作者：張文斌;王震;陸曉俊 來源：汽車制造業(yè)

發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火測(cè)試是發(fā)動(dòng)機(jī)出廠檢測(cè)的重要環(huán)節(jié)，為達(dá)到保證發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量的目的，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中在線檢測(cè)的需要提出了一種快速檢測(cè)的冷測(cè)試技術(shù)。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火原理

發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火測(cè)試是發(fā)動(dòng)機(jī)出廠檢測(cè)的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試都是基于發(fā)動(dòng)機(jī)熱試試驗(yàn)，因此無法進(jìn)行裝配線的在線快速檢測(cè)，而且會(huì)產(chǎn)生大量廢氣和噪音，對(duì)環(huán)境造成污染。

本測(cè)試方法由于是伺服電機(jī)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，在測(cè)試過程中發(fā)動(dòng)機(jī)本身不作功，發(fā)動(dòng)機(jī)仍然是按照四個(gè)沖程運(yùn)行，在這四個(gè)過程中，由于沒有燃油的注入因而不存在燃燒，但其點(diǎn)火過程是始終存在的。通過測(cè)試臺(tái)架上靠近4個(gè)點(diǎn)火線圈的磁場(chǎng)傳感器來感應(yīng)點(diǎn)火過程中磁場(chǎng)的變化并記錄感應(yīng)的波形，因而可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火快速在線檢測(cè)的功能。相對(duì)熱試而言發(fā)動(dòng)機(jī)冷測(cè)試技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，目前已廣泛應(yīng)用于通用、大眾等各大汽車制造廠家。

點(diǎn)火測(cè)試原理

目前大多數(shù)汽車制造廠家都已采用筆式點(diǎn)火線圈，其原理如圖1所示。圖1是一臺(tái)采用筆式點(diǎn)火線圈八缸發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火原理圖，其點(diǎn)火正時(shí)信號(hào)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(hào)來給出確定的點(diǎn)火時(shí)序，通過點(diǎn)火線圈增壓依次分配到各缸的火花塞中使其擊穿，從而達(dá)到使油氣混合物點(diǎn)燃的目的。由于冷測(cè)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(gè)點(diǎn)火過程中火花塞的點(diǎn)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(gè)類似于變壓器的結(jié)構(gòu)，有初級(jí)和次級(jí)兩個(gè)繞組，通過給初級(jí)繞組通斷電來實(shí)現(xiàn)次級(jí)繞組感應(yīng)出瞬間高壓從而擊穿火花塞。

在點(diǎn)火測(cè)試中正是利用了點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組和次級(jí)繞組相互感應(yīng)這一特性進(jìn)行測(cè)試。對(duì)直列四缸形式的發(fā)動(dòng)機(jī)而言在測(cè)試臺(tái)架中存在4個(gè)獨(dú)立的磁感應(yīng)線圈，通過他們來感應(yīng)點(diǎn)火過程中線圈中初級(jí)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(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的好壞，可以快速精確簡(jiǎn)單地判定出潛在的問題。

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火正時(shí)信號(hào)（EST）

發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火冷測(cè)試的整個(gè)過程非常簡(jiǎn)單，發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU根據(jù)曲軸位置傳感器所提供的信號(hào)來產(chǎn)生EST（electron spark timing）信號(hào)，這是一個(gè)類似于脈沖序列的信號(hào)，如圖3所示，信號(hào)的上升沿和下降沿的時(shí)間差就是其供給點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組的充電時(shí)間（dwell time），在整車中充電時(shí)間通常都是固定，但在發(fā)動(dòng)機(jī)冷試點(diǎn)火測(cè)試時(shí)這個(gè)時(shí)間是可調(diào)節(jié)的，EST信號(hào)一般是幅值固定的電壓信號(hào)。在冷測(cè)試臺(tái)架中會(huì)有一路電壓可調(diào)節(jié)的電源專門用來給點(diǎn)火線圈的初級(jí)繞組充電，其充電時(shí)間可由EST信號(hào)來控制，在整車中由EST信號(hào)所確定的充電時(shí)間和供給點(diǎn)火線圈初級(jí)線圈的充電電壓通常都是固定的，而在發(fā)動(dòng)機(jī)冷測(cè)試臺(tái)架中這兩個(gè)參數(shù)則是可調(diào)節(jié)的，在實(shí)際的測(cè)試過程中通過對(duì)這兩個(gè)參數(shù)的調(diào)整而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火線圈測(cè)試的目的。

冷試點(diǎn)火測(cè)試波形分析

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

圖4 低壓點(diǎn)火測(cè)試波形

1.低壓點(diǎn)火測(cè)試波形分析

低壓點(diǎn)火測(cè)試是利用一個(gè)低于常規(guī)充電電壓值來進(jìn)行的檢測(cè)，當(dāng)電壓值過低時(shí)火花塞不能擊穿，低壓測(cè)試的方法即是尋找一個(gè)合適的初級(jí)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(shí)的火花塞并沒有擊穿，但當(dāng)充電電壓再略高一點(diǎn)時(shí)就會(huì)導(dǎo)致?lián)舸?。圖4是一個(gè)典型的低壓點(diǎn)火測(cè)試波形，在這個(gè)測(cè)試過程中，EST電壓信號(hào)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(jìn)入衰減振蕩的環(huán)節(jié)，直到點(diǎn)火線圈中能量耗盡。低壓點(diǎn)火可以用來檢測(cè)火花塞間隙，當(dāng)火花塞間隙較小時(shí)，相比正常的間隙其更容易被擊穿，低壓點(diǎn)火所積蓄的能量就可以擊穿這個(gè)間隙相對(duì)較小的火花塞，因此其點(diǎn)火波形也將明顯不同于正常的火花塞間隙。

2.高壓點(diǎn)火測(cè)試波形分析

當(dāng)初級(jí)線圈充電電壓信號(hào)電壓的幅值相對(duì)較高時(shí)，如圖5中高壓部分所示，其擊穿電壓的幅值、持續(xù)時(shí)間都會(huì)相應(yīng)的變高。當(dāng)充電電壓調(diào)整一個(gè)較高值時(shí)其點(diǎn)火波形如圖6所示。圖6是一個(gè)典型的高壓點(diǎn)火測(cè)試波形，在這個(gè)測(cè)試過程中，初級(jí)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(diǎn)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(duì)較高，此后還有一段較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間并在結(jié)束時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較小的峰值脈沖直到線圈中的能量耗盡。

圖5 低壓點(diǎn)火和高壓點(diǎn)火初級(jí)線圈充電電壓波形

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

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

圖6 高壓點(diǎn)火測(cè)試波形

結(jié)語

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

目前發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火測(cè)試是冷試臺(tái)架的一部分，其低壓非擊穿點(diǎn)火經(jīng)常設(shè)置在高轉(zhuǎn)速時(shí)測(cè)試，高壓擊穿點(diǎn)火則設(shè)置在低轉(zhuǎn)速時(shí)測(cè)試，兩者都是冷試過程的某個(gè)階段，現(xiàn)在許多廠家將點(diǎn)火測(cè)試獨(dú)立冷試工位之外單獨(dú)設(shè)置一個(gè)工位，這樣在發(fā)動(dòng)機(jī)不需要拖動(dòng)的情況下就可以進(jìn)行點(diǎn)火測(cè)試，其測(cè)試的精度和可靠性進(jìn)一步得到提高。除了在文章開頭所提到的利用磁場(chǎng)傳感器感應(yīng)點(diǎn)火波形的方法之外，很多廠家也采用直接測(cè)量點(diǎn)火線圈初級(jí)線路的感應(yīng)電壓來得到點(diǎn)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。

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