發(fā)動機冷測試中的點火測試技術(shù)分析與應(yīng)用

發(fā)動機的點火測試是發(fā)動機出廠檢測的重要環(huán)節(jié)，為達到保證發(fā)動機質(zhì)量的目的，針對發(fā)動機裝配過程中在線檢測的需要提出了一種快速檢測的冷測試技術(shù)。

圖1發(fā)動機點火原理

發(fā)動機的點火測試是發(fā)動機出廠檢測的重要環(huán)節(jié)，為達到保證發(fā)動機質(zhì)量的目的，針對發(fā)動機裝配過程中在線檢測的需要提出了一種快速檢測的冷測試技術(shù)。

發(fā)動機的點火測試是發(fā)動機出廠檢測的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的發(fā)動機測試都是基于發(fā)動機熱試試驗，因此無法進行裝配線的在線快速檢測，而且會產(chǎn)生大量廢氣和噪音，對環(huán)境造成污染。

本測試方法由于是伺服電機拖動發(fā)動機穩(wěn)速運轉(zhuǎn)，在測試過程中發(fā)動機本身不作功，發(fā)動機仍然是按照四個沖程運行，在這四個過程中，由于沒有燃油的注入因而不存在燃燒，但其點火過程是始終存在的。通過測試臺架上靠近4個點火線圈的磁場傳感器來感應(yīng)點火過程中磁場的變化并記錄感應(yīng)的波形，因而可以實現(xiàn)發(fā)動機點火快速在線檢測的功能。相對熱試而言發(fā)動機冷測試技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢，目前已廣泛應(yīng)用于通用、大眾等各大汽車制造廠家。

圖2點火線圈結(jié)構(gòu)

點火測試原理

目前大多數(shù)汽車制造廠家都已采用筆式點火線圈，其原理如圖1所示。圖1是一臺采用筆式點火線圈八缸發(fā)動機的點火原理圖，其點火正時信號是通過曲軸發(fā)信輪和凸輪軸發(fā)信輪來給定，PCM通過這些信號來給出確定的點火時序，通過點火線圈增壓依次分配到各缸的火花塞中使其擊穿，從而達到使油氣混合物點燃的目的。由于冷測試過程沒有燃油的注入，不存在燃燒，但是其火花塞已被擊穿。在整個點火過程中火花塞的點火線圈起到了至關(guān)重要的作用，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，它是一個類似于變壓器的結(jié)構(gòu)，有初級和次級兩個繞組，通過給初級繞組通斷電來實現(xiàn)次級繞組感應(yīng)出瞬間高壓從而擊穿火花塞。

在點火測試中正是利用了點火線圈初級繞組和次級繞組相互感應(yīng)這一特性進行測試。對直列四缸形式的發(fā)動機而言在測試臺架中存在4個獨立的磁感應(yīng)線圈，通過他們來感應(yīng)點火過程中線圈中初級線圈的電壓變化情況，通過觀察感應(yīng)到的波形來判斷發(fā)動機點火系統(tǒng)的好壞，可以快速精確簡單地判定出潛在的問題。

圖3發(fā)動機點火正時信號（EST）

發(fā)動機點火冷測試的整個過程非常簡單，發(fā)動機的ECU根據(jù)曲軸位置傳感器所提供的信號來產(chǎn)生EST（electronsparktiming）信號，這是一個類似于脈沖序列的信號，如圖3所示，信號的上升沿和下降沿的時間差就是其供給點火線圈初級繞組的充電時間（dwelltime），在整車中充電時間通常都是固定，但在發(fā)動機冷試點火測試時這個時間是可調(diào)節(jié)的，EST信號一般是幅值固定的電壓信號。在冷測試臺架中會有一路電壓可調(diào)節(jié)的電源專門用來給點火線圈的初級繞組充電，其充電時間可由EST信號來控制，在整車中由EST信號所確定的充電時間和供給點火線圈初級線圈的充電電壓通常都是固定的，而在發(fā)動機冷測試臺架中這兩個參數(shù)則是可調(diào)節(jié)的，在實際的測試過程中通過對這兩個參數(shù)的調(diào)整而實現(xiàn)點火線圈測試的目的。

