Tändningsstyrning (Spark Timing).
040305/GG

Förutom att en bilmotor förses med bränsle och luft i rätta proportioner, skall detta bränsle antändas i rätt ögonblick med en elektrisk gnista. Före elektronikens intåg bestod det traditionella tändsystemet av tändstift, fördelare och tändspole. Fördelaren anslöt i sekvens tändspolens högspänning till rätt tändstift. Fördelarens brytarkontakt bröt strömmen genom tändspolens primärlindning i rätt ögonblick, så att en högspänningspuls genererades i tändspolens sekundärlindning. Förtändningsvinkelns förskjutning beroende på motorns driftförhållande, sköttes av centrifugalvikter och vakuumstyrning i fördelaren.
I nya elektronikstyrda motorer ersätts fördelare och tändspole av s.k. multispolar. Varje spole levererar gnista till en eller två cylindrar. I ett sådant system, väljer fordonsdatorn rätt spole och levererar en triggpuls till en tändkrets i rätt tid för varje cylinder. I vissa fall förekommer det att tändspole och tändstift är integrerade som en enhet. Nedanstående figur illustrerar ett system för en 4-cylindrig motor med två tändspolar.

                                        
                                                                 Fördelarlöst tändsystem.

Ett tändsystem som detta kallas fördelarlöst (Distributorless Ignition System, DIS).
Varje tändspole svarar för gnista till två cylindrar. Aktuell cylinder för tändning är den som befinner sig i kompressionstakten. Den andra cylindern i paret, befinner sig då i utblåsningstakten.
Tändspolen levererar gnista till båda cylindrarna samtidigt. I den första cylindern antänds då bränsleblandningen och förbränningstakten inleds. I den andra cylindern har förbränningen redan skett och en gnista under utblåsningstakten har ingen effekt.
Enär bränsleblandning för moderna emissionsreglerade bilar är tvingande enligt lagkrav, kan tändningspunkten varieras för att uppnå optimal prestation av bränsleblandningen. Vanligen väljs tändpunkten så att bästa vridmoment erhålles från motorn under alla driftförhållanden. Denna optimala tändpunkt är känd för varje motorkonfiguration, genom mätningar med s.k. dynamometer (kraftmomentmätare).
I ovanstående figur, sker framräkning av förtändningsvärde (förtändningsvinkel) i fordonsdatorn. Datorn erhåller data från ett antal givare och beräknar rätt tändpunkt för motorns aktuella drifttillstånd.
De variabler som påverkar optimal tändpunkt är motorvarvtal (RPM), insugningsluftmassa (MAF), undertryck i motorns insugningsrör (MAP) och motortemperatur(T).
Korrekt förtändningkonstant för varje värde av dessa variabler är lagrade i fordonsdatorns ROM-minne i form av tabeller. Datorn läser värden från givarna. Ett mätvärde genererar en specifik adress till tabellen  för denna givare. Ett annat mätvärde, från samma givare genererar en annan adress. Efter läsning av data från tabellerna, motsvarande signalerna från givarna, beräknar datorn korrekt tändpunkt.
En utsignal genereras från datorn till tändsystemet i rätt tid för att generera tändgnistan. Denna signal alstras svarande mot de signaler som kommer från vevaxel- och kamaxelgivarna (POS/RPM), så att rätt cylinder nås. I ovanstående figur består den elektroniska tändningsenheten av en fristående modul. Denna kan också vara integrerad i fordonsdatorn. Tändningsmodulen får korrekta data för förtändningsvinkel från datorn och genererar de elektriska signaler som styr drivkretsen för tändspolarna. Drivkretsen genererar en primärström genom tändspolslindningarna P1 respektive P2. Primärströmmen byggs upp under en tilltid som benämnes ”Dwell Time”, innan tändning skall ske. Vid rätt tidpunkt, bryter drivkretsen strömmen genom tändspolens primärlindning. Detta avbrott får det uppbyggda magnetfältet i spolen att snabbt rasa och inducera en hög spänning i spolens sekundärkrets.

I ett datorstyrt tändsystem är total förtändningsvinkel (grader före övre dödpunkt, ÖDP) sammansatt av ett antal komponenter som summeras.
        Tv = Tv1+ Tv2 + Tv3
Tv1 är grundförställning, vilken är en funktion av motorvarvtal (RPM) och luftmasseflöde (MAF). Fordonsdatorn läser RPM och MAF, läser det tabellvärde i ROM för Tv1 som motsvarar de inlästa värdena.
Den andra komponenten Tv2, är bidraget beroende på undertrycket i motorns insugningsrör. Värdet hämtas från tabell i ROM. Tv3 är det bidrag som beror på motortemperaturen. Aktuell temperatur inläses av datorn och motsvarande term Tv3, hämtas från tabell i ROM.
En typisk förtändningskurva som funktion av motorvarvtal, framgår av nedanstående figur.

