汽油机点火系统次级高压测量系统毕业设计.doc

内 容 摘 要汽油机点火系统是点燃式发动机为了正常工作，按照各缸点火次序，定时地供给火花塞以足够高能量的高压电(大约1500030000V)，使火花塞产生足够强的火花，点燃可燃混合气。点火系统对汽油机是十分重要的组成部分，由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。点火系统通常分为传统点火系统和电子点火系统。点火系统的点火时刻一般用点火提前角来表示，即从发出电火花开始到活塞到达上止点为止的一段时间内曲轴转过的角度。点火提前角是影响汽油机性能的最重要参数之一，点火的过早或过迟都会直接影响到汽油机的经济性和动力性。研究点火系统次级高压与汽油机性能之间的关系，首先应该对次级高电压进行准确测量。测量方案可以分为直接测量和分压式测量，而分压式测量又分为电阻分压器、电容分压器和阻容分压器。本文采用结构简单、成本较低的电阻分压器来实现次级高电压的测量。本课题是基于摩托车电控燃油喷射技术所研究的点火系统次级高压测量系统，与现有的点火高压测量系统相比具有成本低、体积小，便携等优点，在摩托车电控系统、维修服务中的故障诊断以及生产过程中的质量监测等领域都具有比较广泛的应用前景。 关键词：摩托车点火系统；次级高压测量系统；点火提前角;电阻分压器The Gasoline Engine Ignition System Subprime High-pressure Measurement SystemAuthor :Wang Li-sheng Tutor:Liu Shun-xinAbstractThe gasoline engine ignition system is lit type engine to work normally, according to each cylinder ignition timing sequence, with sufficient supply of high-energy spark plug (about 15,000 30000V high-tension electricity generated), make the spark plug, lit the spark of strong enough mixture.Ignition system on the engine is very important constituent, by b atteries, generators, distributor, ignition coil and spark plugs etc. The ignition system usually divided into traditional ignition systems and electronic ignition system. Ignition system ignition moment general use advanced ignition Angle to say, namely from start to send edm BDC piston reached a period of time so the Angle of crankshaft turned. Advanced ignition Angle is the most important influence the engine performance, one of the parameters of the kindle too early or too late will directly affect the economy and engine performance.Research ignition system subprime high pressure and the relationship between the engine performance, should first to subprime high voltage measured accurately. Survey scheme