抑制点火系统产生的电磁干扰:抑制电磁干扰

　　有些人采取的屏蔽手段真令我啼笑皆非。最近我就见到一个车主，他的福特车采用的是插入式点火系统(点火线圈插在火花塞上，即COP)，这位车主把发动机上8个点火线圈都用铜色铝箔包上。我问他为什么这样做，他回答说是为了消除点火系统对无线电频率的干扰，使收音机能正常收听。
　　他采用的这种方法根本就不管用。我们接下来就说说到底应该怎样抑制无线电频率干扰，并分析一下这位车主的方法为什么起不到屏蔽作用。
　　在早期对电子进行科学探索的人物中，有一位名叫Michael Faraday(迈克尔・法拉第)的人，他自学成才，是18世纪上半叶著名的英国科学家。电容的计量单位法拉，就是以他的名字命名的。在漫长的科研生涯中，他在电磁方面有许多重大发现，时至今日我们仍在使用。
　　法拉第的重大发现之一就是我们现在所讲的法拉第屏蔽。他发现，当用金属屏蔽包裹住一个物体后，就可以使该物体免受外界磁场干扰。这个静止的磁场对屏蔽表面的磁场进行了改变，从而使需要受到保护的电路免受电磁干扰。将屏蔽接地后可以消除积聚在屏蔽物上的交流电流，提高电磁屏蔽的效果。因此，法拉第屏蔽可以用来保护汽车上的各种电子控制模块和其他敏感的电子器件。
　　我刚才提到的那位车主就是想用铝箔包裹点火线圈来进行屏蔽，然而结果却适得其反。这位车主的本意是想使外界免除点火线圈内部磁场的影响。可是他没有搞清楚，点火线圈工作的频率与无线电频率干扰的没有关系。
　　现在该告诉这位车主到底错在哪里了，他要消除的电磁干扰根本就不是点火线圈产生的。我们所说的无线电频率干扰实际上是来自于点火时的火花塞间隙。
　　下面我们就分析一下这到底是怎么回事：
　　我们可以把火花塞比作一个电容器，电容器的基本结构是用绝缘体分隔成的多个电容片。电容的大小取决于电容器内电容片的数量、电容片的面积、电容片之间的距离以及绝缘材料的电容率。
　　现在我们结合火花塞的实际结构来比较一下，看看火花塞的哪些结构与电容器功能相似。火花塞的单级接地和火花塞的单个中央电级就相当于电容器的2个电容片。电极表面所占面积很小。一般来说，火花塞间隙约在1.5～2.0mm之间，因为电容会随电容片之间相隔距离的增大而降低，所以火花塞电容量很小。在真正的电容器内，电容片之间的距离较大时。即相当于一层塑料薄膜的厚度，距离小时也就是相当于电容器片之间起绝缘作用的氧化层一样薄。因此火花塞间隙与之相比，实在是太大了。
　　在这个把火花塞比作电容器的例子中，“两个电容片之间”的绝缘物就是燃烧室内的混合汽。混合汽内常常混合有某些微小物质，比如水蒸气或排放气体等，这些物质在汽缸的上一次排气冲程中并没有被彻底排放干净。因此造成的结果就是当混合汽过浓时，火花塞需要的点火电压要高于混合汽较稀时的点火电压；同理，高压缩比的发动机火花塞所需的点火电压也要高于低压缩比发动机火花塞所需的点火电压；发动机大负荷工作时所需的点火电压也要高于低负荷时的点火电压。
　　当点火线圈把电压提供给火花塞时，在绝缘物(混合汽)中就迅速形成了一个非常强烈的静电场。当火花塞间隙中的分子受到足够强的外力作用时，原子外层的电子就会四散逃逸，产生带正电荷的原子，这个过程称之为电离。一旦一个电极与另一个电极之间形成电离轨道，电流即会流动，电流流过火花塞间隙的电阻，产生热而引发燃烧过程。
　　在电流击穿火花塞间隙的过程中，会出现某些值得我们注意的事情。与分布在系统周围的微小电容混合在一起的电流的突然流动，会产生高频振动，这种高频振动通过火花塞间隙向外发散。这种振动覆盖了无线电频率的全部频谱，因此，火花塞间隙的噪音才是产生干扰的真正元凶。
　　那么汽车制造商是怎么抑制这种干扰的呢?从源头抑制火花塞间隙噪音的基本对策至少有三种。如果不采取有效措施，听任噪音反射回点火线圈，就会引发很多严重的后果。噪音从汽车电路上发散出去，会对汽车的电子控制模块和其他敏感电子元件造成干扰。
　　从火花塞间隙上反射回来的能量还会产生持续的电波问题，就像一台天线出问题的收音机一样。这些持续的电波能达到足够的电压，会重新进入点火线圈，破坏点火线圈的绝缘。
