摘要：点火系统作为车内最主要的电磁f扰源，点火时初级酬路的瞬变电压引起的传导十扰将对蓄电池电压造成冲击，并通过导线f扰车内ECU和其它电子设备的正常1二作，同时火花摩击穿时的高频火花噪声将对车内外的电磁环境造成极强的辐射r：扰。为分析点火系统的咆磁干扰特性，对点火过程中初级电路的瞬变电流和电压进行了仿真，并建立了次级同路火化塞放电等效电路模璎，提出并计算了将商压导线等效为甲．极天线时车内的电场分布情况。研究表明，采用阻尼导线和增大火花塞内电阻都町以有效地抑制火花电磁噪声。
关键词：汽车点火系统；电磁f扰；点火线圈；火花塞；岛JK导线

l 引言

        伴随着现代电子技术的进步以及汽车电子技术的发展，汽车上使用越来越多的电子产品，这些电子产品在增加汽车的经济性、安全性和舒适性的同时，也汽车的电磁兼容问题变得更为复杂，从而使得汽车电磁兼容成为现代汽车设计中必须考虑的『口J题⋯。
点火系统是汽车内最主要的电磁。F扰源。

        在1906年，人们就发现道路E行驶的汽车发动机对周围的无线电收音机产生干扰，从而提出埘汽车点火系统产生的电磁十扰加以限制。但此项工作是汽车电磁干扰抑制、实现电磁兼容的难点之一。点火系统涉及到点火电路性能、点火能量控制、点火时刻控制、汽缸工况等诸多技术I’UJ题。点火过程中产生大量的电磁骚扰，主要分为点火线圈一次回路瞬变电压引起的传导干扰、高压导线和火花放电的高频辐射干扰等。传导干扰不仅对蓄电池电压造成冲击，同时还可通过电源线传到车内其他电子设备。高频电磁辐射对车内电子控制单元(ECU)也可能产生较大影响，从而对汽车的监控等安全性方面产生严重的危害。点火系统电磁兼容性研究是目前众多汽车乍产商和研究单位关注的重点。围外已经对点火噪声进行了系统的测试并开始了电磁兼容性预测研究。我国起步较晚，目前主要还集中于对电磁噪声的测试，因此对点火系统的干扰特性进行仿真研究能有效改进汽车整体的电磁兼容性设汁旧J。

2点火系统工作原理及电磁干扰的形成

        现代汽车点火系统主要由蓄电池、点火开关、点火线圈、高压点火导线、分电器和火花塞等组成，其简化模型图如图l所尔。
当汽车启动时，分电器连同凸轮在发动机凸轮轴的驱动下旋转，凸轮旋转时交替地使断电器触点打开与闭合。在点火开关接通的情况下，当触点闭合时，点火线圈一次绕组中有电流流过，从而在铁芯中产生磁场。当断电器触点打开时，一次电路被关断，一次绕组中的电流迅速下降到零．引起磁通突降，并在一次绕组中产生幅值达200—300V的自感电动势u。一。二次绕组在互感的作用下产生与匝比成正比的高达15—20kV的高压电动势u：一。该电动势使火花塞问隙击穿，产生电火花，点燃发动机气缸中的混和气体。

2．1点火系统传导干扰的形成机理

        点火系统的传导干扰主要是由于点火开关闭合后一次回路中电流增大到一定值时触点断开引起电流迅速下降而引起的，点火系统一次侧电路如图2所示。

       点火过程中，线圈的瞬变电压对汽车蓄电池的冲击是造成传导干扰的干扰源，蓄电池电j矗较高的时候电流电压波形上升速度加快，开关闭合以后的震荡加剧。线圈电压波形受到C．反复充放电影响是一个振荡衰减曲线，最大幅值可达到4V，这个波动的电压将通过导线直接耦合到ECU、车载娱乐系统、ABS等电子设备，对其形成干扰。为避免这种影响，现代汽车多采用IGBT(绝缘栅双极晶体管)控制点火时序，并采用TVS(瞬变电压抑制二极管)保护控制电路，以保证点火时刻更加精确，同时要求蓄电池搭铁与电容器可靠连接，以减少触点放电产生电磁干扰。

