看似简单的汽车点火系统,却是影响引擎性能输出能否全数发挥的关键,更是许多Tuner调校改装电脑时,最为谨慎与小心的一环,其点火正时的设定正确与否,所产生的反应与严重性甚至比供油调整来得敏感,因此如何确保每一个转速都能正常点火,便成了原厂车或改装车的重要课题,这也是为何市面上会出现许多不同功能的点火强化产品的原因。到底这些产品是如何提昇点火效能的呢?又是否真能强化点火系统的体质并兼顾寿命呢?这些就是本单元首要探讨的问题!

点火系统不简单
汽油要点才会着火

其实笔者会企划这个单元,起因在于上个月製作的VSD测试过程中所遇到的种种问题,加上最近这几年许多新款的点火强化套件不断出笼,与过去大家所认识的点火产品不同,因此认为有必要针对这些新款的产品功能与作用,做个较为仔细的介绍,所以才会特别製作此单元。至于该从哪里先介绍起呢?我想还是老样子,先从点火系统的整个作用架构与原理说明开始,要不然直接切入主题,大家可能看不懂笔者在说明什幺。

决胜于毫秒间!新世代点火强化概论这是旧型的点火开关,大小犹如两个火柴盒般,体积太大的情况下,只好额外安装于分电盘外。

点火系统的作用在于点燃位于高压缩汽油燃烧室内的混合气,使其燃烧进而产生爆炸压力以推动活塞产生动力,为了达成此目的,点火系统中必须有几个重要的元件存在,当中包括:

1.点火器(即电晶体式点火开关):功能在负责导通点火线圈端的负极接地,作用就如同一个电子开关一样,在引擎需要点火的瞬间提供电流给点火线圈,时机过了之后便停止供电。其外型与设计随着科技进步而逐渐缩小体积,从原先两个火柴盒大小的独立安装于挡火墙的方式,逐渐缩小到分电盘内,甚至在目前最新的直接点火系统上,整个点火控制模组已浓缩于供油电脑或点火线圈头内,体积犹如一个一元铜板的大小。

决胜于毫秒间!新世代点火强化概论K8有VTEC车款分电盘内部点火开关的图片,可看出体积已缩小许多,可以整个放到分电盘内,附带一提,分电盘一旦无法点火有时只是此元件故障,自己找颗凯汰品拆开换掉即可。

2.点火线圈(即点火考耳):内部含有两组缠绕数不同的线圈,比例大约为1:100,圈数少的线圈由电瓶供电充磁并在其间建立磁场,再利用线圈断电、磁场崩溃时的瞬间,使原本储存在磁场内的能量,透过圈数多的线圈感应并产生高压电能,再向外输出高压电流至火星塞上,完成跳火的动作。由于点火线圈产生高压电的过程需有启/闭两个动作,因此才需点火器来负责不断开/关的动作,此外由于它会产生高压电,因此又叫高压线圈。

决胜于毫秒间!新世代点火强化概论旧式点火线圈外型如同一圆柱体,上方有正负极接点与高压硅导线的插孔,此孔是用来将高压电传递到分电盘内之用。决胜于毫秒间!新世代点火强化概论后来的点火线圈已缩小体积到可以放在分电盘内。
 

3.分电盘:把点火线圈所产生的高压电,在极短的时间内,透过分火头正确且瞬间地分配给各缸的火星塞,由于内部分火头上负责导通电流的接点,容易因使用次数增加而磨损或髒汙,导致分电盘的导电效能不彰,因此许多老车的点火效能才会不彰。

决胜于毫秒间!新世代点火强化概论採用分电盘设计的引擎目前还有很多在路上跑,相较于直接点火系统,虽然点火效率与速度较差,不过耐用度较佳却是不争的事实。

4.硅导线:把分电盘的高压电传送到火星塞上,由于高压电流过硅导线的瞬间会产生大量的磁场与电磁波,若没有妥善吸收磁场,对于车上较为敏感的电装品如:供油电脑、收音机等,将会造成干扰情形而无法正常运作,且阻抗愈低虽电能耗损小,但相对磁场能量愈强,因此线材表面的包覆材质是否能提供足够的消磁作用,是除了强调传递效能外的另一个不可忽视的项目。

