Двигатель внутреннего сгорания — удивительная машина, которая развивалась более 100 лет. Он продолжает развиваться, поскольку автопроизводителям удается выжимать немного больше эффективности или немного меньше загрязнения с каждым годом. В результате получилась невероятно сложная и удивительно надежная машина.
Другие статьи HowStuffWorks объясняют механику двигателя и многих его подсистем, включая топливную систему, систему охлаждения, распределительные валы, турбонагнетатели и шестерни. Можно утверждать, что система зажигания это то, где все это объединяется с идеально рассчитанной искрой.
ДалееВ этой статье мы узнаем о системах зажигания, начиная с угла опережения зажигания. Затем мы рассмотрим все компоненты, необходимые для создания искры, включая свечи зажигания, катушки и распределители. И, наконец, мы поговорим о некоторых новых системах, в которых вместо распределителя используются твердотельные компоненты.
Содержание
Система зажигания вашего автомобиля должна работать в идеальном сочетании с остальной частью двигателя. Цель состоит в том, чтобы воспламенить топливо точно в нужное время, чтобы расширяющиеся газы могли выполнить максимальное количество работы. Если система зажигания сработает в неподходящее время, мощность упадет, а расход газа и выбросы могут возрасти.
Когда топливно-воздушная смесь в цилиндре сгорает, температура повышается, и топливо превращается в выхлопные газы. Это преобразование приводит к резкому увеличению давления в цилиндре и опусканию поршня.
Чтобы получить от двигателя максимальный крутящий момент и мощность, необходимо максимизировать давление в цилиндре во время рабочего такта. . Максимальное давление также обеспечит лучшую эффективность двигателя, что напрямую влияет на увеличение пробега. Время возникновения искры имеет решающее значение для успеха.
Существует небольшая задержка между моментом появления искры и моментом, когда вся топливно-воздушная смесь сгорает и давление в цилиндре достигает своего максимума. Если искра возникает как раз в тот момент, когда поршень достигает верхней точки такта сжатия, поршень уже опустился на часть пути к рабочему такту до того, как газы в цилиндре достигли своего максимального давления.
Чтобы максимально эффективно использовать топливо, искра должна возникать до того, как поршень достигнет верхней точки такта сжатия. , поэтому к тому времени, когда поршень начинает свой рабочий ход, давление становится достаточно высоким, чтобы начать совершать полезную работу.
Работа =Сила * Расстояние
В цилиндре:
Поэтому, когда мы говорим о цилиндре, работа =давление * площадь поршня * длина хода. . А поскольку длина хода и площадь поршня фиксированы, единственный способ максимизировать работу — увеличить давление.
Время искры важно, и время может быть либо продвинутым или отсталый в зависимости от условий.
Время, необходимое для сгорания топлива, примерно постоянно. Но скорость поршней увеличивается по мере увеличения оборотов двигателя. Это означает, что чем быстрее работает двигатель, тем раньше должна появиться искра. Это называется продвижение искры. :чем выше скорость двигателя, тем большее опережение требуется.
Другие цели, такие как минимизация выбросов. , иметь приоритет, когда максимальная мощность не требуется. Например, за счет замедления момента зажигания (перемещения искры ближе к началу такта сжатия) можно снизить максимальное давление и температуру в цилиндре. Снижение температуры помогает уменьшить образование оксидов азота (NOx ), которые являются регулируемым загрязнителем. Замедление времени также может устранить стук; некоторые автомобили с датчиками детонации делают это автоматически.
Далее мы рассмотрим компоненты, которые создают искру.
свеча зажигания в теории довольно просто:оно заставляет электричество пролетать дугой через щель, как молния. Электричество должно иметь очень высокое напряжение, чтобы пройти через зазор и создать хорошую искру. Напряжение на свече зажигания может составлять от 40 000 до 100 000 вольт.
Свеча зажигания должна иметь изолированный канал для того, чтобы это высокое напряжение проходило вниз к электроду, где оно могло бы перескочить через зазор и оттуда пройти в блок двигателя и заземлиться. Свеча также должна выдерживать экстремальные температуры и давление внутри цилиндра и должна быть сконструирована таким образом, чтобы на свече не скапливались отложения топливных присадок.
В свечах зажигания используется керамическая вставка. изолировать высокое напряжение на электроде, убедившись, что искра возникает на кончике электрода, а не где-либо еще на свече; эта вставка выполняет двойную функцию, помогая сжигать отложения. Керамика является довольно плохим проводником тепла, поэтому в процессе эксплуатации материал довольно сильно нагревается. Это тепло помогает сжечь отложения с электрода.
Для некоторых автомобилей требуется горячее подключение. . Этот тип вилки разработан с керамической вставкой, которая имеет меньшую площадь контакта с металлической частью вилки. Это снижает теплопередачу от керамики, заставляя ее нагреваться сильнее и, таким образом, выжигая больше отложений. Проблемы холода имеют большую площадь контакта, поэтому меньше нагреваются.
