點火線圈的工作原理是什麼？有沒有改裝的必要？How engine ignition coil works?

Hello 大家好 我是小老虎 歡迎來到我的頻道 那麼發動機改裝這個高壓包 也就是點火線圈 它到底算不算是智商稅 有很多朋友都有這個疑問 那麼今天咱們就來聊一聊 這個發動機的點火線圈 說明一下 點火線圈是有很多種設計的 早先的車都是這一種 搭配分電器使用的點火線圈 而我們今天要講的是這一種 每個缸獨立的點火線圈 現在絕大部分的汽油發動機 用的也是這種 今天咱們先把高壓線圈 點火的工作原理說清楚 然後再來看看它 改裝到底算不算是智商稅 好 那麼大家看 這就是一個典型的點火線圈 大家也習慣把它叫做高壓包 在這一頭 咱們把火花塞往這裏頭一插 點火線圈就能給到這一個火花塞 這一頭的金屬電極 給到它一個大幾千 甚至上萬伏的電壓 這個電壓 然後再一直通到裏面的 這一個中間的尖尖上面 這裏看不清楚的話 大家可以看圖中的這一個部分 高壓電通到這一側 這一側是接地的 於是給到這一邊超高的電壓 就會在這裏擊穿空氣 形成火化 其實咱們生活中 經常看到的閃電 還有漢街中的雅虎漢 其實也都是這個原理 都是利用巨大的電勢差 也就是電壓來擊穿空氣 那麼問題就來了 咱們普通的汽油車上面 一般一共就有兩個電源 一種是電瓶電源 它也就12伏多一點的電壓 另外一個電源 就是引擎帶動的發電機了 它就算是火力全開的話 最多也就14伏多一點的電壓輸出 那麼剛纔咱們提到的 點火線圈輸出的 成千上萬伏的高電壓 它是從哪裏冒出來的呢 這就得從咱們高中物理的 電磁感應說起了 那麼這邊學霸觀衆可以先回家了 直接跳過來到這一邊 接着往下看 那麼和我一樣 是學渣和學蘇的朋友 就只好留意一下了 咱們彈幕刷一波 一起來快速的過一遍這個知識 那麼說電和磁 就像是兩個吵架的小孩子 他們倆誰先出招並不重要 重要的是 你只要一旦開始吵起來 那就是無休無止的反彈和再反彈 直到兩個人都筋疲力盡爲止 那麼電和磁的關係也差不多 有了電就一定會產生磁場 而這個磁它只要一動 又會產生電 那麼電又反過來 還可以再產生磁 這個磁又又反過來 還可以作用於電 一直到初始的輸入能量 消耗殆盡纔算完 那麼請各位學渣和學蘇朋友 記住我這麼一個不太嚴謹 但差不多是那麼個意思的比喻 咱們後面用的上 好 大家看這裏 一根通着電的指導線 根據安培定則一 它在通上電之後 就會產生這麼一個磁場 如果我把這根指導線 給它繞成一個圈圈 也就是繞成這一個樣子的話 電流還一樣是這麼給着 於是磁場就會變成 現在化的這種樣子 那麼咱們再把這一個圈 變成像這樣的 好多好多個圈 一樣也給它充上電 那麼磁場就變成了現在這個樣子 最後 咱們再在它的邊上 在它外面或者是裏面 給它再套上第二層線圈 那麼爲了表述方便 第一個線圈 也就是裏面這一個小的線圈 咱們把它叫做初級線圈 後面加上去的這第二個線圈 就叫次級線圈 次級線圈現在是不通電的 那麼由於這兩個線圈 它是一個裏外的位置關係 這樣一來 通了電的初級線圈 形成的這些磁場線 就一樣也會穿過次級線圈 那麼在現在這種磁場穩定的情況下 外面次級線圈裏面 它是沒有電的 那麼說你次級線圈 如果也想要來電 剛纔說了 只有你磁動了 纔會產生電 那麼怎麼才能滿足磁動的條件 也非常簡單 我啪的一下 