龐成立

（大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院，大連 116035）

0 引言

環(huán)保、節(jié)能以及安全是未來汽車發(fā)展的方向和課題，現(xiàn)代汽車發(fā)動機采用了高壓縮比和稀薄混合氣燃燒技術(shù)，對點火系統(tǒng)的準確性以及可靠性提出了更高的要求。正確的點火時間以及足夠能量的火花是保證發(fā)動機良好工作的重要條件之一。那么如何確定發(fā)動機點火系統(tǒng)的好壞以及如何診斷和排除發(fā)動機點火系統(tǒng)的故障呢？檢測點火系統(tǒng)故障最直接準確快捷的方式就是利用示波器分析點火波形，使從事汽車售后服務(wù)人員能從細微處分析車輛的運行狀況，確定點火系統(tǒng)本身，排查發(fā)動機機械部分和燃油系統(tǒng)是否有故障，從而確定修理方向。

1 標準點火波形

在利用示波器進行故障波形分析的時候，要明確各種不同車型正確標準的點火波形，也就是說能知曉各車型正確的點火波形應(yīng)該是什么樣子的。

1.1 有分電器點火波形

如圖1所示為常規(guī)（傳統(tǒng)點火）初級、次級點火標準波形。

圖1可非常清楚的觀察到分電器觸點閉合角、開起角、火花電壓幅值以及擊穿電壓，也可以觀測到兩次振蕩過程以及火花的延遲期。如果點火系統(tǒng)沒有故障，對于四缸發(fā)動機觸點閉合角為全周期的46%-51%；對于六缸發(fā)動機觸點閉合角為全周期的62%-69%；八缸機則為65%-72%，火花電壓為9KV，擊穿電壓超過15KV，火花時間超過0.8ms。如果波形或數(shù)值不正常時，則說明系統(tǒng)需要進行調(diào)整或已經(jīng)有故障存在。

圖 1 常規(guī)初級、次級點火標準波形

針對專業(yè)術(shù)語的故障診斷方法歸納：

1）點火線：觀察跳火電壓高度是否一致，一個非常高的跳火電壓表明在點火次級電路中存在著高電阻，一個過短的跳火電壓線，表明點火次級電路電阻比正常值低。

2）流入點火線圈電流：觀測點火線圈起初充電時，保持一致波形的下降沿，這說明各缸的閉合角相同，點火正時比較精確。

3）燃燒線：觀察燃燒線或火花應(yīng)非常干凈才好，過多的雜波不應(yīng)出現(xiàn)在燃燒線上，過多的雜波表明氣缸點火不良，其主要的原因應(yīng)該是污濁了火花、損壞了噴油器或者過早的進行了點火。其缸內(nèi)的異常稀或者異常濃的混合比例能夠通過燃燒線的持續(xù)時間的長短得到很好地表征。一般情況下而言，如果少于0.75ms的時候，也就被認為燃燒過短了，此時混合氣的濃度表明是比較稀的，過長燃燒線(通常超過2 ms)表明混合氣濃。

4）燃燒電壓或火花：觀測燃燒電壓或火花保持相對一致，這表征各缸空燃比情況，若混合氣比過稀，燃燒電壓會稍低于正常值。

5）點火線圈振蕩：觀察在燃燒線后面兩至三個或更多的振蕩波（越多越好），這說明電容器及點火線圈狀態(tài)優(yōu)良。

1.2 獨立點火系統(tǒng)波形

無觸點電子點火系統(tǒng)的波形圖在正常的時候如圖2所示，我們可以看出其波形圖和有觸點的點火系統(tǒng)是有明顯的差別之處的，在無觸點點火系統(tǒng)中的初級電路是不依靠觸點的開或者閉來進行電路通或者斷的控制，通常在持續(xù)期內(nèi)的晶體管導(dǎo)的初級電壓是沒有太過明顯的變化的，但是，其電壓在其充磁的過程之中有可能得到一定程度的升高，引起電壓升高的原因就在于初次級電壓線產(chǎn)生了相應(yīng)的波動和變化，而這波動和變化又是由于點火線圈的感應(yīng)而引起的，如圖2中點2所示，這不是故障，是正?，F(xiàn)象。

