毕业设计（论文）点火系统波形分析

1、目 录中英文摘要2第1章 绪 论41.1引言41.2 点火系统概述4第2章 点火系统检测连接及点火波形种类、特点62.1点火系统检测连接方法62.2点火波形种类72.3次级点火波形的特点9第3章 点火波形分析113.1点火波形分析方法113.2各类点火系波形113.2.1触点式点火系波形113.2.2无触点点火系波形123.3次级点火波形可查明的故障133.4分析次级点火波形的要点14第4章 故障波形分析184.1典型故障波形分析184.1.1初级电压分析184.1.2次级电压波形分析204.2常见次级点火故障波形分析21结论23致谢24参考文献25摘要：汽车电子化的发展，应用之广与日俱增，尤

2、其是计算机、网络技术的发展为汽车电子化带来了根本性的变革。因此，当代汽车的维修不是单纯的机械维修，而是机械与电子为一体的维修。由于电子控制元件的维修比较抽象，给汽车维修技术提出了新的挑战，使许多维修人员望而止步，感到神秘莫测。汽车电控系统技术的发展,使现代的汽车成为了一个高科技的结晶体,这就要求汽车故障诊断技术也向高新技术方向发展。传统的故障诊断方式根本不能适应现代汽车故障诊断的要求,尤其对电控系统故障的诊断,必须采用先进的检测设备,先进的工作模式。 波形分析技术应用于汽车维修业,可以大大提高汽车故障诊断的速度与准确性,利用波形分析检测时,示波器可以显示出电子信号的各种参数,利用这些参数就能够

3、判定这个电子信号的波形是否正常,然后,通过波形分析便可以进一步检查出电路中传感器,执行器以及电路和控制电脑等各部分的故障,从而进行修理。 本文叙述了汽车点火系统波形连接、检测、分析方法;并结合波形图形象深刻的分析汽车故障类型、位置、原因。使学者有一目了然的深刻视觉感受,发掘学习者的兴趣。关键词：点火系统；点火波形图；波形分析；故障波形分析abstract: the development of automotive electronics, increasing the breadth of applications, especially computer and network techn

4、ology for the automotive electronics has brought fundamental change. therefore, the maintenance of todays cars is not a simple mechanical repairs, but as one of mechanical and electronic maintenance. since the maintenance of electronic control components more abstract, to the vehicle maintenance tec

5、hnology raised new challenges, many service personnel and stop looking, feeling and mysterious. automotive electronic control system technology, the modern car has become a high-tech crystal, which requires car fault diagnosis technology to high-tech direction. the traditional way of fault diagnosis

6、 fault diagnosis did not meet the requirements of modern vehicles, especially for fault diagnosis of electronic control system must be the use of advanced testing equipment, advanced mode. waveform analysis techniques used in the automotive repair industry, vehicle fault diagnosis can greatly improv

7、e the speed and accuracy of detection by waveform analysis, the oscilloscope can display the various parameters of electrical signals, using these parameters we can determine whether the electronic signal waveform normal, and then, through the waveform analysis can further check out the circuit, sen

8、sors, actuators and control circuits and computer parts such as the failure to repair. this paper describes the vehicle ignition system waveform connection, detection, analysis; combined with a deep analysis of waveform image of automotive fault type, location, reason. so that scholars have a glance

9、 of profound visual experience, explore the learners interest.keywords: ignition system; ignition waveform; waveform analysis; fault waveform analysis第1章 绪 论1.1引言汽车自1886年诞生以来，发展及其快速，已成为集机、电、液、气于一体。并能及时、广泛地采用世界最先进技术的交通工具。特别是电子技术、微机技术等先进的技术在汽车上应用，使汽车的动力性、经济性、排放净化性、安全性、操纵稳定性、行使平顺性、舒适性、通过性和可靠性等使用性能愈来愈完善

