一种点火系统反向电压高问题解决方案

程熹，沙宾宾，周维

一种点火系统反向电压高问题解决方案

程熹，沙宾宾，周维

（华晨汽车工程研究院动力总成综合技术处，辽宁 沈阳 110141）

在汽油机运行过程中，点火线圈通过电磁感应原理，在次级线圈中产生高压电，使火花塞电极生成电火花，点燃发动机汽缸内的油气混合气，实现发动机持续的动力输出。针对点火系统工作过程中产生的反向电压高问题，文章介绍了其产生的原因及解决方案。

点火线圈；火花塞；反向电压

前言

随着内燃机技术的发展，在追求节能减排的同时，车辆的动力性、安全性一直是恒古不变的研发课题。其中安全性能在整车品质中更是重中之重。因此，整车产品不应出现影响车辆行驶安全的因素。

1 问题背景

某新款轿车于整车路试耐久过程中出现动力中断现象。经现场初步分析，判断为点火线圈反向电压过高，致使发动机ECU过载重启。

2 问题复现

使用同型号点火线圈搭载整车作为Base试验车在封闭场地内进行连续试验，使用示波器测量其点火系统反向电压，测量周期4 h。试验过程中试验车辆出现动力中断现象，点火系统反向电压峰值为672 V，超出许用极限（点火系统反向电压要求≤440 V），如图1所示：

图1 Base试验车反向电压动态测量结果

3 原因分析

点火线圈里面通常有两组线圈，即初级线圈和次级线圈。一般初级线圈的线径大于次级线圈，而其匝数小于次级线圈。这样，在点火线圈工作时，由于电磁感应现象，ECU控制在初级线圈中产生低压脉冲电流可在次级线圈中感应出很高的电压，此高电压电流通过击穿火花塞电极进行放电，产生电弧，点燃汽缸中的油气混合气，混合气在气缸中燃烧将内能转化为机械能输出。而在此放电过程中，会在点火系统中形成一个反向电压[1-2]。

原车使用的火花塞电极间隙为1.0 mm。众所周知，火花塞电极间隙越大，将其击穿所需要的能量就越大，点火系统工作所产生的反向电压也就越大。如适当缩小火花塞电极间隙，降低点火能量，是否可以降低反向电压。

其次，本文中提到的点火线圈为“内驱型”2pin点火线圈。此类型点火线圈初级线圈负极连接车身接地；次级线圈正极连接蓄电池B＋，负极与初级线圈的负极共用车身接地。此类点火线圈次级放电回路较长，更容易在点火系统中产生反向电压，如图2所示。

图2 “内驱型”2pin点火线圈原理图

如将2pin点火线圈增加一个pin脚使其次级线圈负极单独连接发动机接地，这样即可大大缩短次级线圈放电回路，是否可降低反向电压如图3所示。

图3 “内驱型”3 pin点火线圈原理图

4 试验验证

针对上文分析，进行相应的试验验证。

首先，验证火花塞不同电极间隙对反向电压的影响。分别选取不同供应商提供的电极间隙为0.6 mm、0.8 mm、1.0 mm、1.2 mm的火花塞匹配同型号点火线圈在发动机台架上进行试验，测量其点火系统反向电压大小。测量结果表明，供应商1（原车火花塞供应商）提供的火花塞在电极间隙为0.8 mm时，点火系统的反向电压可控制在500 V以下；供应商2提供的火花塞在电极间隙为1.0 mm以下时，其点火系统的反向电压可控制在450 V以下。如图4所示。

图4 不同电极间隙的火花塞对应的反向电压

经测量，原车供应商提供的火花塞高压电阻为2.3 kΩ，供应商2提供的火花塞其高压电阻为3.2 kΩ。

下面验证点火线圈放电回路对反向电压的影响。

方案1：将Base试验车更换3pin 点火线圈，匹配原厂电极间隙为1 mm的火花塞，在封闭试验场中测量其反向电压。结果如图5所示：

方案2：将Base试验车更换3pin点火线圈，匹配原厂电极间隙为0.8 mm的火花塞，在封闭试验场中测量其反向电压。结果如图6所示：

图6 方案2反向电压测量结果

表1 测量结果

点火线圈间隙/mmU/vNG or OK Base2pin1.0672NG 方案13pin1.0584NG 方案23pin0.8392OK

经测量，方案1使反向电压峰值降至584 V，但效果仍不理想；方案2使反向电压峰值降至392 V，满足使用要求。如表1所示。

5 结论

针对某新款轿车点火系统反向电压高问题，经问题复现、理论分析、精密设备测量、试验验证，确定可以通过更换为3pin点火线圈同时减小火花塞电极间隙至0.8 mm而解决。本文对其他车型点火系统反向电压高问题或类似问题的解决提供了思路及方向，成功的解决工程实际，应用效果良好。

[1] 周龙保.内燃机学[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2] 袁兆成.内燃机设计[M].北京:机械工业出版社,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，就职于华晨汽车工程研究院动力总成综合技术处，主要从事发动机开发应用工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.022.020