen, moet de accustroom onderbroken worden. De motor (meestal via de nokkenas) drijft daartoe een nok aan met vier of meer verhogingen (overeenkomstig het aantal cilinders). Telkens als een nokverhoging tegen het sleepblokje van het beweegbare contact (meestal contacthamer genoemd) komt, wordt deze weggeduwd van het vaste contact (fig. 96).

Dit stelsel van nok en contacten noemt men de onderbreker en is aangebracht op een plaat in het stroomverdelerhuis. Boven op de onderbrekernok is een rotor aangebracht.

Verdeler

Het stroomverdelerhuis wordt afgesloten door een verdeelkap (fig. 97). Deze heeft aan de buitenzijde in het midden één aansluiting voor de hoogspanningskabel vanaf de bobine en verder aansluitingen voor alle bougiekabels. Aan de binnenkant is de verdeelkap voorzien van metalen contacten waarlangs de metalen strip boven op de rotor glijdt. De hoogspanningsimpuls van de bobine wordt via de dikke kabel naar de verdeelkap geleid en via rotor en bougiekabel naar de gewenste bougie. Tussen de elektroden van de bougie zal de hoogspanningsimpuls zich als een vonk ontladen.

Vonkvervroeging

Op het moment dat de contactpunten worden gelicht, verschijnt er aan de bougies een vonk. Maar naarmate de motor sneller draait, moet het ontstekingstijdstip eerder verschijnen, anders zou de ontsteking van het mengsel een onvoldoende effect opleveren. Daarom bevindt zich onder de onderbrekerplaat (de plaat waarop de contactpunten zijn aangebracht) een vervroegingsmechanisme ook genoemd centrifugaalregelaar.

Deze omvat twee gewichtjes door veren naar elkaar toe getrokken. Maar naarmate het motortoerental toeneemt en de onderbrekeras sneller draait, worden de gewichtjes door de centrifugaalkracht naar buiten geslingerd, dus tegen de veerspanning in van elkaar af getrokken.

Hierbij wordt een plaat meegetrokken die de onderbrekernok in de draairichting iets verdraait. Daardoor komen de verhogingen op de onderbrekernok iets eerder tegen het sleepblokje van de contacthamer (bewegende contactpunt) met het gevolg dat de vonk eerder verschijnt.

Vacuumvervroeging

Er zijn omstandigheden die een nog grotere vervroeging vereisen. Bijvoorbeeld als de motor licht wordt belast (rijden met matige snelheid op een vlakke weg). Het gaspedaal is dan maar weinig ingetrapt en de cilinders worden maar matig gevuld. In zo'n geval duurt de verbranding iets langer en moet de vonk eerder komen. Dit gebeurt door de vacuumvervroeger aangebracht tegen de buitenkant van het stroomverdelerhuis.

De vacuumvervroeger omvat een membraan die via een trekslang met de onderbrekerplaat is verbonden. De membraankamer staat door middel van een leiding in verbinding met de carburator. Ontstaat daar een groot vacuum (dat is het geval als de cilinder zeer matig is gevuld), dan wordt het membraan tegen de veerdruk in naar rechts getrokken, waarbij de onderbrekerplaat wordt meegenomen. Daar zich op deze plaat de contactpunten bevinden, wordt het sleephokje van de contacthamer iets verschoven en wel tegengesteld aan de draairichting van de onderbrekernok. De contacthamer wordt hierdoor eerder gelicht, zodat de vonk vroeger verschijnt.

Onderhoud

De hier beschreven conventionele ontsteking eist betrekkelijk veel onderhoud.

