抑制點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾

1、 70April我剛才提到的那位車(chē)主就是想用鋁箔包裹點(diǎn)火線圈來(lái)進(jìn)行屏蔽,然而結(jié)果卻適得其反。這位車(chē)主的本意是想使外界免除點(diǎn)火線圈內(nèi)部磁場(chǎng)的影響。可是他沒(méi)有搞清楚,點(diǎn)火線圈工作的頻率與無(wú)線電頻率干擾的沒(méi)有關(guān)系?，F(xiàn)在該告訴這位車(chē)主到底錯(cuò)在哪里了,他要消除的電磁干擾根本就不是點(diǎn)火線圈產(chǎn)生的。我們所說(shuō)的無(wú)線電頻率干擾實(shí)際上是來(lái)自于點(diǎn)火時(shí)的火花塞間隙。下面我們就分析一下這到底是怎么回事:我們可以把火花塞比作一個(gè)電容器,電容器的基本結(jié)構(gòu)是用絕緣體分隔成的多個(gè)電容片。電容的大小取決于電容器內(nèi)電容片的數(shù)量、電容片的面積、電容片之間的距離以及絕緣材料的電容率?，F(xiàn)在我們結(jié)合火花塞的實(shí)際結(jié)構(gòu)來(lái)比較一下,看看火花塞的

2、哪些結(jié)構(gòu)與電容器功能相似?；鸹ㄈ膯渭?jí)接地和火花塞的單個(gè)中央電級(jí)就相當(dāng)于電容器的2個(gè)電容片。電極表面所占面積很小。一般來(lái)說(shuō),火花塞間隙約在1.52.0mm 之間,因?yàn)殡娙輹?huì)隨電容片之間相隔距離的增大而降低,所以火花塞電容量很小。在真正的電容器內(nèi),電容片之間的距離較大時(shí),即相當(dāng)于一層塑料薄膜的厚度,距離小時(shí)也就是相當(dāng)于電容器片之間起絕緣作用的氧化層一樣薄。因此有些人采取的屏蔽手段真令我啼笑皆非。最近我就見(jiàn)到一個(gè)車(chē)主,他的福特車(chē)采用的是插入式點(diǎn)火系統(tǒng)(點(diǎn)火線圈插在火花塞上,即COP,這位車(chē)主把發(fā)動(dòng)機(jī)上8個(gè)點(diǎn)火線圈都用銅色鋁箔包上。我問(wèn)他為什么這樣做,他回答說(shuō)是為了消除點(diǎn)火系統(tǒng)對(duì)無(wú)線電頻率的干擾,使

3、收音機(jī)能正常收聽(tīng)。他采用的這種方法根本就不管用。我們接下來(lái)就說(shuō)說(shuō)到底應(yīng)該怎樣抑制無(wú)線電頻率干擾,并分析一下這位車(chē)主的方法為什么起不到屏蔽作用。在早期對(duì)電子進(jìn)行科學(xué)探索的人物中,有一位名叫Michael Faraday(邁克爾法拉第的人,他自學(xué)成才,是18世紀(jì)上半葉著名的英國(guó)科學(xué)家。電容的計(jì)量單位法拉,就是以他的名字命名的。在漫長(zhǎng)的科研生涯中,他在電磁方面有許多重大發(fā)現(xiàn),時(shí)至今日我們?nèi)栽谑褂?。法拉第的重大發(fā)現(xiàn)之一就是我們現(xiàn)在所講的法拉第屏蔽。他發(fā)現(xiàn),當(dāng)用金屬屏蔽包裹住一個(gè)物體后,就可以使該物體免受外界磁場(chǎng)干擾。這個(gè)靜止的磁場(chǎng)對(duì)屏蔽表面的磁場(chǎng)進(jìn)行了改變,從而使需要受到保護(hù)的電路免受電磁干擾。將屏蔽

4、接地后可以消除積聚在屏蔽物上的交流電流,提高電磁屏蔽的效果。因此,法拉第屏蔽可以用來(lái)保護(hù)汽車(chē)上的各種電子控制模塊和其他敏感的電子器件。火花塞間隙與之相比,實(shí)在是太大了。在這個(gè)把火花塞比作電容器的例子中,“兩個(gè)電容片之間”的絕緣物就是燃燒室內(nèi)的混合汽?；旌掀麅?nèi)常常混合有某些微小物質(zhì),比如水蒸氣或排放氣體等,這些物質(zhì)在汽缸的上一次排氣沖程中并沒(méi)有被徹底排放干凈。因此造成的結(jié)果就是當(dāng)混合汽過(guò)濃時(shí),火花塞需要的點(diǎn)火電壓要高于混合汽較稀時(shí)的點(diǎn)火電壓;同理,高壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)火花塞所需的點(diǎn)火電壓也要高于低壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)火花塞所需的點(diǎn)火電壓;發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷工作時(shí)所需的點(diǎn)火電壓也要高于低負(fù)荷時(shí)的點(diǎn)火電壓。當(dāng)點(diǎn)火線圈

