1、 前言
自汽油機(jī)問(wèn)世以來(lái)，汽油用點(diǎn)火裝置擔(dān)負(fù)著為混合氣體點(diǎn)火的重要作用，決定開始燃燒的點(diǎn)火裝置對(duì)于汽油性能有非常大的影響，近幾年伴隨著油價(jià)，尾氣排放等形勢(shì)的嚴(yán)峻，它的作用就變的更加重要。
這里針對(duì)汽油機(jī)用點(diǎn)火裝置的作用、基本構(gòu)造、性能、技術(shù)革新以及未來(lái)的動(dòng)向進(jìn)行描述。
2、 概要
2.1點(diǎn)火裝置的構(gòu)成及動(dòng)作
點(diǎn)火裝置是基于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)從火花塞產(chǎn)生電火花讓缸體內(nèi)的混合氣體燃燒的裝置。點(diǎn)火裝置主要指點(diǎn)火線圈、觸發(fā)器、火花塞，除此之外還包含曲柄以及橡膠，位置傳感器等組成。
點(diǎn)火裝置的概要如圖Fig.1示，為了使高度壓縮的混合氣體產(chǎn)生電火花，必須在火花塞的兩個(gè)電極之間加上高壓，通過(guò)點(diǎn)火線圈產(chǎn)生高壓，放電電壓通常在10kV~15kV，最大也有超過(guò)30kV的。電流有在數(shù)十mA，比起點(diǎn)火的時(shí)機(jī)會(huì)使引擎的輸出，發(fā)射都會(huì)發(fā)生變化，為了遵從各引擎條件最佳點(diǎn)火時(shí)機(jī)，對(duì)于點(diǎn)火線圈產(chǎn)生高壓的時(shí)間進(jìn)行控制是非常必要的，通過(guò)對(duì)電流通斷的控制從而控制點(diǎn)火線圈產(chǎn)生高壓，以各種傳感器的信號(hào)為條件由ECU決定后執(zhí)行點(diǎn)火。
一次側(cè)線圈采用粗線大約100~200圈，二次側(cè)線圈用細(xì)銅線約15000~20000圈卷成層狀，各部品間采用樹脂等保證絕緣性。
點(diǎn)火線圈一次側(cè)電流通過(guò)時(shí)，鐵芯磁化蓄積磁力能量，周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，觸發(fā)器（晶體管）的開關(guān)控制一次電流的通斷，磁場(chǎng)發(fā)生變化起到誘導(dǎo)作用，一次線圈產(chǎn)生300~500V電圧，此時(shí)由于磁場(chǎng)磁力線作用二次側(cè)同時(shí)產(chǎn)生25~35kV的高壓，產(chǎn)生的高壓V=n(dφ/dt)需要兩個(gè)線圈的圈數(shù)比例變大。
點(diǎn)火裝置動(dòng)作波形如圖Fig.3所示：點(diǎn)火信號(hào)為ON時(shí)，功率晶體管導(dǎo)通，電流通過(guò)一次側(cè)線圈磁場(chǎng)能量蓄積，點(diǎn)火時(shí)信號(hào)一變?yōu)镺FF，一次側(cè)電流斷開二次側(cè)高壓產(chǎn)生，火花塞放電（ブレークダワン）然后磁場(chǎng)能量持續(xù)放電0.5~2.5ms。
2.2、點(diǎn)火系統(tǒng)的變遷
隨著社會(huì)環(huán)境的變化，引擎的高性能化、高效率化、排放廢氣要求、燃料費(fèi)上漲等原因，對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)的控制要求越發(fā)復(fù)雜。不用說(shuō)搭載性、可靠性、微型化 X X提高也變成了重大課題。點(diǎn)火系統(tǒng)像Table 1所示那樣配電盤配電系統(tǒng)出現(xiàn)了，先后經(jīng)歷了由配電盤、點(diǎn)火線圈、觸發(fā)器等組成一體化產(chǎn)品IIA系統(tǒng)；配電盤系統(tǒng)廢止后進(jìn)化為電子配電系統(tǒng)DLI。
配電盤配電隨著點(diǎn)火時(shí)期自由度的制約、電子噪音等課題對(duì)策而進(jìn)化到 DLI.
