Cross Fire

2018-01-14

Efter ett välkommet inlägg i Gästboken från den mycket kunnige Knut Åge, kom det till mig kännedom om något jag missat i alla år… Cross Fire!

 Jag har forskat vidare i detta fenomen och kommit fram till några, kanske intressanta spörsmål. Cross Fire är alltså tanken på att en tändpuls från en tändkabel, via induktion (alltså via ett magnetiskt flöde) får spänning i en parallellt liggande kabel att slå gnista på ett oönskat tändstift. Detta handlar alltså inte om överslag, det är något helt annat. Överslag är när gnistan hoppar från tex en mässingtändhatt och till jord om förhållandena är sådana, och en särskild motorbyggare har otur.

På bilden en skiss från min ”vita tavlan” Den visar principen för vilken transformator som helst. Oavsett om det är en nätadapter till datorn, högspänningstransformator eller en tändspole så är principen den samma. Nu råkar jag i bilden ha skrivit +/- för jag tänkte tändspole, men i vår nätström (vägguttag) växlar plus och minus kontinuerligt, alltså växelström. Det är när det växlar, eller snabbt bryts i den första (tänk vänstra) lindningen som det händer kul saker. Då blir det ström i den högra lindningen också, trots att de inte ens är ihopkopplade. Det blir det som kallas – induktion. Det kollapsade magnetfältet från den första lindningen alstrar ström i den högra. Om lindningen till höger (sekundärlindningen) har fler varv än den till vänster (primärlindningen) så blir spänningen (volt) högre än den man hade från början. Strecken mellan lindningarna symboliserar en kärna av järn.

Jag kan som kuriosa i sammanhanget nämna att jag i mitt hem har ett par transformatorer som har 230 Volt in och 230 Volt ut… Verkar ju helt befängt kanske du tycker och tänker att karln är ju helt galen… Men!… När åskan går och det kommer suuupersnabba pikar av hög spänning som då kan slå sönder tex en dator, så tar järnkärnan i min transformator hand om den piken så den passerar inte ut i min sekundärlindning. Så en eller annan gång kan min dator eller musikanläggning ha klarat sig. Visst, vid en direktträff så blir det ju skit av en dylik transformator också… Nåväl..

Om vi nu tänker oss en tändspole… Då har vi en primärlindning till vänster för 12 Volt och en sekundärlindning med en sjuhelvetes massa fler varv vilket gör att vi kan få ut tex 10,000Volt.

1,000Volt brukar man skriva 1kV, vilket betyder ”enkilovolt”. Nuförtiden är det inte ovanligt med biltändspolar på 50 – 60kV. Ni kan ju tänka er så infernaliskt många varv det då blir i sekundärlindningen…

Den här bilden föreställer ett enkelt tändsystem för en fyrcylindrig motor med bara två tändstift inkopplade. Till vänster en tändspole som får sin plus från tändningslåset. Den strömmen går vidare genom primärspolen vidare till brytarspetsen och till jord, alltså minus. När brytarkontakten är stängd så flyter en ström genom primärspolen och ett magnetfält byggs upp. När sedan brytarspetsen öppnar så induceras en högspänning i sekundärlindningen. Den ena änden av den tråden sitter ofta fast i tändspolens hölje (jag glömde att rita dit det) den andra kommer ut i mitten, alltså tändkabeluttaget. Vi har då alltså en högspänning mellan bilens jord/chassi och tändkabeln.

Tändkabeln går sedan vidare till fördelaren som via sin rotor ”pekar ut” till vilket tändstift högspänningen skall skickas. Om vi nu tittar på bilden så kan vi tänka oss att brytaren precis öppnat, en högspänd ström skickas via fördelaren till tändstiftet till höger. I tändstiftet hoppar gnistan över och till jord. Alltså, kretsen är sluten om tändspolens hölje också är jordat.

