点火器原理

一、摩托车点火器的历史
有很多人在说直流电感点火的好处,但本人遇到的实际应用却效果很烂;于是突然对点火器来了兴趣,迅速展开研究,希望可以搞出一种使用12V电源的简易电感点火器。做事首先要过理论关,这是我的惯例;如果事情真正存在,就一定有其相应理论;如果某件事情在理论上不过关,再去努力也是类似搞永动机那样的徒劳。在几位高人的热心帮助下,初步掌握了点理论计算方法。(这些公式在物理教科书上也有,但那些鸟书不是自学教材,是些不带符号解释、不带举例计算说明的教学道具,教书匠赖以糊口讨生活的饭碗,不给老师交学费就如看天书。)然后又在版面上紧急呼吁,征求到高压包的样品,两天内做了N多测试和改动实验。
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先简述高压包的电感作用:〔感应电动势与改变电压〕
火花塞在1mm间隙的电极上跳出电火花需要上万伏的超高电压,最早的点火器是利用电感高压包切断电流激发出超高电压。高压包本身是个利用电磁感应的变压器,当初极线圈有了上百伏的电动势后,(约十伏电压瞬间断电所为)次极线圈就会将其“放大”百倍,感应出上万伏的电动势,在火花塞的电极上跳火。
塑料提手所以,做为依靠磁场做电磁/磁电转换作用的高压包,一定要有比较大的磁感效率,初极与次极线圈,也必须有足够的绕线匝数。但最近几年,某些车种的配件越来越偷工减料,当初在挂档车上有鹅蛋那么
大的高压包,最后在踏板车上竟然萎缩到核桃大小;经测试发现电感量小了很多,点火能力也就缩水很多。
简述早年电感点火的基本模式:〔摩托电感点火器的第一代?〕
早年的摩托没有现代电子技术,要想产生高压电,只能依靠电磁感应原理。通常是用蓄电池在高压包的初极线圈上提前接通大电流,当曲轴点火凸轮旋转到点火位置时,电流开关上的白金触点被点火凸轮挑起分开=迅速切断电流;突然间的断电使高压包初极线圈的磁场发生突变,被感应出十倍以上电压的电动势,次极线圈就被感应出上万伏的超高电压,送往火花塞打火。
朋友帮忙到了750三轮摩托上的高压包,是只比大号电池手电筒还要粗大的家伙,还特沉重,拿在手里的感觉犹如一枚60炮蛋。现在有些摩托新出的电感高压包也还是这种激发模式,但其外形已经袖珍、轻巧很多。例如某种配置直流点火器的新款电感高压包,其初极阻抗据说有6毫亨,直流阻抗为4欧;若接通12V蓄电池,初极线圈中电流最大值可到3A,理论全额电能应达27mJ。但在实际测试中,通常切断3V电压=不到1A的电流,就可见到火花塞有微弱电火。智能水刀
电感点火也分直流与交流两类,直流的点火系统是使用车中电瓶,耗电量类似一只几十瓦的灯泡,所以过去有一停车就及时关闭电锁的要求,以免将蓄电池的电
能白白损耗。交流的点火系统是在磁电机里有点火线圈,在发动机转动时对电感高压包进行充电;到接近活塞上止点的点火时机,主轴上的旋转凸轮顶起白金触点,断开电感高压包的电流,电感高压包被突然断电感应出上万伏的超高电压,给火花塞实施打火。
半导体时代的电感点火模式:〔摩托电感点火器的第二代?〕
在上个世纪的七十年代,半导体三极管、可控硅之类的电子技术在我国蓬勃发展。(当时的年青人流行自己装半导体收音机、晶体管音响、黑白电视机~~~。工厂里则利用半导体电子技术大搞技术革新,一个肥皂盒里面的晶体管电路就可轻易取代一只电器柜里面的电子管和继电器,让老师傅与老工程师们看得目瞪口呆。)但电子技术在我国摩托车点火系统上的应用,进展的却十分艰难;当时许多传统观念还很顽固,许多电气权威把半导体电子技术当作是年轻人的玩具;再加上国内十年蚊革内乱,我国摩托车上正规电子点火器的产品,还是到八十年代才开始普及,这时已经比海外落后了N多年。
当初最早做法,是将原来控制电感高压包电流的白金触点开关改做晶体管电路信号电流的接触开关,不再通过几安培那么大的电流。给电感高压包导通几安培电流的事,交给大功率半导体三极管去做。两级半导体三极管的电流放大能力有上千倍,这样一来,原车点火触点上的电流小了一千倍,电流触点的使用寿命因此而延长了几十倍。点火触点不可靠、需要经常清理的烦恼突然消失,这门精细的行
业技术顿时遭到冷落。此举是电子技术在发动机点火器上的首次应用,从当时的使用效果上来讲,比使用传统大电流白金触点电流开关要可靠耐久。虽然此举也还未脱离机械零件反复运动的方式来触发电路开关,但以其性能效果,可以说是电感点火器历史上的首次重大革命,其实际性能好过二战期间的任何军用发动机的技术层次。
