Ontstekingssystemen moeten mengsels betrouwbaar ontsteken bij koude starts, stationair EGR, hoge toeren en volle belasting onder druk. Coil-on-plug (COP) architecturen verkorten het hoogspanningspad en maken per cilinder controle mogelijk, maar succes hangt af van nauwkeurige tijdsinstellingen, geschikte bougies en robuuste diagnoses. Onder druk zorgt de hogere cilinderdruk ervoor dat de doorbraakspanning en energiebehoefte toenemen, wat de spoelen en bougies onder druk zet. Moderne ECU's balanceren de batterijspanning, temperatuur, lambda en toerental om de ontstekingsenergie te behouden zonder de spoelen te oververhitten. Ondertussen beschermt de on-board misfire detectie de emissiecomponenten en geeft het aanwijzingen voor onderhoud. Dit overzicht verbindt COP-hardware, tijdsstrategieën, bougiedesign, de behoeften van ontsteking onder druk en misfire monitoring tot een samenhangend geheel.
De belangrijkste uitdaging bij de ontsteking is het leveren van voldoende vonkenergie op het juiste moment in een dichte, snel bewegende en vaak verdunde mengsel. Coil-on-plug systemen plaatsen een speciale step-up transformator op elke bougie, waardoor lange secundaire kabels en hun capaciteitsverliezen worden geëlimineerd. Dit verhoogt de geleverde energie, vermindert elektromagnetische interferentie en maakt cilinder-specifieke timing, dwell en zelfs multi-strike strategieën mogelijk om stationair draaien of magere verbranding te stabiliseren. Het onderliggende idee is eenvoudig: een spoel slaat energie op in zijn magnetische veld tijdens de dwell en geeft deze vrij via de bougie wanneer de bestuurder het gaspedaal opent.
De ECU moet de dwell afstemmen om een doel primaire stroom te bereiken zonder de kern te verzadigen of de wikkelingen te oververhitten. Omdat dI/dt ≈ V/L, bepalen de accuspanning en de inductie van de spoel hoe snel de stroom toeneemt. Bij een typische COP (L ≈ 2–4 mH) is de stroomstijging bij 14 V ongeveer 3.5–7 A/ms; het bereiken van 10 A kost ongeveer 1.5–3 ms. Bij 9 V (koude start) heeft dezelfde spoel ongeveer 2.5–4.5 ms nodig.
Opgeslagen energie E ≈ ½·L·I^2: L = 3 mH en I = 10 A levert ongeveer 150 mJ in de primaire; 20–60 mJ wordt doorgaans aan de secundaire boog geleverd, afhankelijk van verliezen en brandduur. Dwell-controle past zich dus aan de accuspanning, toeren (beschikbare spoeloplaadtijd per cyclus), koelmiddel-/spoeltemperatuur (om te beschermen tegen >120–140 °C spoellichaamstemperaturen) en verbrandingsomstandigheden aan. Bij lage toeren en lichte belasting voegen sommige ECU's multi-strike toe (2–4 vonken binnen ~1–4 ms) om de vorming van de kern te verbeteren bij hoge EGR of magere lambda (bijv., λ 1.1–1.4). Bij hoge toeren krimpt de beschikbare dwell; de strategie prioriteert een enkele sterke puls.
Typische brandtijden zijn 0.8–1.6 ms bij stoichiometrisch, langer voor mager. Doorbreekspanning bij een gap van 0.7–0.9 mm is ongeveer 8–12 kV bij 1–2 bar, oplopend tot ~20–35 kV wanneer de druk bij de vonk 15–25 bar is, zoals bij een turbo. Bougies met edelmetaal fijne draad centra-elektroden (iridium of platinum) verlagen aanzienlijk de benodigde ontstekingsspanning en zijn bestand tegen erosie. Iridium (smeltpunt ~2446 °C) maakt centra-elektroden van 0.4–0.6 mm mogelijk die het elektrische veld concentreren, waardoor de doorbreekspanning en de quench worden verminderd.