决胜于毫秒间!新世代点火强化概论改装硅导线除注意组抗高低与电能传递效率外,消磁的功能也不可少,避免出现干扰原厂的问题。

5.火星塞:点火系统最后的执行者,点火线圈所产生的高压电,最后都是透过火星塞的电极形成电弧,以点燃汽缸里的混合气。附带一提的是,为何点火系统需将电压提高到2万多伏特呢?原因在于只有高压电才能使电流无视火星塞两电极间的空气阻抗,直接穿透无金属接触的空气来传导电流,使电极间产生电弧,也就是所谓的跳火现象,现象与闪电相类似,只是形成高压电的过程不相同而已,而有跳火才能点燃混合气。不只如此,电极间的距离愈长,所形成的电弧电压值愈高,但却愈不容易跳火;反之亦然,加上电弧形成的同时,会少量带走电极上的金属离子,使电极间隙愈来愈大,因此定期保养时需注意火星塞的间隙,以确保其跳火正常。

决胜于毫秒间!新世代点火强化概论点火线圈所产生的高压电,最后都是透过火星塞的电极形成电弧,以点燃汽缸里的混合气。

点火时机须準确
过早过晚皆不行

这五大元件中虽然有几样已因点火系统改为「直接点火」装置而被取消,不过整体架构还是大同小异,笔者接下来想让大家知道点火系统的路径是怎幺走的。

决胜于毫秒间!新世代点火强化概论 

从图A所示,负责产生高压电的点火线圈之正负极,分别与电瓶及点火开关进行连接,正极在引擎启动后就与电瓶形成通路,不过什幺时候会提供高压电给火星塞,却得听命于与负极进行连接的点火模组,点火模组就像点火线圈的开关一样,负极接通与断电的瞬间,点火线圈就会输出高压电,因此点火线圈并非不断供应高压电给火星塞。至于点火模组怎幺会知道何时要供电给点火线圈呢?这就得依赖转速感知器提供的讯号来进行判断,让点火模组知道活塞何时会到达上死点,以提供电流给点火线圈。

决胜于毫秒间!新世代点火强化概论从Mazda 3的引擎外观图中可清楚看出原本放置在摇臂盖上的分电盘以取消,改已直接点火考耳的设计来取代。

而当点火线圈输出高压电后,为正确将高压电分配到各汽缸火星塞上,一般会採用下列两种方式,一种是利用分电盘与硅导线,将高压电分配到正确的火星塞上,另一种则是直接把高压电分配给各缸火星塞,这就是俗称的直接点火系统。就理论来说,后者对于点火正时的掌握是直接由电脑控制,中间不需再透过分电盘与硅导线进行分配,因此点火时间会较正确,尤其在转速愈高的场合时,差距会更加明显,这也是为何新款车辆都会改以直接点火系统,来取代旧式分电盘设计,当然原因不只如此。

直接点火系统优点
正时準确不易衰退

当行车电脑有能力可独自控制每汽缸的点火时机,并再搭配多颗爆震感知器于每汽缸上时,就能让行车电脑分别控制每汽缸点火时间,让产生爆震的汽缸延后点火时间,减少爆震所造成的伤害,而没有爆震的汽缸则可提早点火时间,增加出力与燃烧效率,让引擎不会因单汽缸爆震而减少过多马力,并兼顾耐用度。此外,由于直接点火系统的点火线圈与点火器,是採各缸各自独立一组的设计,因此后续维修较为方便,坏哪一缸的点火线圈就换哪一支,而不需整组分电盘都换掉,省却不少维修时间。

决胜于毫秒间!新世代点火强化概论此为Lexus六缸引擎的直接点火线路图,从中清楚看到原本的分电盘、硅导线都已不见,且点火开关模组还直接内建于点火考耳内,大幅减少讯号移动的路径长度,让点火正时更準确、耗能更小。

值得一提的,由于点火线圈要产生高压电须有充分的充磁时间,才能释放出足够的点火能量与电压,让火星塞跳火,因此提供足够的充磁时间或电能给点火线圈,对其运作是否正常是非常重要的条件(这也是改装品的强化方向),然而过去分电盘设计的点火线圈,在720度的活塞行程中,需同时供应多缸跳火之用,高转速时的充磁时间往往会出现不足的情形,导致火星塞无法顺利点火,转速就会拉不太上去,而改用每颗点火线圈对应一缸的直点设计就比较不会有这个困扰,每颗都有720度的充磁时间(有些系统每360度会点火一次),因此可改善高转速点火Miss的问题。此外,高压电能量因没有硅导线约15%的传输耗损,也能稍微提高点火的效能。

决胜于毫秒间!新世代点火强化概论这支是Mazda 3直接点火考耳元件,每缸各对应一组点火考耳与点火开关的设计,可大幅扩充电脑提前或延后点火正时的範围,且还可各缸独立控制,不像分电盘般,进退点火都是所有汽缸同时进行的。

不同点火强化套件
作用过程不尽相同
接下来所要介绍的是本单元的另一项主题:各点火强化改装套件的功能为何?当中又包含VSD、MSD、强化考耳与铱合金火星塞等。不过在介绍前笔者想先与大家探讨:为何原厂点火系统会不够用的问题?

