對於內燃機來說，空氣和燃料的混合物被吸入氣缸並在氣缸內被壓縮。當混合物被壓縮時，它的分子被迫進入壹個小空間。這使得分子相互碰撞，從而產生摩擦和熱量。燃料分子的分子鏈是由不同的原子組成的，這些不同的原子結合起來需要能量。為了釋放燃料的能量，燃料分子必須分裂並重組為不同結構的低能分子。壹旦燃料分子分裂，將不同原子結合在壹起的能量就不再需要了。這種釋放的能量為內燃機提供動力。
對於汽油發動機來說，僅靠壓縮無法提供足夠的能量來分裂燃料分子。引入燃料分子的熱能使它們不穩定，但需要更多的力來分離連接燃料分子的原子。分開兩個在壹起摔跤的人並不容易。妳需要更大的力量把它們拉開，而不是擰在壹起。電擊槍可以把正在扭打在壹起的兩個人分開，因為電擊槍放電時電壓可以達到100kV。電擊槍的勢能大於兩個人壹起摔跤所用的能量，所以兩個人會放手分開。雖然氣缸壓縮會產生熱能，但需要更多的力來分裂燃料的分子並釋放能量。點火系統產生的高能電火花可以提供這種力。
點燃混合氣需要高能電火花，因此采用了許多不同的點火系統。升壓變壓器是當今常用的點火系統。這種變壓器使用低電壓高電流的電極來產生高電壓低電流的電極。它由兩個不同的線圈組成。第壹個線圈稱為初級線圈，第二個線圈稱為次級線圈(見圖1)。為了增加磁場，初級線圈纏繞在鐵芯上。在新的變壓器上，這個鐵芯是由許多塊黑色金屬(通常是軟鐵)堆疊在壹起組成的。與整體鐵芯相比，其磁增強能力更好。
圖1
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初級繞組的導線較粗，匝數較少，這使得它的電阻值很低。二次繞組的線更細，匝數更多，所以電阻值更高。汽車點火線圈的匝數比通常約為1:100，即初級線圈匝數1，次級線圈匝數100。初級線圈的電阻值通常在1 ~ 4ω之間，次級線圈的電阻值通常在8000 ~ 16000ω之間。
初級線圈和次級線圈相互絕緣，絕緣介質為變壓器油或環氧樹脂。變壓器油的耐壓為20 ~ 25kV，因此新型點火線圈采用真空密封環氧樹脂，其耐壓可達50kV。初級線圈和次級線圈是電磁耦合的，所以壹個線圈會受影響，另壹個也會受影響。
點火線圈使用電磁感應來提供所需的點火能量。為了了解點火線圈的工作原理，我們來看看它產生的波形。首先，從圖2中的A部分來看，這部分是開路電壓，因為這時電路還沒有閉合，初級線圈中沒有電流流過。然後，當驅動電路閉合時，電壓突然下降，初級線圈對地形成回路(圖2中的B部分)。這個電壓降將非常接近零電勢。
固有電壓降取決於是用三極管還是場效應晶體管來控制驅動電路中的電流。如果是三極管，它的壓降是0.7 ~ 1V，因為三極管的基極有電阻。場效應晶體管的基極電阻很小，產生的壓降約為0.1 ~ 0.3v..固有壓降是電路中的保持電壓，用來克服驅動電路或基極的電阻，使電流流動(圖2中C部分)。壹旦驅動電路閉合，電流就流過初級線圈的繞組。當電流流過繞組時，所有的電流都用來在繞組周圍建立磁場(見圖3)。這個磁場的建立叫做電感，其強度與電感系數和電流成正比。換句話說，電流越大，磁感應越強。
圖3
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當磁場建立後，電磁線切割初級線圈和次級線圈，使兩個線圈產生感應電壓。然而，這個電壓對兩個線圈有不同的影響。隨著磁場的建立，當磁線切割次級線圈時，會產生感應電動勢，並在次級線圈中釋放電子。當驅動電路閉合時，可以從次級電壓波形中看到該感應電動勢。線路閉合開始時會出現電壓振蕩(見圖4)。這是因為磁線切割次級線圈，在次級線圈的不同繞組中產生感應電壓。
圖4
