Funktionsweise von Automobilzündsystemen

Siehe Automotorbilder.

Der Verbrennungsmotor ist eine erstaunliche Maschine, die sich seit mehr als 100 Jahren weiterentwickelt hat. Es entwickelt sich weiter, da es den Autoherstellern gelingt, mit jedem Jahr ein wenig mehr Effizienz oder ein wenig weniger Umweltverschmutzung zu erzielen. Das Ergebnis ist eine unglaublich komplizierte, überraschend zuverlässige Maschine.

Andere Artikel erläutern die Mechanik des Motors und vieler seiner Teilsysteme, einschließlich Kraftstoffsystem, Kühlsystem, Nockenwellen, Turbolader und Getriebe. Man könnte argumentieren, dass die Zündanlage Hier kommt alles zusammen, mit einem perfekt abgestimmten Funken.

Als nächstes Quiz zum Zündsystem Funktionsweise von Kraftstoffeinspritzsystemen Wie Automotoren funktionieren

In diesem Artikel lernen wir Zündsysteme kennen, beginnend mit dem Zündzeitpunkt. Dann werden wir uns alle Komponenten ansehen, die zur Erzeugung des Funkens beitragen, einschließlich Zündkerzen, Spulen und Verteiler. Und schließlich werden wir über einige der neueren Systeme sprechen, die Festkörperkomponenten anstelle des Verteilers verwenden.

Das Zündsystem Ihres Autos muss perfekt mit dem Rest des Motors zusammenarbeiten. -Das Ziel ist es, den Kraftstoff genau zum richtigen Zeitpunkt zu zünden, damit die expandierenden Gase die maximale Menge an Arbeit erledigen können. Wenn das Zündsystem zur falschen Zeit zündet, sinkt die Leistung und der Gasverbrauch und die Emissionen können steigen.

Wenn das Kraftstoff / Luft-Gemisch im Zylinder brennt, steigt die Temperatur und der Kraftstoff wird in Abgas umgewandelt. Diese Umwandlung bewirkt, dass der Druck im Zylinder dramatisch ansteigt und den Kolben nach unten drückt.

Um das meiste Drehmoment und die meiste Leistung vom Motor zu erhalten, ist es das Ziel, den Druck im Zylinder während des Motors zu maximieren Krafthub. Durch Maximieren des Drucks wird auch der beste Motorwirkungsgrad erzielt, was sich direkt in einer besseren Laufleistung niederschlägt. Das Timing des Funkens ist entscheidend für den Erfolg.

Es gibt eine kleine Verzögerung vom Zeitpunkt des Funkens bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Kraftstoff / Luft-Gemisch vollständig brennt und der Druck im Zylinder sein Maximum erreicht. Wenn der Funke genau dann auftritt, wenn der Kolben die Spitze des Kompressionshubs erreicht, hat sich der Kolben bereits einen Teil seines Krafthubs nach unten bewegt, bevor die Gase im Zylinder ihren höchsten Druck erreicht haben.

Den Kraftstoff optimal nutzen, Der Funken sollte auftreten, bevor der Kolben die Spitze des Kompressionshubs erreicht, Wenn der Kolben in seinen Arbeitstakt abfällt, sind die Drücke hoch genug, um nützliche Arbeit zu leisten.

Arbeit = Kraft * Abstand

In einem Zylinder:

• Macht = Druck * Bereich des Kolbens
• Entfernung = Hublänge

Also, wenn wir über einen Zylinder sprechen, Arbeit = Druck * Kolbenfläche * Hublänge. Und da die Länge des Hubs und die Fläche des Kolbens festgelegt sind, können Sie die Arbeit nur durch Erhöhen des Drucks maximieren.

Das Timing des Funkens ist wichtig, und das Timing kann entweder sein fortgeschritten oder Verzögert abhängig von den Bedingungen.

Die Zeit, die der Kraftstoff zum Verbrennen benötigt, ist ungefähr konstant. Die Geschwindigkeit der Kolben nimmt jedoch mit zunehmender Motordrehzahl zu. Dies bedeutet, je schneller der Motor läuft, desto früher muss der Funke auftreten. Das nennt man Funkenvorschub: Je schneller die Motordrehzahl, desto mehr Vorschub ist erforderlich.