冷試點火測試波形分析

在實際的生產(chǎn)過程中，為了及早發(fā)現(xiàn)發(fā)動機點火系統(tǒng)更多的缺陷，往往采用高壓點火和低壓點火兩種策略，其本質(zhì)就是調(diào)節(jié)EST信號的充電時間和初級線圈供電電壓，在高壓點火時往往采用相對較高的EST電壓幅值和較長的充電時間，而低壓點火時往往采用較低的電壓幅值和較短的充電時間，通過這兩種點火方式可以更好地檢測出發(fā)動機點火系統(tǒng)中潛在的問題。

圖4低壓點火測試波形

1.低壓點火測試波形分析

低壓點火測試是利用一個低于常規(guī)充電電壓值來進行的檢測，當(dāng)電壓值過低時火花塞不能擊穿，低壓測試的方法即是尋找一個合適的初級線圈充電電壓使得火花塞處于一種臨界擊穿的狀態(tài)，此時的火花塞并沒有擊穿，但當(dāng)充電電壓再略高一點時就會導(dǎo)致?lián)舸D4是一個典型的低壓點火測試波形，在這個測試過程中，EST電壓信號的幅值較低，如圖5中低壓部分波形所示，由于未擊穿火花塞其波形在第一次峰值后就進入衰減振蕩的環(huán)節(jié)，直到點火線圈中能量耗盡。低壓點火可以用來檢測火花塞間隙，當(dāng)火花塞間隙較小時，相比正常的間隙其更容易被擊穿，低壓點火所積蓄的能量就可以擊穿這個間隙相對較小的火花塞，因此其點火波形也將明顯不同于正常的火花塞間隙。

2.高壓點火測試波形分析

當(dāng)初級線圈充電電壓信號電壓的幅值相對較高時，如圖5中高壓部分所示，其擊穿電壓的幅值、持續(xù)時間都會相應(yīng)的變高。當(dāng)充電電壓調(diào)整一個較高值時其點火波形如圖6所示。圖6是一個典型的高壓點火測試波形，在這個測試過程中，初級線圈充電電壓較高，由于在整車中5V的電壓幅值已可以保證火花塞擊穿，因此在只要大于5V電壓情況下點火線路中的火花塞已被完全擊穿，由于其電壓幅值較高，從其波形上來看其第一次的峰值也相對較高，此后還有一段較長的持續(xù)時間并在結(jié)束時會產(chǎn)生一個較小的峰值脈沖直到線圈中的能量耗盡。

圖5低壓點火和高壓點火初級線圈充電電壓波形

當(dāng)充電時間都相同的情況下，電壓幅值的高低將直接決定點火線圈所積蓄能量的多少，因此高壓點火積蓄的能量過高，其點火所感應(yīng)到的波形如圖6所示，而低壓點火線圈所積蓄的能量相對較低，不能擊穿正常的火花塞，因此其點火波形如圖4所示

在實際測試過程中將會記錄測試所顯示波形的初始峰值、次級峰值、持續(xù)時間等比較明顯的特征值，并將其與正常發(fā)動機的測試記錄進行比較，如果存在明顯的差異則可以確定這是一臺點火系統(tǒng)存在問題的發(fā)動機。通常情況下高壓點火可以檢測出許多發(fā)動機熱試所不能發(fā)現(xiàn)的問題，這種測試方法可以檢測點火系統(tǒng)中線路的連接、較寬的火花塞間隙、點火線圈中潛在的問題等一種或幾種故障。

圖6高壓點火測試波形

結(jié)語

發(fā)動機冷試中的點火測試可以盡早的幫助生產(chǎn)線發(fā)現(xiàn)點火線路存在的問題，如過寬或過窄的火花塞間隙、點火線圈中初級線圈和次級線圈的匝數(shù)問題和點火線圈斷路等，比發(fā)動機熱試具有更高的靈敏度。

目前發(fā)動機的點火測試是冷試臺架的一部分，其低壓非擊穿點火經(jīng)常設(shè)置在高轉(zhuǎn)速時測試，高壓擊穿點火則設(shè)置在低轉(zhuǎn)速時測試，兩者都是冷試過程的某個階段，現(xiàn)在許多廠家將點火測試獨立冷試工位之外單獨設(shè)置一個工位，這樣在發(fā)動機不需要拖動的情況下就可以進行點火測試，其測試的精度和可靠性進一步得到提高。除了在文章開頭所提到的利用磁場傳感器感應(yīng)點火波形的方法之外，很多廠家也采用直接測量點火線圈初級線路的感應(yīng)電壓來得到點火波形，這中方法具有更高的靈敏度，但基本原理都是相通的，目前也得到廣泛的應(yīng)用。