내연기관은 100년 이상 진화한 놀라운 기계입니다. 자동차 제조업체가 해가 지날수록 효율성을 높이거나 공해를 줄이면서 계속해서 발전하고 있습니다. 그 결과 믿을 수 없을 만큼 복잡하고 믿을 수 있는 기계가 탄생했습니다.
다른 HowStuffWorks 기사에서는 연료 시스템, 냉각 시스템, 캠축, 터보차저 및 기어를 포함한 엔진 및 많은 하위 시스템의 역학을 설명합니다. 점화 시스템이 완벽한 타이밍의 불꽃과 함께 모든 것이 함께 모이는 곳입니다.
다음으로이 기사에서는 스파크 타이밍부터 시작하여 점화 시스템에 대해 알아볼 것입니다. 그런 다음 스파크 플러그, 코일 및 분배기를 포함하여 스파크를 만드는 데 필요한 모든 구성 요소를 살펴보겠습니다. 마지막으로 분배자 대신 솔리드 스테이트 구성 요소를 사용하는 몇 가지 최신 시스템에 대해 이야기하겠습니다.
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자동차의 점화 시스템은 나머지 엔진과 완벽하게 조화를 이루어 작동해야 합니다. 목표는 팽창하는 가스가 최대한의 일을 할 수 있도록 정확한 시간에 연료를 점화하는 것입니다. 점화 시스템이 잘못된 시간에 점화되면 전력이 떨어지고 가스 소비와 배기 가스가 증가할 수 있습니다.
실린더의 연료/공기 혼합물이 연소되면 온도가 상승하고 연료는 배기 가스로 전환됩니다. 이 변형으로 인해 실린더의 압력이 급격히 증가하고 피스톤이 아래로 내려갑니다.
엔진에서 최대한의 토크와 출력을 얻기 위해 목표는 파워 스트로크 동안 실린더의 압력을 최대화하는 것입니다. . 압력을 최대화하면 최고의 엔진 효율을 얻을 수 있으며, 이는 곧 더 나은 마일리지로 이어집니다. 스파크의 타이밍은 성공에 매우 중요합니다.
스파크가 발생한 시점부터 연료/공기 혼합물이 모두 연소되고 실린더의 압력이 최대에 도달하는 시점까지는 약간의 지연이 있습니다. 피스톤이 압축 행정의 상단에 도달했을 때 바로 스파크가 발생하면 실린더의 가스가 최고 압력에 도달하기 전에 피스톤이 이미 파워 행정의 일부로 이동한 것입니다.
연료를 최대한 활용하려면 피스톤이 압축 행정의 상단에 도달하기 전에 스파크가 발생해야 합니다. , 따라서 피스톤이 파워 스트로크로 내려갈 때까지 압력은 유용한 작업을 생성하기 시작할 만큼 충분히 높습니다.
일 =힘 * 거리
실린더에서:
따라서 실린더에 대해 이야기할 때 일 =압력 * 피스톤 면적 * 스트로크 길이 . 그리고 스트로크의 길이와 피스톤의 면적이 고정되어 있기 때문에 일을 최대화하는 유일한 방법은 압력을 높이는 것입니다.
스파크의 타이밍이 중요하며 타이밍은 고급일 수 있습니다. 또는 지연 조건에 따라 다릅니다.
연료가 연소되는 데 걸리는 시간은 거의 일정합니다. 그러나 피스톤의 속도는 엔진 속도가 증가함에 따라 증가합니다. 이것은 엔진이 더 빨리 움직일수록 스파크가 더 빨리 발생해야 함을 의미합니다. 이를 스파크 어드밴스라고 합니다. :엔진 속도가 빠를수록 더 많은 전진이 필요합니다.
