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本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計 1ZR-FE 發(fā)動機(jī)綜合測試教學(xué) 實驗臺設(shè)計 系部名稱： 汽車與交通工程學(xué)院 專業(yè)班級： 車輛工程 BW07-7 學(xué)生姓名： 林松 指導(dǎo)教師： 齊益強(qiáng) 職 稱： 實驗師 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院 二○一一年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree The Teaching And Test Platform Design of 1ZR-FE Engine Comprehensive Candidate：Lin Song Specialty： Vehicle Engineering Class： BW07-7 Supervisor：Qi Yiqiang Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbi 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 I 摘 要 為適應(yīng)汽車類專業(yè)技術(shù)人員在發(fā)動機(jī)拆裝、發(fā)動機(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)計了發(fā)動機(jī)綜合測試教學(xué)實驗臺。實驗臺可安裝1ZR-FE型電控發(fā) 動機(jī)，測試柜中設(shè)有各種模擬通斷開關(guān)的控制板等，可模擬多種系統(tǒng)故障，適用于教 學(xué)工作。 本文重點(diǎn)介紹了電控電動機(jī)綜合測試教學(xué)實驗臺的設(shè)計目的、意義、發(fā)展現(xiàn)狀、 構(gòu)造與工作原理，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計電控發(fā)動機(jī)綜合測試教學(xué)實驗臺的相關(guān)內(nèi)容。主 要包括實驗臺架的設(shè)計、測試柜的設(shè)計、電路圖布置、發(fā)動機(jī)拆裝及故障設(shè)置及檢測 等內(nèi)容。 通過完成對本實驗臺的設(shè)計，可以深刻理解和掌握電控發(fā)動機(jī)的組成和工作原理、 機(jī)械設(shè)計與CAD機(jī)械制圖的相關(guān)知識，同時也涉及到了發(fā)動機(jī)拆裝、發(fā)動機(jī)工況檢測、 故障人工設(shè)置、檢測及排除的實際應(yīng)用，最終設(shè)計出一款及機(jī)械、電控于一體化的產(chǎn) 品。 關(guān)鍵詞：電控發(fā)動機(jī)；實驗臺；拆裝；檢測；故障診斷 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 II ABSTRACT To adapt to the professional technical personnel in the engine disassembling, engine control principle and fault diagnosis of the aspects of design, research and training of engine comprehensive test experimental teaching platform. Experimental platform can be installed 1ZR - FE model test, chest electronic-controlled 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 electronic-controlled engine purpose, significance and development present situation, the composition 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 electronic- controlled engine components 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 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 目 錄 摘 要 I Abstract.II 第 1 章 緒 論 .1 1.1 概述 1 1.1.1 選題的依據(jù) .1 1.1.2 選題的目的 .1 1.1.3 選題的意義 .2 1.2 發(fā)動機(jī)教學(xué)實驗臺研究現(xiàn)狀 2 1.3 本設(shè)計的基本內(nèi)容和需要解決的問題 3 1.3.1 設(shè)計的主要內(nèi)容： .3 1.3.2 解決的主要內(nèi)容： .4 第 2 章 電控發(fā)動機(jī)原理與實驗臺總體方案 .5 2.1 發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng) 5 2.1.1 電控汽油噴射（EFI）系統(tǒng) .5 2.1.2 L 型電控燃油噴射系統(tǒng)工作原理 6 2.1.3 L 型電控燃油噴射系統(tǒng)組成 7 2.2 實驗臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 2.2.1 動力系統(tǒng) .9 2.2.2 基于實驗臺電控系統(tǒng)的設(shè)計方案 .10 2.2.3 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 .10 2.3 本章小結(jié) 10 第 3 章 發(fā)動機(jī)固定臺架設(shè)計 .11 3.1 概述 11 3.2 發(fā)動機(jī)固定臺架研發(fā)的目的和概況 11 3.2.1 發(fā)動機(jī)臺架研發(fā)的目的 .11 3.2.2 固定臺架的發(fā)展概況 .11 3.3 發(fā)動機(jī)實驗臺架設(shè)計方案初定 .12 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3.3.1 發(fā)動機(jī)臺架設(shè)計 .12 3.3.2 傳動件的設(shè)計 14 3.4 本章小結(jié) 19 第 4 章 發(fā)動機(jī)測試柜的設(shè)計 .20 4.1 發(fā)動機(jī)測試柜設(shè)計的目的及意義 20 4.2 發(fā)動機(jī)測試柜的設(shè)計 20 4.2.1 發(fā)動機(jī)測試柜總體布局 .20 4.2.2 發(fā)動機(jī)測試柜尺寸的確定 .23 4.3 本章小結(jié) 23 第 5 章 發(fā)動機(jī)實驗臺教學(xué)功能簡介 .24 5.1 發(fā)動機(jī)的拆裝及檢驗 24 5.1 發(fā)動機(jī)的拆裝及檢驗 24 5.1.1 單體發(fā)動機(jī)的拆卸和檢查 .24 5.1.2 氣缸蓋的分解、檢查和重組 .24 5.1.3 氣缸體的分解、檢查和重組 .24 5.1.4 重新組裝發(fā)動機(jī) .25 5.2 故障模擬設(shè)置與故障自診斷功能 25 5.2.1 讀取條件 .25 5.2.2 故障代碼的讀取 .25 5.2.3 常見的 ECU 認(rèn)定故障的條件 .26 5.2.4 故障模擬發(fā)生器的模擬方法 27 5.3 外設(shè)匹配功能 27 5.4 本章小結(jié) .27 參考文獻(xiàn) .29 致謝 31 附錄 32 英文文獻(xiàn)與中文參考翻譯 .34 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 1 第 1 章 緒 論 1.1 概述 當(dāng)前，汽車技術(shù)已被國家列為高等職業(yè)教育的緊缺專業(yè)之一，是國家重點(diǎn)扶持發(fā) 展的專業(yè)。 “隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，對高等汽車專業(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。 ”而發(fā)動機(jī)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(jī)的日常維護(hù)和維修變的越來越重要。 我國汽車發(fā)動機(jī)的電控化的起因與西方國家相同，但發(fā)動機(jī)電控化所經(jīng)歷的過程 卻完全不同。西方國家經(jīng)歷了從起步到發(fā)展的幾十年的漫長的發(fā)展過程。而我國主要 是通過技術(shù)引進(jìn)的方式實現(xiàn)發(fā)動機(jī)電控化的，在短短的幾年內(nèi)，實現(xiàn)了小型車發(fā)動機(jī) 的電控化。因此，無論是研制人員還是使用維修人員，都必須盡快掌握電控發(fā)動機(jī)的 原理和技術(shù)，迅速縮短與世界先進(jìn)水平的差距。對于使用和維修者而言，掌握電控發(fā) 動機(jī)的大連理工大學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文性能，就能夠為正確使用和維修電控發(fā)動 機(jī)提供正確的理論依據(jù)和合理的技術(shù)方法。隨著我國發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)開發(fā)步伐的加快， 必須培養(yǎng)大批掌握發(fā)動機(jī)電控技術(shù)的專業(yè)人才，因此，高性能的電控發(fā)動機(jī)實驗臺的 研制是必不可少的。 1.1.1 選題的依據(jù) 隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車廣泛的試用了電控發(fā)動機(jī)，電控發(fā)動機(jī)是電 子控制比較集中的總成，為了提高實訓(xùn)教學(xué)的教學(xué)手段和質(zhì)量，使學(xué)生掌握電控發(fā)動 機(jī)的拆裝和簡單的故障檢測，因此設(shè)計試驗臺架方便教師教學(xué)與學(xué)生進(jìn)行實際試驗與 拆裝。 1.1.2 選題的目的 目前，我國汽車工業(yè)全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的巨大沖擊，能否在未來的世界汽車業(yè)競爭中 掌握主動權(quán)，關(guān)鍵取決于能否在電子技術(shù)上占領(lǐng)制高點(diǎn)。這就要求汽車方面相關(guān)專業(yè) 人士，對其有更深刻、更系統(tǒng)的了解，并且掌握其發(fā)展機(jī)理，把握其發(fā)展趨勢。而這 所有的一切，都基于對理論知識的學(xué)習(xí)研究，對理論知識掌握的牢固程度，直接影響 到在汽車領(lǐng)域的發(fā)展空間及在本行業(yè)中所走道路的長遠(yuǎn)。可見，理論知識的重要性。 結(jié)合現(xiàn)在的教學(xué)來看，目前我們還沒有一個科學(xué)的、系統(tǒng)的教學(xué)模式，老師在課堂上 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 2 所講的理論知識太抽象，學(xué)生聽起來太枯燥、太乏味，學(xué)生一時不能理解，不能接受， 這就給老師和學(xué)生帶來了雙層麻煩。其實問題就出現(xiàn)在沒有一套完整的教學(xué)模型，來 形象的、直觀的展現(xiàn)給學(xué)生。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，這些所達(dá)到的效果是不明顯的。綜述以上種種原因，為了以后便于老師教 學(xué)，學(xué)生更直觀、準(zhǔn)確、形象、生動、系統(tǒng)地學(xué)習(xí)發(fā)動機(jī)知識，特此設(shè)計具有拆裝、 檢驗與測試功能的電控發(fā)動機(jī)教學(xué)實驗臺。這樣，不僅提高了學(xué)生的動手操作能力， 而且加強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性，從而提高學(xué)生的積極性，達(dá)到更好的教學(xué)目的。 1.1.3 選題的意義 1、有助于教學(xué)，理論與實際相結(jié)合。 2、培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。 3、安全性高，防止因為操作失誤出現(xiàn)的事故。 4、實用、耐用，從而達(dá)到節(jié)省開支的目的。 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，汽車正在步入普通百姓的家庭， 汽車保有量逐漸加大，為了和國際汽車行業(yè)接軌，國內(nèi)企業(yè)可根據(jù)政府對汽車環(huán)保、 安全和節(jié)能這三方面的要求，來開發(fā)相關(guān)汽車電子控制系統(tǒng)。國家環(huán)?？偩忠?，從 2004 年 9 月 1 日起，我國汽油車都要達(dá)到相當(dāng)于歐洲 II 號的排放標(biāo)準(zhǔn)，這就預(yù)示著 符合歐洲 III 號的汽車發(fā)動機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)有廣泛的市場空間。因為目前通過電 控燃油噴射閉環(huán)控制加三元催化轉(zhuǎn)化器尾氣候處理，是降低汽油發(fā)動機(jī)排放污染的最 有效措施。因此，該系統(tǒng)的自主開發(fā)將有巨大的市場前景。對于汽車專業(yè)技術(shù)人才培 養(yǎng)來說，如何使理論于實踐相結(jié)合，提高學(xué)生的工程實踐能力，是一重要的課題。設(shè) 計和制作汽車實驗實訓(xùn)臺可以培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力，分析處理問題的能力，工程實 踐能力和創(chuàng)新能力及商品意識，很好的滿足專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)的要求。維修人員技術(shù) 水平的提高可以使汽車得到更好的維護(hù)和保養(yǎng)，這對于提高汽車的使用壽命和經(jīng)濟(jì)效 益，推動汽車工業(yè)及國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有極其重要的現(xiàn)實意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。 1.2 發(fā)動機(jī)教學(xué)實驗臺研究現(xiàn)狀 前期：汽車和發(fā)動機(jī)的誕生都已有百年的歷史，尤其是二戰(zhàn)后汽車工業(yè)獲得了前 所未有的發(fā)展。從而帶動了包括發(fā)動機(jī)設(shè)計制造水平在內(nèi)了一系列的機(jī)械工業(yè)的進(jìn)步。 發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架的功能也從過去的只具有單一的拆卸，組裝向檢測，調(diào)試等多任務(wù)，多 功能轉(zhuǎn)化。 “雖然如此，國內(nèi)外對汽車發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架功能的改造和技術(shù)提升進(jìn)展的相 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 對較慢，特別是對于實驗、實訓(xùn)教學(xué)來說不夠?qū)嵱谩?” 