汽车点火系统及其电磁骚扰

汽车点火系统是按照发动机各缸点火次序，定时地供给火花塞以足够高能量的高压电（大约15～30kV），使火花塞产生足够强的火花，点燃可燃混合气。现代汽车上应用的点火系统分为传统蓄电池点火系统和电子点火系统两大类。目前大部分汽车采用的都是电子点火系统。而在汽车电气系统内最强的电磁骚扰源就是点火系统。汽车发动机点火时，初、次级点火线圈瞬变电压很高，对车载电子装置产生很强的传导干扰；同时，由于火花塞电极放电强烈，对周围的空间也会产生很强的电磁辐射。图3-15所示为一个典型的发动机点火系统电路示意图。

在汽油发动机中，气缸内的混合气是由高压电火花点燃的，而产生电火花的动作则是由点火系统来完成的。点火系统原理如图3-16所示，点火系统将电源的低电压转变成高电压，再按照发动机点火顺序轮流送至各气缸，通过火花塞产生火花，点燃压缩混合气。

图3-15 汽车发动机点火系统电路示意图

图3-16 点火系统原理(www.xing528.com)

点火系统通常工作在脉冲点火状态，利用傅里叶级数可将点火脉冲分解成许多频率分量，点火线圈在这些谐波中的较高频率分量作用下，将产生高频电磁辐射；火花塞的中心电极对于高频点火脉冲可等效为具有一定电量的电感线圈，它与其壳体之间又可以等效为一个电容器，由此形成一个LC并联回路，因此它将对点火脉冲中的某一谐波形成高频振荡，对外辐射电磁波。此外，从发动机ECU的点火脉冲输出端到点火线圈及点火线圈到火花塞之间的高压导线都能辐射电磁波，导线越长火花延续时间越长，发动机气缸越多，转速越高，则火花数越多，产生的电磁骚扰也越强。

点火系统的电磁骚扰主要来源于高压点火线、火花塞和点火线圈等几个部件。当次级点火电路电压达到火花塞气隙击穿电压时，火花塞间隙被击穿，储存于火花塞分布电容中的能量迅速释放，这阶段的放电使次级电路的电压和电流形成陡峭的脉冲形式，这种宽带脉冲通过裸露的高压点火线对外辐射电磁波，造成周围环境的电磁骚扰。随后，另一部分储藏在次级线圈电感中的能量将维持放电，该放电电流使气缸内的燃料得到充分燃烧，以保证点火可靠。需要抑制的是第一阶段的电容放电电流，该电流为宽带脉冲电流，带宽在0.15～1000MHz范围，是30～300MHz甚至更高频无线电的主要骚扰源。

由于火花塞高压放电引起的电磁骚扰主要是通过高压点火线向外辐射的，因此高压点火线此时成为骚扰源的发射天线。天线的辐射功率与天线的激励电流的平方成正比。也就是说，高压点火线上的电流越大，对外辐射的功率也越大，造成的电磁骚扰越强。因此，通过减小高压线上的点火电流，可从源头上抑制点火系统对外的电磁骚扰。

点火噪声在时域里的特征表现为窄（纳秒级）脉冲群，脉冲持续时间可从微秒到毫秒。脉冲群的重复率取决于发动机转速、气缸数和周围汽车数量。当在靠近路边测量时，这些脉冲群的幅值和方向随交通流量而变化。在世界各地，点火噪声都是对电磁环境产生影响的主要因素。例如，在路边场所，在每分钟30辆汽车的交通流量下，所得到点火噪声的测量平均值为：在100MHz时，为60dBμV/（m/MHz）；在1GHz时降到50dBμV/（m/MHz）；点火噪声在10kHz以上也存在，在10kHz已测到的电平高达80dBμV/（m/MHz）。

根据前面对点火系统产生电磁干扰机理的分析，点火系统产生电磁干扰主要部分在次级回路上，而其中火花塞电极间的火花放电电流又是形成电磁干扰的最主要因素。