【文章內(nèi)容簡介】 外還有汽車企業(yè)提供給學(xué)校方便教學(xué)的實驗臺。因此實驗臺的研究已經(jīng)處于一個接近成熟的階段。 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氣管道內(nèi)的汽油燃料供給裝置，以電控單元（ Electronic Control Unit，簡稱 ECU）為控制中心，根據(jù)空氣流量和轉(zhuǎn)速來決定其基本噴油量，并利用安裝在發(fā)動機上的各種傳感器測出發(fā)動機的各種運行參數(shù)，再按照電控單元中預(yù)存的控制程序進行修正，并精確地控制噴油器的噴油量，使發(fā)動機在各種工況下都能獲得最佳空燃比的可燃混合氣，從而使汽油機的動力性、經(jīng)濟型、凈化性大幅度提高。 與傳統(tǒng)化油器式發(fā)動機相比，裝有汽油噴射系統(tǒng)的發(fā)動機具有以下優(yōu)點： （ 1） 可以提高發(fā)動機的充氣效率，使各缸混合氣分配比較均勻，精確控制各個缸混合氣與工況的匹配。 （ 2）排氣污染降低。 （ 3）適合全車電子化控制的要求。 （ 4） 發(fā)動機故障率大大降低。 圖 電控系統(tǒng)工作流程圖 6 L 型電控燃油噴射系統(tǒng)工作原理（所選發(fā)動機所屬型 號） L型汽油噴射系統(tǒng)是 20世紀(jì) 70年代發(fā)展起來的，是電子控制的多點、間歇式汽油噴射系統(tǒng)，目前應(yīng)用最為廣泛。它以發(fā)動機的進氣量和發(fā)動機轉(zhuǎn)速作為基本控制參數(shù)，從而提高了噴油量的控制精度。 L型汽油噴系統(tǒng)由空氣供給裝置、燃油供給裝置、電子控制裝置組成。如 示。 汽油箱 11內(nèi)的汽油被電動汽油泵 9吸出并加壓至 ，經(jīng)汽油濾清器 7濾除雜質(zhì)后被送至燃油分配管 13。燃油分配管與安裝在各缸進氣支管上的噴油器 6相連。在燃油分配管的末端裝有燃油壓力調(diào)節(jié)器 14，用來調(diào)節(jié)油壓使其保持穩(wěn)定。 發(fā)動機的進氣量由汽 車駕駛員通過加速踏板操縱節(jié)氣門 21來控制。由安裝在進氣管上的空氣流量計 18計量，并將進氣量變化轉(zhuǎn)變成電信號傳輸給電控單元 度越打，進氣量越多，反之亦然。 噴油器的噴油量和噴油時刻由電控單元控制?？刂茊卧紫雀鶕?jù)分電器中的曲軸轉(zhuǎn)角傳感器確定發(fā)動機轉(zhuǎn)速，再根據(jù)轉(zhuǎn)速和進氣量計算出相應(yīng)的噴油量，并通過控制噴油持續(xù)時間來控制噴油量。電控單元還根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角傳感器發(fā)出的第一缸上止點信號，控制各缸噴油器在進氣行程開始之前進行噴油。 電控單元根據(jù)進氣量和發(fā)動機轉(zhuǎn)速計算出的噴油量是基本噴油量，是汽油機能夠運轉(zhuǎn)的基本 條件。以此為基礎(chǔ)，再根據(jù)發(fā)動機的運行狀況加以修成，得到的修正噴油量才能滿足發(fā)動機各種運行工況對混合氣成分的要求。 當(dāng)發(fā)動機在怠速工作時，節(jié)氣門接近關(guān)閉，節(jié)氣門位置傳感器 17中的怠速觸點閉合，這時電控單元指令噴油器增加噴油量，供給發(fā)動機較濃的混合氣，以維持怠速運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，并將怠速的有害排放控制在最低水平。 發(fā)動機在中小負荷下運轉(zhuǎn)時，電控單元根據(jù)發(fā)動機溫度傳感器 3和進氣溫度傳感器傳輸來的發(fā)動機溫度和進氣溫度信號，對今本噴油量進行修正，修正后的噴油量滿足向發(fā)動機提供經(jīng)濟混合氣成分的要求。 在發(fā)動機在全負荷下工作 時，節(jié)氣門全開，節(jié)氣門位置傳感器中的全負荷觸點閉合。電控單元按照供給發(fā)動機功率混合氣成分的要求增加噴油量，實現(xiàn)全負荷加濃，以使發(fā)動機發(fā)出最大功率。 在發(fā)動機冷起動時，由冷起動噴油器 16向進氣管額外噴入一定數(shù)量的汽油，以加濃混合氣，保證起動加濃。 在暖車期間混合氣需要加濃的程度取決于發(fā)動機的溫度。電控單元根據(jù)安裝在機 7 體水套中的發(fā)動機溫度傳感器輸入的電信號，判定發(fā)動機溫度的高低，并形成相應(yīng)大小的控制電流，控制噴油器的噴油量，使系統(tǒng)多噴油保證暖機加濃。 