國內(nèi)外現(xiàn)狀：目前，國內(nèi)的發(fā)動機(jī)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(jī)翻轉(zhuǎn)架，發(fā)動機(jī)能夠在翻轉(zhuǎn)架上翻轉(zhuǎn)、起動并運(yùn)轉(zhuǎn)，但需澆注混凝土，固定 時費(fèi)工費(fèi)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(dá)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(jī)翻轉(zhuǎn)架，雖然能夠移動，但發(fā)動機(jī)只能在翻轉(zhuǎn)架上翻轉(zhuǎn)，不能起動、 運(yùn)轉(zhuǎn)，無法對發(fā)動機(jī)進(jìn)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(jī)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(jī)上下動以 調(diào)整高度。通過驅(qū)動電機(jī)和減速器帶動發(fā)動機(jī)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(jī)作業(yè)的勞動強(qiáng)度。 “適用于 汽車發(fā)動機(jī)的拆裝移動維修作業(yè)，運(yùn)輸當(dāng)中可以把發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)支架拆解。 ” 最近幾年，國內(nèi)有研究人員綜合固定式和移動式各自的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計出了一種新型 翻轉(zhuǎn)架，它集發(fā)動機(jī)的拆卸、組裝、調(diào)試、大修、起動、故障設(shè)置及診斷、排除、檢 測等功能為一體。而且還配備了具有移動定位功能的“移動臺架” 。 “移動臺架”的工 具箱內(nèi)置有齊全的發(fā)動機(jī)解體、組裝、檢修、調(diào)試所需的工、量具。功能發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn) 架與移動臺架配合使用，改變了就地或在工作臺上解體、組裝發(fā)動機(jī)等不理想的實訓(xùn) 教學(xué)方式，解決了學(xué)生動手少、浪費(fèi)師資和實訓(xùn)場地緊缺的難題。 “由于多功能發(fā)動 機(jī)翻轉(zhuǎn)架與移動臺架能夠自由移動，從而可以任意組合、調(diào)整實驗室，提高了發(fā)動機(jī) 和移動臺架的利用率。使用多功能發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架，可以方便地檢測、診斷、排除發(fā)動 機(jī)的各種故障，并能在教學(xué)中設(shè)置發(fā)動機(jī)故障和各種異響。 ”在生產(chǎn)實際中，使用多 功能發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架與移動臺架，避免了修理廠在發(fā)動機(jī)大修過程中重復(fù)吊裝和工作臺 不能移動造成的誤工現(xiàn)象。 “這種新型發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架保留了傳統(tǒng)固定式和移動式翻轉(zhuǎn) 架的優(yōu)點(diǎn)，克服了其弊端，增加了翻轉(zhuǎn)架的功能，能夠完成發(fā)動機(jī)的全部實訓(xùn)課題， 實現(xiàn)了一機(jī)多用，并提高了汽車修理廠發(fā)動機(jī)大修作業(yè)的工作效率。 ” 1.3 本設(shè)計的基本內(nèi)容和需要解決的問題 1.3.1 設(shè)計的主要內(nèi)容： （1）設(shè)計發(fā)動機(jī)實驗臺架，此臺架可安裝固定 1ZR-FE 發(fā)動機(jī)，真實可運(yùn)行的發(fā) 動機(jī)，充分展示發(fā)動機(jī)組成結(jié)構(gòu)。可在拆裝臺架上進(jìn)行發(fā)動機(jī)拆裝和修理的實操，也 可與運(yùn)行臺架相連，通過接通拆裝臺架上的電路、油路、氣路等，運(yùn)行發(fā)動機(jī)。配有 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 4 儀表總成，ECU 以及 OBDⅡ檢測連接座?？蛇M(jìn)行電控系統(tǒng)的自診斷功能或人工讀取故 障碼和數(shù)據(jù)流。 （2）設(shè)計發(fā)動機(jī)測試柜，此柜可與發(fā)動機(jī)實驗臺連接，可通過示波器、發(fā)動機(jī) 分析儀、萬用表等儀器對發(fā)動機(jī)工況進(jìn)行測試。利用測試柜上的開關(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用表從面板上檢測，檢查 出設(shè)置故障點(diǎn)的位置和內(nèi)容，可用于發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的教學(xué)實驗。 （3）實驗臺電控系統(tǒng)線路連接圖的改造設(shè)計。 1.3.2 解決的主要內(nèi)容： （1）如何實現(xiàn)發(fā)動機(jī)既能正常運(yùn)行并檢測又能滿足拆裝要求。 （2）如何將發(fā)動機(jī)主臺架和附實驗臺架合理布置及連接。 （3）如何設(shè)計測試柜內(nèi)電路及控制開關(guān)的布置。 （4）如何解決實驗臺與測試柜連接問題。 （5）如何讓此實驗臺架更方便使用、維護(hù)、保養(yǎng)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 5 第 2 章 電控發(fā)動機(jī)原理與實驗臺總體方案 2.1 發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng) 在現(xiàn)代教學(xué)活動中實驗臺已經(jīng)被大規(guī)模的使用。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽車人才 的緊缺，越來越多的人選擇了汽車行業(yè)，因此教學(xué)實驗臺在學(xué)校處于正在普及發(fā)展的 階段。研究實驗臺設(shè)計的主要還是專業(yè)的企業(yè)。另外還有汽車企業(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。 2.1.1 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(jìn)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(jī)上的各種傳感器測出發(fā)動機(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 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)的動力性、經(jīng)濟(jì)型、 凈化性大幅度提高。 與傳統(tǒng)化油器式發(fā)動機(jī)相比，裝有汽油噴射系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）可以提高發(fā)動機(jī)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(jī)故障率大大降低。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 圖2.1 電控系統(tǒng)工作流程圖 2.1.2 L 型電控燃油噴射系統(tǒng)工作原理（所選發(fā)動機(jī)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(diǎn)、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(jī)的進(jìn)氣量和發(fā)動機(jī)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2.2圖所 示。 