汽油机高压火花能量测量仪

汽油机点火系统的技术状况如何对汽车动力性，经济性的影响很大。评价点火系统的技术状况的主要指标包括时间和空间两大因素。时间因素包括点火正时、点火提前角、各缸点火重叠角等指标。测量这些指标的方法和仪器较多。空间因素主要是火花能量，由火花高压、火花电流、火花宽度（火花持续时间）这几项指标组成。目前，测量空间因素诸指标的方法和仪器较少，尚未发现随车快速测量的仪器。

本实用新型的目的是设计一种可以随车快速测量汽油机高压火花能量的火花塞及测量仪。

本实用新型的测量仪由火花电流测量电路、火花高压测量电路、火花宽度测量电路和逻辑控制电路、稳压电源五部分组成。

火花电流测量电路包括电流传感器、极性转换器、比较整形器、最大值跟随保持器（以下称固定保持器）、指示器。以下分别说明。

电流传感器。将普通火花塞改成旁电极不接地的火花塞。在旁电极与地之间串一只电阻值较小的电阻R1，如100Ω。R1的阻值比后级F1的输入电阻小得多，后级F1的接入对该处几乎没有影响，因而测量R1的电压降就是测量流过该处的火花电流。如电阻R1的最大电压降为10v，则 (10v)/(100Ω) ＝100（mA），即测量最大火花电流为100mA。

极性转换器。汽车点火系的电路接法不同产生的火花电流极性也可能不同，因此设置由K1a、K1b、F1等组成的极性转换器，有选择地切换K1a、K1b，使F1只有正向输出。

比较整形器。由F2等组成，作用是将F1送来的直线衰减波形变成矩形波a即火花电流脉冲并用于逻辑控制。

固定保持器。由B1、F5、T1～T5、C1、C2等组成。作用是跟随F1送来信号的最大值并长时间地保持下来。工作过程如下：平时，e为“1”，T1、T2、T3导通使T4夹断，T5导通放电使C1上无电荷，保持器无输出。侧量时，e为“O”，T1截止，T5夹断，T2、T3、T4改由B1控制。若保持器输出迅速增大，一旦输出略大于输入，B1立即反号为“O”，T2、T3导通使T4夹断，C1上的电荷无放电通路（因T4、T5夹断，F5输入电阻极大，均相当于开路），得以长时间保持并由F5跟随输出。C2为加速电容。该保持器的上升速率可达1v／HS，下降速率不超过0.5mv／s、即保持特性极佳。

指示器。用一只100μA的表头串上适当的电阻接F5输出端。F5最大输出为10v，指示器满度值为100mA。利用输出信号保持特性极佳的特点，采用表头指示，可大大简化电路，降低造价。

火花高压测量电路由高压传感器，跟随器、极性转换器、采样保持／最大值跟随保持器（简单可变保持器），指示器组成。以下分别说明。

高压传感器。由于火花电压极高，故选择高压传感器必须考虑耐压、功耗、对信号源的影响等问题。降压电阻R2采用一只240MΩ／25KV／8W电阻，分压电阻R3为481K（用于V_L）分压电阻R4为48K（用于Vc），使分压值Vl、Vc均为10V（Vl最大5千伏、Vc最大50千伏）。该传感器的连接应采用调频插件和电缆。

跟随器。为了减少对信号源和传感器的影响以及提高带负载能力，F3以输入电阻很大的电压跟随器形式与高压传感器相连。

极性转换器。由F4、K1c组成，其作用与火花电流测量电路的极性转换器相同。

可变保持器。由B2、F6、T6～T10、K3、C3、C4等组成，这是一个由开关K3切换，具有两种不同作用的电路。其中，最大值跟随保持 作用于测量火花高压的Vc部分，即测量某缸的、多个火花高压信号重叠的最大值（该Vc值通常用于评价火花高压的大小，而不能用于计算火花能量），其工作过程与测量火花电流的固定保持器相同。采样保持作用于测量火花高压的Vl部分，即测量用于计算火花能量的这段电压，其工作过程如下：平时，Y2输出为“0”，T7、T8、导通，T9夹断，T10导通使C3上无电荷，F6亦无输出。测量时，Y2输出为“1”，T7、T8、截止，T10夹断、T9导通、火花高压信号通过T9对C3充电，当火花高压平坦的Vl部分即将结束，振荡的VZ部分即将出现时，逻辑控制电路使Y2重又输出为“0”，T7、T8导通，T9、T10夹断即停止充电，C3无放电通路，其电荷得以长时间保持并由F6跟随输出。

指示器。形式与火花电流测量电路的指示器相同，F6最大输出为10V，指示器满度值Vc＝50Kv，V＝5Kv。

火花宽度测量电路。它由与门Y1、100千周方波振荡器、三位十进制计数显示器组成。Y1的三个输入端分别接a、d、100千周振荡器。只有当a、d均为“1”时，100千周脉冲才能通过Y1并且计时显示。由于a即火花宽度，故计时显示的结果就是火花持续时间即火花宽度。计时范围为0～9.99ms。