Platinum (~1768 °C) wordt vaak gebruikt als een pad op de aardingsband om recessie te beperken. Typische weerstandwaarden zijn 3–5 kΩ om RFI te beperken. De keuze van de warmterange richt zich op punttemperaturen van ongeveer 450–850 °C om vervuiling (te koud) of pre-ontsteking (te heet) te voorkomen. Gaps van 0.6–0.9 mm zijn gebruikelijk; bij turbocharged, hoge druktoepassingen kan de lagere kant van dat bereik worden gebruikt om de benodigde kV binnen de mogelijkheden van de spoel te houden zonder de groei van de kern in gevaar te brengen.
Onder boost stijgen de ontstekingsvereisten omdat een hogere dichtheid en druk de doorbreekspanning verhogen en de laminaire groei van de vroege vlamkern verkorten. Hoewel veel turbo benzinemotoren iets rijker draaien bij WOT (bijv., λ 0.80–0.90, AFR ~11.5–13.0:1), wat de ontstekingsgevoeligheid bevordert, domineert de verhoogde druk de spanningseisen. Praktische doelen voor de spoel zijn 60–120 mJ opgeslagen, 20–70 mJ geleverd, met 10–14 A primaire stroom en 2–4 ms dwell bij 13.5–14 V. Voldoende secundaire spanning (35–40 kV) en robuuste isolatie zijn nodig om doorslag te voorkomen.
Bij hoge EGR (15–25% massafractie) of gelaagd magere verbranding (λ > 1.3) verbeteren langere brandtijden en soms multi-strike de stabiliteit. Overmatige gapgroei (erosie) en koolstoftracking verhogen het risico op misfire; onderhoudsintervallen weerspiegelen dit, waarbij iridium/platinum vaak wordt gespecificeerd voor 90–160 duizend km. Diagnostiek van misfire maakt gebruik van fluctuaties in de snelheid van de krukas als het primaire signaal. De ECU verdeelt de cyclus in segmenten die zijn gekoppeld aan de krachtcyclus van elke cilinder en zoekt naar korte vertragingen nadat de verbranding zou moeten plaatsvinden.
Per-cilinder tellers houden misfires bij over 200–1000 omwentelingen; drempels onderscheiden emissie-relevante tarieven (bijv., ~2–3% per OBD-vereisten) van katalysator-schadelijke tarieven (bijv., >10% activeert een knipperende MIL). Aanvullende methoden omvatten ion-sense stroommeting via de bougie (waar beschikbaar) en inferentiële detectie via oscillaties van de zuurstofsensor, temperatuurstijging van de katalysator of pulsaties van de uitlaatdruk. Tijdens de service toont de secundaire golfvormanalyse de slope van de dwell-ramp (V/L), ontstekings kV en brandtijd; een oplopende vonklijn kan wijzen op magere/verdunde mengsels, terwijl een zeer korte brandtijd wijst op hoge druk, overmatige gap of een zwakke spoel. Implicaties: COP vermindert energieverlies en verbetert de timingautoriteit, wat helpt bij koude starts, magere EGR-limieten en klopbestendigheid.
Juiste dwell-controle voorkomt oververhitting van de spoel en behoudt een consistente vonk bij lage spanning. Iridium/platinum fijne draad bougies verlagen de ontstekingsspanning en verlengen de levensduur, wat vooral waardevol is onder hoge boost drukken en EGR. Het afstemmen van de gap en de spoelhoogte om ~20–35 kV doorbraak onder belasting te halen, behoudt de betrouwbaarheid. Nauwkeurige misfire-detectie beschermt katalysatoren en houdt de emissies binnen normen zoals Euro 6/7, terwijl het onderhoud aanstuurt.
Voor bestuurders is het netto-effect een stabiele stationaire loop, schone transiënten en robuuste koppelafgifte zonder haperingen, zelfs onder hoge boost.
