點(diǎn)火正時(shí)儀測(cè)試方法研究探討

林飛振，鐘文斌

（廣州市計(jì)量檢測(cè)技術(shù)研究院，廣東 廣州 510030）

1 引 言

汽車工業(yè)作為我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，是推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分。從世界先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)可知，汽車工業(yè)的發(fā)展必然會(huì)帶動(dòng)和促進(jìn)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(huì)迫使道路建設(shè)加速，進(jìn)而促使水泥、建筑及相應(yīng)行業(yè)的迅速發(fā)展。我國(guó)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(cè)手段、方法提出了新的要求。點(diǎn)火正時(shí)儀是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)的重要檢測(cè)設(shè)備。其檢測(cè)量值的準(zhǔn)確和統(tǒng)一、量值傳遞體系及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定可靠就尤為重要。為此，對(duì)點(diǎn)火正時(shí)儀的測(cè)試方法進(jìn)行研究，目的是在保證量值傳遞準(zhǔn)確的前提下，使測(cè)試方法和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)裝置更可靠、更穩(wěn)定和使用方便。

2 點(diǎn)火正時(shí)儀的使用要求和原理

2.1 點(diǎn)火正時(shí)儀的必要性

點(diǎn)火系統(tǒng)是按發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的工作順序進(jìn)行點(diǎn)火，最佳的點(diǎn)火時(shí)刻使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得最大功率和最小的燃料消耗，在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)，從開始點(diǎn)火到完全燃燒需要一定的時(shí)間（約千分之幾秒），為了使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出最大的功率，點(diǎn)火時(shí)刻不應(yīng)在壓縮行程終了，而應(yīng)適當(dāng)提前。

點(diǎn)火時(shí)刻是用點(diǎn)火提前角來表示的。點(diǎn)火提前角是指從火花塞電極間跳火開始，到活塞運(yùn)行至上止點(diǎn)時(shí)的一段時(shí)間內(nèi)曲軸所轉(zhuǎn)過的角度。如果點(diǎn)火過遲，在活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)才點(diǎn)火，則活塞下行時(shí)混合氣才燃燒，即燃燒是在容積增大時(shí)情況下進(jìn)行，從而使氣缸中壓力降低，發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，同時(shí)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(dòng)機(jī)過熱，油耗增大。如果點(diǎn)火過早，則燃燒完全在壓縮過程中進(jìn)行，氣缸內(nèi)壓力急劇上升，在活塞到達(dá)上止點(diǎn)前即達(dá)到最大壓力，給正在上升的活塞一個(gè)很大的阻力，不僅使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，油耗增加，還會(huì)引起爆燃。點(diǎn)火正時(shí)儀主要用于點(diǎn)火提前角的測(cè)量。它的量值的準(zhǔn)確性，是發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)刻和運(yùn)行的重要保證。不同發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳點(diǎn)火角各不相同，表1是一些車型的點(diǎn)火提前角的具體參數(shù)。

表1 各車型點(diǎn)火提前角參數(shù)表

2.2 點(diǎn)火正時(shí)儀測(cè)量原理

點(diǎn)火正時(shí)儀由傳感器、信號(hào)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(hào)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(diǎn)火信號(hào)從高壓缸位線通過磁感應(yīng)線圈傳感器獲得，傳感器信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行增益或衰減、濾波、整形等處理后，再送入閃光裝置進(jìn)行檢測(cè)，然后閃光裝置將閃光作為指示，使測(cè)試者能夠觀察到發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火正時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)標(biāo)記相對(duì)于固定標(biāo)記的位置。點(diǎn)火正時(shí)儀對(duì)點(diǎn)火提前角檢測(cè)原理如圖1所示。

圖1 點(diǎn)火正時(shí)儀測(cè)量原理圖

點(diǎn)火正時(shí)儀的技術(shù)要求:發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速示值誤差不超過±1.0%，點(diǎn)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(diǎn)火正時(shí)儀技術(shù)參數(shù)表

