曾教授與古董保時捷

一、何謂無分電盤獨立式點火系統？

無分電盤獨立式點火系統簡單示意圖

之前介紹了供油、進氣與排氣系統，當上述系統完備時，現在讓我們回過頭來看引擎是如何發動的。點火系統是用於點燃燃料與空氣混和的系統，一般我們分為機械式與電子式感應點火，然而，為了解決機械式點火容易耗損、不精準等相關缺點，電子點火系統於現今大量被使用。電子點火系統簡單的說，就是利用中央電腦ECU去判斷各個感知器的訊號，藉此決定是否予以點火線圈訊號。而在此我們將介紹保時捷_996專屬的無分電盤獨立式點火系統。

過去與現今有無配電盤點火對比

無分電盤獨立式點火系統示意圖

若點火系統無分電盤，故分電盤上的信號產生器由曲軸柄位置感知器及凸輪軸位置感知器來取代，而得知引擎位置及點火信號後，一般採用電腦制電晶體電路來點火，其中一組點火線圈對應的一個汽缸來點火，如圖。

無分電盤獨立式點火系統運作模式是由電腦或ECM依照感知器的訊號來控制點火時間的早晚。而組件由自耦式一次線圈、二次線圈組成，兩個線圈對應一個火星塞構成迴路。於此，仍然由電腦或ECM控制電晶體電路，使點火線圈低壓線圈導通或斷路，高壓線圈則產生高壓。

 無分電盤獨立式點火系統平面圖

運作原理：

一、       當引擎熄火，信號產生器便不產生電壓脈衝，如此一次線圈就無法充磁，如此可以避免點火線圈燒毀。

二、       熄火時的能量會先存於點火線圈中的一次線圈，再由電腦或ECM來一次線圈崩磁，使二次線圈產生高壓電。

三、       當引擎運轉時，信號產生器便會產生電壓脈衝，並且各種感知器同時也會提供引擎各部份的情況給ECM，ECM便可以控制電晶體電路的流通，控制點火線圈。

四、       ECM訊號若感知可以點火，便會利用控制線圈的充磁或不充磁促使使高壓線圈產生跳火，並適時的讓點火提前，讓一個線圈點燃一個火星塞跳火。

五、       火星塞點火，便可以讓汽缸內燃料與空氣燃燒，啟動引擎。

二、點火系統車體位置圖

感測器相對位置

三、點火系統所需感知器介紹

1.曲軸位置感知器(Crankshaft position sensor)

996系列_Cerrera車款之曲軸位置感知器

曲軸是活塞引擎中，能夠將活塞來回運動的動能直接轉為旋轉動能的零件。曲軸主要由一根能夠產生旋轉的長軸構成，將來回反覆的上下運動轉換為旋轉。曲軸位置感知器即是在進行選轉運動時，將引擎曲軸的轉速訊號及曲軸轉角位置的訊號提供給ECM的零件。

曲軸位置感知器示意圖

上一段所說的訊號傳遞，基本是由曲軸位置感知器(crankshaft position sensor)、隨曲軸旋轉的正時盤(timing disk)和脈衝環(pulse ring)所組成，而曲軸位置感知器可以用磁力線圈(霍爾效應)來感測，而正時盤或脈衝環上有配合引擎曲軸位置的數個凹凸口。

霍爾感測器的電路圖

曲軸位置感知器訊號

曲軸位置感知器訊號的產生，是因應隨曲軸旋轉的正時盤(timing disk)或脈衝環(pulse ring)上的齒或凹口，當它們各自曲軸位置感知器對齊時，即會產生電壓脈衝給電腦或 ECM。信號中便可以提供曲軸的速度及轉角位。 

2.凸輪軸位置感知器(Camshaft Position Sensor)

Porsche_996之凸輪軸位置感知器

Porsche_996之凸輪軸位置感知器

凸輪軸同樣跟曲軸一樣，屬於引擎裡活塞的零件。它的作用是來控制氣門的開關行為。不管在四或二衝程的引擎內，凸輪軸的轉速非常高，同時需要承受相當大的扭矩。而凸輪軸感知器就會隨著曲軸帶動凸輪軸，而作為每次點火循環啟動的信號依據。

996_GT2_timing disk

凸輪軸的訊號產生是由凸輪位置感知器(camshaft position sensor)、隨凸輪軸旋轉的正時盤(timing disk)所組成，跟曲軸訊號產生很類似的，凸輪軸位置感知器依然使用磁力線圈(霍爾效應)來產生訊號，正時盤上有配合引擎汽缸位置的凹凸口槽，上圖可以清楚看見。 

凸輪軸位置感知器示意圖

與曲軸位置感知器相同，當凸輪軸旋轉的正時盤上的凹口與凸輪軸位置感知器對齊時，即會產生一電壓脈衝給電腦或ECM。所以，引擎曲軸兩轉，凸輪軸感知器可提供電壓脈衝，可根據凹凸口的大小不同，而識別出第一缸活塞位置，以此可確定要點火的線圈，重新設定而作適當的點火程序。

霍爾效應所感測的訊號

三、火星塞介紹

PORSCHE_911、944、986、996專用BOXSTER_CAYENNE火星塞

一般來說，引擎運作的四個進程「進氣、壓縮、爆破、排氣」是不可或缺的，倘若少其中一項，引擎就無法啟動。此處要介紹的火星塞則擔任點火爆炸的重要工作。

當高壓導線將極高的電壓送至火星塞時，造成火星塞的兩個電極間極大的電位差，導致兩極間隙間原本無法導電的空氣成為導體，電流便以離子流 (Ionizing Streamers) 的方式由一個電極傳至另一電極，產生電弧 (Electric Arc) 來點燃引擎是中的油氣。

Porsche_996維修手冊中火星塞於引擎相對位置圖

火星塞（Spark Plug）顧名思義就是個塞子，換句話說，他會把引擎燃燒室給堵住。火星塞的原理來自於，當高壓電經過它，電流從電極間跳過並產生強熱火花時，火星塞就會點燃汽缸內燃料與空氣的混合氣體，產生爆破能量，如此就將引擎給推動。行程重複時便會往復產生這個爆破程序。我們可以發現，火星塞產生爆破，還得承受不同的能量，例如：氣壓的壓縮、點火爆破的能量、2萬至3萬伏特以上的高電壓與超過2000度的燃燒溫度，而且有內燃機引擎每分鐘幾千轉的運作消耗。

火星塞內部圖

參考資料：

1.部落格：曾教授與古董保時捷<汽車學教室講義>。高雄：中山大學機械與機電工程學系。

2. 國外保時捷研究網：http://www.jimellisporscheparts.com/

3. 外國保時捷零件採買網站：http://www.pelicanparts.com/

4. 汽車教學講義：http://www.tyai.tyc.edu.tw/am/mtkao/file/car/e/car-e10.pdf

5. 汽車零件網站：http://www.bbexhaust.com/car/911/

6. 汽車零件網站：http://www.thvs.tp.edu.tw/5/engine/4/2/4-2-1.html

7.汽車教學講義：http://www.tyai.tyc.edu.tw/am/mtkao/file/car/a/car-a10.pdf