发动机点火系统的故障特征及其与次级点火电压波形的相关性分析

苗德海

（宁夏交通学校，宁夏 银川 750200）

【摘　要】汽车发动机点火系统技术状态对汽车的可靠性、动力性、经济性和废气排放均有非常重大的影响。点火系统是汽车发动机故障频发部位,并且其故障现象和燃料供给系统某些故障症状相似,是汽车发动机维修的重点和难点。因此,有必要建立一种快速、准确、简便的诊断方法判断发动机点火系技术状况。

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关键词 汽车发动机；点火系统；故障特征；电压波形；相关性分析；次级点火；汽车维修

作者简介：苗德海（1971—），男，汉族，宁夏银川人，2011年毕业于北京交通大学交通运输专业，助理讲师，现主要从事汽车运用与维修的教学方面的工作。

0　引言

随着汽车电子信息技术的迅猛发展,汽车上采用的电子装置越来越多,汽车故障诊断维修将面临着新的挑战。如何准确有效地诊断出汽车发动机电子控制系统的故障,是当今众多汽车维修人员必须克服的一个难题。

1　发动机点火系统原理及构成

汽车点火系统按其组成和产生高压电的方式不同可分为传统点火系统、电子点火系统(IC控制）和微机控制点火系统(ECU控制）3种类型。

1.1　传统点火系统

传统点火系统是利用机械式触点来接通和切断点火线圈初级电流，使点火线圈次级产生高压电。故又称为触点式点火系统。传统点火系统主要由电源、点火开关、点火线圈、断电器、配电器、电容器、火花塞、高压导线、附加电阻等组成。由于机械式触点极易烧蚀损坏，并且产生的高压低、高速时不可靠、不利维护，因此，该系统己经逐步被市场所淘汰。

1.2　电子点火系统

与传统点火系统有所区别，电子点火系统利用半导体元器件替代了蓄电池点火系中的断电器触点，产生脉冲信号点火，来接通和切断点火线圈初级电流，在次级电路中产生高压电，再由分电器送至各缸火花塞产生电火花。半导体点火发生器根据形式不同，分为霍尔式、磁电式和光电式。电子点火系统主要由点火电子组件、点火信号发生器、分电器、点火线圈以及火花塞等组成。

1.3　微机控制点火系统

微机控制点火系统在结构上和前两种相比差别很大。该点火系统一般是将点火控制、燃油供给、和废气排放功能集成一体，由ECU统一控制管理。通过各种随车传感器检测发动机运行参数，ECU通过信息处理，向点火模块发出控制命令，迅速切断点火线圈初级电路，在次级电路产生高压，经各缸火花塞放电点燃混合气。ECU控制点火正时，根据发动机运行状况来调节点火提前角，保证汽车在任何工况下都是最佳点火时刻。

无论是哪种形式的点火系统，其重要的零部件有点火线圈、火花塞、分电器以及蓄电池等。根据结构类型的不同，诊断测试时的接线方式有所不同，须区别对待。

2　发动机点火系统的常见故障

点火系统是汽车电子控制系统中的重要部分，将朝着更加电子化、智能化的方向发展。点火器件将趋向于小型化、轻型化、集成化以及低成本化。现在汽车发动机点火系统主要零部件的常见故障归纳如下：

1）火花塞故障：火花塞污蚀、积炭、型号错误等，这些原因都可能造成火花塞间隙过大或者过小，从而影响点火电压值的大小；

2）高压线故障:高压线的长期磨损、破裂会影响其绝缘性能，导致高压线中出现高阻抗，直接反映为点火电压值异常；

3）分电器故障：分电器壳破损、触点间隙过大或者过小；

4）点火线圈故障：点火线圈的初级绕组、次级绕组出现断路、短路或搭铁，会造成次级电压峰值下降，甚至无法击穿不能产生次级电压，另外，点火线圈的绝缘壳破损漏电，也可导致次级电压峰值下降，甚至无法击穿不能产生次级电压；