배출량 최소화와 같은 기타 목표 , 최대 전력이 필요하지 않을 때 우선합니다. 예를 들어, 스파크 타이밍을 늦추면(스파크를 압축 행정 상단에 더 가깝게 이동) 최대 실린더 압력과 온도를 낮출 수 있습니다. 온도를 낮추면 질소 산화물(NOx ), 규제 오염 물질입니다. 타이밍을 늦추는 것도 노킹을 제거할 수 있습니다. 노크 센서가 있는 일부 자동차는 이 작업을 자동으로 수행합니다.
다음으로 스파크를 만드는 구성 요소를 살펴보겠습니다.
점화 플러그 이론상 아주 간단합니다. 마치 번개처럼 전기가 틈을 가로질러 아크를 일으키도록 합니다. 간극을 가로질러 이동하고 좋은 스파크를 생성하려면 전기가 매우 높은 전압에 있어야 합니다. 점화 플러그의 전압은 40,000~100,000볼트입니다.
스파크 플러그에는 이 고전압이 전극으로 이동하기 위한 절연 통로가 있어야 합니다. 이 통로는 전극이 갭을 뛰어넘을 수 있고 거기에서 엔진 블록으로 전도되어 접지될 수 있습니다. 또한 플러그는 실린더 내부의 극심한 열과 압력을 견뎌야 하며 연료 첨가제의 침전물이 플러그에 쌓이지 않도록 설계해야 합니다.
점화 플러그는 세라믹 인서트를 사용합니다. 전극의 고전압을 분리하여 스파크가 플러그의 다른 곳이 아닌 전극의 끝 부분에서 발생하도록 합니다. 이 삽입물은 침전물을 태워 없애는 데 도움을 주어 이중 역할을 합니다. 세라믹은 열전도율이 매우 낮기 때문에 작동 중에 재료가 상당히 뜨거워집니다. 이 열은 전극의 침전물을 태우는 데 도움이 됩니다.
일부 자동차에는 핫 플러그가 필요합니다. . 이 유형의 플러그는 플러그의 금속 부분과의 접촉 면적이 더 작은 세라믹 인서트로 설계되었습니다. 이것은 세라믹으로부터의 열 전달을 감소시켜 세라믹을 더 뜨거워지게 하여 더 많은 침전물을 태워버립니다. 콜드 플러그 더 많은 접촉 면적을 갖도록 설계되어 더 시원하게 작동합니다.
자동차 제조업체는 각 자동차에 적합한 온도 플러그를 선택합니다. 고성능 엔진이 장착된 일부 자동차는 자연적으로 더 많은 열을 생성하므로 더 차가운 플러그가 필요합니다. 스파크 플러그가 너무 뜨거워지면 스파크가 점화되기 전에 연료가 점화될 수 있습니다. 따라서 자동차에 적합한 유형의 플러그를 사용하는 것이 중요합니다.
다음으로 고전압을 생성하는 코일에 대해 알아보겠습니다. 불꽃을 만드는 데 필요합니다.
코일은 기본적으로 두 개의 코일 코일로 구성된 고전압 변압기인 간단한 장치입니다. 와이어의 한 코일을 기본 코일이라고 합니다. . 그 주위는 2차 코일입니다. . 2차 코일은 일반적으로 1차 코일보다 수백 배 더 많은 권선을 가집니다.
전류는 배터리에서 코일의 1차 권선을 통해 흐릅니다.
1차 코일의 전류는 차단기 지점에 의해 갑자기 중단될 수 있습니다. , 또는 전자 점화의 고체 상태 장치에 의해.
코일이 전자석처럼 생겼다고 생각하시면 맞습니다. 하지만 이것은 인덕터이기도 합니다. 코일 작동의 핵심은 회로가 점에 의해 갑자기 끊어졌을 때 발생하는 것입니다. 1차 코일의 자기장은 빠르게 붕괴됩니다. 2차 코일은 강력하고 변화하는 자기장에 휩싸입니다. 이 필드는 코일에 전류를 유도합니다. 이차 권선의 코일 수로 인해 매우 높은 전압(최대 100,000볼트)이 발생합니다. 2차 코일은 매우 잘 절연된 고전압 와이어를 통해 이 전압을 분배기에 공급합니다.