圖2 無觸點電子點火系統(tǒng)的波形圖

圖3 雙缸點火的兩次點火

1.3 雙缸點火系統(tǒng)波形

雙缸點火將會導(dǎo)致一個工作循環(huán)中各氣缸點兩次火，一次是在排氣行程末期如圖3(b)所示，該行程氣缸內(nèi)多為燃燒廢氣，電離程度較高，因而火花電壓及擊穿電壓比較低，是無效點火；另外的一次見圖3中的(a)所表示的，其時間是在壓縮行程的末期，圖中汽缸內(nèi)是新鮮的可以燃燒的混合氣體，由于其電離的程度是比較低的，因而導(dǎo)致了擊穿的電壓、火花的電壓均比較高，是有效點火，檢測時需要加以區(qū)分。

2 故障波形及影響因素

2.1 點火故障波形分析

根據(jù)示波器所采集到的各類故障初級電壓波形，可以分析點火系斷電電路有關(guān)電氣元件和機械裝置的狀態(tài)，為斷電電路的維修和調(diào)整提供可靠的依據(jù)，以避免盲目拆卸。

圖4所示波形在觸點開啟點出現(xiàn)大量雜波，顯然是觸點嚴重?zé)g而造成的，打磨觸點或更換斷電器即可證實。

圖4 雜波

圖5 初級電壓波形

圖5的初級電壓波形在火花期間的衰減周期數(shù)明顯減少，幅值也變低，顯然是電器漏電造成的。

圖6所示波形在觸點閉合階段有意外的跳動，造成這種現(xiàn)象的原因是觸點因彈簧力不足引起不規(guī)則跳動。

圖7所示曲線的充磁期即觸點閉合角太小，一般由觸點間隙過大造成。

如果觸點接地不良就會引起低壓波水平部分的大面積雜波，如圖 8所示。

圖6 有意外跳動

圖7 閉合角太小

圖9為電子點火系統(tǒng)的低壓故障波形，對比圖

圖8 大面積雜波

圖9 低壓故障波形

8所示之正常波形，在充磁階段電壓沒有上升，說明電路的限流作用失效，無分電器點火系統(tǒng)沒有元件可以調(diào)整，如果波形很不正常時只能采取替換法逐個更換點火器、點火線圈、點火信號發(fā)生器以及凸輪位置傳感器等元件，排查出故障所在。

2.2 影響傳統(tǒng)點火波形的主要因素

蓄電池點火系統(tǒng)在汽車上使用，而磁電機點火系統(tǒng)多用于小型二行程發(fā)動機上，因此主要面向汽車發(fā)動機性能檢測，故磁電機點火系統(tǒng)不加考慮。影響傳統(tǒng)點火系統(tǒng)主要因素如下：

1）火花塞電極間隙

根據(jù)柏申的經(jīng)驗公式，均勻電場下的擊穿電壓U是兩電極間的距離d、氣體壓力p和絕對溫度T的函數(shù)。

由上式可知，電極間隙越大，擊穿電壓越高。原因是當電極間隙變大時，氣體中的電子及離子距電極路程變大，不容易產(chǎn)生碰撞電離作用，所以需要比正常值更高的電壓才能完成跳火過程。

傳統(tǒng)式點火系統(tǒng)火花塞間隙：0.6～0.7mm ；電子點火系統(tǒng)火花塞間隙：1.0～1.2mm。

2）氣缸內(nèi)混合氣的壓力和溫度

實際情況是，擊穿的溫度機器電壓和混合氣的密度是有著非常緊密的聯(lián)系的，其恰恰和壓力沒有直接的關(guān)聯(lián)，原因是混合氣密度越大，離子自由運動的距離越短，所以不易發(fā)生碰撞電離作用。這樣一來只能增大電極電壓，促使離子加速運動，增強碰撞電離效應(yīng)完成點火。因此，混合氣的密度和擊穿電壓之間是正比例關(guān)系。

