曾教授與古董保時捷

Chapter 5.基本電學與
機械點火系統介紹

 

 

 

5.1 點火系統簡介與概述

5.2 基本電學原理

5.3 重要元件介紹

 

 

 

5.1  點火系統簡介與概述

 

 

概述

 

 

一般的引擎必須依賴高壓電火花來點燃混合汽，使引擎能運轉，所以除了柴油引擎之外，其他的引擎都必須有一個點火系統來輔助混合汽點燃。

 

 

 

點火系統是以數千伏特以上之高壓電跳過火星塞支電擊間隙產生火花，此火花將以壓縮之混合汽點燃，形成一火焰核，再迅速的擴大波及整個燃燒室以產生快速的燃燒，而使氣體迅速膨脹，推動活塞，產生動力。

 

 

點火系統的歷史

 

 

引擎最早的點火裝置為1893年德國人波細所發明的磁電機系統，利用發電機原理產生高壓電，且有不需要電源及引擎轉速越快火花越強的優點，但是磁電機因發動引擎時的火花微弱，啟動困難，現代的汽車多已不採用。

  

 

西元1908年，美國人卡特林發明電瓶點火系統，使用點火線圈之電磁感應，以產生高壓電。其因為性能可靠，引擎容易起動，因此過去60年的汽車之點火裝置都使用此種引擎。

 

 

 

 

點火系統分類

 

 

 

 

註：半晶體式點火與全晶體式點火最主要的差別在於有無白金接點的使用。

 

 

 

點火的原理與工作流程

 

 

(1)最基本的組成如下圖

 

 

 

可分為五個部分

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2)傳統白金式點火結構如下

 

 

 

 

 

在傳統白金接點式的點火系統中，有兩個很重要的元件，一個是點火線圈，一個就是分電盤的開關部(斷續部)以及分火頭的部分，下面將對其做介紹。

 

 

5.2 基本電學介紹

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22 x 10 ± 1% = 22000 ± 220 Ω

 

 

 

Example 25.2. Resistors in series

 

 

  Fig. 25.7 Resistors in series

 

 

 

 

Example 25.3. Resistors in parallel

 

 

  Fig. 25.8 Resistors in parallel

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Example 25.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

電容的串連與並聯

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

例如在高電壓的電源供應器中，可以用三個最大電壓600V的電容器串聯。由於每個電容器只需承受總電壓的三分之一，因此串聯後的電容器可在1800V的電壓工作，而串聯後電容只有個別電容器的三分之一。所以電容串聯雖然可以增加耐壓，但電容量也相對的減少許多。

 

 

電容濾波是最常見的濾波電路，只要把濾波電容並聯在整流電路的輸出端跟負載之間即可。電容在這邊的角色是當作儲能的元件，當訊號較大時，電容器可以儲存電荷能量、當電源訊號變小時，原先儲存在電容器中的能量可以繼續銜接輸出，供應給負載穩定的直流電壓。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

當手指置於感測器時，感測器的計數會上揚，微控制器再進一步的判斷訊號，並計算出手指的接觸位置。

 

 

 

電容式觸控感測可應用在：智慧型手機、平板電腦、ATM、車用觸控面板…等等。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

感應電壓原理

 

 

 

  

Fig25.16.  Magnetic field around a straight conductor

 

 

 

  

Fig.  Current entering and leaving a conductor

 

 

 

 

 

當磁通量隨著電流改變而產生變化量時，亦可寫成

 

 

 

 

楞次定律(Lenz's Law)

 

 

線圈中所產生感應電流的方向，是想讓所產生的磁場能夠阻止線圈中磁通的量變化。

 

 

   

 

 

愣次定律實驗

 

 

當磁鐵自鋁管中落下時，鋁管視同為感應線圈，會產生感應電動勢及感應電流，此感應電流的磁場會與抵抗落下磁鐵磁場的變化，使落下的速度變慢。

 

 

 

 

重要元件介紹

 

 

1.點火線圈(Ignition coil)又稱發火線圈，如同一變壓器，可將電瓶中12V的電

 

     壓轉變為足以跳過火星塞間隙的25000V的高電壓，構造如下圖所示。

 

 

 

i. 外表有兩個低壓線頭(標有 +、- 接線符號)，及一個高壓線頭。

 

ii. 內部有一低壓線圈(Primary circuit windings)又稱初級線圈，及一組高壓線圈(secondary circuit windings)又稱次級線圈。

 

 

 

iii. 低壓線圈的匝數較少，大約為200~300圈，其兩端分接於兩個低壓線頭上。高壓線圈匝數約為20000~30000圈，其一端接於低壓線圈之一頭，另一端於高壓線頭上連結分火頭。

 

   

點火線圈感應電壓

 

 

 

 

若將愣次定律改寫成

 

 

 

則

 

 

 

電流切斷的速度越快(時間短)，或電流變化越大，則感應的電壓越高，圖為白金接點的  低壓線圈感應電壓與電流的關係特性圖。

 

 

接合：白金接點接合的瞬間，因電流進入線圈中，此時線圈會產生一與電流流向相反的感應電動勢來阻止電流增加(冷次定律)，故電流需要延遲一段時間才能達到最大值。所以一開始的感應電壓值很小。

 

 

斷開：在白金接點斷開的瞬間，電流迅速消失，故線圈產生一與電流流向同向的感應電動勢，此時電流變化率大，所以產生的感應電動勢也大。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(ii) 高壓線圈的感應電壓

 

普通點火線圈的高、低電壓線圈匝數比約為100~250：1，故高壓線圈的感應電壓約為低壓線圈感應電壓的100~250倍；所以當低壓線圈因白金接點突然斷路時的自感應電壓約為250V時，則高壓線圈的感應電壓就可產生至25000V的高壓電。

 

 

   

 

 

2. 分電盤功用：a.為接通或切斷低壓電路之開關。

 

                                  b.將高壓電依點火順序，分送至各缸火星塞。

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

白金接點點火作用原理

 

 

過程可以分為兩個部份來解說，一是凸輪未將白金接點頂開時、一是凸輪將白金接點頂開時。

 

 

 

(a)凸輪未將白金接點頂開時：低壓電路(初級電路)

 

 

 

 

 

(b)凸輪將白金接點頂開時：高壓電路(次級電路)

 

 

 

 

i 高壓配電機構(配電部)

 

功能為點火順序將點火線圈產生的高壓電分送至各缸火星塞。

 

 

ii 開關低壓線圈電流機構(斷續部)

 

由分電盤凸輪、白金組、電容器組成功用為接通或切斷點火線圈的低壓線圈部分電流，使高壓線圈產生高壓電。電容可保護白金接點不致燒壞。

 

 

 

iii 驅動機構(驅動部)

 

分電盤軸是由引擎凸輪軸上的齒輪直接或間接驅動。

 

 

 

 

分電盤爆炸圖