车辆工程毕业设计论文-1zr-fe发动机教学实验台设计(编辑修改稿)

车辆工程毕业设计论文-1zr-fe发动机教学实验台设计(编辑修改稿)内容摘要：

外还有汽车企业提供给学校方便教学的实验台。 因此实验台的研究已经处于一个接近成熟的阶段。 电控汽油喷射（ EFI）系统 电子控制汽油喷射（ Electronic Fuel Injection，简称 EFI）系统是在恒定的压力下，利用喷油器将一定数量的汽油直接喷入气缸或进气管道内的汽油燃料供给装置，以电控单元（ Electronic Control Unit，简称 ECU）为控制中心，根据空气流量和转速来决定其基本喷油量，并利用安装在发动机上的各种传感器测出发动机的各种运行参数，再按照电控单元中预存的控制程序进行修正，并精确地控制喷油器的喷油量，使发动机在各种工况下都能获得最佳空燃比的可燃混合气，从而使汽油机的动力性、经济型、净化性大幅度提高。 与传统化油器式发动机相比，装有汽油喷射系统的发动机具有以下优点： （ 1） 可以提高发动机的充气效率，使各缸混合气分配比较均匀，精确控制各个缸混合气与工况的匹配。 （ 2）排气污染降低。 （ 3）适合全车电子化控制的要求。 （ 4） 发动机故障率大大降低。 图 电控系统工作流程图 6 L 型电控燃油喷射系统工作原理（所选发动机所属型 号） L型汽油喷射系统是 20世纪 70年代发展起来的，是电子控制的多点、间歇式汽油喷射系统，目前应用最为广泛。 它以发动机的进气量和发动机转速作为基本控制参数，从而提高了喷油量的控制精度。 L型汽油喷系统由空气供给装置、燃油供给装置、电子控制装置组成。 如 示。 汽油箱 11内的汽油被电动汽油泵 9吸出并加压至 ，经汽油滤清器 7滤除杂质后被送至燃油分配管 13。 燃油分配管与安装在各缸进气支管上的喷油器 6相连。 在燃油分配管的末端装有燃油压力调节器 14，用来调节油压使其保持稳定。 发动机的进气量由汽 车驾驶员通过加速踏板操纵节气门 21来控制。 由安装在进气管上的空气流量计 18计量，并将进气量变化转变成电信号传输给电控单元 度越打，进气量越多，反之亦然。 喷油器的喷油量和喷油时刻由电控单元控制。 控制单元首先根据分电器中的曲轴转角传感器确定发动机转速，再根据转速和进气量计算出相应的喷油量，并通过控制喷油持续时间来控制喷油量。 电控单元还根据曲轴转角传感器发出的第一缸上止点信号，控制各缸喷油器在进气行程开始之前进行喷油。 电控单元根据进气量和发动机转速计算出的喷油量是基本喷油量，是汽油机能够运转的基本 条件。 以此为基础，再根据发动机的运行状况加以修成，得到的修正喷油量才能满足发动机各种运行工况对混合气成分的要求。 当发动机在怠速工作时，节气门接近关闭，节气门位置传感器 17中的怠速触点闭合，这时电控单元指令喷油器增加喷油量，供给发动机较浓的混合气，以维持怠速运转的稳定性，并将怠速的有害排放控制在最低水平。 发动机在中小负荷下运转时，电控单元根据发动机温度传感器 3和进气温度传感器传输来的发动机温度和进气温度信号，对今本喷油量进行修正，修正后的喷油量满足向发动机提供经济混合气成分的要求。 在发动机在全负荷下工作 时，节气门全开，节气门位置传感器中的全负荷触点闭合。 电控单元按照供给发动机功率混合气成分的要求增加喷油量，实现全负荷加浓，以使发动机发出最大功率。 在发动机冷起动时，由冷起动喷油器 16向进气管额外喷入一定数量的汽油，以加浓混合气，保证起动加浓。 在暖车期间混合气需要加浓的程度取决于发动机的温度。 电控单元根据安装在机 7 体水套中的发动机温度传感器输入的电信号，判定发动机温度的高低，并形成相应大小的控制电流，控制喷油器的喷油量，使系统多喷油保证暖机加浓。 图 L叶特朗尼克电子控制汽油喷射系统示意图 [23] L 型 电控燃油喷射系统组成（所选发动机所属型号） （ 1）空气供给系统 空气供给系统的主要作用是根据发动机的不同工况，向发动机提供相应的空气量，并对空气量进行直接计量，从而使提供的空气与喷油器所提供的燃油形成符合一定空燃比要求的可燃混合气。 空气流经空气滤清器后，经过空气流量计测量，然后通过节气门体进入进气总管，再分配到各进气歧管，空气在进气歧管中与喷油器供给的燃油混合并被吸入气缸。 空气供给系统主要由空气滤清器、空气流量计、节气门体、进气总管和进气歧管等组成（如图 ）。 