汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)的電磁騷擾抑制方法探析

摘要：汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)是汽車(chē)電磁干擾的重要部分，因此為了降低汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)的電磁騷擾，一方面需要不斷地開(kāi)發(fā)和使用電磁兼容技術(shù)，另一方面需要引進(jìn)先進(jìn)的電磁抑制方法。文章首先介紹汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理，從而對(duì)汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁騷擾有一個(gè)籠統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，然后闡述點(diǎn)火系統(tǒng)電磁騷擾的形成機(jī)理，最后從光電隔離技術(shù)、鐵氧體濾波技術(shù)以及屏蔽技術(shù)三方面介紹抑制電磁騷擾的方法，從而降低電磁騷擾對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)的影響。

關(guān)鍵詞：點(diǎn)火系統(tǒng)；電磁騷擾；抑制方法；電磁兼容

中圖分類(lèi)號(hào)：U464 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）09-0022-02

1 概述

汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)的電磁騷擾性很強(qiáng)，因此要想削弱電磁騷擾就需要實(shí)現(xiàn)汽車(chē)電磁兼容，所謂汽車(chē)電磁兼容就是使處在同一運(yùn)行環(huán)境的各種電子設(shè)備或者各電子子系統(tǒng)獨(dú)立工作、互不干擾的一種工作狀態(tài)。要想充分利用汽車(chē)電磁兼容技術(shù)就需要了解汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理以及電磁騷擾的形成機(jī)理。

2 汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理

在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)工作時(shí)，處于霧化狀態(tài)的油料會(huì)同空氣一起進(jìn)入到氣缸內(nèi)，從而使得氣缸內(nèi)形成了具有可燃性的混合氣體，隨著活塞的不斷推進(jìn)，活塞壓縮使火花塞產(chǎn)生電火花，電火花與缸內(nèi)的可燃性混合氣體發(fā)生產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，釋放出能量，使得缸內(nèi)的壓強(qiáng)增大，從而推動(dòng)活塞向外運(yùn)動(dòng)，以此來(lái)帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，從而對(duì)外做功。

3 汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)電磁騷擾的形成機(jī)理

由于電磁騷擾的傳播形式不同，可以分為傳導(dǎo)型電磁騷擾和輻射型電磁騷擾，因此，點(diǎn)火系統(tǒng)電磁騷擾的形成機(jī)理同樣由兩部分組成，分別為點(diǎn)火系統(tǒng)傳導(dǎo)電磁騷擾的形成機(jī)理和點(diǎn)火系統(tǒng)輻射電磁騷擾的形成機(jī)理。

3.1 點(diǎn)火系統(tǒng)傳導(dǎo)電磁騷擾的形成機(jī)理

所謂傳導(dǎo)干擾是指在導(dǎo)電傳播介質(zhì)的載體下，將一個(gè)電子系統(tǒng)上的信號(hào)耦合到另一個(gè)電子系統(tǒng)上，從而導(dǎo)致其工作性能受到干擾而產(chǎn)生效率下降的現(xiàn)象。汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁騷擾的主要傳播介質(zhì)是電源線(xiàn)和點(diǎn)火控制線(xiàn)，因此，汽車(chē)傳導(dǎo)型電磁騷擾是通過(guò)電源線(xiàn)和點(diǎn)火控制線(xiàn)進(jìn)行電磁傳輸?shù)倪^(guò)程。初級(jí)線(xiàn)圈的瞬變電壓具有很強(qiáng)的高頻能量，高頻能量通過(guò)電源線(xiàn)作為傳輸介質(zhì)對(duì)汽車(chē)的點(diǎn)火控制線(xiàn)造成一定的沖擊從而形成了傳導(dǎo)干擾源，瞬變電壓通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)耦合到相關(guān)設(shè)備上，從而拓寬了干擾源的干擾