can be divided into direct measurement and differential pressure, and points of measuring pressure type measuring and divided into resistance bleeder, capacitance bleeder and resistance let bleeder. This paper USES a simple, low-cost resistance to achieve subprime high voltage divider measurements.This topic is based on the motorcycle electronic-control fuel injection technology research in the ignition system subprime high-pressure measurement system, and the existing ignition high-pressure measurement system compared with low cost, small volume, portable wait for an advantage, on motorcycles electronic control system, the fault diagnosis and maintenance service process of production quality monitoring, etc have broad application prospect.KEY WORDS:Motorcycle ignition system; Subprime high-pressure measurement system; Advanced ignition Angle; Resistance bleeder目 录绪 论1第一章 摩托车发展前景分析21.1 摩托车的发展状况21.2 解决摩托车排放的技术21.3 汽油机稀燃技术31.4 本课题研究的内容4第二章 汽油机的点火系统52.1 点火系统组成52.2 汽油机对点火系统的要求52.3 点火系统的发展现状及趋势62.4 摩托车电子喷射系统72.5 点火电压对汽油机性能的影响8第三章 汽油机点火系统高压测量方案93.1 高压测量方法93.2 点火系统高压测量的认识133.3 点火系统电压测量方法14第四章 电阻分压器的设计174.1 电阻分压器分析174.2 电阻分压器设计18第五章 汽油机点火电压测量系统的抗干扰设计215.1 抗干扰设计概述215.2 汽油机点火系统高压测量有关干扰源255.3 汽油机点火系统高压测量系统的硬件抗干扰设计255.4 汽油机点火系统高压测量系统的软件抗干扰设计27第六章 测量结果及分析30第七章 总 结32致 谢33参考文献34汽油机点火系统次级高压测量系统090697228 王利生 指导教师：刘顺新 讲师绪 论自1885年德国戴姆勒发明制造出世界上第一辆以汽油发动机为动力的摩托车以来，摩托车的发展已经历了100多年的沧桑巨变。我国是世界第一摩托车生产和消费大国，目前年产量接近3000万辆，占全世界总产量的一半以上。全国摩托车保有量达9千万辆。但是我国摩托车制造业大而不强的特点比较突出，产品技术水平低、污染重、能耗高，摩托车的使用造成了较为严重的环境污染问题。据测算，目前摩托车单车排放污染物负荷是同期生产的汽车的数倍。由于没有采用燃油蒸发控制措施，全国每年通过摩托车蒸发掉的汽油有30万吨，不仅污染了环境，而且造成了能源的浪费。摩托车污染是促使国内许多城市采取禁摩或限摩措施的重要原因。摩托车污染问题已经成为制约行业健康发展的重要因素，亟待解决。近年来，我国摩托车行业竞争激烈，市场饱和，自从我国颁布新的排放法规，并已经开始实施，使行业的压力越来越大，对摩托车的排放和经济性都提出了更高的要求。金融危机后，中国摩托车正经历着史上最艰难的内外环境：出口大幅萎缩。