漫谈发动机点火能量---原创

~,j52obR6Z  

7wKN  
25e*W>SLw  
q<Tx'Ya  
!{u`}:\  

+(Q$GO%  

qdW"g$fW  

M6nQ17\{  

一、发动机点火能量多少合适?

W(#u^,$e[  

[r#m +R"N  

其实没有人能准确回答这一个问题，发动机在什么工作状况下用多少点火能量汽车工厂存储于ECU的只读存储器ROM中。

-F$v`|(O+  

ECU只读存储器ROM中存有500多万组数据，这些数据大多数是通过各种实际工作情况实驗测量优选得出的。发动机工况千变万化，ECU要根据各传感送来的信息计算寻找出只读存储器中与现时相同(或最接近)工况的数据，发出喷油脉宽、点火提前角、闭合角(点火线圈充电时间)指令。

+HT?>k  

一辆车发动机的综合性能，很大程度取决于ECU的数据编写程式，工厂不会公告数据，属知识产权范畴。

Ie]k/qw+Y  

-pHUC't  

P''>wjMH0  

ZmDM
=qN  

但是有关点火能量的学术研究成果是公开们的，写在教科书上。所以根据这些数据我们可以对发动机点火能量作出正确的认识解读。

.lAPlJOO  

cGyR_8:2cv  

i#aKW'  

VU1Wr|  

A 、在燃烧条件良好的情况下，成功点燃混合气的跳火能量为0.3mj就可。(0.0041868mJ=0.001卡)

#iQF)x| D  

di(H-=9G62  

nly}ly Q/  

4 aE{}jp1  

传统机械触点点火线圈初级能量可达50mj，电子无触点点火线圈初级能量可达100mj以上。

{>PEl;,-  

当点火线圈初级能量可达100mj以上时称为高能量点火，现代电喷车都用高能量点火。点火线圈初级能量达到200-300mj或更高称为超高能量点火，多用于稀薄混合气技术发动机(环保，日后发展趋势)，压缩比在13：1，空燃比25：1。

H!6+x*P
0  

L0I|V[  

Q^=0p0  

'/9q7?[E!  

B、点火能量大小由ECU根据发动机工作状况控制，与喷油脉宽类似控制点火线圈初级电流通断时间。

Jh<s '&FR  

控制点火能量大小的目的是既可保证成功点火又可保护各种元器件。例如火花塞、分电器、点火线圈初级、点火模块等等及感少电磁波幅射干扰。

Rry]6(  

+]zRn  

NQ;$V:s)  

L|:C
Q  

C、其它条件不变时，加大点火能量只是提高较浓或较稀混合汽混成功点火概率，所以对于怠速、低速更有利。

cDzb}W*UM  

Q-F$Ryj^  

Lj#xZ!mQS  

S w%6-  

D、点火能量达到一定值后，点火能量大小不会影响发动机功率(燃烧速度)， 即所谓的增加马力。

kaiK1/W0;  

很多人对此有误解，认为.点火能量越大燃烧效率越高，其实是点火成功与不成功的问题。

.boBb<  

D.%%D%AdB  

0zT-]0  

\9tJ/~   

E、燃烧的速度(效率)主要取决于混合汽的浓度、温度、压力，及气缸内混合气扰流速度，这个理沿用了100多年，到目前为止没有人能改变这个事实。例如同样的点火能量，北方冬天发动机温度不足，使燃烧效率低，油耗上升。

:AFU5mR4&  

混合气温度越高，分子动能越大燃烧的速度快，一点即着，高到一程度甚至自燃即点火能量为0，所以，发动机转速越高温度也根随增高，用较小的点火能量即可。

iHf):J?8 y  

bt
nD+O66<  

+cYDz#3%  

lc~c=17  

F、假如混合气浓度不在着火区，点火能量再大也无法成功点火。

FW;}S9u3  

;~$Q;m1  

T|h!06   

&FOq c  

G、点火失败原因：1. 混合气在浓限或稀限区2.火花塞断火。

Q"eqql<h#  

zP
Hx\z"  

Zs3xoIW7Ai  

Q;=4']hYU  

请参看图(1-6)

9PO5GYU  

>}]bKq  

 myOW^  

"~6&rt  

二、火花塞的能量转换特性

;r]! qv:  