마지막으로 점화 시스템에는 분배기가 필요합니다.
배급사 여러 작업을 처리합니다. 첫 번째 작업은 코일에서 올바른 실린더로 고전압을 분배하는 것입니다. 이것은 캡에 의해 수행됩니다. 및 로터 . 코일은 캡 내부에서 회전하는 로터에 연결됩니다. 로터는 실린더당 하나의 접점으로 일련의 접점을 지나 회전합니다. 회 전자의 끝이 각 접점을 지날 때 코일에서 고전압 펄스가 나옵니다. 펄스는 로터와 접점(실제로 접촉하지 않음) 사이의 작은 틈을 가로질러 아크를 형성한 다음 점화 플러그 와이어를 따라 해당 실린더의 점화 플러그까지 계속됩니다. 튠업을 할 때 엔진에서 교체하는 것 중 하나는 캡과 로터입니다. 이들은 결국 아크로 인해 마모됩니다. 또한 스파크 플러그 와이어는 결국 마모되어 전기 절연의 일부를 잃게 됩니다. 이것은 매우 신비한 엔진 문제의 원인이 될 수 있습니다.
<센터>
<중앙> 
차단기가 있는 오래된 배전반에는 배전반의 아래쪽 절반에 또 다른 섹션이 있습니다. 이 섹션은 코일에 흐르는 전류를 차단하는 역할을 합니다. 코일의 접지면은 차단기 포인트에 연결됩니다.
<중앙> 
<중앙> 
분배기 중앙에 있는 캠은 한 지점에 연결된 레버를 누릅니다. 캠이 레버를 밀 때마다 포인트가 열립니다. 이로 인해 코일이 갑자기 접지를 잃어 고전압 펄스가 생성됩니다.
포인트는 또한 스파크의 타이밍을 제어합니다. 진공 어드밴스가 있을 수 있습니다. 또는 원심 전진 . 이러한 메커니즘은 엔진 부하 또는 엔진 속도에 비례하여 타이밍을 앞당깁니다.
스파크 타이밍은 엔진 성능에 매우 중요하므로 대부분의 자동차는 포인트를 사용하지 않습니다. 대신 엔진 제어 장치(ECU)에 피스톤의 정확한 위치를 알려주는 센서를 사용합니다. 그러면 엔진 컴퓨터가 코일에 흐르는 전류를 열고 닫는 트랜지스터를 제어합니다.
다음 섹션에서는 현대식 점화 시스템의 발전에 대해 살펴보겠습니다. 즉, 무분배 점화 방식입니다.
최근 몇 년 동안 100,000마일에서 첫 번째 튜닝이 필요한 자동차에 대해 들어보셨을 것입니다. 이 긴 유지보수 간격을 가능하게 하는 기술 중 하나는 무분배 점화입니다. .
이 유형의 시스템에서 코일은 중앙에 위치한 더 큰 코일과 같은 방식으로 작동합니다. 엔진 제어 장치는 스파크를 생성하는 회로의 접지 측을 차단하는 트랜지스터를 제어합니다. 이를 통해 ECU는 스파크 타이밍을 완벽하게 제어할 수 있습니다.
이와 같은 시스템에는 몇 가지 상당한 이점이 있습니다. 첫째, 유통업체가 없고 결국 닳아 없어지는 품목입니다. 또한 마모되는 고전압 스파크 플러그 와이어도 없습니다. 마지막으로 스파크 타이밍을 보다 정밀하게 제어할 수 있어 효율성과 배기가스 배출을 개선하고 자동차의 전반적인 출력을 높일 수 있습니다.
점화 시스템 및 관련 주제에 대한 자세한 내용은 다음 페이지의 링크를 확인하십시오.
최초 발행일:2001년 1월 23일
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