2008年，中国3000万摩托车产量，有一半销往海外，到2009年，出口锐减为600万辆。摩托车行业面临着巨大的考验，其最主要的压力来自于严格的排放法规。据了解，国标准是环保总局于2005年4月15日批准颁布的。按照国标准要求，自2007年7月1日起，所有新定型轻型车必须符合标准中规定的型式核准排放限值的要求，并停止对仅达到国标准轻型车的型式核准，自2008年7月1日起，全面停止仅达到国标准轻型车的销售和注册登记。国，对传统摩托车尾气排放污染物提出严格的技术要求，迫使生产企业在发动机、供油系统等方面不得不进行的技术革新，它于2010年7月1日在全行业实施。国的出台，被业内人士认为因地方阻力晚了三年，艰难而出。第一章 摩托车发展前景分析1.1 摩托车的发展状况从制造到创造，一直是以摩托车为代表的中国机电产品之痛。从1993年以来，中国摩托车产销量已连续17年为世界第一。摩托车已成为中国最具全球化特点的机电产品。在中小排量摩托车制造领域，中国的产品水平已和摩托车生产强国的水平相当。然而，我们的利润却相当低。2008年，中国产摩托车2750万辆，占全球总量的60%，利润才3亿元，平均单台利润11元，行业利润率为2.7%。利润主要靠国家出口退税来保证，中国摩托车是原材料+廉价劳动力成本，没有从根本上摆脱粗放型的增长方式。1.2 解决摩托车排放的技术排放控制技术的选择不仅要考虑采用该技术后排放下降满足法规的可能性 ,而且还要考虑:(1)该技术对车辆性能的影响:包括起动性能、驾驶性能、噪声、振动及车辆外型等。(2)车辆及排放控制系统的耐久性。(3)生产上的变化及费用的增加。(4)当地零部件供应的可行性和市场接受的可能性。最终的目标是要找出充分证实有效可行的措施并且费用增加最少。四种可供选择的排放控制技术：1.优化点火系统传统的真空和离心装置只能随转速 、负荷变化对点火提前角做近似控制,没有考虑到影响点火提前角的其他因素,如缸体温度 ,空燃比 ,燃料辛烷值等。采用无触点点火器的点火系统可使摩托车的点火提前角根据发动机的工况不同进行自动调节,能有效地改善燃烧 ,降低排放。近来,由于数字化技术的不断发展 ,出现了有微机控制的点火系统,它将发动机转速、负荷等参数输入到微处理器中经数字处理后使点火提前角随参数变化自动调整到最佳状态。因此，优化点火系统能大幅度降低燃油消耗和污染物的排放量。2.电控燃油喷射系统电控燃油喷射系统是摩托车汽油机机内净化和油耗控制的核心技术之一 ,是通过欧排放法规的有效解决方案。其特点是可提供给发动机具有精确空燃比的可燃混合气 , 同时改变点火提前角,保证点火可靠，达到改善发动机燃烧过程的目的。在我国摩托车技术市场中,电喷系统的应用除了技术的先进性外 ,还必须充分考虑其制造成本 、可靠性以及保养维修的便利性等多方面因素。3催化转化技术采用闭环控制的三元催化装置，该方案是目前在汽车领域运用的最成功的方法，可使、等排放物减少80%90%。但要求空燃比在14.7左右，精度要求高。其成本高，控制精度高，油耗高，以及摩托车别于汽车的特殊性，加大了控制难度。4.稀燃技术稀薄燃烧指的是发动机在实际空燃比大于理论空燃比的情况下的燃烧，可以使燃料的燃烧更加完全，同时，辅以相应的排放控制措施，汽油机的有害排放物 、呈数量级降低，且稀燃时燃烧室内的主要成分、的比热较小，多变指数较高，因而发动机的热效率高，成本大幅度降低，油耗大幅度降低，燃油经济性好。因此，为了降低油耗和减少污染，应当尽量使用空燃比大的稀混合气，只在需要时才提供浓混合气，稀薄燃烧已为当今多数汽油发动机采用。经过以上分析比较，解决摩托车排放使其达到国和欧标准的最有效措施是采用稀燃技术。1.3 汽油机稀燃技术稀薄燃烧技术是发动机节能和降低排放的有效措施。汽油机稀薄燃烧技术，就是改进汽油机燃油经济性的重要手段。稀薄燃烧具有许多优点。在燃油经济性方面 ,稀燃发动机空燃比大 ,燃烧循环更接近定容循环 ,因此其热效率较高 ,燃油经济性好。由于稀燃混合气燃烧温度低 ,燃烧产物的离解损失减小 ,并且降低了与气缸壁面的传热 ,也使热效率得以提高。稀燃发动机一般不受到高负荷时的爆燃极限的限制 ,可以采用较高压缩比 ,这也有利于热效率的提高。