　　抑制火花塞间隙噪音的第一道防线就是火花塞本身。在火花塞内部串联一个5000Ω的电阻，对于接地而言，火花塞本身具有一定的电容，从火花塞间隙处产生的能量就会更容易地流向接地，而不会通过电阻器返回到点火线圈。因此，应该用带有电阻器的火花塞替换掉没有安装电阻器的火花塞。这个5000Ω的电阻器对于点火线圈及其相关电路都能起到重要的保护作用。
　　第二道防线就是从火花塞至点火线圈的线束。根据具体的应用情况，有几种线束都能抑制火花塞间隙造成的噪音干扰。比如对于福特车系使用的插入式点火系统(COP)而言，与火花塞和点火线圈连接的电路就是一种线束中间带有铁氧体磁棒的电路。在一定长度的铁氧体磁棒上缠绕有特定圈数的螺旋状线圈，这样就使这种线束对频率非常敏感。线束中的铁氧体磁棒被称作“耗材”，意思是说当造成无线电频率干扰的能量进入铁氧体磁棒时，这些能量就会被铁氧体磁棒减弱或吸收。例如，隐形飞机就是采用在飞机表面使用铁氧体材料的方法来吸收雷达波的。
　　在传统的分电器点火系统中，采用了带有电阻器的火花塞线束。这种火花塞线束并不会大幅减弱火花能量。典型的电噪抑制电路中含有一种类似于轮胎中的帘线一样的材料。电线上包有一层导电石墨，这层石墨材料以每英尺5000Ω的电阻把点火火花能量传递给火花塞。
　　另外一个因素是用石墨芯当作电容器的一个电容片，把汽缸体当作电容器的另一个电容片。当无线电频率干扰能量从火花塞返回时，电阻器的线束不但是一个性能不佳的天线，而且还可以把高频噪音转移到接地而不是让高频噪音去克服电线的阻抗流动。
　　应该搞清楚，我们现在最重要的就是抑制高频的交流电噪音。电容器的阻抗对直流来说是无限的，但对于高频交流电来说，阻抗就很低，这要取决于频率究竟有多高。
　　还有一个因素是环绕在火花塞间隙和火花塞周围的发动机部件。它们也可以减弱电噪。上述这些因素都会对无线电频率干扰起到抑制作用，但不会100％地消除电噪。
　　抑制电噪的另外一个对策就是在从点火开关到点火线圈的蓄电池供电电路上采用一个旁通电容器。这是一条纯铜电线，当某些无线电频率干扰越过上文提到的两条防线，从次级点火线圈进入到主点火线圈时，这根铜线能起到一条性能良好的发射天线的作用。铜线直径约0.22in(约5.5mm)，可承受400V电压。火花塞间隙处产生的电噪为交流电噪，而蓄电池对车辆的供电却是直流的。铜线把所有的交流电引入并传送至接地。
　　因此，如果车主怀疑自己的汽车有无线电频率干扰问题时应该怎么办?首先应该检查车辆所有的抑制无线电频率干扰设备，确保它们均能正常工作。
　　首先应该检查3、4个地方。比如对于配备火花塞导线的车辆，首先要检查线束两端的端子。如果端子松动，那么在线束和端子之间就有可能产生电火花。火花应该只能由火花塞上产生。此外一定要检查一下那个充当旁通电容器的纯铜导线，检查导线与火花塞正极侧的连接是否松动。一般来说，拆卸点火部件后这根铜线几乎不会被重新安装上，人们往往不知道这条铜线是干什么用的，因此很少再次将这条铜线重新连接好。此外，还应该检查并确认发动机上安装的火花塞型号是否正确，尤其是对于非电阻型的火花塞，如果没有注意到这一点，安装了型号不对的火花塞，就会导致很多故障。
　　火花塞护套中的弹簧也要进行检查，弹簧是用来在一侧固定点火线圈输出端子的，另一端压在外露的火花塞端子一侧。通过按压弹簧，检查弹簧长度的变化即可判定弹簧是否安装到位。不要采用弯曲或更改弹簧直径的方法来固定。
　　现在回过头来谈谈在火花塞上包裹铝箔的方法。采用这种方法，不但起不到抑制电噪的作用，反而会使事情变得更糟。从点火线圈的角度看，点火线圈输出的作用就是充当点火线圈的次级电容。在点火线圈上包裹铝箔，会降低点火线圈的输出。火花塞护套与壳体之间塑料部分的密封是否良好决定了点火线圈能否保持35～40kV的点火电压输出，如果在火花塞护套与壳体之间塑料部分插入铝箔，就会降低高压绝缘性能。
　　最后需要说明的是，点火线圈本身的电子绝缘是靠环氧塑料涂层来实现的。这些涂层绝不能接地，形状也不能是尖的或突出的。应该安装在点火线圈6mm以内。涂层并不是要在外面设置屏蔽，涂层也不能有尖锐突出的外形，以免引来电压击穿绝缘。所以在点火线圈上包裹铝箔不但起不到抑制电噪的作用，还会影响点火线圈的绝缘性能，甚至彻底损坏点火线圈。