DLI系統(tǒng)及D-DLI開始，正在演變成氣筒獨(dú)立控制不需要高張力編碼而且搭載性能也高的 S-DLI系統(tǒng)。
1、 點(diǎn)火線圈的革新技術(shù)
3.1、插頭孔內(nèi)的搭載
S-DLI系統(tǒng)不需要配電盤、高張力編碼等，轉(zhuǎn)變成缸體要分成多個(gè)，多個(gè)線圈就變成了必要條件。為從線圈開始向直接插頭傳送高壓，變成了引擎頭部各線圈配置需要解決的問(wèn)題。反面，引擎的DOHC化、多泵化、直噴化的運(yùn)動(dòng)中，希望在頭部及頭部蓋板上部線圈能減少分配空間；反之，原來(lái)高張力編碼插入引擎的插頭孔有效利用，開發(fā)了插頭孔內(nèi)能放置的線圈（棒狀線圈：細(xì)徑柱狀線圈）。
關(guān)于棒狀線圈引擎的搭載情況如圖Fig.4所示，從此以后S-DLI系統(tǒng)用的線圈在引擎搭載性上有了飛躍性的發(fā)展。
3.2、原來(lái)線圈和棒狀線圈的構(gòu)造
原來(lái)采用矩形型缸體來(lái)安置線圈，本次說(shuō)明的是棒狀線圈形狀不同如圖Fig.5所示，
矩形型線圈從外觀形狀上看頭部蓋板必須保證40~50mm的線圈空間，然而，棒狀線圈線圈部分呈圓柱體，為放入插頭孔里面提供了可能性，并且在原來(lái)矩形型線圈的線圈部頭部蓋板上部，配置了開關(guān)回路和小型觸發(fā)器。
3.3、棒狀線圈的技術(shù)革新
棒狀線圈和原來(lái)的線圈保持同樣的性能（產(chǎn)生電壓、點(diǎn)火能量）機(jī)能及可靠性，且細(xì)圓柱狀插孔內(nèi)可安裝。此項(xiàng)技術(shù)革新如圖Table2說(shuō)明。
3.3.1斜向重疊繞
點(diǎn)火線圈的二次繞線，一端0kV,另一端（比如）35kV落差很大，繞線每圈都會(huì)有電位差產(chǎn)生，二次繞線大約繞了20000圈，只考慮1圈的話線材絕緣性能肯定沒(méi)有問(wèn)題，如果數(shù)百甚至數(shù)千圈的話（還有層間電壓），線間的電位差加在上面的話絕緣性肯定保證不了。如圖Fig.6所示，原來(lái)線圈的間隙灌裝樹脂二次纏繞，槽間相隔開設(shè)計(jì)絕緣，棒狀線圈是由于線槽的廢止、繞線技術(shù)開發(fā)及空間削減的要求應(yīng)運(yùn)而生。
空隙內(nèi)如果繞滿線，前面所述層間電壓會(huì)過(guò)高。繞線1個(gè)來(lái)回的圈數(shù)會(huì)比較少，為達(dá)到效果，如圖Fig.6所示采用了重復(fù)斜繞的繞線技術(shù)。
重復(fù)斜繞比起二次卷廢除線槽，前期棒狀帶槽（槽繞）直徑縮小10%成為可能。
3．3．2、和前面所述一樣，還有一份關(guān)于高壓絕緣的技術(shù)報(bào)告。
如前述線圈二次繞線的高壓側(cè)加上數(shù)十KV的高壓，為觸發(fā)高電壓在最終端,主要的繞線部引出,線圈內(nèi)引出單根線,作為單線配置,低壓部分一次繞線部分要同樣的距離,電場(chǎng)集中,電場(chǎng)強(qiáng)度變得超強(qiáng)使絕緣被破壞,恐怕會(huì)產(chǎn)生不良.