当采用稀薄混合气燃烧时 ,由于进入缸内空气量增加 ,减小了泵吸损失 ,这对火花点火发动机部分负荷经济性的改善是很明显的 ,同时也可以采用变质调节 ,不用节气门或是小节流 ,这样会大大减小泵吸损失 ,特别有利于改进发动机部分负荷性能。对发动机排放方面 ,随着空燃比的增加 ,由于采用稀的混合气使燃烧温度降低，的排放明显减少,同时燃烧产物中的氧成分有利于的氧化 。因此，的排放也减小 。稀薄燃烧技术会受到着火稳定性和燃烧反应速率降低的限制。为了保证燃烧的稳定性, 稀燃汽油机对进气涡流的组织、喷油定时和各工况下的空燃比控制准确，瞬态响应快。因此，稀燃汽油机必须采用电控燃油喷射技术。电控燃油系统由传感器、控制器(ECU)和执行机构组成, 对发动机的控制包含循环喷油量控制和点火提前角控制，包括电控喷油和电控点火，其中点火系统就是最重要的内容之一。点火系统在汽油机中起着十分重要的作用。点火系统的参数对汽油机的正常运行有很大的影响。点火电压是点火系统的重要参数之一，如果点火电压过大，就会造成能量的浪费，同时还会引起点火线圈过热，致使点火线圈的电阻的发生变化，影响点火系统的正常工作，进而影响到汽油机的正常运行。如果点火电压过低，则无法实现点火，就会导致发动机失火，致使发动机无法正常工作，并且导致汽油机排放和油耗升高。因此点火系统次级高压的测量具有重要意义。1.4 本课题研究的内容目前，国内外的研究成果主要集中在对点火提前角和点火能量对汽油机性能和排放的影响，而对于点火电压波形对汽油机性能和排放的影响则很少研究。点火电压的波形对燃烧过程有一定的影响，进而影响汽油机性能和排放。若研究点火系统次级高压与汽油机性能之间的关系，首先应该对次级高电压进行准确测量。本课题研究的内容有以下几方面：1.点火系统次级高压测量方案分析确定。2.点火系统次级高压测量原理。3.点火系统次级高压测量的干扰及抑制。第二章 汽油机的点火系统2.1 点火系统组成点火系统通常由电源、点火线圈、分电器（包括断电器）和火花塞等组成。其中电源、断电器和点火线圈的初级线圈构成低压电路部分；点火线圈的次级线圈、分电器和火花塞构成高压电路部分。下图为汽油机电控点火系统简图。图2-1 汽油机电控点火系统原理图2.2 汽油机对点火系统的要求为了保证可靠并准确地在汽油机地各种工况下点火，点火系统必须满足以下要求：1.提供足够高的次级电压，以击穿火花塞二电极之间的空气间隙。 能使火花塞跳火的电压称为击穿电压。起动时需要击穿电压最高为17kv左右。为了点火可靠，通常点火系统的次级电压大于击穿电压。现代汽油机中大多数的点火系统都能提供20kv以上的次级电压。 2.火花要有足够的能量。火花的能量不仅和点火电压有关，而且还和火花电流和火花的持续时间有关，点火能量越大，着火性能越好。在汽油机起动、怠速及急加速等情况下要求有更高的点火能量。一般无触点磁电机的点火能量在几十毫焦左右。3.点火系统应按汽油机的点火顺序并以最佳时刻(点火提前角) 进行点火。最佳点火提前角是由汽油机的动力性、经济性和排放性能要求共同确定的。 4.当需要进行爆震控制时，能使点火提前角推迟。2.3 点火系统的发展现状及趋势燃油摩托车的动力来自汽油机气缸内可燃混合气的燃烧，而燃烧的完善与否直接影响到汽油机输出的驱动动力。良好的燃烧必须具备以下三个条件，即良好的混合气、充分的压缩和最佳的点火。其中，点火包括点火时刻和点火能量，它们是由点火系统来完成的。汽油机点火系统的分类方法很多，按有无触点可分为有触点点火系统和无触点点火系统;按供电方式可分为蓄电池点火系统和磁电机点火系统;按放电方式可分为电容放电式点火系统和电感放电式点火系统;按点火时刻控制方式可分为模拟式点火系统和数字式点火系统;按控制点火线圈初级电流的主要元件可分为可控硅点火系统和晶体管点火系统等等。在描述汽油机点火系统时，我们通常把按不同方法分类的特点组合起来，如目前最常见的无触点磁电机式电容放电点火系统和无触点蓄电池式晶体管点火系统等等。随着汽车、摩托车工业的迅速发展，汽油机点火系统的技术水平也得到了很大的提高。首先它经历了从有触点点火系统到目前普遍使用的无触点点火系统的历史性技术革新。因为在有触点点火系统中，其触点因机油污损或磨损等原因常引起触点接触不良和导电困难等故障，可靠性差，所以需要进行经常性的检查和保养，到了使用周期后应该更换新品，十分不便。