摩托车点火器原理.pdf

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 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 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 朋友帮忙找到了 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 毫亨 直流阻抗为 欧 若接通 蓄电池 初极线圈中电流最大值可到 理论全额电能应达 27mJ 但在实际测试中 通常切断 V 电压 不到 的电流 就 可见到火花塞有微弱电火 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 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 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 由于国内的十年文革内乱 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 车款 整个 车行业到了后来 几乎都是跟在海外倭人的 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 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 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 多好处 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 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 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 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 多麻烦 现被电子技 术轻易取代 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 书刊上介绍的内容更多 在此不再一一重复 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 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 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 点火器的内部电路尽管有 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 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 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 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 交流电容点火器 交流 的缺点 以近代电子技术的成熟和电子产业的发展 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 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 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 电容点火器 虽然 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 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 点火器的主要缺点 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 点火器怎么能 有信心 能有好感 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 由于 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 为了高压电容模式的点火系统 在磁电机内部需要有 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 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 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 在点火器 里面安置有令磁电机反向放电降压的整流管 此整流管会极大消耗磁电机的电能 造成磁电 机对发动机的磁阻耗能 令发动机多烧汽油 并影响到供给大灯的低压电力 此乃是目前 传统交流电容点火器令俺感到很不爽的地方之一 最近还发现 某些点火器的熄火电路安排得不够理想 如果发动机在高转速时关闭熄火 开关 或是触发端的电线接触不良 蓄能电容没及时放电 就容易被磁电机发出的高电压烧 坏 同时也很遗憾地发现 尽管 在我国摩托行业已经非常流行普及 但其变角曲线还 是没做好 还是山寨海外早期那些原始简陋的变角曲线 二 目前高压交流 点火器的改进方面 面对上述缺点与其他种类点火器的挑战 点火器的某些厂家也在想方设法改进性 能 目前已有厂家在点火器的电力输入电路上做出改进 增加电子零件 将点火器接受磁电 机输出电力的半波整流电路 改进成电容倍压整流电路 有的还增加了超压泄流电路 以确 保蓄能电容和其它电子零件不被磁电机高转速时的超高电压脉冲损坏 目前多数厂家没把电路中的倍压整流电路公开称呼 只是叫做具有 自举 功能 以此做 为卖点噱头 倍压整流可令磁电机输入的电压翻番 使交流 的低速点火性能提高很 多 至少冷机启动时点火能量太低的传统问题得以解决 但做为使用高压电的 点火器 上述怕潮湿 对接线要求严格 磁电机中必须有高压线圈 影响磁电机低压输出功率 等四项天性弊端 还是避免不了 同时在变角曲线方面 绝大多数产品也无心改进 至今也 还是老样子 三 点火器的重大改变 直流 点火器 面对上述 点火器的种种缺点 在应用电子技术方面又成功地跨出了一大步 推出了使用车上 12V 电源的 直流 点火器 这种点火器的主电路还是由交流 点火器演变而来 只是在点火器里面加了几个电子元件 做成电子振荡电路 可将摩托车上 12V 电源的低电压 通过袖珍电子升压电路 