點火正時儀測試方法研究探討

林飛振，鐘文斌

（廣州市計量檢測技術(shù)研究院，廣東 廣州 510030）

1 引 言

汽車工業(yè)作為我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，是推動社會經(jīng)濟發(fā)展的重要組成部分。從世界先進工業(yè)國家的發(fā)展經(jīng)驗可知，汽車工業(yè)的發(fā)展必然會帶動和促進其他行業(yè)的發(fā)展，例如鋼鐵、有色金屬、橡膠、石油、化工、電子及玻璃等許多工業(yè)。而且汽車工業(yè)的發(fā)展和汽車保有量的大幅度增加也會迫使道路建設(shè)加速，進而促使水泥、建筑及相應(yīng)行業(yè)的迅速發(fā)展。我國汽車產(chǎn)量在2008年已超過了950萬輛，汽車保有量也從1995年的550萬輛，發(fā)展到2009年初的5000萬輛。高速發(fā)展的汽車工業(yè)，給相關(guān)的汽車檢測手段、方法提出了新的要求。點火正時儀是汽車發(fā)動機性能試驗的重要檢測設(shè)備。其檢測量值的準確和統(tǒng)一、量值傳遞體系及測試標準裝置的穩(wěn)定可靠就尤為重要。為此，對點火正時儀的測試方法進行研究，目的是在保證量值傳遞準確的前提下，使測試方法和測試標準裝置更可靠、更穩(wěn)定和使用方便。

2 點火正時儀的使用要求和原理

2.1 點火正時儀的必要性

點火系統(tǒng)是按發(fā)動機氣缸的工作順序進行點火，最佳的點火時刻使發(fā)動機獲得最大功率和最小的燃料消耗，在發(fā)動機氣缸內(nèi)，從開始點火到完全燃燒需要一定的時間（約千分之幾秒），為了使發(fā)動機發(fā)出最大的功率，點火時刻不應(yīng)在壓縮行程終了，而應(yīng)適當提前。

點火時刻是用點火提前角來表示的。點火提前角是指從火花塞電極間跳火開始，到活塞運行至上止點時的一段時間內(nèi)曲軸所轉(zhuǎn)過的角度。如果點火過遲，在活塞到達上止點時才點火，則活塞下行時混合氣才燃燒，即燃燒是在容積增大時情況下進行，從而使氣缸中壓力降低，發(fā)動機功率下降，同時由于熾熱的氣體與氣缸壁的接觸面積增大，熱損失增大，導(dǎo)致發(fā)動機過熱，油耗增大。如果點火過早，則燃燒完全在壓縮過程中進行，氣缸內(nèi)壓力急劇上升，在活塞到達上止點前即達到最大壓力，給正在上升的活塞一個很大的阻力，不僅使發(fā)動機功率下降，油耗增加，還會引起爆燃。點火正時儀主要用于點火提前角的測量。它的量值的準確性，是發(fā)動機點火時刻和運行的重要保證。不同發(fā)動機的最佳點火角各不相同，表1是一些車型的點火提前角的具體參數(shù)。

表1 各車型點火提前角參數(shù)表

2.2 點火正時儀測量原理

點火正時儀由傳感器、信號調(diào)理模塊、閃光裝置組成，傳感器包括電流鉗、屏蔽接線盒，信號調(diào)理模塊由衰減器、比較器、觸發(fā)器等電路組成，閃光裝置由變壓器、觸發(fā)線圈、可控硅和閃光管等組成。點火信號從高壓缸位線通過磁感應(yīng)線圈傳感器獲得，傳感器信號經(jīng)過信號調(diào)理模塊進行增益或衰減、濾波、整形等處理后，再送入閃光裝置進行檢測，然后閃光裝置將閃光作為指示，使測試者能夠觀察到發(fā)動機點火正時轉(zhuǎn)動標記相對于固定標記的位置。點火正時儀對點火提前角檢測原理如圖1所示。

圖1 點火正時儀測量原理圖

點火正時儀的技術(shù)要求:發(fā)動機轉(zhuǎn)速示值誤差不超過±1.0%，點火提前角示值誤差不超過±1°，具體技術(shù)要求如表2。

表2 點火正時儀技術(shù)參數(shù)表

3 標準測試裝置測量原理和結(jié)果分析

3.1 標準測試裝置的工作原理

標準測試裝置模擬機動車發(fā)動機點火系統(tǒng)，通過標準脈沖發(fā)生器產(chǎn)生標準的轉(zhuǎn)速信號，經(jīng)過比較分析顯示為標準轉(zhuǎn)速，同時輸出電脈沖信號。設(shè)置光電接受器窗口，接收光脈沖信號，經(jīng)過反饋比較分析，并在標準測試裝置上顯示提前角。它能設(shè)置汽車缸數(shù)、設(shè)置轉(zhuǎn)速、提供點火高壓輸出、顯示點火提前角，可為點火正時儀的檢測提供信號源，模擬閃光法對點火正時儀進行測試，它的轉(zhuǎn)速指標能滿足實際機動車正常轉(zhuǎn)速范圍，采用精密集成電路，具有穩(wěn)定的頻率。標準測試裝置工作原理如圖2所示。

