【正文】 roniccontrolled engine with various simulation hige switch control panel, can simulate various system fault, suitable for teaching work. This paper mainly introduces the design of the experimental electroniccontrolled engine purpose, significance and development present situation, the position and working principle, and on the basis of experimental design electronic related content. Including experimental platform design and test the circuit design and decorate ark, engine disassembling and fault setting and detection, etc. Through the design of experiments, deep understanding and mastering of electroniccontrolled engine ponents and work principle, mechanical CAD design and related knowledge of mechanical drawing, but also involves engine disassembling and engine fault detection, working out and set, detection of artificial of practical application, and finally a design in mechanical, electrical and integration of the product. Key words： Electronic fuel injection engine； Experimental Plat； Disassemblie；Detection； Fault detection III 目 錄 摘 要 ..............................................................................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。實(shí)驗(yàn)臺(tái)可安裝 1ZRFE型電控發(fā)動(dòng)機(jī)，測(cè)試柜中設(shè)有各種模擬通斷開(kāi)關(guān)的控制板等，可模擬多種系統(tǒng)故障，適用于教學(xué)工作。s Degree The Teaching And Test Platform Design of 1ZRFE Engine Comprehensive Candidate： Specialty： Vehicle Engineering Class： BW077 Supervisor： Heilongjiang Institute of Technology I 摘 要 為適應(yīng)汽車類專業(yè)技術(shù)人員在發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝、發(fā)動(dòng)機(jī)電控原理及相應(yīng)故障診斷等方面的研究和培訓(xùn) ,設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)綜合測(cè)試教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。 通過(guò)完成對(duì)本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)，可以深刻理解和掌握電控發(fā)動(dòng)機(jī)的組成和工作原理、機(jī)械設(shè)計(jì)與 CAD機(jī)械制圖的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)也涉及到了發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝、發(fā)動(dòng)機(jī)工況檢測(cè)、故障人工設(shè)置、檢測(cè)及排除的實(shí)際應(yīng)用，最終設(shè)計(jì)出一款及機(jī)械、電控于一體化的產(chǎn)品?！半S著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)高等汽車專業(yè)技術(shù)人才的需求為汽車運(yùn)用技術(shù)專業(yè)的發(fā)展提供了良好的機(jī)遇。西方國(guó)家經(jīng)歷了從起步到發(fā)展的幾十年的漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。隨著我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)步伐的加快，必須培養(yǎng)大批掌握發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)的專業(yè)人才，因此， 高性能的電控發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研制是必不可少的。而這所有的一切，都基于對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)研究，對(duì)理論知識(shí)掌握的牢固程度，直接影響到在汽車領(lǐng)域的發(fā)展空間及在本行業(yè)中所走道路的長(zhǎng)遠(yuǎn)。老師只能運(yùn)用掛圖、幻燈片、錄像等手段，向?qū)W生傳授理論知識(shí)，這些所達(dá)到的效果是不明顯的。 培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。