点火波形检测（发动机的点火测试原理及冷试点火测试波形分析）

作者：张文斌；王镇；卢晓军来源：汽车制造业

发动机的点火试验是发动机出厂检验的重要组成部分。为了保证发动机的质量，提出了一种快速检测的冷试技术，以满足发动机装配过程中在线检测的需要。

图1发动机点火原理

发动机的点火试验是发动机出厂检验的重要组成部分。传统的发动机测试是基于发动机的热态测试，无法进行流水线的在线快速检验，会产生大量的废气和噪音，污染环境。

在这种测试方法中，伺服电机驱动发动机以稳定的速度运行。测试过程中，发动机本身并不工作，发动机仍然按照四冲程运行。在这四个过程中，因为没有喷油，所以没有燃烧，但是点火过程一直存在。试验台架上四个点火线圈附近的磁场传感器可以感应点火过程中磁场的变化，并记录感应波形，可以实现发动机点火的快速在线检测功能。与热试相比，发动机冷试技术具有明显的优势，已在通用、大众等各大汽车厂商得到广泛应用。

点火原理

目前大部分汽车制造商都采用了笔式点火线圈，其原理如图1所示。图1是带有笔式点火线圈的八缸发动机的点火原理图。点火正时信号由曲轴和凸轮轴信号轮给出。PCM通过这些信号给出确定的点火正时，点火线圈加压，依次分配到各缸火花塞，使其击穿，从而达到点燃油气混合气的目的。冷试时没有喷油，没有燃烧，但是火花塞已经坏了。在整个点火过程中，火花塞的点火线圈起着至关重要的作用。其结构如图2所示。它的结构类似于变压器，有初级绕组和次级绕组。通过接通和关断初级绕组，次级绕组感应出瞬时高压来击穿火花塞。

在点火测试中，利用了点火线圈的初级绕组和次级绕组之间的互感特性。对于直列四缸发动机，试验台架上有四个独立的磁感应线圈。它们可以感知点火过程中线圈中初级线圈的电压变化，通过观察感应波形来判断发动机点火系统的好坏，从而快速、准确、简便地判断潜在的问题。

图3发动机点火正时信号(EST)

发动机冷点火试验的整个过程非常简单。发动机的ECU根据曲轴位置传感器提供的信号产生EST(电子火花正时)信号，该信号类似于脉冲序列。如图3所示，信号上升沿和下降沿之间的时间差就是提供给点火线圈初级绕组的停留时间。充电时间在整车中通常是固定的，但在发动机冷点火试验时是可调的，est信号一般是有幅度的。在冷态试验台上，会有一个电压可调的电源专门给点火线圈的初级绕组充电，其充电时间可以由est信号控制。在整车中，由EST信号确定的充电时间和供给点火线圈初级绕组的充电电压通常是固定的，而在发动机冷态试验台上，这两个参数是可以调节的。在实际测试过程中，可以通过调整这两个参数来达到点火线圈测试的目的。

引燃冷火试验的波形分析

在实际生产过程中，为了尽早发现发动机点火系统的更多缺陷，往往采用高压点火和低压点火两种策略。它们的本质是调整EST信号的充电时间和初级线圈的供电电压。在高压点火中，往往采用相对较高的EST电压幅值和较长的充电时间，而在低压点火中，往往采用较低的电压幅值和较短的充电时间。通过这两种点火方式，可以更好地检测出发动机点火系统中的潜在问题。

图4低压点火测试波形

1.l的分析

低压点火测试是用一个低于常规充电电压的值来测试。电压值过低，火花塞无法击穿。低电压测试的方法是找到一个合适的初级线圈充电电压，使火花塞处于临界击穿状态。此时火花塞不击穿，但充电电压稍高，就会导致击穿。图4是典型的低压点火测试波形。在该测试期间，est电压信号的幅度较低，如图5中的低电压波形所示。由于火花塞没有被击穿，其波形在第一个峰值后进入衰减振荡环节，直到点火线圈中的能量耗尽。低压点火可用于检测火花塞间隙。当火花塞间隙较小时，比正常间隙更容易被击穿。低压点火积累的能量可以击穿间隙相对较小的火花塞，因此其点火波形会与正常火花塞间隙明显不同。

2.高压点火试验波形分析

当初级线圈的充电电压信号电压的幅度相对较高时，如图5的高压部分所示，击穿电压的幅度和持续时间将相应较高。当充电电压调整到较高值时，点火波形如图6所示。图6显示了典型的高压点火测试波形。在测试过程中，初级线圈的充电电压很高。由于全车5V的电压幅度可以保证火花塞击穿，所以点火电路中的火花塞只要高于5V就已经完全击穿。由于其高电压幅度，其第一个峰值从波形来看相对较高。之后，会有一个很长的持续时间，最后会产生一个小的峰值脉冲，直到线圈中的能量耗尽。

图5低压点火和高压点火初级线圈充电电压波形

在充电时间相同的情况下，电压幅值将直接决定点火线圈积累能量的多少，因此高压点火积累的能量过高，其点火感应到的波形如图6所示，而低压点火线圈积累的能量相对较低，无法突破正常火花塞，因此其点火波形如图4所示。

在实际测试过程中，会记录测试中显示的波形的初始峰值、次峰值、持续时间等明显的特征值，并与正常发动机的测试记录进行对比。如果有明显差异，可以确定这是点火系统有问题的发动机。通常，高压点火可以检测出许多问题在发动机热试验中没有发现。该测试方法可检测一个或多个故障，如点火系统中的接线连接、火花塞间隙过大、点火线圈中的潜在问题等。

图6高压点火测试波形

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发动机冷试中的点火测试可以帮助生产线尽早发现点火电路存在的问题，如火花塞间隙过宽或过窄、点火线圈中初级线圈和次级线圈的匝数、点火线圈开路等。比发动机热试灵敏度高。

目前，发动机的点火试验是冷态试验台的一部分。低压非击穿点火往往设置在高速，高压击穿点火设置在低速，两者都是在冷试过程的某一阶段。现在很多厂家在独立的冷试站之外设置单独的站进行点火测试，这样可以在不拖发动机的情况下进行点火测试，测试的准确性和可靠性进一步提高。除了文章开头提到的利用磁场传感器感应点火波形的方法，很多厂家还直接测量点火线圈初级电路的感应电压来获得点火波形。这种方法灵敏度较高，但基本原理都是一样的，目前已经广泛使用。

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