圖2 標準裝置圖

使用標準測試裝置對點火正時儀的一般操作步驟如下：首先在標準測試裝置上設(shè)定特定的轉(zhuǎn)速，并且進入閃光法測試點火提前角狀態(tài)，然后點火正時儀連接12V直流電源，將標準缸的傳感器串接在標準測試裝置的點火高壓線上，將標準測試裝置的轉(zhuǎn)速固定設(shè)置在低速（600 r/min）上，使點火正時儀的閃光燈對準標準測試裝置的閃光輸入窗口（此處模擬現(xiàn)實中閃光燈對準發(fā)動機飛輪的上止點），打開點火正時儀開關(guān)，并且進入點火提前角測試狀態(tài)，調(diào)節(jié)點火正時儀上的旋鈕，使之顯示特定的點火提前角，同時使點火正時儀的閃光對準閃光輸入口，啟動標準測試裝置點火開關(guān)，即可在標準測試裝置上讀出在該轉(zhuǎn)速下的點火提前角，然后與點火正時儀設(shè)置的點火提前角進行比對，可得出點火正時儀的測量示值誤差和示值重復(fù)性。以同樣的方法可以測試點火正時儀的中、高速的提前角。具體的點火正時儀的特定轉(zhuǎn)速對應(yīng)的提前角的要求如表3。

表3 轉(zhuǎn)速對應(yīng)提前角參數(shù)表

同樣，在標準測試裝置上設(shè)定發(fā)動機的缸數(shù)，設(shè)定特定的轉(zhuǎn)速，例如 600r/min、1200r/min、2400r/min、4800r/min等，然后在點火正時儀的面板上切換至檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速的工作的狀態(tài)，啟動標準測試裝置的點火開關(guān)，即可在點火正時儀上顯示出測試的轉(zhuǎn)速值，并與標準測試裝置的標準數(shù)比對，得出示值誤差和示值重復(fù)性。標準測試裝置的主要技術(shù)指標如表4所示。

表4 標準裝置技術(shù)指標表

3.2 測試數(shù)據(jù)和結(jié)果分析

為驗證標準測試裝置的穩(wěn)定性和很好的重復(fù)性，特地使用標準測試裝置對兩個不同的點火正時儀進行測試（兩個點火正時儀都沒經(jīng)過標準裝置測試和標定過）。首先使用標準測試裝置對一個點火正時儀A進行測試，分別在低、中、高的轉(zhuǎn)速下進行點火提前角的測試，其具體測試數(shù)據(jù)如表5。

使用標準測試裝置對一個點火正時儀B進行測試，分別在低、中、高的轉(zhuǎn)速下進行點火提前角的測試，其具體測試數(shù)據(jù)如表6。

使用點火正時儀A和B分別對一部出廠檢驗合格車型的點火提前角進行的測試結(jié)果如表7。

從測試結(jié)果可以知道，標準測試裝置能正確地對點火正時儀點火提前角進行測試，并能保證測試結(jié)果的一致性和穩(wěn)定性。同樣地使用經(jīng)過標準測試裝置測試并符合要求的點火正時儀A和已標定過的轉(zhuǎn)速表C對同一臺在測功機臺架上進行性能試驗的發(fā)動機進行測試，測試結(jié)果的一致性也能滿足要求，如表8。

表5 點火正時儀A測試數(shù)據(jù)表

表6 點火正時儀B測試數(shù)據(jù)表

表7 對某車型測試數(shù)據(jù)表

3.3 測試結(jié)果的不確定度分析

標準測試裝置對點火正時儀進行提前角測試的不確定度輸入量的來源主要是：點火正時儀示值的誤差產(chǎn)生的不確定度u1，點火正時儀示值測量重復(fù)性產(chǎn)生的不確定度u2和標準測試裝置產(chǎn)生的不確定度u3，輸出量的標準不確定度分量見表9。

表9 不確定度分量表

由于各標準不確定度分量相互無關(guān)，故：

按置信概率p=0.95，取kp=2

故點火正時儀提前角測量結(jié)果的擴展不確定度應(yīng)當為：

4 結(jié)束語

點火正時儀經(jīng)過標準測試裝置測試及實驗數(shù)據(jù)比對驗證，該測試方法完全能滿足對點火正時儀測試的要求，標準測試裝置同時解決了使用高一級標準器對點火正時儀測試溯源的問題。點火正時儀標準測試裝置技術(shù)參數(shù)合理，為技術(shù)監(jiān)督部門和汽車行業(yè)提供了手段和方法，對開展測試點火正時儀具有重要的現(xiàn)實意義。

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