10、，使得寿命愈来愈高。随着汽车电子信息技术的迅速发展,汽车上装用的电子设备越来越多,这就对今天的汽车故障诊断提出了新的挑战。如何快速、准确地诊断出汽车电子控制系统的故障,是现代许多汽车维修人员面临的一个难题。汽车故障也会因发动机的使用时间过长、使用幅度过大、使用标准不良等问题而出现。而点火系是汽油机的一个重要组成部分, 其工作状态直接影响发动机的性能, 对点火系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。汽车示波器的诞生为汽车维修人员快速判断汽车电子设备故障提供了有力的工具，电子设备的测试设定变得非常简单，无需任何设定和调整就可以直接观察电子元件的信号波形。汽车示波器是检查点火系的有

11、力工具, 它通过显示点火波形能确定发动机机械系统、燃油供给系统及点火系统的故障部件。同时，波形分析技术也大大提高汽车故障诊断的速度与准确性。1.2 点火系统概述点火系统发展：1、1886年，磁电机点火系统；2、1908年，蓄电池点火系统（传统）；3、60年代，有触点电子点火系统（过渡产品）；4、70年代，无触点电子点火系统（ic控制）；5、80年代，微机控制电子点火系统（ecu控制）；传统点火系统又称触点式点火系统，主要由点火线圈、分电器、火花塞、高压线和分缸线等组成；在传统点火系统中，电源给的6v或12v的低压直流电，经断电器和点火线圈转变为高压电，在经配电器分送到各缸火花塞，在火花塞的电极

12、间产生火花，点燃混合气，使发动机工作。点火系统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，使发动机作功。在汽油机各系统中点火系对发动机性能影响最大，统计数值表明有将近一半的故障是因为电器系统工作不良而引起的，因此，发动机性能检测往往从点火系统开始。 首先，使用先进电子技术的当属点火系统。形式结构和工作原理更新最快的非点火系统莫属。现用点火系统大体分为以下几类；它们在检测时的接线有所不同，必须区别对待： （1）由电磁、红外或霍尔元器件构成的非接触式断电器组成的点火系统称为无触点点火器，其放大电路又分为晶体管电路和电容放电电路两种。 （2）ec

13、u（electronic control unit）控制的点火系，ecu中的微处理器根据曲轴转角传感器的信号确定点火时刻，因而它没有断电器，只有分电器，根据ecu送来的信号直接控制点火线圈初级电路的通断。 （3）无分电器点火系统（distributor-less ignite）是当前最先进的点火系统，曲轴传感器送来的不仅有点火时刻信号，而且还有气缸识别信号，从而使点火系统能向指定的气缸在指定的时刻送去点火信号，这就要求每缸配有独立的点火线圈，但如果是六缸机则1，6缸、2，5缸和3，4缸分别共用一个点火线圈，即共有三个点火线圈，显然每一个点火线圈点火时，总有一个缸是空点火，检测时应注意到这一点。

14、 无触点点火系统能使用低阻抗电感线圈，从而大幅度提高初级电流，使次级电压高达30kv以上，增强点火能量以提高点燃稀混合气的能力，在改善燃油经济性的同时也降低排气污染。无分电器点火系统完全是电子器件无机械运动部件，彻底解决了凸轮和轴承磨损以及点接触烧蚀间隙失调而引起的一系列故障。第2章 点火系统检测连接及点火波形种类、特点2.1点火系统检测连接方法检测点火系首先将信号提取系统连接到发动机线路上。图2-1是机械点火系和晶体管点火系信号提取接头的连接方法；图2-2是电容放电式点火系统的信号提取接头连接方法。 图2-1 机械点火系和晶体管点火系信号提取接头的连接方法 图2-2 电容放电式点火系统的信号

