Come funzionano i sistemi di accensione delle automobili

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 ottenere un po’ più di efficienza o un po’ meno 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, tra cui il sistema di alimentazione, il sistema di raffreddamento, gli alberi a camme, i turbocompressori e gli ingranaggi. Si potrebbe sostenere che il sistema di accensione è il luogo in cui tutto si fonde con una scintilla perfettamente sincronizzata.

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In questo articolo impareremo a conoscere i sistemi di accensione, a partire dalla fasatura della scintilla. Quindi esamineremo tutti i componenti che contribuiscono a produrre la scintilla, comprese le candele, le bobine e i distributori. E infine parleremo di sistemi che utilizzano componenti a stato solido al posto del distributore.

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 attiva nel momento sbagliato, la potenza diminuirà e il consumo di gas e le emissioni potranno aumentare.

Quando la miscela carburante/aria nel cilindro brucia, la temperatura aumenta e il carburante viene convertito in gas di scarico. Questa trasformazione fa sì che la pressione nel cilindro aumenti notevolmente e spinga il pistone verso il basso.

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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 un migliore chilometraggio. Il momento della scintilla è fondamentale per il successo.

C'è un piccolo ritardo dal momento della scintilla al momento in cui la miscela carburante/aria brucia completamente e la pressione nel cilindro raggiunge il massimo. Se la scintilla si verifica proprio quando il pistone raggiunge la parte superiore della corsa di compressione, il pistone si sarà già abbassato parzialmente nella sua corsa di potenza prima che i gas nel cilindro abbiano raggiunto la pressione massima.

Per sfruttare al meglio il carburante, la scintilla dovrebbe verificarsi prima che il pistone raggiunga la parte superiore della corsa di compressione, quindi nel momento in cui il pistone inizia la corsa di potenza le pressioni sono sufficientemente elevate da iniziare a produrre lavoro utile.

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 momento della scintilla è importante e il momento può essere anticipato o ritardato a seconda delle condizioni.

Il tempo impiegato dal combustibile per bruciare è pressoché costante. Ma la velocità dei pistoni aumenta all'aumentare della velocità del motore. Ciò significa che più il motore va veloce, prima deve verificarsi la scintilla. Questo si chiama anticipo dell'accensione: maggiore è la velocità del motore, maggiore è l'anticipo richiesto.

Altri obiettivi, come la riduzione al minimo delle emissioni, hanno 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 la tempistica può anche eliminare i colpi; alcune auto dotate di sensori di battito lo faranno automaticamente.

Successivamente esamineremo i componenti che producono la scintilla.

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La candela è abbastanza semplice in teoria: costringe l'elettricità a formare un arco attraverso un varco, proprio come un fulmine. L'elettricità deve avere una tensione molto elevata per attraversare lo spazio 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 possa viaggiare fino all'elettrodo, dove può superare lo spazio vuoto e, da lì, essere condotta nel blocco motore e messa a terra. La candela deve inoltre resistere al calore e alla pressione estremi all'interno del cilindro e deve essere progettata in modo tale che i depositi degli additivi del carburante non si accumulino sulla candela.