空气滤清器的作用是 在空气流进发动机各缸之前，除去空气中所含的尘土、沙粒等颗粒物，以减轻对气缸、活塞和活塞环的磨损，并减少对空气流量计的不良影响。 8 图 电控发动机空气供给系统的组成 空气流量计主要是用来计量流入发动机的空气量，并把测量的信号送给电控单元。 它和转速信号是确定发动机基本喷油量的两个基本参数。 空气流量计根据测量方式的不同，有不同的形式，如热线式、卡门涡流式、叶片式。 其中， LH型电控燃油喷射系统所采用的空气流量计为热线式，它可以直接测量流入进气总管的空气质量流量，测量的精度较高，响应性好。 节气门体总成 主要是对进入发动机的空气量进行控制。 它主要由节气门、怠速旁通气道、怠速控制阀以及感知节气门位置的节气门位置传感器等组成。 （ 2）燃油供给系统 燃油供给系统的作用是向发动机提供工作时所需要的燃油，并将燃油雾化从而与空气混合形成发动机工作所需的可燃混合气。 燃油供给系统主要由以下几部分组成：燃油箱、电动燃油泵、燃油滤清器、燃油压力调节器以及喷油器等。 电动燃油泵从油箱中吸取燃油并加压，燃油经过燃油滤清器过滤后，经压力调节器调整压力，一般将供油压力调整到比进气歧管压力高出约 250～ 300kPa，然后经过供油管路分配 给各个进气歧管上的喷油器和冷起动喷油器。 电动燃油泵所供给的燃油量一般是发动机工作所需燃油量的 6～ 8倍，其余的燃油在燃油压力调节器的作用下，经过回油管路流回燃油箱。 燃油供给系统的工作流程如图。 图 电控发动机燃油供给系统工作流程 （ 3）电子控制系统 电子控制系统是电控燃油喷射系统的核心，电子控制系统性能的好坏对发动机工作性能有着决定性的影响。 电子控制系统的主要作用是：在发动机不同工况下，根据各种传感器传送的信号，决定喷油量和喷油时刻等，以获得最佳空燃比；对点火进行控制，确定最佳点火时刻；对 怠速进行控制；对发动机进行排放控制；它还可以检测电控系统产生的故障，并将检测到的故障以代码的形式存储到 ECU中，供检修时调用， 9 还具有安全保险与后备功能。 电子控制系统有很多形式，复杂程度也有很大差别。 电子控制系统主要由 3部分组成：传感器、电子控制单元 (ECU)、执行器。 电控单元 (ECU)是电子控制系统的神经中枢，它接收各传感器传输的信号，经过计算、分析和处理，向各个执行器发出动作指令，指示执行器完成各种功能，从而实现对空燃比、点火正时以及怠速、排放等的控制。 电控单元还有存储功能，它不仅可存储发动机工作时所 需要的控制数据资料，并且可以把发动机的故障以代码的形式存储起来。 传感器的作用是将各种需要检测的物理量变成电信号送至 ECU。 它们根据各自功能的不同，分布在发动机的不同部位。 它能检测和反映发动机工作状态的各种参数，并把这些参数转换成电控单元所能接受的电信号传输给电控单元，为电控单元提供所需的信息。 发动机电控系统主要的传感器有：空气流量传感器、进气歧管绝对压力传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器、发动机曲轴位置传感器、节气门位置传感器、氧传感器以及爆震传感器等。 执行器是根据电控单元的指令完成一定动作的装置。 主要的执行器有：喷油器、燃油泵、怠速控制阀、 EGR阀、燃油蒸发污染控制电磁阀以及点火器等。 电子控制系统的工作流程如图。 图 电控发动机电子控制系统工作流程 实验台总体结构设计 本实验台设计包括 :动力系统、电控系统和整体结构设计三部分。 动力系统 实验台设计应满足教学与技能训练的要求 ， 故动力系统选型的基本原则为具有先进性、可操控性、典型性和经济性。 根据这一原则 ， 选择丰田 COROLLA (花冠 )为基本车系 ， 发动机为具有代表意义的 1ZRFE型 ， 该车系配备有先进的计算机控 制系统 ， 且 10 具有制造成本低等特点。 该车系采用典型的前置发动机结构。 因此 ,在设计中采用横置发动机 ， 使实验台架结构紧凑 ， 并能真实反映原车系的工作特点，电气配线则利用原车系连接器单独连接 制成线束 ， 沿台架边缘布线。 基于 实验台电控系统的设计方案 电控系统选型包括 :控制原理分析、动力系统控制步骤、控制系统组成分析、控制模式设计与分析、故障选择与设计、故障模拟单元设计与分析、故障诊断专家库设计、可识别故障码及计算机故障诊断模型建立等。 实验台动力系统的控制采用原车控制系统 ， 故控制原理、控制过程具有很强的仿真性 ， 具有实车训练的效果。 关键环节是故障源的设置及与动力、控制系统的互动连接。 