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基礎知識-點火線圈閒聊

點火線圈閒聊

今天來跟各位聊一下機車高壓點火線圈, 現在機車在台灣市場已經全面噴射化了, 什麼白金接點機械式點火系統或電容放電式點火(Capacitor Discharge Ignition, CDI)等老古董的, 就不再提了, 這邊要講的是目前噴射系統主流使用的全晶體控制 電感式點火系統(Inductive Ignition Coil).

以前化油器用時代用CDI控制的點火線圈都是長得像這樣子(借用一下露天賣家ppmmkk的貼圖), 除高壓導線, 火星塞帽蓋外, 點火線圈本體上兩個平插式電極端子.

化油器CDI用的點火線圈

後來, 到了化油器接近末代, CDI裡面原本用電容來蓄積點火能量的, 光陽頂客(DINK 250)亦改為全晶體式來對一次側線圈蓄積點火能量(後來進入噴射化時代以後, ECU整合控制晶體於電腦上, 所以噴射時代CDI就消失了).....那這兩種搭配的點火線圈有差別嗎?
借用露天賣家Yamoo的賣場照片

Dink 250 全晶體式點火線圈

在小老婆網站上以前就有車友在詢問: [點火] 請教一下,電容式放電點火線圈及全晶體式點火線圈的差別?
車友Spook 回覆如下:
一般而言
CDI點火 搭配 電容式高壓線圈(單端接地)
全晶體點火 搭配 電感式高壓線圈(單端接正電)

CDI與全晶體 點火架構

請注意關鍵字 ”電容式高壓線圈(單端接地)“ 及 ”電感式高壓線圈(單端接正電)“, 應該是說控制方式的差別!

CDI架構是控制正電端, 正電源來自發電線圈(AC-CDI)或電瓶(DC-CDI), 要點火時控制讓電容對點火線圈一次側線圈放電, 再讓二次側線圈感應高壓跳火(AC-CDI跟DC-CDI的差別有興趣的可以參考這邊); 全晶體則是正電來自電瓶, 控制接地端, 要點火前先對點火線圈一次側線圈充磁蓄積能量, 要點火瞬間停止充磁, 讓二次側線圈感應產生高壓電到火星塞跳火.

至於點火線圈, 原理還是透過1, 2次線圈感應放大產生高壓電, CDI式則在發電線圈(AC-CDI)或CDI內(DC-CDI)有放大電路, 對一次側供電為300V~400V, 要同樣達到3,4萬伏特跳火電壓, 二次側線圈放大倍率可以不用像全晶體式由電瓶12~15V供電, 要設計放大那麼多, 也就是線圈圈數比不用那麼大, 代表體積可以比全晶體式設計的小一點. 全晶體式點火線圈體積通常都比電容放電式大.

借用小老婆車友Wiso的圖

上方為Dink 250全晶體式, 下方為CDI用點火線圈, 大小差很多(引用Wiso圖)

全晶體式點火線圈用在CDI系統上?
由於全晶體式的點火線圈放大倍率很高, 因此若拿來用在CDI式點火系統上, 可以想像CDI式一次側電壓供應有3,4百伏特(全晶體式是直接電瓶過來的12~15V), 再經過全晶體式二次側線圈高放大倍率後, 點火能量想必十分強大(跳火電壓不會到十幾萬伏啦....實際上跳火電壓要由足夠的點火能量來跨越火星塞的間隙跳火, 而其跳火環境會決定其跳火電壓, 例如間隙, 壓縮比, 油氣濃度, 溫度...etc, 一般正常跳火大約2,3萬伏特), 因此原本CDI低速或高速點火能量不足的現象可以改善, 因此有改裝Dink 250點火線圈的車友都普遍反映變好發動及加速變快, 特別是原本線圈已經老化的車, 效果明顯, 尤其是AC-CDI的車; 但是至於AC-CDI線圈發電量不穩定及電容高速充電不足的本質還是不會變!

因為效果顯著, 所以有一陣子化油器車子的車主, 全部都在瘋狂改裝這顆DINK 250點火線圈, 材料行還賣到缺貨, 甚至價格漲了好幾翻; 光陽一定非常納悶, Dink 250車子賣沒多少台, 但是點火線圈多賣了好幾倍!

CDI電容放電式點火線圈用在全晶體式點火系統上?
由於CDI電容放電式點火線圈放大倍率沒那麼高, 用在全晶體式點火系統, 有可能造成點火能量不足, 很容易火星塞跳火跳不起來! (Misfire)

開磁路式與閉磁路式點火線圈?
開磁路式點火線圈:(摘錄自網路)
開磁路點火線圈採用柱形鐵心,初級繞組在鐵心中產生的磁通,通過導磁鋼套構成磁迴路,而鐵心的上部和下部的磁力線從空氣中穿過,磁路的磁阻大,泄漏的磁通量多,轉換效率低,一般只有60%左右。

開磁路與閉磁路線圈購造圖

上述的DINK 250點火線圈, 中間就是一根鐵心外面纏繞1, 2次側線圈, 屬於開磁路式點火線圈, 由於鐵心的兩端磁力線從空氣中穿過, 磁路的磁阻大,泄漏的磁通量多,轉換效率低,一般只有60%左右。