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線圈繞組中有壹個電容。當兩個導體在空間上分開，電流通過它們時，就會產生電容。而且，這兩個導體之間會有電位差。導體的尺寸和導體之間的距離決定了電容。
當電能和磁能相互轉換時，就會產生振蕩波。當線圈充滿電後，這種振蕩波會減弱成穩定的電弧，然後變成壹條直線。線圈充電的飽和點不同，主要取決於流過初級線圈的電流、電阻值和線圈的匝數。
當磁場建立後，磁絲切割初級線圈，初級線圈中的感應電壓會釋放電子。但是，由於初級線圈中有電流，這些釋放的電子會阻礙電流的流動。我在之前的文章中，以學校的過道為例說明了這個問題。這個例子也適用於點火線圈。想象壹下，孩子們正沿著教學樓的過道快速奔跑。然後，更多的孩子沿著走廊走出教室，進入走廊。離開教室進入過道的孩子，如果不使勁推在過道裏跑的孩子，是不會跑得更快的。就像小孩進入過道壹樣，初級線圈中的感應電壓阻礙了初級線圈中的電流流動。這種阻礙稱為反向電動勢或反向電壓。
每當線路中有電感時，電流的變化就會產生反電動勢，阻礙電流的流動。每當線路中有電阻時，就會有電壓降，電壓降的大小與電阻值成正比。從底部線條(圖4中的D部分)可以看出這壹壓降，其中初級波形略有上升。如果示波器的電壓範圍縮小，初級點火波形的底部放大，可以清楚地看到這個壓降(圖5上半部分的D部分)。
圖5
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當電流流過線圈時，遇到電阻會產生壓降，用電流鉗測量初級線圈的電流波形時也能反映出這壹現象(見圖5下半部分)。壹旦點火線圈的初級電流飽和(磁場不再運動)，次級線圈的外圍就充滿了磁場。點火線圈的電流飽和點取決於流過它的電流。電流越大，磁力線的強度就越大。相反，電流越小，磁力線的強度越小。
線圈充滿電後，流過初級線圈的電流會受到限制(圖2中的E部分)，但磁場強度仍處於最大狀態。註意，此時電流受到限制，但電壓仍低於開路電壓(圖2中的F部分)。為了限制電流，在線路上增加壹個電阻來限制流經初級線圈的電流。如果初級電路中有額外的電阻，則電流限制時間將會提前。如果線圈短路或電阻低於規定值，限流時間會滯後。所以，如果知道電路設計的特點，就可以從限流時間的變化來判斷故障。
隨著發動機轉速的提高，各缸之間的點火間隔變短，線圈的飽和充電時間變短，所以限流會停止(不是所有的點火系統都有限流器)。充電飽和後，電源控制模塊(PCM)切斷點火系統的驅動電路，初級線圈的電流不再流過初級繞組，使磁場通過次級線圈消失。當磁場穿過導線或繞組時，會在導線或繞組中產生感應電壓。這個感應電壓會產生電動勢。電動勢沿著直線推動電子，直到它們回到次級繞組。
電容器的作用是加速磁場的消失。直流電不能通過這個元件接地，交流電可以，交流電可以通過電容。因此，初級線圈中的電流可以通過電容器接地。
圖6
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電容連接在初級電路中(見圖6)。當電流停止時，初級線圈中的磁場收縮，以穩定線圈中的電流。初級線圈中的電流通過電容器消失得越快，磁場消失得越快。快速運動的磁場可以增加次級線圈中的感應電壓，因此高達50kV的電壓所驅動的電流需要找到壹個通道或出路。次級線圈接在火花塞上，電子移動到火花塞電極的開口處，但次級電路是開路。當高壓電試圖推動電子通過開路時，首先在火花塞的兩個電極之間建立電暈或低能量場(圖7A)。
圖7
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壹旦這個電暈被建立，電離將開始。電離開始時，所需電壓很高。為了釋放電子，電勢差必須對原子施加足夠的壓力(圖7B)。失去電子的原子變成正離子(離子是帶正電或負電的原子，是原子失去或獲得壹個或多個電子的結果)。這是擊穿電壓或推動電子克服電阻所需的電壓。