圖 L葉特朗尼克電子控制汽油噴射系統(tǒng)示意圖 [23] L 型 電控燃油噴射系統(tǒng)組成（所選發(fā)動機所屬型號） （ 1）空氣供給系統(tǒng) 空氣供給系統(tǒng)的主要作用是根據(jù)發(fā)動機的不同工況，向發(fā)動機提供相應(yīng)的空氣量，并對空氣量進行直接計量，從而使提供的空氣與噴油器所提供的燃油形成符合一定空燃比要求的可燃混合氣。空氣流經(jīng)空氣濾清器后，經(jīng)過空氣流量計測量，然后通過節(jié)氣門體進入進氣總管，再分配到各進氣歧管，空氣在進氣歧管中與噴油器供給的燃油混合并被吸入氣缸。 空氣供給系統(tǒng)主要由空氣濾清器、空氣流量計、節(jié)氣門體、進氣總管和進氣歧管等組成（如圖 ）?？諝鉃V清器的作用是 在空氣流進發(fā)動機各缸之前，除去空氣中所含的塵土、沙粒等顆粒物，以減輕對氣缸、活塞和活塞環(huán)的磨損，并減少對空氣流量計的不良影響。 8 圖 電控發(fā)動機空氣供給系統(tǒng)的組成 空氣流量計主要是用來計量流入發(fā)動機的空氣量，并把測量的信號送給電控單元。它和轉(zhuǎn)速信號是確定發(fā)動機基本噴油量的兩個基本參數(shù)。 空氣流量計根據(jù)測量方式的不同，有不同的形式，如熱線式、卡門渦流式、葉片式。其中， LH型電控燃油噴射系統(tǒng)所采用的空氣流量計為熱線式，它可以直接測量流入進氣總管的空氣質(zhì)量流量，測量的精度較高，響應(yīng)性好。 節(jié)氣門體總成 主要是對進入發(fā)動機的空氣量進行控制。它主要由節(jié)氣門、怠速旁通氣道、怠速控制閥以及感知節(jié)氣門位置的節(jié)氣門位置傳感器等組成。 （ 2）燃油供給系統(tǒng) 燃油供給系統(tǒng)的作用是向發(fā)動機提供工作時所需要的燃油，并將燃油霧化從而與空氣混合形成發(fā)動機工作所需的可燃混合氣。燃油供給系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：燃油箱、電動燃油泵、燃油濾清器、燃油壓力調(diào)節(jié)器以及噴油器等。 電動燃油泵從油箱中吸取燃油并加壓，燃油經(jīng)過燃油濾清器過濾后，經(jīng)壓力調(diào)節(jié)器調(diào)整壓力，一般將供油壓力調(diào)整到比進氣歧管壓力高出約 250～ 300kPa，然后經(jīng)過供油管路分配 給各個進氣歧管上的噴油器和冷起動噴油器。電動燃油泵所供給的燃油量一般是發(fā)動機工作所需燃油量的 6～ 8倍，其余的燃油在燃油壓力調(diào)節(jié)器的作用下，經(jīng)過回油管路流回燃油箱。燃油供給系統(tǒng)的工作流程如圖 。 圖 電控發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)工作流程 （ 3）電子控制系統(tǒng) 電子控制系統(tǒng)是電控燃油噴射系統(tǒng)的核心，電子控制系統(tǒng)性能的好壞對發(fā)動機工作性能有著決定性的影響。電子控制系統(tǒng)的主要作用是：在發(fā)動機不同工況下，根據(jù)各種傳感器傳送的信號，決定噴油量和噴油時刻等，以獲得最佳空燃比；對點火進行控制，確定最佳點火時刻；對 怠速進行控制；對發(fā)動機進行排放控制；它還可以檢測電控系統(tǒng)產(chǎn)生的故障，并將檢測到的故障以代碼的形式存儲到 ECU中，供檢修時調(diào)用， 9 還具有安全保險與后備功能。 電子控制系統(tǒng)有很多形式，復(fù)雜程度也有很大差別。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。 電控單元 (ECU)是電子控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，它接收各傳感器傳輸?shù)男盘?，?jīng)過計算、分析和處理，向各個執(zhí)行器發(fā)出動作指令，指示執(zhí)行器完成各種功能，從而實現(xiàn)對空燃比、點火正時以及怠速、排放等的控制。電控單元還有存儲功能，它不僅可存儲發(fā)動機工作時所 需要的控制數(shù)據(jù)資料，并且可以把發(fā)動機的故障以代碼的形式存儲起來。 傳感器的作用是將各種需要檢測的物理量變成電信號送至 ECU。它們根據(jù)各自功能的不同，分布在發(fā)動機的不同部位。它能檢測和反映發(fā)動機工作狀態(tài)的各種參數(shù)，并把這些參數(shù)轉(zhuǎn)換成電控單元所能接受的電信號傳輸給電控單元，為電控單元提供所需的信息。