转变为 180V 的高电压 以供给点火器里的电 容储蓄电能 因其主电路是由交流 演变而来 其中有些还可做成交 直流两用的点 火器 虽然只在点火器的里面加了个升压电路 但此点火器却给摩托车带来了一次小小的 革命 在此略微介绍一下直流点火器的某些优点 磁电机中不再需要高压线圈 可以全部是低压发电线圈 此举极大提高了磁电机的低 压发电能力 简化了磁电机线圈的制作工艺 行业中开始有 直流线圈 的称呼 虽然此称呼 来自某些科盲 哪有磁感线圈是发直流电的 但此举改进了摩托车的某些性能还是事实 涉及到磁电机 算是摩托车历史上成功的一次改进创新 对于摩托车和磁电机来说 因直流升压电路的功耗不大 某些交流 点火器浪费 电力能源的机会没有了 磁电机的高速运转不再发热 不再费劲 这样对于摩托车发动机来 说 高速运转也节省了一些力气 节约了一些燃油 特别是对于某些改装到高度节油状态的 弯梁车 在发动机的磁电机中节约下一百多瓦的磁阻功耗 无疑同量燃油可使车辆多跑二成 的路码 使用车上低压电源的 直流点火器 上 没有磁电机到点火器的高压接线 摩托车点火 系统的抗潮性能因此而提高些 曾动员 那边生产一体化直流变角点火器 那里的人不 肯钻研做不出 所以俺一直梦想中抗潮性能优越 不怕老天撒尿的一体化变角点火器至今还 没有出现 定角的一体化点火器不用多说 市面上已经有现成的 XH90 一体化点火器 其电 路与结构非常简单 已经广泛使用 使用车上电瓶的电 有电压稳定 不怕发动机启动转速超低 就算是车上的蓄电池严 重亏电 也还会有六成电压和几十毫安的电流 可供非常节能的直流点火器启动使用 就算 是车中电瓶充电过头 也不超过十五伏电压 给点火器的工作电压 比起磁电机输出交流电 压的极端变化 可以说是稳定了十几倍 这点对于点火器电路的稳定性和工作质量 制作难 度 可靠耐用性 是非常有利的条件 由于电瓶供电的稳定性与直流点火电路的特点 这种点火器的起火转速可以很低 通 常会比性能优秀的交流点火器还低一倍 而且直流点火电路在启动转速超低时 点火电力还 很强劲 不象交流点火器那样 所以使用直流电源的点火器 通常不怕发动机启动转速偏低 有些特别设计的直流点火器 甚至可以在冷机启动的超低转速状态中 每触发一次就连续打 火几次 通过多次打火强行点燃雾化不良 挥发不良的稀薄油雾 极大提高发动机的冷启动 性能 目前俺对这种多次点火的电路很感兴趣 希望能做到点火能量超级强大 强大到可 以直接点燃冷车启动状态中的柴油机 既然直流点火器那么好 有人要问到它的缺点 是有些缺点 早期的升压电路是三极管 变压器振荡电路 质量会有些不稳定 如今已有 电子震荡升压电路 质量与可靠性有所 改观 就目前电子技术的发展和摩托车对点火器性能的需求来看 今后直流点火器在摩托中 的比例有可能越来越多 交流点火器也许会象早年电感点火系统中的白金触点电流开关那 样 渐渐退出摩托车的点火器市场 就目前的现实 如果非要找出直流点火器的缺点 电路复杂导致的几 成本差价已不是 大问题 最大的软肋还是车上的电瓶 在这个电动车放楼下过夜都容易被小人偷去电瓶的背 景下 摩托车上价值近百 的电瓶也是一样 对于常规的直流点火器来说 一旦车中电瓶被 盗 车辆也就无法点火启动 此乃是俺对直流点火器比较心惊肉跳的地方 由于直流点火器依赖电瓶的现实太可怕 目前俺正在研究低电压 自举 电路 已经初有眉 目 一旦完成 以后的直流点火器便可以不依靠电瓶来实施点火启动 这倒不是说摩托车可 以不用蓄电池 而是预防在某些特殊情况下 也可以保障摩托车随时随地强行启动 对于不 便购买蓄电池的西部边远地区和农矿 林牧 军勘方面 有着深远的积极意义 四 电感点火器的再次革命 技术探讨篇 电感高压包的回光返照 电感点火器 由于最近几年踏板助力车的流行 踏板车配件面临着更多的市场竞争 而踏板车主对摩托 车本质的认识普遍水准较低 低档踏板车配件质量的偷工减料现象也越来越严重 导致摩托 车的使用性能很不可靠 这种情况要到行业内部才能看清 劣质配件装车的现象比比皆是 点火器与高压包也不例外 由于许多交流 点火器在踏板车上的表现不佳 所以有些小 厂商就打出 直流电感点火器 的招牌 试图启用早年电感高压包的原理 来提高点火系统的 性能 开拓新的市场 如果在平常大气压的环境下做简单测试 电感高压包可以在 的电压 不到 的电流 下就令火花塞打火 而 电路的高压包通常需要不少于 的电压才能令火花塞打 火 如果电压提高 双方的点火能量都有提高 但通常多是电感高压包表现出点火能量较大 些 这种现象主要是双方蓄能原理不同所致 电感高压包在变压的同时 又是电磁储蓄器件 靠通过的电流来启动磁场能量 其储蓄能量的铁芯体积比电容大很多 比较适于做大能量的 高压电火花装置 电感高压包输出能量大小是看其电感量和流过其线圈电流的平方值 使用 的电压虽然较低 但靠大电流储蓄的磁场能量不低 耗电也比较多 通常可以打出较强的电 火 而电容是靠电压来储蓄电能 通常是电压越高 电容量越大 储蓄的能量越大 电容蓄能 的大小是看电压的平方值 对于普通的高压包 一旦所用的电压低于某一程度 火花塞连最 起码的跳火都不会有 所以使用电容蓄能点火的工作电压不能太低 启动转速不能太慢 电 容蓄能有充电快 放电快 储存损耗小 适于使用较高电压 而电感蓄能则完全相反 有充 磁慢 退磁慢 不储存 适于大电流的特点 这两种东西储蓄电能的模式根本就不一样 与 其配套的点火器电路也就完全不同 在点火器电路的模式上 原始电感点火系统比电容点火器要简单 但在采用现代电子技术 的电感点火系统中 电路则比较复杂些 其点火器输出的不是点火脉冲电压 而是点火脉宽 电流 是以给高压包断电为点火时机的一段充磁电流 这样一来 在电路上的难度就比 点火器复杂很多 这样的点火电路 虽然可以使用直接 12V 低压电源 但其电感高压包 的工作电流很大 通常是安培等级 其电路不但需要考虑变化点火提前角的问题 还要考虑 给电感高压包提前通电的提前时间问题 按目前一般人的思路 通常是靠 输入既定程 序去完成 这样的点火器 如果一定要用普通的廉价电路来做 也不是不可以 但与其配合的触发凸 台 估计至少需要有 1 8 的飞轮周长 即使有这么长的触发凸台 还会有发动机转速越高 点火器给电感高压包充电的时间越短 火花塞上点火的能量越低的问题 假设发动机在 6000t f 的转速下 需要有 30 度的点火提前角 此时总长 45 度的触发凸台给电感高压包的 通电时间就只剩 30 度 30 度在 6000t f 的转速下 通电时间只有 0 833 毫秒 感觉有点勉强 虽然海外有过先例 但在国内加长触发凸台还是件有困难的事 TB80 高速点火器 才要 求厂家向前移动 6 度触发凸台 就已经被人当作另类看待 而这电感点火器要求将触发凸台 搞到 45 60 度周长 且不是更加强人所难 即使相关厂商愿意将触发凸台搞得那么长 技 术上的麻烦是 触发凸台