De verbrandingsmotor is een verbazingwekkende machine die zich gedurende meer dan 100 jaar heeft ontwikkeld. Het blijft evolueren naarmate autofabrikanten erin slagen om elk jaar een beetje meer efficiëntie of een beetje minder vervuiling eruit te persen. Het resultaat is een ongelooflijk gecompliceerde, verrassend betrouwbare machine.
Andere HowStuffWorks-artikelen leggen de mechanica van de motor en veel van zijn subsystemen uit, waaronder het brandstofsysteem, het koelsysteem, de nokkenassen, turboladers en tandwielen. Men zou kunnen stellen dat het ontstekingssysteem is waar het allemaal samenkomt, met een perfect getimede vonk.
VolgendeIn dit artikel leren we over ontstekingssystemen, te beginnen met de vonktiming. Daarna zullen we kijken naar alle componenten die nodig zijn om de vonk te maken, inclusief bougies, spoelen en verdelers. En tot slot zullen we het hebben over enkele van de nieuwere systemen die solid-state componenten gebruiken in plaats van de distributeur.
Inhoud
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 te ontsteken, zodat de uitzettende gassen de maximale hoeveelheid werk kunnen doen. 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 te maximaliseren tijdens de krachtslag . Het maximaliseren van de druk zal ook de beste motorefficiëntie opleveren, 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 volledig verbrandt en de druk in de cilinder zijn maximum bereikt. Als de vonk ontstaat op het moment dat de zuiger de top van de compressieslag bereikt, is de zuiger al een deel van de weg naar beneden in zijn arbeidsslag bewogen voordat de gassen in de cilinder hun hoogste druk hebben bereikt.
Om optimaal gebruik te maken van de brandstof, moet de vonk 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:
Dus als we het over een cilinder hebben, werk =druk * zuigeroppervlak * slaglengte . En omdat de lengte van de slag en het gebied van de zuiger vast zijn, is de enige manier om het werk te maximaliseren, door de druk te verhogen.
De timing van de vonk is belangrijk, en de timing kan ofwel geavanceerd . zijn 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 draait, hoe eerder de vonk moet optreden. Dit wordt spark Advance genoemd :Hoe hoger het motortoerental, hoe meer vooruitgang er nodig is.
Andere doelen, zoals het minimaliseren van uitstoot , voorrang krijgen wanneer maximaal vermogen niet nodig is. Door bijvoorbeeld de timing van de vonk te vertragen (de vonk dichter bij de bovenkant van de compressieslag te brengen), kunnen de maximale cilinderdrukken en temperaturen worden verlaagd. Het verlagen van de temperatuur helpt de vorming van stikstofoxiden te verminderen (NOx ), die een gereguleerde verontreinigende stof zijn. Het vertragen van de timing kan ook kloppen elimineren; sommige auto's met klopsensoren doen dit automatisch.
Vervolgens gaan we door de componenten die de vonk maken.
De bougie is in theorie vrij eenvoudig:het dwingt elektriciteit om over een opening te boog, 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 bij de bougie kan variëren van 40.000 tot 100.000 volt.
De bougie moet een geïsoleerde doorgang hebben zodat deze hoge spanning naar de elektrode kan gaan, waar hij de opening kan overbruggen en van daaruit naar het motorblok kan worden geleid en geaard. De plug moet ook bestand zijn tegen de extreme hitte en druk in de cilinder en moet zo zijn ontworpen dat er zich geen afzettingen van brandstofadditieven op de plug ophopen.
Bougies gebruiken een keramische inzet om de hoogspanning bij de elektrode te isoleren en ervoor te zorgen dat de vonk aan de punt van de elektrode plaatsvindt en niet ergens anders op de stekker; dit inzetstuk doet dubbel werk door afzettingen te helpen wegbranden. Keramiek is een vrij slechte warmtegeleider, waardoor het materiaal tijdens gebruik behoorlijk heet wordt. Deze warmte helpt om afzettingen van de elektrode te verbranden.