汽油箱11內(nèi)的汽油被電動汽油泵9吸出并加壓至0.25MPa左右，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(jìn)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(jī)的進(jìn)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(jìn)氣 管上的空氣流量計18計量，并將進(jìn)氣量變化轉(zhuǎn)變成電信號傳輸給電控單元15.節(jié)氣門 開度越打，進(jìn)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。控制單元首先根據(jù)分電器中的曲軸 轉(zhuǎn)角傳感器確定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，再根據(jù)轉(zhuǎn)速和進(jìn)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(diǎn)信 號，控制各缸噴油器在進(jìn)氣行程開始之前進(jìn)行噴油。 電控單元根據(jù)進(jìn)氣量和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速計算出的噴油量是基本噴油量，是汽油機(jī)能夠 運(yùn)轉(zhuǎn)的基本條件。以此為基礎(chǔ)，再根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀況加以修成，得到的修正噴油 量才能滿足發(fā)動機(jī)各種運(yùn)行工況對混合氣成分的要求。 當(dāng)發(fā)動機(jī)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(diǎn)閉 合，這時電控單元指令噴油器增加噴油量，供給發(fā)動機(jī)較濃的混合氣，以維持怠速運(yùn) 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(jī)在中小負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時，電控單元根據(jù)發(fā)動機(jī)溫度傳感器3和進(jìn)氣溫度傳感 器傳輸來的發(fā)動機(jī)溫度和進(jìn)氣溫度信號，對今本噴油量進(jìn)行修正，修正后的噴油量滿 足向發(fā)動機(jī)提供經(jīng)濟(jì)混合氣成分的要求。 在發(fā)動機(jī)在全負(fù)荷下工作時，節(jié)氣門全開，節(jié)氣門位置傳感器中的全負(fù)荷觸點(diǎn)閉 合。電控單元按照供給發(fā)動機(jī)功率混合氣成分的要求增加噴油量，實現(xiàn)全負(fù)荷加濃， 以使發(fā)動機(jī)發(fā)出最大功率。 在發(fā)動機(jī)冷起動時，由冷起動噴油器16向進(jìn)氣管額外噴入一定數(shù)量的汽油，以加 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 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(jī)的溫度。電控單元根據(jù)安裝在機(jī) 體水套中的發(fā)動機(jī)溫度傳感器輸入的電信號，判定發(fā)動機(jī)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(jī)加濃。 圖2.2 L-葉特朗尼克電子控制汽油噴射系統(tǒng)示意圖 [23] 2.1.3 L 型電控燃油噴射系統(tǒng)組成（所選發(fā)動機(jī)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(jī)的不同工況，向發(fā)動機(jī)提供相應(yīng)的空氣量， 并對空氣量進(jìn)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(jìn)入進(jìn)氣總管，再分配到各進(jìn)氣歧管，空氣在進(jìn)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(jìn)氣總管和進(jìn)氣歧管 等組成（如圖2.3所示）?？諝鉃V清器的作用是在空氣流進(jìn)發(fā)動機(jī)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。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 8 圖2.3 電控發(fā)動機(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣量進(jìn)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(jī)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2.4所示。 圖2.4 電控發(fā)動機(jī)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(jī)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(jī)不同工況下，根據(jù) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 9 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(diǎn)火進(jìn)行 控制，確定最佳點(diǎn)火時刻；對怠速進(jìn)行控制；對發(fā)動機(jī)進(jìn)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， 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(diǎn)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(jī)工作時所需要的控制數(shù)據(jù)資料，并且可以把發(fā)動機(jī)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(jī)的不同部位。它能檢測和反映發(fā)動機(jī)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(jī)電控系統(tǒng)主要的傳感器有：空氣流量傳感器、進(jìn)氣歧管絕對壓力傳 感器、冷卻液溫度傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、發(fā)動機(jī)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(diǎn)火器等。電子控制系 統(tǒng)的工作流程如圖2.5所示。 圖2.5 電控發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)工作流程 2.2 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。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 2.2.1 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(jìn)性、可操控性、典型性和經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)這一原則，選擇豐田COROLLA (花冠)為基本 車系，發(fā)動機(jī)為具有代表意義的1ZR-FE型，該車系配備有先進(jìn)的計算機(jī)控制系統(tǒng)，且 具有制造成本低等特點(diǎn)。 