Автопроизводитель подберет подходящую температурную свечу для каждого автомобиля. Некоторые автомобили с высокопроизводительными двигателями естественным образом выделяют больше тепла, поэтому им нужны более холодные свечи. Если свеча зажигания станет слишком горячей, она может воспламенить топливо до того, как загорится искра; поэтому важно использовать правильный тип вилки для вашего автомобиля.
Далее мы узнаем о катушке, которая генерирует высокое напряжение. требуется для создания искры.
Катушка представляет собой простое устройство — по сути, это высоковольтный трансформатор, состоящий из двух катушек провода. Один виток провода называется первичным витком. . Вокруг него обернута вторичная катушка. . Вторичная катушка обычно имеет в сотни раз больше витков провода, чем первичная катушка.
Ток течет от батареи через первичную обмотку катушки.
Ток первичной обмотки может быть внезапно прерван из-за размыкателей. , или твердотельным устройством в электронном зажигании.
Если вы думаете, что катушка выглядит как электромагнит, вы правы, но это также и индуктор. Ключом к работе катушки является то, что происходит, когда цепь внезапно разрывается точками. Магнитное поле первичной катушки быстро схлопывается. Вторичная катушка охвачена мощным переменным магнитным полем. Это поле индуцирует ток в катушках — ток очень высокого напряжения (до 100 000 вольт) из-за количества катушек во вторичной обмотке. Вторичная катушка подает это напряжение на распределитель по хорошо изолированному высоковольтному проводу.
Наконец, системе зажигания нужен распределитель.
дистрибьютор справляется с несколькими работами. Его первая задача — распределить высокое напряжение от катушки к нужному цилиндру. Это делается с помощью шапки и ротор . Катушка соединена с ротором, который вращается внутри крышки. Ротор вращается мимо ряда контактов, по одному контакту на цилиндр. Когда кончик ротора проходит через каждый контакт, от катушки поступает высоковольтный импульс. Импульс проходит через небольшой зазор между ротором и контактом (на самом деле они не соприкасаются), а затем продолжается по проводу свечи зажигания к свече зажигания на соответствующем цилиндре. Когда вы выполняете настройку, одна из вещей, которые вы заменяете на своем двигателе, — это крышка и ротор — они в конечном итоге изнашиваются из-за дуги. Кроме того, провода свечей зажигания со временем изнашиваются и теряют часть своей электрической изоляции. Это может быть причиной некоторых очень загадочных проблем с двигателем.
<центр>
<центр> 
У старых распределителей с точками прерывания есть еще одна секция в нижней половине распределителя — эта секция выполняет работу по отключению тока от катушки. Сторона заземления катушки подключена к точкам прерывателя.
<центр> 
<центр> 
Кулачок в центре распределителя толкает рычаг, соединенный с одной из точек. Всякий раз, когда кулачок нажимает на рычаг, он открывает точки. Это приводит к тому, что катушка внезапно теряет заземление, генерируя импульс высокого напряжения.
Точки также контролируют время искры. У них может быть вакуумное продвижение или центробежное продвижение . Эти механизмы ускоряют синхронизацию пропорционально нагрузке или частоте вращения двигателя.
Момент зажигания настолько важен для работы двигателя, что в большинстве автомобилей баллы не используются. Вместо этого они используют датчик, который сообщает блоку управления двигателем (ECU) точное положение поршней. Затем компьютер двигателя управляет транзистором, который открывает и закрывает ток в катушке.
В следующем разделе мы рассмотрим усовершенствование современных систем зажигания:зажигание без распределителя.
В последние годы вы, возможно, слышали об автомобилях, которые нуждаются в первой настройке после пробега в 100 000 миль. Одной из технологий, обеспечивающих такой длительный интервал технического обслуживания, является зажигание без распределителя. .
Катушка в системе этого типа работает так же, как и более крупные катушки, расположенные в центре. Блок управления двигателем управляет транзисторами, которые размыкают цепь на массу, которая генерирует искру. Это дает ЭБУ полный контроль над моментом зажигания.
Подобные системы имеют ряд существенных преимуществ. Во-первых, нет распределителя, который со временем изнашивается. Также отсутствуют высоковольтные свечные провода, которые тоже изнашиваются. И, наконец, они позволяют более точно контролировать момент зажигания, что может повысить эффективность, выбросы и увеличить общую мощность автомобиля.
Для получения дополнительной информации о системах зажигания и смежных темах перейдите по ссылкам на следующей странице.
Первоначально опубликовано:23 января 2001 г.
Связанные статьи HowStuffWorks
Больше отличных ссылок
Как работают системы рулевого управления и подвески вашего автомобиля
Как работают электрические системы и системы зажигания
Как работают системы предупреждения столкновений
Как работают индикаторы гибридной системы
4 типа системы зажигания и принцип их работы