閉磁路式點火線圈:
近年來,在汽車的電子點火系統中,採用了能量轉換效率較高的閉磁路點火線圈。與傳統點火線圈相比,其鐵心為一帶有小氣隙的「口」或「曰」字的形狀。初級繞組在鐵心中產生的磁通通過鐵心形成閉合磁路,減少了漏磁損失,所以轉換效率較高,可達75%。另外,閉磁路點火線圈還具有體積小、質量輕、對無線電的干擾小等優點。
原文網址:https://kknews.cc/car/5a8zxj3.html

進入噴射化以後, 由於電子零件系統增多, 以及後來的電磁波法規(EMI/EMC)的實施及加 嚴, 而點火能量增加及火星塞跳火時電壓2,3萬伏特, 是個非常嚴重的干擾源, 會影響到車上電器及無線電的運作, 因此後來又發展出閉磁路式點火線圈.

閉磁路式點火線圈特徵就是用”口”字型鐵心, 磁路在鐵心內形成一閉磁路, 另外電氣接頭也是用防水等級的車用接頭, 與開磁路式用的普通沒防水能力的平插接頭, 雖然加了橡膠套, 等級還是有差.

借用露天賣家機車材料王的照片

閉磁路點火線圈用"口"字鐵心及車用防水接頭(機車材料王照片)

防止二次跳火二極體
全晶體式點火線圈能量較高, 一般會在線圈上增加高壓二極體來防止二次跳火; 但是開磁路式的從化油器時代沿用過來, 沒有考慮到這樣的設計!!! 閉磁路式的設計是噴射時代才有的產物, 會去考慮電磁波干擾的問題, 因此大部分都在線圈迴路有加高壓二極體來防止二次跳火!

閉磁路火線圈一般會在線圈迴路加高壓二極體(H.V. Diode)來防止二次跳火

二次跳火的影響
除了對電器及無線電干擾外, 另一個比較嚴重的情況, 在某些情況下有可能會造成引擎爆震, 這邊指的並不是因為引擎本身壓縮比過高, 而使用低辛烷值的汽油而產生的爆震, 而是指在某些情況下例如空燃比較稀薄而燃燒速度較慢, 剛好燃燒室內的流場讓未燃燒油氣被二次跳火點燃, 就會形成爆震! 在行駛時, 除了爆震聲響j外, 加速亦會感到延遲!

正常點火與異常點火爆震

無高壓二極體的點火線圈一次側線圈電壓波形, 二次跳火震盪!

無高壓二極體的點火線圈一次側線圈電壓波形, 二次跳火震盪!

有加裝高壓二極體的點火線圈一次側線圈電壓波形, 可以防止二次跳火震盪!

加裝高壓二極體的點火線圈一次側線圈電壓波形, 可以有效防止二次跳火震盪!

閉磁路式點火線圈內的高壓二極體

閉磁路式點火線圈內的高壓二極體

車身電線配線:
     
  • 一般點火線圈於車身配線時, 系統設計都會要求點火線圈要遠離主配線, 但現在車身電裝設計, 好像也沒有遵照那些規定, 點火線圈就在主配線旁邊, 干擾很嚴重, 特別是用開磁路式點火線圈的車型, ex. G6 125/150, Like 125/150; 其他光陽車型以前還沒被Cost down所以都還是用閉磁路式點火線圈, 還好一點.
==> 加雙隔離訊號線, 可以確保引擎發動點火時, ECU與藍芽間通訊訊號不受干擾; 使用閉磁路式點火線圈, 加了這條線就OK了; 至於G6與LIKE, 要再往下看.

雙隔離訊號線

 
     
  • 2. 點火線圈的正電經過鑰匙開關, 與所有的正電全部串接在一起....點火線圈若要經過鑰匙開關控制的話, 大電流易干擾的要經過一個繼電器(Relay)隔離開來, 而不是省掉繼電器, 然後還把所有正電串接在一起, 大家一起干擾的概念....


一般車主==> G6/LIKE 因為是開磁路式點火線圈又無高壓二極體防止二次跳火干擾, 一般車主可以從電瓶拉一條線正電過來直接到點火線圈正電(點火線圈的黑色平插端子), 記得要加10A保險絲, 不要跟其它正電再經過鑰匙開關串接在一起, 將它隔離開來, 這樣搭配上述雙隔離訊號線, 即可在引擎發動點火情況下錄製資料進行後續分析.

經銷店家==> 至於經銷店家, 可以把藍芽連接器的正電退Pin(紅色線), 再用鱷魚夾直接接到電瓶正電供應藍芽電源, 這樣就可以對應所有車型發動中進行診斷及錄製資料分析

經銷店家, 可以把藍芽連接器的正電退Pin(紅色線), 再用鱷魚夾直接接到電瓶正電供應藍芽電源



後記: 幫人擦屁股還真累....車厰省點小錢, 設計的人也不懂得原理, 就給你瞎搞一通....