Pedeorelha | Hoe auto-ontstekingssystemen werken

Yurii Mongol
0
2344
462

Zie afbeeldingen van automotoren.

De verbrandingsmotor is een geweldige machine die al meer dan 100 jaar is geëvolueerd. Het blijft evolueren naarmate autofabrikanten er elk jaar in slagen een beetje meer efficiëntie of een beetje minder vervuiling uit te persen. Het resultaat is een ongelooflijk gecompliceerde, verrassend betrouwbare machine.

Andere artikelen leggen de mechanica van de motor en veel van zijn subsystemen uit, waaronder het brandstofsysteem, het koelsysteem, de nokkenassen, turbochargers en tandwielen. Men zou kunnen stellen dat de ontbrandingssysteem is waar het allemaal samenkomt, met een perfect getimede vonk.

Ontstekingssysteem Quiz
Hoe brandstofinjectiesystemen werken
Hoe automotoren werken

In dit artikel leren we over ontstekingssystemen, te beginnen met de timing van de vonken. Vervolgens bekijken we alle componenten die nodig zijn om de vonk te maken, inclusief bougies, spoelen en distributeurs. En tot slot zullen we het hebben over enkele van de nieuwere systemen die solid-state componenten gebruiken in plaats van de distributeur.

Het ontstekingssysteem van uw auto moet perfect samenwerken met de rest van de motor. -Het doel is om de brandstof precies op het juiste moment aan te steken zodat de expanderende gassen maximaal werk kunnen verzetten. Als het ontstekingssysteem op het verkeerde moment ontsteekt, daalt het vermogen en kunnen het gasverbruik en de uitstoot toenemen.

Wanneer het brandstof / luchtmengsel in de cilinder verbrandt, stijgt de temperatuur en wordt de brandstof omgezet in uitlaatgas. Deze transformatie zorgt ervoor dat de druk in de cilinder dramatisch toeneemt en de zuiger naar beneden wordt gedrukt.

Om het meeste koppel en vermogen uit de motor te halen, is het doel om de druk in de cilinder tijdens de krachtslag. Het maximaliseren van de druk zorgt ook voor het beste motorrendement, wat zich direct vertaalt in een beter kilometrage. De timing van de vonk is cruciaal voor succes.

Er is een kleine vertraging vanaf het moment van de vonk tot het moment waarop het brandstof / luchtmengsel helemaal brandt en de druk in de cilinder zijn maximum bereikt. Als de vonk precies optreedt wanneer de zuiger de bovenkant van de compressieslag bereikt, zal de zuiger al een deel van de weg naar zijn arbeidsslag zijn bewogen voordat de gassen in de cilinder hun hoogste druk hebben bereikt.

Om de brandstof zo goed mogelijk te gebruiken, de vonk moet optreden voordat de zuiger de top van de compressieslag bereikt, dus tegen de tijd dat de zuiger in zijn arbeidsslag begint, is de druk hoog genoeg om nuttig werk te gaan produceren.

Werk = Kracht * Afstand

In een cilinder:

Dwingen = Druk * Oppervlakte van de zuiger
Afstand = Slaglengte

Dus als we het hebben over een cilinder, werk = druk * zuigeroppervlak * slaglengte. En omdat de lengte van de slag en het oppervlak van de zuiger vast zijn, is het verhogen van de druk de enige manier om het werk te maximaliseren.

De timing van de vonk is belangrijk, en de timing kan beide zijn Geavanceerd of achterlijk afhankelijk van de omstandigheden.

De tijd die de brandstof nodig heeft om te verbranden, is ongeveer constant. Maar de snelheid van de zuigers neemt toe naarmate het motortoerental toeneemt. Dit betekent dat hoe sneller de motor gaat, hoe eerder de vonk moet optreden. Dit heet vonk vooraf: Hoe hoger het motortoerental, des te meer vooruitgang is vereist.

Andere doelen, zoals het minimaliseren van emissies, hebben voorrang als er geen maximaal vermogen nodig is. Door bijvoorbeeld de timing van de vonk te vertragen (de vonk dichter naar de bovenkant van de compressieslag te brengen), kunnen de maximale cilinderdrukken en temperaturen worden verlaagd. Door de temperatuur te verlagen, wordt de vorming van stikstofoxiden (NO_X), die een gereguleerde verontreinigende stof zijn. Het vertragen van de timing kan ook het kloppen elimineren; sommige auto's met pingelsensoren doen dit automatisch.

Vervolgens gaan we door de componenten die de vonk maken.

De bougie zit in het midden van de vier kleppen in elke cilinder.

-De bougie is in theorie vrij eenvoudig: het dwingt elektriciteit om over een opening te vlambogen, net als een bliksemschicht. De elektriciteit moet op een zeer hoge spanning staan om over de opening te reizen en een goede vonk te creëren. De spanning aan de bougie kan variëren van 40.000 tot 100.000 volt.

De bougie moet een geïsoleerde doorgang hebben om deze hoge spanning naar de elektrode te laten stromen, waar hij over de opening kan springen en van daaruit in het motorblok worden geleid en geaard. De plug moet ook de extreme hitte en druk in de cilinder kunnen weerstaan en moet zo zijn ontworpen dat afzettingen van brandstofadditieven zich niet op de plug ophopen..

Bougies gebruiken een keramisch inzetstuk om de hoge spanning op de elektrode te isoleren, ervoor te zorgen dat de vonk plaatsvindt aan de punt van de elektrode en niet ergens anders op de stekker; dit inzetstuk doet dubbel werk door afzettingen te helpen verbranden. Keramiek is een vrij slechte warmtegeleider, dus het materiaal wordt tijdens het gebruik behoorlijk heet. Deze warmte helpt afzettingen van de elektrode af te branden.

