发动机点火系点火波形测试分析

毕业论文题目

赣西科技职业学院

毕业论文（设计）

题目：发动机点火系点火波形测试分析学号：056810302327

姓名：宋移鸿

年级：2009级

系别：汽车工程系

专业：汽车检测与维修

指导教师：余立祥

完成日期：2011年10月18日

汽车检测与维修毕业论文课题：发动机点火系点火波形测试分析院系：汽车工程系

专业：汽车检测与维修

学生姓名：宋移鸿

班级：09自考汽修（4）班

指导老师：余之祥

2011年10月20 日

1.绪论...................................................................................................................................... - 2 -

2. 点火系的结构与原理............................................................................................................ - 3 -

2.1 概述 ........................................................................................................................... - 3 -

2.1.1 点火系的类型................................................................................................... - 3 -

2.1.2 对点火系统的基本要求..................................................................................... - 3 -

2.2 点火系的结构与工作原理 .......................................................................................... - 3 -

2.2.1 传统点火系统的组成结构及工作原理................................................................ - 3 -

2.2.2 电控点火系统的结构及工作原理....................................................................... - 4 -

3. 标准波形分析及故障反映区.................................................................................................. - 4 -

3.1 单缸标准次级波形..................................................................................................... - 4 -

3.2 多缸平列波................................................................................................................. - 5 -

3.3 多缸并列波................................................................................................................. - 5 -

3.4 多缸重叠波................................................................................................................. - 5 -

3.5 波形故障反映区.......................................................................................................... - 6 -

4. 实验测试分析 ...................................................................................................................... - 6 -

4.1 实验设备与器材.......................................................................................................... - 7 -

4.2 实验操作方法步骤 ...................................................................................................... - 8 -

4.3 实验波形与分析........................................................................................................ - 10 -

4.3.1 实验测得波形图 ............................................................................................. - 10 -

4.3.2 实验波形诊断分析............................................................................................ - 10 -

5.总结.................................................................................................................................... - 11 -

6.谢辞………………………………………………………………-10

1.绪论

随着微电子技术、计算机控制技术的迅猛发展，利用电子控制技术来提升汽车发动机的性能、节约能源和降低废气污染已经成为汽车电子技术的发展趋势。动力性与排放是改善整车性能的核心问题之一，而发动机点火系点火控制系统是决定排放和动力性的关键装置。如果汽油机点火系技术状况不佳，甚至出现了故障，不但严重影响发动机的动力性，燃油经济性，排气净化性，而且无法正常工作。实践证明点火系是故障频率最高的部位之一。过去，人们常用拔掉高压线试火等方法查找点火系统故障原因。随着电子产品在汽车上的普及，这些传统的诊断方法不仅显得效率低，而且还可能会损坏电子元件，现已逐渐被淘汰。如今，使用汽车专用示波器绘出点火系统初级电路和次级电路在点火周期内的电压随时间变化的关系曲线。通过分析了点火波形的形成过程以及波形形状，可以方便，快捷的得出结论，从而找出故障原因并及时排除。

2. 点火系的结构与原理

2.1 概述

点火系的基本功用是在发动机各种工况和使用条件下，在气缸内适时，准确，可靠地产生电火花，以点燃可燃混合气，使汽油发动机实现作功。

2.1.1 点火系的类型

发动机点火系统按其组成和产生高压电方式的不同，可分为传统蓄电池点火系统，半导体点火系统，微机控制点火系统和磁电机点火系统。

2.1.2 对点火系统的基本要求

点火系统应在发动机各种工况和使用条件下，保证可靠而准确的点火。为此，点火装置应满足下列三个基本要求

(1) 能产生足以击穿火花塞电极间隙的高压电。

(2) 火花塞应具有足够的能量及点火时间。

(3) 点火时刻应适应发动机的工作情况。

2.2 点火系的结构与工作原理

2.2.1 传统点火系统的组成结构及工作原理

传统点火系统主要由电源、点火开关、点火线圈、配电器、火花塞等组成。

工作原理：在传统点火系统中，由蓄电池或发电机供给12V的低压电，是借点火线圈和断电器将其转变为高电压，再通过配电器分配到各缸火花塞，使其电极之间产生电火花。发动机工作时，断电器凸轮在配气凸轮轴的驱动下也随之旋转。凸轮旋转时，交替地将触点闭合和打开。在点火开关接通的情况下，当触点闭合时，初级绕组中有电流流过，电流在线圈的铁芯中形成磁场，经过一定时间后，当凸轮将触点打开时，初级电路被切断，电流消失，它所形成的磁场也随之迅速变化，在感应出很高的电动势。击穿火花塞的电极间隙，产生火花点燃混合气。配电器轴每转一圈，各缸按点火顺序轮流点火一次。发动机工作时，上述过程周而复始的重复，若要停止发动机的工作，只要断开点火开关，切断初级电路即可。