Om vi nu tänker oss den tändkabel som ligger parallellt med den första. Den får ju då enligt principen vi pratat om ovan en inducerad spänning i sig också. I sin ena ände går den kabeln till det vänstra tändstiftet, men andra änden sitter i fördelaren och har ingen förbindelse med jord och vi kan då tänka oss att det inte är en sluten krets. Blå pil! Många på olika forum resonerar som så att detta med Cross Fire är en myt eftersom det inte är en sluten krets med jord i kabel nummer två.

Men detta påstående är fel! Cross Fire är ingen myt. Dock kan diskuteras hur allvarligt det är.

Innan vi fortsätter det resonemanget skall jag beskriva ett praktiskt prov jag genomfört. Min kollega Kalle, som är en riktig elektrikernörd som varit med sedan urminnes tider och kan allt, beskriver hur det är med kabel på stegar (alltså kabelstegar, inte sådana man klättrar i). Om det ligger en kabel som det flyter ström genom, kan man i kablar bredvid mäta en spänning mellan kabeln och jord, alltså nollan. Jag sade då att: ”- Du menar väl mätt i den parallellt liggande kabelns båda ändar…?” … ”- Nej, mellan kabelns ena ände och jord, svarar han…”

Detta måste testas…

En 45 meter lång 1,5kvadrats skarvkabel hämtades och rullades ut i en härva på verkstadsgolvet. Skarvkabelns båda ändar öppnades och fick sedan en tillfällig inkoppling för just denna laboration.

• Den blå ledaren kopplades direkt mellan stickpropp och honuttag, alltså utan att passera den långa kabeln.
• Skyddsjorden kopplades lös i honuttagsänden. (Detta var egentligen onödigt, för min belastningskälla var dubbelisolerad utan skyddsjord i sin inkoppling…)
• Vid stickproppänden drogs den 45 meter långa skyddsjordens trådände fram som bilden visar.
• I stickproppen kopplades och drogs en skyddsjord ut.
• Mellan de båda skyddsjordledningarna kopplades en voltmeter in.
• Ett par olika, men stora Ø230mm vinkelslipar kopplades in i honuttaget och startades.

Båda vinkelsliparna hade mjukstart så belastningen är oklar. Vid max så drar de 2,3kW. Vid startögonblicket blev spänningen i den parallella ledaren ca 6,5 – 8,5 Volt. När maskinerna kommit upp i varv och gick utan belastning så blev det ca 2,5 Volt. Och detta med bara ena änden av tråden inkopplad.

Vi kan alltså konstatera att det inte måste vara en sluten krets mot jord vid tändkabels fördelarände.

Nu kommer då nästa fråga som ett brev på posten, eller ett mejl i inboxen… Blir det induktion och problem med tändkablar…?

För att förhoppningsvis slippa öppna min tändkabelhärva beslutade jag mig för att bättra oddsen beträffande såväl överslag (vid tändhattar) som induktion. Jag skrotade sålunda bort mina 50kV tändspolar och använde istället ”vanliga” konventionella, gammaldags tändspolar. Det finns speciella lock att köpa till HEI-fördelarna där tänspolen normalt sitter om man vill ha extern tändspole. Men de kostar… typ 46 dollar styck plus frakt, så jag byggt om mina lock själv… Bilder på det finns i Bilgalleriet/Slutmontage Del 4.

Mina tändkablar är tillverkade för 60kV. Det är avstörda för såväl EMI (Electromagnetic Interference) som RFI (Radio Frequency Interference), så det kanske funkar för mig bara jag sänker spänningen. Detta måste testas…

Det gamla väl använda sönderkapade blocket hämtades åter in och de nyinflyttade spindlarna blev tyvärr vräkta – igen. En fördelade monterades på plats tillsammans med en oljepumpaxel. Hela villebitten kördes sedan med hjälp av en borrmaskin.