該車系采用典型的前置發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)。因此,在設(shè)計中采用橫置發(fā)動機(jī)，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(diǎn)，電氣配線則利用原車系連接器單獨(dú)連 接 制成線束，沿臺架邊緣布線。 2.2.2 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(jī)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(qiáng)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。 2.2.3 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(jī)，并能翻轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)進(jìn)行拆裝實訓(xùn)。副實驗臺架用于連接發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需 要的附屬元件，使發(fā)動機(jī)能進(jìn)行正常工作。測試柜主要用于調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)工況、檢測發(fā) 動機(jī)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(jī)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(jìn)行了改造，采用變形布置?？紤]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。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 2.3 本章小結(jié) 由于本次設(shè)計是電控發(fā)動機(jī)綜合測試教學(xué)實驗臺，所以需要掌握電控發(fā)動機(jī)的相 關(guān)知識，所以本章大半中介紹電控發(fā)動機(jī)的情況，為后續(xù)設(shè)計鋪墊，也為如何設(shè)計發(fā) 動機(jī)故障檢測和排除打下基礎(chǔ)。 第 3 章 發(fā)動機(jī)實驗臺架設(shè)計 3.1 概述 設(shè)計發(fā)動機(jī)實驗臺架的主要目的是用于發(fā)動機(jī)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(jī)并能翻轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)的功能。 汽車電控發(fā)動機(jī)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(jī)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(kuò)大實驗臺的應(yīng)用范圍、 擴(kuò)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(jī)進(jìn)行拆 解和部分性能測試。 3.2 發(fā)動機(jī)固定臺架研發(fā)的目的和概況 3.2.1 發(fā)動機(jī)試驗臺架研發(fā)的目的 發(fā)動機(jī)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(jī)的日常維護(hù)和維修變的越來越重要。發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架試驗臺是發(fā)動機(jī)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(diǎn)。其萬向腳輪移動性好， 不僅可以減輕操作者的勞動強(qiáng)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(diǎn)干凈整潔?？梢哉f發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架試驗臺既是汽車專業(yè)學(xué)生拆裝發(fā)動 機(jī)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(jī)的翻轉(zhuǎn)試驗臺，學(xué)生拆裝發(fā)動機(jī)很不方便，不能將發(fā)動機(jī) 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(jī)，減輕學(xué)生的勞動強(qiáng)度，使學(xué)生通過實習(xí)能對發(fā)動機(jī)有一個 更全面的了解，我設(shè)計了一種針對該發(fā)動機(jī)的翻轉(zhuǎn)試驗臺。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 3.2.2 固定臺架的發(fā)展概況 目前，國內(nèi)的發(fā)動機(jī)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(jī)翻轉(zhuǎn)架， 發(fā)動機(jī)能夠在翻轉(zhuǎn)架上翻轉(zhuǎn)、起動并運(yùn)轉(zhuǎn)，但需澆注混凝土，固定時費(fèi)工費(fèi)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(dá)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(jī)翻轉(zhuǎn)架，雖然能夠移動，但發(fā)動機(jī)只能在翻轉(zhuǎn)架上翻轉(zhuǎn)，不能起動、運(yùn)轉(zhuǎn)，無法 對發(fā)動機(jī)進(jìn)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(jī)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(jī)上下動以調(diào)整 高度。通過驅(qū)動電機(jī)和減速器帶動發(fā)動機(jī)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(jī)作業(yè)的勞動強(qiáng)度?！斑m用于汽 車發(fā)動機(jī)的拆裝移動維修作業(yè)，運(yùn)輸當(dāng)中可以把發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)支架拆解。” 3.3 發(fā)動機(jī)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(jī)固定臺架應(yīng)滿足教學(xué)方便，可完成獨(dú)立后滿足學(xué)生拆裝發(fā)動機(jī)的功能，從而可 提高學(xué)生的工程實踐能力。 3.3.1 實驗臺架的設(shè)計 發(fā)動機(jī)拆裝、檢驗與測試教學(xué)實驗臺主架的設(shè)計主要是發(fā)動機(jī)的定位，發(fā)動機(jī) 定位時應(yīng)當(dāng)結(jié)合并且參考發(fā)動機(jī)在車架上的安裝位置和在發(fā)動機(jī)上的固定支點(diǎn)及發(fā)動 機(jī)的整體尺寸而定。 