在次級線圈中，電阻是火花塞電極之間的間隙(見圖2的G部分)。火花塞的電極間隙越大，電阻越大，所以要求擊穿電壓越高。擊穿電壓的讀數單位是千伏(kV)，是克服次級電路中所有電阻所需的能量。當電子開始穿過火花塞的兩個電極時，電離就完成了。
請註意伴隨電子流開始出現的振蕩波。這種振蕩在擊穿電壓出現後開始(圖2中的H部分)。這種振蕩或脈動是由線圈或繞組之間的電容現象引起的。電能和磁能之間的轉換很容易在變壓器中發生。擊穿電壓產生的電弧速度很快，大約2ns。這種高速能量脈沖使能量在電和磁之間轉換。電弧的能量脈沖越強，出現的振蕩波就越多。
這些振蕩波類似於兒童蕩秋千。起初，孩子在秋千上休息。使勁推，秋千就蕩起來了。力越大，秋千蕩得越高。然後秋千會左右擺動，直到能量消失。點火線圈中的電、磁能轉換和磁能、電能轉換非常類似於擺動。作為壹個機械裝置，秋千需要推力才能移動，就像點火線圈的放電或“推力”產生能量脈沖壹樣。當電子流開始時，電壓將穩定，振蕩將減弱到穩定的電壓(圖2中的部分I)。
壹旦發生電離，自由電子和正離子將在火花塞的電極之間形成通道。當流動的電子數量等於流動的正離子數量時，就會發生這種情況，火花塞電極之間會出現“等離子體”(圖7C)。等離子體的電阻與氣體成分和氣壓有關。等離子體可以降低電子在火花塞電極之間流動所需的電壓。
電離轉化為等離子體時的電壓值是分析問題的重要參數。由於擊穿電壓不穩定，在每個點火周期都有上下波動，所以觀察等離子體出現時的電壓值就顯得尤為重要。有等離子體存在時的電壓值比擊穿電壓更穩定，所以從擊穿電壓看不到的電阻值就能看出來。電離成等離子體的唯壹影響是電路中的電阻值。
圖八
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圖9中的黃色波浪線表示次級電路中有壹個20kΩ的額外電阻。紅色波浪線代表相鄰的圓柱體，等離子體出現時其電壓正常。黃色波浪線等離子體的電壓比正常值高2.3kV，說明線路中有多余的電阻。
圖9
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在圖10中，黃色波浪線表示高壓線和火花塞之間有0.2英寸(約5毫米)的間隙。紅色波浪線代表相鄰圓柱體，等離子體出現時電壓值正常。黃線中，等離子出現時的電壓值比正常值高1.2kV，說明線路中有電阻。
圖10在次級線圈中，電阻是火花塞電極之間的間隙(見圖2的g部分)。火花塞的電極間隙越大，電阻越大，所以要求擊穿電壓越高。擊穿電壓的讀數單位是千伏(kV)，是克服次級電路中所有電阻所需的能量。當電子開始穿過火花塞的兩個電極時，電離就完成了。
請註意伴隨電子流開始出現的振蕩波。這種振蕩在擊穿電壓出現後開始(圖2中的H部分)。這種振蕩或脈動是由線圈或繞組之間的電容現象引起的。電能和磁能之間的轉換很容易在變壓器中發生。擊穿電壓產生的電弧速度很快，大約2ns。這種高速能量脈沖使能量在電和磁之間轉換。電弧的能量脈沖越強，出現的振蕩波就越多。
這些振蕩波類似於兒童蕩秋千。起初，孩子在秋千上休息。使勁推，秋千就蕩起來了。力越大，秋千蕩得越高。然後秋千會左右擺動，直到能量消失。點火線圈中的電、磁能轉換和磁能、電能轉換非常類似於擺動。作為壹個機械裝置，秋千需要推力才能移動，就像點火線圈的放電或“推力”產生能量脈沖壹樣。當電子流開始時，電壓將穩定，振蕩將減弱到穩定的電壓(圖2中的部分I)。
壹旦發生電離，自由電子和正離子將在火花塞的電極之間形成通道。當流動的電子數量等於流動的正離子數量時，就會發生這種情況，火花塞電極之間會出現“等離子體”(圖7C)。等離子體的電阻與氣體成分和氣壓有關。等離子體可以降低電子在火花塞電極之間流動所需的電壓。
