发动机点火系工作质量评定和故障诊断方法

    汽油机点火系工作质量的好坏，直接影响到发动机的技术状况，可通过发动机综合检测仪分析点火波形和检测点火系性能参数，找到产生故障的原因和有关零部件，实现发动机的检测、调整或视情修理，保证或改善发动机的动力性、经济性和排放性能。

    结合国家科委“汽车检测诊断新技术”项目的研究推广应用，交通部公路科学研究所（为技术依托单位），与淄博科大微机应用研究所共同研制了FDJ-B2型发动机综合检测仪。该检测仪可在发动机不解体的情况下，检测发动机工作状况的近30种参数和多种波形，有利于发动机故障的“快速诊断”和维修项目的确定，可在汽车维修企业和汽车检测站推广应用。本文以FDJ-B2型发动机综合检测仪为例，介绍汽油机点火系的故障诊断方法，仅供参考。

1 FDJ-B2型发动机综合检测仪工作原理简介

    FDJ-B2型发动机综合检测仪以586计算机为核心，与传感器、信号处理器和打印机等组成一套完整的信号检测和数据分析系统。测试时通过不同的传感器，将采集到的发动机各种工作状况信号，经信号处理器将模拟信号转换为可由计算机接收的数字信号，并在适当软件支持下，通过键盘操作完成各种参数测量和故障诊断，检测结果可由屏幕显示，还可由打印机打印输出，其工作原理如图 1所示。

    该检测仪对汽油机的检测功能包括：起动系、点火系、动力性、充电系、配气相位、异响检测，综合检测及枪测结果打印。其中点火系检测包括：

    a.全面检测（发动机转速、闭合角、重叠角、点火高压、单缸动力性）；

    b.白金（触点）参数检测（发动机转速、闭合角、重叠角、点火波形观测分析）；

    c.点火高压检测；

    d.“缸压法”点火提前角检测。

    对柴油机的检测功能包括：起动系、供油系、动力性、充电系、异响检测，综合检测及检测结果打印等。

2 汽油机点火过程波形特征

2.1 平列波

    平列波是指各缸点火波形按发动机点火顺序水平排列的图形，用于检查点火系初、次级电路的技术状况，评定电容器、分电器、点火线圈、火花塞等元件的工作性能。

2.2 并列波

    并列波是指各缸点火波形按发动机点火顺序由下而上排列起来的图形，用于诊断分电器触点闭合角的大小和各缸火花塞的工作状况。

　

2.3 重叠波   

     重叠波是指将各缸点火波形重叠到同一图形上，用于分析诊断分电器凸轮及其凸轮轴的磨损情况。

    下面将在实际检测中最常用的单缸平列波波形分区段（图 2）介绍如下：

    A（点火区）：断电器触点打开，初级电路电流下降，次级电路中产生高电压（15kV-20kV），火花塞间隙被击穿，击穿电压值为8kV-10kV。

    B（燃烧区）：火花塞间隙被击穿，致使火花塞间隙中的可燃混合气发生电离，引起弧光放电，一旦火花塞放电，次级点火电压便随之下降（3kV-4kV），并维持火花塞电极放电所要求的一定电压，使气缸内混合气迅速燃烧。

    C（振荡区）：当保持火花塞放电的能量消耗完毕，电弧中断时，点火线圈中的残余能量沿电离的火花塞间隙继续慢放电，使残余能量以阻尼振荡形式消耗（第1次振荡）。

    D（闭合区）：触点闭合瞬间点火线圈的初级电路有电流通过，产生自感电压，相应的在次级电路中产生一个逆电压（1.5kV-2kV），并产生振荡（第2次振荡）。

3 发动机点火正时检测及其故障诊断

3.1 检测项目

    检测项目有发动机转速、点火提前角（θ_ST）FDJ-B2型发动机综合检测仪是采用“缸压法”原理，来测定发动机在某种转速下的点火提前角，该角度可随海拔高度、气温、汽油辛烷值、汽车技术状况作适当调整。以EQ1090-1型汽车发动机为例：发动机工作正常情况下，当转速为800r/min时点火提前角为9°，1200r/min时点火提前角为12°-14°，2000r/min时点火提前角为15°-20°。检测时首先以800r/min调整好点火提前角，逐渐提高发动机转速，点火提前角应逐渐变大，且应符合上述正常情况下的数值。

