点火正时仪测试方法研究探讨

林飞振，钟文斌

（广州市计量检测技术研究院，广东 广州 510030）

1 引 言

汽车工业作为我国的支柱产业之一，是推动社会经济发展的重要组成部分。从世界先进工业国家的发展经验可知，汽车工业的发展必然会带动和促进其他行业的发展，例如钢铁、有色金属、橡胶、石油、化工、电子及玻璃等许多工业。而且汽车工业的发展和汽车保有量的大幅度增加也会迫使道路建设加速，进而促使水泥、建筑及相应行业的迅速发展。我国汽车产量在2008年已超过了950万辆，汽车保有量也从1995年的550万辆，发展到2009年初的5000万辆。高速发展的汽车工业，给相关的汽车检测手段、方法提出了新的要求。点火正时仪是汽车发动机性能试验的重要检测设备。其检测量值的准确和统一、量值传递体系及测试标准装置的稳定可靠就尤为重要。为此，对点火正时仪的测试方法进行研究，目的是在保证量值传递准确的前提下，使测试方法和测试标准装置更可靠、更稳定和使用方便。

2 点火正时仪的使用要求和原理

2.1 点火正时仪的必要性

点火系统是按发动机气缸的工作顺序进行点火，最佳的点火时刻使发动机获得最大功率和最小的燃料消耗，在发动机气缸内，从开始点火到完全燃烧需要一定的时间（约千分之几秒），为了使发动机发出最大的功率，点火时刻不应在压缩行程终了，而应适当提前。

点火时刻是用点火提前角来表示的。点火提前角是指从火花塞电极间跳火开始，到活塞运行至上止点时的一段时间内曲轴所转过的角度。如果点火过迟，在活塞到达上止点时才点火，则活塞下行时混合气才燃烧，即燃烧是在容积增大时情况下进行，从而使气缸中压力降低，发动机功率下降，同时由于炽热的气体与气缸壁的接触面积增大，热损失增大，导致发动机过热，油耗增大。如果点火过早，则燃烧完全在压缩过程中进行，气缸内压力急剧上升，在活塞到达上止点前即达到最大压力，给正在上升的活塞一个很大的阻力，不仅使发动机功率下降，油耗增加，还会引起爆燃。点火正时仪主要用于点火提前角的测量。它的量值的准确性，是发动机点火时刻和运行的重要保证。不同发动机的最佳点火角各不相同，表1是一些车型的点火提前角的具体参数。

表1 各车型点火提前角参数表

2.2 点火正时仪测量原理

点火正时仪由传感器、信号调理模块、闪光装置组成，传感器包括电流钳、屏蔽接线盒，信号调理模块由衰减器、比较器、触发器等电路组成，闪光装置由变压器、触发线圈、可控硅和闪光管等组成。点火信号从高压缸位线通过磁感应线圈传感器获得，传感器信号经过信号调理模块进行增益或衰减、滤波、整形等处理后，再送入闪光装置进行检测，然后闪光装置将闪光作为指示，使测试者能够观察到发动机点火正时转动标记相对于固定标记的位置。点火正时仪对点火提前角检测原理如图1所示。

图1 点火正时仪测量原理图

点火正时仪的技术要求:发动机转速示值误差不超过±1.0%，点火提前角示值误差不超过±1°，具体技术要求如表2。

表2 点火正时仪技术参数表

3 标准测试装置测量原理和结果分析

3.1 标准测试装置的工作原理

标准测试装置模拟机动车发动机点火系统，通过标准脉冲发生器产生标准的转速信号，经过比较分析显示为标准转速，同时输出电脉冲信号。设置光电接受器窗口，接收光脉冲信号，经过反馈比较分析，并在标准测试装置上显示提前角。它能设置汽车缸数、设置转速、提供点火高压输出、显示点火提前角，可为点火正时仪的检测提供信号源，模拟闪光法对点火正时仪进行测试，它的转速指标能满足实际机动车正常转速范围，采用精密集成电路，具有稳定的频率。标准测试装置工作原理如图2所示。

图2 标准装置图

使用标准测试装置对点火正时仪的一般操作步骤如下：首先在标准测试装置上设定特定的转速，并且进入闪光法测试点火提前角状态，然后点火正时仪连接12V直流电源，将标准缸的传感器串接在标准测试装置的点火高压线上，将标准测试装置的转速固定设置在低速（600 r/min）上，使点火正时仪的闪光灯对准标准测试装置的闪光输入窗口（此处模拟现实中闪光灯对准发动机飞轮的上止点），打开点火正时仪开关，并且进入点火提前角测试状态，调节点火正时仪上的旋钮，使之显示特定的点火提前角，同时使点火正时仪的闪光对准闪光输入口，启动标准测试装置点火开关，即可在标准测试装置上读出在该转速下的点火提前角，然后与点火正时仪设置的点火提前角进行比对，可得出点火正时仪的测量示值误差和示值重复性。以同样的方法可以测试点火正时仪的中、高速的提前角。具体的点火正时仪的特定转速对应的提前角的要求如表3。

表3 转速对应提前角参数表

同样，在标准测试装置上设定发动机的缸数，设定特定的转速，例如 600r/min、1200r/min、2400r/min、4800r/min等，然后在点火正时仪的面板上切换至检测发动机转速的工作的状态，启动标准测试装置的点火开关，即可在点火正时仪上显示出测试的转速值，并与标准测试装置的标准数比对，得出示值误差和示值重复性。标准测试装置的主要技术指标如表4所示。

表4 标准装置技术指标表

3.2 测试数据和结果分析

为验证标准测试装置的稳定性和很好的重复性，特地使用标准测试装置对两个不同的点火正时仪进行测试（两个点火正时仪都没经过标准装置测试和标定过）。首先使用标准测试装置对一个点火正时仪A进行测试，分别在低、中、高的转速下进行点火提前角的测试，其具体测试数据如表5。

使用标准测试装置对一个点火正时仪B进行测试，分别在低、中、高的转速下进行点火提前角的测试，其具体测试数据如表6。

使用点火正时仪A和B分别对一部出厂检验合格车型的点火提前角进行的测试结果如表7。

从测试结果可以知道，标准测试装置能正确地对点火正时仪点火提前角进行测试，并能保证测试结果的一致性和稳定性。同样地使用经过标准测试装置测试并符合要求的点火正时仪A和已标定过的转速表C对同一台在测功机台架上进行性能试验的发动机进行测试，测试结果的一致性也能满足要求，如表8。

表5 点火正时仪A测试数据表

表6 点火正时仪B测试数据表

表7 对某车型测试数据表

3.3 测试结果的不确定度分析

标准测试装置对点火正时仪进行提前角测试的不确定度输入量的来源主要是：点火正时仪示值的误差产生的不确定度u1，点火正时仪示值测量重复性产生的不确定度u2和标准测试装置产生的不确定度u3，输出量的标准不确定度分量见表9。

表9 不确定度分量表

由于各标准不确定度分量相互无关，故：

按置信概率p=0.95，取kp=2

故点火正时仪提前角测量结果的扩展不确定度应当为：

4 结束语

点火正时仪经过标准测试装置测试及实验数据比对验证，该测试方法完全能满足对点火正时仪测试的要求，标准测试装置同时解决了使用高一级标准器对点火正时仪测试溯源的问题。点火正时仪标准测试装置技术参数合理，为技术监督部门和汽车行业提供了手段和方法，对开展测试点火正时仪具有重要的现实意义。

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