汽車(chē)發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火性能測試儀設計

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的點(diǎn)火系統包括上百種電氣和機械零部件，生產(chǎn)線(xiàn)分布較廣，因此分布式間接監控方式在點(diǎn)火系統的監測與故障診斷系統中得到廣泛應用。發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火性能測試儀通過(guò)測量發(fā)動(dòng)機的閉合角與分火角，對其分電器和點(diǎn)火器性能進(jìn)行分析。

　　閉合角、分火角與點(diǎn)火提前角的關(guān)系

　　閉合角

　　以汽油機四沖程發(fā)動(dòng)機為例，活塞往復四個(gè)單程完成一個(gè)工作周期，四個(gè)沖程包括進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣沖程。在一個(gè)工作循環(huán)中，發(fā)動(dòng)機凸輪軸轉過(guò)一周共360°。

　　在點(diǎn)火系統中，點(diǎn)火線(xiàn)圈初級繞組的電流從截止到導通再到截止這一周期中，多缸發(fā)動(dòng)機每缸所占的凸輪轉角稱(chēng)為閉合角。在一個(gè)完整的工作周期中，初級電流共經(jīng)歷4次由截止到導通再到截止的過(guò)程，產(chǎn)生4個(gè)點(diǎn)火脈沖，4個(gè)汽缸各有一次點(diǎn)火。如圖1所示，四沖程的4缸發(fā)動(dòng)機一個(gè)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次導通的時(shí)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(shí)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(lèi)推。

　　如果閉合角小，閉合時(shí)間短，初級電流增長(cháng)不到需要的數值，會(huì )造成點(diǎn)火能量不足。若閉合角太大，對觸點(diǎn)式點(diǎn)火系統而言，說(shuō)明觸點(diǎn)間隙小，會(huì )使觸點(diǎn)發(fā)生電弧放電，反而減弱了點(diǎn)火能量，不利于正常點(diǎn)火，且觸點(diǎn)閉合時(shí)間過(guò)長(cháng)，初級電流增長(cháng)到最大值以后繼續通電，還會(huì )使點(diǎn)火線(xiàn)圈發(fā)熱。閉合角相同時(shí)，轉速高所占的時(shí)間短，轉速低所占的時(shí)間長(cháng)。閉合角隨轉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(guān)察分火角均勻度是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火性能測試的關(guān)鍵環(huán)節之一。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(lèi)推。

　　點(diǎn)火提前角

　　汽油發(fā)動(dòng)機吸入汽缸中的混合氣，并需要一定時(shí)間燃燒。為使活塞到達上止點(diǎn)時(shí)混合氣已充分燃燒，以達到最大功率，應使火花塞在活塞到達上止點(diǎn)前跳火。從點(diǎn)火開(kāi)始到活塞到達上止點(diǎn)這段時(shí)間曲軸轉過(guò)的角度為點(diǎn)火提前角。 點(diǎn)火過(guò)早，加速時(shí)會(huì )出現爆震，發(fā)出類(lèi)似金屬敲擊的聲音，活塞上行受阻，效率降低，磨損加劇。點(diǎn)火過(guò)遲，氣體做功效率低，則發(fā)動(dòng)機不易起動(dòng)，提速慢，還會(huì )出現排氣管放炮、發(fā)動(dòng)機過(guò)熱的現象。因此，點(diǎn)火過(guò)早或過(guò)遲，都會(huì )影響轉速的提升。

　　影響點(diǎn)火提前角的最大因素是轉速。隨著(zhù)轉速的上升，轉過(guò)同樣角度的時(shí)間會(huì )變短。因此最佳點(diǎn)火提前角可根據發(fā)動(dòng)機閉合角和分火角進(jìn)行調整。調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(shí)現效率最高，振動(dòng)最小，溫升最低。 理論上最小點(diǎn)火提前角為0°，但為了防止在進(jìn)氣行程點(diǎn)燃進(jìn)氣，往往設為5°以上，一般不超過(guò)60°。

　　電路設計

　　點(diǎn)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交流電源轉換成5V直流電提供給其他模塊。測量與控制模塊對點(diǎn)火信號進(jìn)行采集和限幅處理后，輸入單片機89C52進(jìn)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(diǎn)火次序依次顯示角度值。

　　測量和控制模塊設計

　　測量和控制模塊的功能主要由預處理電路和單片機實(shí)現，如圖3所示。預處理電路將輸入的點(diǎn)火信號進(jìn)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(guò)電壓或負電壓。限幅和整形主要由運算放大器集成芯片LM324結合二極管的導通截止特性完成。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(diǎn)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(diǎn)火周期信號頻率較低，因此由信號的邏輯控制計數器的工作，信號輸入端為高電平時(shí)計數，為低電平時(shí)停止計數。通過(guò)軟件設置控制位TR0和GATE均為1，并選擇計數器0工作方式為模式1，則TH0+TL0是否計數取決于INT0引腳的信號，當INT0由0變1 時(shí)，開(kāi)始計數，INT0由1變0時(shí)，停止計數。計數過(guò)程中用查詢(xún)方式測試I／O口P1.0信號的電平，高電平時(shí)，由計數器自動(dòng)計數；測試到低電平時(shí)，表明計數結束，單片機可以取計數值并計算計數結果。這樣，INT0端信號的高電平脈寬可由計數器0計數得出。這種設計方式有效地保證了計數的速度和精度。同樣，INT1端信號的低電平脈寬時(shí)可由計數器1計數得出。計數器0和1的計數值，經(jīng)軟件計算，得出點(diǎn)火的閉合角和分火角，與角度值相應的數據串行輸出，送 LED顯示模塊顯示。