把這一個初級線圈通的電 給它斷了 那麼這一瞬間 由初級線圈產生的這些個磁場線 就會跟着瞬間崩塌 瞬間就沒有了 我站在外面次級線圈的角度來看 它所處的環境 在裏面線圈斷電的一剎那 就發生了巨大的變化 由現在非常強的一個磁場 一下子變成零磁場了 這就是滿足了磁動的條件 只要磁一動 次級線圈中 就會產生感應電動式 也就是電壓 有的朋友說你這個磁場都沒了 怎麼還能產生電壓呢 其實這個磁場是從有到無 和從無到有 它的效果是一樣的 就好像你被別人打了一拳 會跌倒一樣 你打別人一拳 如果打空了 沒打着 它一樣 你可能也會有一個裂缺 甚至跌倒 那麼關鍵的地方就來了 不管你這一個次級線圈 繞多少圈 繞得很密 還是很疏 穿過次級線圈的每一個圈 中間的這一個磁感線的數量 和強度都是一樣的 而對於每一個圈來說 這些磁感線瞬間崩塌 所帶來的感應電動勢 也都是一樣的 那麼咱們假設一個圈 能產生的感應電動勢 又是電壓 是1V的話 我次級線圈繞它個10圈 就會有10V的感應電壓 繞它個100圈 就有100V的感應電壓 沒錯 火花塞點火所需要的高電壓 其實就是用這個思路來解決的 這兩個線圈 實際上它就是一個變壓器 只要我次級線圈繞的雜數足夠多 汽車上的這一個14V的低壓電 就能夠被我輕輕鬆鬆的 想翻多少倍 就翻多少倍 好了 理論的原理明白了以後 咱們再來看 這一個點火線圈的剖示圖 就能夠看懂了 大家來看 這裏面這些綠色的部分 代表的就是我們繞的 這一個初級線圈 在它裏面 還有這密密麻麻紅色的部分 它就是次級線圈 那麼非常明顯 肉眼可見 這裏面的紅色次級線圈 要比初級線圈 多出來好多好多倍 那麼放大電壓 就是靠了這兩個線圈的 這一個倍數來決定的 好 現在咱們把這張圖 和左邊的這一個點火系統的 示意圖 結合着來看 在這邊 這一整塊藍色的部分 其實就是點火線圈了 它內部的初級和次級的兩個線圈 我在這邊就畫的比較簡單了 大家也是一個示意的意思 這個點火線圈的這一頭 套着這麼一個火花塞 紅色的這一個次級線圈 它一頭接地 一頭直接給到火花塞的電極上 火花塞再往下 探入燃燒室 也就是發動機的內部 那麼關於火花塞 咱們之前也是專門出過一期節目的 感興趣的朋友 可以去翻看一下 在這邊我就不展開講了 接着往下看 這個是汽車上的12伏電瓶 這個是汽車上的行車電腦 ECU 或者叫PCM 這一個就是曲軸位置傳感器 黃色的這個部分 紫色的尺圈 是曲軸的一部分 黃色的曲軸位置傳感器 通過曲軸上的這麼一個尺圈 能夠感應到每一個時刻 曲軸分別轉到了什麼具體的位置 從而它就能夠判斷 每一缸具體需要在什麼時候點火 傳感器再把這些數據信息 全都傳給了行車電腦 行車電腦就知道了 什麼時候給高壓包 給它一個信號給過來 咱們比方說 現在傳感器就告訴電腦 這一缸點火線圈的這一缸 在3毫秒之後 就需要點火了 那麼於是 電腦就會提前3毫秒 給一個電壓信號 給到這邊 這裏是一個三極管 大家可以把它簡單的 當成是一個開關 在左邊的這一頭 如果有電壓給過來的話 上下這兩頭就是通的 綠色的初級線圈的這一頭 就能夠順利的接地 但是左邊這一頭 要是沒有電壓給過來 這兩頭就是斷開的 初級線圈的這一頭 就沒辦法接地 好 那麼現在我們說了 提前3毫秒 這一個電壓信號 啪給過來 這邊就相當於是接通了 這一個綠色的初級線圈 