无触点电子电感点火器时代的开始:〔摩托电感点火器的第三代?〕
还未等所有的摩托行业与使用者接受上述的“电子电流开关”式的电感点火器,相关技术人员就发现半导体三极管的放大能力还有很大潜力,完全可以取消容易磨损、精度不高的机械电流触点,靠相互不接触的磁感线圈做点火器的触发传感器,使得电感点火器进入了一个彻底无机械磨损的时代。
减速电动机最早有人用录音机上的录音磁头做三极管电感点火电路的触发传感器,后来开始有了摩托车上专用的磁感触发传感器和磁电机飞轮上的圆柱形触发凸台,摩托车上的无触点电感点火器才开始普及推广应用。直到现在已近三十年了,有些大排量摩托车和三轮摩托还在使用这类看似比较原始的无触点电感点火器。这类定角点火电路非常简单:就是使用两~三只三极管,将磁感触发传感器靠近触发凸台时输出的电脉冲信号直接放大。当电流的变化率到达某一程度时,就是不搞专门
的截止电流措施,电感高压包也是可以输出高压电给火花塞打火的。这样简单的电路还有个好处,飞轮不转=电路无电流输出,可以自动节电。
(在早期内燃机车电火花点火系统中,以电感高压包断电产生高压电为最主要的点火模式,还有过些其它模式的点火方式,其原理基本上都是应用磁电机的电力,只是应用技巧上与传统的电感高压包断电模式有点区别。因不是点火方式的主流,而且也都落后过时,在此不一一赘述。)
二、摩托点火器的近代革命---CDI技术篇
高压电容可控硅点火器垄断摩托行业的点火器时代:〔摩托点火器的第四代?〕由于国内的十年内乱,我国早先不亚于海外多少的电子、激光、射流、超声波、半导体~~~等高新技术被耽搁了贰拾多年,再加上这些年的动乱严重打击了国内的技术人员,以至于以后很长时间都出不了什么自己的技术。就连上个世纪五十步年代制定自行车、闹钟~~那样简单的民品统一国标都做不到,就更不谈能统一点火器技术、发动机标准和MT车款。整个MT车行业到了后来,几乎都是跟在海外倭人的PG后面走。关于可控硅在摩托车点火器上的应用,当初也是有不少阻力,特别是在克服传统观念和社会舆论方面,当时是费了很大的劲。查阅MT资料可见,几乎整个九十年代所有摩托车书刊,都还在津津有味地拿“无触点”点火器说事,时常推出些很简陋的“新款点火器”电路图。现在再翻阅当年那些摩托书刊,有关摩托点火器方面的内容,对于无触点点火器大讲特讲,就象是早年搞阶级教育对比新旧社会那样。而实际上呢,那些东东现在看来,也不过就是我们现在最常见的、理所当然的、毫不起眼的、最流行、最普通的〔CDI〕交流点火器。交流点火器的电路原理比前面几代电感点火器用电流“碰一下”电感高压包的原理复杂些,无论是电路、零件、配件~~~都有不少变化。其基本电路模
式是:在磁电机里面增加了一组绕线匝数较多的高压交流线圈,可以发出比低压线圈高十倍的高压交流电。这是给点火器里面的蓄能电容充电用的,通常可以让点火器里的蓄能电容充电到100~400V。这样一来,磁电机或蓄电池就不用每次都“临时”给高压包提前通电,而是先将电能储蓄在高压电容里面,到磁电机飞轮旋转到触发凸台靠近磁芯传感器时,产生微弱电流的触发信号将点火器内的可控硅触发导通,高压电容里储蓄的电能才被释放到高压包去。
这种利用电容储蓄电能/可控硅放电来激发高压包的电路模式有N多好处:1、电容储蓄电能的时间长损耗小,其电路比早期的电感模式节电。(节电就是节油,还减少元件发热。)
2、电容充电和放电反应都很迅速,可以适应现代高转速发动机。(此举可以使发动机的转速提高四倍。)
3、电容放电点火性能好,火花塞容易打火、容易自洁。(特别是电容放电与火
花塞打火几乎是同步的。)
4、电路处理比较容易,还可附加各种变角功能。(精密机械加工的N多麻烦,现被电子技术轻易取代。)
5、使用高压线圈发出交流电,不再依赖车上的蓄电池;因此不怕电池缺电,可以随时点火启动车辆。
6、~~~~~书刊上介绍的内容更多,在此不再一一重复。
老化电阻此等现代电子技术的性能,远非二战超级军品可以想象;若不是某些方面还未做到位,此等原理的点火器,已可满足现代摩托车的常规使用需求。
CDI点火器在现代摩托车中的大规范应用,与摩托发动机转速的提高很有关系,以至于到了后来,摩托点火器还非此尤物不可。早期俺曾试验过磁电机直接连接高压包的二冲航空发动机简易可控硅点火电路,发现磁电机的输出有转速问题;如果不靠CDI电容蓄能电路,以磁电机的特性,点火变角性能最多只能开到5kt/f左右。
