Как работают автомобильные системы зажигания

Двигатель внутреннего сгорания — удивительная машина, которая развивалась более 100 лет. Он продолжает развиваться, поскольку автопроизводителям с каждым годом удается добиться немного большей эффективности или немного меньшего загрязнения. В результате получилась невероятно сложная и удивительно надежная машина.

В других статьях HowStuffWorks объясняется механика двигателя и многих его подсистем, включая топливную систему, систему охлаждения, распределительные валы, турбокомпрессоры и шестерни. Можно утверждать, что система зажигания — это то место, где все объединяется с идеально рассчитанной искрой.

В этой статье мы узнаем о системах зажигания, начиная с момента зажигания. Затем мы рассмотрим все компоненты, необходимые для создания искры, включая свечи зажигания, катушки и распределители. И, наконец, мы поговорим о системах, в которых вместо распределителя используются твердотельные компоненты.

Система зажигания вашего автомобиля должна работать в идеальном взаимодействии с остальным двигателем. Цель состоит в том, чтобы воспламенить топливо точно в нужное время, чтобы расширяющиеся газы могли выполнить максимальный объем работы. Если система зажигания сработает в неподходящий момент, мощность упадет, а расход газа и выбросы могут увеличиться.

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 толканию поршня вниз.

Чтобы получить от двигателя максимальный крутящий момент и мощность, необходимо максимально увеличить давление в цилиндре во время рабочего такта. Максимальное давление также приведет к повышению эффективности двигателя, что напрямую приведет к увеличению пробега. Время возникновения искры имеет решающее значение для успеха.

Существует небольшая задержка с момента появления искры до момента, когда топливно-воздушная смесь полностью сгорит и давление в цилиндре достигнет максимума. Если искра возникает сразу же, когда поршень достигает верхней точки такта сжатия, поршень уже пройдет часть рабочего хода до того, как газы в цилиндре достигнут своего максимального давления.

Чтобы максимально эффективно использовать топливо, искра должна возникнуть до того, как поршень достигнет верхней части такта сжатия, поэтому к тому времени, когда поршень начнет переходить в рабочий такт, давление будет 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 — это увеличить давление.

Время возникновения искры важно, и время может быть как опережающим, так и замедленным 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 возникнуть искра. Это называется опережение зажигания: чем выше частота вращения двигателя, тем большее опережение требуется.

Другие цели, такие как минимизация выбросов, имеют приоритет, когда максимальная мощность не требуется. Например, задерживая момент зажигания (перемещая искру ближе к вершине такта сжатия), можно снизить максимальное давление и температуру в цилиндре. Снижение температуры помогает уменьшить образование оксидов азота (NOx), которые являются регулируемым загрязнителем. Задержка времени также может устранить детонацию; некоторые автомобили с датчиками детонации делают это автоматически.

Далее мы рассмотрим компоненты, которые создают искру.

Теоретически свеча зажигания довольно проста: она заставляет электрическую дугу пересекать зазор, 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 проход, чтобы это высокое напряжение попадало к электроду, где оно могло преодолеть зазор и оттуда попасть в блок двигателя и заземлиться. Свеча также должна выдерживать высокие температуры и давление внутри цилиндра и должна быть сконструирована так, чтобы на свече не образовывались отложения топливных присадок.