Động cơ đốt trong là một cỗ máy tuyệt vời đã phát triển hơn 100 năm. Nó tiếp tục phát triển khi các nhà sản xuất ô tô cố gắng tạo ra hiệu quả hơn một chút, hoặc ít ô nhiễm hơn một chút, mỗi năm trôi qua. Kết quả là một cỗ máy cực kỳ phức tạp, đáng kinh ngạc.
Các bài báo khác của HowStuffWorks giải thích cơ chế hoạt động của động cơ và nhiều hệ thống phụ của nó, bao gồm hệ thống nhiên liệu, hệ thống làm mát, trục cam, bộ tăng áp và bánh răng. Người ta có thể tranh luận rằng hệ thống đánh lửa là nơi tất cả kết hợp lại với nhau, với một tia lửa được hẹn giờ hoàn hảo.
Tiếp theoTrong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về hệ thống đánh lửa, bắt đầu với thời điểm đánh lửa. Sau đó, chúng ta sẽ xem xét tất cả các thành phần tạo ra tia lửa điện, bao gồm cả bugi, cuộn dây và bộ phân phối. Và cuối cùng, chúng ta sẽ nói về một số hệ thống mới hơn sử dụng các thành phần trạng thái rắn thay vì bộ phân phối.
Nội dung
Hệ thống đánh lửa trên ô tô của bạn phải hoạt động kết hợp hoàn hảo với phần còn lại của động cơ. Mục đích là đốt cháy nhiên liệu vào đúng thời điểm để các khí nở ra có thể thực hiện được lượng công việc tối đa. Nếu hệ thống đánh lửa đánh lửa không đúng lúc, công suất sẽ giảm và lượng khí tiêu thụ cũng như lượng khí thải có thể tăng lên.
Khi hỗn hợp nhiên liệu / không khí trong xi lanh cháy, nhiệt độ tăng lên và nhiên liệu được chuyển thành khí thải. Sự biến đổi này làm cho áp suất trong xi lanh tăng lên đột ngột và ép piston xuống.
Để có được nhiều mô-men xoắn và công suất nhất từ động cơ, mục tiêu là tối đa hóa áp suất trong xi lanh trong quá trình hành trình công suất . Việc tối đa hóa áp suất cũng sẽ tạo ra hiệu suất động cơ tốt nhất, chuyển trực tiếp thành quãng đường đi được tốt hơn. Thời điểm của tia lửa rất quan trọng để thành công.
Có một độ trễ nhỏ từ thời điểm tia lửa điện đến khi hỗn hợp nhiên liệu / không khí cháy hết và áp suất trong xi lanh đạt cực đại. Nếu tia lửa điện xuất hiện ngay khi pít-tông đạt đến đỉnh của hành trình nén, thì pít-tông sẽ di chuyển xuống một phần của hành trình công suất trước khi khí trong xi-lanh đạt áp suất cao nhất.
Để sử dụng nhiên liệu tốt nhất, tia lửa phải xảy ra trước khi pít-tông đạt đến đỉnh của hành trình nén , vì vậy vào thời điểm piston bắt đầu đi xuống hành trình công suất, áp suất đủ cao để bắt đầu tạo ra công việc hữu ích.
Công việc =Lực lượng * Khoảng cách
Trong một hình trụ:
Vì vậy, khi chúng ta đang nói về một xi lanh, công việc =áp suất * diện tích piston * chiều dài hành trình . Và bởi vì chiều dài của hành trình và diện tích của piston là cố định, cách duy nhất để tối đa hóa công việc là tăng áp suất.
Thời gian của tia lửa rất quan trọng và thời gian có thể nâng cao hoặc chậm phát triển tùy theo điều kiện.
Thời gian nhiên liệu đốt cháy gần như không đổi. Nhưng tốc độ của các piston tăng lên khi tốc độ động cơ tăng. Điều này có nghĩa là động cơ chạy càng nhanh thì tia lửa điện phải xuất hiện càng sớm. Đây được gọi là ứng trước tia lửa :Tốc độ động cơ càng nhanh, càng phải tăng tốc.
