机车点火系统

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1、第四十七屆中小學科學展覽會作品說明書科別：機械科組別：高職組作品名稱：機車點火器研發套件之設計及研究關鍵詞：點火器、單晶片、Labview編號：摘要為了環保及可國內自行研發，本研究設計一機車點火器研發套件，並可由簡單易操作之人機介面調整點火正時之角度，以尋取最佳之點火提前角度。本研究利用引擎轉動會產生脈波頻率之特性，經頻率轉換電壓電路轉換成電壓變化，並利用類比/數位轉換器轉換成數位值以輸入單晶片計算。另外，單晶片也讀取Labview經RS232通訊介面傳送之資料，此資料為操作者所輸入欲使點火器點火之提前角度。最後，由單晶片計算

2、所需延遲之總時間，並在時間過後驅動點火點作動即可使點火在我們想要的點火點上。結果顯示，本研究之機車點火器研發套件能將引擎轉速之實際值顯示於電腦上，並可在某一範圍內依操作者調整所欲點火之點火提前角度。壹、研究動機在特殊地理環境下，使得台灣機車數量遠超出其它國家之密度。依公路總局95年度統計，台灣目前有掛牌上路之機車數量將近一仟三佰多萬輛，而且有越多越多之趨勢。雖然機車之排氣量皆不大，但因數量繁多，故其所產生的廢氣量相對地也非常可觀。在環保暑之統計下，目前機車所排放之廢氣污染物CO及HC皆佔全國總排放量之10%以上。所以，近年來環

3、保暑積極推動噴射引擎之機車以期能減少污染。但是除噴射引擎外，機車之點火正時如果能更精確地點燃混合氣，讓混合氣可以燃燒的更好，則亦能達到減少廢氣污染物之排放。而且當混合氣燃燒更好時，動力也會增加、相對之耗油量減少，這都能幫助減少空氣及環境之污染。所以，如果能設計一點火器研發套件並可因此使機車點火器之點火正時能更精確地點燃混合氣而使混合氣燃燒完全，如此就能減少目前機車所產生之污染。目前，雖然國內機車業者能完整製造機車及其零件。但在點火器部份，仍大多數是使用大陸製IC(機車點火器控制電路IC，編號為FM4213)，而且其點火正時也未

4、必準確。在噴射引擎電腦研發部份，也皆是採用國外套件。所以如果能自製研發套件，不但可以降低製造成本，也可以更彈性地製造更優良的零件。將來也可運用於汽車或其它動力機械上，使台灣之汽、機車工業能躍上國際舞台。貳、研究目的本研究的目的為，設計並製作一機車點火器研發套件。使研發點火器能更簡易、成本更低，並因此讓引擎汽缸內混合氣之燃燒更完全，以減少機車對於環境之污染。1參、研究設備及器材1.實習用機車6.示波器2.引擎用正時燈7.三用電錶3.引擎用轉速錶8.8051單晶片燒錄器4.個人電腦9.焊接工具組5.電子實習板電子材料：電阻器、電容

5、器、二極體、電晶體、矽控整流器、12MHz震盪器、IC：MAX232、LM2917、7805、ADC0804、89C51肆、研究過程或方法一、電路設計1.機車點火器(CDI)電路機車之點火系統是採用電容放電式點火，英文簡稱為CDI。其特性是，利用電容器以儲存發電機所產生之電力，因其會比電瓶電壓高，所以在點火線圈匝數比不用很高的條件下就可產生高電壓使火星塞跳火。另外由於機車之發電機為永久磁鐵式，所以當引擎轉速較快時，電容器仍能儲存足夠的能量而使火星塞之跳火不至於變弱。機車點火器之電路如圖1所示。其中包含圖1機車點火系統之電路圖2

6、(1)激磁線圈激磁線圈位於發電機內，當機車飛輪上之永久磁鐵轉動時，磁力線會切割激磁線圈而產生交流電。其所產生的電壓在起動時即有35V以上，在高轉速時可達800V左右。其構造如圖2所示。(2)脈波產生器線圈脈波產生器線圈位於發電機上，其本身內部具有永久磁鐵。另外在飛輪上有一凸齒，當此凸齒接近脈波產生器線圈時，永久磁鐵會透過此凸齒而產生磁力線。因此，當凸齒接近及離開脈波產生器線圈時，磁力線會切割脈波產生器線圈而產生一脈波訊號。其構造如圖2所示。脈波產生器線圈激磁線圈圖2發電機內部構造圖(3)二極體二極體是由P型半導體與N型半導體接

7、合在一起而成，所以具有兩個電極。連結P型半導體稱為陽極、另一個連結N型半導體則稱為陰極。如陽極接高電位、陰極接低電位則二極體會導通；反之，如陽極接低電位、陰極接高電位則不導通。因此，二極體具有單向導通的特性。因為機車點火系統中點火線圈之充磁是使用直流電，而激磁線圈所產生之電力為交流電，所以必須將交流電轉換成直流電。因此，可以利用二極體單向導通的特性將激磁線圈產生之交流電整流成直流電以作為後面電路使用。另外，因激磁線圈產生之電力會隨引擎轉速上升而增加，所以本電路設計使用1N4007二極體，其可流通1安培及逆向電壓1000伏特。(

8、4)鑰匙開關鑰匙開關又稱為主開關，可由鑰匙切換開關之位置。當鑰匙開關切在ON時，則圖一中錀匙開關為不導通狀態；當錀匙開關切在OFF或LOCK時，則圖一中鑰匙開3關為導通狀態。(5)矽控整流器矽控整流器又稱為SCR，是由是一種四層PNPN接合之閘流體。其具有三極，分別為陽極、陰