內(nèi)燃機(jī)是一種神奇的機(jī)器，已有超過100年的發(fā)展歷史。 隨著汽車制造商多年來努力地一點(diǎn)點(diǎn)提高效率和減少污染，內(nèi)燃機(jī)也得以不斷發(fā)展。 結(jié)果使內(nèi)燃機(jī)變得驚人地復(fù)雜，但同時(shí)也更加可靠。
博聞網(wǎng)的其他文章解釋了發(fā)動機(jī)及其眾多子系統(tǒng)的機(jī)械原理，這些子系統(tǒng)包括
燃料系統(tǒng)、
冷卻系統(tǒng)、
凸輪軸、
渦輪增壓器和
齒輪。有人可能會這樣認(rèn)為：通過準(zhǔn)確的點(diǎn)火正時(shí)，點(diǎn)火系統(tǒng)將各系統(tǒng)聯(lián)系在一起。
在本文中，我們將首先從點(diǎn)火正時(shí)開始了解點(diǎn)火系統(tǒng)。 然后將了解與生成火花相關(guān)的所有部件，包括火花塞、線圈和分電器。 最后，我們將討論一些較新的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)使用固態(tài)部件代替分電器。
點(diǎn)火正時(shí)
汽車上的點(diǎn)火系統(tǒng)必須與發(fā)動機(jī)的其他部件配合得非常好。 目的是在最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)點(diǎn)燃燃油，以便膨脹氣體做功最大。 如果點(diǎn)火系統(tǒng)在不恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)點(diǎn)火，功率會下降，油耗和排放會上升。
當(dāng)氣缸內(nèi)的燃油/空氣混合物燃燒時(shí)，溫度上升，燃油轉(zhuǎn)化成排放氣體。 這種轉(zhuǎn)化使氣缸內(nèi)的壓力顯著增大，將活塞下壓。
為了從發(fā)動機(jī)獲得最大的
扭矩和功率，需要做的是在動力沖程期間，盡量提高氣缸的壓力。 盡量提高壓力還可以得到最佳的發(fā)動機(jī)效率，其直接表現(xiàn)就是降低油耗。 點(diǎn)火正時(shí)是成功的關(guān)鍵。
從產(chǎn)生火花，到燃油/空氣混合物全部燃燒且氣缸內(nèi)壓力達(dá)到最大值之間，存在著短暫的延遲。 如果正好在活塞到達(dá)壓縮沖程頂點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生火花，那么在氣缸內(nèi)的氣體達(dá)到最大壓力之前，活塞已經(jīng)向下運(yùn)動了部分距離，進(jìn)入動力沖程。
為最大限度利用燃油，應(yīng)在活塞到達(dá)壓縮沖程頂點(diǎn)之前產(chǎn)生火花，這樣，在活塞開始向下進(jìn)入動力沖程時(shí)，便能有足夠的壓力做有用功。
功=力×距離
在氣缸內(nèi)：
力=壓力×活塞面積 距離=沖程長度
因此，就氣缸而言，功=壓力×活塞面積×沖程長度。由于沖程長度和活塞面積是固定的，因此要使做功最大，唯一的途徑就是增大壓力。
點(diǎn)火正時(shí)很重要，根據(jù)條件，正時(shí)可以提前，也可以延后。
燃料燃燒耗費(fèi)的時(shí)間基本上不變。 但是，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，活塞的速度增加。 這意味著，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越大，產(chǎn)生火花的時(shí)間必須越早。 這稱為點(diǎn)火提前： 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越大，所需的提前越多。
不需要最大功率時(shí)，就要優(yōu)先考慮其他的目標(biāo)，例如降低排放。 例如，通過延后點(diǎn)火正時(shí)（將火花移近壓縮沖程的頂點(diǎn)），可以減小氣缸最大壓力和最高溫度。 降低溫度有助于減少氮氧化物 (NOx) 的形成，而此類物質(zhì)是限制排放的污染物。 延后正時(shí)還可以消除爆震；有些汽車裝配了爆震傳感器，可自動延后正時(shí)。
接下來我們講述產(chǎn)生火花的部件。
火花塞
火花塞的原理非常簡單： 它使電荷擊穿間隙，就像
閃電一樣。 電荷電壓必須很高，以便穿過間隙，產(chǎn)生很強(qiáng)的火花。 火花塞處的電壓可以在4-10萬伏之間。
火花塞位于氣缸內(nèi)四個(gè)閥的中央。
火花塞必須有一個(gè)絕緣通道，讓高壓電荷向下到達(dá)電極，在電極處，電荷可以跳過間隙，導(dǎo)電到發(fā)動機(jī)體并接地。 火花塞還能抵御氣缸內(nèi)的超高溫和超高壓，其設(shè)計(jì)必須確保燃油添加劑的沉積物不會堆積在火花塞上。
火花塞使用一個(gè)陶瓷襯墊來隔離電極處的高壓，以確保火花產(chǎn)生于電極頂端而不是火花塞的其他部位；另外，襯墊還能幫助燒掉沉積物，具有雙重作用。 陶瓷導(dǎo)熱能力很差，因此材料在運(yùn)行期間溫度會很高。 這些熱量有助于燒掉電極處的沉積物。