電離轉化為等離子體時的電壓值是分析問題的重要參數。由於擊穿電壓不穩定，在每個點火周期都有上下波動，所以觀察等離子體出現時的電壓值就顯得尤為重要。有等離子體存在時的電壓值比擊穿電壓更穩定，所以從擊穿電壓看不到的電阻值就能看出來。電離成等離子體的唯壹影響是電路中的電阻值。
圖八
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圖9中的黃色波浪線表示次級電路中有壹個20kΩ的額外電阻。紅色波浪線代表相鄰的圓柱體，等離子體出現時其電壓正常。黃色波浪線等離子體的電壓比正常值高2.3kV，說明線路中有多余的電阻。
圖9
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在圖10中，黃色波浪線表示高壓線和火花塞之間有0.2英寸(約5毫米)的間隙。紅色波浪線代表相鄰圓柱體，等離子體出現時電壓值正常。黃線中，等離子出現時的電壓值比正常值高1.2kV，說明線路中有電阻。
圖十
在次級線圈中，電阻是火花塞電極之間的間隙(見圖2的G部分)。火花塞的電極間隙越大，電阻越大，所以要求擊穿電壓越高。擊穿電壓的讀數單位是千伏(kV)，是克服次級電路中所有電阻所需的能量。當電子開始穿過火花塞的兩個電極時，電離就完成了。
請註意伴隨電子流開始出現的振蕩波。這種振蕩在擊穿電壓出現後開始(圖2中的H部分)。這種振蕩或脈動是由線圈或繞組之間的電容現象引起的。電能和磁能之間的轉換很容易在變壓器中發生。擊穿電壓產生的電弧速度很快，大約2ns。這種高速能量脈沖使能量在電和磁之間轉換。電弧的能量脈沖越強，出現的振蕩波就越多。
這些振蕩波類似於兒童蕩秋千。起初，孩子在秋千上休息。使勁推，秋千就蕩起來了。力越大，秋千蕩得越高。然後秋千會左右擺動，直到能量消失。點火線圈中的電、磁能轉換和磁能、電能轉換非常類似於擺動。作為壹個機械裝置，秋千需要推力才能移動，就像點火線圈的放電或“推力”產生能量脈沖壹樣。當電子流開始時，電壓將穩定，振蕩將減弱到穩定的電壓(圖2中的部分I)。
壹旦發生電離，自由電子和正離子將在火花塞的電極之間形成通道。當流動的電子數量等於流動的正離子數量時，就會發生這種情況，火花塞電極之間會出現“等離子體”(圖7C)。等離子體的電阻與氣體成分和氣壓有關。等離子體可以降低電子在火花塞電極之間流動所需的電壓。
電離轉化為等離子體時的電壓值是分析問題的重要參數。由於擊穿電壓不穩定，在每個點火周期都有上下波動，所以觀察等離子體出現時的電壓值就顯得尤為重要。有等離子體存在時的電壓值比擊穿電壓更穩定，所以從擊穿電壓看不到的電阻值就能看出來。電離成等離子體的唯壹影響是電路中的電阻值。
圖八
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圖9中的黃色波浪線表示次級電路中有壹個20kΩ的額外電阻。紅色波浪線代表相鄰的圓柱體，等離子體出現時其電壓正常。黃色波浪線等離子體的電壓比正常值高2.3kV，說明線路中有多余的電阻。
圖9
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在圖10中，黃色波浪線表示高壓線和火花塞之間有0.2英寸(約5毫米)的間隙。紅色波浪線代表相鄰圓柱體，等離子體出現時電壓值正常。黃線中，等離子出現時的電壓值比正常值高1.2kV，說明線路中有電阻。
圖十
在次級線圈中，電阻是火花塞電極之間的間隙(見圖2的G部分)。火花塞的電極間隙越大，電阻越大，所以要求擊穿電壓越高。擊穿電壓的讀數單位是千伏(kV)，是克服次級電路中所有電阻所需的能量。當電子開始穿過火花塞的兩個電極時，電離就完成了。