Testresultat:

• Perfekt gnista på tändstiftet.  Ja, jag är medveten om att det krävs kraftigare gnista vid kompression än i fria luften.
• Kraftigt överslag mellan tändspolens högspänningsuttag och jord. Detta minskade från ”kraftigt” till bara överslag med ett antal varv eltejp. Vet inte varför… En teori är att den tändspole som användes är en spole som skall användas med förkopplingsmotstånd* En annan teori (eller en kombination av de båda) är att den tänkta elektroniska brytarspetsens (alltså i fördelaren) har en brytarkamvinkel (dwell) som tillåter spolen att ladda upp sig mer än den kan med en brytarspets. Svar: Vet ej!   *Not, svar se nedan!
• Överslag mot jord rätt igenom isoleringen på tändkabeln mellan tändspole och fördelare. Trots detta, synligt bra gnista på tändstiftet.
• Inget överslag mellan mässingtändhatt och jord. Det verkar alltså som att det lilla kontrollerade överslag samt resistansen i kabeln dämpar lusten för gnistan att vara för kraftig vid stiftet.  *Not, svar se nedan!
• Ingen märkbar Cross Fire trots långa kablar som ligger parallellt. Jag kände med handen mellan tändhatt och jord. Inga som helst stickningar kunde kännas.
• Genom att känna på tändhatten vid det stift som gnistar, kunde jag konstatera – fy faan sicken högspännig. Nästan så jag sket på mig…
• Genom att sätta två motstånd på 2 x 2 =4 Ohm på matarkabeln sjönk spänningen från 14 Volt till ca 9 – 10 Volt. Överslagen vid tändspolen upphörde då, men det lät som att det slog över inne i tändkabeln. (Alltså den mellan tändspole och fördelare)
• Inga märkbara konstigheter i de hopbuntade tändkablarna.

Hur detta gick, kan ni även se i filmsnutt 30, som även ligger länkad här:

Filmsnutt! 

Det här med Cross Fire är ett ämne jag kommer att återkomma till vartefter kunskapen trillar in.

 * Förkopplingsmotstånd är en fiffig grej för att få kraftigare gnista de få sekunder startmotorn är i ingrepp. Spolen är konstruerad för en  lägre spänning (Volt) och måste därför ha ett inkopplat motstånd under normal drift. När startmotorn snurrar så kopplas motståndet förbi av en extra ledning. På Volvo från startsolenoiden, på andra fordon vet jag inte. Om man kör en dylik spole utan förkopplingsmotstånd så blir den så småningom så varm att den går sönder.

_______________________________________________________________________________________________

2018-01-15

Dum i huvudet…!

När man tittar på tex ”På Spåret” hemma i TV-soffan är det attans lätt att vara klok och smart. När man sitter där i buren… eller har ett 13,500-timmarsprojekt som snart ska startas, så är det lätt att få ”black out” och rent ut sagt bli helt dum i huvét. Jag har varit osedvanligt korkad i det senaste…

Jag fastnade i en tanke att jag ville sänka spänningen i mitt tändsystem av två orsaker. Undvika ev ”Cross Fire” samt undvika ev överslag i tändhattar. Sålunda tappade jag fokus och styrde åt fel håll. Dumt! En bekant, styrde mig tillbaka i spåret igen.  När jag började babbla som värst om att kanske bygga om för brytarspetsar, så sade han… typ: ”- Ska du inte prova det du redan har först…” Ja, självklart… det borde jag ju ha gjort. … Korkat. Nästa person jag talade med… Jörgen på Bilelektriska i Munkfors, sade en grej som jag också redan vet. Jag har vetat det längre än han funnits till, men lik förbannat så slocknade den informationen i min skalle…

”Tändströmmen tar alltid den lättaste vägen”

Ja, självklart! det vet väl alla… Det var ju därför jag fick de superkraftitiga överslagen vid tändspolen och genom tändkabeln som jag visat tidigare. Svaret var att jag inte hade mer en ett tändstift kopplat. Sju smällar av åtta fanns inget lämpligt avstånd att hoppa över… Gnistan tog närmaste jord som fanns tillgängligt, även om den låg flera cm bort eller att det var en sketen tändkabelisolering i vägen.