原來(lái)的線圈把這個(gè)距離會(huì)離的很遠(yuǎn)來(lái)應(yīng)對(duì)，棒狀線圈因?yàn)楸仨毴坎迦氲郊?xì)圓柱內(nèi)，靠拉大距離是不行的，所以為了降低電場(chǎng)強(qiáng)度而采用了其他方法。如圖Fig.7所示采用虛擬繞線方式，低壓部分和對(duì)面引出部分整列并排，極力平衡附近電場(chǎng)強(qiáng)度，降低最大電場(chǎng)強(qiáng)度。
3.3.3圓柱形積層骨架
棒狀線圈截面形狀細(xì)圓形是最理想的, 配置的磁路零部件在同心上也配置最好。磁路中心骨架通常有硅元素鋼片按同樣尺寸切割，按要求的片數(shù)堆疊而成。
這樣的話必然變成四角的截面，和要求相差甚遠(yuǎn)，這樣要求做成圓形的堆疊片就變的更加重要了。如圖Fig.8所示比起 寬度較寬的片子堆疊，采用圓柱形的更有優(yōu)勢(shì)。比起圓柱形骨架，上述四角形的占積率（圓形中骨架的截面所占比例）僅為50~70%，圓柱形可以達(dá)到95%以上。
3．3．4模塊觸發(fā)器
棒狀線圈的模塊觸發(fā)器如圖Fig.9所示，觸發(fā)器在一次側(cè)線圈通電斷開時(shí)，點(diǎn)火線圈產(chǎn)生一次電壓的耐壓性是必須要考慮的，為保證電壓不要過(guò)高，需要設(shè)計(jì)一次電壓的鉗制功能（這個(gè)電壓叫V2）。線圈小型化，鉗制電壓V2變大，二次繞線圈數(shù)減少，觸發(fā)器電源單元為確保耐壓性，外形會(huì)變大。由于耐高壓的電源單元開發(fā)，二次繞線約降低了30%，對(duì)棒狀線圈來(lái)講，比原來(lái)的電源單元直徑可以縮小5%。
二次繞線圈數(shù)可以削減的原理如圖Fig.10所示,為使觸發(fā)器產(chǎn)生火花的二次發(fā)生電壓(V2) =一次發(fā)生電壓(V1)*二次和一次的圈數(shù)比(N2/N1)。如果V1越高的話則N2/N1就越小，如果N1保持不變，則N2圈數(shù)就減少。
舉例說(shuō)明，作為電源單元來(lái)講，原來(lái)的觸發(fā)器都使用雙極功率管（Tr），V2電壓350V左右；若使用當(dāng)前開發(fā)的IGBT則 Vz電壓500V左右就可以。如果輸出35kV的話，圈數(shù)比N2/N1前者約100倍，而后者變成了70倍，這就減少二次繞線圈數(shù)。
1、 點(diǎn)火系今后動(dòng)向
引擎/發(fā)動(dòng)機(jī)開始看點(diǎn)火系的要求項(xiàng)目總結(jié)如圖Fig.11所示，今后引擎必然面臨著大幅度燃油費(fèi)改善，低排放的要求，因此要考慮如何向稀薄燃燒化呀高壓縮比化的問(wèn)題推進(jìn)。稀薄燃燒化對(duì)于點(diǎn)火系，著火性，燃燒穩(wěn)定性，耐煙性提高等,進(jìn)而提出了大電流長(zhǎng)時(shí)間放電的要求；而高壓縮比則要電壓降低等，更有多點(diǎn)點(diǎn)火、可變動(dòng)閥系搭載、泵徑擴(kuò)大、冷卻性能提高等，比起上述種種小型化的要求更加突出。
另外，從控制燃燒的開始離子電流檢測(cè)，燃燒壓傳感器等燃燒檢測(cè)的要求，必要的時(shí)候供給大能量的點(diǎn)火能量的反饋控制是必須要考慮的問(wèn)題。
以上各點(diǎn)開始點(diǎn)火系的推進(jìn)箭頭標(biāo)示如圖Fig.12所示，必須考慮點(diǎn)火、燃燒綜合控制的點(diǎn)火系統(tǒng)開發(fā)。
