2012年8月11日 星期六

晶體點火與CDI 點火在機車

很多人私底下來信問我關於機車點火問題,我就統一簡單回答如下:

主要原因是因為現在台灣出現電腦噴油點火系統後,我們可以看到

一些全晶體式點火控制系統在機車應用上。我在以下的文章有稍微提到晶體點火問題。

 單晶片與引擎控制(五) -- 點火系統概念篇


但好像也沒提到很清楚,稍微再提一下好了。晶體點火主要用途還是在於四行程

比較偏稀油燃燒的引擎技術上,所以會採用晶體點火是有一點為了污染法規因素的。

如果您是要要求低空燃比,及比較要求性能需求的~一般來說:就是要較濃油燃燒的。

但可能就要要求點火能量較高的CDI 點火系統。

因為較濃油燃燒是真的比較容易產生積碳。而CDI 的瞬間點火能量是較晶體點火強,

它的點火火花對於擊穿火星塞上的積碳是有比較好的效果。

當然:因為晶體點火與 CDI  點火在電子學裡的原理不同,所以他們的基本特性也不同。

晶體點火當然在燃燒上對於稀油燃燒有正面助益~所以在一般市售要求法規的車輛

當然會比較偏向採用晶體點火。但如果您是要求高轉速、瞬間高點火能量效能的...

您可能就得考慮採用CDI 點火系統。
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晶體點火是靠我們裝在車上那一大顆高壓線圈來儲蓄點火能量的...所以他有所謂的

點火閉角(Dwell Angle )定義。 Dwell Angle 越大,代表他的儲存的能量越大。

但另一方面來說:當儲存的能量越大時,也代表高壓點火線圈的溫度也會上升,這

反而會帶來能量的損耗...當然也會帶來高壓線圈的使用壽命問題。

(您為了能在線圈快速的蓄能與放電...其實就很容易讓線圈進入飽和區,

您的線圈就會發熱...這種東西又不像一般變壓器可以靠Switch  頻率來改善效能)

對於高轉速的要求來說:高轉速所帶來的就是會造成點火閉角不足,也會直接影響

點火能量的提升。

以下是國內某一台四行程噴油點火系統的控制訊號波形:

黃色代表的是:引擎曲軸的齒輪訊號。它是 12-1 齒的!

藍色的為噴油嘴的控制信號。

綠色就是我們所討論的晶體點火系統訊號:我們也很容易可以看到他的點火閉角約為

7 mSec...這大概就是在怠速轉速附近。因為怠速控制是需要比較濃油控制,


所以他的點火閉角是很大的~如果我們要求的轉速是12000 rpm 的話...

他的轉速訊號會縮短到只剩下 5 mSec ,那此時您的點火閉角就必須被迫低於 5 mSec

以下,那您的點火能量就大大的縮減了...當然再高的轉速,您的點火能量又會再縮小。

這越來越不利要求引擎性能的偏濃油燃燒需求。

當然啊...在一般所謂污染要求的法規車上來看,這樣的點火系統沒差,而且還是比較好的

系統規格:因為一來引擎轉速對於法規車來說:頂多就只有8000~9000 rpm 而已...

而且因為污染法規要求,原廠也會把空燃比調成比較稀油燃燒狀態。

這也就是為什麼在電子噴油系統的點火系統會採用晶體點火的原因。

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但如果您可以去查國外的比賽競技用車來看有些要求較高RPM引擎,還是比較傾向採用

CDI 點火系統,因為CDI 點火的充放電效能真的遠大於晶體點火系統...

以下就是一般CDI 的升壓特性:我們可以看到他只有在短短的 3.1 mSec 就可以

把高壓線圈一次側的電壓拉到 200 V 以上,在經由較低電感抗的高壓線圈,

就可以在汽缸內的火星塞上產生瞬間 18KV 以上的電弧了。

(晶體點火的高壓線圈是比較高感值,當然也會產生比較大的感抗,簡單來說:

它比較"憨憨"(台語:呆呆)的~沒辦法,他就是主要的蓄能機制啊!

問題是這一種線圈又不能作得太低阻抗,要不然又很容易進入飽和區,沒多少閉角

就拼命發燙... 好討厭喔...所以啦...人家才跟您說:高壓導線就越短越好吧!)


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那您說可不可以一樣沿用晶體點火到較高的轉速 rpm 以上使用?!

當然可以啊,但您就得必須重新設定與修改包括外部高壓線圈的設計:

譬如那一種直插式的High Voltage switch ignition System 。現在也有很多高級房車

採用了。或是盡量降低晶體點火的溫升耗損...像是採用較好性能的高壓晶體,這一種

高壓晶體大多就是晶體點火專用晶體了,可不能您隨隨便便找一棵MOSFET 就上了。

至於您又要提什麼IGBT ...那就算了吧,您又不是在搞什麼高檔工業機械設備的。

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之所以會提到這樣子的簡單的問題說明,是要表達說:其實有很多實務經驗背後,還是

得要有一定的科學理論的。我們前一篇不是說了吧:我們搞電子或科技產品,

您總不能說,我年輕氣盛,可以賣肝熬夜....這跟一般所謂的義和團式的模式有何不同?

然後您就隨隨便便找幾個年輕小伙子上去騎騎車,來回飆個幾趟,

幹嘛?!義和團義勇兵啊?!拿著大刀亂揮一通?!

我們以前在園區寫程式或是搞技術發展,好像也都類似這樣子喔?!

每天上班一坐下來開機,就劈里啪啦的寫程式,人家客人隨隨便便說了兩句,

業務就回來盯著您亂改一通....像不像義和團的團兵啊?!想想有時還真蠢啊...

以前或許還可以這樣子亂搞,就像義和團初起義時,還挺嚇人的,煞有一回事的!

結果:來回砍兩次之後...就全"陣亡"了....還"死"的莫名其妙的。您"死"了~也沒關係。

老闆會再找兩個菜鳥,呼呼攏攏給您簡單的"武器",隨便耍兩招,就叫您上了!

結果還不是一樣?!哈~哈~哈~............這樣子幹老闆誰不會啊。

有時想想還真的有點"蠢"、"呆"...還號稱吸人才一流的高科技業耶!

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備註:

Comparison of CDI and TSI

In a CDI system, the coil only acts as a voltage transformer - energy is stored in a capacitor in the drive electronics. This has the following implications:
  • Coil inductance can be low
  • Switching rate is very high
  • Primary voltage is high so connecting cables can be thinner and longer
  • Fast increase in secondary voltage and insensitivity to shunt resistance leads to a very precise and repetitive combustion
  • Magnetic circuit design is not critical
  • Burn time is short
  • EMI is limited by low inductance and short burn time
Engines that do not need a long burn time, will usually show their best and most consistent power output when using a CDI system.
In a TSI system, the coil stores energy as well as acting as a voltage transformer. This has the following implications:
  • Coil inductance must be relatively high
  • Switching rate is limited by time to charge the inductance.
  • Primary voltage is low and current is high so connecting cables must be thick and short
  • Magnetic circuit design is critical and can be affected by location in the engine
  • Burn time is long
  • EMI is severe in high performance systems

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