范圍。

3.2 點(diǎn)火系統(tǒng)輻射電磁騷擾的形成機(jī)理

輻射型的電磁騷擾是在傳導(dǎo)電磁騷擾的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，由于在點(diǎn)火的過(guò)程中初級(jí)線(xiàn)圈會(huì)產(chǎn)生電磁效應(yīng)，從而引起傳導(dǎo)電磁騷擾，另外，當(dāng)火花電流在通過(guò)點(diǎn)火初級(jí)線(xiàn)圈的過(guò)程中會(huì)將電流耦合到初級(jí)電路上，此時(shí)容易形成疊加原理，將電流疊加到電源線(xiàn)上從而形成傳導(dǎo)干擾，此時(shí)通過(guò)電纜的天線(xiàn)效應(yīng)就會(huì)對(duì)外界產(chǎn)生輻射效應(yīng)，從而形成輻射型電磁騷擾。

點(diǎn)火系統(tǒng)在工作的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生瞬變電壓和電流，當(dāng)電流和電壓通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)時(shí)容易因?yàn)榇艌?chǎng)引起輻射型干擾，初級(jí)導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度要遠(yuǎn)大于次級(jí)導(dǎo)線(xiàn)，因此次級(jí)導(dǎo)線(xiàn)所流經(jīng)的電流較小，引起的輻射干擾較小，相比之下，初級(jí)導(dǎo)線(xiàn)是引起輻射干擾的關(guān)鍵因素。

4 電磁騷擾抑制方法之一：光電隔離技術(shù)

4.1 光電隔離技術(shù)的原理

在電路中接入光電耦合器后，光電耦合器的輸入阻抗會(huì)變得很小，而干擾源內(nèi)阻則會(huì)變得很大，根據(jù)分壓原理，分配到輸入端的噪音會(huì)減小，然而由于干擾源內(nèi)阻的增大，所以只能形成十分微弱的電流，但是光電耦合器前端的二極管只有電流達(dá)到要求才能發(fā)光，此時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)光電耦合器的連通，干擾電壓對(duì)點(diǎn)火信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生影響，另外光電耦合器在密封環(huán)境中運(yùn)行，不易受外部環(huán)境的影響和干擾且絕緣電阻較大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)干擾的傳導(dǎo)，因此降低了彼此間的電磁干擾。

4.2 光電隔離技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和缺陷

光電隔離技術(shù)的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：光電隔離技術(shù)的核心設(shè)備是光電耦合器，光電耦合器自身具有速度快、耐用性高、可靠性和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，而且光電耦合器的響應(yīng)時(shí)間短，普通的光電耦合器的響應(yīng)時(shí)間為1ms，高速型光電耦合器的響應(yīng)時(shí)間僅為10ns。此外，光電耦合器具備抑制脈沖的作用，因此能夠很好地實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火系統(tǒng)電磁抗干擾效用。

光電隔離技術(shù)的缺陷主要表現(xiàn)在：第一，對(duì)噪音頻帶寬度的干擾有一定的范圍限制，超出頻率以外的電磁干擾，其抗干擾能力較弱；第二，光電耦合器的研發(fā)對(duì)象是微電子產(chǎn)品，且工作環(huán)境因素的考慮不夠深入，因此光電耦合器的可靠性及使用年限難以確定；第三，隨著低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)的普及率會(huì)持續(xù)攀升，因此光電隔離技術(shù)面臨著較大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

5 電磁騷擾抑制方法之二：鐵氧體濾波技術(shù)

5.1 鐵氧體濾波技術(shù)的原理

鐵氧體的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及材料結(jié)構(gòu)決定了其具有濾波特性。鐵氧體材料具有獨(dú)特的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率，其鐵離子以不同的晶體形式存在，當(dāng)高頻電磁場(chǎng)通過(guò)鐵氧體時(shí)會(huì)使不同形式的鐵離子晶體、原子磁矩以及磁疇產(chǎn)生諧振，在諧振的過(guò)程中，高頻電磁波所蘊(yùn)含的能量會(huì)以熱能的形式釋放掉，從而發(fā)揮濾波的效用。

