Pedeorelha | Como funcionam os sistemas de ignição de automóveis

Vlad Krasen
0
4683
1369

Veja as fotos do motor do carro.

O motor de combustão interna é uma máquina incrível que evoluiu por mais de 100 anos. Ele continua a evoluir à medida que as montadoras conseguem extrair um pouco mais de eficiência, ou um pouco menos de poluição, a cada ano que passa. O resultado é uma máquina incrivelmente complicada e surpreendentemente confiável.

Outros artigos explicam a mecânica do motor e muitos de seus subsistemas, incluindo o sistema de combustível, sistema de refrigeração, árvores de cames, turboalimentadores e engrenagens. Alguém poderia argumentar que o sistema de ignição é onde tudo se junta, com uma centelha perfeitamente sincronizada.

A seguir

Questionário do sistema de ignição
Como funcionam os sistemas de injeção de combustível
Como funcionam os motores de automóveis

Neste artigo, aprenderemos sobre sistemas de ignição, começando com o tempo de ignição. Em seguida, veremos todos os componentes que fazem a centelha, incluindo velas, bobinas e distribuidores. E, finalmente, falaremos sobre alguns dos sistemas mais novos que usam componentes de estado sólido em vez do distribuidor.

O sistema de ignição do seu carro deve funcionar em perfeita harmonia com o resto do motor. -O objetivo é acender o combustível exatamente no momento certo para que os gases em expansão possam fazer o máximo de trabalho. Se o sistema de ignição disparar na hora errada, a energia cairá e o consumo de gás e as emissões podem aumentar.

Quando a mistura combustível / ar no cilindro queima, a temperatura sobe e o combustível é convertido em gás de exaustão. Esta transformação faz com que a pressão no cilindro aumente dramaticamente e força o pistão para baixo.

A fim de obter o máximo de torque e potência do motor, o objetivo é maximizar a pressão no cilindro durante o curso de potência. Maximizar a pressão também produzirá a melhor eficiência do motor, o que se traduz diretamente em melhor quilometragem. O momento da centelha é fundamental para o sucesso.

Há um pequeno atraso do momento da faísca até o momento em que a mistura combustível / ar está toda queimando e a pressão no cilindro atinge seu máximo. Se a faísca ocorrer logo quando o pistão atinge o topo do curso de compressão, o pistão já terá se movido parte do caminho para o curso de força antes que os gases no cilindro atinjam suas pressões mais altas.

Para fazer o melhor uso do combustível, a faísca deve ocorrer antes que o pistão alcance o topo do curso de compressão, então, no momento em que o pistão começa a atingir seu curso de força, as pressões são altas o suficiente para começar a produzir trabalho útil.

Trabalho = Força * Distância

Em um cilindro:

Força = Pressão * Área do pistão
Distância = Comprimento do curso

Então, quando estamos falando sobre um cilindro, trabalho = pressão * área do pistão * comprimento do curso. E como o comprimento do curso e a área do pistão são fixos, a única maneira de maximizar o trabalho é aumentando a pressão.

O momento da centelha é importante, e o momento pode ser avançado ou retardado dependendo das condições.

O tempo que o combustível leva para queimar é aproximadamente constante. Mas a velocidade dos pistões aumenta à medida que a velocidade do motor aumenta. Isso significa que quanto mais rápido o motor anda, mais cedo a faísca deve ocorrer. Isso é chamado faísca de avanço: Quanto mais rápida a velocidade do motor, mais avanço é necessário.

Outros objetivos, como minimizando as emissões, têm prioridade quando a potência máxima não é necessária. Por exemplo, retardando o tempo de ignição (movendo a faísca para mais perto do topo do curso de compressão), as pressões e temperaturas máximas do cilindro podem ser reduzidas. Baixando as temperaturas ajuda a reduzir a formação de óxidos de nitrogênio (NO_x), que são poluentes regulamentados. Retardar o tempo também pode eliminar batidas; alguns carros que possuem sensores de detonação farão isso automaticamente.

A seguir, veremos os componentes que fazem a centelha.

A vela de ignição está no centro das quatro válvulas em cada cilindro.

-o vela de ignição é bastante simples em teoria: força a eletricidade a formar um arco através de uma lacuna, como um raio. A eletricidade deve estar em uma tensão muito alta para viajar através da lacuna e criar uma boa faísca. A tensão na vela de ignição pode ser de 40.000 a 100.000 volts.

A vela de ignição deve ter uma passagem isolada para que essa alta tensão desça até o eletrodo, de onde possa pular a lacuna e, a partir daí, ser conduzida para o bloco do motor e aterrada. O plugue também deve resistir ao calor e pressão extremos dentro do cilindro e deve ser projetado de modo que depósitos de aditivos de combustível não se acumulem no plugue.

As velas de ignição usam um inserção de cerâmica isolar a alta tensão no eletrodo, garantindo que a faísca aconteça na ponta do eletrodo e não em qualquer outro lugar da vela; esta inserção tem dupla função ajudando a queimar depósitos. A cerâmica é um condutor de calor bastante pobre, por isso o material fica muito quente durante a operação. Este calor ajuda a queimar depósitos do eletrodo.