請註意伴隨電子流開始出現的振蕩波。這種振蕩在擊穿電壓出現後開始(圖2中的H部分)。這種振蕩或脈動是由線圈或繞組之間的電容現象引起的。電能和磁能之間的轉換很容易在變壓器中發生。擊穿電壓產生的電弧速度很快，大約2ns。這種高速能量脈沖使能量在電和磁之間轉換。電弧的能量脈沖越強，出現的振蕩波就越多。
這些振蕩波類似於兒童蕩秋千。起初，孩子在秋千上休息。使勁推，秋千就蕩起來了。力越大，秋千蕩得越高。然後秋千會左右擺動，直到能量消失。點火線圈中的電、磁能轉換和磁能、電能轉換非常類似於擺動。作為壹個機械裝置，秋千需要推力才能移動，就像點火線圈的放電或“推力”產生能量脈沖壹樣。當電子流開始時，電壓將穩定，振蕩將減弱到穩定的電壓(圖2中的部分I)。
壹旦發生電離，自由電子和正離子將在火花塞的電極之間形成通道。當流動的電子數量等於流動的正離子數量時，就會發生這種情況，火花塞電極之間會出現“等離子體”(圖7C)。等離子體的電阻與氣體成分和氣壓有關。等離子體可以降低電子在火花塞電極之間流動所需的電壓。
電離轉化為等離子體時的電壓值是分析問題的重要參數。由於擊穿電壓不穩定，在每個點火周期都有上下波動，所以觀察等離子體出現時的電壓值就顯得尤為重要。有等離子體存在時的電壓值比擊穿電壓更穩定，所以從擊穿電壓看不到的電阻值就能看出來。電離成等離子體的唯壹影響是電路中的電阻值。
圖八
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圖9中的黃色波浪線表示次級電路中有壹個20kΩ的額外電阻。紅色波浪線代表相鄰的圓柱體，等離子體出現時其電壓正常。黃色波浪線等離子體的電壓比正常值高2.3kV，說明線路中有多余的電阻。
圖9
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在圖10中，黃色波浪線表示高壓線和火花塞之間有0.2英寸(約5毫米)的間隙。紅色波浪線代表相鄰圓柱體，等離子體出現時電壓值正常。黃線中，等離子出現時的電壓值比正常值高1.2kV，說明線路中有電阻。
圖十
在次級線圈中，電阻是火花塞電極之間的間隙(見圖2的G部分)。火花塞的電極間隙越大，電阻越大，所以要求擊穿電壓越高。擊穿電壓的讀數單位是千伏(kV)，是克服次級電路中所有電阻所需的能量。當電子開始穿過火花塞的兩個電極時，電離就完成了。
請註意伴隨電子流開始出現的振蕩波。這種振蕩在擊穿電壓出現後開始(圖2中的H部分)。這種振蕩或脈動是由線圈或繞組之間的電容現象引起的。電能和磁能之間的轉換很容易在變壓器中發生。擊穿電壓產生的電弧速度很快，大約2ns。這種高速能量脈沖使能量在電和磁之間轉換。電弧的能量脈沖越強，出現的振蕩波就越多。
這些振蕩波類似於兒童蕩秋千。起初，孩子在秋千上休息。使勁推，秋千就蕩起來了。力越大，秋千蕩得越高。然後秋千會左右擺動，直到能量消失。點火線圈中的電、磁能轉換和磁能、電能轉換非常類似於擺動。作為壹個機械裝置，秋千需要推力才能移動，就像點火線圈的放電或“推力”產生能量脈沖壹樣。當電子流開始時，電壓將穩定，振蕩將減弱到穩定的電壓(圖2中的部分I)。
壹旦發生電離，自由電子和正離子將在火花塞的電極之間形成通道。當流動的電子數量等於流動的正離子數量時，就會發生這種情況，火花塞電極之間會出現“等離子體”(圖7C)。等離子體的電阻與氣體成分和氣壓有關。等離子體可以降低電子在火花塞電極之間流動所需的電壓。
電離轉化為等離子體時的電壓值是分析問題的重要參數。由於擊穿電壓不穩定，在每個點火周期都有上下波動，所以觀察等離子體出現時的電壓值就顯得尤為重要。有等離子體存在時的電壓值比擊穿電壓更穩定，所以從擊穿電壓看不到的電阻值就能看出來。電離成等離子體的唯壹影響是電路中的電阻值。