國(guó)家環(huán)?？偩忠?，從20xx 年 9 月 1 日起，我國(guó)汽油車都要達(dá)到相當(dāng)于歐洲 II 號(hào)的排放標(biāo)準(zhǔn)，這就預(yù)示著符合歐洲 III 號(hào)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)有廣泛的市場(chǎng)空間。設(shè)計(jì) 和制作汽車實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)可以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，分析處理問(wèn)題的能力，工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力及商品意識(shí)，很好的滿足專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)的要求。發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)架的功能也從過(guò)去的只具有單一 的拆卸，組裝向檢測(cè)，調(diào)試等多任務(wù)，多功能轉(zhuǎn)化。 且不能移動(dòng)，限制了實(shí)驗(yàn)室的調(diào)整。通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速器帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和實(shí)現(xiàn)多級(jí)變速。而且還配備了具有移動(dòng)定位功能的“移動(dòng)臺(tái)架”。使用多功能發(fā)動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)架，可以方便地檢測(cè)、診斷、排除發(fā)動(dòng)機(jī)的各種故障，并能在教學(xué)中設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)故障和各種異響?？稍诓鹧b臺(tái)架上進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝和修理的實(shí) 操，也可與運(yùn)行臺(tái)架相連，通過(guò)接通拆裝臺(tái)架上的電路、油路、氣路等，運(yùn)行發(fā)動(dòng)機(jī)。利用測(cè)試柜上的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，可完成設(shè)置故障功能，設(shè)置故障完成后，學(xué)生可利用專用的儀器或萬(wàn)用表從面板上檢測(cè)，檢查出設(shè)置故障點(diǎn)的位置和內(nèi)容，可用于發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。 （ 3） 如何設(shè)計(jì)測(cè)試柜內(nèi)電路及控制開(kāi)關(guān)的布置。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽車人才的緊缺，越來(lái)越多的人選擇了汽車行業(yè)，因此教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)在學(xué)校處于正在普及發(fā)展的階段。 電控汽油噴射（ EFI）系統(tǒng) 電子控制汽油噴射（ Electronic Fuel Injection，簡(jiǎn)稱 EFI）系統(tǒng)是在恒定的壓力下，利用噴油器將一定數(shù)量的汽油直接噴入氣缸或進(jìn)氣管道內(nèi)的汽油燃料供給裝置，以電控單元（ Electronic Control Unit，簡(jiǎn)稱 ECU）為控制中心，根據(jù)空氣流量和轉(zhuǎn)速來(lái)決定其基本噴油量，并利用安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的各種傳感器測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行參數(shù)，再按照電控單元中預(yù)存的控制程序進(jìn)行修正，并精確地控制噴油器的噴油量，使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下都能獲得最佳空燃比的可燃混合氣，從而使汽油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)型、凈化性大幅度提高。 （ 4） 發(fā)動(dòng)機(jī)故障率大大降低。如 示。 發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量由汽 車駕駛員通過(guò)加速踏板操縱節(jié)氣門 21來(lái)控制。電控單元還根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角傳感器發(fā)出的第一缸上止點(diǎn)信號(hào)，控制各缸噴油器在進(jìn)氣行程開(kāi)始之前進(jìn)行噴油。 發(fā)動(dòng)機(jī)在中小負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電控單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器 3和進(jìn)氣溫度傳感器傳輸來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度和進(jìn)氣溫度信號(hào)，對(duì)今本噴油量進(jìn)行修正，修正后的噴油量滿足向發(fā)動(dòng)機(jī)提供經(jīng)濟(jì)混合氣成分的要求。 在暖車期間混合氣需要加濃的程度取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度。 空氣供給系統(tǒng)主要由空氣濾清器、空氣流量計(jì)、節(jié)氣門體、進(jìn)氣總管和進(jìn)氣歧管等組成（如圖 ）。 