曾教授與古董保時捷

Chapter 6.電子學與電子點火

6.1   電晶體介紹

6.2   半晶體點火系統

6.3   全晶體點火系統(video1)

          a)電容放電式點火系統

       b)感應放電式點火系統

6.4   無分電盤點火

6.1電晶體介紹

Fig. 25.43 Current flow in transistors

電壓放大器（voltage amplifier）

   有些汽車系統感測器所產生的輸出訊號是很微弱的，這些微弱的訊號會藉由提高電壓而被放大，使得他們更容易被車輛系統讀取。例如一個讀取車輛排氣中的氧或來自電子馬達的扭矩的量的感測器，可能需要一個電壓放大器，以獲得足夠的電壓來測量接收的信號。

Fig. 25.45 Darlington pair

  

 

   

 

 

(b)接點分開時的作用

如圖17所示，當白金接點分開時，Tr1的射極、基極電流中斷，則Tr1 OFF，Tr1 OFF時，連帶的Tr2也OFF，使得點火線圈中低壓線圈的電流中斷，進而高壓線圈感應產生高壓電。

6.3全晶體點火系統

全晶體與半晶體的差異點是，在半晶體點火系統中，還有機械控制的白金接點，因機械損耗不可避免，為使保養次數降低，故全晶體點火系統使用感應裝置來取代白金接點。

全晶體控制通斷的線路也是在低壓線圈之前。不同於傳統白金接點式和半晶體式點火系統，全晶體式點火系統的感應電壓步驟中，不需要用到“崩磁”，因為全晶體在低壓線圈之前的電路中有安裝了升壓電路，可使高壓線圈感應足夠的電壓，故不需經過崩磁即可跳火。

圖為Benz 利用全晶體電容放電的車款，車尾標有“CDI”字樣。

a)電容放電式點火系統

觸發器信號使電容放電至一次線圈，而使二次線圈產生高壓電。

其結構圖如下，由震盪器、變壓器、整流粒、SCR矽控整流器、及一組磁波發電機所組成。

重要元件說明

(1)  SCR元件(點火器) 的構造和原理

 矽控整流器(Silicon Controlled Rectifier)，簡稱SCR，是一種三端點的閘流體(thyristor)元件，用以控制流至負載的電流。SCR的電路符號如圖所示，其中A極是陽極(anode)、  K是陰極(cathode)、G是閘極(gate)。

SCR元件的構造和原理

閘極(G)的電壓必須比陰極(K)高，才會形成P-N順向導通，這時若陽極(A)的電壓大於陰極(K)，就會如同二極體一般的導通。

i.正偏壓(正脈衝信號)：導通       

ii.負偏壓(負脈衝信號)：不導通

(2) 升壓電路作用原理：

其作用原理與點火線圈的原理差不多。

從電池出來的電壓約12V，經過升壓電路之後約可提升至300V儲存在電容之中，再根據SCR的訊號來進行充放電。

(3) 磁波發電機

i.構造

包含一固定之永久磁鐵及感應拾取線(pickup-coilAssembly)與一轉動磁阻器或稱正時鐵芯(Trigger Wheel)，以正時鐵芯代替凸輪，以感應接收線圈代替白金。

ii.原理

其運作流程如下圖，當信號轉子旋轉時，會順著(a)à(b)à(c)à(a)的順序來動作。其原理是利用改變信號轉子凸起部與支架及磁鐵間的空隙，使流通的磁力線數目跟著變化，因為磁力線的變化，使拾波線圈感應之電壓也隨著變化。

圖(a)：當凸起部即將接近線圈中心支架時，這時的磁阻最大，故磁波線圈感應電壓最高

 圖(b)：當凸起部與支架中心正好對齊時，這時磁阻最小，拾波線圈沒有感應電壓。

圖(c)：同圖(a)的原理，但是產生的電壓為反相的負偏壓。

(a)、(b)、(c)三張圖對應下方高、低速時的電壓變化

作用原理

i.  引擎未運轉時

點火開關“ON”，引擎未運轉，分電盤不轉動，則磁波線圈不轉動，此時SCR不通，直流電直接充入主要電容器內。

ii. 引擎運轉時(磁波線圈正脈衝信號)

引擎運轉發動，磁波線圈觸發器首先感應產生正脈衝信號，促使SCR導通，則主要電容器內的電壓放電至初極線圈，因而使次極線圈感應產生高電壓，火星塞跳火。

iii. 引擎運轉時(磁波線圈負脈衝信號)