                                                 
                                                        Tändförställning relativt motorvarvtal.

Normalt är ökningen av förtändningsvinkeln (Tv), från tomgångsvarv till ca 1200 varv/min. relativt långsam. Sedan från ca 1200 varv/min. till ca 2300 varv/min., ökar Tv relativt snabbt. Därefter är åter ökningen av Tv relativt långsam. Varje motortyp har dock sin egen karakteristik.

Förtändningsvinkeln (Tv) är alltid relaterad till aktuell cylinders övre dödpunkt (ÖDP). Fordonsdatorn måste alltså ha information om motorns position. Motorns vinkelposition kan avkännas från vevaxeln direkt eller från kamaxeln. Vanligast är en kombination med både vevaxel- och kamaxelgivare. Då kamaxeln är driven från vevaxeln via en 1 till 2 reduktion, så går denna från 0 till 360 grader för en komplett motorcykel. Motorns kolvar drivs direkt från vevaxeln, medan ventiler och styrningen av tändningsföljden är kopplade till kamaxeln. För datorstyrd motorkontroll är det tillräckligt att mäta vevaxel- och kamaxelposition vid ett litet antal fasta punkter. Antalet punkter bestäms av antalet motorcylindrar. Normalt används magnetiska eller induktiva givare.
Information om vevaxelns position, ges av vevaxelgivaren, se nedanstående figur.

                                                
                                                                             Vevaxelgivare.

Den induktiva givaren, placerad ovanför motorns svänghjul, känner av en serie utskjutande kuggar på svänghjulets periferi. Då vevaxeln roterar induceras pulser i givaren som överförs till fordonsdatorn varje gång en kugge passerar givaren. Men det finns en saknad kugge på svänghjulet. Denna saknade kugge finns i en position som motsvarar 60 grader före övre dödpunkten, för cylinder 1 och x. Där x är 4 för en 4-cylindrig motor och 5 för en 8-cylindrig. Fordonsdatorn känner av den uteblivna pulsen från givaren och använder detta för att etablera en referenspunkt för vevaxelns position. (Tidsintervallet mellan de uteblivna pulserna används också för att bestämma motorvarvtal, r/min.).
Kamaxelgivaren, tillsammans med vevaxelgivaren, ger fordonsdatorn information om vilken cylinder som befinner sig i kompressionstakt. Kamaxelgivare förekommer i ett antal olika utförande. Den kan bestå av samma princip som ovanstående vevaxelgivare. Ett antal kuggar på kamaxeln, motsvarande motorns cylinderantal ger datorn cylinderinformation (CID). Två pulser per kamaxelvarv, räcker för en 4-cylindrig motor. 4 pulser per kamaxelvarv för en 8-cylindrig motor.
En nackdel med magnetiska eller induktiva givare, är att de inte lämnar någon utsignal då motorn inte går. En kamaxelgivare som ger utsignal även då motorn står stilla är Hall-effektgivaren, se nedanstående figur
                                       
                                                              Kamaxelgivare.

180 graders rotation hos kamaxeln, motsvarar 360 graders rotation hos vevaxeln. Dvs cylinderinformationssignalen (CID) är till för vartannat varv hos vevaxeln. Pulssignal (missad puls) från vevaxelgivaren, tillsammans med hög signal från kamaxelgivaren, indikerar cylinder 1.

Vevaxelns läge för att bestämma motorposition, är mera noggrann än information från kamaxeln. Detta pga torsion (vridning) och växelglapp i kuggdrev etc. i drivningen av kamaxeln. För närvarande är det en trend mot att avkänna motorns position via vevaxeln direkt, istället för indirekt via kamaxeln. Vevaxelgivaren ger då fordonsdatorn all information som behövs för att beräkna motorvarv, kamaxelläge och cylinderinformation.
Men den missade pulsen från vevaxelgivaren, motsvarar positionen för två cylindrar. Den missade pulsen indikerar vanligen 60 eller 90 grader före övre dödpunkten för cylinder 1. Men befinner sig denna cylinder i kompressionstakt eller utblåsningstakt? Här finns ingen kamaxelgivare som indikerar om det är cylinder 1 eller 4 (fyrcylindrig motor) som befinner sig i kompressionstakt.
Fordonsdatorn löser detta problem. Vid motorstart, försöker datorn att tända cylinder 1. Om motorn inte startar, försöker datorn, efter två motorvarv, tända cylinder 4. Datorn registrerar vilken av cylindrarna som tänder och minns detta så länge motorn går.

En faktor till som kan påverka förtändningsvinkeln är övervakningssystemet (monitorn) för knackning. Om denna upptäcker att motorn knackar (”spikar”), reduceras förtändningsvinkeln.