?h#F& y  

Xo.3OER  

Yc5) ^v  

只有把火花塞电能转换成热能的工作特性弄清楚了，才能正确解读点火能量。

EzCi%>q  

>-`-D=!V  

jH9.N4L  

U4._a  

A、火花塞跳火由电容放电期(1-10微秒左右)温度达60000K（色溫单位K=℃+273.15）。，及电感放电期(最大量：传统约0.7ms无触点大于1.2ms) 温度达3000K。

Qu|<1CrZj]  

F8*P/<P1cK  

Q\Nz^~dQ:Y  

/m*+N9)  

B、正常情况下混合气由火花塞电容放电期点燃，当混合气成功点燃后电感放电期对输出动力没有存在的实质意义，只会加速火花塞电极的烧蚀。就如我们启动发动机扭钥匙，着机了还在扭住不放手一样多余。

#,\qjY  

祥見：http://www.dncc.cn/bbs/dispbbs.asp?boardid=41&id=8969

'0E^th#u-0  

当电容放电期不能成功点火时，电感放电期持续的火花延续点火，适当延长火花期还有利于残余气体燃烧，有利环保，这是它存在的目的。

H{f OAv1*  

'hH3d"a^=  

$ -n?q w  

%N }0,a0  

C、火花塞电极形状对跳火电压及放电时间有影响，但変化量不大。反而发动机工况对跳火电压及影响甚大，不同的工况跳火电压可达6、7kv变化之多。

zw,=mpf3_  

跳火电压是个变量，其它条件相对稳定时，只要影响因素是压力及温度。

F7~T=X)1
 

XFU['BI  

vUU)zZB~  

i)pAFv<$,  

D、火花塞间隙跳火前如同稳压二极管(拑位)，虽然点火线圈可输出几万伏高压，但到达击穿电压时点火线圈电压就升不上去了，跳火后如同一个电阻，点火线圈的剩余能量通过这个电阻泄放，产生持续的火花。

^t'mfG|DV  

r#xq 8H=_m  

@6N$!Q?  

m1mA:R\zM  

E、火花塞间隙小，电极吸热作用使间隙中的混合气体温度难上升，不易着火，过小就进入淬火区。

Ch~2w)HAA  

火花塞间隙大，跳火能量上升(电压增大)，但压力高温度低时容易发生击不穿混合气(断火)现象。

Q>,EYb>wI  

火花塞间隙在0.7mm-1.2mm之间，点火线圈能量大间隙也适当增大，对提高点火成功率有利。

Y0f "}A1  

XpFoSW#K  

((2 g  

dKOW5\H'  

F、火花塞能量来自点火线圈，所谓有高能量火花塞实是无稽之淡。

`W3;LTPEb  

不管用何材料制造火花塞电气性能是一样的，只有使用寿命不同。

/_N*6a
~  

火花塞二个电极都是导体，其间隙中的混合气为负载，原理如同在相同的条件下，使用铜导体线或铁导体线去连接一个相同电阻的负载时，所通过的电流是相等的，即转换的热能大小一样。

\m>mE/N  

G、贵金属(铱、铂…)有较低的电子发射势垒，所以跳火电压比普通火花塞低，互换时贵金属火花塞间隙应略大于普通火花塞间隙才匹配。

Mw0Kg 9M  

X1A~#w>  

o\_@4hXf  

QAp+LSm  

根据能量守恒定律有：

N;<.::x  

A、 点火线圈输出能量不变时，火花塞击穿电压越高，火花塞电容放电能量越大，则电感放电火花期变短。

9<0p1WO  

B、 点火线圈输出能量变大，火花塞击穿电压不变时，则电感放电火花期变长。

`yjHLg  

(x}>tm  

m/,.3v  

'j^A87\M_  

重要提示：点火能量大小不会影响发动机混合气燃烧速度的理解为 #
6<  X  
3[R<JrO  

L-&N*   

baLO~C  

100mj与150mj能量通过火花塞时，火花塞电容放电能量相等，时间也相等，电感放电火花期时间长短不同，即在相等的时段内所发出的热功相约。 }BF!!*  
KCBA`N8  

A-n@:` n~  

Z\YCjs%  

tPp9=e2[s  
)r0XQa]@$  

whW%c8  

 *Cj<Vy  

N x;Oz  

O}-+o1  

0woLB#v9  

三、点火线圈能量

wZg~k\_lF  

Ew
)1O9f  

Oj>;[O"  

d$HPpi1LL  

点火线圈即高压变压器，简单工作原理: 变压器初级电流变化引起变压器内磁通量变化，次级线圈产生感应电动势(高压)。

he|.Ow  

有两种点火方式：

;TL>{"z`x  

A.。电感蓄能式点火系统

m[nrr6 G"  