15、提取接头连接方法无分电器点火系统是将高压通过独立式点火线圈连接送向火花塞，当高压感应夹难以找到可夹持的位置时，可用一种专用感应夹具夹持于独立式点火线圈上以感应出高压信号，如图2-3所示。 图2-3 独立式点火线圈上夹持式感应器2.2点火波形种类 当气缸点火波形采集完成后，检测分析仪采集系统计算机软件将捕捉的点火波形进行不同类别的排列与组合，以多缸平列波、多缸并列波、多缸重叠波和单缸选缸波四种排列形式分别显示点火波形，以便于检测人员从不同排列形式波形中观测、分析、判断点火系技术状况。以供检测人员快捷而准确的判断故障的成因。 （一）平列波 按点火次序将各缸点火波形首尾相连排成一字开来，称为平列波，

16、图2-4所示为一四缸发动机的平列波形，其作用主要用以分析次级电压的故障，各缸次级击穿电压是否均衡，火花电压是否均衡，火花电压是否有差异在平列波图上一目了然。 图2-4标准四缸次级电压的平列波形 （二）并列波 如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，如图2-5所示为一个四缸发动机的初级电压并列波形。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十分方便，如使用tdc传感器或频闪灯将上止点信号标于一缸电压波形上则可以检测到点火提前角。 图2-5 标准四缸次级电压的并列波形（三）重叠波 将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

17、波，如图2-6所示。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%。 图2-6次级电压重叠波 （四）单缸点火波形 图2-7单缸点火波形2.3次级点火波形的特点在发动机点火系中, 点火线圈的初级和次级绕组均有充电和放电的过程, 这两个过程是用汽车示波器以感应方式监测点火过程的基础。所有点火系统, 无论是传统触点点火系, 还是磁感应电子点火系和霍尔效应电子点火系, 均可在示波器上观察点火过程的曲线变化状态。发动机停止工作时, 点火波形在示波器上是一条水平直线, 该直线定义为零线。当发动机工作时,点火波形呈现在零线上下变化的状态。对于某种完

18、好的点火系统存在该系统点火曲线形态的相对标准波形。根据实际监测到的点火波形与标准波形比较找出差异, 即可高效地查出故障源。测试时, 发动机处于正常工作温度, 在不同负荷及转速下检测点火系性能。如下图2-8 表示ca 488q 发动机点火系单缸和多缸并列次级点火波形。 图2-8ca 488q 发动机点火系次级点火波形(a) 单缸(b) 多缸 其中，初级电压波形和次级电压波形极为相似, 但在进行点火系故障诊断时, 大都检测次级波形, 只在判断点火线圈工作质量时才检测初级波形。（一）单缸标准次级点火波形分成三个部分（图2-8.a）：点火部分、中间部分、闭合部分。点火部分：点火部分有一条点火线和一条火

19、花线，点火线是一条垂直的直线, 它代表克服火花塞间隙所需的电压；火花线则是一条近似水平的线，而微观上为锯齿状曲线, 代表维持电流通过火花塞所需的电压。中间部分：中间部分显示点火线圈中剩余的能量，它会通过初级和次级的来回振荡来耗散剩余的能量。这时白金触点开启或晶体管断路。闭合部分：闭合部分代表线圈的通电状态，这段时间是白金触点接合或晶体管导通的时间。（二）多缸并列标准波形：各缸波形的状态、电压峰值、频率、脉冲宽度等都一致，且波形测试数据在标准数据范围内。传统点火系统电压约为10kv，电子系统应该更高。点火线应相等，且极易比较：如果有短线表示引线电阻低；长线表示引线电阻高。第3章 点火波形分析3.