在這一頭 是一直連着電池的正極的 就等着你這一頭信號 給過來接地 那麼你這邊一接地 這一個初級線圈中的電流 就給它通上了 咱們就利用這點火前的3毫秒 初級線圈中的電流 也給它打通了 由這一個電流所產生的 剛纔咱們講的這一個磁場 也能夠有足夠的時間 建立完成 好 那麼現在3毫秒過完了 點火時機已到 那麼電腦只需要在這個時候 切斷這一個電壓信號 這邊的電壓信號一切斷 這邊的接地也就斷了 於是這一個初級線圈 瞬間就斷電了 那麼由初級線圈產生的磁場 也瞬間崩塌 磁場崩塌的過程 就會在紅色的次級線圈中 產生巨大的感應電動勢 也就是成千上萬伏的電壓 而這些高電壓 又全部被輸送到了火花塞上 火花塞的這一個尖尖 上面得到了成千上萬伏的電壓 它的這一頭又是和鋼體連接 相當於是接地的 那麼這兩個電極之間 巨大的電壓差 就會擊穿這一個空隙 從而形成火化 點火也就算是完成了 總結一下 其實就是電腦判斷以後 提前給你初級線圈一個信號 讓它能提前通上電 建立好磁場準備好 那麼這一段提前通電的時間 就叫做飽壓時間 或者也可以叫充電時間 然後到了點火的時候 就省事了 電腦這邊信號只要一段 那麼磁場崩塌 這邊產生感應電動勢 形成高電壓 然後擊穿這個空隙 這些都是一氣呵成的 然後再等到這一缸 下一次需要點火的時候 再重複這個過程就可以了 好 那麼點火線圈 它的工作原理 咱們是搞清楚了 那麼那些改裝的點火線圈 怎麼說呢 它們到底有沒有效果 有沒有必要 我先不說結論 先把點火線圈 和火花塞的一些主要參數 給大家說一下 然後大家自己來下結論 來判斷所謂的改裝是好還是壞 首先來說 最顯而易見的就是線圈 你這個線圈 能達到的最高電壓值有多高 如果讓你來改裝的話 讓你來設計的話 可能很多朋友最先想到的 就是把這一個紅色的刺激線圈 給它繞超多圈 因爲你剛纔原理部分都講過了 對不對 你這個刺激線圈 給它繞的越多越密 這邊給過來 給到火花塞的電壓就越高 那麼這個方法可行嗎 首先大家要考慮兩個問題 是不是說火花塞 我給你的電壓越高 而你的產生的火花就越大 性能的提升就越多呢 這個問題咱們從兩個方面來看 首先這一個初級線圈和刺激線圈 它們之間繞的圈數的比例 並不是說越大就越好 理論上說這麼幹 的確能夠拉高你的感應電壓 但實際的應用中 刺激線圈你繞的太多 反而會適得其反 影響到溫度阻抗等 其他的一系列參數 不過這些原因都還是其次的 主要是你這一個電壓 打得非常高 你得用得上纔行 你之所以要給到火花塞 一個很高的電壓 就是因爲這一個間隙 你要用電壓把它擊穿 是比較困難的 因爲大家知道間隙中的是空氣 空氣的電阻是比較大的 要擊穿它不容易 但問題是 一旦這個間隙被擊穿了之後 它已經形成了火花之後 這個時候電壓 我只需要能夠維持住 這一個電流就足夠了 這種情況一般也就是個 3000V上下的樣子 那麼喜歡把這個理論 研究的更深入一點的朋友 可以看這邊的這張圖 其實就是這兩根曲線 紅色的是刺激電壓的 這麼一個曲線 綠色的部分 是初級線圈的 電流的曲線 大家來看 這一個節點 也就是電腦信號給過來的時間 在這個節點上 電腦信號一給過來 我的初級線圈 就已經通上電了 那麼由於線圈它的特性 和指導線還不一樣 它不是說你一通電 電流一下子就能到位的 所以你一通電以後 初級線圈的電流 它有一個這麼一個 