示波器點火波形在汽車故障診斷中的開發與應用

龐成立

（大連職業技術學院，大連 116035）

0 引言

環保、節能以及安全是未來汽車發展的方向和課題，現代汽車發動機采用了高壓縮比和稀薄混合氣燃燒技術，對點火系統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動機良好工作的重要條件之一。那么如何確定發動機點火系統的好壞以及如何診斷和排除發動機點火系統的故障呢？檢測點火系統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人員能從細微處分析車輛的運行狀況，確定點火系統本身，排查發動機機械部分和燃油系統是否有故障，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（傳統點火）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。如果點火系統沒有故障，對于四缸發動機觸點閉合角為全周期的46%-51%；對于六缸發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。如果波形或數值不正常時，則說明系統需要進行調整或已經有故障存在。

圖 1 常規初級、次級點火標準波形

針對專業術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非常干凈才好，過多的雜波不應出現在燃燒線上，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。其缸內的異常稀或者異常濃的混合比例能夠通過燃燒線的持續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優良。

1.2 獨立點火系統波形

無觸點電子點火系統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是有明顯的差別之處的，在無觸點點火系統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，通常在持續期內的晶體管導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生了相應的波動和變化，而這波動和變化又是由于點火線圈的感應而引起的，如圖2中點2所示，這不是故障，是正常現象。

圖2 無觸點電子點火系統的波形圖

圖3 雙缸點火的兩次點火

1.3 雙缸點火系統波形

雙缸點火將會導致一個工作循環中各氣缸點兩次火，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，檢測時需要加以區分。

2 故障波形及影響因素

2.1 點火故障波形分析

根據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電氣元件和機械裝置的狀態，為斷電電路的維修和調整提供可靠的依據，以避免盲目拆卸。

圖4所示波形在觸點開啟點出現大量雜波，顯然是觸點嚴重燒蝕而造成的，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，造成這種現象的原因是觸點因彈簧力不足引起不規則跳動。

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，無分電器點火系統沒有元件可以調整，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 影響傳統點火波形的主要因素

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

1）火花塞電極間隙

根據柏申的經驗公式，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。

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。

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

2）氣缸內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系的，其恰恰和壓力沒有直接的關聯，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，增強碰撞電離效應完成點火。因此，混合氣的密度和擊穿電壓之間是正比例關系。

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，在這個時候發生碰撞電離的幾率大大增加。

4）發動機的工作狀況

工作的狀況不同的時候，發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，導致了汽缸之內的混合氣不容易發生霧化。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導致許多冷空氣吸入汽缸之內，使火花塞中心電極溫度降低，因此擊穿電壓也會較高。

5）發動機的氣缸數

次級電壓的最大值將隨發動機的汽缸數的增加而降低。這是因為凸輪的凸起數與汽缸數相同，發動機的汽缸越多，凸輪每轉一周觸點閉合與打開的次數就越多，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，在使用中應該按制造廠的規定進行調整一般為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，導致次級電壓降低。點火線圈過熱的原因有：夏季天氣炎熱，發動機過熱或因發動機調節器調整不當使發動機電壓過高，初級電流增大所致。

8）火花塞積炭對次級電壓的影響

發動機運轉過程中，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線中串聯一個附加間隙后，泄漏電流不再產生，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，產生火花點燃混合氣。可見附加火花間隙在火花塞積炭時，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而使其損壞，而且還會有起火安全隱患。

3 結束語

點火波形就像人的一雙眼睛，通過這雙眼睛維修技術人員可以看到汽缸燃燒室的燃燒狀況。點火波形是最復雜多樣的波形，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分電器式、雙缸點火系統以及獨立點火系統標準的波形，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點火波形的主要因素。希望能夠對汽車維修技術人員快速準確有效的檢測出發動機點火系統及燃油系統的故障提供一些參考和幫助。

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