3.2 检测所需传感器

    检测所需传感器有转速传感器、1缸标记传感器、气缸压力传感器。

3.3 检测方法

    选择“缸压法提前角检测“项，按”回车键“进入测试界面，拆下1缸火花塞，将气缸压力传感器装入火花塞座孔并旋紧，将1缸标记传感器串在1缸高压线与火花塞之间，起动发动机使火花塞自然放电，按屏幕上提示进行测试，屏幕将被测数据和波形显示出来（表 1和图 3）。以上测试数据和波形可按需存储、查阅、打印。

表1 EQ1090-1型汽车发动机点火提前角检测结果

　

低速

中速

高速

测试

（800/ r·min^-1）

（1200/ r·min^-1）

（2000/ r·min^-1）

项目

标准值 实测值

标准值 实测值

标准值 实测值

提前角（°）

  9            9.5

12-14        15

15-20      29.7

转速/r·min^-1

          819

      1120

1807

3.4 故障诊断

    a.各转速（含急加速和缓慢由低速加至高速）下提前角值过小（或过大），其故障原因为：分电器离心块张紧弹簧过硬，离心块卡滞、锈死（或弹簧过软），真空式点火提前调节装置失灵、漏气等。

    b.各转速下检测不出提前角，说明离心式和真空式点火提前调节装置失效或真空管漏气。

    出现上述故障时，应进行检修，否则将影响车辆动力性和经济性。

4 白金（触点）参数检测与诊断

4.1 检测项目

    检测项目有发动机转速、分电器白金（触点）闭合角（θ_b）、分电器重叠角（θ_c）、点火波形。

4.2 检测所需传感器

    检测所需传感器有转速传感器、1缸标记传感器。

4.3 检测方法

    选择“白金（触点）检测”项，按“回车键”确认，按照“帮助”联接好传感器，回车进入测试程序，将被测车发动机转速稳定在1200r/min左右，按“测量开始”键，计算机将测试结果及波形显示在屏幕上（表 2和图 4）。点火波形可对照图 2中所列标准波形进行故障诊断。

表2 EQ 1090-1型汽车发动机分电器白金（触点）
闭合角θb和分电器重叠角θc检测结果

测试项目

标准值

实测值

转速/r·min^-1

1200

1123

闭合角/（°）

36-42

39．7

重叠角/（°）

≤3

1．86

4.4 故障诊断

4.4.1 分电器白金（触点）闭合角（θ_b）及其故障诊断

    该角度大小影响点火能量，正常的θ_b应满足正常点火所需要的足够能量，它表明触点动态间隙。如EQ 1090型汽车发动机1200r/min时θb为36°-42°，CA 1090型汽车发动机1200r/min时，θ_b为38°-42°，对应的触点间隙为0.35mm-0.45mm。

    a.若θ_b过大，触点间隙过小，虽然理论上可增大断电电流而加大点火能量，但实际上由于触点间发生电弧放电，反而减弱了点火能量而不利于正常点火。

    b.若θ_b过小，触点间隙过大，使得触点闭合时间短，断电电流小，造成点火能量不足，使混合气着火性能差而造成发动机功率下降。

    c.当θ_b值与触点间隙的正常对应关系被破坏时，说明凸轮已磨损严重，对于已磨损严重的凸轮如果继续使用，则会产生如下现象：当将触点间隙调至0.35mm-0.45mm时，会造成θ_b过小，断电电流小，点火能量不足；当调整到保证θ_b为36°-42°时，会造成触点间隙过小，在触点间发生电弧放电，点火能量损失，不利于着火。所以，θ_b为36°-42°与触点间隙为0.35mm-0.45mm的对应关系应作为更换分电器凸轮的依据。

　

4.4.2分电器重叠角（θc）及其故障诊断

    该角度反映各缸点火时刻的准确性，EQ 1090型汽车发动机1200r/min时θ_c≤3°。分电器重叠角θ_c增大受如下因素影响分电器凸轮（六角）制造质量及磨损程度；分电器轴磨损程度（径向、轴向松旷程度）；分电器修理及装配质量；凸轮轴分电器传动齿轮、分电器传动轴齿轮、联轴节凹槽的技术状况（磨损程度）、装配质量，以及磨损后在转动中振动等。