点火系统产生高压前以点火线圈建立磁场能量的方式储存点火能量。

K$wxiGg8P  

特点：靠断开初级线圈电流产生点火电压，火花持续时间长。

oxug  

gkDXt^Ob  

k{ulu  

1-.(pA'  

B．电容储能式点火系

U:gvK8n  

点火系统产生高压前，先从电源获取能量以蓄能电容建立电场能量的方式储存点火能量。

x??H%'rP  

特点：靠电容通过初级线圈放电产生点火电压，放电能量大，时间短，可在一个燃烧期作1-3次跳火。

Wf=hFc1_@  

T/tCX[}  

根据实驗正实，电感蓄能式点火系统更适合家用轿车发动机，所以汽车基本都采用电感蓄能式点火系统，而不是成本及技术原因。

@eP (j@(^  

<q=]n%nX  

zS `>65}e  

Agwl2AM5k  

电感蓄能式点火线圈其输出负荷为50PF时(火花塞电极默认电容)时，次级电压上升时间一般为10ｓ～50μｓ,幅值在35ｋＶ左右。

H4BuxM_r  

点火线圈初级电流按指数曲线规律上升，通电时间长电流大。点火线圈初级电流越大断开时输出能量越大，电流越小断开时输出能量越小。ECU就是根据这一原理对点火线圈能量的控制。

.FvIT]k-  

)NlxW5  

f4^\iZ{`G  

n;r W  

点火线圈并不复杂，设定点火线圈最大能量后，可根据电工学公式计算出各项參数进行试制后定型生产。

n ZzGak  

7@ mP;K0  

4z,n:>oH  

"ax"k0  

四、 探讨结论

/@]@Tz@'  

xu*dPG)v  

*gN
)a%9  

p`3$NCJN  

清华大学研究说明，传统点火改为高能点后功率提高不足4％。

!7aJfs2  

&Ch~$Wb^  

^ _pJEX  

${)s ~[  

现代电喷车都用高能量点火系统，我们改装点火能量还有多大的提升余地?

HrS  

为什么提高点火线圈能量后或多或少都有表现?

)NC kq~M  

点火能量是否可增大到1000MJ，上限是多少?所带来的负面影响有多大? ZP^7`q)6  
bem-T`>'  

njN]0l{p  

-L%2*`-L$  

最具讽刺的是厂家要控制点火能量的输出不要过大，而改装者却越大越好。 b[_${in:  
q"Z!}^{  

4/Bn9F  

r 7mg>3  

有人说是汽车厂设计的疏忽，有人说是成本原因，也有人说厂家是对的。各人自己去解读吧。

[8K+zT5  

zTa>MzH1-;  

ZQ^kS9N i  

0)8QOTeT  

RTSR-<{z  

r<oI4px  

'D-#,X C  

五、本人浅见 <LW|m7  

xgR*j  

wZa;cg.-q  

dr6 dK
  

[bPE?_a,  

deT
b vl  

Ee|+uQ981>  

从有关文献中可知： C]=E$^|{  
Zj7XmkL  

-.*\J|S@g  

G2^DukK.  

XGoy#h  

Ji!-G4.n"  

JJ~?ON.H  

A、火花塞间隙不变时，最小跳火能量决定于温度及压力。最小跳火点火能量大小是随发动机各种工况改变的。 #~x5}8  
x]ti3?w  

m=MT`-:  

C.E>)  

B、 温度及压力不变时混合气过浓或过稀需要更大的点火能量才能点燃，即增大跳火电压。 @6q$Zg/  
C[nr>  

9yo[T( 8  

3cO[ t\/up  

C、 混合气燃烧的速度(效率)主要取决于混合气的浓度、温度、压力，及气缸内混合气扰流速度，与点火能量大小无关。 1IQOl  
.cS,T<$  

5rA !VES T  

h"1"h.  