如果是5000t/f的点火转速,早期的发动机和汽车、航机等大排量发动机足够使用,但现代摩托车发动机已经可以开到一万多转/分,传统电感点火模式已经远远不够用,或者说是几乎根本就不能指望。CDI点火器的内部电路尽管有N多比电感点火器复杂化的地方,但后来还是因此优点而毫无对手地走上了摩托车配件的历史舞台。有人把电容点火器称为〔CDI〕,与电感点火器有别;这种说法没错,但实际上,点火高压的产生,还是依靠电磁感应,还是脱离不了电感磁场产生高压的原理。只是现代摩托车对点火器的要求越来越高,在现代电子技术的影响下,点火器电路的地位越来越重要;而电感器件高压包,就退后成了机车点火系统的零部件之一。特别是现代化的点火器,点火频率和点火能量已经不再是最主要的问题,关键性能是要看变角性能;而做为点火系统早期的重点高压包,有时
都不被人们所重视,随便弄个核桃大的小东东就凑糊了。虽然CDI点火器应用了电容高压蓄电+可控硅瞬间放电的点火电路模式,但从高压包的技术规格上来讲,电感作用无处不在,只是绕线规格和通电方式有些区别,使用的电压高了十多倍,自身电感小了N倍。当点火器使用高压电容蓄能电路后,高压包不需要提前通电,只要瞬间来电有高压脉冲即可点火,电路上的处理简化些。电容点火器充电的反应速度比电感高压包快许多,这使得电容点火器的打火次数轻松超过了传统磁电机点火器每分种五千转的上限,甚至轻易翻番到每分钟上万转,远远走在摩托发动机最高转速极限的前面。江郎才尽的CDI交流电容点火器:〔交流CDI的缺点?〕
以近代电子技术的成熟和电子产业的发展,CDI电容交流点火器的价格已经越来越低,不再是当初那么高不可攀,其中零件质量与产品性能也比较成熟,电子
变角也很常见,已经大规模的在MT行业中流行。但随着国内摩托车的普及,广大车主以及有关方面对国产摩托越来越高的要求,这种使用磁电机输出交流高电压、电容蓄电、可控硅高压放电的点火电路模式,开始暴露出越来越多的“缺点”。以至有些车主与配件商又开始回过头来,在早期“断电打火”模式的“电感”点火器上开动脑筋。三、摩托点火器的再次革命---直流CDI简介
在上集“摩托点火器的N次革命?〔历史常识篇〕”中,已经介绍了电感点火器的原理起源与演变历史,讲到最近非常流行、几乎主导了摩托车行业和国内市场的的CDI电容点火器。虽然CDI比传
统的电感点火器要优秀很多,但也渐渐暴露出某些令人感到不足的地方,以及一些令人头疼的缺点。在这一篇中,主要讲解CDI点火器的技术分析与改进要点。个人观点,仅供车友参考。
(一)、传统电容放电模式〔CDI〕点火器的主要缺点:
1、冷机启动时,磁电机转速超低;此时发出的交流电压很低,导致点火器里的蓄能电容充电不足,点火能量偏低。天冷表现最严重时,蓄电池缺电=启动电机运转无力=磁电机输出电压低,发动机点火启动比较困难。
这种特性令俺最为不满,骑过摩托的人都知道,越是天冷机冷,化油器输出的油雾就越难汽化,摩托车就越是需要有特别强劲的电火花来强行点燃汽缸里的稀薄油汽,以帮助发动机首次启动。而这种时候,点火器却自身表现格外不佳,叫人对传统电路的CDI点火器怎么能有信心、能有好感?
2、CDI点火器的外部接线全是一百多伏的高电压,一旦电线老化有损,就容易被雨水潮湿漏电。这种高压线路中略为有点受潮漏电、或是接触不良,点火功能就会受到影响。特别是踏板车,这类毛病最多,经常令人莫名其妙进退两难;这是使用高压放电模式点火器的天生弊端,高压电路天生具有的特性。
3、由于CDI高压包初级阻抗特别小,高压电容放电的时间极短,瞬间放电的电流极大!(有书说
隧道喷浆瞬间最大电流有一百多安培!非常惊人的数据?)这就要求点火器与高压包之间的线路连接要非常的好!但在实际使用中,许多车况是做不到的,因此特容易表现出点火系统有故障,至少是点火能量不足。4、为了高压电容模式的点火系统,在磁电机内部需要有1~2个高压充电线圈,这样一来,就占据了一些低压电力系统的发电能力。这样双份电压的线圈结构使磁电机线圈组的结构复杂化,成本提高,在线圈制作工艺和装车的接线问题上,明显增加了一些麻烦。
5、由于磁电机里需要安置点火器用的充电线圈,这样一来,多少影响到大灯照明和电瓶充电的电力。常规磁电机通常也就几十瓦的发电能力,若是给点火器消耗得电能太多,大灯就不可能太亮,夜间给蓄电池充电的能力也会受到影响。6、最近还测试到:某些交流点火器为了防止磁电机在超高速运转时烧毁点火器,

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