發(fā)動機(jī)綜合測試教學(xué)實驗臺主架的主要作用是固定發(fā)動機(jī)，根 據(jù)實驗室現(xiàn)有發(fā)動機(jī)臺架的發(fā)動機(jī)固定方法，同事參考發(fā)動機(jī)在原車上的安裝位置和 在發(fā)動機(jī)上的固定支點(diǎn)及發(fā)動機(jī)的整體尺寸最終確定發(fā)動機(jī)的固定方法，同時需要考 慮發(fā)動機(jī)油底殼到地面的距離。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 圖 3.1 實驗臺臺架(a) 如圖 3.1（a）中用六角螺栓 M12 連接到發(fā)動機(jī)飛輪外殼上的螺栓孔上。 圖 3.1 實驗臺臺架(b) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 圖 3.2 實驗臺架(c) 發(fā)動機(jī)體除去油路、電路、進(jìn)氣、排氣機(jī)構(gòu)后安裝在實驗臺上的，拆卸掉發(fā)動機(jī) 上的螺栓后可對發(fā)動機(jī)進(jìn)行解體，發(fā)動機(jī)在蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的作用下可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，這樣 有利于拆裝和便于測試發(fā)動機(jī)是否正常工作，從而達(dá)到測試與自診斷的目的。 發(fā)動機(jī)固定臺架的作用主要為固定發(fā)動機(jī)，同時在為發(fā)動機(jī)拆裝的過程中提供平 臺，初始設(shè)計尺寸為 1100×750×1100(mm)。 3.3.2 傳動件的計算 1.確定渦輪、蝸桿的材料和類型 （1）確定渦桿的類型 為了使蝸桿有很好的自鎖性，應(yīng)減少蝸桿的的頭數(shù)。初選 z1＝1；z2＝z1?i12＝70。發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架對蝸桿的要求為：一要能承受低速中載，二要 加工方便。而對傳動效率和傳動精度無嚴(yán)格要求。所以優(yōu)先選用圓柱蝸桿中的阿基米 德蝸桿，即 ZA 型。其特點(diǎn)為：可車削加工，加工方便，但不易磨削，精度和傳動效 率較低，一般用于頭數(shù)較少、低速或不太重要的傳動，應(yīng)用較廣。 （2）選擇渦輪蝸桿的材料 蝸桿傳動屬一般用途，按《簡明機(jī)械設(shè)計手冊》表 12－8 蝸桿常用材料，初選 45 鋼，表面淬火，硬度為 45~55HRC，齒面粗糙度 Ra=0.8～0.4。 由于蝸輪的轉(zhuǎn)速 n=2r/min，為低速中載，按該手冊表 12－9 選用 ZCuAl10Fe3(鋁青銅) 2.確定渦輪、蝸桿的基本尺寸 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 （1） m2d1≥ ?KT2 ??·50??????Hz? 式中 m——蝸桿的軸向模數(shù)(mm)； d1——蝸桿分度圓直徑(mm)； z2——蝸輪齒數(shù)； [σH]——蝸輪的許用接觸應(yīng)力(MPa) ； K——載荷系數(shù)； T2——作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩(N?mm)； 估計蝸桿、蝸輪的相對滑動速度 VS=0.5m/s。由《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》表 12－5 中查 得[σ H]＝250MPa。因為使用鏈輪會產(chǎn)生一些沖擊，另外發(fā)動機(jī)的重心繞連接軸中心做 圓周運(yùn)動，屬于動載荷，K 取 1.2； 代入上式得 m2d1≥474 mm3，由《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 》表 12－1 得 m2d1=556, z1=1, d1＝56，q=17.778, m=3.15, z2＝70。 （2）確定中心距 a = 0.5m(q+ z2)=138.250mm；取 q=72，得 a=141.4，圓整取 a=142。i 12=72, 變 位系數(shù) x=0.2。 （3）計算導(dǎo)程角 tanγ= z1/q=1/17.778，得 γ=3.22o（即 3o13’10”） （4）V1=πd 1n1/60000=0.422m/s ; VS= V1/cosγ=0.423 m/s。查表 12-6 當(dāng)量摩 擦系數(shù) f’和當(dāng)量摩擦角 ρ’ 得 f’＝0.09，ρ’=5.14oγ,能實現(xiàn)自鎖 （5）渦輪蝸桿的基本尺寸 表 3-1 蝸桿、蝸輪的基本尺寸 名稱 代號 公式 數(shù)值 中心距/mm a a=( d1+ d2+2x2m)/2 142mm 蝸桿頭數(shù) z1 1 蝸輪齒數(shù) z2 z2＝z 1?i12 72 傳動比 i 72 齒形角 α 20o 模數(shù)/mm m m=mx 3.15 蝸輪變位系數(shù) x2 2md 1??a0.2 蝸桿直徑系數(shù) q q= d1/m 17.778 蝸桿軸向齒距/mm Px Px=πm 9.896 蝸桿導(dǎo)程/mm P2 P2=πmz1 9.896 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 蝸桿導(dǎo)程角 γ γ=acrtan qz13o13’10” ZA 蝸桿法向齒形角 αn tanαn=tanαxcosγ 3o2’24” 蝸桿齒頂高/mm ha1 ha1=m 3.15 蝸輪齒頂高/mm ha2 ha2=(1+x2)m 3.75 蝸桿齒根高/mm hf1 hf1=1.2m 3.78 蝸輪齒根高/mm hf2 hf2=(1.2- x2)m 3.18 工作齒高/mm h’ h’=2m 6.3 頂隙/mm c c=0.2m 0.63 蝸桿分度圓直徑/mm d1 d1=qm 56 蝸輪分度圓直徑/mm d2 d2=z2m 226.8 蝸桿齒頂圓直徑/mm da1 da1= d1+ 2ha1 62.3 蝸輪齒頂圓直徑/mm da2 da2= d2+ 2ha2 234.3 蝸桿齒根圓直徑/mm df1 df1= d1-2 hf1 48.44 蝸輪齒根圓直徑/mm df2 df2= d2- 2hf2 220.44 蝸桿齒寬/mm b1 b1=(12+0.1z2m) 60 蝸輪齒寬/mm b2 b2 =(0.67~0.75) da1 46 蝸輪外徑/mm de2 de2=da2+2m 240.6 蝸輪咽喉母圓半/mm rg2 rg2=a-0.5da2 24.85 蝸輪齒寬角 θ θ=2arcsin(b2/ d1) 110o 3．計算傳送功率 傳動嚙合效率 η 1＝ )tan(v??? 得 η 1=0.38； 攪油損失效率 η 2取 0.98； 滾動軸承效率 η 3取 0.98； 總效率 η＝η 1?η 2?η 3＝0.36。 4.蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度校核 σ Fmax= ≤σ Fpmax (MPa)23 'max1640qzYTF 式中 T ’2max——蝸輪承受的最大扭矩(MPa)，T ’2max= T2； Y F——齒形系數(shù)，根據(jù)蝸輪當(dāng)量齒數(shù) zv2=z2/cos3γ=72.3，查表 12-11 得 YF=1.36； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 17 σ Fpmax——蝸輪的許用彎曲強(qiáng)度(MPa)，查《簡明機(jī)械設(shè)計手冊》表 12-9 得 σ Fpmax=63MPa； 代入公式得 σ Fmax=28.5 MPa F ’1，所以 Fa1= F’2+ FA=4781N，F(xiàn) a2= F’2=281N P=fp(XFr+YFa) 查表 15-12, fp=1.2，F(xiàn) a1/ Fr1=4781/1209=3.95e X=0.4 Y=1.6 P1=1.2×(0.4×1209+1.6×4781)=9760N Fa2/ Fr2=281/899=0.31 F’1，所以 Fa1= F’2+ FA=12141N Fa2= F’2=11421N P=fp(XFr+YFa) 查表 15-12, fp=1.2 Fa1/ Fr1=11421/28589=0.40e X=1 Y=0 P1=1.2×28589=34307N Fa2/ Fr2=11421/31979=0.36e X=1 Y=0 P2=1.2×31979=38375N C=P ε=10/3?610hnL C1=P1 =34307× =49975N36h3 106290? C2=P2 =38375× =55901N3 06hnL3106 C1,C2 均小于 C=215000N , 故滿足要求。 