發(fā)動機電控系統(tǒng)主要的傳感器有：空氣流量傳感器、進氣歧管絕對壓力傳感器、冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器、發(fā)動機曲軸位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、氧傳感器以及爆震傳感器等。 執(zhí)行器是根據(jù)電控單元的指令完成一定動作的裝置 。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火器等。電子控制系統(tǒng)的工作流程如圖 。 圖 電控發(fā)動機電子控制系統(tǒng)工作流程 實驗臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 本實驗臺設(shè)計包括 :動力系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和整體結(jié)構(gòu)設(shè)計三部分。 動力系統(tǒng) 實驗臺設(shè)計應(yīng)滿足教學(xué)與技能訓(xùn)練的要求 ， 故動力系統(tǒng)選型的基本原則為具有先進性、可操控性、典型性和經(jīng)濟性。根據(jù)這一原則 ， 選擇豐田 COROLLA (花冠 )為基本車系 ， 發(fā)動機為具有代表意義的 1ZRFE型 ， 該車系配備有先進的計算機控 制系統(tǒng) ， 且 10 具有制造成本低等特點。 該車系采用典型的前置發(fā)動機結(jié)構(gòu)。因此 ,在設(shè)計中采用橫置發(fā)動機 ， 使實驗臺架結(jié)構(gòu)緊湊 ， 并能真實反映原車系的工作特點，電氣配線則利用原車系連接器單獨連接 制成線束 ， 沿臺架邊緣布線。 基于 實驗臺電控系統(tǒng)的設(shè)計方案 電控系統(tǒng)選型包括 :控制原理分析、動力系統(tǒng)控制步驟、控制系統(tǒng)組成分析、控制模式設(shè)計與分析、故障選擇與設(shè)計、故障模擬單元設(shè)計與分析、故障診斷專家?guī)煸O(shè)計、可識別故障碼及計算機故障診斷模型建立等。 實驗臺動力系統(tǒng)的控制采用原車控制系統(tǒng) ， 故控制原理、控制過程具有很強的仿真性 ， 具有實車訓(xùn)練的效果。關(guān)鍵環(huán)節(jié)是故障源的設(shè)置及與動力、控制系統(tǒng)的互動連接。實驗臺工作系統(tǒng)由操作裝置、控制系統(tǒng)、動力與傳動系統(tǒng)、信號顯示等部分組成。汽車電控單元與各傳感器、執(zhí)行元件之間插入安裝一個故障仿真設(shè)置單元 ， 使故障設(shè)置單元上的端子與電子控制單元引角相對應(yīng) ， 借助示波器、萬用表等專用儀器可動態(tài)測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號。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_關(guān) ， 可以通過故障開關(guān)直接設(shè)置故障 ， 使控制系統(tǒng)信號真實化 ， 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)系到實驗臺的工作效果。 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 實驗臺的整體結(jié)構(gòu)由主實驗臺架、副實驗臺架和測試柜組成。主實驗臺架用于固定發(fā)動機，并能翻轉(zhuǎn)發(fā)動機進行拆裝實訓(xùn)。副實驗臺架用于連接發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)所需要的附屬元件，使發(fā)動機能進行正常工作。測試柜主要用于調(diào)節(jié)發(fā)動機工況、檢測發(fā)動機工作性能和設(shè)置故障、排除故障等功能。 臺架下方安裝轉(zhuǎn)向輪 ， 為節(jié)省空間 ， 沒有采用原車 120L的油箱 ， 而是用副油箱 (40L)替代安裝在實驗臺機架上 ； 安裝時因油箱高度較低 ， 汽油泵與油箱底部間隔不夠，采用汽油泵傾斜布置 ， 解決了油面高度問題 ，同時也保證了燃油位置傳感器可靠工作 。實車排氣管尺寸較大 ， 不便于安裝在實驗臺架上 ； 為縮小安裝尺寸并盡可能降低排氣噪聲 ， 在不增加排氣阻力的前提下 ， 對原車排氣管進行了改造 ， 采用變形布置。