这无疑也制约着汽车、摩托车无故障里程数的提高。无触点点火系统则克服了这个缺点，它是通过触发线圈获取的触发电流来控制晶体管或可控硅的动作，从而切断点火线圈的初级电流。无触点点火系统无需保养，成本不高，技术上也不复杂，所以很快被推广使用。现在的汽油机点火系统几乎全部都使用这种无触点点火系统。无触点点火系统的出现是摩托车点火系统的一次革新，也为目前常用的晶体管点火器、电容放电点火器以及目前推广的数字式点火器的开发成功奠定了基础。电容放电式点火系统(CDI)无触点磁电机电容放电点火系统的出现基本上满足了二冲程和中小排量四冲程汽油机的点火要求。该系统采用磁电机发出的电流为电容充电，由于电容放电能产生强大的电火花，而且次级电流上升快，对高速汽油机十分有利，而且也有利于防止火花塞污损。这些特点与二冲程汽油机的特殊要求极其吻合，所以高性能二冲程汽油机大多使用这种点火方式。由于这类点火系统结构简单、工作可靠，我国又能自己生产，所以，我国生产的摩托车(不管是二冲程还是四冲程)绝大部分都采用了这类点火系统。 电容放电点火系统中点燃火花强，但放电时间短，这样，在汽油机低速或混合气较稀时就不易点燃混合气。另外，磁电机方式的固有缺点是低速时电流弱、点火能量小。所以，高性能大排量的四冲程汽油机大多采用无触点蓄电池式晶体管点火系统。晶体管点火系统 无触点蓄电池式晶体管点火系统采用蓄电池供电，利用晶体管的导通和截止特性，在需要点火时瞬间地切断点火线圈的初级电流，从而在次线线圈上感应产生出高电压，由此在火花塞得到很强的电火花。晶体管点火器的点火性能稳定，火花强，放电时间相对较长，而且在发动机转速较低时也能保证可靠点火。在该系统中，磁电机发出的三相交流电经过整流调压器向蓄电池充电，这样可以充分利用磁电机产生的电能。国外的中大排量四冲程汽油机基本上采用这类点火系统。我国生产的一些高性能四冲程汽油机也采用了这种点火系统。模拟式点火器 上述两大类点火系统的技术发展主要体现在点火器上，而点火器的技术进步又主要体现在点火提前角的控制上。简单的点火器主要依靠触发线圈发出的触发信号随磁电机转速的升高而迅速提前的特性来控制点火提前角。这种点火器被称为第一代点火器。尽管这种提前特性可以通这调整电路和和元件参数略作改变，但可改变的范围及灵活性都有很有限，其点火特性与汽油机的最佳点火提前角规律相差甚远，汽油机的性能潜力还远没有被很好地挖掘出来。第一代点火器主要被用于二冲程汽油机上，由于经结构简单、成本低廉，至今还被广泛地使用。2.4 摩托车电子喷射系统电控燃油喷射系统是发动机机内净化和控制油耗的核心技术,它可根据发动机的不同工况精确控制可燃混合气的空燃比 ,同时调整点火正时 ,以达到优化发动机燃烧过程 、降低排放和燃油消耗的，使发动机的排放特性、燃油经济性和动力性均达到最佳匹配。采用电控燃油喷射技术遂步替代化油器是摩托车发动机生产的发展趋势。本文是针对摩托车电控汽油机为研究对象，简单介绍一下摩托车的电子喷射系统。电子喷射系统是利用各种传感器感应采集的信号，将其送入到电子控制单元(ECU)中，根据发动机的各种工况的实际需要来控制喷油量，通常采用间歇方式来喷油，混合气的空燃比由电子控制单元控制电磁喷油器线圈通电时间的长短，控制喷入进气管的燃油数量，与吸入的空气混合后进入气缸内燃烧产生动力。电子燃油喷射系统由输入装置、执行机构和ECU三部分组成 ,采用气道电控汽油喷射闭环控制技术方案 ,通过节气门开度和发动机转速来确定电喷发动机的运行工况。在电子喷射系统中，单片机采集节气门传感器、氧传感器的信号，根据其信号的大小调节发动机点火时刻和喷油量的大小及喷油时刻，使发动机工作在理想工况。实现了在发动机在不同工况条件下对混合气空燃比和点火时刻的精确控制 ,使发动机燃烧充分 ,达到有效降低排放和燃油消耗的目的。电喷系统根据发动机的MAP图供油和点火，优点是除能满足严格的排放要求外，还使动力性能、冷起动性能均非常高，减速断油很容易实现。2.5 点火电压对汽油机性能的影响点火参数在汽油机中有着十分重要的作用。点火电压是点火系统的重要参数之一，点火系统通过在火花塞上施加十几到几十千伏的脉冲高压，击穿绝缘间隙形成火花放电，从而点燃汽缸中的混合气体，推动活塞而使之工作的。