20、1点火波形分析方法在点火系的故障中，主要的故障有无火、缺火、乱火、火弱及点火正时失准等。这些故障将会造成发动机不能起动或工作不正常。点火系故障部位可分为低压线路和高压线路两部分。点火波形是汽油机在点火过程中，分缸高压线上的电压随时间的变化规律。如果实测的点火波形与标准波形出现明显差异，说明点火系统（或供油系统）有故障。因此，分析点火波形方法有：确认幅值、频率、形状和脉冲宽度等判定性尺度，在各缸的点火波形上是否一致。特别是在急加速或高负荷时。各缸的点火峰值电压高度应该相对一致，基本相等，任何峰值电压高度与实际的偏差都意味着可能存在故障。在急加速或高负荷条件下由于气缸压力的增加，所有缸的点火峰值电

21、压高度都应该增加。如果有一个气缸的点火波形峰值电压明显比其他缸高出许多，则表明该缸的点火次级电路中电阻过大。这可能是点火高压线可能开路或电阻太大。反之，如果有一个缸的点火波形峰值电压比较低，则可能是点火高压线短路或火花塞间隙过小、火花塞受污损或破裂。如果检查发动机带负荷的情况下点火的断火情况，当急加速时所有气缸的击穿电压应该均匀地提高，如果某个气缸的击穿电压升高过大，则说明该气缸有问题。在有负荷或急加速时点火不良，并且同时还出现所有气缸的点火峰值电压都低的情况，这就可能意味着点火线圈的性能变差了。3.2各类点火系波形3.2.1触点式点火系波形 在发动机综合性能分析仪的操作面板上按菜单选择和确认

22、按钮，使采控系统进入波形显示状态，选择当时即可得到点火波形如图3-1所示（具体的操作步骤需按所用仪器的使用说明书进行）。图示为触点式点火系统的正常点火波形，上面为次级波，下面为初级波。 图中a为触点开启段；b为触点闭合段，为点火线圈充磁区。 图3-1触点式点火系统的正常点火波形 （1）触点开启点：点火线圈一次回路切断，次级电压被感应剧烈上升； （2）点火电压：次级线圈电压克服高压线阻尼、断电器间隙和火花塞间隙而释放充磁能量，12段为击穿电压； （3）火花电压：为电容放电电压； （4）点火电压脉冲：为充电、放电段； （5）火花线：电感放电过程，即点火线圈的互感电压能维持二次回路导通； （6）触点

23、闭合：电流流入初级线圈，因次级线圈的互感而产生震荡。 a.在火花持续期内因磁感应而在初级线路上电压震荡； b.火花期后，剩余磁场能量产生的衰减震荡； c.初级线圈的闭锁段。 从这一波形图上我们可以清晰地看到断电器闭合角、开启以及击穿电压和火花电压的幅值，并可以测试到火花延迟期和两次震荡过程。对于无故障点火系统，触点闭合角为全周期的45%50%（四缸机）或63%70%（六缸机），八缸机约为64%71%，击穿电压超过15kv，火花电压9kv左右，火花时间大于0.8s。当这些数值或波形异常时，就意味着故障的出现或系统需要调整。 3.2.2无触点点火系波形 图3-2所示为无触点的电子点火系统的正常点火

24、波形，与有触点者相比，因其初级电路的通断不是机械触点的合与开，而是晶体管的导通持续期内初级电压没有明显的震荡，而充磁过程中因限流作用电压有所提高，这一变动因点火圈的感应引起次级电压线相应的波动（图中点2所示），这是无触点点火波形的正常现象，检测时需注意这一点。3.2.3 无分电器点火系统波形无分电器点火系统中两缸共用一分点火线圈将会发生一个缸在循环中点火两次，一次在压缩过程末期图3-3中（a）所示，是有效点火，该工况下因气缸的充量为新鲜可燃混合气的电离程度低，因此击穿电压和火花电压较高；另一次是在排气过程末期图3-3中（b）所示，是无效点火，该工况下因气缸为燃烧废气，电离程度较高，因为击穿电压