Jag gjorde sålunda det jag skulle gjort från första början. Att rigga upp 50kV-systemet inkl åtta tändstift och körde… Resultatet…? Helt superperfekt. Kraftiga gnistor, inget överslag någonstans och ingen Cross Fire i kablarna. Jag kände alltså med fingrarna vid tändkabel nr 2, som ligger parallellt med 1an, men det var inte tillstymmelse till spänning i den kabeln.

    I bild syns plåten med tändstift som behövs för att undvika okontrollerade överslag.

Fakta:

– Jag kan nu göra ett konstaterande som vi alla borde ha tänkt på från första början. Det kan omöjligt bli överslag mellan mässingtändhattarna och topplocket. Gnistan hoppar över där det är lättast, alltså i tändstiftet. Det finns alltså ingen anledning att hoppa 10 – 15 mm när det finns en lucka som är  0,7mm.

– Om man drar runt en motor utan tändstift och tändkabeln ligger löst på sidan av, så kan tändkabeln och ev andra grejor i tändsystemet skadas allvarligt. Jag slog i mitt fall gnistor tvärs igenom flerlagerisoleringen på en av mina 8,8mm kablar som är gjorda för 60kVolt. Detta för att kabeln inte satt fast mot något tändstift.

Spekulation:

”Complete suppression of EMI/RFI…” står det om kabeln.

2018-02-23

Jag har nu gjort en del tester i min lilla testanläggning. För att få så mycket ”Cross Fire” som möjligt – alltså som referensobjekt, använde jag en ”vanlig” sketen, gammaldags kopparkabel. Avsikten var alltså att få så mycket induktiv överföring som möjligt, så att avstörda kablar bara ger ett bättre resultat. Detta visade sig inte vara av den dignitet som jag trodde. Testet skedde med olika tändspolar, förkopplingsmotstånd mm.

  Klicka på bilden för filmsnutt

Jag kan konstatera följande:

• Jag testade kablar som låg omslingrade ca 800mm långt. Tändstift-1 hade under hela testet 0,85mm (eller 3mm) elektrodavstånd, alltså något mer än Volvos stipulerade 0,7mm. Detta gav en Cross Fire-gnista på ca 0,25mm med 50kV-tändspolen.

  Det övre tändstiftet är det som i texten benämnes ”Tändstift-1”

  Alla tester förutom ett skedde med 800mm mätlängd.

• Efter att jag drog isär kablarna så att de låg tätt ca 400mm sjönk Cross Fire-gnistan till ca 0,15mm. Sträckan de ligger tillsammans är alltså en viktig faktor.

• Förkopplingsmotstånd vid tändspolens primärlindning gör ingen större skillnad om man har en elektronisk brytarspets. Många (om inte de flesta) system fungerar så att elektoniken strävar efter att slicka i sig 8 ampere i primärström, i alla fall så länge det finns tillräcklig spänning att driva fram det. Det som i brytarspetssystem kallas ”dwell” eller kamvinkel (brytarspetskamvinkel, inte kamaxelvinkel) strävar ju efter att ha brytaren sluten en viss tid för att hinna ladda upp tändspolen. Elektroniken skiter i slutartiden, den vill ha 8 ampere. Alltså förkopplingsmotstånd framför tändspolen gör ingen nytta, och Cross Fire-gnistan blir lika lång oavsett motstånd eller inte, ca 0,25mm

• MEN, när motståndet blir så högt att spolen inte hinner få full laddning, som i mitt fall med 7,8ohms förkopplingsmotstånd, så sjunker spänningen till tändstift-1 markant. Alltså den ”vanliga” gnistan blev dålig som på en gammal B&S-gräsklippare. Då tror man att Cross Fire-gnistan skulle upphöra, men ”icke sa Nicke”… Döm om min förvåning när det vid mikrometern ändå hoppade 0,15mm. Alltså, om spänningen i ledningen för tändstift-1 sjunker, så finns ändå en potetiell risk för Cross Fire i ledning-2. Självklart finns det gränser såväl uppåt som nedåt som talar mot detta, men man kan ändå konstatera att även om man inte har speciellt hög spänning i systemet så kan Cross Fire uppstå.