关键就在于高转速点火线圈充磁时间不足,所造成的点火不良问题,以及高压缩比或高增压值的燃烧室,会有火星塞不易跳火的问题!首先是第一点,点火线圈要释放高压电须有充磁、激磁与放电的过程,当中又以充磁最耗时间,不足的充磁时间,所释放出来的点火能量绝对不足,轻者跳火温度不够、燃烧不能完全,重者电压太低无法穿透高压空气、电弧无法形成导致点火动作没有完成,燃烧没有进行,动力产生过程便会出现短暂中断,使得引擎高转速的反应出现迟缓、不顺畅的情形,而该现象最容易发生在极高转速的区域内。由于此时每次充磁时间相当短暂,只有几毫秒的时间,因此最容易发生充磁能量不足的问题,而有些改装套件就是为了缩短点火线圈的充磁时间而开发的,让高转速的点火过程不会出现Miss现象。

决胜于毫秒间!新世代点火强化概论火星塞要放出高压电须让点火线圈有足够的充磁时间,但转速愈高时间愈不足,因此如何确保高转速时的跳火正常,正是点火系统强化的方向。

第二点,如同笔者上述所说,之所以要提高点火电压至2万伏特的目的,在使电流突破空气阻抗,于火星塞电极间产生跳火现象,不过当中还有一项因素要列入说明,那就是压力愈大的空气环境、产生电弧时所需的电压愈强,也就是说在涡轮引擎上要顺利形成电弧,所需要的电压值是高于自然进气引擎的,因此当有些车款面临到NA改Turbo或提高增压值时,就须同时强化点火系统的点火电压,才能于高压缩的环境下,顺利产生电弧,完成跳火动作,因此这便成了改装套件的另一项强化项目。

决胜于毫秒间!新世代点火强化概论火星塞要放出高压电须让点火线圈有足够的充磁时间,但转速愈高时间愈不足,因此如何确保高转速时的跳火正常,正是点火系统强化的方向。

此外,像有些可以延长跳火时间或同一个点火行程内,进行多次的跳火动作,都是为了确保点火系统能尽责的完成跳火动作,并提高每次燃烧效率而开发的改装产品。接着就是改装套件的介绍。


VSD点火系统升压器:可说是近几年来最热门的点火强化套件,其功能在于将原本输入点火线圈的电压,从原先的12~14.2伏特提高到16~18伏特,透过更强的电压值,使原厂点火线圈的充磁能量加强,以压榨出更大的点火能量,让火星塞电极间的电弧「焦耳」更强、热度更高,反应在点火过程中的话能使初次燃烧效果更佳,因为点燃混合气所需的就是高温,温度愈高燃烧速度愈快、效率愈佳,因此一旦加装此项产品后,最明显的改变就是中低速扭力的改善。

决胜于毫秒间!新世代点火强化概论压缩比愈高的燃烧室,火星塞愈不容易跳火,此时就需提高点火电压才能克服,因此当您的爱车面临NA改Turbo或提高增压值的场合时,记得需同时强化点火电压,才能于高压缩的环境下,顺利产生电弧,完成跳火动作。

至于高速时的马力表现呢?由于该产品只是提高点火线圈的输入电压值,其余元件并未强化,尤其是点火线圈,因此高转速时的充磁速度并不会有明显的提高,甚至有些极限较差的产品,在高转速恶操不断作功下,还会逐渐出现衰退情形,反而成为点火线圈电力来源路径上的阻碍,跳火能量反而下降,因此高转速时的马力增强必非其强项。

决胜于毫秒间!新世代点火强化概论压缩比愈高的燃烧室,火星塞愈不容易跳火,此时就需提高点火电压才能克服,因此当您的爱车面临NA改Turbo或提高增压值的场合时,记得需同时强化点火电压,才能于高压缩的环境下,顺利产生电弧,完成跳火动作。

