Förbränningsmotorn är en fantastisk maskin som har utvecklats i mer än 100 år. Det fortsätter att utvecklas när biltillverkare lyckas pressa ut lite mer effektivitet, eller lite mindre föroreningar, för varje år som går. Resultatet är en otroligt komplicerad, överraskande pålitlig maskin.
Andra HowStuffWorks-artiklar förklarar motorns mekanik och många av dess delsystem, inklusive bränslesystemet, kylsystemet, kamaxlar, turboladdare och växlar. Man skulle kunna hävda att tändningssystemet är där allt kommer ihop, med en perfekt tidsinställd gnista.
Upp NästaI den här artikeln kommer vi att lära oss om tändningssystem, som börjar med gnisttid. Sedan ska vi titta på alla komponenter som ingår i att göra gnistan, inklusive tändstift, spolar och fördelare. Och slutligen kommer vi att prata om några av de nyare systemen som använder solid state-komponenter istället för distributören.
Innehåll
Tändsystemet på din bil måste fungera perfekt tillsammans med resten av motorn. Målet är att tända bränslet vid exakt rätt tidpunkt så att de expanderande gaserna kan utföra maximalt arbete. Om tändsystemet tänds vid fel tidpunkt kommer effekten att sjunka och gasförbrukningen och utsläppen kan öka.
När bränsle/luftblandningen i cylindern brinner stiger temperaturen och bränslet omvandlas till avgaser. Denna omvandling gör att trycket i cylindern ökar dramatiskt och tvingar ner kolven.
För att få ut mesta möjliga vridmoment och kraft från motorn är målet att maximera trycket i cylindern under power stroke . Maximering av tryck ger också den bästa motoreffektiviteten, vilket direkt leder till bättre körsträcka. Tidpunkten för gnistan är avgörande för framgång.
Det finns en liten fördröjning från tidpunkten för gnistan till det att bränsle/luftblandningen helt brinner och trycket i cylindern når sitt maximum. Om gnistan uppstår precis när kolven når toppen av kompressionsslaget, kommer kolven redan att ha flyttat ner en del av vägen in i kraftslaget innan gaserna i cylindern har nått sina högsta tryck.
För att utnyttja bränslet på bästa sätt bör gnistan uppstå innan kolven når toppen av kompressionsslaget , så när kolven börjar ner i sitt kraftslag är trycken tillräckligt höga för att börja producera användbart arbete.
Arbete =Kraft * Avstånd
I en cylinder:
Så när vi pratar om en cylinder, arbete =tryck * kolvarea * slaglängd . Och eftersom längden på slaglängden och kolvens yta är fixerade, är det enda sättet att maximera arbetet genom att öka trycket.
Tidpunkten för gnistan är viktig, och timingen kan antingen vara avancerad eller efterbliven beroende på förhållandena.
Den tid som bränslet tar att brinna är ungefär konstant. Men hastigheten på kolvarna ökar när motorvarvtalet ökar. Det betyder att ju snabbare motorn går, desto tidigare måste gnistan uppstå. Detta kallas gnistförflyttning :Ju snabbare motorvarvtal, desto mer frammatning krävs.
Andra mål, som att minimera utsläpp , prioritera när maximal effekt inte krävs. Till exempel, genom att fördröja gnisttiden (flytta gnistan närmare toppen av kompressionsslaget), kan maximala cylindertryck och temperaturer reduceras. Sänkning av temperaturer hjälper till att minska bildningen av kväveoxider (NOx). ), som är en reglerad förorening. Att försena timingen kan också eliminera knackning; vissa bilar som har knackningssensorer kommer att göra detta automatiskt.
Därefter går vi igenom komponenterna som skapar gnistan.
tändstiftet är ganska enkel i teorin:Den tvingar elektricitet att båga över ett gap, precis som en blixt. Elen måste vara på en mycket hög spänning för att kunna färdas över gapet och skapa en bra gnista. Spänningen vid tändstiftet kan vara allt från 40 000 till 100 000 volt.
Tändstiftet måste ha en isolerad passage för att denna höga spänning ska gå ner till elektroden, där den kan hoppa över gapet och därifrån ledas in i motorblocket och jordas. Pluggen måste också tåla den extrema värmen och trycket inuti cylindern och måste vara utformad så att avlagringar från bränsletillsatser inte byggs upp på pluggen.
Tändstift använder en keramisk insats att isolera högspänningen vid elektroden, se till att gnistan uppstår vid spetsen av elektroden och inte någon annanstans på kontakten; denna insats gör dubbelt bruk genom att hjälpa till att bränna bort avlagringar. Keramik är en ganska dålig värmeledare, så materialet blir ganska varmt under drift. Denna värme hjälper till att bränna bort avlagringar från elektroden.