• Vi kan också konstatera att spänningen i systemet är beroende på vilket avstånd, alltså elektrodgap gnistan hoppar. Litet elektrodgap ger låg spänning. Det var alltså mina 0,85mm som avgjorde min Cross Fire-gnista, inte vilken tändspole jag använde.

• Nu till en av de mest spektakulära konstateranden i dessa tester. Jag jämförde en vanlig gamaldags tändkabel, alltså en sådan som funnits i fordon sedan urminnes tider utan någon som helst avstörning med en modern, avstörd racingkabel. Testet gjordes alltså utan någon som helst skärmning eller annan åtgärd:

– Kopparkabel, 1,5mm2, Ytterdiameter Ø7mm 

Elektrodavstånd på stift-1 0,85mm Cross Fire-gnista 0,25mm

Elektrodavstånd på stift-1 3,0mm   Cross Fire-gnista 0,30mm

– Accel Ø8,8mm 300+ Ferro Spiral Race 150Ohm/fot

Elektrodavstånd på stift-1 0,85mm Cross Fire-gnista 0,18mm

Elektrodavstånd på stift-1 3,0mm   Cross Fire-gnista 0,35mm

Trots en avstörd ”värstingkabel” med – enligt deras reklam – såväl EMI som RFI-avstörning, så klarade sig den vanliga ”sketna” gammaldags kopparkabeln nästan lika bra och tom bättre än den avstörda racingkabeln. Spektakulärt… och helt djäkla obegripligt. Vad kan vara fel? Jag har ju bara mätt fakta… Sista ordet är inte sagt om detta.

• Så blev det dags att lägga en avstörningsskärm kring tändkabeln. Avsikten var alltså att den inducerade strömmen skulle fastna i skärmen och ledas ner till jord innan den kunde nå in till nästa tändkabel. I testet använde jag aluminiumtejp från Biltema. Jag förvånades över kvaliten på den tejpen, den kändes rejäl för dess uppgift. Jag hade även några andra alternativ med flätade strumpor, men jag såg ingen anledning att testa det. Gnistgap på tändstift-1 var 0,85mm. Och svaret blev… ingen som helst induktiv överföring av spänning till mikrometern. Jag hade en skärm med förstoringsglas och helt nersläckt i verkstan, men någon Cross Fire-gnista stod icke att finna.

  Aluminiumtejp från Biltema med god kvalite för detta ändamål.

  En kabel tejpades in i skärmen för att kunna anslutas till jord.

• Eftersom (som jag skrev i början) spänningen i systemet beror på hur långt gnistan måste hoppa så bröt jag isär elektrodavståndet på tändstift-1 till hela 3mm. Trots detta, och tack vare skärmningen fick jag ingen som helst gnista i tändstift-2 hur nära jag än vred mikrometern.

  Här ser vi den skärmade kabeln i testet för långt elektrodavstånd.

Så därmed blev det dags att klippa upp Herkules tändkabelhärva för att skapa en skärm kring varja enskild ledare. Nu kan man ju då fråga sig varför det inte sitter skärm på ”vanliga” bilars tändkablar, alltså varför har inte det gått ut i servicemeddelanden genom åren. Jag vet inte, men kan spekulera i hur konstruktörerna tänkt… Jag tror det är ogörligt att ha en skärm på bilar vars tändkablar inte byts regelbundet. Om det blir en torrspricka i isoleringen så blir ju konsekvensen större med skärm än om kablarna ligger uppradade i en plastkam. Överslag blir då ett faktum på kablar som torkat pga värme och tex bensin- och eller oljespill.

Den kunnige fartygsmeken Knut Åge har sänt mig en del litteratur i ämnet, men jag har i skrivandes stund inte satt mig in i det. Det finns naturligtvis en potentiell risk för riktigt överslag mellan ledaren och min nymonterade aluminiumskärm. Men sista ordet är inte sagt om detta, jag testar vidare.