逻辑控制电路。它由Y2、Y3、K2、Z1、Z2、等组成，平时K2置“清除”位置，给三位计数器，Z1、Z2清“0”并令T5、T10导通放电，此时即使有了火花电流，火花高压信号，因c为“0”锁住了Y3，亦即锁住了整个逻辑控制电路，仪器仍然无法测量。当K2置于“测量”位置时仪器停止清“0”，Y3的两个输入c、f均为“1”，若此时出现某缸火花电流脉冲a，其脉冲经微分成为b，并通过Y3触发Z1翻转，使Q端（d）为“1”，控制Y1计时，Q端（e）则由“1”变“0”，使固定保持器开始对火花电流的最大值进行跟随保持。火花电流脉冲一旦消失即a为“0”时，Y1立即暂时关闭，停止时火花宽度计时，Y2亦暂时关闭， 其输出改“1”为“0”，使可变保持器停止采样并进入保持状态。

当该缸再次出现火花电流即出现第二个火花电流脉冲a时，其脉冲前沿通过Y3使Z1再次翻转，Q端（d）变为“0”，使Y1、Y2长期关闭，同时Q端（e）由“0”变1，控制固定保持器处于保持状态。至此，火花电流、火花高压、火花宽度的测量均立即停止且进入保持状态，以避免对再次出现的信号进行重复累计。与此同时，当Q端（e）由“0”变“1”时，经另一个微分环节触发Z2翻转，2Q端（f）由“1”变“0”使主门Y3关闭，锁住了整个逻辑控制电路。此刻应及时将火花电流、火花电压、火花宽度的测量显示结果记录下来，用以计算其火花能量。

如果不测量火花能量而只测量火花高压的电容放电部分Vc、K3应打向Vc位置使a始终为“0”，则K2只能接控制于最大值跟随保持状态的可变保持器。K2打向“清除”位置时，保持器不工作且无输出，K2打向“测量”位置时，保持器对某缸的多个Vc重叠的最大值进行跟随保持，只要K2仍置于“测量”位置，这一跟随保持过程就一直持续下去，故需要及时将Vc测量结果记录下来，亦可将极性转换开关K1打向相反位置，使保持器只保持不跟随，即输出不会非正常增值，以便从容记录。

±12V稳压电源，是两组电压相反，电路结构完全对称的典型直流稳压电源。包括电源变压器、整流器、滤波器和稳压器，由交流220V供电。由于整机电流很小，该稳压电源最大电流仅需100mA。若火花宽度采用荧光数字显示，则需增加一组灯丝电源。若仪器需要在野外使用，则可由被测车辆的蓄电池供电并经过逆变后再分成仪器所需的各组电源。

本实用新型改进后的火花塞是，在火花塞的壳体中加工有一孔，与壳体绝缘的导线装入孔中。导线的一端靠近火花塞电极附近，另一端接电阻R。

采用本实用新型的火花塞和测量仪后，可以快速测量出汽油机火花塞的能量，及时地分析汽车的动力性、经济性。测量仪使用方便。

附图说明

图1    本实用新型的火花塞。

图2    本实用新型的测量仪的正面结构图。

图3    本实用新型的测量仪的俯视结构图。

图4    本实用新型的测量仪的反面结构图。

图5    本实用新型的电路图。

图6    本实用新型的逻辑图。

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1中火花塞壳体2中的导线1一端靠近电极3另一端接电阻R1、图2中4是电流传感器插口，5是高压传感器插口。图3中6、10是开关、7是测量、晶振印刷板插槽，8是逆变、稳压印刷板接插件，9屏蔽罩、11是计数显示印刷板。

本实用新型在使用时可分为准备和测量两个过程。准备过程是将高压传感器的探针插入中心高压线任一端的插孔内并且牢靠地接触到其金属部位，卸下汽油机被测缸的火花塞，装上本实用新型所改进的火花塞，将导线的插口套在电流传感器的测量针上。两个传感器的导线插头均插入仪器相应的插孔内，地线将被测汽油机和仪器的接地可靠连接，接通仪器的电源后，打开仪器电源开关将开关K2打向“清除”位置。将被测汽油机起动运转到所需转速。

测量火花能量时，先将K3打向VL位置，两试把开关K2打向“测量”位置，两个表头和数字显示器立即出现测量结果，若数秒钟之内无结果说明开关K1所置极性位置不对，应将K2打向“清除”位置，K1打向极性相反的位置，再将K2打向“测量”位置，经过调整后，显示器即 显示出火花电流、火花高压、火花宽度的测量结果。其中，前两个测量结果虽保持性好，但时间长了也会降值。故应将所有测量结果及时记录下来。若要重新测量，可将K2打回“清除”位置即清除全部原有测量结果后，再将K2打向“测量”位置即可。

测量电压时先将开关K3置于Vc位置，再将开关K2置于“测量”位置，显示高压的表头立即有高压示值Vc，只要K2仍置于该位置，时间长后，一些异常的更高的电压或干扰就有可能被保持和显示，造成测量结果非正常增值。为避免这种情况，测量中一旦有了满意的结果，应立即将开关K1打向相反极性的位置，则可使高压显示器不再受增值的影响。所测的Vc结果应及时记录下来。

计算火花能量。将所测火花电流、火花高压（Vc）、火花宽度按火花能量公式：火花能量（mJ）＝火花电流×火花高压×火花宽度＝mA·KV·ms进行计算，其结果就是这个火花的能量。

本实用新型还可以用于测量50Kv以内的、连续或脉动的直流电压即适用于许多需要测量高压的场合。