有些汽車需要熱火花塞。 此類火花塞的陶瓷襯墊，與火花塞金屬部位的接觸面積較小。 這樣可以減少來自陶瓷的熱傳遞，提高陶瓷溫度，燒掉更多沉積物。 冷火花塞的接觸面積較大，運(yùn)行溫度較低。
“熱”火花塞和“冷”火花塞之間的區(qū)別在于陶瓷尖端的形狀。
汽車制造商會為每款車選擇合適溫度的火花塞。 有些裝配有高性能發(fā)動機(jī)的汽車當(dāng)然會生成更多熱量，因此它們需要溫度較低的火花塞。 如果火花塞溫度過高，它會在產(chǎn)生火花之前點(diǎn)燃燃油；因此為汽車選擇合適類型的火花塞很重要。
接下來，我們將看看可以產(chǎn)生高電壓的線圈，而高電壓是產(chǎn)生火花所必需的。
線圈
線圈是一個(gè)很簡單的裝置——其實(shí)就是由兩組線圈構(gòu)成的高壓變壓器。 一組線圈稱為初級線圈。 纏繞在它周圍的是次級線圈。 次級線圈的匝數(shù)一般是初級線圈的數(shù)百倍。
電流從電池流過初級線圈。
初級線圈的電流可以被斷點(diǎn)或者電子點(diǎn)火的固態(tài)設(shè)備突然切斷。
如果您覺得線圈就像是一個(gè)
電磁鐵，那就對了——不過它同時(shí)還是一個(gè)電感器。 線圈運(yùn)行的關(guān)鍵是，當(dāng)電路被斷點(diǎn)突然切斷時(shí)，會發(fā)生什么。 初級線圈的磁場迅速崩潰。 次級線圈被一個(gè)強(qiáng)大而劇烈變化的磁場吞沒。 這個(gè)磁場會在次級線圈中感應(yīng)出電流——由于次級線圈的匝數(shù)非常大，因此這個(gè)電流的電壓很高（最高可達(dá)10萬伏）。 次級線圈通過絕緣性很好的高壓線，將該電壓輸送到分電器。
最后，點(diǎn)火系統(tǒng)還需要一個(gè)分電器。
分電器
分電器處理多項(xiàng)工作。 第一項(xiàng)工作是將高壓從線圈分配到正確的氣缸。 這由蓋子和轉(zhuǎn)子完成。 線圈連接到轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子在蓋子內(nèi)轉(zhuǎn)動。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過每個(gè)氣缸的觸點(diǎn)。 當(dāng)轉(zhuǎn)子的尖端經(jīng)過每個(gè)觸點(diǎn)時(shí)，線圈產(chǎn)生高壓脈沖。 脈沖擊穿轉(zhuǎn)子和觸點(diǎn)之間的間隙（它們不真正接觸），然后繼續(xù)通過火花塞線，到相應(yīng)氣缸的火花塞上。 當(dāng)您進(jìn)行保養(yǎng)時(shí)，蓋子和轉(zhuǎn)子都是發(fā)動機(jī)上需要更換的部件——由于擊穿，它們最終會磨損。 而且，火花塞線最終也會磨損，從而失去部分絕緣性能。 這可能是引起某些奇怪的發(fā)動機(jī)故障的原因。
老式的帶斷點(diǎn)的分電器在下半部還有另一個(gè)部件——此部件的作用是切斷線圈電流。 線圈的接地端連接到斷點(diǎn)。
分電器中央的
凸輪推動連接到其中一個(gè)斷點(diǎn)的桿。 只要凸輪推動桿，桿就會打開斷點(diǎn)。 這使得線圈突然失去接地，從而產(chǎn)生高壓脈沖。
斷點(diǎn)還控制點(diǎn)火正時(shí)。 它們可以有真空點(diǎn)火提前裝置或離心點(diǎn)火提前裝置。 這些裝置將正時(shí)提前，提前量與發(fā)動機(jī)負(fù)載或發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。
點(diǎn)火正時(shí)對發(fā)動機(jī)性能非常關(guān)鍵，所以大多數(shù)汽車都不使用斷點(diǎn)。 它們使用一個(gè)傳感器，告訴發(fā)動機(jī)控制單元(ECU)活塞的精確位置。 然后，發(fā)動機(jī)計(jì)算機(jī)控制一個(gè)晶體管，切斷和接通線圈的電流。
在下一部分，我們將看看現(xiàn)代點(diǎn)火系統(tǒng)的一項(xiàng)進(jìn)步，即無分電器點(diǎn)火。
無分電器點(diǎn)火
近年來，您可能聽說過，有的汽車在16萬公里時(shí)才需要首次保養(yǎng)。 之所以能實(shí)現(xiàn)如此長的保養(yǎng)間隔，這與其中的一項(xiàng)技術(shù)——無分電器點(diǎn)火，是分不開的。
無分電器點(diǎn)火不是只有一個(gè)主線圈，而是每個(gè)火花塞上都有一個(gè)線圈。
此類系統(tǒng)中的線圈與較大的居中線圈的工作方式相同。發(fā)動機(jī)控制單元切斷電路接地端的晶體管，從而產(chǎn)生火花。這使發(fā)動機(jī)控制單元能完全控制點(diǎn)火正時(shí)。 因此，此類系統(tǒng)有許多顯著的優(yōu)點(diǎn)。
首先，沒有分電器這一易磨損的部件。而且，也沒有易磨損的高壓火花塞線。最后對點(diǎn)火正時(shí)的控制更為精確，從而提高效率，降低排放，提高汽車總功率。
