【虹科Pico汽车示波器】数学通道的应用（七）-闭合角

接下来要讲的内容可能并不适用于所有的用户，但我认为是值得分享的，因为我们可以在数据捕获的过程中分析所发生的事件，或者回顾一下点火波形。

我们经常被一些汽车爱好者、赛车团队和汽车维修团队问到关于“闭合角”的问题。当用户得知PicoScope没有测量“闭合角”这个功能的时候，他们往往会觉得不敢相信并且有些失落。

我完全理解他们的反应，作为一个有丰富经验的技术人员（包括我自己在内），每天都会使用万用表测量闭合角。那么为什么不在Pico示波器中加上这个功能呢？

确切地说，初级点火电路的闭合角测量需要用到能够精确计算的数学工具。然而，问题就在于这个测量过程需要很高的技术，才能够捕捉到闭合事件并且分析数据。

早期发动机分析仪测量的是起动、怠速和发动机高转速下的平均闭合角，随着测量时间的增加，“平均值”的变化率和采样率是没那么准确的。然而，Pico示波器可以测量初级点火过程中每一次触点闭合事件，并将结果以图表或表格的形式呈现给用户。这听起来有点过犹不及，但确实揭示了一些我不知道的特征。

此处闭合角定义为断电器触点闭合的时间（初级点火电路通电），根据分电器轴转过的角度来计算表示。我们主要以4缸发动机为例，每个点火事件循环时间（以分配器轴转动的角度表示）是：分电器轴转动360° / 4个气缸 = 90°。循环时间是指每次点火事件的总时间，或者用另一种说法来表示，循环时间是每次点火事件初级点火电流接通和断开的总时间。

图1循环时间

现在为了计算这个四缸发动机的闭合角，我们可以使用公式：duty（B）/ 100 *90 。“占空比B”表示循环周期内信号为正的时间的百分比；除以100可将正占空比转换为十进制值；乘以90可以让软件显示闭合时间，例如：

6缸发动机（360°/6 = 60°），公式为duty（B）/ 100*60；8缸发动机（360°/8 = 45°），公式为duty（B）/ 100*45。这是一种比较少见的情况，公式中使用的是正占空比，我们测量的是电流而不是电压，因为这里的电流为数学运算提供了一个更稳定的信号。如果你想使用初级电压的负占空比，我已经在A通道上采集了初级电压信号。使用以下公式也可以得到闭合角:duty（-A）/ 100*90。（要查看通道A，右键单击示波器网格，选择“A通道”）

图2闭合角数学通道

我在前面提到了使用数学通道计算闭合角有一些技术要点，这就包括：

1. 交流耦合的初级点火电流曲线（B通道）需要与0安培线有明显交点；
2. 对B通道进行低通滤波（4 kHz）,过滤掉多余的干扰，从而改善数学通道的波形（这是必不可少的）；
3. 增加样本数量（6百万个样本）可以提高数学通道的准确性，以确保得到准确的结果。

观察上面的波形，我们可以看到闭合角的一些偏差，怠速时约为46°，节气门全开（WOT）时约为36°（两者的偏差约为10°）。刚开始怀疑的是分电器轴的轴承/衬套会磨损，因此在较高的发动机转速下（从怠速到WOT期间）会产生偏差。在下面的波形中，我已经包含了转速数学通道60/2 * freq（B），清楚地显示了发动机转速的变化影响着闭合角的大小。

图3转速数学通道

但其实在这个阶段我无法确认闭合角的变化是由于分电器的磨损还是分电器中离心调节器的活动造成的。我所知道的是车辆运行良好，没有启动或正时问题，并且对横向稳定杆进行机械检查，确认没有明显的磨损。我觉得有趣的是，在高转速下闭合角的偏差（大约10°）大约是曲轴规定的20°点火提前角的一半！这太巧合了，所以我将重新确认这辆车的点火提前角，同时还将研究由于分电器离心调节器的运动对闭合角的影响。从理论上讲，闭合事件的频率会改变，但是占空比/闭合角应当保持不变。由此可知，当分电器离心调节器改变断电器凸轮与分电器轴之间的位置关系时，闭合角将瞬间改变。
鉴于我们现在可以准确地测量每个点火周期，我们可能会发现一个一直存在但从未被捕捉的数据——“平均闭合角”。使用Pico示波器的“Deep Measure”功能，我们可以深入研究每个点火周期，以分析占空比（以及闭合角）是如何在发动机高转速下变化的。下面的波形突出显示怠速时负占空比的变化，之后是节气门全开时的数值。要从“Deep Measure”中获得正占空比，请用100%减去下面突出显示的值。

图4在怠速工况下的Deep Measure

图5突出显示怠速工况下的第83个循环，怠速工况下的负占空比大约为48%（正占空比为52%）。

图5怠速下的第83个循环

图6高转速下的Deep Measure

图7突出显示WOT工况下的第187个循环。

图7高转速下的第187个循环

Deep Measure功能有助于确定WOT过程中的变化，当然这也还需要进一步的研究。对于分电器轴的轴承/轴瓦有磨损情况的汽车进行类似的测试将是很有用的，因为我们可以把测试结果与上述数据进行比较，进而分析判断问题。

你可能经常看到闭合角表示为46°或51%！其实两者只是用不同的单位表示同一个“事件”。下面介绍如何把这个四缸发动机的闭合角从46°转换为51%：

我们知道360°/ 4 缸= 90°。如果分电器轴的转动过程中90°有46°触点是闭合的（闭合角）。将闭合角度转换为百分比值：46°/ 90°*100 %= 51%。

51%也恰好是正占空比。请参考下面的波形，其中包括附加的“占空比（B）”的数学通道。

图8占空比（B）数学通道

图9是一台1985年的沃克斯豪尔·阿斯特拉1.3S OHC发动机，采用传统的分电器，但是带有电子点火装置（发动机性能表现良好）。用Deep Measure功能测量得到时间标尺之间的初级点火电流的负占空比的变化，从怠速时为82%（18%正）到WOT时为65%（35%正）。

图9阿斯特拉的负占空比

我们可以看到闭合角在怠速下极小（16.55°），在WOT时闭合角增大到27.08°。这与我们现在的机械式断电器触点完全相反，也体现出了点火系统在70年代和80年代的发展。您可以点击“阅读原文”下载本文中使用到的psdata文件。切记为B通道使用一个4 kHz低通滤波器，加载文件时请耐心等待，因为存在大量数据需要PC处理，并且应用了数学通道，滤波和深度测量等功能。