Vissa bilar kräver en hot plug . Denna typ av plugg är utformad med en keramisk insats som har en mindre kontaktyta med metalldelen av pluggen. Detta minskar värmeöverföringen från keramiken, vilket gör att den blir varmare och därmed bränner bort fler avlagringar. Kallpluggar är designade med mer kontaktyta, så att de går svalare.
Biltillverkaren kommer att välja rätt temperaturplugg för varje bil. Vissa bilar med högpresterande motorer genererar naturligt mer värme, så de behöver kallare pluggar. Om tändstiftet blir för varmt kan det antända bränslet innan gnistan tänds; så det är viktigt att hålla fast vid rätt typ av kontakt för din bil.
Därefter ska vi lära oss om spolen som genererar de höga spänningarna krävs för att skapa en gnista.
Spolen är en enkel enhet - i huvudsak en högspänningstransformator som består av två trådspolar. En trådspole kallas primärspolen . Lindad runt den är den sekundära spolen . Den sekundära spolen har normalt hundratals gånger fler trådvarv än primärspolen.
Ström flyter från batteriet genom spolens primärlindning.
Primärspolens ström kan plötsligt störas av brytpunkterna , eller av en solid state-enhet i en elektronisk tändning.
Om du tycker att spolen ser ut som en elektromagnet så har du rätt - men det är också en induktor. Nyckeln till spolens funktion är vad som händer när kretsen plötsligt bryts av spetsarna. Det magnetiska fältet hos primärspolen kollapsar snabbt. Den sekundära spolen uppslukas av ett kraftfullt och föränderligt magnetfält. Detta fält inducerar en ström i spolarna - en mycket högspänningsström (upp till 100 000 volt) på grund av antalet spolar i sekundärlindningen. Sekundärspolen matar denna spänning till fördelaren via en mycket välisolerad högspänningsledning.
Slutligen behöver ett tändsystem en distributör.
distributören sköter flera jobb. Dess första uppgift är att fördela högspänningen från spolen till rätt cylinder. Detta görs med locket och rotor . Spolen är ansluten till rotorn, som snurrar inuti locket. Rotorn snurrar förbi en serie kontakter, en kontakt per cylinder. När spetsen av rotorn passerar varje kontakt kommer en högspänningspuls från spolen. Pulsen bågar över det lilla gapet mellan rotorn och kontakten (de berör faktiskt inte) och fortsätter sedan nedför tändstiftskabeln till tändstiftet på lämplig cylinder. När du gör en finjustering är en av de saker du byter ut på din motor locket och rotorn - dessa slits så småningom ut på grund av ljusbågen. Dessutom slits tändstiftskablarna så småningom ut och förlorar en del av sin elektriska isolering. Detta kan vara orsaken till några mycket mystiska motorproblem.
Äldre distributörer med brytpunkter har en annan sektion i den nedre halvan av distributören - den här sektionen gör jobbet med att bryta strömmen till spolen. Jordsidan av spolen är ansluten till brytpunkterna.
En kam i mitten av fördelaren trycker på en spak som är ansluten till en av punkterna. När kammen trycker på spaken öppnar den spetsarna. Detta gör att spolen plötsligt tappar jord och genererar en högspänningspuls.
Punkterna styr också tidpunkten för gnistan. De kan ha ett vakuumförskott eller en centrifugalförskjutning . Dessa mekanismer förflyttar timingen i proportion till motorbelastningen eller motorvarvtalet.
Gnisttiming är så avgörande för en motors prestanda att de flesta bilar inte använder poäng. Istället använder de en sensor som talar om för motorstyrenheten (ECU) den exakta positionen för kolvarna. Motordatorn styr sedan en transistor som öppnar och stänger strömmen till spolen.
I nästa avsnitt ska vi ta en titt på ett framsteg inom moderna tändsystem:den distributörslösa tändningen.
Under de senaste åren har du kanske hört talas om bilar som behöver sin första justering vid 100 000 miles. En av teknikerna som möjliggör detta långa underhållsintervall är den distributörslösa tändningen .
Spolen i denna typ av system fungerar på samma sätt som de större, centralt placerade spolarna. Motorns styrenhet styr transistorerna som bryter kretsens jordsida, vilket genererar gnistan. Detta ger ECU:n total kontroll över gnisttiming.
System som dessa har några betydande fördelar. För det första finns det ingen distributör, vilket är ett föremål som till slut slits ut. Dessutom finns det inga högspänningständstiftsledningar, som också slits ut. Och slutligen tillåter de mer exakt kontroll av gnisttimingen, vilket kan förbättra effektiviteten, utsläppen och öka bilens totala kraft.
För mer information om tändsystem och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.
Ursprungligen publicerad:23 januari 2001
Relaterade HowStuffWorks-artiklar
Fler bra länkar