5、把電壓提供給火花塞時(shí),在絕緣物(混合汽中就迅速形成了一個(gè)非常強(qiáng)烈的靜電場(chǎng)。當(dāng)火花塞間隙中的分子受到足夠強(qiáng)的外力作用時(shí),原子外層的電子就會(huì)四散逃逸,產(chǎn)生帶正電荷的原子,這個(gè)過(guò)程稱之為電離。一旦一個(gè)電極與另一個(gè)電極之間形成電離軌道,電流即會(huì)流動(dòng),電流流過(guò)火花塞間隙的電阻,產(chǎn)生熱而引發(fā)燃燒過(guò)程。在電流擊穿火花塞間隙的過(guò)程中,會(huì)出現(xiàn)某些值得我們注意的事情。與分布在系統(tǒng)周?chē)奈⑿‰娙莼旌显谝黄鸬碾娏鞯耐蝗涣鲃?dòng),會(huì)產(chǎn)生高頻振動(dòng),這種高頻振動(dòng)通過(guò)火花塞間隙向外發(fā)散。這種振動(dòng)覆蓋了無(wú)線電頻率的全部頻譜,因此,火花塞間隙的噪音才是產(chǎn)生干擾的真正元兇。有的車(chē)主被誤導(dǎo),想用鋁箔來(lái)消除汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)對(duì)無(wú)線電頻率的干擾,

6、我們借此機(jī)會(huì)來(lái)說(shuō)說(shuō),應(yīng)該怎樣屏蔽無(wú)線電頻率的干擾。抑制點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾文/Mike Dale 2010/4那么汽車(chē)制造商是怎么抑制這種干擾的呢?從源頭抑制火花塞間隙噪音的基本對(duì)策至少有三種。如果不采取有效措施,聽(tīng)任噪音反射回點(diǎn)火線圈,就會(huì)引發(fā)很多嚴(yán)重的后果。噪音從汽車(chē)電路上發(fā)散出去,會(huì)對(duì)汽車(chē)的電子控制模塊和其他敏感電子元件造成干擾。從火花塞間隙上反射回來(lái)的能量還會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的電波問(wèn)題,就像一臺(tái)天線出問(wèn)題的收音機(jī)一樣。這些持續(xù)的電波能達(dá)到足夠的電壓,會(huì)重新進(jìn)入點(diǎn)火線圈,破壞點(diǎn)火線圈的絕緣。抑制火花塞間隙噪音的第一道防線就是火花塞本身。在火花塞內(nèi)部串聯(lián)一個(gè)5000的電阻,對(duì)于接地而言,火花塞本

7、身具有一定的電容,從火花塞間隙處產(chǎn)生的能量就會(huì)更容易地流向接地,而不會(huì)通過(guò)電阻器返回到點(diǎn)火線圈。因此,應(yīng)該用帶有電阻器的火花塞替換掉沒(méi)有安裝電阻器的火花塞。這個(gè)5000的電阻器對(duì)于點(diǎn)火線圈及其相關(guān)電路都能起到重要的保護(hù)作用。第二道防線就是從火花塞至點(diǎn)火線圈的線束。根據(jù)具體的應(yīng)用情況,有幾種線束都能抑制火花塞間隙造成的噪音干擾。比如對(duì)于福特車(chē)系使用的插入式點(diǎn)火系統(tǒng)(COP而言,與火花塞和點(diǎn)火線圈連接的電路就是一種線束中間帶有鐵氧體磁棒的電路。在一定長(zhǎng)度的鐵氧體磁棒上纏繞有特定圈數(shù)的螺旋狀線圈,這樣就使這種線束對(duì)頻率非常敏感。線束中的鐵氧體磁棒被稱作“耗材”,意思是說(shuō)當(dāng)造成無(wú)線電頻率干擾的能量進(jìn)入

8、鐵氧體磁棒時(shí),這些能量就會(huì)被鐵氧體磁棒減弱或吸收。例如,隱形飛機(jī)就是采用在飛機(jī)表面使用鐵氧體材料的方法來(lái)吸收雷達(dá)波的。在傳統(tǒng)的分電器點(diǎn)火系統(tǒng)中,采用了帶有電阻器的火花塞線束。這種火花塞線束并不會(huì)大幅減弱火花能量。典型的電噪抑制電路中含有一種類(lèi)似于輪胎中的簾線一樣的材料。電線上包有一層導(dǎo)電石墨,這層石墨材料以每英尺5000的電阻把點(diǎn)火火花能量傳遞給火花塞。另外一個(gè)因素是用石墨芯當(dāng)作電容器的一個(gè)電容片,把汽缸體當(dāng)作電容器的另一個(gè)電容片。當(dāng)無(wú)線電頻率干擾能量從火花塞返回時(shí),電阻器的線束不但是一個(gè)性能不佳的天線,而且還可以把高頻噪音轉(zhuǎn)移到接地而不是讓高頻噪音去克服電線的阻抗流動(dòng)。應(yīng)該搞清楚,我們現(xiàn)在最

9、重要的就是抑制高頻的交流電噪音。電容器的阻抗對(duì)直流來(lái)說(shuō)是無(wú)限的,但對(duì)于高頻交流電來(lái)說(shuō),阻抗就很低,這要取決于頻率究竟有多高。還有一個(gè)因素是環(huán)繞在火花塞間隙和火花塞周?chē)陌l(fā)動(dòng)機(jī)部件。它們也可以減弱電噪。上述這些因素都會(huì)對(duì)無(wú)線電頻率干擾起到抑制作用,但不會(huì)100%地消除電噪。抑制電噪的另外一個(gè)對(duì)策就是在從點(diǎn)火開(kāi)關(guān)到點(diǎn)火線圈的蓄電池供電電路上采用一個(gè)旁通電容器。這是一條純銅電線,當(dāng)某些無(wú)線電頻率干擾越過(guò)上文提到的兩條防線,從次級(jí)點(diǎn)火線圈進(jìn)入到主點(diǎn)火線圈時(shí),這根銅線能起到一條性能良好的發(fā)射天線的作用。銅線直徑約0.22in.(約5.5mm,可承受400V 電壓?；鸹ㄈg隙處產(chǎn)生的電噪為交流電噪,而蓄電

10、池對(duì)車(chē)輛的供電卻是直流的。銅線把所有的交流電引入并傳送至接地。因此,如果車(chē)主懷疑自己的汽車(chē)有無(wú)線電頻率干擾問(wèn)題時(shí)應(yīng)該怎么辦?首先應(yīng)該檢查車(chē)輛所有的抑制無(wú)線電頻率干擾設(shè)備,確保它們均能正常工作。首先應(yīng)該檢查3、4個(gè)地方。比如對(duì)于配備火花塞導(dǎo)線的車(chē)輛,首先要檢查線束兩端的端子。如果端子松動(dòng),那么在線束和端子之間就有可能產(chǎn)生電火花?；鸹☉?yīng)該只能由火花塞上產(chǎn)生。此外一定要檢查一下那個(gè)充當(dāng)旁通電容器的純銅導(dǎo)線,檢查導(dǎo)線與火花塞正極側(cè)的連接是否松動(dòng)。一般來(lái)說(shuō),拆卸點(diǎn)火部件后這根銅線幾乎不會(huì)被重新安裝上,人們往往不知道這條銅線是干什么用的,因此很少再次將這條銅線重新連接好。此外,還應(yīng)該檢查并確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝

11、的火花塞型號(hào)是否正確,尤其是對(duì)于非電阻型的火花塞,如果沒(méi)有注意到這一點(diǎn),安裝了型號(hào)不對(duì)的火花塞,就會(huì)導(dǎo)致很多故障?；鸹ㄈo(hù)套中的彈簧也要進(jìn)行檢查,彈簧是用來(lái)在一側(cè)固定點(diǎn)火線圈輸出端子的,另一端壓在外露的火花塞端子一側(cè)。通過(guò)按壓彈簧,檢查彈簧長(zhǎng)度的變化即可判定彈簧是否安裝到位。不要采用彎曲或更改彈簧直徑的方法來(lái)固定?，F(xiàn)在回過(guò)頭來(lái)談?wù)勗诨鸹ㄈ习X箔的方法。采用這種方法,不但起不到抑制電噪的作用,反而會(huì)使事情變得更糟。從點(diǎn)火線圈的角度看,點(diǎn)火線圈輸出的作用就是充當(dāng)點(diǎn)火線圈的次級(jí)電容。在點(diǎn)火線圈上包裹鋁箔,會(huì)降低點(diǎn)火線圈的輸出?；鸹ㄈo(hù)套與殼體之間塑料部分的密封是否良好決定了點(diǎn)火線圈能否保持3540kV的點(diǎn)火電壓輸出,如果在火花塞護(hù)套與殼體之間塑料部分插入鋁箔,就會(huì)降低高壓絕緣性能。最后需要說(shuō)明的是,點(diǎn)火線圈本身的電子絕緣是靠環(huán)氧塑