Porsche 993 (5)：點火系統及汽門控制系統分析 @ 曾教授與古董保時捷

本文會以993為例，來介紹993點火系統及汽門控制系統

首先介紹點火系統及汽門控制系統整個流程簡圖：

粗黑箭頭代表著這些元件是以機械方式所連結帶動，細箭頭是訊號傳遞方向，至於橘色部份代表活塞汽門在引擎內部，而曲軸和凸輪軸正是帶動活塞汽門運轉的元件。為了控制汽門、活塞和火星塞點火在適當的時機，曲軸、凸輪軸和爆震感知器分別會傳訊號給ECU，ECU再傳回至各部件以達成控制的效果。以下是各部件的介紹：

1.鑰匙開關與啟動馬達

圖1.鑰匙開關的位置

圖2.啟動馬達的位置

保時捷993是後置引擎，因此啟動馬達的位置跟其他一般車種不太一樣，會放在後面，這樣利於與飛輪和曲軸連接。

圖3.保時捷993之鑰匙開關以及啟動馬達

圖4.鑰匙開關到啟動馬達電路圖

993的啟動馬達方式與一般車沒有太大差別。當點火開關從IG扳到ST的時候，電瓶的電會接通(藍線)，在變速箱那邊分為兩種：若是自排變速箱（綠線）其空檔是個開關，意指若沒有排到空檔則無法啟動引擎，算是個安全裝置，而手排（紅線）有些也會加入空檔開關以防爆衝。到了啟動繼電器後，繼電器電磁線圈會通電產生磁場吸住繼電器開關形成通路（黃線），啟動馬達在那一瞬間通電後開始運轉，直到鑰匙接到off才會停下來。

2.飛輪

圖5.飛輪位置

圖6.993之飛輪

飛輪是用來連接曲軸和啟動馬達的元件，除了這功能之外，他還扮演了擔任曲軸感知器的角色

3.曲軸及凸輪軸感知器

由上圖可以看到，紅色圈起來的地方是曲軸，控制各汽缸的活塞作用時機，黃色的地方是凸輪軸，控制汽門的開關，綠色圈起來的地方即是曲軸和凸輪軸的連接方式：傳動皮帶。既然是以皮帶做傳動，當引擎用久了，一定會有振動、摩擦等等因素，導致凸輪時間和曲軸時間不能配合，因此需要兩者的感知器來做微調。

圖7.曲軸位置

飛輪是帶動曲軸的元件，所以曲軸和飛輪的轉動可以說是同步的，因此，量測曲軸位置不如量測飛輪的位置。如上圖所示，從飛輪的方向看過去，曲軸的方向和紙面垂直，曲軸上面帶動活塞，曲軸感知器就設在飛輪旁邊。將飛輪預留一個缺口，當飛輪在轉動時每對到感測器一次，就會產生磁場變化，而輸出交流電壓波（ＡＣＶ），進而控制點火供油，也提供作訊號為電腦控制點火提前角度的資料。

圖8.凸輪軸位置

圖9.凸輪軸位置感知器之正時盤

正時盤(timing disk)上的凹凸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ECU。這電壓脈衝，是根據凹凸口的大小不同，判斷應該點火的線圈，重新設定而作適當的點火程序。

3.點火線圈

在鑰匙開啟的那一剎那，除了開啟啟動馬達之外，還啟動了另一樣東西，就是點火線圈，觸動開關後電流流過點火線圈，到之後一連串的作用，下面即將介紹：

圖10.點火線圈之位置

圖11.993點火線圈之外觀

圖12.傳統白金點火之構成元件

一剛開始點火開關啟動時，電流走藍線路徑經過白金接頭之後連到地，形成通路。當凸輪轉動帶動白金接頭跳開時，原本流經一次線圈的電流就會斷電，這段電產生感應磁場，讓二次線圈產生感應電壓，因為匝數不同，產生的電壓會大於原本的電壓好幾百、幾千倍，這高壓電經紫色路徑傳到分火頭後，因為分火頭也是凸輪軸帶動，所以這好幾萬伏特的電就能傳到不同的火星塞去。

4.分電盤

圖13.分電盤之位置

圖14.993的分電盤

圖14是分電盤的外觀，我們可以看到分電盤蓋上面有很多的接頭，除了跟不同數目的火星塞有關之外，點火時間不同也能增加接頭的數目。

5.高壓線圈及火星塞

圖15.993高壓線圈位置

圖16.993火星塞的位置

高壓線圈收到從分電盤來的電之後，將電傳至火星塞。這裡因為保時捷是六汽缸引擎，火星塞3個為一組分配在兩側，附在引擎汽缸內，所以位置才以圖21這樣呈現。

圖17.993高壓線圈以及普通火星塞

分電盤的電經過高壓線圈之後，達到火星塞，其電壓經過中央電極，遇到0電位的接地電極，電壓會擊穿火星塞空氣間隙，產生電弧，達到點火效果。

5.爆震感知器

圖18.爆震感知器之位置

因為爆震感知器和汽缸是連在一起的，跟火星塞位置差不多，所以他們的位置圖也一樣。

圖19.爆震感知器外觀及作用圖

引擎產生爆震有下列幾點原因：1.點火角過於提前2.引擎過度積碳3.引擎溫度過高4.空燃比不正確5.燃油辛烷值過低。後面四項經過保養和加不同的油種可以獲得改善，但是點火角過於提前若人工調整太費時而且麻煩，所以交給ECU處理。

爆震的英文是Knocking，及敲擊的意思，所以爆震時引擎會產生敲擊聲。輕微不連續的爆震聲音相當清脆，有點類似輕敲三角鐵的聲音。而嚴重且連續的爆震時，引擎會有「哩哩哩」的聲音，此時引擎也會明顯的沒力。

現在許多車廠為了將引擎壓榨出最大的性能及降低油耗，通常會把常用轉速域的點火角設定的比較提前，所以有些引擎在2000至3000轉間負荷較大時，難免會有輕微的爆震，然而輕微的爆震對引擎不會有太大的影響，車主也不用過於擔心。但是若因為引擎出問題所產生的爆震，如嚴重積碳或散熱不良等，這種爆震通常很嚴重，如果是在高轉速高負荷發生連續且嚴重的爆震，不出一分鐘，輕則火星塞及活塞熔損，嚴重的甚至連汽缸及引擎本體都會炸穿。

最立即且有效抑制爆震的方法，就是延後點火提前角，降低燃燒壓力。所以爆震感知器作動原理，是當偵測到引擎爆震時，則將點火提前角延後到不會爆震的點火時機，待引擎不爆震時，再慢慢的將點火提前回復。爆震感知器是利用一加速度感測器來量測引擎的加速度變化，也就是震動。工程師在調校爆震感知器時會把爆震的震動模式寫入ECU中，一旦爆震感知器偵測出該震動模式，ECU則判定引擎爆震，隨即延後點火提前角。目前較先進的爆震感知器甚至能判定是哪一個汽缸爆震，而針對該汽缸個別延後點火提前角。

點火系統及汽門控制系統總成：