此外还有一点需提醒大家的是,对于有些较为敏感的点火线圈与点火开关元件,若提供超过原厂太多的电压值,可能会缩短其寿命,尤其是点火开关更是容易受损,加上有些新款车种的点火开关模组设计在行车电脑内,一旦故障无法发动车辆时,所需付出的代价就是更换整颗原厂电脑,因此改装VSD前须先问清楚自己的爱车能否使用,再进行改装较为妥当。

决胜于毫秒间!新世代点火强化概论近年来相当热门的VSD,其功能在提高输入点火线圈与点火开关的电压值,加强火花的热度与焦耳值,使混合气的初次燃烧速度加快、效率更好,因此强化中低速扭力是其强项。决胜于毫秒间!新世代点火强化概论VSD只是提高输出考耳的电压值,考耳仍是原厂零件,能否承受得了升压后的能量有待商榷,因此改装时最好确定自己的爱车能否使用再加装。


强化点火线圈(考耳):既然点火电压的来源是由点火线圈所形成,因此若能将该元件改以强化部品替代,所产生的点火电压与能量将能大幅提高,并延长火花持续的时间,提高混合气燃烧效率,且还可透过内部线圈材质与缠绕方式的改变,缩短其充磁时间,改善引擎高转速时充磁能量不足的问题,提高油门反应,是最明显且快速的点火系统强化套件。过去分电盘设计的点火系统其所使用的强化考耳,外型呈现圆筒状,其上设有正负接点与高压电输出导线,至于现在的直接点火系统,则须更换整支点火考耳,才能改用强化品,相对付出的金钱代价较高。

决胜于毫秒间!新世代点火强化概论有些强化考耳会将原本安装于其内的点火开关外移,让整组考耳有更多的空间容纳线圈,甚至利用隔板垫高将其与高热的摇臂盖分离,让怕热的考耳远离热源,维持正常的工作效能。决胜于毫秒间!新世代点火强化概论这两张是改装整组强化考耳的电弧能量比较图,原厂系统只能击穿报纸,但改装组却能使报纸燃烧起来,两者间的释放能量与热能差距可见一斑。决胜于毫秒间!新世代点火强化概论这两张是改装整组强化考耳的电弧能量比较图,原厂系统只能击穿报纸,但改装组却能使报纸燃烧起来,两者间的释放能量与热能差距可见一斑。

MSD多重火花放大器:若要选出最终极的点火强化套件,相信非MSD多重火花放大器莫属,一套完整的MSD包含有强化考耳、独立的点火开关模组与火星塞等,其功能在于可完全取代原厂的点火系统,只保留转速讯号下来而已。透过整组的强化系统,MSD可提供高达4万5千伏特的点火电压,不论缸内压缩比为何都能顺利产生跳火动作,并透过专用点火开关模组的多次开/关动作,使火星塞能在一次的点火行程中,依据转速不同完成3~8次的多重点火动作,彻底将汽缸内的混合气燃烧殆尽。不只如此,MSD的点火开关模组还能提供高达400伏特以上的交流电压给点火线圈使用,大幅提高其充磁速度,使其能对应到15000rpm以上的超高转速,而不会有点火Miss的问题,不过也由于其点火次数实在太频繁,因此唯一的缺点就是火星塞的电极消耗速度会相当快,且不能使用太细的铱合金火星塞。

决胜于毫秒间!新世代点火强化概论若车上已更换强化考耳,并大幅提昇点火效能的话,是不需要使用电极太细的火星塞,因为极头很容易消耗殆尽,且强化后的点火效能已能取代铱合金火星塞的功能。

铱合金火星塞:愈尖锐的物体,愈容易使电流从一个极点穿透大气阻抗到达另一个极点,道理就像避雷针一样,因此若能有效缩小火星塞电极的直径,将能帮助火星塞于高压缩比的场合中完成跳火动作,但若使用一般的金属材质,过细的电极是无法承受高达900度的燃烧温度而容易烧熔,因此才会使用熔点极高的铱合金,作为0.4mm细极点火星塞的电极材料。不过提醒大家,若已改装强化考耳或MSD等套件的话,最好还是尽量不要使用电极太细的火星塞,否则电极头很快就会因点火次数增加或点火能量加强而消耗不见,且上述套件已可大幅增强点火效能,使用铱合金火星塞只是多此一举而已!

决胜于毫秒间!新世代点火强化概论採用细电极的目的在提高电弧穿透空气的能力,尤其在高转速高压缩的环境下,更能显现出其价值。
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