汽車發(fā)動機點火性能測試儀設(shè)計

汽車發(fā)動機的點火系統(tǒng)包括上百種電氣和機械零部件，生產(chǎn)線分布較廣，因此分布式間接監(jiān)控方式在點火系統(tǒng)的監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。發(fā)動機點火性能測試儀通過測量發(fā)動機的閉合角與分火角，對其分電器和點火器性能進行分析。

　　閉合角、分火角與點火提前角的關(guān)系

　　閉合角

　　以汽油機四沖程發(fā)動機為例，活塞往復(fù)四個單程完成一個工作周期，四個沖程包括進氣、壓縮、做功和排氣沖程。在一個工作循環(huán)中，發(fā)動機凸輪軸轉(zhuǎn)過一周共360°。

　　在點火系統(tǒng)中，點火線圈初級繞組的電流從截止到導(dǎo)通再到截止這一周期中，多缸發(fā)動機每缸所占的凸輪轉(zhuǎn)角稱為閉合角。在一個完整的工作周期中，初級電流共經(jīng)歷4次由截止到導(dǎo)通再到截止的過程，產(chǎn)生4個點火脈沖，4個汽缸各有一次點火。如圖1所示，四沖程的4缸發(fā)動機一個工作周期T為

T=(a1+a2+a3+a4+b1+b2+b3+b4)；

　　式中，ai(i=1，2，3，4)為初級電流在工作周期T中第i次導(dǎo)通的時間，bi(i=1，2，3，4)為初級電流在工作周期T中第i次截止的時間。

　　第1缸的閉合角α1為
α1=a1×360°／T；
第2缸的閉合角α2為
α2=a2×360°／T；
第3缸和第4缸依此類推。

　　如果閉合角小，閉合時間短，初級電流增長不到需要的數(shù)值，會造成點火能量不足。若閉合角太大，對觸點式點火系統(tǒng)而言，說明觸點間隙小，會使觸點發(fā)生電弧放電，反而減弱了點火能量，不利于正常點火，且觸點閉合時間過長，初級電流增長到最大值以后繼續(xù)通電，還會使點火線圈發(fā)熱。閉合角相同時，轉(zhuǎn)速高所占的時間短，轉(zhuǎn)速低所占的時間長。閉合角隨轉(zhuǎn)速而變化是最好的情況。一般8缸機的閉合角為29°～32°，6缸機為 38°～42°，4缸機為43°～47°，3缸機為63°～67°。

　　分火角

　　觀察分火角均勻度是汽車發(fā)動機點火性能測試的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。這里1缸分火角β1為
βl=(al+b1)×360°／T；
2缸分火角β2為
β2=(a2+b2)×360°／T；
第3缸和第4缸依此類推。

　　點火提前角

　　汽油發(fā)動機吸入汽缸中的混合氣，并需要一定時間燃燒。為使活塞到達上止點時混合氣已充分燃燒，以達到最大功率，應(yīng)使火花塞在活塞到達上止點前跳火。從點火開始到活塞到達上止點這段時間曲軸轉(zhuǎn)過的角度為點火提前角。 點火過早，加速時會出現(xiàn)爆震，發(fā)出類似金屬敲擊的聲音，活塞上行受阻，效率降低，磨損加劇。點火過遲，氣體做功效率低，則發(fā)動機不易起動，提速慢，還會出現(xiàn)排氣管放炮、發(fā)動機過熱的現(xiàn)象。因此，點火過早或過遲，都會影響轉(zhuǎn)速的提升。

　　影響點火提前角的最大因素是轉(zhuǎn)速。隨著轉(zhuǎn)速的上升，轉(zhuǎn)過同樣角度的時間會變短。因此最佳點火提前角可根據(jù)發(fā)動機閉合角和分火角進行調(diào)整。調(diào)整的目的就是在各種不同狀況下使氣體膨脹趨勢最大段處于活塞做功下降行程，實現(xiàn)效率最高，振動最小，溫升最低。 理論上最小點火提前角為0°，但為了防止在進氣行程點燃進氣，往往設(shè)為5°以上，一般不超過60°。

　　電路設(shè)計

　　點火性能測試儀包括電源模塊、測量與控制模塊、顯示模塊等，其電路原理框圖如圖2所示。

電源模塊將220V交流電源轉(zhuǎn)換成5V直流電提供給其他模塊。測量與控制模塊對點火信號進行采集和限幅處理后，輸入單片機89C52進行閉合角及分火角的測量和計算，得出的角度值送顯示模塊，依照汽缸的點火次序依次顯示角度值。

　　測量和控制模塊設(shè)計

　　測量和控制模塊的功能主要由預(yù)處理電路和單片機實現(xiàn)，如圖3所示。預(yù)處理電路將輸入的點火信號進行限幅和整形處理，抑制干擾信號，尤其是抑制可能產(chǎn)生的過電壓或負電壓。限幅和整形主要由運算放大器集成芯片LM324結(jié)合二極管的導(dǎo)通截止特性完成。LM324輸出的方波信號經(jīng)反向器74LS14，輸出兩路互為反相的信號，其中與點火信號的反相信號接入89C52的引腳P1.0和INT0，另一路則接入P1.1和INT1。

　　89C52 單片機是測量和控制模塊的核心芯片。測試中的點火周期信號頻率較低，因此由信號的邏輯控制計數(shù)器的工作，信號輸入端為高電平時計數(shù)，為低電平時停止計數(shù)。通過軟件設(shè)置控制位TR0和GATE均為1，并選擇計數(shù)器0工作方式為模式1，則TH0+TL0是否計數(shù)取決于INT0引腳的信號，當(dāng)INT0由0變1 時，開始計數(shù)，INT0由1變0時，停止計數(shù)。計數(shù)過程中用查詢方式測試I／O口P1.0信號的電平，高電平時，由計數(shù)器自動計數(shù)；測試到低電平時，表明計數(shù)結(jié)束，單片機可以取計數(shù)值并計算計數(shù)結(jié)果。這樣，INT0端信號的高電平脈寬可由計數(shù)器0計數(shù)得出。這種設(shè)計方式有效地保證了計數(shù)的速度和精度。同樣，INT1端信號的低電平脈寬時可由計數(shù)器1計數(shù)得出。計數(shù)器0和1的計數(shù)值，經(jīng)軟件計算，得出點火的閉合角和分火角，與角度值相應(yīng)的數(shù)據(jù)串行輸出，送 LED顯示模塊顯示。