2.2.2 电控点火系统的结构及工作原理

电控点火系分为有分电器和无分电器点火控制两种。电控点火系统一般由电源、传感器、 ECU、点火器、点火线圈、分电器和火花塞组成。工作原理：发动机工作时，ECU根据接收到的各传感器信号，按存储器中存储的有关程序和数据，确定出最佳点火提前角和通电时间，并以此向点火器发出指令。点火器根据指令，控制点火线圈初级电路的导通和截止。当电路导通时，有电流从点火线圈中的初级电路通过，点火线圈将点火能量以磁场的形式储存起来。当初级电路被切断时，次级线圈中产生很高的感应电动势（ 15～ 20KV），经分电器或直接送至工作气缸的火花塞。

3. 标准波形分析及故障反映区

3.1 单缸标准次级波形

描绘了断电器触点从打开开始，经过闭合至再次打开为止（一个完整的点火循环）的电压随时间的变化过程。反映了单缸点火的工作情况。当点火装置出现故障时，次级电压的波形就会发生变化，因此根据波形的变化可初步判断故障所在。

图3-1 单缸标准二次波形图

图中波形上各点的含义如下：

a为断电器触点打开，次级电压急剧上升；

ab为击穿电压；

bc为电容放电；

cd为电感放电，称为火花线；

de为火花消失后，剩余磁场能维持的衰减震荡；

e点为断电器触点闭合；

ef为触点闭合导致的负电压，并引起闭合震荡；

ae为触点打开的全部时间；

ea为触点闭合的全部时间。如果时间用分电器凸轮轴转角表示，则ae为断电器触点张开角；ea为断电器触点闭合角。

3.2 多缸平列波

多缸平列波，即在屏幕上从左至右按点火次序将所有各缸点火波形首尾相连的一种排列方式。主要用以分析次级电压的故障，各缸击穿电压是否均衡，火花电压是否均衡。4缸发动机的标准次级平列波形如图3-2所示：

图3-2 标准二次平列波

3.3 多缸并列波

多缸并列波，将各缸的点火波形始点对齐而由上至下按点火次序排列而形成的波形，这一波形图可以看到各缸的全貌，分析各缸闭合角和开起角以及各缸火花塞的工作状态。4缸发动机的标准次级并列波如图3-3所示：

图3-3 标准二次并列波

3.4 多缸重叠波

多缸重叠波，各缸的点火波形起始点对齐，全部重叠在一个水平位置上称为重叠波。如果触点式点火系统的分电器凸轮磨损不均匀或凸轮轴磨损严重将会造成波形重叠不

良，一般重叠角不能超过周期的5%。4缸发动机的标准次级重叠波如图3-4所示：

图3-4 标准二次重叠波形

由于点火系又有一次线路和二次线路之分，因此上述四种波形排列形式又有一次与二次波形之分。

3.5 波形故障反映区

当示波器与发动机联机后，如果实测点火波形与标准波形相比有差异，说明点火系有故障，这时根据故障反映区，我们可以快速的诊断出故障部位。传统点火系在点火波形上有4个故障反映区。如图3-5所示：

图3-5 波形图上的故障反映区

图中A区为断电器触点故障反映区，B区为电容器、点火线圈故障反映区，C区为电容器、断电器触点故障反映区，D区为配电器、火花塞故障反映区。

4. 实验测试分析

以下实验以使用ADC2000测试仪对丰田5A发动机点火系进行波形测试和故障分析诊断，丰田5A发动机属于有分电器的电控点火系统。其电控总成如图4-1所示：

图4-1 丰田5A发动机电控总成图

4.1 实验设备与器材

ADC2000测试仪一台如图4-2所示，丰田5A发动机总成一台，实验电源及接线，

常用工具一套。

图4-2 ADC2000测试仪

注：ADC2000是元征引进国外先进技术并不断开发完善的多功能汽车诊断电脑。具有汽车故障诊断功能、四通道示波器功能、万用表功能、点火波形测试功能、发动机动力测试功能和废气分析仪接口功能，使其成为一种便携式发动机性能检测仪。

