使用【摩托车数据分析仪】进行点火系统的波形识别——有图有真相[长篇连载]

歧管

进入到电脑喷射时代的摩托车，难道还是凸台式的曲轴角度计算？现在的汽车都已经普及的霍尔式曲轴角度了，其实和凸台式的原理都差不多，以前是出现凸台的时候算一个周期，现在是凸台信号消失的时候算一个周期了，但是这样ECU就可以知道每时每刻曲轴都处于什么角度上了。

天之蛟龙

图46
    图46中的电感点火初级和次级波形中，在初级导通的时刻，次级波形上出现了一个幅度很小的震荡电压波形。这是初级线圈导通瞬间磁通量突然改变时对次级线圈的互感电压。这个电压幅度值很小，我们使用分析仪测试到的各种电感点火电路中，这个次级互感电压幅度一般在1000伏左右。

天池山

在电喷摩托车发动机中，对点火提前角的控制项目远远比现在使用的化油器式摩托车发动机多。

因为感觉电喷ECU控制的点火器综合性能不错，所以宁愿转速表不准也不想换回原车点火器。威领双凸台。

天之蛟龙

图47
图47为经过分析仪滤波处理后采集的电容点火高压次级信号波形，高压次级波形的判断基本有4个要点，图中依次标注的A，B，C，D位置。A点代表击穿电压，这是高压电击穿火花塞间隙所需要的电压。在高压点火中，不同于别的线路都是不间断的连接，断开后就无法构成工作回路。高压点火需要火花塞间隙产生的电离火花来点燃混合气工作，火花塞间隙是断开的，只有受到足够的电压电离间隙中的气体才能形成火花，连接中心电极和侧电极构成一个电的工作回路，在这个线路中火花塞间隙间的空气充当了回路的一部分。间隙大小不同，击穿电离需要的电压也不同。一旦电离完成，空气被电离后形成电子流，那么就在火花塞间隙中间建立了一个电子流通道，不再需要很高的电压。B点电压就是在建立电子流通道后的持续电压值，一般称为燃烧电压。（维持高压火花需要的电压）。C点是段时间概念，代表了这段高压火花持续的时间，称为燃烧时间。
点火消耗了高压次级提供的电能，当次级提供的电能不足以维持火花时，高压电离被中断，但电能并没有彻底消耗完全，这点不足以维持电离的剩余高压电能不断在初级线圈和次级线圈中来回进行电磁感应消耗能量，在D点上就出现了逐渐衰减的震荡波形。这个衰减震荡是判断高压包次级线圈的重要波形，在高压包线圈良好的情况下，这个震荡波形不少于3次。
在高压次级波形中需要指出一点，图47的波形是分析仪反相显示出来的波形，实际高压次级波形是负电压上升下降。因为高压次级跳火是使用电子流来工作的，这和我们平时熟悉的电流是两种概念。习惯上人们把正电压的流动方向称为电流方向，电流从正极流向负极。但实际上电子流的方向是从负极流向正极。
由于电子流易于从热的金属表面流向冷的金属表面，火花塞中心电极的温度比侧电极高，因而电子可以较容易的从中心电极向侧电极发射。火花塞间隙处的气体离子化程度更高，穿透电压可以降低，火花塞跳火容易。
所以高压电路中电流方向是从火花塞侧电极到中心电极，而电子流方向是从中心电极到侧电极。侧电极为正极，中心电极为负极。

天之蛟龙

    我们使用分析仪，将高压包的正负极插口位置进行调换，使用衰减倍率为15000:1的高压信号采集器针电容点火和电感点火的高压包进行开路情况下的电压值测试。图48为电容点火时高压包次级输出正电压的波形，图49为电容点火时高压包输出负电压的波形，图50为电感点火时高压包输出正电压的波形，图51为电感点火时高压包输出负电压的波形。
图48
图49
图50
图51
    从波形测试数据中可以看到，当高压包次级输出为负电压时，开路电压值均高于输出为正电压时。这是因为高压包中次级电流的流动方向不同造成的，在高压包次级输出为正电压时，次级电流的基本流动方向为：次级线圈→火花塞中心电极→火花塞侧电极→搭铁→回到次级线圈。
    在高压包次级输出为负电压时，次级电流的基本流动方向为：次级线圈→初级线圈→搭铁→火花塞侧电极→火花塞中心电极→回到二次线圈。从次级电流的流动方向上可以看到，当火花塞中心电极为负电极时，这种工作方式使次级回路中串入初级线圈，次级电压为次级线圈的互感电动势和初级线圈的自感电动势的叠加。两个线圈电动势比单独一个线圈的电动势高，次级的开路状态下电压也就提高。高电压即有利于火花塞击穿跳火，同时也满足了电子流流动方向的需要。所以摩托车发动机都使用高压包输出电压为负极的点火工作方式。

天之蛟龙

    A点的击穿电压在不同的工作冲程，电压高低不相同。如图52
图52
    在摩托车发动机的运转点火中，连续次级波形击穿电压的高低是因为每次点火时的发动机运转位置不同造成。压缩冲程时气缸内可燃混合气被压缩，压力增大提高，火花塞间隙需要一个高的击穿电压才能电离空气形成电子流跳火。在排气冲程点位置时排气门开启，气缸内压力相比压缩冲程时降低很多，击穿火花塞间隙的电压就不需要太高。

