Il motore a combustione interna è una macchina straordinaria che si è evoluta per più di 100 anni. Continua ad evolversi man mano che le case automobilistiche riescono a spremere un po' più di efficienza, o un po' meno di inquinamento, ogni anno che passa. Il risultato è una macchina incredibilmente complicata e sorprendentemente affidabile.
Altri articoli di HowStuffWorks spiegano la meccanica del motore e molti dei suoi sottosistemi, inclusi il sistema di alimentazione, il sistema di raffreddamento, gli alberi a camme, i turbocompressori e gli ingranaggi. Si potrebbe obiettare che il sistema di accensione è qui che tutto si unisce, con una scintilla perfettamente sincronizzata.
Avanti AvantiIn questo articolo impareremo a conoscere i sistemi di accensione, a partire dalla fasatura delle scintille. Quindi esamineremo tutti i componenti che contribuiscono alla creazione della scintilla, comprese candele, bobine e distributori. E infine, parleremo di alcuni dei sistemi più recenti che utilizzano componenti a stato solido invece del distributore.
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Il sistema di accensione della tua auto deve funzionare in perfetta sintonia con il resto del motore. L'obiettivo è accendere il carburante esattamente al momento giusto in modo che i gas in espansione possano svolgere la massima quantità di lavoro. Se il sistema di accensione si accende al momento sbagliato, la potenza diminuirà e il consumo di gas e le emissioni possono aumentare.
Quando la miscela carburante/aria nel cilindro brucia, la temperatura aumenta e il carburante viene convertito in gas di scarico. Questa trasformazione fa aumentare drasticamente la pressione nel cilindro e costringe il pistone verso il basso.
Per ottenere la massima coppia e potenza dal motore, l'obiettivo è massimizzare la pressione nel cilindro durante la corsa di potenza . Massimizzare la pressione produrrà anche la migliore efficienza del motore, che si traduce direttamente in una migliore resa chilometrica. Il tempismo della scintilla è fondamentale per il successo.
C'è un piccolo ritardo dal momento della scintilla al momento in cui la miscela carburante/aria sta bruciando e la pressione nel cilindro raggiunge il suo massimo. Se la scintilla si verifica proprio quando il pistone raggiunge la parte superiore della corsa di compressione, il pistone si sarà già spostato in parte nella sua corsa di potenza prima che i gas nel cilindro abbiano raggiunto la pressione massima.
Per utilizzare al meglio il carburante, la scintilla dovrebbe verificarsi prima che il pistone raggiunga il massimo della corsa di compressione , quindi quando il pistone inizia la sua corsa di potenza, le pressioni sono sufficientemente alte per iniziare a produrre un lavoro utile.
Lavoro =Forza * Distanza
In un cilindro:
Quindi, quando parliamo di un cilindro, lavoro =pressione * area del pistone * lunghezza della corsa . E poiché la lunghezza della corsa e l'area del pistone sono fisse, l'unico modo per massimizzare il lavoro è aumentare la pressione.
Il tempismo della scintilla è importante e il tempismo può essere avanzato o ritardato a seconda delle condizioni.
Il tempo impiegato dal carburante per bruciare è pressoché costante. Ma la velocità dei pistoni aumenta all'aumentare della velocità del motore. Ciò significa che più veloce è il motore, prima deve verificarsi la scintilla. Questo si chiama anticipo della scintilla :Maggiore è il regime del motore, maggiore è l'anticipo necessario.
Altri obiettivi, come ridurre al minimo le emissioni , avere la priorità quando non è richiesta la massima potenza. Ad esempio, ritardando la fasatura della scintilla (spostando la scintilla più vicino alla parte superiore della corsa di compressione), è possibile ridurre le pressioni e le temperature massime del cilindro. L'abbassamento delle temperature aiuta a ridurre la formazione di ossidi di azoto (NOx ), che sono un inquinante regolamentato. Ritardare il cronometraggio può anche eliminare i colpi; alcune auto dotate di sensori di detonazione lo faranno automaticamente.
Successivamente esamineremo i componenti che creano la scintilla.
La candela in teoria è abbastanza semplice:forza l'elettricità ad attraversare un arco, proprio come un fulmine. L'elettricità deve essere a una tensione molto alta per attraversare il divario e creare una buona scintilla. La tensione alla candela può variare da 40.000 a 100.000 volt.
La candela deve avere un passaggio isolato affinché questa alta tensione raggiunga l'elettrodo, dove può saltare il divario e, da lì, essere condotta nel blocco motore e messa a terra. Il tappo deve anche resistere al calore e alla pressione estremi all'interno del cilindro e deve essere progettato in modo che depositi di additivi per carburante non si accumulino sul tappo.
Le candele utilizzano un inserto in ceramica isolare l'alta tensione all'elettrodo, assicurandosi che la scintilla avvenga sulla punta dell'elettrodo e non in nessun altro punto della candela; questo inserto svolge un doppio lavoro aiutando a bruciare i depositi. La ceramica è un conduttore di calore abbastanza scarso, quindi il materiale si surriscalda durante il funzionamento. Questo calore aiuta a bruciare i depositi dall'elettrodo.