如果点火电压过大，就会造成能量的浪费，同时还会引起点火线圈过热，致使点火线圈的电阻的发生变化，影响点火系统的正常工作，进而影响到汽油机的正常运行。如果点火电压过低，则无法实现点火，就会导致发动机失火，致使发动机无法正常工作，并且导致汽油机排放和油耗升高。所以，通过实验测试的方法定量的研究汽油发动机点火系的技术特性，特别是点火系统次级高压测量的研究对改善汽油机的动力学特性，保证点火系器件质量，降低油耗和减少环境污染都是非常重要的。第三章 汽油机点火系统高压测量方案3.1 高压测量方法高压测量的方法有：直接测量、分压式测量等。一、直接测量法一般测量高压时,由于受普通万用表量程的限制,要利用万用表直接测量高压，即扩大电压挡量程,可采用如图 3-1（a）的电阻分压原理。 （a） (b)图3-1 电阻分压原理由图3-1知 即： (3-1)根据上述电路原理，现介绍以下方法：利用万用表内阻作，如图3-1（b）所示，方法是在测量电压时看万用表上电压挡位（一般用最高电压挡位） 的灵敏度,例如500型万用表电压挡灵敏度标明直流为20， 交流为4：则测直流电压时，测交流电压时，。于是，根据（3-1）式有，若量程扩大为N倍，则; 例如，为了将测量值放大20倍（500量程变为），则对于 500万用表的话有：。这样大阻值的电阻不容易找，可以采用几个电阻串联的方式，几个电阻串联还可以防止电阻体表面刻槽间跳火。为了安全起见，可以将密封在一个绝缘良好的筒体中（如取出笔芯的塑料杆圆珠笔），筒体内部用玻璃胶等绝缘物填充，筒体的头部是一个金属探针，探针另一端连接的一端，另一端通过筒体尾部引出一根线接万用表F端，构成一个高压测试表笔。但这种方法的缺点有两个，一是为了测量数万伏的高压，必须将量程扩大上百倍，此时，要求的阻值会很大，元件寻找困难；二是不同的万用表，内阻可能不同。二、分压式测量法高压测量时需将高压转换为低压，而分压式测量时分压器是其重要的一部分，其作用是将高电压转换成数字转换器所能处理的低电压,分压性能的好坏直接影响测试系统的整体性能。分压器可分为电阻分压器、电容分压器和阻容分压器。1.电阻分压器以电力系统中电压信号测量为例介绍电阻分压器。目前电力系统电压信号的采集，大多采用电磁式电压互感器和电容式分压器。由于电磁式电压互感器带有电感绕组和磁性材料,其测量范围受铁心磁饱和的限制,传输频带不够宽,作为感性元件,存在铁磁谐振的可能,可靠性差。而电容式分压器属于容性元件,可能与系统中的感性元件形成谐振,出现过电压,危及设备及系统的正常运行。电压传感器采用电阻分压器原理,不存在铁磁谐振，克服了铁心磁饱和的缺点,不再有负荷分担,短路和开路都是允许的,具有较高的可靠性。与传统的电磁式互感器相比,具有体积小、重量轻、结构简单、传输频带宽,无谐振点等优点,一个分压器就能满足测量和保护的要求。由于没有谐振问题, 其性能优于电容式分压器。针对10kv电压等级的电阻分压器。该电压传感器的原理如图3-2所示。其中高压臂电阻,和低压臂电阻组成电阻式分压器,以获取电压信号。为防止低压部分出现过电压 ,以保护二次侧测量装置 ,须在低压电阻上加装一个放电管或稳压管S,使其放电电压恰好略小于或等于低压侧允许的最大电压。其中为高压侧输入电压,为低压侧输出电压。为了使电子电路不影响分压器的分压比,在二次侧加设跟随器,它是比例为1的放大器 ,输入阻抗大。由于电网上可能出现雷电冲击和操作冲击,一般的单片机速度跟不上, 必须用高速的DSP(数字信号处理器)才能实现。信号经 DSP处理后,一路用于测量显示,另一路将控制信号发送给断路器等电气设备。图3-2 电压传感器原理图电阻分压器误差来源：由于分压器存在对地杂散电容 , 杂散电容是由于分压器与其周围处于地电位的物体之间存在固有电场引起的。漏电流从对地杂散电容中流过，使得沿分压器的电压呈非线性分布，因而造成测量误差。对地杂散电容存在，使得沿分压器各点电压分布不均,从而产生幅值误差和相角误差。同时，分压器高压引线和高压端对分压器本体之间也存在杂散电容。虽然其电容值比对地电容小得多，但从高压端流向分压器本体间的杂散电容电流可以部分补偿由分压器本体流向地的杂散电容电流，在一定程度上可以减小对地杂散电容引起的测量误差，但是不能忽略。