慢慢爬升爬升的過程 那麼差不多爬到這邊以後 電流的曲線 已經慢慢變平了 說明初級線圈裏面的電流 已經到位了 不會再爬升了 於是到了這一個節點的時候 電腦就把這個信號給它一斷 那麼這時候初級線圈裏面 電流一下子就沒電了 所以它這個曲線 又回落到了零電流的狀態 那麼從電腦給過來信號 到電腦撤掉這個信號 這一段時間 咱們就稱之爲充電時間 或者說是保壓時間 那麼這一個曲線 相對是好理解的 與此同時 次級線圈中的電壓 又是什麼個情況呢 好 大家來看 一開始很消停是零電壓 然後到這個節點以後 因爲電腦一下子給過來信號了 初級線圈通上電了 它就會一下子產生一個磁場 突然出現的磁場 會對這一個次級線圈的電壓 有這麼一個小幅度的一個影響 但很快會趨於平穩 接下來初級線圈的電流逐步增長 那麼初級電流產生的磁場 也是一樣 逐步變強 一直到這一個節點 電流穩定了 那麼磁場也就穩定不變了 那麼磁場不變了 或者說磁場不動了 那麼我次級線圈中的感應電壓 也會輕輕震盪一下以後 會又回到零電壓的狀態 好 接下來就是重頭戲了 到這個節點了 馬上就要斷電 電腦信號電一段 初級電流一下子猛降 磁場也是猛降 瞬間次級線圈中 就會產生一個超高的電壓 於是就有了這一個直插雲霄的電壓曲線 而咱們所說的點火線圈 你能達到的最高電壓值 其實就是看這一根曲線中 這一個部分 它最高能衝到多高 那麼說它什麼時候能衝到最高 發揮出點火線圈 100%的極限 非常簡單 大家看這裏 只要把火花塞的這一個間隙 搞得非常大 因爲你間隙變大以後 想要擊穿這個間隙就非常難 所以需要的電壓就更大 我把你這個間隙搞大到 你永遠都不可能去擊穿 那麼你這一根曲線 不就是直插雲霄了嗎 電壓數字就是居高無比 但是後面的這一部分曲線 也就沒有了 因爲你這個線圈 光顧着在這憋高壓了 這一股力氣 根本就沒有泄出去 火花沒有打出來 那麼你之前充電 充的這幾毫秒的時間 衝上來的能量 相當於就會被 點火線圈自己內部消化了 並沒有轉化成火花 說到這裏 有的朋友就明白了 你說你這個正常的火花塞 你間隙也不可能是無限大的 你都是有標準的 對不對 你想要擊穿一個 正常間隙的火花塞 一般來說 1萬多伏怎麼也夠了 所以說你次級線圈中 產生高電壓的時候 它一路向上衝 它很快就能夠達到 就能夠衝到 擊穿你這一個正常間隙 火花塞所需要的電壓 只要這個電壓一達到 火花就形成了 它這裏面的電阻 就不再是無窮大了 打出來的火花 就是形成的一個通路 那麼這邊憋着的高壓 相當於就一下子給它泄了出去 這個時候電壓 我只需要能夠 維持這個火花就夠了 所以到這邊大家看到 途中的電壓 達到擊穿電壓之後 會馬上大幅度下降 降到一個比較平穩的 兩三千伏特的這麼一個數值 來維持火花 一直保持到這一個節點 也就是火花熄滅了 能量耗盡 而這一段時長 實際上就是你整個點火的 火花所持續的時長 一般是在1.5毫秒左右 接下來就是火花熄滅 這一個次級線圈也斷電了 那麼由於次級線圈 自己也是突然沒電 所以由於電荷磁之間的反彈 和再反彈的關係 它也會有這麼一個震盪的過程 但很快最後也會歸於零電壓 那麼到這裏 有的朋友他就覺得 我已經學廢了 你追求所謂的最高電壓 沒什麼意義 你說你最高能達到10萬伏特 和我有什麼關係 你一個正常的火花塞 一兩萬伏特 了不起四五萬伏特 