    分电器重叠角θ_c增大后，直接影响：

    a.点火正时及各缸点火均匀性，从而影响发动机动力性、经济性及运转的稳定性；

    b.触点闭合角θ_b，从而影响点火能量，导致动力性、经济性恶化；

    c.其他项目测量的准确性（如配气相位动态测量）。检测中，建议以发动机转速为1200r/min时的测量值为准，因为θ_c除了受上述因素影响外，随着发动机转速变化、各机件的振动情况、电信号的传递等都会使得θ_c在一个微小的范围内变化。当出现θ_c〉3°时应及时检修。

5 点火高压值及其故障诊断

5.1 检测项目

    检测项目有发动机转速、各缸点火高压。

    保证在火花塞两电极间产生电火花所需要的电压，称为“击穿电压”，俗称“点火高压”。该值反映火花塞电极间隙大小及高压线、分火头接触状况，与缸内的压力和温度有关。电极间隙愈大，缸内气体压力愈高；温度愈低时，则击穿电压愈高。

5.2 检测所需传感器

    检测所需传感器有转速传感器、1缸标记传感器。

5.3 检测方法

    选择“点火高压检测”项，按“回车键”，进入“点火高压检测”界面，将发动机稳定在1200r/min左右，开始测试，屏幕出现各缸点火高压数据和点火波形（表 3和图 5）。各缸点火波形正常条件下，点火高压值：EQ 1090型汽车发动机1200r/min时为8kV-10kV，CA 1090型汽车发动机1200r/min时为7kV-9kV，各缸点火高压差≤2kV。

                  表3 CA 1090型汽车发动机点火高压检测结果

测试项目

标准

1缸

2缸

3缸

4缸

5缸

6缸

点火高压/kV

7-9

7

8

8

9

8

9

转速/r·min^-1

1200

　

5.4 故障诊断

    当火花塞电极能量一定时，击穿电压Uc的大小对混合气着火性能有直接影响。

    a. Uc过高，大多是由于电极间隙过大，高压线接触不良，混合气过稀以及气缸压力、温度、混合气流变化，使得火花塞电极击穿困难，所需击穿能量要大；在能量一定或变小（接触不良损失）的情况下，使得电感放电部分得到的能量相对减少，放电时间变短，影响正常的着火性能，甚至出现高速断火现象。

    b. Uc过低，大多是由于电极间隙过小、淹死、短接等引起的。当电极间隙小而使Uc降低时，火焰核心与电极接触面积大而受到冷却，使火焰核心熄灭，着火性能差。

6 单缸动力评价及其故障诊断

6.1 检测项目

    检测项目有各缸转速下降值、转速下降率。单缸动力检测是衡量发动机各缸工作均匀性好坏的指标。通常在发动机一定转速下各缸分别断火后，用转速下降的数值来表示。断火后转速下降越大，说明断火缸对整个发动机转速影响大，因而该缸工作性能好，反之则差。

6.2 检测所需传感器

    检测所需传感器有转速传感器、1缸标记传感器。

6.3 检测方法

    选择“单缸动力检测”项，按“回车键”，按照“帮助”联接好传感器，按“回车键”进入“单缸动力性检测”界面，将发动机稳定在1200r/min左右，按“回车键”，此时计算机按发动机点火顺序逐缸断火，并将测出的结果显示在屏幕上（表 4）。根据各缸转速下降值来判断每个缸的工作情况，转速平均下降值≥90r/min、各缸转速相差值不应超过25%时属于正常。否则应借助其他仪器或经验进行判断，查明故障原因。

表4 单缸动力检测结果

测试项目

标准

1缸

2缸

3缸

4缸

5缸

6缸

初始转速/r·min^-1

1200

下降转速/ r·min^-1

　

100

120

100

100

120

100

降速比率/%

　

8．3

10．0

8．3

8．3

10

8．3

6.4 故障诊断

    a.燃油供给系：多为化油器阻塞、调整不当或其他故障，造成来油不畅、雾化不良。

    b.点火系故障：点火线圈、分电器、火花塞、高压线等存在故障，影响正常点火。这时可按点火系的检测进一步诊断故障。

    c.机械部分故障：气缸压缩压力低、进排气歧管密封不良等。这时可用气缸压力表、曲轴箱窜气测量仪、气缸漏气量检测仪、真空表等仪器检测诊断故障。