2．2 点火系统辐射电磁干扰的形成

        由于点火系统的辐射电磁f扰是由具有高频的脉冲点火电流引起的，所以我们先研究火花塞fnJ隙击穿时的点火电流。
将火花塞作为一植入电阻的同轴电容器，其物理模型结构及尺寸如图4”J。当火花塞的电极问隙被击穿时，根据模型建立的次级同路等效电路如图5所示”j。

        其中，e、c。为火花塞电极的同轴分布电容；C，为火花塞阻尼阻抗对地分布电容；R，为火花塞内置电阻；0为火花电阻；R。、c。分别为高压点火线的电阻和分布电容；R。、k和cL分别为次级点火线幽的电阻、电感和寄生电容。由Rompe—Weizel理论可知【61，火花电阻rg是一个随时问变化的量，当火花间隙被击穿后，它的值随时间变化。

   
        从以上分析可以看出，点火电流i与火花电流i。可以通过火花塞尺寸和火花塞的间隙击穿电压近似计算得到。同时．从式(15)可以看出，点火电流i随着阻抗乞和乞的增大而减小．与火花电流成正比关系”。火花塞击穿时的火花电流和高压导线的电磁辐射是点火系统中辐射干扰的来源，火花塞位于屏蔽的汽缸内，对外辐射较弱，对车内产生的干扰t要来自高压导线。，因此，将高压导线产生的电磁辐射情况等效为佗于汽车引擎盖下方的一单极天线，通过数值仿真的方法得到点火系统产生的辐射干扰在车内的电磁场分布。

3 辐射计算模型及仿真分析

        由于实际车体的结构非常紧凑，对电磁仿真而言，车灯、后视镜、排气管以及连接处的缝隙和孑L洞的建模非常复杂。对此进行了必要的简化。此外车体为曲面结构，在仿真过程中采用丫分块的多个平面方法来构造曲面结构。得到的汽车模型如图6，车体的尺寸为4．4m×1．8m×1．1m(长宽高)。

       从图8中可以看}l{沿车身轴向的电场幅值与高压导线距离有直接的关系，当终端开路时先是逐渐加大，到0．6m左右达到最大值，然后开始下降。终端接上负载电阻以后，电场幅值明显减小，且随距离变化电场变化较小，可见增人电阻对抑制点火噪声在整个车内都有明、显的作用。当频率增大后，接负载的时候电场变化规律趋于一·致，电场幅值／ff微弱的增加．而终端开路的情况下电场总体变化趋势相同，幅值在不间距离处变化较大。当频率依次增加以后，可以看副电磁干扰随之加大，400MHz和600MHz时电场变化趋势基本一致，幅值略微加大。由于车内电子设备主要集中于车体前端，因此高压导线的安装位置特别关键，要尽可能选在离ECU较远的地方。而其他敏感设备也应尽可能避免安装在辐射强的区域，以避免强辐射的干扰，提高安全性。

4结论

        本文在深入分析汽车点火系统工作机理的基础上对点火电路一次侧点火线圈瞬变电压引起的传导干扰和二次侧火花放电产生的辐射干扰进行了分析与仿真，得到了点火过程中对汽车蓄电池电压造成冲击的瞬变电压和火花放电电流．建立了火花塞放电等效电路模型，并将点火系统高压导线等效为单极灭线进行了车内辐射场的仿真分析，得到加大火花塞电阻和导线电阻都可以有效抑制点火系统的辐射噪声的结论，为抑制火花噪声提供了理沦依据。比较系统地分析了汽车点火系统的电磁干扰产生根源及对车内电磁环境的影响。并对车内敏感电子设备的安装提出了建议。从而对汽车电磁兼容性设计具有一定的指导意义。