Sommige auto's vereisen een hot plug . Dit type stekker is ontworpen met een keramisch inzetstuk dat een kleiner contactoppervlak heeft met het metalen deel van de stekker. Dit vermindert de warmteoverdracht van het keramiek, waardoor het heter wordt en dus meer aanslag wegbrandt. Koude stekkers zijn ontworpen met meer contactoppervlak, zodat ze koeler lopen.
De autofabrikant kiest voor elke auto de juiste temperatuurstekker. Sommige auto's met krachtige motoren genereren van nature meer warmte, dus hebben ze koudere bougies nodig. Als de bougie te heet wordt, kan de brandstof ontbranden 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 . genereert nodig om een vonk te creëren.
De spoel is een eenvoudig apparaat - in wezen een hoogspanningstransformator die bestaat uit twee draadspoelen. Eén draadspoel wordt de primaire spoel . genoemd . Daaromheen gewikkeld is de secundaire spoel . De secundaire spoel heeft normaal gesproken honderden keren meer draadwindingen dan de primaire spoel.
Er vloeit stroom van de batterij door de primaire wikkeling van de spoel.
De stroom van de primaire spoel kan plotseling worden verstoord door de onderbrekingspunten , of door een solid-state apparaat in een elektronische ontsteking.
Als je denkt dat de spoel op een elektromagneet lijkt, 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 onderbroken 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 induceert een stroom in de spoelen -- een stroom met zeer hoge spanning (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 voert meerdere klussen uit. Zijn eerste taak is om de hoogspanning 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 draait. De rotor draait langs een reeks contacten, één contact per cilinder. Terwijl de punt van de rotor elk contact passeert, komt er een hoogspanningspuls van de spoel. De puls 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 juiste cilinder. Wanneer u een afstelling uitvoert, is een van de dingen die u op uw motor vervangt de dop en rotor - deze verslijten uiteindelijk vanwege de boogvorming. Ook verslijten de bougiekabels uiteindelijk en verliezen ze een deel van hun elektrische isolatie. Dit kan de oorzaak zijn van een aantal zeer mysterieuze motorproblemen.
Oudere distributeurs met breekpunten hebben een ander gedeelte in de onderste helft van de distributeur - dit gedeelte verbreekt de stroom naar de spoel. De massazijde van de spoel is verbonden met de onderbrekerpunten.
Een nok in het midden van de verdeler duwt een hendel die is verbonden met een van de punten. Telkens wanneer de nok op de hendel drukt, worden de punten geopend. Dit zorgt ervoor dat de spoel plotseling zijn grond verliest en een hoogspanningspuls genereert.
De punten regelen ook de timing van de vonk. Ze hebben mogelijk een vacuümvervroeging of een centrifugaal voorschot . Deze mechanismen versnellen de timing in verhouding tot de motorbelasting of het motortoerental.
De timing van de vonk is zo cruciaal voor de prestaties van een motor dat de meeste auto's geen punten verbruiken. In plaats daarvan gebruiken ze een sensor die de motorregeleenheid (ECU) de exacte positie van de zuigers vertelt. De motorcomputer stuurt dan een transistor aan die de stroom naar de spoel opent en sluit.
In het volgende gedeelte zullen we kijken naar een vooruitgang in moderne ontstekingssystemen:de verdelerloze ontsteking.
In de afgelopen jaren heb je misschien gehoord van auto's die hun eerste afstelling nodig hebben bij 100.000 mijl. 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 regelt de transistors die de massazijde van het circuit doorbreken, waardoor de vonk ontstaat. Dit geeft de ECU totale controle over de vonktiming.
Dergelijke systemen hebben een aantal belangrijke voordelen. Ten eerste is er geen distributeur, wat een item is dat uiteindelijk verslijt. Ook zijn er geen hoogspanningsbougiekabels, die ook slijten. En ten slotte zorgen ze voor een nauwkeurigere controle van de timing van de vonk, wat de efficiëntie, de emissies en het algehele vermogen van een auto kan verbeteren.
Bekijk de links op de volgende pagina voor meer informatie over ontstekingssystemen en gerelateerde onderwerpen.
Oorspronkelijk gepubliceerd:23 januari 2001
Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen
Meer geweldige links