而混合氣的密度又是受到壓力和溫度的直接影響。因為當混合氣壓力增大時，混合氣密度增大，所以擊穿電壓增大；而當混合氣溫度增高時，混合氣密度減小而使擊穿電壓降低。

3）電極的溫度和極性

我們通過相關(guān)的實驗得到了驗證，火花塞電極的溫度如果超過了混合氣的溫度的時候，其擊穿電壓在通常情況下會降低比較大的幅度，大約會降低三成到五成，原因就在于電極的溫度升高的時候周圍的氣體密度就會降低，在這個時候發(fā)生碰撞電離的幾率大大增加。

4）發(fā)動機的工作狀況

工作的狀況不同的時候，發(fā)動機火花塞的擊穿電壓也是十分不同的，火花塞的擊穿電壓一般能夠隨著功率、壓縮比、混合氣成分、點火提前角等的變化而發(fā)生不同的變化。

在通常情況下，擊穿電壓最高的是在車輛啟動之時，當火花塞間隙為0.7mm時擊穿電壓可高達19KV。這是由于起動時氣缸壁以及活塞、火花塞電極都處在冷態(tài)，導(dǎo)致了汽缸之內(nèi)的混合氣不容易發(fā)生霧化。由于通常情況下火塞的電極之間很有可能附有機油或者汽油，再加上在壓縮的時候混合氣的溫度上升不夠高，因而最高的電壓就是擊穿電壓。除此之外，在車輛進行加速的時候能夠?qū)е略S多冷空氣吸入汽缸之內(nèi)，使火花塞中心電極溫度降低，因此擊穿電壓也會較高。

5）發(fā)動機的氣缸數(shù)

次級電壓的最大值將隨發(fā)動機的汽缸數(shù)的增加而降低。這是因為凸輪的凸起數(shù)與汽缸數(shù)相同，發(fā)動機的汽缸越多，凸輪每轉(zhuǎn)一周觸點閉合與打開的次數(shù)就越多，于是觸點的閉合時間縮短，初級斷開電流減小，因而使次級電壓降低。

6）觸點間隙對次級電壓的影響

觸點間隙的大小，不僅影響次級電壓，同時也影響了點火時間，如間隙增大時，由于觸點提前打開，會使點火提前角增大。因此，在使用中應(yīng)該按制造廠的規(guī)定進行調(diào)整一般為0.35～0.45mm。

7）點火線圈的溫度對次級電壓的影響

點火線圈過熱時，繞組電阻增大，初級電流下降，導(dǎo)致次級電壓降低。點火線圈過熱的原因有：夏季天氣炎熱，發(fā)動機過熱或因發(fā)動機調(diào)節(jié)器調(diào)整不當使發(fā)動機電壓過高，初級電流增大所致。

8）火花塞積炭對次級電壓的影響

發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，若潤滑油過多會造成火花塞絕緣體上積碳的快速形成，積碳積蓄到一定程度會導(dǎo)致火花塞不能正常跳火，這時將高壓線拔離火花塞上端3～4mm高后，火花塞會重新正常工作。原因是在火花塞的導(dǎo)線中串聯(lián)一個附加間隙后，泄漏電流不再產(chǎn)生，而當次級電壓達到較高值時，才能同時擊穿火花塞間隙和附加間隙，產(chǎn)生火花點燃混合氣?？梢姼郊踊鸹ㄩg隙在火花塞積炭時，能起到改善點火的效果。但此種方法不建議長期使用，因為這會加重點火線圈的負擔(dān)而使其損壞，而且還會有起火安全隱患。

3 結(jié)束語

點火波形就像人的一雙眼睛，通過這雙眼睛維修技術(shù)人員可以看到汽缸燃燒室的燃燒狀況。點火波形是最復(fù)雜多樣的波形，能夠提供出各汽缸點火和燃燒狀況的有價值資料。筆者利用示波器通過大量試驗捕捉采樣了傳統(tǒng)分電器式、雙缸點火系統(tǒng)以及獨立點火系統(tǒng)標準的波形，初級點火故障波形的波樣進行了采集和分析，并詳細闡述了影響傳統(tǒng)點火波形的主要因素。希望能夠?qū)ζ嚲S修技術(shù)人員快速準確有效的檢測出發(fā)動機點火系統(tǒng)及燃油系統(tǒng)的故障提供一些參考和幫助。

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