点火波形分析

3．点火波形分析

无论是传统点火系统还是电子点火系统或计算机控制的点火系统，都是由点火线圈通过互感作用把低压电转变为高压电，通过火花塞跳火点燃混合气做功的。点火系统低压、高压的变化过程是有规律的，它可通过其点火波形予以反映。点火系统正常工作时的点火线圈初、次级的电压波形，称为标准点火波形，它是点火系统的诊断标准。

(1)传统点火波形图3-17所示是传统点火系统单缸初、次级电压标准波形。图中张开时间是初级线圈断电时间，它对应于次级线圈的点火、放电及振荡阶段；闭合时间是初级线圈通电时间，它对应于点火线圈的储能阶段，这两个阶段组成了一个完整的点火循环。图中波形反映了从断电器触点张开、闭合、再张开的整个点火过程中，初、次级电压随时间变化的规律。

1) 初级电压波形。图3-17a 是单缸初级电压标准波形。当断电器触点张开时，初级电压迅速提高（约为100~300V），从而导致次级电压急剧上升击穿火花塞间隙。当火花塞两极火花放电时，由于初、次级间的变压器效应，初级电压下降且出现高频振荡。火花放电完毕后，由于点火线圈和电容器中残余能量的释放，又出现低频振荡波，其波幅迅速衰减直至初级电压趋向于蓄电池电压。当断电器触点闭合后，初级电压几乎为零，成一直线一直延续

到触点的下一次张开。当下一缸点火时，点火循环又将复现。示波器上张开时间、闭合时问，通常用毫秒(ms)表示，也可用分电器凸轮轴转角表示，此时其张开时间、闭合时间则分别用张开角和闭合角表示。

2) 次级电压波形。因点火线圈初、次级间的变压器效应，其次级电压波形与初级电压波形具有一定的对应关系，图3-17b 是单缸次级电压标准波形。有关次级电压波形点线的含义说明如下。

①A 点：断电器触点张开，点火线圈初级绕组突然断电，导致次级电压急剧上升。 ②AB 线：称为点火线，其幅值为火花塞击穿电压即点火电压。击穿电压约为8~20kV，不同的车型或点火系统，其击穿电压可能不一样。

③BC 线：在火花塞间隙被击穿时，两电极之间出现火花放电，同时次级电压骤然下降，BC 为电压下降的幅值。

④CD 线：称为火花线或燃烧线，它是火花塞电极间混合气被击穿之后，形成的火花放电过程，是一段波幅很小的高频振荡波。CD 的高度是火花放电的电压，称为火花电压，约为2kV ；CD 的宽度是火花放电的持续时间，约为0.6~1.5ms。不同的缸数、不同的转速持续时间不同。

⑤DE 线：低频振荡波。当次级电路的能量不足以维持火花放电时，火花消失，电压急降，点火线圈和电容器中的残余能量在线路中维持低频振荡，形成次级电压衰减的震荡波，并最

后以EF 直线波形至触点闭合。

⑥F 点：断电器触点闭合，点火线圈初级电路有电流通过，初级电流开始增加，引起次级电压突然增大。但由于在F 点初级电流的变化趋势与A 点正好相反，故在F 点产生一个负电压。

⑦FA 线：触点闭合过程的次级电压波形。当断电器触点刚闭合时，因初级电流接通而引起次级电压出现衰减振荡。振荡消失后，次级电压变到零，直至下一点火循环开始。

(2)电子点火波形图3-18所示是电子点火系统单缸初、次级电压标准波形，它与传统点火系统波形相似。其点火线、火花线、闭合角等意义与传统点火系统的相同。但由于电子点火系统启用大功率晶体管取代传统点火系统的断电器和电容器，因而其波形也有不同之处，主要如下。

1) 闭合角可变且小、电子点火系统中闭合角取决于大功率晶体管的导通时间。其初、次级电压波形中的闭合角一般随发动机转速而变，低速时闭合角减小，高速时闭合角增大。由于电子点火系统的次级点火电压高，需要点火线圈的初级电流大，为防止通电时间过长而导致线圈产生高温烧坏，通常控制其闭合角不要过大。其闭合角一般比传统点火系统的小。