2.电容分压器简单介绍一下电容分压器，电容分压器如图3-3所示，分为串联电容和集中的双电容式，在理想情况下分压比为：电容分压器在高压冲击测试中，可以测量数兆伏的电压。若用来测试交流电压，则使使用电压要降低，这是因为油纸电容器在交流电压持续作用下绝缘强度降低的缘故。集中的双电容分压器使用空气电容器，其绝缘强度受电压种类的影响较小。对于点火测试，在点火线圈的次级火花放电回路中引入较大的电容负载是不允许的，因此不宜使用电容分压器。图3-3 电容分压器3.阻容分压器阻容分压器有阻容并联和阻容串联两种结构。下面着重介绍比较常用的阻容并联的分压系统。分压原理：根据阻容分压器设计结构,原理如图 3-4所示,其中为高压臂电阻, 为低压臂电阻,与电容和并联组成 RC网络实现分压功能。分压比 (3-2)低频分压器分压比 高频分压器分压比 若使得, 即： (3-3)从式 (3-3) 看出,当,则分压比与频率无关。因而,阻容分压器具有良好的低频、高频性能,可工作的频带宽,且不易产生振荡。阻容并联的分压器在测快速变化过程, 沿象电容分压器, 大大减小了对地杂散电容对电阻分压波形的畸变,避免了电阻分压器的主要缺点;测慢速变化的过程时,沿分压器各点的电压主要按电阻分布,它象电阻分压器,避免了电容器的泄漏电阻对电容分压波形的畸变。如果使得阻容并联分压器的高压臂与低压臂的时间常数相等, 即且高压臂中各节的时间常数也彼此相等,则输出点的电压按电容分布(起始的)与按电阻分布(稳定的)相等,输出完全跟踪输入,分压器的分压比由电阻完全确定,不随输入信号的频率而变。图3-4 阻容并联分压器原理图3.2 点火系统高压测量的认识点火系统的基本功能是依据发动机的工作顺序适时的向发动机提供强烈的高压火花。点火系统的功能体现在点火的时机和产生点火火花的强度。点火系统通过在火花塞上施加十几到几十千伏的脉冲高压，击穿绝缘间隙形成火花放电，从而点燃汽缸中的混合气体，推动活塞而使之工作。点火参数对汽油机性能及排放有着十分重要的作用，点火电压是点火系统的重要参数之一。点火电压的最大波峰值可20，而点火电压的上升时间为1020。即这一电压的上升速率最大为2.0。峰值电压是在规定的火花塞两电极间距和发动机工作转速范围内，点火线圈使放电间隙气体击穿的最大次级输出电压场，如图3-5中的所示。在发动机各种工况和使用条件下，只有作用在火花塞间隙的电压最大值(即线圈次级电压峰值)大于该工况下火花塞的击穿电压值时，才能击穿火花塞两电极间隙而正常点火。因此点火电压的测量研究对汽油机点火系统动态性能有十分重要的作用。图3-5 点火电压波形点火系统次级高压测量，也即高压脉冲的测量，其测量存在诸多值得研究和重视的问题。（1）被测脉冲前沿快。即使测量系统中存在很微小的杂散参数或不连续性,都可能对测量结果产生显著的影响;（2）被测脉冲幅值高。电压幅值通常几十千伏。因此被测电压在测量系统中的衰减倍数为量级,这样的衰减倍数一级分压器较难做到,二级分压器的响应不理想,设计难度较大;（3）快脉冲下的电磁干扰严重。由于脉冲前沿快,相应的短波长成分能量大,空间电磁干扰强;（4）测量系统内部各组成部分间的阻抗匹配与否,对测量结果的影响突出。3.3 点火系统电压测量方法点火电压属于冲击电压，测量冲击电压的仪器和测量系统必须具有良好的瞬变响应特性。国家标准要求，对于符合规定的冲击电压，幅值测量误差不超过;测量冲击电压波形的时间参数，其误差应不大于。在我国，传统的点火电压测试方法是球间隙法，即在检测时，用三极针状放电器 (简称三针放电器)替代火花塞进行放电，根据放电器的两主电极间隙和跳火能力来判断点火性能。但是高电压击穿空气间隙的击穿电压与两球间隙及球的直径有关，不同的间隙距离对应不同的点火电压。这种测试方法只是一种粗略的测量。目前，测量点火电压的比较精确的方法是分压器-峰值电压表法或者分压器-示波器法。这两种方法不仅能够比较精确地测量点火电压的幅值还能测出点火电压的任一瞬时值。在分压器-峰值电压表和分压器-示波器这两种测试点火电压的方法中，分压器是其中十分关键的器件。点火电压测试中十分重要的问题是将其最大波峰值变为电子器件可处理的低压。