4.2 实验操作方法步骤

（1）根据ADC2000使用说明书要求，对仪器检查校正，待符合要求后再投入使用。（2）起动丰田5A发动机至正常工作温度，并怠速运转。

（3）将ADC2000测试仪与丰田5A发动机联机，具体连接方法见使用说明书，连接

完成后如图4-3所示：

图4-3 ADC2000测试仪与丰田5A发动机联机完成（4）联机结束后ADC2000测试仪的操作：

①在检测仪菜单上选择点火波形，然后在点火波形的下级菜单中选择次级点火信号，于是检测仪屏幕显示点火系次级检测界面。

②点击界面下端的波形切换按钮，可分别测到二次多缸平列波，二次多缸并列波和二次多缸重叠波。

③在点火系统的下级菜单中选择初级点火信号，于是检测仪屏幕显示点火系初级检测界面。

④点击界面下端的其他按钮，可实现数据存储，图形存储，故障诊断，和返回主菜单等功能。

4.3 实验波形与分析

通过波形，可直观，快速地分析，判断点火系的技术状况。观测波形时，凡是有转速要求的，应使发动机在规定的转速下运转。被测发动机点火波形显示后，首先应与标准波形对照，如果实测点火波形完全同于标准波形，说明点火技术状况良好。如果实测波形有异常，说明点火系有故障，应按照点火波形的4个故障反映区，观察异常波形处在哪个反映区内，即可诊断出故障。

4.3.1 实验测得波形图

实验测得点火系二次平列波形如图4-4所示：

图4-4 实验测得点火系二次平列波形

4.3.2 实验波形诊断分析

与标准次级并列波形图与次级波形故障反映区对照分析，并诊断出该发动机点火系的技术状况好坏。分析及诊断结果如下：

（1）1缸点击穿压过低，不足5kv，则可能是该缸火花塞间隙太小，火花塞电极油

污，次级线圈漏电或火花塞绝缘性能差等原因造成；波形的震荡衰减波减少，振幅变小几乎没有，则可能是火花塞的性能不良造成的；曲线的充磁期即触点闭合角太小，一般由触点间隙过大造成。

（2）2缸工作波形正常。点火技术状况良好。

（3）3缸燃烧区波形向下倾斜，这种波形比较常见，大部分情况是由火花塞脏污或积炭引起的。由于次级电路的电阻太大，大的电阻消耗了能量，使火花塞的有效放电能量减小。此时要注意检查火花塞的热值、混合气浓度、气门油封等情况。

（4）4缸燃烧区波形杂乱且波动较大，这是由于火花塞断火后又再跳火造成的，任何一种点火系统都有一定断火率，当断火率超过一定程度，就表现为故障。这种故障是由火花塞积炭、分电器损坏、气门弹簧损坏、气缸压力低、混合气稀等原因引起；波形的震荡波减少，振幅变小几乎没有，则可能是火花塞的性能不良造成的；曲线的充磁期即触点闭合角太小，一般由触点间隙过大造成。

5.总结

通过实验，用ADC2000测试仪采集到丰田5A发动机点火信号后，以次级并列波的排列形式，分别显示出各缸点火波形。将实验测得波形与对应的标准波形对照，1缸，3缸，4缸的点火状况都不是很好，相应的出现了一系列的问题，本文实验中已经诊断出大概故障所在。如果不及时对以上问题加以调整或修理的话，任其发展，势必会给发动机的工作性能造成严重的影响，甚至最后使发动机无法工作。以上波形是以并列波的形式对点火系的点火波形进行的分析的。当然也可以通过平列波，重叠波，单缸波的形式对其分析。其大概操作原理与方法都差不多。只是观测的角度不同而已，最后诊断出的结果都是一样的。利用ADC2000测试仪观测点火波形，是实现快速检测诊断的重要方法之一，特别是观测二次波形，是一项十分有效的综合检测，因为，如果被测发动机的二次波形没有问题，说明点火系，供油系和气缸密闭性均无问题，反之，说明点火系点火技术状况出现了相应的问题。

参考文献

6.谢辞

本次毕业论文设计已经接近尾声，作为一个大专生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。

在这里首先要感谢我的所有老师。老师平日里工作繁忙，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查等整个过程中都给予了我悉心的指导。除了敬佩老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。

其次要感谢和我一起作毕业设计的其他同学，他们在设计中勤奋工作，克服了许多困难来完成此次毕业设计，并承担了大部分的工作量。如果没有他们的努力工作，此次设计的完成将变得非常困难。

然后还要感谢大学三年来所有的老师，为我打下扎实的专业知识基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了他们的支持和鼓励，此次毕业设计才会顺利完成。