2）火花线变宽且高。电子点火系统因点火电压高，跳火能量强，因此在火花塞间隙之间维持的火花放电电压高、持续时间长。其火花线变宽，一般比传统点火多1/4的火花持续时间，图3-18之火花线约为2ms ；其火花电压约为3kV 。

3）衰减振荡波数略有减少。传统点火系统，因有电容器，其低频振荡波数一般应在5个以上。而电子点火系统，由于没有使用电容器，因此其低频振荡波数少些，约3个也为正常。

4) 电压波闭合段有凸起。有的电子点火系统，为了避免点火线圈温度过高而损坏，设有一次或多次限流控制。其闭合时的限流作用导致电压波形有起伏、有波峰，类似波纹、锯齿状或凸起（图3-18），属于正常现象。

(3)双缸同时点火波形 在无分电器的点火系统中，不少汽车发动机采用两缸同时点火方式。即两缸共用一个点火线圈。根据发动机工作原理可知，双缸同时点火时，一个缸是有效点火，而另一个缸必然是无效点火。对于四缸发动机，在压缩行程末期点火的气缸是有效点火，由于该工况下气缸的充量为新鲜可燃混合气，电离程度低，因而其击穿电压和火花电压都较高（图3-19）而对应另一缸必然是排气行程末期点火，是无效点火，由于该工况下气缸内为燃烧废气．电离程度高。因而其击穿电压及火花电压都较低(图3-19) 。通常，火花塞无效点火的峰值电压约比有效点火的峰值电压低5kV 以上，检测时容易区分。

4．点火波形类别

为了便于比较、分析各缸点火波形，判别点火系统故障．通常按一定的规则分类排列各缸点火波形。利用示波器可显示各类点火波形。

(l)多缸平列波 将各缸电压波形按点火顺序从左至右依次排列的波形．称为多缸平列波，如图3-20所示。利用多缸平列波很容易观察比较各缸点火电压的高低以及点火状况是否正常。

(2)多缸并列波 将各缸电压波形之首对齐，并按点火顺序从下至上依次排列的波形，称为多缸并列波，如图3-21所示。利用多缸并列波很容易观察各缸火花线长度。各缸闭合角或导通时间是否一致，从而判断点火系统工作状况是否正常。

(3)多缸重叠波 将各缸电压波形之首对齐并重叠放在一起的波形，称为多缸重叠波。如图3-22所示。利用多缸重叠波可以评价各缸工作的一致性，各缸工作一致的重叠波就像一个单缸波形，只要其中一个缸工作不佳，其波形就会偏离重叠波，届时通过逐缸断火可立即找出这一工作不佳的气缸。

(4)单缸选缸波形在故障判断过程中，有时为了仔细观察某一个缸的故障波形，可将其单独选出观测。这种视需要单独选出的任何一个缸的单缸点火波形，称为单缸选缸波形。将选出的波形适当提高其垂直幅度以及水平幅度，并与单缸标准波形对照，很容易发现故障。

5. 点火波形诊断

把实测的点火波形与标准点火波形进行分析比较，可以确定点火系统的技术状况及诊断故障。实际诊断时往往看：所有波形是否正常；波形不正常时，是否各缸都相同；不正常波形出现在哪一部分。然后分析不正常波形的原因，必要时可通过测试加速、怠速、拆高压线时的波形查找故障部件。

(1)多缸发动机点火波形的故障诊断 以点火系统实测的次级平列波为例分析及诊断点火系统故障。这些四缸发动机的点火次序为1-2-4-3，其点火系统正常工作时的次级平列波如图3-23a 所示，其点火电压符合原厂规定，约为lOkV ，且各缸点火电压值相差小于2kV ，基本一致。

1) 图3-23b 中，各缸点火电压均高于标准值，说明其高压回路有高阻，多为点火线圈的高压线插孔有积炭，各缸火花塞间隙偏大，高压线内有高阻（断线、接插不牢固）等原因所致。