5.2 汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)電源線(xiàn)的濾波設(shè)計(jì)

電源線(xiàn)是產(chǎn)生輻射型電磁干擾的媒介，原因在于點(diǎn)火系統(tǒng)電源線(xiàn)上具有共模電流，使得電源線(xiàn)具有輻射干擾特性，因此在進(jìn)行濾波設(shè)計(jì)的過(guò)程中首先需要測(cè)試點(diǎn)火系統(tǒng)的輻射情況，然后加強(qiáng)共模扼流圈的干擾頻率設(shè)計(jì)，并且選擇合適的鐵氧體材料作為磁芯，最后通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)的方法決定電源線(xiàn)的纏繞匝數(shù)。

6 電磁騷擾抑制方法之三：電磁屏蔽技術(shù)

6.1 電磁屏蔽技術(shù)的概念和作用

電磁屏蔽技術(shù)的作用是破壞電磁能量的空間傳播路徑，從而實(shí)現(xiàn)消除電磁干擾的目的。電磁的空間傳播路徑主要表現(xiàn)為兩種方式，近場(chǎng)區(qū)表現(xiàn)為電磁耦合或者磁場(chǎng)耦合，而遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)則表現(xiàn)為電磁波的傳遞。

電磁屏蔽是指在磁場(chǎng)運(yùn)行中，為了避免外來(lái)電磁場(chǎng)的干擾或者抑制干擾源的產(chǎn)生而采取的一種利用良導(dǎo)體渦流能來(lái)阻止電磁波傳遞的方法，其原理是利用金屬屏蔽罩覆蓋一定的區(qū)域，從而屏蔽電磁波的干擾。

6.2 點(diǎn)火系統(tǒng)的導(dǎo)線(xiàn)屏蔽整車(chē)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行點(diǎn)火系統(tǒng)的導(dǎo)線(xiàn)屏蔽整車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該采用銅箔膠帶包裹高壓導(dǎo)線(xiàn)，屏蔽銅網(wǎng)套在電源線(xiàn)外面，并且保持屏蔽層與車(chē)架搭鐵的良好連接，將電纜屏蔽后需要將車(chē)放在半波暗室，然后啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，保持汽車(chē)處于怠速狀態(tài)。

屏蔽技術(shù)在汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)的電磁騷擾抑制過(guò)程中有一定的局限性，因此選擇屏蔽技術(shù)進(jìn)行點(diǎn)火系統(tǒng)電磁騷擾的抑制，可以?xún)?yōu)先選擇對(duì)重要器件進(jìn)行金屬屏蔽，在屏蔽時(shí)要加強(qiáng)引入線(xiàn)和引出線(xiàn)的濾波作用。

7 結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)的電磁騷擾是限制點(diǎn)火系統(tǒng)的重要因素，因此采取有效的抑制方法不僅可以提高點(diǎn)火系統(tǒng)的運(yùn)行效率，而且還能夠避免點(diǎn)火過(guò)程中相關(guān)系統(tǒng)的癱瘓和故障。通過(guò)文中對(duì)電磁騷擾產(chǎn)生機(jī)理的研究和分析，可以針對(duì)各騷擾傳播的特點(diǎn)采取專(zhuān)門(mén)的抑制手段。光電隔離技術(shù)、濾波技術(shù)以及金屬屏蔽技術(shù)都能夠很好地實(shí)現(xiàn)抗干擾作用，但是每種方法都存在一定的不足，因此隨著科技發(fā)展水平的提高，勢(shì)必會(huì)找到更加有效的方法來(lái)抑制點(diǎn)火系統(tǒng)的電磁騷擾。

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作者簡(jiǎn)介：廖琪（1973—），女，湖北咸寧人，供職于西安公共交通總公司教育中心，研究方向：汽車(chē)電氣設(shè)備的構(gòu)造、使用與維護(hù)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）