鍵的選擇與校核 蝸桿軸上的鍵的選擇與校核 選用 A 型普通平鍵，鍵 6×14 GB1096-79 t=3.5 t1=2.8 k=h/2=3 l=L-b=8 由表 7-10 查得[σ]p＝100 MPa σ p= = =83.3MPa [σ] pDklT269108302?? 蝸輪的連接鍵的選擇與校核 選用兩個 A 型普通平鍵，鍵 14×50 GB1096-79 t=5.5 t1=3.8 k=h/2=4.5 l=L-b=36 由表 7-10 查得[σ] p＝100 MP a σ p= = =42.0MPa [σ] pDklT?5.2691035.40.2??? 3.4 本章小結(jié) 本章是發(fā)動機(jī)實驗臺架的設(shè)計，是此次設(shè)計最重要的一個環(huán)節(jié)。其中包括主實驗 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 20 臺架和副實驗臺架結(jié)構(gòu)和外型的設(shè)計，材料的選取，尺寸的確定以及實驗臺部分位置 的強(qiáng)度校核。以滿足發(fā)動機(jī)拆裝、零件檢驗的設(shè)計要求。 第 4 章 發(fā)動機(jī)測試柜的設(shè)計 發(fā)動機(jī)測試柜是發(fā)動機(jī)綜合測試教學(xué)實驗臺不可或缺的一部分，是測試發(fā)動機(jī)的 重要重要工具，也是其他測試工具的載體。主要針對電控發(fā)動機(jī)傳感器故障的診斷， 也可進(jìn)行人工設(shè)置故障，是一個多功能的測試裝置。 4.1 發(fā)動機(jī)測試柜設(shè)計的目的及意義 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 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 21 控燃油噴射發(fā)動機(jī)在現(xiàn)代汽車上已經(jīng)廣泛使用，且有取代化油器發(fā)動機(jī)的趨勢。電控 燃油噴射系統(tǒng)用計算機(jī)控制燃油供應(yīng)量，該系統(tǒng)中計算機(jī)綜合各種不同傳感器送來的 信息進(jìn)行精確計算，然后作出判斷，控制噴油器以一定的壓力正確迅速地把燃油噴射 到發(fā)動機(jī)進(jìn)氣岐管里，與吸入的空氣進(jìn)行混合，進(jìn)入發(fā)動機(jī)汽缸，同時配合電子控制 器點(diǎn)火，在最佳時刻點(diǎn)燃混合氣。電子控制使發(fā)動機(jī)的空燃比、點(diǎn)火時刻等得到最佳 調(diào)節(jié)，解決了汽車排氣凈化和節(jié)油的問題，同時使汽車獲得高功率、大轉(zhuǎn)矩及行駛穩(wěn) 定性等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于大量電子元件、集成電路的應(yīng)用，使發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)越來越 復(fù)雜，故障診斷也越來越難。在這種情況下，設(shè)計此發(fā)動機(jī)實驗臺測試柜，以研究汽 車電控噴射系統(tǒng)故障診斷的原理和方法。 4.2 發(fā)動機(jī)測試柜的設(shè)計 4.2.1 發(fā)動機(jī)測試柜總體布局 測試柜由三部分組成，第一部分是可以接萬用表的測試端子區(qū)域，第二部分是發(fā) 動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時顯示工況的顯示區(qū)域，第三部分是可以設(shè)計故障的人工設(shè)置故障開關(guān)區(qū)域。 此外還有與實驗臺連接的插頭端。 測試端子區(qū)域由 40 個 ECU 端子的連接端組成當(dāng)對發(fā)動機(jī)的工況進(jìn)行故障模擬時 只需對相應(yīng)的連接端進(jìn)行設(shè)置即可。測試端子區(qū)域由 40 個 ECU 端子的連接端組成當(dāng) 對發(fā)動機(jī)的工況進(jìn)行故障模擬時只需對相應(yīng)的連接端進(jìn)行設(shè)置即可。如圖 4.1(a)中位 置 1 所示。 面板區(qū)的設(shè)計主要是在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時監(jiān)測進(jìn)氣歧管壓力、進(jìn)氣溫度、水溫 、節(jié) 氣門位置。如圖 4.1(a)中位置 2 所示。 故障設(shè)置區(qū)是由開關(guān)控制傳感器的開關(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極大的便利。 圖 4.1 測試柜(a) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 22 圖 4.1 測試柜(b) 圖中 7 為油箱 為發(fā)動機(jī)提供啟動、運(yùn)行所必須的燃油。 圖中 8 為副水箱 為發(fā)動機(jī)提供經(jīng)由冷卻系統(tǒng)冷卻后的水。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 23 圖 4.1 測試柜(c) 圖 4.2 測試柜測試面板 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 24 圖 4.3 測試柜顯示儀表 為保證測試柜的固定，測試柜左右兩面由同形狀的鐵板用十字槽盤頭螺釘連接， 測試柜后蓋也由此種方法完成。 4.3 本章小結(jié) 本章主要設(shè)計了發(fā)動機(jī)綜合測試教學(xué)實驗臺的測試部分—發(fā)動機(jī)測試柜。發(fā)動機(jī) 測試柜主要是由測試柜體本身、以及連接電控發(fā)動機(jī)各傳感器和執(zhí)行元件的 ECU 端子 組成，來實現(xiàn)對發(fā)動機(jī)工況的檢測，也可通過這些檢測端的開關(guān)進(jìn)行故障模擬，以加 強(qiáng)教學(xué)的實用性。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 25 第 5 章 發(fā)動機(jī)實驗臺教學(xué)功能簡介 5.1 發(fā)動機(jī)的拆裝及檢驗 5.1.1 單體發(fā)動機(jī)的拆卸和檢查 （1）拆卸水泵皮帶輪及發(fā)動機(jī)固定支架。 （2）設(shè)定活塞位置，拆卸曲軸皮帶輪。 （3）拆卸水泵。 （4）拆卸氣缸蓋罩以及襯墊，拆卸正時鏈條蓋。 （5）拆卸鏈條張緊器，拆卸鏈條張緊器滑板，拆卸鏈條減震器。 （6）檢查正時鏈條的延伸度。 （7）設(shè)置凸輪軸定位螺栓，拆卸凸輪軸。 （8）檢查凸輪軸正時齒輪。 （9）拆卸凸輪軸正時齒輪。 （10）拆卸氣缸蓋及缸墊。注意：從外往內(nèi)松開并拆開氣缸蓋固定螺栓。 （11）拆卸油底殼及油封。 （12）檢查凸輪軸正時鏈輪。 （13）檢查鏈條張緊器和減震器。 （14）檢查氣缸蓋固定螺栓。 5.1.2 氣缸蓋的分解、檢查和重組 （1）按順序拆卸：氣門挺桿、氣門、氣門桿油封。 （2）按順序檢查如下項目：氣缸蓋的平整度；氣缸蓋是否有裂紋；間隙；氣門 及氣門彈簧；氣門導(dǎo)管襯套；氣門座；凸輪軸。 （3）按順序重組氣缸：安裝氣門桿油封；安裝氣門；安裝氣門挺柱。 5.1.3 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。 （2）按順序檢查如下項目：檢查氣缸蓋的平直度；檢查間隙；檢查活塞和活塞 環(huán)；檢查軸承蓋固定螺栓；檢查軸承。 （3）安裝曲軸。 （4）重新組裝活塞并安裝活塞。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 26 5.1.4 重新組裝發(fā)動機(jī) （1）安裝油底殼。 （2）安裝氣缸蓋墊片并安裝氣缸蓋。 （3）安裝油封。 （4）安裝凸輪軸正時齒輪。 （5）安裝凸輪軸。 （6）安裝正時鏈條并安裝正時鏈條蓋。 （7）安裝曲軸皮帶輪。 （8）安裝水泵。 （9）安裝水泵皮帶輪。 （10）檢查并調(diào)整氣門間隙。 5.2 故障模擬設(shè)置與故障自診斷功能 實驗臺設(shè)有包含各種常見電子控制系統(tǒng)故障的預(yù)設(shè)單元，如：傳感器、執(zhí)行元件 的故障代碼操作等。針對發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的故障，可利用發(fā)動機(jī)故障指示燈進(jìn)行讀取， 也可利用專用設(shè)備進(jìn)行讀取。下面以故障指示燈顯示為例加以說明。 5.2.1 讀取條件 蓄電池電壓不應(yīng)低于 12V；關(guān)閉全車所有用電負(fù)荷；將點(diǎn)火開關(guān)至于 OFF 位置； 用 SST（專用跳線）將故障診斷插座中的 TC 與 CG 端子短接。 5.2.2 故障代碼的讀取 由“CHECK ENGINE”故障燈閃亮次數(shù)與時間顯示故障碼數(shù)值。 1．系統(tǒng)正常信號輸出波形如圖5.1所示。 圖5.1障診斷正常碼信號輸出狀態(tài) 2．故障碼的顯示：如圖5.2所示，故障燈閃亮?xí)r間的長短將遵循下述規(guī)律。 由接通點(diǎn)火開關(guān)到出現(xiàn)第一個故障碼之間間隔 4.0s，故障碼的第 l 位數(shù)字 和第 2 位數(shù)字之間間隔 1.5s，故障碼和故障碼之間問隔 2.5s，所有故障碼循環(huán) 與下一循環(huán)之間間隔 4.5s，故障診斷碼數(shù)列反復(fù)時間將與故障診斷插座端子 TC 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 27 和 CG 被連接的時間一樣長。在完成故障診斷檢查之后，應(yīng)將 SST(專用跳線)從 故障診斷插座上拆下。 圖 5.2 故障碼顯示規(guī)律 3．清除故障診斷代碼 對故障部位進(jìn)行修理后，一般采用拆下EFI的15A保險絲至少30s的方法清除 保存在ECU存儲器內(nèi)的故障診斷碼。保險絲拆下時間的長短取決于環(huán)境溫度(溫度 低，保險絲拆下時間應(yīng)長)，拆下保險絲之前應(yīng)先切斷點(diǎn)火開關(guān)。在消除故障診 斷碼后，應(yīng)進(jìn)行一次工況試驗，以確認(rèn)“CHECK ENGINE”故障燈顯示“正常碼”。 若相同的故障診斷碼仍被顯示，表示故障部位未被徹底修理好或故障診斷碼未被 有效清除。 4．故障診斷碼的存儲原則 包括“正常碼”在內(nèi)，均由 ECU 統(tǒng)一按編程原則存儲，當(dāng) 2 個或 2 個以上的 故障碼被顯示時，小的數(shù)碼將先出現(xiàn)。除特殊情況外，所有被檢測到的故障診斷 碼，從它被檢測到開始均由 ECU 保存在存儲器內(nèi)，直到被清除為止。故障一旦被 排除，位于儀表板上的“CHECKENGINE”故障燈將熄滅，但是故障診斷碼仍被寄 存在 ECU 的存儲器內(nèi)。 5.2.3 常見的 ECU 認(rèn)定故障的條件 （1）冷卻液溫度設(shè)定在-30℃～120 ℃，其輸出電壓在 0.3 V～4.7 V 范圍內(nèi)變 化，當(dāng) ECU 接收到的電壓超出正常范圍時，認(rèn)定為冷卻液溫度傳感器故障，同時啟用 失效保護(hù)功能。 （2）當(dāng)進(jìn)氣溫度傳感器電路斷路或短路 0.5S 以上時，認(rèn)定為進(jìn)氣溫度傳感器故 障，同時啟用失效保護(hù)功能。 （3）ECU 在發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn) 0.5S 以上未接收到空氣流量傳感器或進(jìn)氣歧管壓力 傳感器信號時，認(rèn)定傳感器電路故障，并按節(jié)氣門位置傳感器信號以三種固定的噴油 量噴油。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 28 （4）ECU 在 0.5S 以上未收到節(jié)氣門位置傳感器的 VTA 信號或怠速時信號電壓低 于 0.4 V 或高于 3.5 V 時，認(rèn)定節(jié)氣門位置傳感器電路故障，啟用失效保護(hù)功能。 （5）大氣壓力傳感器 信號不正常時，認(rèn)定傳感器電路故障，ECU 以 1 個標(biāo)準(zhǔn)大 氣壓控制噴油。 （6）氧傳感器電路斷路、短路、輸出電壓保持不變或變化頻率每 10 S 變化低于 8 次時，ECU 認(rèn)定氧傳感器電路故障，并以開環(huán)控制方式控制噴油。 （7）曲軸位置傳感器電路斷路或短路時，ECU 接收不到曲軸轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號， ECU 認(rèn)定故障，但無法采用失效保護(hù)，發(fā)動機(jī)將無法運(yùn)轉(zhuǎn)。 （8）執(zhí)行器（如噴油器、點(diǎn)火控制器、怠速控制閥等）故障監(jiān)測，由于車型的 控制軟件不同，有的能被 ECU 檢測出來，有的則不能。 5.2.4 故障模擬發(fā)生器的模擬方法 （1）模擬傳感器、電路和執(zhí)行器斷、短路故障可在相應(yīng)傳感器及線路上串聯(lián)或 并聯(lián)開關(guān)直接模擬。特別要注意的是：在模擬短路工況時，應(yīng)確定所模擬段短路不會 因電流過大而燒壞電腦板、線路或元器件。 （2）模擬傳感器、電路和執(zhí)行器參數(shù)（信號）異常，常規(guī)的做法是串聯(lián)一個可 變電阻，同時要考慮所需的功率應(yīng)滿足使用要求。 在采用串聯(lián)電阻模擬傳感器參數(shù)（信號）異常時，要了解傳感器的類型，對于有 些傳感器，這種方法是無效的。如曲軸（凸輪軸）位置傳感器、車速傳感器、觸點(diǎn)開 關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器和氧傳感器等。一般來說，輸出數(shù)字信號的傳感器和各種控制 開關(guān)信號都不能采用此法模擬。 5.3 外設(shè)匹配功能 實驗臺設(shè)有故障診斷端子接口，可以與示波器、萬用表、發(fā)動機(jī)分析儀等設(shè)備連 接，直接測量傳輸信號，進(jìn)行實車難以實現(xiàn)的故障診斷分析的實踐教學(xué)過程。因此， 該接口設(shè)計具有很強(qiáng)的教學(xué)特定功能。 5.4 本章小結(jié) 本章是發(fā)動機(jī)綜合測試教學(xué)實驗臺基本功能介紹。從發(fā)動機(jī)的拆裝及檢驗，發(fā)動 機(jī)電控系統(tǒng)故障診斷及模擬等方面做了簡要介紹。明確了發(fā)動機(jī)綜合測試教學(xué)實驗臺 的設(shè)計要求及意義。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 29 結(jié) 論 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書中的設(shè)計內(nèi)容及技術(shù)要求出發(fā)，參考關(guān)于電控發(fā)動機(jī)實驗臺設(shè)計 的文獻(xiàn)，模仿并改進(jìn)實驗室中的其他教學(xué)實驗臺的設(shè)計理念，設(shè)計出發(fā)動機(jī)綜合測試 教學(xué)實驗臺。此臺架可安裝固定發(fā)動機(jī)并能進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，可用于發(fā)動機(jī)的拆裝實訓(xùn)。也 可連接發(fā)動機(jī)附件對裝