2) 图3-23c 中，2缸点火电压偏高，说明该缸高压电路存在故障，可能是该缸火花塞间隙偏大，该缸高压线插接间隙过大、高压先接触不良等原因所致。

3) 图3-23d 中，各缸点火电压过低，说明点火系统存在故障，可能是点火线圈故障．或低压电路故障，也可能是火花塞脏污，火花塞电极间隙太小等原因所致。另外，气缸压缩压力过低时也会导致点火电压过低。．

4) 图3-23e 中，3缸点火电压过低，说明该缸高压电路存在短路故障，可能是该缸火花塞间隙太小，火花塞脏污、积碳，以及该缸高压线绝缘损坏或火花塞磁芯破裂有漏电现象等原因所致。

5) 图3-23f 中，4缸点火电压过高，为4缸高压线掉落而开路所致。有时为诊断点火系统性能，特意从火花塞拔掉某缸高压线线进行开路单缸高压测量。此时，该缸点火电压应达到20-30kV 。否则，说明高压线绝缘不良或点火线圈性能不佳。

(2)闭合角检测t 与故障诊断 利用初级并列波（图3-21）可方便的观测个缸的闭合角。对于电子点火系统来说，闭合角的大小反映了晶体管导通所占的时间或凸轮轴转角。电子点火控制系统正常时．其闭合角的大小是可以控制和调节的，发动机转速高时，闭合角应增大，转速低时，闭合角应减小．且个缸的闭合角应相同。若发动机转速变化时而闭合角不变。各

缸闭合角差异较大-则说明点火器或计算机点火控制系统有故障。

(3)重叠角检测与故障诊断 利用多缸重叠波（图3-22）可方便的观测个缸波形间的重叠角。重叠角是指各缸点火波形首端对齐，最长波形与最短波形长度之差所占的分电器轴转角。重叠角不应大于点火间隔的5%，即4缸发动机不大于4.5°（分电器轴转角）；6缸发动机不大于3°；8缸发动机不大于2.25°。

重叠角的大小反映了多缸发动机各缸点火间隔的一致程度，重叠角愈大，则点火间隔愈不均匀。这不仅会影响发动机的动力性、经济性，还影响发动机运转的稳定性。若重叠角太大，有分电器时说明分电器轴磨损松旷、弯曲变形或点火器性能不良，应更换分电器总成或点火器；无分电器时，可能是电子点火控制系统或计算机控制系统有故障。

（4）典型的点火系统故障波形诊断 图3-24给出了常见的一些次级电压故障波形（如箭头所指处），下面对这些故障波形进行分析与诊断。

图3-24 几种次级电压故障波形

1) 图3-24a 中，火花线陡而短，火花较快熄灭。故障原因可能是次级电路阻抗过大，如高压线路接触不良，或火花塞间隙过大所致。另外，混合气稀时会导致火花持续时间变短。

2) 图3-24b 中，火花线低而长，火花电压过低。故障原因可能是火花塞间隙过小。花塞积炭严重或漏电；另外，气缸压力过低或混合气过浓会导致火花电压过低，火花持续时间变长。

3) 图3-24c 中，击穿电压过高。且火花线较为陡峭。故障原因可能是火花塞间隙太大，或次级电路开路。火花塞间隙越大．所需击穿电压越高，而且往往没有良好的放电过程，因

而火花线陡峭。

4) 图3-24d 中，火花线出现干扰杂波。故障原因可能是分电器盖或分火头松动，这样在发动机高速运转时，因分电器的振动会使火花塞上的电压不稳定而出现抖动。

5) 图3-24e 中．在晶体管开始导通即闭合时存在杂波。故障原因可能是电子点火放大器不良，或点火器搭铁不良。

6) 图3-24f 中，在晶体管导通闭合段存在杂波。故障原因可能是电子点火放大器不良，或计算机点火控制系统不良。

7) 图3- 24g 中，改变发动机转速时，晶体管的导通闭合角不变故障原因可能是电子点火放大器不良，或计算机点火控制系统不良。

8) 图3-24h 中，低频振荡次数过少。故障原因可能是点火电路阻抗过大，点火线圈不良，或电子点火器不良。