Các mục tiêu khác, như giảm thiểu lượng khí thải , được ưu tiên khi không yêu cầu công suất tối đa. Ví dụ, bằng cách làm chậm thời gian đánh tia lửa điện (di chuyển tia lửa điện đến gần đỉnh của hành trình nén), áp suất và nhiệt độ tối đa của xi lanh có thể được giảm xuống. Việc hạ nhiệt độ giúp giảm sự hình thành các oxit nitơ (NO x ), là một chất ô nhiễm được quy định. Việc trì hoãn thời gian cũng có thể loại bỏ tiếng gõ; một số ô tô có cảm biến tiếng gõ sẽ tự động làm việc này.
Tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét các thành phần tạo ra tia lửa.
bugi về lý thuyết thì khá đơn giản:Nó buộc dòng điện bắn ra qua một khoảng trống, giống như một tia sét. Dòng điện phải ở hiệu điện thế rất cao để truyền qua khe hở và tạo ra tia lửa điện tốt. Điện áp ở bugi có thể nằm trong khoảng từ 40.000 đến 100.000 vôn.
Bugi phải có một lối đi cách điện để điện áp cao này đi xuống điện cực, ở đó nó có thể nhảy ra khe hở và từ đó được dẫn vào lốc máy và nối đất. Phích cắm cũng phải chịu được nhiệt độ và áp suất cực lớn bên trong xi lanh, đồng thời phải được thiết kế sao cho cặn bẩn từ phụ gia nhiên liệu không tích tụ trên phích cắm.
Bugi sử dụng bộ chèn bằng sứ để cô lập điện áp cao ở điện cực, đảm bảo rằng tia lửa điện xảy ra ở đầu điện cực chứ không phải ở bất kỳ nơi nào khác trên phích cắm; chèn này thực hiện hai nhiệm vụ bằng cách giúp đốt cháy các cặn bẩn. Gốm là chất dẫn nhiệt khá kém, vì vậy vật liệu sẽ khá nóng trong quá trình hoạt động. Nhiệt này giúp đốt cháy cặn bám trên điện cực.
Một số ô tô yêu cầu phích cắm nóng . Loại phích cắm này được thiết kế với phần ruột cắm bằng sứ có diện tích tiếp xúc với phần kim loại của phích cắm nhỏ hơn. Điều này làm giảm sự truyền nhiệt từ gốm, làm cho nó nóng hơn và do đó đốt cháy nhiều cặn bẩn hơn. Phích cắm nguội được thiết kế với nhiều diện tích tiếp xúc hơn, vì vậy chúng chạy mát hơn.
Hãng xe sẽ lựa chọn phích cắm nhiệt độ phù hợp cho từng xe. Một số xe ô tô có động cơ hiệu suất cao tự nhiên tạo ra nhiều nhiệt hơn, vì vậy chúng cần phích cắm lạnh hơn. Nếu bugi quá nóng, nó có thể đốt cháy nhiên liệu trước khi tia lửa bắn ra; vì vậy, điều quan trọng là phải sử dụng đúng loại phích cắm cho ô tô của bạn.
Tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu về cuộn dây tạo ra điện áp cao cần thiết để tạo ra một tia lửa.
Cuộn dây là một thiết bị đơn giản - về bản chất là một máy biến áp cao áp được tạo thành từ hai cuộn dây. Một cuộn dây được gọi là cuộn sơ cấp . Bao bọc xung quanh nó là cuộn dây thứ cấp . Thông thường cuộn thứ cấp có số vòng dây nhiều hơn cuộn sơ cấp hàng trăm lần.
Dòng điện chạy từ pin qua cuộn sơ cấp của cuộn dây.
Dòng điện của cuộn sơ cấp có thể bị ngắt đột ngột bởi các điểm ngắt hoặc bằng một thiết bị ở trạng thái rắn trong bộ đánh lửa điện tử.
Nếu bạn nghĩ cuộn dây trông giống như một nam châm điện thì bạn đã đúng - nhưng nó cũng là một cuộn cảm. Mấu chốt của hoạt động của cuộn dây là điều gì sẽ xảy ra khi mạch điện bị đứt đột ngột bởi các điểm. Từ trường của cuộn sơ cấp suy giảm nhanh chóng. Cuộn thứ cấp bị nhấn chìm bởi một từ trường mạnh và thay đổi. Trường này tạo ra một dòng điện trong các cuộn dây - một dòng điện có điện áp rất cao (lên đến 100.000 vôn) do số lượng cuộn dây trong cuộn thứ cấp. Cuộn thứ cấp cấp điện áp này cho bộ phân phối thông qua một dây cao áp, được cách điện rất tốt.