怎麼都把你擊穿了 然後你就卸下來了 擊穿之後 你有再大的力氣 也沒地方使了 對不對 其實這也並不絕對 不同的車和不同的發動機 它所需要的擊穿電壓 擊穿的電壓值 它是不一樣的 即使你是同一臺發動機 在不同的工況下 所需要的擊穿電壓也不一樣 比如說你在踩地板油的時候 那麼發動機內部 就會噴更多的燃油 那麼燃燒時裏面的汽油分子 就變多了 而汽油相對於空氣來說 它又是一個很好的導體了 你汽油一多 同樣我這一個火花塞的間隙 還是這麼大的話 汽油分子一多 我就更容易擊穿了 那麼我所需要的擊穿電壓 自然就低了 那麼除了汽油的因素 高壓的空氣 也會讓擊穿火花塞的間隙 變得更加困難 所以說 如果你是增壓比較高的發動機 比如說渦輪增壓 或者是機械增壓的發動機 同樣的情況下 你燃燒室內的壓強就越大 那麼你擊穿這個間隙就更難 所以你需要的擊穿電壓就更高 那麼這幾種情況 還都是假設間隙不變的情況 那麼有很多朋友改裝發動機的時候 他爲了能夠讓發動機 得到一個又大又長的大火花 他就會把這一個火花塞的間隙 給它調整的比較大 因爲你間隙越大 裏面產生的火花的尺寸 肯定也就越大 那麼在這種情況下 它也需要更高的擊穿電壓 所以話說回來 你需不需要爲了一個最高的電壓 輸出值 去改裝你的點火線圈 這個問題就好比我來問你 你覺得你需不需要花10萬塊錢 買雙博爾特級別的跑步鞋 是一樣的 你說這個鞋10萬塊錢 它是不是智商稅 你說是吧 可是它的確能給你的百米衝刺的成績 提高0.1秒 對不對 所以說關鍵還得看你是一個什麼人 如果你說你是省隊 國家隊的頂尖短跑運動員 這0.1秒對你來說 實在是太重要了 對不對 你這10萬塊錢 絕對算是花的值 但如果你是一個天天窩在沙發裏 喝着快樂肥宅水 刷小老虎視頻的主 那麼這種鞋你買過來 就純屬於被詐騙了 不僅對你的百米成績幫不上什麼忙 反而很有可能 因爲穿不慣 還把你自己的腳給崴了 發動機也是一樣的道理 對不對 你其他的東西什麼都沒動 也沒有任何的進步 也沒有任何的鍛鍊 你就光改一個點火線圈 基本上就屬於是浪費 但如果你說你是已經換了渦輪了 升級了排氣了 改裝了噴油了 也刷了程序了 甚至還上了各種各樣的 發動機內部的鍛造 那麼這種情況下 你去升級點火線圈 就是非常必要的 有的時候甚至是必不可少的 那麼除了咱們現在講到的 這一個最高電壓值 另一個值得提一提的參數 就是這一段充電時間了 其實講到這裏 大家應該也能意識到 點火好像是一瞬間發生的事 但是整個點火的過程 可不是那麼簡單 首先你得先提前給它充上電 完了以後在這裏還得先斷電 斷了電以後 這纔是點火 點火它有一個過程 然後點完火 等你火花熄滅了 你還得等刺激線圈裏面 產生線圈震盪 讓它平穩一會兒 最終它才能夠完全恢復平靜 這一整套動作下來 還是挺耗時間的 那麼這個時候 如果你轉速低的話 還好說 時間非常充裕 但問題是當你轉速拉高以後 它不停的非常快的點火 這個時候可能你線圈 可能就有點忙不過來了 我上一個火花剛剛點完 它還在震盪 還沒徹底震盪完 我接下來下一個火花 我又需要點了 這也就是爲什麼 轉速過高的情況 特別容易產生失火 也就是點火不穩定的原因之一了 你這個點火頻率太快了 我已經來不及什麼充電 保壓了 這些時間都不夠 那麼你充電的時間不夠 你能量就攢不夠 你能量攢不夠 