Vooral moet op de volgende punten worden gelet:

• Alle verbindingen in de laagspannings- en hoogspanningskring moeten goed vastzitten en schoon zijn. Slechte verbindingen leiden tot spanningsverliezen, waardoor het systeem minder doelmatig functioneert.
• Dit laatste kan ook het geval zijn als contactpunten zijn ingebrand of als van de bougies de elektrodenafstand te groot is. De afstand tussen de elektroden kan worden gewijzigd door verbuiging van de zij-elektroden, maar bij oude bougies heeft dit weinig zin. Behalve de afstand is nl. ook de vorm van de elektroden van belang en zijn deze door erosie min of meer afgerond, dan is een grotere spanning nodig om de vonk te doen overslaan. Ook de ontsteking is dus een zaak van vraag en aanbod. Enerzijds kan de vraag naar een hogere spanning stijgen door bepaalde afwijkingen in het ontstekingssysteem. Andere afwijkingen kunnen leiden tot een geringer aanbod (lagere spanning).
• Van zeer groot belang is een juiste basisafstelling van de ontsteking en een goede werking van het vervroegingsmechanisme. De trekkracht en zuinigheid van de motor worden er door beïnvloed.

Elektronica

De laatste jaren hebben we kunnen lezen hoe de elektronica ook de auto heeft veroverd. Er wordt geschreven over mini-computers en micro-processors die gebruikt worden om veiliger te kunnen remmen. Om een nauwkeurige mengselvorming te verkrijgen en die tal van andere functies in motor en auto kunnen vervullen.

Het was allemaal begonnen met de halfgeleiders. Sommige stoffen, zoals de meeste metalen, zijn goede elektrische geleiders. Andere stoffen geleiden niet en fungeren juist als isolatoren. Maar naast geleiders en niet-geleiders is er nog een groep die bekend staat als halfgeleiders. Deze zijn onder bepaalde voorwaarden geleidend en onder andere voorwaarden niet-geleidend. Een bekende halfgeleider is de transistor. Deze kan bij voorbeeld fungeren als een schakelaar of onderbreker. Dit is dan ook de reden dat men o.a. van de transistor gebruik heeft gemaakt om de elektronische ontsteking te verwezenlijken.

Want wat vormt het zwakke punt van het conventionele ontstekingssysteem? Om een vonk van voldoende sterkte te verkrijgen, moet er een vrij grote stroom naar de primaire bobinewikkeling vloeien. Bij het onderbreken van de stroom - dus als de contactpunten zich van elkaar scheiden - moet de stroom door een zeer klein contactvlak vloeien (fig. 100).

De temperatuur loopt daarbij hoog op, zodat een deel van het puntenmateriaal smelt en los wordt getrokken. Daardoor vindt materiaaloverdracht plaats, zodat de ene contactpunt een putje en de ander een heuveltje krijgt.

Dit zou kunnen worden voorkomen door een geringere stroom via de contactpunten te laten vloeien, maar dan wordt de spanning voor de vonk niet hoog genoeg. Er moet dus een compromis worden gezocht: een stroom die groot genoeg is voor het induceren van een toereikende spanning, maar die de levensduur van de contactpunten niet abnormaal kort maakt.

Maar het is een compromis dat toch niet bevredigt. Want een relatief kleine stroom via de contactpunten eist ook een langere opbouwtijd voor de vonkvorming. Bij een hoog motortoerental wordt de tijd tussen iedere ontsteking zo kort mogelijk, dat de stroom zijn maximum waarde zelfs niet meer bereikt. De vonk zal dus zwakker worden.

Veel onderhoud

Er zijn twee redenen waarom contactpunten geregeld vernieuwd moeten worden.

Ten eerste omdat de contactvlakken na een betrekkelijk korte gebruiksduur inbranden en ze een te grote weerstand gaan opleveren.

Ten tweede omdat de contacthamer (dat is de bewegende contactpunt) voorzien is van een sleepblokje dat afslijt op de verhoging van de onderbrekernok. Dit heeft tot gevolg dat de contacthoek (de sluitingsperiode van de contactpunten) zich gaan wijzigen. En dit brengt ook een wijziging in het ontstekingstijdstip teweeg.

Dit heeft weer een ongunstige invloed op het motorvermogen en de brandstofeconomie en ook op de samenstelling van de uitlaatgassen. Nu is het materiaal van het sleepblokje tegenwoordig wel slijtvaster dan vroeger, zodat wijziging in de contacthoek en daarmee het ontstekingstijdstip minder vaak optreedt. Maar het probleem met de contactpunten zelf is gebleven. Ze dienen dus om de 10.000 of 15.000 km vernieuwd te worden en bij deze handelingen moeten contacthoek en ontstekingstijdstip opnieuw worden ingesteld.