Cuối cùng, một hệ thống đánh lửa cần một bộ phân phối.
Nhà phân phối xử lý một số công việc. Công việc đầu tiên của nó là phân phối điện áp cao từ cuộn dây đến đúng trụ. Điều này được thực hiện bởi cap và rôto . Cuộn dây được kết nối với rôto, quay bên trong nắp. Rôto quay qua một loạt các tiếp điểm, một tiếp điểm trên mỗi trụ. Khi đầu của rôto đi qua mỗi tiếp điểm, một xung điện áp cao phát ra từ cuộn dây. Xung điện chạy qua khe hở nhỏ giữa rôto và tiếp điểm (chúng không thực sự chạm vào nhau) và sau đó tiếp tục đi xuống dây bugi đến bugi trên xi lanh thích hợp. Khi bạn điều chỉnh, một trong những thứ bạn thay thế trên động cơ của mình là nắp và rôto - những thứ này cuối cùng sẽ bị mòn do phóng điện hồ quang. Ngoài ra, các dây dẫn của bugi cuối cùng cũng bị mòn và mất đi một phần cách điện. Đây có thể là nguyên nhân của một số sự cố động cơ rất bí ẩn.
Các nhà phân phối cũ có điểm ngắt có một phần khác ở nửa dưới của bộ phân phối - phần này thực hiện công việc ngắt dòng điện đến cuộn dây. Mặt đất của cuộn dây được nối với các điểm ngắt.
Một cam ở trung tâm của bộ phân phối đẩy một đòn bẩy được kết nối với một trong các điểm. Bất cứ khi nào cam đẩy cần, nó sẽ mở các điểm. Điều này làm cho cuộn dây đột ngột bị mất đất, tạo ra xung điện áp cao.
Các điểm cũng kiểm soát thời gian của tia lửa. Họ có thể có ứng trước chân không hoặc ứng dụng ly tâm . Các cơ chế này nâng cao thời gian tương ứng với tải động cơ hoặc tốc độ động cơ.
Thời điểm phát tia lửa điện rất quan trọng đối với hiệu suất của động cơ đến nỗi hầu hết các ô tô không sử dụng điểm. Thay vào đó, họ sử dụng một cảm biến cho bộ phận điều khiển động cơ (ECU) biết vị trí chính xác của các piston. Sau đó, máy tính động cơ sẽ điều khiển một bóng bán dẫn đóng mở dòng điện vào cuộn dây.
Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét một bước tiến trong các hệ thống đánh lửa hiện đại:đánh lửa không phân phối.
Trong những năm gần đây, bạn có thể đã nghe nói về những chiếc xe cần chỉnh sửa lần đầu tiên ở 100.000 dặm. Một trong những công nghệ cho phép khoảng thời gian bảo trì dài này là đánh lửa không cần phân phối .
Cuộn dây trong loại hệ thống này hoạt động giống như các cuộn dây lớn hơn, được đặt ở trung tâm. Bộ phận điều khiển động cơ điều khiển các bóng bán dẫn ngắt mặt đất của mạch, nơi tạo ra tia lửa. Điều này cho phép ECU kiểm soát toàn bộ thời gian đánh lửa.
Các hệ thống như thế này có một số lợi thế đáng kể. Thứ nhất, không có nhà phân phối, đó là một mặt hàng cuối cùng sẽ bị hao mòn. Ngoài ra, không có dây cao áp bugi cũng bị mòn. Và cuối cùng, chúng cho phép kiểm soát chính xác hơn thời điểm đánh lửa, có thể cải thiện hiệu suất, lượng khí thải và tăng sức mạnh tổng thể của ô tô.
Để biết thêm thông tin về hệ thống đánh lửa và các chủ đề liên quan, hãy xem các liên kết trên trang tiếp theo.
Xuất bản lần đầu:23 tháng 1, 2001
Các bài viết liên quan về HowStuffWorks
Các liên kết tuyệt vời khác
Cách hoạt động của hệ thống lái và hệ thống treo trên ô tô của bạn
Cách hoạt động của hệ thống điện và đánh lửa
Cách hệ thống xả trên ô tô hoạt động
4 loại hệ thống đánh lửa và cách chúng hoạt động