25、及火花电压较低，检测时加以区分。 图3-2无触点式点火系统的正常点火波形 图3-3无分电器式点火系统的两次点火过程3.3次级点火波形可查明的故障（一）单缸次级点火波形能查明的故障如下： 检测单缸的点火闭合角； 确定单缸点火线圈的充电时间； 判断次级高压电路的性能； 判断电容性能； 查明某缸失火的火花塞； 查出短路或开路的火花塞、高压线； 查出点火不良、受污染的火花塞。（二）多缸并列次级点火波形可查明故障如下： 诊断出分电盘的漏电； 诊断出分火头的漏电情况； 诊断出各缸高压线的漏电情况； 诊断出火花塞的漏电情况。3.4分析次级点火波形的要点(五常看)一.看闭合部分(如图3-4):观察点火线圈在开

26、始充电是是否保持相对一致的波形的下降沿。下降沿一致,表明各缸闭合角一致,点火正时正确。 图3-4闭合部分 图3-5点火线部分二.看点火线(如图3-5):观察各缸点火(也称跳火)电压高度(电压峰值)是否一致,是否符合该车的技术参数,点火线的中、后段是否有杂讯。怠速时,次级点火电压通常为1015kv。点火电压太高,表明在次级线路中存在着高电阻,例如火花塞、高压线开路或损坏,火花塞空气间隙过大。点火电压太低,表明点火次级电路电阻低于正常值,例如火花塞污蚀或破损,火花塞、高压线漏电等。点火线的中段或后段线条特别粗,称杂讯。如果点火中段或后段有杂讯,表明可能喷油嘴或进气阀上积炭严重。三.看火花线(如图3

27、-6):看点火部分的火花线是否近似水平,火花线的起点是否和燃烧电压一致、稳定,火花线上是否有杂波。火花线近似水平,火花线的起点和燃烧电压一致且稳定,表明各缸的空燃比一致,火花塞是正常的。如果混合比太稀,燃烧电压就比正常低一些。如果火花塞有污蚀或积炭,火花塞的起点就会上下跳动,火花线明显会倾斜。火花线上有过多的杂波,表明气缸点火不良,由于点火过早,喷油器损坏,火花塞污蚀,或其它原因。图3-6火花线部分 图3-7燃烧时间四.看燃烧时间(如图3-7):看点火部分的燃烧时间是否符号该车的技术参数。燃烧时间的长短表明汽缸内的混合气的浓和稀。燃烧时间过长(通常超过2ms)表示混合气过浓;燃烧时间过短(通常

28、少于0.75ms)表示混合气过稀。图3-8线圈振荡情况五.看线圈振荡情况（如图3-8）:点火线圈振荡波最少2个,最好多于3个,这表明点火线圈和电容器(在白金点火系统)是好的。3.5点火系统的加载调试 大多数情况下运行不正常的汽车并非因零部件损坏而引起故障，而是汽车某些系统没有达到或在使用过程中失去了正确的调整状态，其中尤以点火系统最为突出，因此在故障分析之前进行点火系统的正确调整是十分重要的。首先测定各缸闭合角和点火提前角是否正常，六缸发动机和断电器凸轮角为60，闭合角标准值为3842，四缸机的凸轮角为90，闭合角为4045，八缸机凸轮角为45，闭合角标准值为2932。如这一角度过大则说明机械

29、触点间隙太小，反之当闭合角过小则说明触点间隙太大，这时必须重新调整间隙以使闭合角达到标准值。 无触点的晶体管点火系当闭合角线段不正常时需调整点火信号的触发部件，如电磁式传感器的凸轮齿与传感铁芯的间隙需调整到0.20.4mm，具体调整值要视各车型而定。 点火提前角是影响发动机动力性、经济性乃至排放指标的重要参数，利用并列波上第一缸的上止点标志可以清楚查看各缸的点火提前角，也可以用频闪灯对准曲轴飞轮上的第一缸上止点记号处，调整频闪灯上的电位2（如图3-9）使闪光相位前后移动直到曲轴飞轮上的标记对准飞轮壳上的记号，仪表即会显示第一缸的点火提前角。 图3-9 频闪灯测试点火提前角上面所测到的点火提前角