空氣流量計(jì)根據(jù)測(cè)量方式的不同，有不同的形式，如熱線式、卡門渦流式、葉片式。 （ 2）燃油供給系統(tǒng) 燃油供給系統(tǒng)的作用是向發(fā)動(dòng)機(jī)提供工作時(shí)所需要的燃油，并將燃油霧化從而與空氣混合形成發(fā)動(dòng)機(jī)工作所需的可燃混合氣。燃油供給系統(tǒng)的工作流程如圖 。電子控制系統(tǒng)主要由 3部分組成：傳感器、電子控制單元 (ECU)、執(zhí)行器。它們根據(jù)各自功能的不同，分布在發(fā)動(dòng)機(jī)的不同部位。主要的執(zhí)行器有：噴油器、燃油泵、怠速控制閥、 EGR閥、燃油蒸發(fā)污染控制電磁閥以及點(diǎn)火器等。根據(jù)這一原則 ， 選擇豐田 COROLLA (花冠 )為基本車系 ， 發(fā)動(dòng)機(jī)為具有代表意義的 1ZRFE型 ， 該車系配備有先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控 制系統(tǒng) ， 且 10 具有制造成本低等特點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)臺(tái)動(dòng)力系統(tǒng)的控制采用原車控制系統(tǒng) ， 故控制原理、控制過(guò)程具有很強(qiáng)的仿真性 ， 具有實(shí)車訓(xùn)練的效果。在故障設(shè)置單元上還配置了與端子數(shù)目相當(dāng)?shù)墓收祥_(kāi)關(guān) ， 可以通過(guò)故障開(kāi)關(guān)直接設(shè)置故障 ， 使控制系統(tǒng)信號(hào)真實(shí)化 ， 故障現(xiàn)象以故障碼的形式由控制系統(tǒng)相應(yīng)顯示裝置輸出 ， 該裝置的合理性直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)臺(tái)的工作效果。測(cè)試柜主要用于調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)工況、檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能和設(shè)置故障、排除故障等功能。 本章小結(jié) 由于本次設(shè)計(jì)是電控發(fā)動(dòng)機(jī)綜合測(cè)試教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，所以需要掌握電控發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)知識(shí)，所以本章大半中介紹電控發(fā)動(dòng)機(jī)的情況，為后續(xù)設(shè)計(jì)鋪墊，也為如何設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢測(cè)和排除打下基礎(chǔ)。 發(fā)動(dòng)機(jī)固定臺(tái)架研發(fā)的目的和概況 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架研發(fā)的目的 發(fā)動(dòng)機(jī)既是汽車的動(dòng)力源，又是汽車所有部件中最為復(fù)雜和最有科技含量的部件。其萬(wàn)向腳輪移動(dòng)性好，不僅可以減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，操作簡(jiǎn)便，而且提高了生產(chǎn)率。直接影響了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生探索的興趣。 且不能移動(dòng)，限制了實(shí)驗(yàn)室的調(diào)整。通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速器帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和實(shí)現(xiàn)多級(jí)變速。主要采用 60mm 60mm 壁厚為 5mm 的方鋼作為主要材料，同時(shí)加裝腳輪，方便移動(dòng)。 圖 實(shí)驗(yàn)臺(tái)臺(tái)架 (a) 13 如圖 （ a）中用六角螺栓 M12 連接到發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪外殼上的螺栓孔上。初選 z1＝ 1； z2＝ z1?i12＝ 70。其特點(diǎn)為：可車削加工， 加工方便，但不易磨削，精度和傳動(dòng)效率較低，一般用于頭數(shù)較少、低速或不太重要的傳動(dòng)，應(yīng)用較廣。由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 12－ 5 中查得 [σH]＝ 250MPa。 （ 3）計(jì)算導(dǎo)程角 tanγ= z1/q=1/，得 γ=（即 3o13’10”） （ 4） V1=πd1n1/60000=。max21640qzm YT F≤σ Fpmax (MPa) 式中 T’ 2max—— 蝸輪承受的最大扭矩 (MPa)， T’ 2max= T2； YF—— 齒形系數(shù)，根據(jù)蝸輪當(dāng)量齒數(shù) zv2=z2/cos3γ =，查表 1211 得 YF=； σ Fpmax—— 蝸輪的許用彎曲強(qiáng)度 (MPa)，查《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 129 得σ Fpmax=63MPa； 代入公式得 σ Fmax= MPaσ Fpmax ，滿足要求。其中包括主實(shí)驗(yàn)臺(tái)架和副實(shí)驗(yàn)臺(tái)架結(jié)構(gòu)和外型的設(shè)計(jì)，材料的選取，尺寸的確定以及實(shí)驗(yàn)臺(tái)部分位置的強(qiáng)度校核。 