Alguns carros requerem um hot plug. Este tipo de plugue é projetado com um inserto de cerâmica que possui uma área de contato menor com a parte metálica do plugue. Isso reduz a transferência de calor da cerâmica, tornando-a mais quente e, assim, queimando mais depósitos. Tampões frios são projetados com mais área de contato, para que funcionem mais frios.

A diferença entre uma vela "quente" e uma "fria" está no formato da ponta de cerâmica.

A montadora selecionará o plugue de temperatura correto para cada carro. Alguns carros com motores de alto desempenho geram naturalmente mais calor, por isso precisam de plugues mais frios. Se a vela ficar muito quente, ela pode inflamar o combustível antes que a faísca acenda; por isso é importante manter o tipo certo de plugue para o seu carro.

A seguir, aprenderemos sobre a bobina que gera o altas tensões necessário para criar uma faísca.

A bobina é um dispositivo simples - essencialmente um transformador de alta tensão composto por duas bobinas de fio. Uma bobina de fio é chamada de bobina primária. Envolvido em torno dele está o bobina secundária. A bobina secundária normalmente tem centenas de vezes mais voltas de fio do que a bobina primária.

A corrente flui da bateria através do enrolamento primário da bobina.

A corrente da bobina primária pode ser interrompida repentinamente pelo pontos de disjuntor, ou por um dispositivo de estado sólido em uma ignição eletrônica.

Se você acha que a bobina se parece com um eletroímã, você está certo - mas também é um indutor. A chave para a operação da bobina é o que acontece quando o circuito é repentinamente interrompido pelos pontos. O campo magnético da bobina primária entra em colapso rapidamente. A bobina secundária é envolvida por um campo magnético poderoso e variável. Este campo induz uma corrente nas bobinas - uma corrente de tensão muito alta (até 100.000 volts) por causa do número de bobinas no enrolamento secundário. A bobina secundária alimenta essa tensão para o distribuidor por meio de um fio de alta tensão muito bem isolado.

Finalmente, um sistema de ignição precisa de um distribuidor.

o distribuidor lida com vários trabalhos. Seu primeiro trabalho é distribuir a alta tensão da bobina para o cilindro correto. Isso é feito pelo boné e rotor. A bobina é conectada ao rotor, que gira dentro da tampa. O rotor gira após uma série de contatos, um contato por cilindro. Conforme a ponta do rotor passa por cada contato, um pulso de alta tensão sai da bobina. O pulso forma um arco através do pequeno espaço entre o rotor e o contato (eles não se tocam) e então continua pelo fio da vela de ignição até a vela de ignição no cilindro apropriado. Quando você faz um ajuste, uma das coisas que você substitui em seu motor é a tampa e o rotor - estes eventualmente se desgastam por causa do arco. Além disso, os fios da vela de ignição eventualmente se desgastam e perdem parte de seu isolamento elétrico. Isso pode ser a causa de alguns problemas de motor muito misteriosos.

Os distribuidores mais antigos com pontos de disjuntor têm outra seção na metade inferior do distribuidor - esta seção faz o trabalho de interromper a corrente para a bobina. O lado do terra da bobina é conectado aos pontos do disjuntor.

Um came no centro do distribuidor empurra uma alavanca conectada a um dos pontos. Sempre que o came empurra a alavanca, ele abre as pontas. Isso faz com que a bobina perca repentinamente seu aterramento, gerando um pulso de alta tensão.

Os pontos também controlam o tempo da centelha. Eles podem ter um avanço de vácuo ou um avanço centrífugo. Esses mecanismos avançam o tempo em proporção à carga do motor ou velocidade do motor.

O tempo de ignição é tão crítico para o desempenho do motor que a maioria dos carros não usa pontos. Em vez disso, eles usam um sensor que informa à unidade de controle do motor (ECU) a posição exata dos pistões. O computador do motor então controla um transistor que abre e fecha a corrente para a bobina.

Na próxima seção, daremos uma olhada em um avanço nos sistemas de ignição modernos: a ignição sem distribuidor.

Em vez de uma bobina principal, as ignições sem distribuidor têm uma bobina para cada vela de ignição, localizada diretamente na própria vela.

-Nos últimos anos, você deve ter ouvido falar de carros que precisam de seu primeiro ajuste a 100.000 milhas. Uma das tecnologias que possibilita esse longo intervalo de manutenção é o ignição sem distribuidor.

A bobina neste tipo de sistema funciona da mesma maneira que as bobinas maiores, localizadas centralmente. A unidade de controle do motor controla os transistores que interrompem o aterramento do circuito, o que gera a faísca. Isso dá à ECU controle total sobre o tempo de ignição.

Sistemas como esses têm algumas vantagens substanciais. Primeiro, não há distribuidor, que é um item que acaba se desgastando. Além disso, não há fios de vela de ignição de alta tensão, que também se desgastam. E, finalmente, eles permitem um controle mais preciso do tempo de ignição, o que pode melhorar a eficiência, as emissões e aumentar a potência geral de um carro.

Para mais informações sobre sistemas de ignição e tópicos relacionados, verifique os links na próxima página.