Alcune auto richiedono una presa calda . Questo tipo di spina è progettata con un inserto in ceramica che ha un'area di contatto più piccola con la parte metallica della spina. Ciò riduce il trasferimento di calore dalla ceramica, rendendola più calda e bruciando così più depositi. Prese per il freddo sono progettati con una maggiore area di contatto, quindi funzionano a temperature più basse.
La casa automobilistica selezionerà la presa di temperatura giusta per ogni auto. Alcune auto con motori ad alte prestazioni generano naturalmente più calore, quindi hanno bisogno di candele più fredde. Se la candela si surriscalda, potrebbe incendiare il carburante prima che scoppi la scintilla; quindi è importante utilizzare il giusto tipo di presa per la tua auto.
Successivamente, impareremo a conoscere la bobina che genera le alte tensioni necessario per creare una scintilla.
La bobina è un dispositivo semplice, essenzialmente un trasformatore ad alta tensione composto da due bobine di filo. Una bobina di filo è chiamata bobina primaria . Avvolto attorno ad esso c'è la bobina secondaria . La bobina secondaria normalmente ha centinaia di giri di filo in più rispetto alla bobina primaria.
La corrente scorre dalla batteria attraverso l'avvolgimento primario della bobina.
La corrente della bobina primaria può essere interrotta improvvisamente dai punti di rottura , o da un dispositivo a stato solido in un'accensione elettronica.
Se pensi che la bobina assomigli a un elettromagnete, hai ragione, ma è anche un induttore. La chiave del funzionamento della bobina è ciò che accade quando il circuito viene improvvisamente interrotto dai punti. Il campo magnetico della bobina primaria collassa rapidamente. La bobina secondaria è avvolta da un campo magnetico potente e mutevole. Questo campo induce una corrente nelle bobine, una corrente ad altissima tensione (fino a 100.000 volt) a causa del numero di bobine nell'avvolgimento secondario. La bobina secondaria alimenta questa tensione al distributore tramite un filo ad alta tensione molto ben isolato.
Infine, un sistema di accensione ha bisogno di un distributore.
Il distributore gestisce diversi lavori. Il suo primo compito è distribuire l'alta tensione dalla bobina al cilindro corretto. Questo viene fatto dal limite e rotore . La bobina è collegata al rotore, che gira all'interno del cappuccio. Il rotore gira oltre una serie di contatti, un contatto per cilindro. Quando la punta del rotore supera ogni contatto, dalla bobina arriva un impulso ad alta tensione. L'impulso si inarca attraverso il piccolo spazio tra il rotore e il contatto (in realtà non si toccano) e quindi continua lungo il filo della candela fino alla candela sul cilindro appropriato. Quando esegui una messa a punto, una delle cose che sostituisci sul tuo motore è il cappuccio e il rotore:questi alla fine si consumano a causa dell'arco. Inoltre, i cavi delle candele alla fine si consumano e perdono parte del loro isolamento elettrico. Questa può essere la causa di alcuni problemi al motore molto misteriosi.
I distributori più vecchi con punti di interruzione hanno un'altra sezione nella metà inferiore del distributore:questa sezione fa il lavoro di interrompere la corrente alla bobina. Il lato terra della bobina è collegato ai punti dell'interruttore.
Una camma al centro del distributore spinge una leva collegata ad uno dei punti. Ogni volta che la camma spinge la leva, apre le punte. Ciò fa sì che la bobina perda improvvisamente la sua massa, generando un impulso ad alta tensione.
I punti controllano anche il tempo della scintilla. Potrebbero avere un anticipo di vuoto o un avanzamento centrifugo . Questi meccanismi anticipano i tempi in proporzione al carico del motore o alla velocità del motore.
La fasatura delle scintille è così fondamentale per le prestazioni di un motore che la maggior parte delle auto non utilizza i punti. Invece, usano un sensore che dice alla centralina del motore (ECU) l'esatta posizione dei pistoni. Il computer del motore controlla quindi un transistor che apre e chiude la corrente alla bobina.
Nella prossima sezione daremo un'occhiata a un progresso nei moderni sistemi di accensione:l'accensione senza distributore.
Negli ultimi anni, potresti aver sentito parlare di auto che necessitano della prima messa a punto a 100.000 miglia. Una delle tecnologie che consente questo lungo intervallo di manutenzione è l'accensione senza distributore .
La bobina in questo tipo di sistema funziona allo stesso modo delle bobine più grandi, in posizione centrale. L'unità di controllo del motore controlla i transistor che interrompono il lato massa del circuito, che genera la scintilla. Questo dà alla ECU il controllo totale sulla fasatura della scintilla.
Sistemi come questi hanno alcuni vantaggi sostanziali. Innanzitutto, non esiste un distributore, che è un articolo che alla fine si consuma. Inoltre, non ci sono cavi delle candele ad alta tensione, che si consumano. Infine, consentono un controllo più preciso della fasatura della scintilla, che può migliorare l'efficienza, le emissioni e aumentare la potenza complessiva di un'auto.
Per maggiori informazioni sui sistemi di accensione e argomenti correlati, controlla i link nella pagina successiva.
Pubblicato originariamente:23 gennaio 2001
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