Andere Ziele, wie Minimierung der Emissionen, Vorrang haben, wenn keine maximale Leistung erforderlich ist. Zum Beispiel können durch Verzögern des Zündzeitpunkts (Bewegen des Zündfunks näher an die Oberseite des Kompressionshubs) maximale Zylinderdrücke und -temperaturen reduziert werden. Durch Absenken der Temperaturen wird die Bildung von Stickoxiden (NO) verringert_x), die ein regulierter Schadstoff sind. Eine Verzögerung des Timings kann auch das Klopfen beseitigen. Einige Autos mit Klopfsensoren tun dies automatisch.

Als nächstes gehen wir die Komponenten durch, die den Funken erzeugen.

Die Zündkerze befindet sich in der Mitte der vier Ventile in jedem Zylinder.

-Das Zündkerze Theoretisch ist das ganz einfach: Es zwingt Elektrizität dazu, sich wie ein Blitz über eine Lücke zu drehen. Der Strom muss eine sehr hohe Spannung haben, um über die Lücke zu gelangen und einen guten Funken zu erzeugen. Die Spannung an der Zündkerze kann zwischen 40.000 und 100.000 Volt liegen.

Die Zündkerze muss über einen isolierten Durchgang verfügen, damit diese Hochspannung zur Elektrode gelangen kann, wo sie den Spalt überspringen und von dort in den Motorblock geleitet und geerdet werden kann. Der Stopfen muss auch der extremen Hitze und dem Druck im Zylinder standhalten und muss so ausgelegt sein, dass sich keine Ablagerungen von Kraftstoffadditiven auf dem Stopfen ansammeln.

Zündkerzen verwenden a Keramikeinsatz die Hochspannung an der Elektrode zu isolieren und sicherzustellen, dass der Funke an der Spitze der Elektrode und nirgendwo anders am Stecker auftritt; Dieser Einsatz leistet doppelte Arbeit, indem er dazu beiträgt, Ablagerungen abzubrennen. Keramik ist ein ziemlich schlechter Wärmeleiter, daher wird das Material während des Betriebs ziemlich heiß. Diese Wärme hilft, Ablagerungen von der Elektrode abzubrennen.

Einige Autos benötigen eine Hot Plug. Diese Art von Stecker ist mit einem Keramikeinsatz ausgestattet, der eine kleinere Kontaktfläche mit dem Metallteil des Steckers aufweist. Dies reduziert die Wärmeübertragung von der Keramik, macht sie heißer und verbrennt so mehr Ablagerungen. Kalte Stecker sind mit mehr Kontaktfläche ausgelegt, damit sie kühler laufen.

Der Unterschied zwischen einer "heißen" und einer "kalten" Zündkerze liegt in der Form der Keramikspitze.

Der Autobauer wählt für jedes Auto den richtigen Temperaturstecker. Einige Autos mit Hochleistungsmotoren erzeugen natürlich mehr Wärme, daher benötigen sie kältere Stecker. Wenn die Zündkerze zu heiß wird, kann sie den Kraftstoff entzünden, bevor der Funke zündet. Daher ist es wichtig, den richtigen Steckertyp für Ihr Auto zu verwenden.

Als nächstes lernen wir die Spule kennen, die die erzeugt hohe Spannungen erforderlich, um einen Funken zu erzeugen.

Die Spule ist ein einfaches Gerät - im Wesentlichen ein Hochspannungstransformator, der aus zwei Drahtspulen besteht. Eine Drahtspule heißt Primärspule. Umwickelt ist das Sekundärspule. Die Sekundärspule hat normalerweise hunderte Male mehr Drahtwindungen als die Primärspule.

Strom fließt von der Batterie durch die Primärwicklung der Spule.

Der Strom der Primärspule kann durch die plötzlich unterbrochen werden Unterbrecherpunkte, oder durch ein Festkörpergerät in einer elektronischen Zündung.

Wenn Sie denken, dass die Spule wie ein Elektromagnet aussieht, haben Sie Recht - aber es ist auch ein Induktor. Der Schlüssel zum Betrieb der Spule ist, was passiert, wenn der Stromkreis plötzlich durch die Punkte unterbrochen wird. Das Magnetfeld der Primärspule kollabiert schnell. Die Sekundärspule wird von einem starken und sich ändernden Magnetfeld umgeben. Dieses Feld induziert einen Strom in den Spulen - einen sehr hohen Spannungsstrom (bis zu 100.000 Volt) aufgrund der Anzahl der Spulen in der Sekundärwicklung. Die Sekundärspule speist diese Spannung über einen sehr gut isolierten Hochspannungsdraht dem Verteiler zu.