摩友；病鹿

好时代,好技术.顶

天之蛟龙

    实际测试中我们进行过压力对于高压电击穿火花塞间隙的实验，得到的数据进一步证明了这个高低的击穿电压变化是因为点火时气缸内冲程位置不同压力不同造成的。
图53
    图53是实验时的采集高压信号方式，将火花塞安装在一个可以连接进气泵管路内的插接座上，使火花塞处在一个密封的压力环境中。火花塞间隙调整到常规的0.7毫米，高压帽使用6K欧姆，为了把连接插座和整个点火电路构成工作回路，我们在火花塞安装孔上加装了一段搭铁线路，将测试接座和整个线路沟通。然后开启气泵，将压力加到0.8Mpa后停止气泵工作。外接一个触发信号使点火电路工作开始高压跳火，从这个压力开始每降低0.05Mpa压力时记录一次测试数据。

天之蛟龙

最近有点忙，不定期更新。

天之蛟龙

（表中压力对应的公斤压力数据为近似值，取小数点后两位数，四舍五入。）表格1

测试压力M pa	测试压力换算的公斤压力数kg/cm2	高压信号采集器反馈电压值V	反馈电压值换算出的实际电压值V
0.8	8.16	5.2	26000
0.75	7.65	5.05	25250
0.7	7.14	4.8	24000
0.65	6.63	4.52	22600
0.6	6.12	4.2	21000
0.55	5.61	3.88	19400
0.5	5.10	3.44	17200
0.45	4.59	3.08	15400
0.4	4.08	2.56	12800
0.35	3.57	2.26	11300
0.3	3.06	2.04	10200
0.25	2.55	1.86	9300
0.2	2.04	1.58	7900
0.15	1.53	1.34	6700
0.1	1.02	1.12	5600
0.05	0.51	0.9	4500
常态大气压	常态大气压	0.74	3700

通过表格1可以看到，随着火花塞间隙中空气压力的降低，击穿跳火的电压也降低。常态大气压下高压电离空气的数值是3000伏/毫米，虽然测试时火花塞间隙为0.7毫米，但我们为了使测量数据更符合摩托车使用的实际情况，使用了电阻高压帽，这个电阻值加高了击穿所需要的电压。在实车测试中，高压帽的电阻值大小也是会影响到次级击穿电压的大小。

骑士哥哥

学习了，楼主好贴，赞一个

天之蛟龙

    图47中A点的击穿电压，在间隙不同的火花塞中，差距也很大，我们使用分析仪针对火花塞间隙对击穿电压的影响也进行过测试。在同一台发动机上，将火花塞间隙调整到不同位置，怠速状态下击穿电压同步的产生了变化，如图54间隙0.3毫米，图55间隙0.5毫米，图56间隙0.7毫米，图57间隙1.5毫米。
图54
图55
图56
图57
    可以看到，火花塞间隙对击穿电压的影响是比较大的。因为火花塞间隙加大，要电离间隙中的气体就需要更高的电压，反馈到次级波形中，成为一个高击穿电压。击穿电压实际就是高压电能量从高压包中通过高压线，高压帽，火花塞间隙，这段过程中要构成工作回路所要克服的总体电阻量大小的反馈电压。使用碳芯电阻高压线，电阻值不同的高压帽，电阻火花塞，这些都会引起击穿电压相对升高。

天之蛟龙

火花塞的击穿电压高低除了间隙外，与火花塞的状况，燃烧室压力，混合气浓度这些都有关系。火花跳火在中心电极是锐边的时候比圆边容易，使用新旧不同的火花塞，在同样情况下旧火花塞的击穿电压要高些。混合气越稀，击穿电压越高。因为稀混合气时火花塞间隙击穿跳火需要的电压比浓混合气时更高。

天之蛟龙

    图47中的B点燃烧电压高低在摩托车发动机实际工作中，和气缸内压力，混合气浓度有关。C点燃烧时间在使用不同的点火器和高压包情况下，在电容点火中持续时间都不相同。

天之蛟龙

图58
图59
图60
图61
    我们在使用不同高压包的电容点火电路中进行过分析仪的次级燃烧时间测试。如图58使用普通电容点火铁芯高压包，图59使用电感点火的铁芯高压包，图60为电容点火铁芯高压包的燃烧时间，54us左右。图61为电感点火使用的闭磁路铁芯高压包的燃烧时间，180us。可以看到这2种高压包的次级高压信号波形完全相同，但燃烧时间不同，电感高压包的燃烧时间超过电容高压包的3倍。
    电容点火的次级燃烧时间很短，我们测试过多款点火器和高压包，正常燃烧时间的差异不到200us（0.2ms），所以很少有对电容点火燃烧时间的解释文章。
    电感点火的高压次级信号波形，在很多书籍资料中，对燃烧时间的长短解释基本都描述为：燃烧时间的长短表明气缸内混合气的浓与稀，燃烧时间过长（通常超过2ms）表示混合气过浓；燃烧时间过短（通常少于0.75ms）表示混合气过稀。
这个基本概念的描述是不正确的，并没有在理论角度上说明燃烧电压的持续时间问题，而且对于混合气对燃烧时间的影响也存在表达错误。我们使用分析仪，针对电感点火的燃烧线时间长短问题做了很多实验。最后发现决定燃烧时间长短的因素是高压电能总体量的表现。
    在前段高压包提供的高压电能基本是个定值的情况下，击穿后高压包内剩余能量多，维持火花塞间隙间电子流的时间就长，击穿后高压包内剩余能量减少，维持火花塞间隙间电子流的时间就短。击穿电压高低不同，消耗的电能也不同。在剩余电能不同的情况下，所能维持的燃烧线时间也不相同。
    在前段高压包提供的高压电能是个可以改变值的情况下，同样的击穿工作情况中，因为提供的高压电能在变化，燃烧线持续时间也随着变化。