Sommige auto's hebben een hete plug. Dit type plug is ontworpen met een keramisch inzetstuk dat een kleiner contactoppervlak heeft met het metalen deel van de plug. Dit vermindert de warmteoverdracht van het keramiek, waardoor het warmer wordt en dus meer afzettingen wegbranden. Koude pluggen zijn ontworpen met meer contactoppervlak, zodat ze koeler lopen.

Het verschil tussen een "hete" en een "koude" bougie zit in de vorm van de keramische punt.

De autofabrikant selecteert voor elke auto de juiste temperatuurplug. Sommige auto's met krachtige motoren genereren van nature meer warmte, dus hebben ze koudere stekkers nodig. Als de bougie te heet wordt, kan deze de brandstof ontsteken voordat de vonk ontsteekt; Het is dus belangrijk om het juiste type stekker voor uw auto te gebruiken.

Vervolgens leren we over de spoel die de hoge spanningen nodig om een vonk te creëren.

De spoel is een eenvoudig apparaat - in wezen een hoogspanningstransformator die bestaat uit twee draadspoelen. Een draadspoel wordt de primaire spoel. Eromheen gewikkeld is de secundaire spoel. De secundaire spoel heeft normaal gesproken honderden keren meer draadwindingen dan de primaire spoel.

Stroom vloeit van de batterij door de primaire wikkeling van de spoel.

De stroom van de primaire spoel kan plotseling worden verstoord door de breaker punten, of door een solid-state apparaat in een elektronische ontsteking.

Als je denkt dat de spoel eruitziet als een elektromagneet, heb je gelijk - maar het is ook een inductor. De sleutel tot de werking van de spoel is wat er gebeurt als het circuit plotseling wordt verbroken door de punten. Het magnetische veld van de primaire spoel zakt snel in. De secundaire spoel wordt overspoeld door een krachtig en veranderend magnetisch veld. Dit veld wekt een stroom op in de spoelen - een zeer hoge spanningsstroom (tot 100.000 volt) vanwege het aantal spoelen in de secundaire wikkeling. De secundaire spoel voert deze spanning via een zeer goed geïsoleerde hoogspanningsdraad naar de verdeler.

Ten slotte heeft een ontstekingssysteem een verdeler nodig.

De distributeur behandelt verschillende klussen. Zijn eerste taak is om de hoge spanning van de spoel naar de juiste cilinder te verdelen. Dit wordt gedaan door de cap en rotor. De spoel is verbonden met de rotor, die in de dop ronddraait. De rotor draait langs een reeks contacten, één contact per cilinder. Terwijl de punt van de rotor elk contact passeert, komt er een hoogspanningspuls uit de spoel. De puls maakt een boog over de kleine opening tussen de rotor en het contact (ze raken elkaar niet echt) en gaat dan verder langs de bougiekabel naar de bougie op de betreffende cilinder. Wanneer u een tune-up uitvoert, is een van de dingen die u op uw motor vervangt, de dop en rotor - deze slijten uiteindelijk door de boogvorming. Ook slijten de bougiekabels uiteindelijk en verliezen ze een deel van hun elektrische isolatie. Dit kan de oorzaak zijn van enkele zeer mysterieuze motorproblemen.

Oudere verdelers met stroomonderbrekerpunten hebben een ander gedeelte in de onderste helft van de verdeler - dit gedeelte zorgt ervoor dat de stroom naar de spoel wordt onderbroken. De aardingszijde van de spoel is verbonden met de onderbrekerpunten.

Een nok in het midden van de verdeler drukt op een hendel die is verbonden met een van de punten. Telkens wanneer de nok op de hendel drukt, worden de punten geopend. Hierdoor verliest de spoel plotseling zijn massa en genereert een hoogspanningspuls.

De punten bepalen ook de timing van de vonk. Ze kunnen een vacuümvervroeging of een centrifugale vooruitgang. Deze mechanismen versnellen de timing in verhouding tot de motorbelasting of het motortoerental.

De timing van de vonken is zo cruciaal voor de prestaties van een motor dat de meeste auto's geen punten gebruiken. In plaats daarvan gebruiken ze een sensor die de motorregeleenheid (ECU) de exacte positie van de zuigers vertelt. De motorcomputer bestuurt vervolgens een transistor die de stroom naar de spoel opent en sluit.

In de volgende sectie kijken we naar een vooruitgang in moderne ontstekingssystemen: de verdelerloze ontsteking.

In plaats van één hoofdspoel hebben verdelerloze ontstekingen een bobine voor elke bougie, die zich direct op de bougie zelf bevindt.

-In recente jaren heeft u misschien wel eens gehoord van auto's die op 160.000 kilometer voor het eerst moeten worden afgesteld. Een van de technologieën die dit lange onderhoudsinterval mogelijk maakt, is de verdelerloze ontsteking.

De spoel in dit type systeem werkt op dezelfde manier als de grotere, centraal geplaatste spoelen. De motorregeleenheid stuurt de transistors aan die de grondzijde van het circuit verbreken, waardoor de vonk ontstaat. Dit geeft de ECU totale controle over de timing van de vonken.

Systemen zoals deze hebben enkele substantiële voordelen. Ten eerste is er geen distributeur, wat een item is dat uiteindelijk verslijt. Ook zijn er geen hoogspannings-bougiekabels, die ook verslijten. En tot slot zorgen ze voor een nauwkeurigere controle van de timing van de vonken, wat de efficiëntie en emissies kan verbeteren en het algehele vermogen van een auto kan vergroten..

Raadpleeg de links op de volgende pagina voor meer informatie over ontstekingssystemen en gerelateerde onderwerpen.