3 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置測(cè)量原理和結(jié)果分析

3.1 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置的工作原理

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置模擬機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)，通過標(biāo)準(zhǔn)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，經(jīng)過比較分析顯示為標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，同時(shí)輸出電脈沖信號(hào)。設(shè)置光電接受器窗口，接收光脈沖信號(hào)，經(jīng)過反饋比較分析，并在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(diǎn)火高壓輸出、顯示點(diǎn)火提前角，可為點(diǎn)火正時(shí)儀的檢測(cè)提供信號(hào)源，模擬閃光法對(duì)點(diǎn)火正時(shí)儀進(jìn)行測(cè)試，它的轉(zhuǎn)速指標(biāo)能滿足實(shí)際機(jī)動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置工作原理如圖2所示。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)裝置圖

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

表3 轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)提前角參數(shù)表

同樣，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置上設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)火正時(shí)儀的面板上切換至檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的工作的狀態(tài)，啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置的點(diǎn)火開關(guān)，即可在點(diǎn)火正時(shí)儀上顯示出測(cè)試的轉(zhuǎn)速值，并與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)比對(duì)，得出示值誤差和示值重復(fù)性。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置的主要技術(shù)指標(biāo)如表4所示。

表4 標(biāo)準(zhǔn)裝置技術(shù)指標(biāo)表

3.2 測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果分析

為驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置的穩(wěn)定性和很好的重復(fù)性，特地使用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置對(duì)兩個(gè)不同的點(diǎn)火正時(shí)儀進(jìn)行測(cè)試（兩個(gè)點(diǎn)火正時(shí)儀都沒經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)試和標(biāo)定過）。首先使用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置對(duì)一個(gè)點(diǎn)火正時(shí)儀A進(jìn)行測(cè)試，分別在低、中、高的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行點(diǎn)火提前角的測(cè)試，其具體測(cè)試數(shù)據(jù)如表5。

使用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置對(duì)一個(gè)點(diǎn)火正時(shí)儀B進(jìn)行測(cè)試，分別在低、中、高的轉(zhuǎn)速下進(jìn)行點(diǎn)火提前角的測(cè)試，其具體測(cè)試數(shù)據(jù)如表6。

使用點(diǎn)火正時(shí)儀A和B分別對(duì)一部出廠檢驗(yàn)合格車型的點(diǎn)火提前角進(jìn)行的測(cè)試結(jié)果如表7。

從測(cè)試結(jié)果可以知道，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置能正確地對(duì)點(diǎn)火正時(shí)儀點(diǎn)火提前角進(jìn)行測(cè)試，并能保證測(cè)試結(jié)果的一致性和穩(wěn)定性。同樣地使用經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置測(cè)試并符合要求的點(diǎn)火正時(shí)儀A和已標(biāo)定過的轉(zhuǎn)速表C對(duì)同一臺(tái)在測(cè)功機(jī)臺(tái)架上進(jìn)行性能試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果的一致性也能滿足要求，如表8。

表5 點(diǎn)火正時(shí)儀A測(cè)試數(shù)據(jù)表

表6 點(diǎn)火正時(shí)儀B測(cè)試數(shù)據(jù)表

表7 對(duì)某車型測(cè)試數(shù)據(jù)表

3.3 測(cè)試結(jié)果的不確定度分析

標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置對(duì)點(diǎn)火正時(shí)儀進(jìn)行提前角測(cè)試的不確定度輸入量的來源主要是：點(diǎn)火正時(shí)儀示值的誤差產(chǎn)生的不確定度u1，點(diǎn)火正時(shí)儀示值測(cè)量重復(fù)性產(chǎn)生的不確定度u2和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置產(chǎn)生的不確定度u3，輸出量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量見表9。

表9 不確定度分量表

由于各標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)火正時(shí)儀提前角測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度應(yīng)當(dāng)為：

4 結(jié)束語

點(diǎn)火正時(shí)儀經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置測(cè)試及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)驗(yàn)證，該測(cè)試方法完全能滿足對(duì)點(diǎn)火正時(shí)儀測(cè)試的要求，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置同時(shí)解決了使用高一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)點(diǎn)火正時(shí)儀測(cè)試溯源的問題。點(diǎn)火正時(shí)儀標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(duì)開展測(cè)試點(diǎn)火正時(shí)儀具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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