5）混合气过浓或过稀：严格来说混合气浓度不属于点火系统故障，但是混合气浓度会影响次级点火电压的燃烧时间，在某种程度上可由次级点火波形显示出来。

3　故障特征与次级点火电压波形的相关性分析

当汽车点火系统的零部件出现故障时，本身的电阻值往往会产生变化，利用万用表能够测量出来，通过与正常值对比即可判断是否存在故障。此种方法只能逐个点查询，比较繁琐，需花费大量精力。

在参考大量文献的基础上，归纳总结出某些重要零部件的故障特征与次级点火电压波形存在相关性。可以采用点火电压波形分析方法诊断故障。次级电压波形图描述了次级电路中电压变化的全过程，能够直观表现出点火系统运行过程的技术状况，如果发生线路故障或者是零部件损坏，次级电压波形就会畸变，和正常情况下的波形相比有很大差别。将实际釆集的发动机点火电压波形，与正常工作状况下的点火电压波形(即标准波形）进行对比，得出故障结论。标准的次级点火电压波形如下图1所示。

下面对图1的高压部分进行简单分析：

d点：初级绕组断开瞬间次级绕组产生的击穿高压，击穿火花塞间隙的电压最高值，火花塞间隙被击穿后电压峰值瞬间下降。

f-g段：电压击穿后的燃烧阶段，f点就是燃烧电压，比点火电压值小很多，燃烧阶段的波形是很平滑的直线，并且干净无异形波。

h-i段：点火结束后的闭合区:通常会经历三到五个振荡过程。一般对应点火线圈的性能是否良好。其中，d点表示点火电压、f点表示燃烧电压、f-g段表示燃烧时间、g-i段表示阻尼振荡区域，这些都是次级点火电压波形的关键参数，直接反映点火系统的重要零部件的技术状况。如果点火系统出现故障，点火次级电压波形会相应的发生变化。在参考大量文献的基础上，前人通过大量试验，研究出了点火系统重要零部件的技术状况与这些参数的变化规律。在发动机不同转速的各种稳定工况下，火花塞间隙、高压线阻抗、点火线圈、混合气浓度与点火电压、燃烧电压、燃烧时间、振荡电压等参数之间存在某种变化规律，有的甚至可以通过数学公式来表达。其故障反应区如下图2所示。

d-e区：为火花塞、高压线、分电器故障反映区。该区的关键参数是点火电压(即击穿电压）。点火电压能够反映出次级点火电压电路中的电阻值大小。点火电压过高，表示次级点火电压电路中存在高电阻，如损坏的火花塞、火花塞间隙过大、高压线短路等情况；反之，点火电压过低且低于正常值，表示次级点火电路中有短路，如污染腐蚀的火花塞、火花塞间隙过小、高压线漏电等。因此，点火电压能够反映火花塞和高压线状况。

f-g区：为混合气浓度、火花塞故障反应区。该区的关键参数是燃烧电压和燃烧时间。通常这两个参数的成反比例关系的，燃烧电压越小，燃烧时间则越长。这两个数值能够反映出混合气浓度状况以及火花塞状况。

h-i区：为点火线圈故障反映区。该区的关键参数是振荡电压。振荡电压产生振荡是因为点火线圈里有剩余的能量，每一次振荡能量减少75%左右，一般有3个以上的振荡波。该振荡波能够反映出点火线圈的性能，如果振荡波太少，说明点火线圈能量下降。

以上重点分析了点火系统零部件故障特征值与点火波形的变化规律，通过这些关键参数值，对点火系技术状况进行准确的评价。

4　结束语

总之，汽车发动机会因为使用时间过长、使用幅度过大、使用标准不良等问题而发生故障。而点火系统是汽油机的一个重要组成部分,其工作状态好坏直接影响发动机的性能,对点火系统进行检测与故障诊断对保持发动机良好的工作性能有重要意义。

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参考文献

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［2］M.施纳贝尔.汽车发动机计算机控制系统原理与诊断维修[M].北京:机械工业出版社,2007.

［3］蔡伟铭.汽车发动机常见故障的排除与维修[J].内江科技,2008(6):31-32.

［责任编辑：刘展］