車用發動機點火線圈控制與在線測試技術

徐學敏

（上海華依科技集團股份有限公司， 上海 201200）

伴隨著人民生活水平的逐漸提高，對于家用版的汽車需求量也是與日俱增，關于汽車的安全性能要求也是越來越嚴格。點火線圈作為車用發動機上的核心零部件，其品質的可靠性直接影響到發動機能否正常運行的關鍵之一，在車輛高速行駛時點火線圈出現的問題將可能直接威脅到人身安全。

面對日益發達的汽車產業，點火線圈的結構樣式也越來越多，傳統的點火線圈品質檢測方式和測試效果已經不能滿足行業需求。那么，不同電氣原理的點火線圈應采取針對性的個性化測試技術已經迫在眉睫。根據長期的汽車行業測試技術經驗積累，并通過多方的試驗論證和生產現場的測驗，加以歸納總結得出車用發動機點火線圈的控制方法和測試技術，其影響力和重要性是顯而易見的，該類技術帶來的商業價值更是不可言喻。

1 點火線圈的分類

當前，市面上使用比較普遍的點火線圈都是獨立點火方式。獨立點火線圈從結構上大致分為3種方式：單純點火線圈 （2端子）、含驅動電路點火線圈 （4端子）、混合型點火線圈 （3端子）。如圖1所示。

圖1 獨立點火線圈的分類

2 點火線圈的內部原理

混合型點火線圈較為復雜，本文主要針對此類點火線圈進行說明。

混合型點火線圈根據內部電路原理構造主要分為兩大類：不帶內置放大器和配套內置放大器，既可能是單純點火線圈，也可能是含驅動電路的點火線圈。

含驅動電路的點火線圈，僅從外觀上看不到具體區別，但從安裝孔的接觸方式來細分，又有點火線圈與發動機缸蓋搭鐵和不搭鐵的情況。

不帶內置放大器的點火線圈，內部結構比較簡單，主要包含初級線圈和次級線圈等元器件。圖2為一種典型的不帶內置放大器點火線圈原理圖。

圖2 點火線圈內部原理示意圖 （單純點火線圈）

帶內置放大器的點火線圈，相比較而言，內部結構較為復雜。除了點火線圈基本的初級線圈和次級線圈外，還有與之匹配的驅動電路。圖3所示為一種典型的含內部驅動電路的點火線圈原理圖。

圖3 點火線圈內部原理示意圖 （含驅動電路點火線圈）

3 點火線圈的測試

點火線圈測試主要包括靜態測試和動態測試兩個方向。

1）靜態測試是指在點火線圈連接的電路沒有通電時，通過外接萬用表卡進行點火線圈的初級線圈或次級線圈的電阻值測量。

2）動態測試是指在點火線圈連接的電路上，通過PLC程序適時輸入規定的電壓值進行的點火線圈充放電測試，內部反饋的電壓/電流信號在工控機采集卡上收集信息，輸出到工業顯示器上形成的振蕩曲線圖譜。測試方法較為復雜，本文后續詳解動態測試。

3.1 單純點火線圈測試原理

點火線圈的作用主要是在發動機ECU的控制下，當向發動機缸體內噴油的同時，適時的對點火線圈輸入一定的電壓值，在點火線圈的作用下產生瞬間高壓以激發火花塞的電極產生高壓火花，從而實現發動機內部汽油燃燒達到做功的目的。在動力總成生產線上，對發動機的點火線圈進行品質檢測時，正常情況下是不被允許對發動機加注汽油的，故需要模擬一種測試環境來實現點火線圈的點火狀態測試。為了模擬車用ECU的控制情況，單純點火線圈測試設備除了必要的PLC控制程序外，還需要配套的點火線圈工藝插接件，再通過工控機 （含NI采集卡單元）和配套的測試軟件來完成點火線圈輸出信號曲線的模擬情況。4圖為單純點火線圈模擬測試的基本工作原理。

3.2 單純點火線圈測試策略

單純的點火線圈測試設備主要構成包括點火線圈接插件、萬用表卡 （非必須）、NI采集卡、工控機、顯示器及測試程序軟件等。

測試時，在點火線圈回路中加入一個IGBT管，由系統給出一個驅動脈沖信號到原理圖的“點火正時信號”處，IGBT管導通，點火線圈初級流過額定的電流，驅動脈沖信號結束時，點火線圈次級將產生高壓擊穿火花塞并放電直至點火線圈能量耗盡。