实验台工作系统由操作装置、控制系统、动力与传动系统、信号显示等部分组成。 汽车电控单元与各传感器、执行元件之间插入安装一个故障仿真设置单元 ， 使故障设置单元上的端子与电子控制单元引角相对应 ， 借助示波器、万用表等专用仪器可动态测试系统数据信号。 在故障设置单元上还配置了与端子数目相当的故障开关 ， 可以通过故障开关直接设置故障 ， 使控制系统信号真实化 ， 故障现象以故障码的形式由控制系统相应显示装置输出 ， 该装置的合理性直接关系到实验台的工作效果。 整体结构设计 实验台的整体结构由主实验台架、副实验台架和测试柜组成。 主实验台架用于固定发动机，并能翻转发动机进行拆装实训。 副实验台架用于连接发动机正常运转所需要的附属元件，使发动机能进行正常工作。 测试柜主要用于调节发动机工况、检测发动机工作性能和设置故障、排除故障等功能。 台架下方安装转向轮 ， 为节省空间 ， 没有采用原车 120L的油箱 ， 而是用副油箱 (40L)替代安装在实验台机架上 ； 安装时因油箱高度较低 ， 汽油泵与油箱底部间隔不够，采用汽油泵倾斜布置 ， 解决了油面高度问题 ，同时也保证了燃油位置传感器可靠工作。 实车排气管尺寸较大 ， 不便于安装在实验台架上 ； 为缩小安装尺寸并尽可能降低排气噪声 ， 在不增加排气阻力的前提下 ， 对原车排气管进行了改造 ， 采用变形布置。 考虑到排气管的充分散热 ， 将冷却系统风扇布置在排气管附近 ， 解决了排气温度过高的问题。 本章小结 由于本次设计是电控发动机综合测试教学实验台，所以需要掌握电控发动机的相关知识，所以本章大半中介绍电控发动机的情况，为后续设计铺垫，也为如何设计发动机故障检测和排除打下基础。 11 第 3 章 发动机实验台架设计 概述 设计发动机实验台架的主要目的是用于发动机拆装 的教学，因此，该实验台应该具有安装和固定发动机并能翻转发动机的功能。 汽车电控发动机实验台设计应具有直观的示教效果、良好的可操控性，并能在实践教学环节中充分发挥作用，为使实验台更具有车系代表性，实验台在整车基础上保留了发动机整体结构和部分电器仪表及信号系统等，以尽可能扩大实验台的应用范围、扩展功能。 此试验台架与普遍台架的最重要区别在于在工况试验后，可自由对发动机进行拆解和部分性能测试。 发动机固定台架研发的目的和概况 发动机试验台架研发的目的 发动机既是汽车的动力源，又是汽车所有部件中最为复杂和最有科技含量的部件。 因此发动机的日常维护和维修变的越来越重要。 发动机翻转架试验台是发动机拆装修理的最基本的工具。 它具有操作轻便﹑使用时装卸方便等特点。 其万向脚轮移动性好，不仅可以减轻操作者的劳动强度，操作简便，而且提高了生产率。 专门油盘使整个维修过程及工作地点干净整洁。 可以说发动机翻转架试验台既是汽车专业学生拆装发动机的必备工具，也是普通汽车修理行业的理想工具。 由于我校汽车专业实验室紧缺一种针对丰田佳美 V8 发动机的翻转试验台，学生拆装发动机很不方便，不能将 发动机的内部结构和工作方式看的一清二楚。 直接影响了教学质量和学生探索的兴趣。 为了方便学院学生拆装发动机，减轻学生的劳动强度，使学生通过实习能对发动机有一个更全面的了解，我设计了一种针对该发动机的翻转试验台。 固定台架的发展概况 目前，国内的发动机翻转架有固定式的和移动式的两种。 固定式汽车发动机翻转架，发动机能够在翻转架上翻转、起动并运转，但需浇注混凝土，固定时费工费时，不能在短时间内投入使用。 且不能移动，限制了实验室的调整。 另外，油、水、工件、工具易落地，达不到卫生清洁的起码要求，也不便于检测和 排除故障。 移动式汽车发动机翻转架，虽然能够移动，但发动机只能在翻转架上翻转，不能起动、运转，无法对 12 发动机进行检测、故障设置和故障诊断与排除。 ” 现在较好的发动机翻转架一般可通过分体式液压升举缸等系统使发动机上下动以调整高度。 通过驱动电机和减速器带动发动机的转动和实现多级变速。 有仅举升准确，回转平稳，而且操作安全，结构合理，减轻了装卸发动机作业的劳动强度。 “适用于汽车发动机的拆装移动维修作业，运输当中可以把发动机翻转支架拆解。 ” 发动机实验台架设计方案 固定台架的设计主要应考虑使用方便、美 观、方便教学、操作简单等等方面。 主要采用 60mm 60mm 壁厚为 5mm 的方钢作为主要材料，同时加装脚轮，方便移动。 发动机固定台架应满足教学方便，可完成独立后。