30、为总提前角，它由提前值和转速提前值组成，对于机械触点式点火系统即为真空提前量和离心提前量，测量时拆去真空管路即为离心提前量，两者之差就是离心提前量。但在怠速工况下真空和离心提前量无法测定，给发动机的检测带来诸多不定因素。为了使这两个参数能不互相干扰的独立调整，例如要求在定转速改变负荷，就需要对发动机进行加载，也就是说汽车必须在底盘测功机上进行加载调试，如图3-10所示，加载时一般负荷率为40%70%，车速为经济车速。只有这样才能得知在不同转速各种负荷下。转速提前量和负荷量的数值和动态变化历程是否正常。 图3-10汽车加载调试电子点火系统，尤其是无分电器的直接点火转速提前量和负荷提前量由微分处理

31、器根据发动机转速传感器和节气门位置传感器，还有转速、进气真空度、凸轮位置、水温等信号，从预先贮存在ram的数据中选定最佳点火提前角，再由微分处理器向电子点火系发出指令送向各缸的点火线圈。这一系统各部件不可调整，但也须经上述检测确定故障是微分处理器损坏还是传感器失效。 第4章 故障波形分析 4.1典型故障波形分析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。 图4-1点火波形上的故障反映区造成故障波形的原因很多，现场测得的故障作业十分复杂，以下就是一些常见的典型故障波形进行简略分析。 4.1.1初级电压分析 根据

32、发动机综合分析所采集到的各类故障初级电压波形，可以分析点火系断电电路有关电气元件和机械装置的状态，为断电电路的调整和维修提供可靠的依据，以避免盲目拆卸。图4-2所示在触点开启点出现大量杂波，显然是触点严重烧蚀造成的，打磨触点或更换断电器即可证实。图4-2 触点烧蚀的波形图4-3所示的初级电压波形在火花期间衰减数明显减少，幅值也变低，显然是电器漏电造成的。 图4-4所示波形在触点闭合阶段有以外的跳动造成这种现象的原因是触点因弹簧力不足引起不规则跳动。 图4-3电器漏电图4-4触点因弹簧力不足图4-5所示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。 如果触点接地不良就会引起低压波水平部分

33、的面积杂波，如图4-6所示。 图4-5 闭合角过小图4-6 接地不良图4-7为电子点火系统的低压故障波形，对比图3-12所示之正常波形，在充磁阶段电压没有上升，说明电路的限流作用失效，无分电器点火系无元件可以调整，当这一波形严重失常时只能逐个更换诸如点火线圈、点火信号发生器和凸轮位置传感器等，找出故障器件或模块。图4-7 电子点火充磁阶段电压没有上升波形4.1.2次级电压波形分析 在测试图3-1所示的平列波时，正常情况下各缸击穿电压约为1020kv，各缸差别不超过2kv，为了初步检测电压线路，简单易行的方法是首先逐个将各缸火花塞接地，例第三缸火花塞短路的平列波如图4-8所示。正常情况下第三缸击

34、穿电压应不小于5kv，否则说明该缸高压系统接地或绝缘不良。 图4-8第三缸火花塞接地的平列波如果将第三缸的高压线取下使之开路，正常情况下该缸击穿电压应超过10kv，如图4-9所示，如果明显高于这一值则表明高压系统元件如高压线、点火线圈有开路现象，有时低压系统电容器严重漏电也会出现这一情况。 图4-9第三缸高压开路平列波上面分析的初级故障波形必将在次级上有所反映。另外，二次波形还受火花塞、燃烧过程、混合器成分，发动机热状态，点火线圈等等的影响，情况较为复杂。以下列举出大量实测的二次故障波形，因导致故障的因素是多方面的，图4-10所示故障解释只是故障成因的主要侧面。 图4-10 故障波形4.2常见次级点火故障波形分析故障波形一