Как работают автомобильные системы зажигания

Как работают автомобильные системы зажигания

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 получается невероятно сложная, 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.

В 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, поговорим о системах, в которых вместо распределителя используются твердотельные компоненты.

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 заставляет поршень опускаться.

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 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, то поршень уже опустился на часть пути к рабочему такту до того, как газы в цилиндре достигли своего максимального давления.

Чтобы наилучшим образом использовать топливо, искра должна возникать до того, как поршень достигнет верхней точки такта сжатия, поэтому к тому времени, когда поршень начинает опускаться в рабочий такт, давление становится достаточно высоким, чтобы начать производить полезную работу.

В цилиндре:

Итак, 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 опережающим , либо отставающим 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 опережением зажигания : чем больше обороты двигателя, тем большее опережение требуется.

Другие цели, такие как минимизация выбросов , имеют приоритет, когда не требуется максимальная мощность. 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.

Теоретически свеча зажигания устроена довольно просто: она заставляет электричество пролетать через зазор, как вспышка молнии. Электричество должно иметь очень высокое напряжение, чтобы пройти через зазор и создать хорошую искру. Напряжение на свече зажигания может быть 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 может перепрыгнуть через зазор и оттуда попасть 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 накапливались отложения топливных присадок.

В свечах зажигания используется керамическая вставка для изоляции высокого напряжения на электроде, благодаря чему 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 во время работы она изолирует тепло.

Некоторые автомобили требуют горячей замены . 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. Холодные свечи спроектированы с большей площадью контакта, поэтому они меньше нагреваются.

Катушка представляет собой простое устройство — по сути, это высоковольтный трансформатор, состоящий из двух катушек провода. Одна катушка провода называется первичной катушкой . Вокруг него намотана 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 катушки может быть внезапно прерван точками прерывателя или полупроводниковым 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 в катушках ток — ток очень высокого напряжения (до 100 000 вольт) из-за количества витков во вторичной обмотке. Вторичная катушка подает это напряжение на распределитель по хорошо изолированному высоковольтному проводу.

Наконец, системе зажигания нужен распределитель.

Дистрибьютор выполняет несколько задач. Его первая задача — распределить высокое напряжение от катушки к нужному цилиндру. Это делается с помощью крышки и ротора . 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.

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.

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 землю, генерируя высоковольтный импульс.

Точки также контролируют время искры. Они могут иметь вакуумное продвижение или центробежное продвижение . Эти механизмы ускоряют синхронизацию пропорционально нагрузке на двигатель 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.

Автомобили с зажиганием без распределителя обычно не нуждаются в первой настройке до пробега 100 000 миль. 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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *