汽车高压点火线圈的发展

汽车高压点火线圈的发展进程
汽车高压点火线圈是车用汽油发动机的重要组成部分，它的发展演变是随着发动机 技术的进步而不断变化的。点燃式发动机最早的点火方式有过多种形式，不只是电火花 放电。高压点火线圈也不是点火方式的最初选择。
一、传统蓄电池点火系统的点火线圈 1860 年的蓄电池峰鸣器式点火装置，使发动机的转速达到 250 转/分，最早实现了发 动机的持续运行。1883 年的炽热管式点火装置，使发动机的转速提升到 700_900 转/分。 1886 年 Bosch 公司开始生产磁电机点火装置，用于汽车发动机。这些装置都没有点火线 圈。1910 年美国 Cadillac 车型，率先把蓄电池点火装置用于汽车批量生产，这个装置采 用了点火线圈。1914 年 Bosch 公司开始向美国批量销售蓄电池点火系统用的点火线圈。 1925 年 Bosch 公司开始向欧洲市场提供由分电器和点火线圈组成的成套蓄电池点火装置， 至此，传统蓄电池点火系统形成了雏形。直 到二十世纪 90 年代末，点火控制最终集成 到发动机控制系统（MCU）中之前，后续的 诸多改进，都是在这个系统的基础上进行的。 在传统蓄电池点火系统的演变过程中， 经历了从初期分电器结合白金断电器或晶 体管断电器；到后期分电器集成霍尔传感器 或磁感应传感器，配合集成电路断电器（ST 半导体公司的 L497 等）等结构形式。其中， 分电器加入了点火时刻调节功能，集成电路断电器加入了静态保护，导通角控制等功能。 在这个演变过程中，点火线圈从早期的油浸式结构转变为后期的干式结构。
6 缸发动机的某缸处于点火时刻时，恰好有另一缸，处于排气时刻，可以同时串联点火。 排气缸的火花对做功气缸点火不影响。但这样可以简化点火线圈结构，线圈体积小，利 于简化发动机结构。线圈制造成本低，同时也降低了发动机制造成本。
随着发动机技术的进步，为了提升动力改善环保排放，要求 MCU 对每个缸的点火过 程，分别进行更加精确的控制匹配。双火花点火无法满足这个要求，单缸独立点火的点 火线圈应运而生。同时，汽车整车的技术进步，使其应用单片机的数量也快速增加，达 到了数百片的规模。而汽车点火系统的高压点火线是电磁干扰的主要来源，会对这些单 片机的控制过程产生影响。业界要求取消高压点火线的呼声很高。所以，在各大汽车公
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，日 本电装来自百度文库%&/40
和德国 #04$) 等，都在积极研发高能点火线圈。博格华纳的最新可批量 提供的点火线圈，点火能量达 N+。另外，为了确保新型发动机的可靠点火，多次点 火方式也成了新的研发方向。如：奔驰公司的 . 发动机，就已经采用了博格华纳公 司的多次点火线圈，其单冲程多次点火方式为稳定发动机工作提供了可靠保障。
如：国内厂商推出的 SPE 点火线圈系列，采用了最新的点火线圈生产技术，在改变 原厂尺寸又保证安装便捷的前提下，比原厂线圈提升点火能量 30%，取得了较好的使用 效果。
因此，点火线圈的技术发展还在进行中，改装企业要敢于走在前面开拓创新，为存 量车型提升动力，改善环保排放做贡献，为新型车开发铺路。
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框式升压线圈，绕组是在发动机罩盖外面，采用闭磁路日字铁芯或 R 型铁芯，高压
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电极在线圈下侧。线圈的高压电极用长的导电弹簧接到火花塞电极上。弹簧的外绝缘采 用硅橡胶护套或者是硅橡胶护套结合工程塑料杆。这个结构使用闭磁路绕组，它改善了 线圈的能量储存和变换，点火能量已经可以达到 60~80N+。同时，因为绕组工作温度相对 降低，因绝缘耐热及材料热匹配而产生的故障就基本上排除了。
司（大众、丰田等）推出单缸点火线圈的时候，直接把点火线圈放到了火花塞上部，高 压点火线变成了一段导电金属杆或者一个导电弹簧。结构有：4 缸集成形式结构（美国通 用的科鲁兹，法国标致的富康等）和单缸独立笔式结构（大众帕萨特、高尔夫等，丰田 皇冠、佳美、花冠等，奔驰各系列）。这样就基本上杜绝了点火高压侧产生的电磁干扰，
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二、点火控制集成入发动机控制系统后的点火线圈 点火控制集成到 MCU 以后，分电器被曲轴位置传感器取代，点火时刻控制与点火导 通角控制交给 MCU 的脉谱图，由程序精确控制。这个过程中，点火线圈经历了一系列变 化。最先采用的是双火花点火（大众捷达，丰田皇冠，铃木雨燕等），通常 4 冲程 4 缸和
对于上市的每一个车型进行完整标定是不现实的。而且，汽车动力性能提升通常与 环保排放指标矛盾，通常要牺牲一些动力性能来保证排放指标。因此，可以发现有些车 型的点火线圈改成高能点火后，动力性能会提升。在适当增大汽车 ECU 的喷油脉宽后， 也能提升动力。
另外，汽车生产商进行整车匹配标定都是用新车型进行台架测试标定、路测标定和 3 高标定（高温、高寒和高湿度环境）。随着汽车使用过程的延续，汽车发动机各部分的磨 损老化等因素等会导致实际使用环境与标定时产生差别，汽车性能下降。这就使存量车 提升性能有一定的可行性和必要性。加之新技术的研发，使后续推出的零配件具有更好 的性能。用新技术生产高能点火线圈，进行点火改装，就可以明显改善整车性能。
四、点火线圈的改装 汽车点火系统的改装是汽车改装的主要内容之一，早期就有高能高压点火线和高能 点火线圈改装之风。目前，各类对点火线圈的改装，多是挂着外国技术的牌子来进行， 宣传的口号是提升动力。有不少粉丝和发烧友进行改装。 实际上点火控制作为汽车发动机控制系统的一部分，在整车匹配标定中是必不可少
三、点火线圈技术的近期进展
发动机技术的最新进展是围绕着提升动力和降低污染排放的目的来开展的。目前采 用的技术有废气再循环（&(3），涡轮增压，缸内直喷 等。这些技术都对点火线圈的点火能量提出了更高 的要求。点火线圈的发展方向是提高点火能量，最 低要 N+，希望达到 N+。这对本已捉襟见肘的 柱式点火线圈来说，已是不可能的事。因此，近期 的点火线圈研发都是在框式结构线圈方向。而且点 火线圈的尺寸现在都在增加。如：采用创驰蓝天技 术的马自达 $9 的点火线圈比马自达 . 的点火线 圈的绕组部分尺寸就大了很多。. 线圈的点火能量有 N+，$9 线圈的点火能量可达 N+。主要点火线圈配套企业，如：博格华纳 #PSH8BSOFS
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的。点火时刻就是整车标定的一个重要指标，近期也有整车厂研究点火线圈能量匹配的 资料见报。问题是整车标定是一个系统工程，业内专家给出的说法是需要数百万人民币 和 18 个月的时间。如果整车厂单一进行点火线圈的初步匹配，也需要 500 小时台架测试， 测试费用可能需要数十万，这个匹配费用在整车标定的费用之外。同时整车标定时间还 需要延长。
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汽车整车的电磁兼容性得到了大幅提高。由于每个气缸可以单独控制点火时刻和导通角， 就给发动机设计与匹配提供了较大的自由度，从而为改善发动机的动力性能与排放指标 提供了技术手段。
独立笔式结构有 2 种结构形式，柱式升压线圈位于发动机罩盖内的结构和框式升压 线圈位于发动机罩盖外部的结构。
内柱式升压线圈高压输出极就在柱式结构的下部，距离火花塞的电极更近，有电磁 辐射干扰更小的优点，同时，因不占用发动机上部空间，有利于减小发动机占用的汽车 机仓空间。但是，这种柱式升压线圈也有一些弊病，它占用发动机罩盖内的空间，对可 变升程气门机构等配置造成影响，对缸内直喷发动机喷油嘴的位置安排也有限制。再者， 这个柱式升压线圈是开磁路形式，磁阻大，转换效率低，同等点火能量时，点火线圈需 要更大的体积，使点火线圈的点火能量提升受限。一般来说它的点火能量提高到 40~60N+ 左右就无法加大了。还有，柱式点火线圈升压绕组位于发动机罩内，相对于外部而言， 工作温度较高，绝缘材料耐热性、磁性材料的热变形与绝缘材料的热胀的匹配等，都是 会产生损坏问题而导致点火故障的（如：2002 年帕萨特、宝来点火线圈事件）。