2018-02-26

Det är inte ofta jag ger upp… men nu har jag börjat känna att högspänning är min överman. Kanske det blir traditionella kammar att trycka ner tändkablarna i trots allt. Jag har spelat in en filmsnutt som inte fick plats här på hemsidan så den är länkad mot tuben. Lägg alltså märke till att jag får en strömvandring genom… ja det är just det lustiga… det finns ingenting att vandra genom. Blir nog svårt att sova inatt. Håll till godo.

 Jag ska väl också passa på att förtydliga i händelse någon inte förstår… De två kablar som ligger löst på bänken har alltså inget med denna test att göra, i alla fall var det tänkt så. De låg bara kvar i skåran sedan förra testomgången. Dock hamnade de som huvudpersoner i denna test för att de är så stygga och inte följer det jag förväntat mig. De fick för sig att agera från sina egna fysiska egenskaper…

2018-03-02

Jag har gjort en massa tester som inte redovisas, men jag ska summera ihop det viktigaste. Jag kan dock enkelt konstatera att spänningen i systemet ökar när gnistgapet ökar. Nedan visas bilder från det ni sett i filmen ovan. Ett fenomen som får mig att ställa mig spikrak i ryggen och med respekt inse att högspänning lever sitt eget liv och söker jord på de mest förunderliga vägar. I mitt fall genom en isolerande Perstorp bänkskiva, som vid tester inte leder någon 230 Volt över huvud taget.

   Jag riggade upp min tändkabelhärva där varje enskild kabel har en skärm.

   Som biprodukt låg det på bänken resterna från en annan test. Grejor som inte hade med den här testen att göra.

    Här finns ett gnistgap på 5mm

   När jag av misstag lossade den gröna jordförbindelsen skedde det stora förunderliga fenomenet. Det hoppade gnistor vid det som i bilden står ”Överslag 5mm”… Detta utan att den aktuella ledaren är ansluten mot jord. Den låg mot bänkskivan. Tom när jag lyfte upp den kontakterade änden från bänken fick jag kraftiga överslag i 5 mm spalten. Obs! Skärmen är slarvigt ritad som att den täcker båda ledarna. Givetvis är varje ledare inlindad separat.

Ytterligare tester har utförts med oskärmade ledare för att se Cross Fire-risken med ledare som sitter i distanserande kammar. Ett sammandrag av resultaten är följande:

Det blir med kablar som ligger parallellt 800mm 12,7mm isär en Cross Fire-gnista på ca 0,04 – 0,07mm oavsett vilken kabel jag använder. Samma oavsett om jag använder avstörda resistorkablar, den dyrare 300+ Ferro Spiral-kabeln, eller en simpel slät kopparkabel. Genom att dra isär kablarna från ca 12,7 till 16mm minskade gnistgapet till nedre häraden av spannet, men de upphörde aldrig. Enda gången Cross Fire-gnistan upphört har varit när jag skärmat av ledningen, men risken för överslag är så stor att jag kommer att överge denna lösning. Så kontentan av alla dessa tester blir enligt mig:

• använd kabelseparatorer som finns att köpa.
• undvik att låta kablarna ligga samman långa sträckor
• använd inte stora elektrodavstånd på tändstiften även om du har HEI- (High Energy Ignition) system eftersom spänningen stiger i anläggningen ju längre gnistan måste hoppa.
• Se till att alla tändkablar är ordentligt anslutna innan start. Gnistan kommer att hoppa någonstans för att finna jord. Med långa avstånd som blir om en tändhatt ligger lös kommer ofta något att bli sönderslaget. Gnistan skär sönder isoleringen på en 65kV-tändkabel som en varm kniv i smör.
• Det fungerar att köra med en så liten Cross Fire-gnista som i mitt fall. En 0,07mm-gnista orkar inte hoppa tex 0,7mm under kompression. Men håll koll på edra stift, så de inte sotar igen så det kan bli en gnista för att avståndet minskat pga orenheter.
• … och slutligen… ta inte i tändhatten om du har en av oisolerad mässing…då är det lätt att kissa på sig.  🙂