D、最小点火能量虽然能点燃混合气，但为保险起见，应适当加大。 pL}j ZTo  
XJlDiBs9=Q  

sx(l  

\/'#=q1  

E、 混合气浓度在着火区时，火花塞跳火即可成功点火。混合气浓度不在着火区，点火能量再大也无法成功点火。 [Z5}2gB&  
71L\t3fG  

^`TKvcgIc  

6_9:Eb=^v!  

B~V<n&<  

r}_Lb.1]  

&prdlh=UE  

所以1，点火能量越强，点着混合气概率越高，即范围变宽(见图曲线)。因发动机低转速时进气量大压力上升，温度又较低，所以提高点火能量对改善低速及怠速点火性能较为明显。但是随着发动机转速的提高，由于混合气着火容易，造成点火失败原因减少，发动机输出就不会有什么差异了。

ueWR/  

nV!2Dfd  

jgo e^f  

m!HC-
[<  

所以2，混合汽燃烧时间在750μS-2500μS之间，高能点火火花持续时间在1200-1800μS。

B,~f "  

当用1800μS火花能量去点燃混合汽燃烧时间只有1000μS的混合气时，会出现什么状况呢?

e+NWmu{<_  

答案是：混合气已燃烧完结而火花塞还在跳火，电离通道生产的高热加上火花塞自身温度加速了火

kVV\*"9y  

花塞电极的烧蚀，也增加了点火系统负担。这样讲你应明白为何ECU要有调节点火能量功能了吧。 4fu'QZ(}  
E"Zb };}  

IM@"AD52a  

WLE%d]'%M  

cN62M=**  

p`\3
if'  

3QIdN  

所以3，ECU根据不同的工况输出恰到好处的点火能量，达到既不失火又可保护点火系统元件的目的。事实是这种保护会使发动机点火成功率范围变窄(见图曲线)，在低转时确实会帶来某些时刻点火失败，造成发动机抖动，也因点火失败造成功率损失。所以当用较强能量的点火线圈时，对低转点火成功率会提高，就是所讲低速好了。

jH(&oV  

`{DG;J03[  

m#*h{U$  

C
w%BZ  

所以4，我个人认为厂家的点火能量选择是为了达到“保护”与“能量”的平衡，牺牲了非工作转速区的性能。这个道理与怠速的稳定性及耗油的矛盾是一样的。某发动机把目标怠速定在500转时省油但抖动很大，怠速定在1000转时很稳定却费油，最后为取平衡怠速定在800转。但并不影响发动机正常转速工作的动力性。

t-!m vx9Z  

Z["BgEJ  

FN!1|'VK  

[zQWyDu  

一台发动机推出市场之前，厂家一定经过各种测试。点火系统是关系到整机功率输出的重要一环，不管发动机设计、制造工艺多优秀，当点火时间失准、点火能量不够造成失火时，发动机性能将大打折扣。

hVM2/j  

厂家有各种设备仪器，实驗资源来对发动机性能测试，所以厂家必定会通过各种实驗选择一个合适能量点火线圈的。

'I v_mig  

当我们用感觉去测试点火线圈时，厂家却是用电脑图象观察分折，不在一档次。

H\#:,s{1  

厂家做了99％的爬山工作，不可能最后由我们用1％代价去达到顶峰。

0 iRR{a<  

e_rzA  

K9|7dvzC:  

3Aj*\e0t  

2"&) W dm  

结论：增大点火能量，成功点燃混合气概率越高，大到多少合适我不知道。 euQ.ArF  

^Z}Ob= .G  

*#&*`iJ(  

:i*JnlvZ  

!; v~^#M]~  

m~`>` 4  

,,<PVTd  

$2#7D* Rx  
*cv}*D  
&#m"/g7w4N  

|WQ9a' '  
iDb;_?  
l[h'6+o  
f[~1<;|-  
loOOmHhJ&  

2 V^WQ6G1  

主要论点参考文献为上海交通大学四年级在用参考教材〖汽车发动机原理教程〗。图123456

d}pGeU '  

|&(H^<+Xp  
j}"]s/= 6  
v F]  
2k%Bl+I  
NuHL5C?To  

3 HC`3AQ12!&  
m6ws#%|[  
!rqR]nd  
(#"s!!b  
s;M*5|-  

4

真是受益匪浅。不错。小红杏，多发点类似的文章。

看来我的想法真没错，改装来改装去，最终还是要回到原厂设置。

就当走了一次学习的过程吧。

版主们，看到小红杏了。

你们还不设－－－－－－－－－精。

我只会开老爷车!