圖4 單純點火線圈測試工作原理示意圖

點火線圈電壓的獲取方式為直接獲取方式，在原理圖所示“測量信號引出點”，直接獲取線圈的初級電壓并進行適當的分壓后送入數據采集卡。若在整個系統中增加一套電流采集轉換板，還可以將采集到的電壓值轉換成電流信號曲線圖譜。直接采集單純點火線圈測試數據時，點火線圈放電過程典型曲線圖譜如圖5所示。

圖5 單純點火線圈測試放電曲線圖譜 （直接信號采集）

3.3 含驅動電路點火線圈測試原理

含驅動電路點火線圈的內部結構較為復雜，僅采用單純點火線圈的測試原理是無法讀取到點火線圈充放電過程的。

第1種解決方案是通過外部連接專用驅動板來獲取點火線圈工作時的反饋信號，但是驅動板能正常使用的前提是點火線圈及發動機搭鐵必須通過專用驅動板。

如圖6所示這種內置驅動電路點火線圈可以采用專用驅動板來驅動點火線圈并進行測試。BATTERY針腳提供+12V點火電源，EST針腳用于觸發點火，在控制點火的過程中，會有信號從點火線圈CHASSIS GROUND 針腳和ENGINE GROUND針腳反饋到驅動板，驅動板采集這些信號并反饋給NI采集卡進行波形分析。

圖6 含驅動電路點火線圈測試示意圖 （非搭鐵型）

利用點火驅動板測試時，點火線圈放電過程典型曲線圖譜如圖7所示。

圖7 含驅動電路點火線圈測試放電曲線圖譜（外部驅動板間接采集）

第2種解決方案是除了對點火線圈進行電壓輸入外，還需要從外部引入一套霍爾傳感器進行輔助數據收集。

霍爾傳感器的作用是用來檢測點火線圈工作時周圍磁場的存在和變化值，其工作原理是當一個通電導體置于磁場中時，在該導體兩側面會產生電壓效應，簡稱霍爾效應。從上述的工作原理上來看，此種測試方法是萬能的，也就是說無論點火線圈的內部結構是怎么復雜多變的，總是能夠通過霍爾效應收集到點火線圈工作時的變化狀態。與此同時，點火線圈的磁場是發散性的，實際應用時根據點火線圈的信號強度，可以通過改變霍爾傳感器內部的直流放大器、邏輯開關以及穩壓器等元件提高傳感器的靈敏度，迫使增大霍爾傳感器與點火線圈間的工作距離，可有效解決檢測設備的安裝空間限制等問題。

霍爾效應檢測原理如圖8所示。點火線圈在線檢測設備（霍爾效應）的結構如圖9所示。

圖8 霍爾效應檢測原理示意圖

圖9 點火線圈在線檢測設備結構示意圖 （外置霍爾型）

利用外置霍爾傳感器測試時，點火線圈放電過程典型曲線圖譜如圖10所示。

圖10 含驅動電路點火線圈測試放電曲線圖譜（外置霍爾傳感器采集）

4 結束語

實際生產應用中，汽車廠家發動機上使用的點火線圈差異性較大，不能簡單地通過產品外觀來判別可以采取哪種檢測方法來實現點火線圈的在線測試。我們要做的是：通過點火線圈的原理圖，初步判別一種或兩種測試方法，再根據點火線圈的實物驗證才能選擇一個最合適的檢測方案。

第1類，無內置驅動電路點火線圈：可以通過外部增加驅動電路實現點火線圈驅動。

第2類，有內置驅動電路點火線圈：部分點火線圈的初級線圈被封印在內部電路中，沒有直接外部連接的接線端子，也就不能直接采集到點火線圈反饋信號。

上述幾種點火線圈，實際選用的檢測方案存在以下優缺點。

第1種，直接采集點火線圈的信號。優點：臺架測試結構簡單，采集的信號準確率高；缺點：只能檢測單純的點火線圈。

第2種，利用外部驅動板采集點火線圈的信號。優點：臺架測試結構簡單，經濟適用；缺點：只能檢測特定條件下的點火線圈。

第3種，利用外置霍爾傳感器采集點火線圈信號。優點：通用性強，安裝位置靈活；缺點：點火線圈的相對位置變化對測試數據影響較大。