一種點火系統反向電壓高問題解決方案

程熹，沙賓賓，周維

一種點火系統反向電壓高問題解決方案

程熹，沙賓賓，周維

（華晨汽車工程研究院動力總成綜合技術處，遼寧 沈陽 110141）

在汽油機運行過程中，點火線圈通過電磁感應原理，在次級線圈中產生高壓電，使火花塞電極生成電火花，點燃發動機汽缸內的油氣混合氣，實現發動機持續的動力輸出。針對點火系統工作過程中產生的反向電壓高問題，文章介紹了其產生的原因及解決方案。

點火線圈；火花塞；反向電壓

前言

隨著內燃機技術的發展，在追求節能減排的同時，車輛的動力性、安全性一直是恒古不變的研發課題。其中安全性能在整車品質中更是重中之重。因此，整車產品不應出現影響車輛行駛安全的因素。

1 問題背景

某新款轎車于整車路試耐久過程中出現動力中斷現象。經現場初步分析，判斷為點火線圈反向電壓過高，致使發動機ECU過載重啟。

2 問題復現

使用同型號點火線圈搭載整車作為Base試驗車在封閉場地內進行連續試驗，使用示波器測量其點火系統反向電壓，測量周期4 h。試驗過程中試驗車輛出現動力中斷現象，點火系統反向電壓峰值為672 V，超出許用極限（點火系統反向電壓要求≤440 V），如圖1所示：

圖1 Base試驗車反向電壓動態測量結果

3 原因分析

點火線圈里面通常有兩組線圈，即初級線圈和次級線圈。一般初級線圈的線徑大于次級線圈，而其匝數小于次級線圈。這樣，在點火線圈工作時，由于電磁感應現象，ECU控制在初級線圈中產生低壓脈沖電流可在次級線圈中感應出很高的電壓，此高電壓電流通過擊穿火花塞電極進行放電，產生電弧，點燃汽缸中的油氣混合氣，混合氣在氣缸中燃燒將內能轉化為機械能輸出。而在此放電過程中，會在點火系統中形成一個反向電壓[1-2]。

原車使用的火花塞電極間隙為1.0 mm。眾所周知，火花塞電極間隙越大，將其擊穿所需要的能量就越大，點火系統工作所產生的反向電壓也就越大。如適當縮小火花塞電極間隙，降低點火能量，是否可以降低反向電壓。

其次，本文中提到的點火線圈為“內驅型”2pin點火線圈。此類型點火線圈初級線圈負極連接車身接地；次級線圈正極連接蓄電池B＋，負極與初級線圈的負極共用車身接地。此類點火線圈次級放電回路較長，更容易在點火系統中產生反向電壓，如圖2所示。

圖2 “內驅型”2pin點火線圈原理圖

如將2pin點火線圈增加一個pin腳使其次級線圈負極單獨連接發動機接地，這樣即可大大縮短次級線圈放電回路，是否可降低反向電壓如圖3所示。

圖3 “內驅型”3 pin點火線圈原理圖

4 試驗驗證

針對上文分析，進行相應的試驗驗證。

首先，驗證火花塞不同電極間隙對反向電壓的影響。分別選取不同供應商提供的電極間隙為0.6 mm、0.8 mm、1.0 mm、1.2 mm的火花塞匹配同型號點火線圈在發動機臺架上進行試驗，測量其點火系統反向電壓大小。測量結果表明，供應商1（原車火花塞供應商）提供的火花塞在電極間隙為0.8 mm時，點火系統的反向電壓可控制在500 V以下；供應商2提供的火花塞在電極間隙為1.0 mm以下時，其點火系統的反向電壓可控制在450 V以下。如圖4所示。

圖4 不同電極間隙的火花塞對應的反向電壓

經測量，原車供應商提供的火花塞高壓電阻為2.3 kΩ，供應商2提供的火花塞其高壓電阻為3.2 kΩ。

下面驗證點火線圈放電回路對反向電壓的影響。

方案1：將Base試驗車更換3pin 點火線圈，匹配原廠電極間隙為1 mm的火花塞，在封閉試驗場中測量其反向電壓。結果如圖5所示：

方案2：將Base試驗車更換3pin點火線圈，匹配原廠電極間隙為0.8 mm的火花塞，在封閉試驗場中測量其反向電壓。結果如圖6所示：

圖6 方案2反向電壓測量結果

表1 測量結果

點火線圈間隙/mmU/vNG or OK Base2pin1.0672NG 方案13pin1.0584NG 方案23pin0.8392OK

經測量，方案1使反向電壓峰值降至584 V，但效果仍不理想；方案2使反向電壓峰值降至392 V，滿足使用要求。如表1所示。

5 結論

針對某新款轎車點火系統反向電壓高問題，經問題復現、理論分析、精密設備測量、試驗驗證，確定可以通過更換為3pin點火線圈同時減小火花塞電極間隙至0.8 mm而解決。本文對其他車型點火系統反向電壓高問題或類似問題的解決提供了思路及方向，成功的解決工程實際，應用效果良好。

[1] 周龍保.內燃機學[M].北京:機械工業出版社,2005.

[2] 袁兆成.內燃機設計[M].北京:機械工業出版社,2019.11.

A Solution to the Problem of Power Interruption During Vehicle Operation

CHENG Xi, SHA Binbin, ZHOU Wei

（Brilliance Auto R＆D Center Power Train General Technique Section, Liaoning Shenyang 110141）

During the running process of gasoline engine, the ignition coil generates high voltage in the secondary coil through the principle of electromagnetic induction, which causes spark plug electrode to generate electric spark and ignites the mixture of oil and gas in the engine cylinder to realize continuous power output of the engine. Aiming at the problem of high reverse voltage generated during the ignition system operation, this paper introduces the causes and solutions.

Ignition coil; Spark plug; Reverse voltage

B

1671-7988(2021)22-78-03

U462.1

B

1671-7988(2021)22-78-03

CLC NO.:U462.1

程熹，本科，就職于華晨汽車工程研究院動力總成綜合技術處，主要從事發動機開發應用工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.022.020