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試柜設(shè)計(jì)的目的及意義 隨著電子技術(shù)和汽車技術(shù)的發(fā)展，特別是微機(jī)控制技術(shù)在汽車上的成功應(yīng)用，電控燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)在現(xiàn)代汽車上已經(jīng)廣泛使用，且有取代化油器發(fā)動(dòng)機(jī)的趨勢(shì)。在這種情況下，設(shè)計(jì)此發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)試柜，以研究汽車電控噴射系統(tǒng)故障診斷的原理和方法。 測(cè)試端子區(qū)域由 40 個(gè) ECU 端子的連接端組成 當(dāng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況進(jìn)行故障模擬時(shí)只需對(duì)相應(yīng)的連接端進(jìn)行設(shè)置即可。 故障設(shè)置區(qū)是由開(kāi)關(guān)控制傳感器的開(kāi)關(guān)，從而達(dá)到設(shè)置故障的功能，為學(xué)習(xí)診斷故障和排除故障帶來(lái)極大的便利。 本章小結(jié) 本章主要設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)綜合測(cè)試教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試部分 — 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試柜。 （ 3）拆卸水泵。 （ 7）設(shè)置凸輪軸定位螺栓，拆卸凸輪軸。注意：從外往內(nèi)松開(kāi)并拆開(kāi)氣缸蓋固定螺栓。 （ 14）檢查氣缸蓋固定螺栓。 氣缸體的分解、檢查和重組 （ 1）檢查連桿軸向間 隙、連桿油隙及曲軸軸向間隙后拆卸活塞和曲軸。 25 重新組裝發(fā)動(dòng)機(jī) （ 1）安裝油底殼。 （ 5）安裝凸輪軸。 （ 9）安裝水泵皮帶輪。下面以故障指示燈顯示為例加以說(shuō)明。 圖 2． 故障碼的顯示：如圖 ，故障燈閃亮?xí)r間的長(zhǎng)短將遵循下述規(guī)律。保險(xiǎn)絲拆下時(shí)間的長(zhǎng)短取決于環(huán)境溫度 (溫度低，保險(xiǎn)絲拆下時(shí)間應(yīng)長(zhǎng) )，拆下保險(xiǎn)絲之前應(yīng)先切斷點(diǎn)火開(kāi)關(guān)。除特殊情況外，所有被檢 測(cè)到的故障診斷碼，從它被檢測(cè)到開(kāi)始均由 ECU 保存在存儲(chǔ)器內(nèi)，直到被清除為止。 （ 3） ECU 在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn) 以上未接收到空氣流量傳感器或進(jìn)氣歧管壓力傳感器信號(hào)時(shí)，認(rèn)定傳感器電路故障，并按節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)以三種固定的噴油量噴油。 （ 7） 曲軸位置傳感器電路斷路或短路時(shí)， ECU 接收不到曲軸轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號(hào)， ECU認(rèn)定故障，但無(wú)法采用失效保護(hù)，發(fā)動(dòng)機(jī)將無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)。 （ 2） 模擬傳感器、電路和執(zhí)行器參數(shù)（信號(hào)）異常，常規(guī)的做法是串聯(lián)一個(gè)可變電阻，同時(shí)要考慮所需的功率應(yīng)滿足使用要求。 外設(shè)匹配功能 實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)有故障診斷端子接口，可以與示波器、萬(wàn)用表、發(fā)動(dòng)機(jī)分析儀等設(shè)備連接，直接測(cè)量傳輸信號(hào)，進(jìn)行實(shí)車難以實(shí)現(xiàn)的故障診斷分析的實(shí)踐教學(xué) 過(guò)程。明確了發(fā)動(dòng)機(jī)綜合測(cè)試教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)要求及意義。同 時(shí)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)電控原理設(shè)計(jì)出測(cè)試柜，此測(cè)試柜可和發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)連接，可通過(guò)測(cè)試儀器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工況進(jìn)行測(cè)試。利用測(cè)試柜上的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，可完成設(shè)置故障的功能，設(shè)置故障完成后，學(xué)生可利用專用的儀器或萬(wàn)用表從面板上檢測(cè)，檢查 出設(shè)置故障點(diǎn)的位置和內(nèi)容，可用于發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。 汽車電控發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì) ,是伴著汽車工業(yè)及汽車 新技術(shù)的發(fā)展而起步的 ,雖然所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)還存在許多不足 ,實(shí)驗(yàn)臺(tái)在應(yīng)用方面還存在許多缺陷 ,但我相信隨著技術(shù)創(chuàng)新和外來(lái)技術(shù)的消化吸收 ,汽車電控類實(shí)驗(yàn)設(shè)備將得到進(jìn)一步的發(fā)展和完善 ,這對(duì)于我國(guó)汽車類專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)、培訓(xùn)將起到積極的