Schließlich benötigt ein Zündsystem einen Verteiler.

Das Verteiler erledigt mehrere Jobs. Seine erste Aufgabe besteht darin, die Hochspannung von der Spule auf den richtigen Zylinder zu verteilen. Dies geschieht durch die Deckel und Rotor. Die Spule ist mit dem Rotor verbunden, der sich innerhalb der Kappe dreht. Der Rotor dreht sich an einer Reihe von Kontakten vorbei, einem Kontakt pro Zylinder. Wenn die Spitze des Rotors jeden Kontakt passiert, kommt ein Hochspannungsimpuls von der Spule. Der Impuls biegt sich über den kleinen Spalt zwischen Rotor und Kontakt (sie berühren sich nicht wirklich) und setzt sich dann über das Zündkerzenkabel bis zur Zündkerze am entsprechenden Zylinder fort. Wenn Sie eine Abstimmung durchführen, ersetzen Sie an Ihrem Motor unter anderem die Kappe und den Rotor - diese nutzen sich möglicherweise aufgrund der Lichtbogenbildung ab. Außerdem nutzen sich die Zündkerzenkabel ab und verlieren einen Teil ihrer elektrischen Isolierung. Dies kann die Ursache für einige sehr mysteriöse Motorprobleme sein.

Ältere Verteiler mit Unterbrechungspunkten haben einen weiteren Abschnitt in der unteren Hälfte des Verteilers - dieser Abschnitt übernimmt die Unterbrechung des Stroms zur Spule. Die Erdungsseite der Spule ist mit den Unterbrechungspunkten verbunden.

Ein Nocken in der Mitte des Verteilers drückt einen Hebel, der mit einem der Punkte verbunden ist. Immer wenn der Nocken den Hebel drückt, öffnet er die Punkte. Dies führt dazu, dass die Spule plötzlich ihre Masse verliert und einen Hochspannungsimpuls erzeugt.

Die Punkte steuern auch das Timing des Funkens. Sie können eine haben Vakuumvorschub oder ein Zentrifugalvorschub. Diese Mechanismen erhöhen das Timing proportional zur Motorlast oder Motordrehzahl.

Das Zündzeitpunkt ist für die Leistung eines Motors so wichtig, dass die meisten Autos keine Punkte verwenden. Stattdessen verwenden sie einen Sensor, der dem Motorsteuergerät (ECU) die genaue Position der Kolben mitteilt. Der Motorcomputer steuert dann einen Transistor, der den Strom zur Spule öffnet und schließt.

Im nächsten Abschnitt werden wir uns einen Fortschritt in modernen Zündsystemen ansehen: die verteilerlose Zündung.

Verteilerlose Zündungen haben anstelle einer Hauptspule eine Spule für jede Zündkerze, die sich direkt an der Zündkerze selbst befindet.

-In den letzten Jahren haben Sie vielleicht von Autos gehört, die ihre erste Abstimmung bei 100.000 Meilen benötigen. Eine der Technologien, die dieses lange Wartungsintervall ermöglicht, ist die verteilerlose Zündung.

Die Spule in diesem Systemtyp funktioniert genauso wie die größeren, zentral angeordneten Spulen. Das Motorsteuergerät steuert die Transistoren, die die Erdungsseite des Stromkreises unterbrechen und den Funken erzeugen. Dies gibt der ECU die vollständige Kontrolle über den Zündzeitpunkt.

Systeme wie diese haben einige wesentliche Vorteile. Erstens gibt es keinen Händler, der sich irgendwann abnutzt. Es gibt auch keine Hochspannungszündkerzenkabel, die sich ebenfalls abnutzen. Und schließlich ermöglichen sie eine genauere Steuerung des Zündzeitpunkts, wodurch Effizienz, Emissionen und die Gesamtleistung eines Autos verbessert werden können.

Weitere Informationen zu Zündsystemen und verwandten Themen finden Sie unter den Links auf der nächsten Seite.

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