자동차 점화 시스템의 작동 방식

내연기관은 100년이 넘는 세월 동안 진화를 거듭해 온 놀라운 기계입니다. 자동차 제조업체가 해가 갈수록 효율성을 조금 더 높이거나 오염을 줄이면서 계속 발전하고 있습니다. 그 결과 믿을 수 없을 정도로 복잡하고 놀라울 정도로 안정적인 기계가 탄생했습니다.

다른 HowStuffWorks 기사에서는 엔진의 메커니즘과 연료 시스템, 냉각 시스템, 캠축, 터보차저 및 기어를 포함한 다양한 하위 시스템에 대해 설명합니다. 점화 시스템은 모든 것이 완벽한 시간에 맞춰 스파크가 발생하는 곳이라고 주장할 수 있습니다.

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이 기사에서는 스파크 타이밍부터 시작하여 점화 시스템에 대해 알아봅니다. 그런 다음 스파크 플러그, 코일, 분배기를 포함하여 스파크를 만드는 데 필요한 모든 구성 요소를 살펴보겠습니다. 마지막으로 분배기 대신 솔리드 스테이트 구성 요소를 사용하는 시스템에 대해 이야기하겠습니다.

자동차의 점화 시스템은 엔진의 나머지 부분과 완벽하게 조화를 이루어 작동해야 합니다. 목표는 팽창하는 가스가 최대의 일을 할 수 있도록 정확한 시간에 연료를 점화하는 것입니다. 점화 시스템이 잘못된 시간에 점화되면 전력이 감소하고 가스 소비 및 배출이 증가할 수 있습니다.

실린더 내 연료/공기 혼합물이 연소되면 온도가 상승하고 연료가 배기가스로 변환됩니다. 이러한 변형으로 인해 실린더의 압력이 급격히 증가하고 피스톤이 아래로 내려갑니다.

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엔진에서 최대한의 토크와 출력을 얻기 위해서는 파워 스트로크 동안 실린더의 압력을 최대화하는 것이 목표입니다. 또한 압력을 최대화하면 최고의 엔진 효율성을 얻을 수 있으며 이는 곧 더 나은 연비로 이어집니다. 스파크의 타이밍은 성공에 매우 중요합니다.

스파크가 발생하는 시점부터 연료/공기 혼합물이 모두 연소되고 실린더 내 압력이 최대치에 도달하는 시점까지 약간의 지연이 있습니다. 피스톤이 압축 행정의 상단에 도달할 때 스파크가 발생하면 실린더의 가스가 최고 압력에 도달하기 전에 피스톤이 이미 파워 행정의 일부 아래로 이동한 것입니다.

연료를 최대한 활용하려면 피스톤이 압축 행정의 상단에 도달하기 전에 스파크가 발생해야 합니다. 따라서 피스톤이 파워 행정으로 시작될 때 압력은 유용한 작업을 생성할 수 있을 만큼 충분히 높아집니다.

원통에서:

따라서 실린더에 대해 이야기할 때 일은 = 압력×피스톤 면적×행정 길이입니다. 그리고 스트로크 길이와 피스톤 면적이 고정되어 있으므로 작업을 최대화하는 유일한 방법은 압력을 높이는 것입니다.

스파크의 타이밍이 중요하며 조건에 따라 타이밍이 앞당겨질 수도 있고 늦어질 수도 있습니다.

연료가 연소되는 데 걸리는 시간은 거의 일정합니다. 그러나 엔진 속도가 증가하면 피스톤 속도도 증가합니다. 이는 엔진이 더 빨리 회전할수록 스파크가 더 일찍 발생해야 함을 의미합니다. 이를 스파크 어드밴스라고 합니다. 엔진 속도가 빠를수록 더 많은 어드밴스가 필요합니다.

최대 전력이 필요하지 않은 경우 배출 최소화와 같은 다른 목표가 우선시됩니다. 예를 들어, 스파크 타이밍을 지연시켜(스파크를 압축 행정의 상단에 더 가깝게 이동) 최대 실린더 압력과 온도를 낮출 수 있습니다. 온도를 낮추면 규제 오염물질인 질소산화물(NOx)의 형성을 줄이는 데 도움이 됩니다. 타이밍을 늦추면 노킹 현상도 제거될 수 있습니다. 노크 센서가 있는 일부 자동차는 이 작업을 자동으로 수행합니다.

다음으로 스파크를 만드는 구성 요소를 살펴보겠습니다.

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스파크 플러그는 이론적으로 매우 간단합니다. 마치 번개처럼 전기가 틈새를 가로질러 호를 그리도록 강제합니다. 틈새를 가로질러 이동하여 좋은 스파크를 생성하려면 전기가 매우 높은 전압에 있어야 합니다. 스파크 플러그의 전압은 40,000V에서 100,000V 사이입니다.

스파크 플러그에는 이 고전압이 전극까지 전달될 수 있도록 절연 통로가 있어야 합니다. 전극에서 전극 간극을 ​​뛰어넘어 엔진 블록으로 전도되어 접지될 수 있습니다. 플러그는 또한 실린더 내부의 극심한 열과 압력을 견뎌야 하며, 연료 첨가제의 침전물이 플러그에 쌓이지 않도록 설계되어야 합니다.