点火电压的最大波峰值可20，而点火电压的上升时间为lO20 。即这一电压的上升速率最大为2.O 高压(这里是点火电压)到低压的变换装置就不象普通的分压器那么简单，确切地说应称为分压系统，如图3-6所示：图3-6 点火电压的分压系统分压系统应满足如下的基本要求：1. 其中，为点火线圈的二次侧电压 为分压系统的低压输出K为分压比，它是只与分压系统本身的结构有关而与外界因素无关的常数。这就要求分压系统对波形传输无失真。2. 分压系统接入时，点火线圈次级测试时不影响高压产生。 这就要求分压系统有足够大的输入阻抗。3 .分压比K易于确定与测量分压器作为转换装置是其中的主要组成部分之一，其作用是将高电压脉冲转换成数字转换器所能处理的低电压脉冲,分压性能的好坏直接影响测试系统的整体性能。分压器可分为电阻分压器、 电容分压器和阻容分压器。最简单的分压系统是纯电阻分压系统。它的分压比易于确定，使用方便， 测量频带宽，动态特性好，线性范围大，绝缘结构简单，体积小，成本低，它不消耗功率,可以很好地和微机控制、自动保护相配合 , 同样 , 由于没有谐振问题,其性能优于电容式分压器，被广泛采用。当被测量系统的冲击电压不太高,且被测量系统的负载较小时，电阻分压器能准确测量冲击电压 ,因此在点火系统高压测量中 ,优先考虑电阻分压器。第四章 电阻分压器的设计4.1 电阻分压器分析一、电阻分压器原理如图4-1所示：第1级高压臂电阻 一第1级低压臂电阻第2级高压臂电阻 一第2级低压臂电阻Z-为同轴电缆的特性阻抗 R-为示波器输入电阻图4-1 两级脉冲电阻分器原理示意图二、系统误差来源分压器靠流经电阻的电流进行分压，分压电阻越小，通过的电流就越大，受外界的干扰也就相对越小，分压也就越准确。但将其接入图4-1所示的系统进行测试时，由于其输入阻抗小而影响点火线圈次级高压的产生，改变了原电路的工作状态。如果提高电阻值，流经分压系统的电流就减小，所测电压为持续时间极短的脉冲形式。由于对地杂散电容电流的存在，使电阻分压系统上的电压分布不均，大部分集中在顶部(高压端)，在低压端处电压很低。此外，由于分压系统对地分布电容的存在，造成分压系统输出波形失真。分压器分压比的误差主要来源于分压器对地杂散电容的影响以及温度漂移。杂散电容是由于分压器与其周围处于地电位的物体之间存在固有电场引起的。漏电流从对地杂散电容中流过，使得沿分压器的电压呈非线性分布，因而造成测量误差。同时，分压器高压引线和高压端对分压器本体之间也存在杂散电容。虽然其电容值比对地电容小得多，但从高压端流向分压器本体间的杂散电容电流可以部分补偿由分压器本体流向地的杂散电容电流，在一定程度上可以减小对地杂散电容引起的测量误差，但是不能忽略。对于如图4-1二级分压系统来说,必须尽量减少杂散电容对分压器测量系统的影响。温度对处理电路和杂散电容的影响也是产生测量误差的一个原因。温度变化会影响电路元器件的稳定性，使电路的线性度降低，还会改变移相器的相移，使得相位补偿超差。高压端对分压器杂散电容和分压器本体对地杂散电容也会受温度影响，这些影响都需要在设计中加以综合考虑。三、电阻分压器的性能改善减少对地杂散电容的影响,改善分压器性能的主要途径有:（1）减小对地杂散电容。（2）采取补偿措施.为了减小对地杂散电容 ,应在保证绝缘的前提下尽量减少分压器的尺寸。1.电感补偿在分压器电阻接地端插入不同补偿电感时的仿真对比，电感虽然可以有效地提高分压器的响应性能 ,但电感值必须适当,否则会引起波形显著失真和过冲。因分布电感的补偿作用并不明显,且易引起振荡,因此,电阻体仍应选用无感电阻,必要时再加入补偿电感或利用引线电感进行补偿。2.供给式补偿在分压系统顶端加一环电极，环与分压系统本体间存在杂散电容，由环流向分压系统本体间的杂散电容电流可以部分地补偿分压系统本体流向地的杂散电容电流，从而改善分压系统上的电压分布。这个环叫做屏蔽环，装屏蔽环的电阻分压系统叫做屏蔽电阻分压系统。实际上很少用纯电阻分压系统，而是用屏蔽式电阻分压系统。在电路连接时应注意分压系统的低压臂不能断线，否则会输出高压而危及设备及人生安全。3.收集式补偿在高压臂的低压端加入套筒电极,以局部减小高压臂的直接对地杂散电容,将部分本来由分压器本体流向地的杂散电容电流予以收集,