程熹，沙賓賓，周維

一種點(diǎn)火系統(tǒng)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(dòng)力總成綜合技術(shù)處，遼寧 沈陽 110141）

在汽油機(jī)運(yùn)行過程中，點(diǎn)火線圈通過電磁感應(yīng)原理，在次級(jí)線圈中產(chǎn)生高壓電，使火花塞電極生成電火花，點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)的油氣混合氣，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)的動(dòng)力輸出。針對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)工作過程中產(chǎn)生的反向電壓高問題，文章介紹了其產(chǎn)生的原因及解決方案。

點(diǎn)火線圈；火花塞；反向電壓

前言

隨著內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在追求節(jié)能減排的同時(shí)，車輛的動(dòng)力性、安全性一直是恒古不變的研發(fā)課題。其中安全性能在整車品質(zhì)中更是重中之重。因此，整車產(chǎn)品不應(yīng)出現(xiàn)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(xiàn)動(dòng)力中斷現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)初步分析，判斷為點(diǎn)火線圈反向電壓過高，致使發(fā)動(dòng)機(jī)ECU過載重啟。

2 問題復(fù)現(xiàn)

使用同型號(hào)點(diǎn)火線圈搭載整車作為Base試驗(yàn)車在封閉場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行連續(xù)試驗(yàn)，使用示波器測(cè)量其點(diǎn)火系統(tǒng)反向電壓，測(cè)量周期4 h。試驗(yàn)過程中試驗(yàn)車輛出現(xiàn)動(dòng)力中斷現(xiàn)象，點(diǎn)火系統(tǒng)反向電壓峰值為672 V，超出許用極限（點(diǎn)火系統(tǒng)反向電壓要求≤440 V），如圖1所示：

圖1 Base試驗(yàn)車反向電壓動(dòng)態(tài)測(cè)量結(jié)果

3 原因分析

點(diǎn)火線圈里面通常有兩組線圈，即初級(jí)線圈和次級(jí)線圈。一般初級(jí)線圈的線徑大于次級(jí)線圈，而其匝數(shù)小于次級(jí)線圈。這樣，在點(diǎn)火線圈工作時(shí)，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，ECU控制在初級(jí)線圈中產(chǎn)生低壓脈沖電流可在次級(jí)線圈中感應(yīng)出很高的電壓，此高電壓電流通過擊穿火花塞電極進(jìn)行放電，產(chǎn)生電弧，點(diǎn)燃汽缸中的油氣混合氣，混合氣在氣缸中燃燒將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出。而在此放電過程中，會(huì)在點(diǎn)火系統(tǒng)中形成一個(gè)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(diǎn)火系統(tǒng)工作所產(chǎn)生的反向電壓也就越大。如適當(dāng)縮小火花塞電極間隙，降低點(diǎn)火能量，是否可以降低反向電壓。

其次，本文中提到的點(diǎn)火線圈為“內(nèi)驅(qū)型”2pin點(diǎn)火線圈。此類型點(diǎn)火線圈初級(jí)線圈負(fù)極連接車身接地；次級(jí)線圈正極連接蓄電池B＋，負(fù)極與初級(jí)線圈的負(fù)極共用車身接地。此類點(diǎn)火線圈次級(jí)放電回路較長，更容易在點(diǎn)火系統(tǒng)中產(chǎn)生反向電壓，如圖2所示。

圖2 “內(nèi)驅(qū)型”2pin點(diǎn)火線圈原理圖

如將2pin點(diǎn)火線圈增加一個(gè)pin腳使其次級(jí)線圈負(fù)極單獨(dú)連接發(fā)動(dòng)機(jī)接地，這樣即可大大縮短次級(jí)線圈放電回路，是否可降低反向電壓如圖3所示。

圖3 “內(nèi)驅(qū)型”3 pin點(diǎn)火線圈原理圖

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

針對(duì)上文分析，進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)驗(yàn)證。

首先，驗(yàn)證火花塞不同電極間隙對(duì)反向電壓的影響。分別選取不同供應(yīng)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(hào)點(diǎn)火線圈在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)量其點(diǎn)火系統(tǒng)反向電壓大小。測(cè)量結(jié)果表明，供應(yīng)商1（原車火花塞供應(yīng)商）提供的火花塞在電極間隙為0.8 mm時(shí)，點(diǎn)火系統(tǒng)的反向電壓可控制在500 V以下；供應(yīng)商2提供的火花塞在電極間隙為1.0 mm以下時(shí)，其點(diǎn)火系統(tǒng)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(duì)應(yīng)的反向電壓

經(jīng)測(cè)量，原車供應(yīng)商提供的火花塞高壓電阻為2.3 kΩ，供應(yīng)商2提供的火花塞其高壓電阻為3.2 kΩ。

下面驗(yàn)證點(diǎn)火線圈放電回路對(duì)反向電壓的影響。

方案1：將Base試驗(yàn)車更換3pin 點(diǎn)火線圈，匹配原廠電極間隙為1 mm的火花塞，在封閉試驗(yàn)場(chǎng)中測(cè)量其反向電壓。結(jié)果如圖5所示：

方案2：將Base試驗(yàn)車更換3pin點(diǎn)火線圈，匹配原廠電極間隙為0.8 mm的火花塞，在封閉試驗(yàn)場(chǎng)中測(cè)量其反向電壓。結(jié)果如圖6所示：

圖6 方案2反向電壓測(cè)量結(jié)果

表1 測(cè)量結(jié)果

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

經(jīng)測(cè)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(jié)論

針對(duì)某新款轎車點(diǎn)火系統(tǒng)反向電壓高問題，經(jīng)問題復(fù)現(xiàn)、理論分析、精密設(shè)備測(cè)量、試驗(yàn)驗(yàn)證，確定可以通過更換為3pin點(diǎn)火線圈同時(shí)減小火花塞電極間隙至0.8 mm而解決。本文對(duì)其他車型點(diǎn)火系統(tǒng)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(shí)際，應(yīng)用效果良好。

[1] 周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[2] 袁兆成.內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)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(dòng)力總成綜合技術(shù)處，主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)應(yīng)用工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.022.020