De transistor

De komst van de halfgeleiders - waartoe de transistor behoort - maakte een verbetering van de ontsteking mogelijk. Een transistor kan fungeren als een elektronische onderbreker, zonder contactpunten. Daardoor kunnen er grote stromen meegeschakeld worden.

Daardoor moet een transistor echter 'gestuurd' worden door een zeer zwakke stroom, een zogeheten 'stuurstroom'. Door het aldus 'transistoriseren' van de conventionele ontsteking ontstaat een 'contactgestuurde transistorontsteking' (fig. 101), die de volgende voordelen biedt:

• Omdat de transistor een grotere stroom kan schakelen, wordt het uitgangsvermogen van de bobine vergroot. Dit resulteert in een betere vonk bij het starten en ook bij hoge toerentallen.
• Omdat de contactpunten slechts een zwakke stuurstroom behoeven te voeren, branden ze niet meer in en gaan ze langer mee. Ze hoeven dus niet meer zo vaak vernieuwd te worden.

Van 'contactgestuurd' naar 'contactloos'

In de beginperiode van de getransistoriseerde ontsteking verschenen er vele ombouwsets op de markt, die niet alle even betrouwbaar bleken. Maar met de verdere ontwikkeling van de elektronica zijn ook de ombouwsets verbeterd.

Toch bleven de contactpunten - al was hun levensduur dan verlengd - nog een probleem vormen. Ten dele vanwege het al eerder genoemde sleepblokje waarvan, ondanks verbeterd materiaal, slijtage toch niet voorkomen kon worden. Ten dele ook vanwege de enorme snelheden waarmee bij hoge toerentallen de contacthamer wordt bewogen. Dit leidt tot het 'zweven' van de contacthamer, wat uiteraard de vonkvorming niet ten goede komt.

De volgende ontwikkeling was dan ook om de onderbreking eveneens elektronisch te doen plaatsvinden. Hiervoor zijn verschillende systemen bedacht waarbij de stroomverdeler blijft gehandhaafd, maar de contactpunten worden vervangen door een aantal onderdelen waaronder een impulsgever.

Daarmee werd de 'contactloze transistorontsteking' verkregen. Deze heeft de voordelen die reeds bij de contactgestuurde transistorontsteking worden genoemd, maar met als extra voordelen dat ook bij hoge toerentallen een uitstekende vonk wordt verkregen en dat vernieuwing van de contactpunten geheel is komen te vervallen.

Dit betekent handhaven van het ontstekingstijdstip en daarmee van het motorvermogen, brandstofeconomie en geringe uitlaatgasemissies. Dit is dan ook de reden waarom sommige autofabrikanten (in de V.S. alle) er toe overgegaan zijn om een elektronische ontsteking als standaarduitvoering te leveren.

Inductief of capacitief

De conventionele, maar ook de transistorontsteking (contactgestuurd of contactloos) zijn inductieve systemen. Dit betekent dat er door het onderbreken van een stroom een spanning wordt geïnduceerd. Dit kost tijd, ook al is het nog zo kort. Men noemt dit de stijgtijd.

Deze relatief lange stijgtijd bij een inductieve ontsteking is er verantwoordelijk voor dat de hoogspanningsenergie kan weglekken als delen van het ontstekingssysteem vochtig of vervuild zijn. Om ook onder dergelijke omstandigheden nog een goede vonk aan de bougies te krijgen, zou een zeer korte stijgtijd vereist zijn. Dit is nu mogelijk met een capacitief systeem. Hierbij wordt een condensator geladen, die in één keer zijn lading loslaat (fig. 103) op de primaire wikkeling van de bobine. Er hoeft dus niets te worden 'opgebouwd', want onmiddellijk is een zeer hoge spanning in de secundaire wikkeling beschikbaar.