圖八
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圖9中的黃色波浪線表示次級電路中有壹個20kΩ的額外電阻。紅色波浪線代表相鄰的圓柱體，等離子體出現時其電壓正常。黃色波浪線等離子體的電壓比正常值高2.3kV，說明線路中有多余的電阻。
圖9
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在圖10中，黃色波浪線表示高壓線和火花塞之間有0.2英寸(約5毫米)的間隙。紅色波浪線代表相鄰圓柱體，等離子體出現時電壓值正常。黃線中，等離子出現時的電壓值比正常值高1.2kV，說明線路中有電阻。
圖10壹旦電子開始在火花塞的電極之間流動，它們將繼續流動，直到次級線圈的能量耗盡。當燃燒時間接近結束，點火線圈的能量將耗盡時，在火花熄滅之前，電壓將略微上升(圖2中的J部分)。這種現象是由等離子體消失引起的。點火線圈產生的電子數減少，使得正離子和電子數不相等，所以等離子體消失。因為等離子體形成的電流通道的電阻較小，等離子體的消失會使電阻增大，在燃燒時間接近結束時會使電壓升高。
點火線圈的次級繞組產生電能的感應效應是有限的。飽和充電點火線圈就像壹個裝滿水的水桶。如果水桶裏的水是用水泵在壓力下抽出來的，而且水管的直徑是規定的，那麽壓力越大，抽出水的時間就越短。水被抽出後，壓力消失。對於次級線圈，推動電子通過線路中的電阻所需的電壓或壓力越高，電子消耗得越快。
電子在火花塞電極之間流動的階段稱為燃燒時間(圖2中的G和J部分)。驅動電子在電路中流動所需的電壓不同，燃燒時間也不同。電壓越低，燃燒時間越長。相反，電壓越高，燃燒時間越短。
讓我們用壹根繩子來演示這個規則。假設繩子的長度是固定的，用它來表示擊穿電壓和燃燒時間的波形部分(見圖12)。豎線用的繩子越長，橫線用的繩子越短。反之，如果水平部分變長，垂直部分就會變短。如果繩子整體較短，就像點火線圈的磁場沒有飽和壹樣，垂直和水平部分也會受到影響，這是可用能量減少造成的。
圖十二
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擊穿電壓和燃燒時間受氣缸內壓力和氣體成分的影響。通常進入氣缸的空氣(約21%氧氣和79%氮氣)和C4H8碳氫化合物(汽油)。空氣和碳氫化合物的混合比為14.7:1。氣缸中的混合物由原子組成，原子可以電離或在火花塞的電極之間產生電火花。我們知道這些原子會電離，但是如果條件改變，電離性能也會改變。鋼瓶壓力會改變混合氣體的密度，混合氣體的密度會影響電離性能。缸內湍流也會改變點火波形的特性曲線。壓力、湍流、氣體成分、燃料或水蒸氣都是變量。如果這些變量中的任何壹個發生變化，電離形成的等離子體也會發生變化。因此，點火波形會受到影響。
如果電能不足以保持電子在火花塞電極之間流動，火花將熄滅(圖2中的J部分)，點火線圈中的任何剩余能量將被繞組吸收。吸收的能量通過電能和磁能的轉換而消散。這就是為什麽振蕩波出現在點火結束時的波形中(圖2中的K部分)。通過這個振蕩波，可以看出點火線圈放電時，用了多少能量，或者沒用多少能量。大的電壓變化和大量的振蕩表明點火線圈中有大量的剩余能量。如果沒有振蕩波，說明點火線圈的能量完全耗盡。
點火波形是壹個窗口，技術人員可以通過它看到燃燒室內發生的情況。壹旦妳學會了如何觀察波形中代表擊穿電壓和燃燒時間的部分，妳就會知道氣缸中發生了什麽。從點火波形可以看出問題:空燃比稀、空燃比濃、過早燃燒、氣門正時和氣門引起的紊流、排氣背壓引起的紊流、EGR閥、冷卻液漏入氣缸形成的水蒸氣、火花塞電極燒蝕、積碳、線內電阻等。對於汽車，點火波形包含的信息比任何其他波形都多。