考慮到排氣管的充分散熱 ， 將冷卻系統(tǒng)風(fēng)扇布置在排氣管附近 ， 解決了排氣溫度過高的問題。 本章小結(jié) 由于本次設(shè)計是電控發(fā)動機綜合測試教學(xué)實驗臺，所以需要掌握電控發(fā)動機的相關(guān)知識，所以本章大半中介紹電控發(fā)動機的情況，為后續(xù)設(shè)計鋪墊，也為如何設(shè)計發(fā)動機故障檢測和排除打下基礎(chǔ)。 11 第 3 章 發(fā)動機實驗臺架設(shè)計 概述 設(shè)計發(fā)動機實驗臺架的主要目的是用于發(fā)動機拆裝 的教學(xué)，因此，該實驗臺應(yīng)該具有安裝和固定發(fā)動機并能翻轉(zhuǎn)發(fā)動機的功能。 汽車電控發(fā)動機實驗臺設(shè)計應(yīng)具有直觀的示教效果、良好的可操控性，并能在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中充分發(fā)揮作用，為使實驗臺更具有車系代表性，實驗臺在整車基礎(chǔ)上保留了發(fā)動機整體結(jié)構(gòu)和部分電器儀表及信號系統(tǒng)等，以盡可能擴大實驗臺的應(yīng)用范圍、擴展功能。 此試驗臺架與普遍臺架的最重要區(qū)別在于在工況試驗后，可自由對發(fā)動機進行拆解和部分性能測試。 發(fā)動機固定臺架研發(fā)的目的和概況 發(fā)動機試驗臺架研發(fā)的目的 發(fā)動機既是汽車的動力源，又是汽車所有部件中最為復(fù)雜和最有科技含量的部件。因此發(fā)動機的日常維護和維修變的越來越重要。發(fā)動機翻轉(zhuǎn)架試驗臺是發(fā)動機拆裝修理的最基本的工具。它具有操作輕便﹑使用時裝卸方便等特點。其萬向腳輪移動性好，不僅可以減輕操作者的勞動強度，操作簡便，而且提高了生產(chǎn)率。專門油盤使整個維修過程及工作地點干凈整潔?？梢哉f發(fā)動機翻轉(zhuǎn)架試驗臺既是汽車專業(yè)學(xué)生拆裝發(fā)動機的必備工具，也是普通汽車修理行業(yè)的理想工具。由于我校汽車專業(yè)實驗室緊缺一種針對豐田佳美 V8 發(fā)動機的翻轉(zhuǎn)試驗臺，學(xué)生拆裝發(fā)動機很不方便，不能將 發(fā)動機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作方式看的一清二楚。直接影響了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生探索的興趣。為了方便學(xué)院學(xué)生拆裝發(fā)動機，減輕學(xué)生的勞動強度，使學(xué)生通過實習(xí)能對發(fā)動機有一個更全面的了解，我設(shè)計了一種針對該發(fā)動機的翻轉(zhuǎn)試驗臺。 固定臺架的發(fā)展概況 目前，國內(nèi)的發(fā)動機翻轉(zhuǎn)架有固定式的和移動式的兩種。固定式汽車發(fā)動機翻轉(zhuǎn)架，發(fā)動機能夠在翻轉(zhuǎn)架上翻轉(zhuǎn)、起動并運轉(zhuǎn)，但需澆注混凝土，固定時費工費時，不能在短時間內(nèi)投入使用。 且不能移動，限制了實驗室的調(diào)整。另外，油、水、工件、工具易落地，達不到衛(wèi)生清潔的起碼要求，也不便于檢測和 排除故障。移動式汽車發(fā)動機翻轉(zhuǎn)架，雖然能夠移動，但發(fā)動機只能在翻轉(zhuǎn)架上翻轉(zhuǎn)，不能起動、運轉(zhuǎn)，無法對 12 發(fā)動機進行檢測、故障設(shè)置和故障診斷與排除?！? 現(xiàn)在較好的發(fā)動機翻轉(zhuǎn)架一般可通過分體式液壓升舉缸等系統(tǒng)使發(fā)動機上下動以調(diào)整高度。通過驅(qū)動電機和減速器帶動發(fā)動機的轉(zhuǎn)動和實現(xiàn)多級變速。有僅舉升準(zhǔn)確，回轉(zhuǎn)平穩(wěn)，而且操作安全，結(jié)構(gòu)合理，減輕了裝卸發(fā)動機作業(yè)的勞動強度?！斑m用于汽車發(fā)動機的拆裝移動維修作業(yè)，運輸當(dāng)中可以把發(fā)動機翻轉(zhuǎn)支架拆解?！? 發(fā)動機實驗臺架設(shè)計方案 固定臺架的設(shè)計主要應(yīng)考慮使用方便、美 觀、方便教學(xué)、操作簡單等等方面。主要采用 60mm 60mm 壁厚為 5mm 的方鋼作為主要材料，同時加裝腳輪，方便移動。發(fā)動機固定臺架應(yīng)滿足教學(xué)方便，可完成獨立后