In het Duits wordt dit systeem dan ook 'Hochspannungs Kondensator Zudung' genoemd, afgekort tot HKZ. In het Engels het dit systeem 'Capacitive Discharge Ignition', wat afgekort wordt tot C.D.I. Omdat bij dit systeem een andere halfgeleider, de thyristor, een rol speelt, spreekt men in het Nederlands van 'thyristorontsteking'.

Het nadeel van een capacitief systeem (thyristorontsteking) is de zeer korte vonkduur. Bij een normaal mengsel van lucht en brandstof is dit geen bezwaar. Maar in verband met de emissie-eisen en het streven naar brandstofeconomie worden tegenwoordig armere mengsels toegepast. En dan kan een kortere vonkduur wel een bezwaar vormen. Want de kans bestaat dat de verder uit elkaar gelegen brandstofdeeltjes bij een armer mengsel vanwege de korte vonkduur niet tot ontbranding zullen komen.

In praktijk echter zal dit veelal vermeden kunnen worden door de bougie-elektrodenafstand iets te verkleinen. Ook een thyristorontsteking kan contactgestuurd of contactloos zijn.

Gecombineerd

Er bestaat ook ombouw-ontstekingsinstallaties waarin een inductief en een capacitief systeem gecombineerd zijn. Er is dan het voordeel van de korte stijgtijd van een thyristorontsteking en lange vonkduur van de transistor- of conventionele ontsteking. Wie de bestaande conventionele ontsteking van zijn auto elektronisch wil maken, heeft dus de volgende mogelijkheden:

1. een contactgestuurde transistorontsteking (inductief);
2. een contactloze transistorontsteking (inductief);
3. een contactgestuurde thyristorontsteking (capacitief);
4. een contactloze thyristorontsteking (capacitief);
5. een combinatie van inductieve en capacitieve ontsteking - contactgestuurd;
6. idem als hierboven maar contactloos.

Van at/m dzijn er vele merken in de handel, van een fslechts enkele. De capacitieve en combinatiesystemen zijn er over het algemeen iets duurder dan het inductieve systeem. Een contactloos systeem is weer iets duurder dan een contactgestuurd systeem omdat een ombouwset dan meer onderdelen omvat.

Sommige sets zijn voorzien van een schakelaar waarmee in geval van een onverhoopt defect aan de elektronica de conventionele ontsteking weer ingeschakeld kan worden. Bij sommige systemen heeft de schakelaar nog een nul-stand, zodat gelijk een zekere mate van beveiliging tegen diefstal wordt verkregen.

Brandstofbesparing

Vergeleken met een in goede staat van afstelling zijnde conventionele ontsteking, is de brandstofbesparing van een elektronische ontsteking zeker niet indrukwekkend. Maar zoals al eerder opgemerkt gaan de motorprestaties en de brandstofeconomie van een conventionele ontsteking tamelijk snel achteruit, terwijl ze van een elektronische ontsteking (vooral de contactloze) gehandhaafd blijven.

Neemt men de geleidelijke achteruitgang van een conventionele ontsteking in aanmerking, dan is de brandstofbesparing groter. Het is echter moeilijk deze besparing in procenten uit te drukken, want daarvoor liggen testresultaten te ver uit elkaar. Als we 3 tot 10 % opgegeven is dit niet meer dan een zeer voorzichtige schatting.

Maar behalve brandstofbesparing zijn er natuurlijk de voordelen van vlotter starten bij lage buitentemperaturen, een soepeler lopende motor, een wat langere levensduur van de bougies en een aanzienlijk verminderd onderhoud aan de ontsteking. De verwachting is dan ook dat autofabrikanten de komende jaren hun nieuwe modellen in standaarduitvoering met een elekronische ontsteking zullen uitrusten.

Zolang we het nog met een conventionele ontsteking doen, dienen we er wel voor te zorgen dat het ontstekingstijdstip periodiek wordt gecontroleerd. Een vonk die niet op het juiste moment komt, leidt tot een hoger brandstofverbuik. Dit laatste geldt ook voor bougies die te lang dienst hebben gedaan.