體現出來就是什麼 到最後我這個火花就是點不着 或者是來不及點着 甚至是即使點着了 你這個火花的質量也不高 表現出來就是高轉的時候 我的點火不能調的很激進 調的很激進的話 馬上就會不穩定 那麼再來看 這一整段週期 其實相對比較容易縮減的 我能夠做一做縮減的 就是這一個充電時間 咱們在同等的線圈比例的前提下 我如果把這一個初級線圈的電阻 做的小一點 比如說現在是0.6歐姆 我給它做到0.55歐姆 那麼我望你初級線圈裏面 通電的電阻變小了 那麼我建立電流和磁場 所需要的時間 是不是就變短了呢 從而我就能夠縮短這一個充電時間 和整個點火的週期時長 就能夠在不失火的前提下 更穩定的拉到更高的轉速 或者我也可以保持 你這一個充電時間不變 我不縮短充電時間 還是這麼多充電時間 但這個時候我初級線圈中 如果電阻更小了 那麼同樣的時間內 我能爬升到的電流高度 就會更高 電流更高 它的磁場更強 它啪一下斷掉的時候 能夠產生的電壓也就更猛 從而讓同等條件下的火花 具有更高的能量值 當然了 我這個初級線圈的電阻這個因素 也不是說越低越好 你電阻搞得太低了 你的電流就非常大 一個是溫度就上去了 再一個過大的電流 也會產生更大的磁場 就不好控制了 就需要其他的一些配套設備的升級 才能平衡這一個損壞 好 那麼咱們從這一個充電時長 和減小這一個初級線圈中 電阻的角度來看 這個角度來說的話 你改裝點火線圈 是不是智商稅 答案其實還是那雙10萬塊錢的 跑步鞋一樣 你的車能不能拉到9000轉 你可能不知道 你說你是不是省隊國家隊的 你心裏還沒數 對吧 那麼除了最高電壓 和這一個充電時間 兩個大頭 改裝的點火線圈 還有一些其他相對比較零碎的優勢 比如說這一根連接次級線圈 和火花塞電極的這根導線 也就是實物中 看看能不能給大家看到 也就是實物中 大家看到裏面若隱若現的 這一個金屬色的東西 它可以把這一部分的電阻 做得更小一點 因爲你這改裝件 它不必要像原廠那樣 去摳着成本做 對不對 它就可以用一些導電性更好的材料 再譬如這兩組線圈 它的位置 很多改裝的點火線圈 它會把這個線圈 給它做到頂部的地方 而不是像一些原廠的線圈 它是做在了插入發動機內部的部分 這樣的話 它就離的發動機 更近那麼一點點 對不對 你可別小看這一點點的距離 離發動機更近了之後 裏面線圈的工作溫度 和振動程度 都會影響不少 那麼在其他因素 都一樣的前提下 你這個點火線圈裏面的工作溫度越低 振動越小 它的工作效率就越高 好 差不多大概齊 就講這麼多 總結一下的話 點火線圈的正確改裝 它一定是結合你的具體車況的 其中包括 你對應的是什麼規格的火花塞 你刷的具體是有多激進的程序 以及你其他配套的一些改裝項目 分別是什麼 但是不管你的改裝程度是輕還是重 或者說你純粹就是原廠 你升級這一個點火線圈 它更多的都是在表演一個 保障穩定性的角色 它是在確保其他零件 都能夠最大程度的 得以發揮它們的潛能 它是這麼一個保駕護航的角色 好了 那麼這個點火線圈 咱們差不多就聊完了 其實它本身的原理還是挺簡單的 主要是瞭解它工作時候的 這各個參數 實際上更實用一點 一步流程又講超時了 不過還是希望這一期的視頻 能夠對大家有所幫助 點贊和關注記得給一個贊走 好 那咱們今天就聊到這裏 我是小老虎 咱們下次再見 拜拜