此時磁波線圈觸發器極頭離開磁鐵感應產生負脈衝信號，此時SCR不導通，電容器呈現充電狀態，準備進行下一次放電。

b)感應放電式點火系統

透過信號產生器產生信號，以切斷一次線圈電流，使二次線圈產生高壓電。

重要元件介紹

I.信號產生器

分電盤中的信號產生器的不同可分為

(1)磁波發電機式(Magnetic Pulse Generator) 信號產生器。

(2)霍爾效應元件開關(Hall-effect switch)信號產生器。

(3)光檢波式(Optical Light Detection)元件信號產生器。

2.霍爾效應元件開關

i.構造

利用一霍爾效應感知器(Hall-effect sensor)(又稱磁極感知器)及一永久磁鐵，通常可安裝於分電盤中

i.作用原理

 (1)霍爾效應開關可根據磁場的有無，來供應霍爾效應電壓接通或切斷。

 (2)有一磁場切斷器(有閘門及窗口之圓盤)(又稱為遮蔽器)是隨分電盤軸旋轉的可遮斷永久磁鐵的磁場經過霍爾效應開關。

 (3)當磁場切斷器中的閘門(Shutters)圓盤隨分電盤軸旋轉，而遮斷永久磁鐵的磁場經過霍爾效應感知器(hall-effect sensor)時，則無霍爾效應電壓，故可提供一信號給電腦或ECM。

 (4)磁場切斷器內閘門及窗口的數目與引擎的汽缸數相同。

3.光檢波式

i.構造

利用一發光二極體(LED)(light-emitting diode)及一感光之光電晶體(photodiode)以產生電壓波信號，通常使用二組，可安裝於分電盤中。

ii.作用原理

 (1)當LED之光束射向光電晶體時，可產生一光電壓；而光束切斷器(有槽之圓盤)是隨分電盤軸旋轉的可遮斷光束，其槽數與缸數相同。

 (2)因此可提供電晶體控制組一個開或關的信號 ，使電晶體產生效用，進而控制發火線圈之充放磁而產生高壓電。

 (3)信號可提供引擎速度與曲軸柄位置給電腦或ECM，進而可控制燃料噴射、點火正時、惰速的依據。

 (4)此式在低轉速時可提供更可靠之信號，比磁波發電機及金屬檢波器要好。

II.  ECU和電晶體電路介紹

ECU會依據引擎進氣量及轉速決定點火提前角度(如圖)，再依據節氣門位置、水溫感測器、爆震感知器等信號決定點火時間。

電路與作用原理

i. 引擎不運轉時

信號產生器無電壓脈衝時，則ECU無法驅動電晶體(OFF)一次線圈不產生充磁，以避免發火線圈燒毀。

ii. 引擎運轉時

當引擎運轉時，信號產生器產生一電壓脈衝，以控制電晶體電路的流通。

信號產生器產生訊號時：則ECU驅動電晶體，導致低壓線圈有電流經過而產生電壓

當低壓線圈產生電壓時，則高壓線圈因變壓器原理而感應高電壓，再將高壓傳遞到分電盤使活星塞跳火。

6.4 無分電盤點火

由車上各個感知器信號來告知電腦控制器或ECU目前車輛或引擎運作的情形，來判斷點火的時刻。一般可分為雙輸出端點火系統和直接點火系統

(a)雙輸出端點火系統

(i)感測器與飛輪位置

(ii) 作用原理：

i.引擎運轉時，信號產生器產生一電壓脈衝，且各種感知器提供引擎各種的狀況，再由電腦來控制電晶體的通路或斷路，控制低壓線圈充磁或不充磁來使高壓線圈產生跳火，並適時做點火提前。

ii.一線圈可同時點燃兩個火星塞，在同時兩個活塞相對缸中實施，剛好輪到排氣行程的的該火星塞產生的火花不具點火的功能，所以做無效火花點火(waste-spark)，而另一個在壓縮行程的火星塞則做有效火花的跳火，來點燃混合汽產生動力。

(b)直接點火系統

作用原理：

構造如圖，可依照不同感知器傳回來的信號，來控制點火時間的早晚。點火的組件與同時點火不同的是一個點火線圈對應一個火星塞而構成迴路，仍是由電腦或ECU來控制電晶體電路，使點火線圈低壓線路導通或斷路。

作用原理：

i.引擎不運轉，信號產生器不產生電壓脈衝，則一次線圈不產生充磁。

ii.如圖24、25，信號產生器產生一個電壓脈衝，且各個感知器提供引擎運作的狀況，再由電腦或ECU來提供電晶體電路的流通，控制低壓線圈充磁或不充磁來使高壓線圈跳火。