花冠轎車1ZZ-FE發(fā)動機設計【全套CAD圖紙+畢業(yè)論文答辯資料】

購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 第 1 章 緒 論 言 汽車新技術發(fā)展十分迅速，在汽車工程上的應用越來越普遍而相關高校及社會技術培訓機構在汽車新技術教學中大多以理論為主，相應新技術、新結構為主的實踐教學手段嚴重滯后，不僅不能與汽車領域廣泛推出的汽車新技術同步，更跟不上汽車新技術的快速發(fā)展為此，研制了豐田 1E 型電控發(fā)動機仿真實驗臺，希望能夠為相關教學機構提供有益的幫助結合我校豐田技術人才培養(yǎng)的要求， 本設計以豐田花冠 1動機為藍本 ， 設計制造出具有故障診斷以及教學功能演示的綜合實驗臺，可以結合實驗臺可以進行故障 設置，診斷并且進行信號測試，數(shù)據(jù)流分析等。目的是通過理論與實踐相結合的方式，培養(yǎng)和加強學生的汽車故障診斷分析能力。 題研究的背景與意義 近 20 多年來，隨著計算機和電子技術的發(fā)展，汽車工業(yè)和汽車技術取得了長足進步。采用電子技術已經(jīng)成為解決汽車質(zhì)量與性能諸多問題中的最佳方案。應用微機控制發(fā)動機的噴油與點火就是為了適應社會對汽車排放法規(guī)與節(jié)能的要求。目前，多數(shù)轎車都已裝用發(fā)動機管理系統(tǒng)，對發(fā)動機各個系統(tǒng)進行綜合控制發(fā)動機的控制已由早期的模擬裝置發(fā)展成為微機控制的數(shù)字控制系統(tǒng)。在發(fā)動機管理系統(tǒng)中，微機不僅 控制點火定時與噴油系統(tǒng)的空然比，還控制怠速轉速，爆燃，增壓壓力，近期和廢棄再循環(huán)以及變速器傳動諸多方面，還增加了自診斷系統(tǒng)，后備系統(tǒng)與保護裝置，提高了整個控制系統(tǒng)的可靠性。 現(xiàn)代汽車工業(yè)已經(jīng)進入成熟的發(fā)展階段，世界各大汽車制造商為進一步地爭奪汽車銷售市場，不斷加強開發(fā)投資力度，試圖以提高汽車安全性、降低能耗、改善舒適性和增加功能等來推動汽車工業(yè)向高附加值方向發(fā)展。汽車電子技術是汽車技術與電子技術相結合的產(chǎn)物，汽車電子化被認為是汽車技術發(fā)展進程中的一次革命。在現(xiàn)代汽車上，電子技術的應用越來越廣泛，汽車已經(jīng)由單 純的機械產(chǎn)品發(fā)展為高級的機電一體化產(chǎn)品，成為所謂的 “電子汽車 ”。 汽車電子化是現(xiàn)代汽車發(fā)展的重要標志。隨著電子信息技術的飛速發(fā)展 , 現(xiàn)代汽車技術與電子技術、信息技術融合在一起 , 汽車已成為現(xiàn)代科技的載體和結晶。據(jù)核計，目前平均每輛車上的電子裝備已經(jīng)占到整車成本的 20%在一些豪華轎車上，使用單片微型計算機的數(shù)量已經(jīng)達到 50個，電子產(chǎn)品費用占到整車成本的 50%以上。 可以說 ,目前電子技術的應用已經(jīng)深入到汽車所有的系統(tǒng)并在提高汽車的操縱性能、燃油購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 經(jīng)濟性、可靠性和自動化程度等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。在發(fā) 達國家，汽車已經(jīng)進入電子時代，汽車電子控制技術已經(jīng)成為當代汽車技術領域關注和研究的重點問題。 由此可以看出，現(xiàn)代汽車已不再是傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品，其中汽車的機械部分的發(fā)展已經(jīng)達到了極致，汽車繼續(xù)改進的空間將集中在傳統(tǒng)汽車技術和電子技術的的結合上，汽車上 70%的革新來自汽車電子技術及產(chǎn)品。然而，由于汽車運行的環(huán)境多變，特別是發(fā)動機所處的環(huán)境惡劣，因此，由發(fā)動機電子控制系統(tǒng)引起的故障也相應增多。據(jù)相關從事汽車維修多年的人員表示，現(xiàn)代汽車由于電控系統(tǒng)引起的故障大約占全車故障的 70%，特別是新車。發(fā)動機電子燃油噴射是一項 涉及面很廣的技術，它包括了傳感器技術、微處理技術、控制工程等多方面知識。并且， 在汽車修理過程中，由于車系、車型的差別，維修人員判定傳感器元件信號及電子控制單元導致的故障很困難。這就給汽車維修和汽車教學帶來了很大的障礙。而現(xiàn)有的教學試驗臺架絕大部分仍然基于傳統(tǒng)的發(fā)動機，這是制約學生理論學習和提高實踐能力的一個重要原因。本設計通過對發(fā)動機電子控制部分實施改制，使之形成可以脫離發(fā)動機本體試驗的系統(tǒng)設計，應用相應傳感器來模擬實際運行工況，實現(xiàn)故障診斷，通過故障代碼的分析，查找并排除故障。研制出一套對汽車電子控制系統(tǒng) 診斷準確、操作方便、快速經(jīng)濟的故障診斷系統(tǒng)，從而把理論教學與實踐過程有機地結合起來，使理論教學更直觀，實踐過程更容易。 內(nèi)外研究狀況 在國外主要開發(fā)的是發(fā)動機電子控制故障診斷系統(tǒng)，代表產(chǎn)品有 美國通用汽車公司和福特汽車公司推出的稱之為 故障診斷咨詢系統(tǒng)。日本豐田汽車公司的維修、信息及技術部門聯(lián)合開發(fā)了 “維修技術咨詢系統(tǒng) ”和豐田發(fā)動機集中電子控制 診斷系統(tǒng)。 汽車電子控制實驗臺的發(fā)展趨勢是朝著人工控制智能化的方向發(fā)展，實現(xiàn)故障診斷檢測、工作狀況的演示等功能。 我國仿真技術的研 究與應用開展得比較早，發(fā)展迅速。 80 年代就建設了一批水平高 、規(guī)模大的半實物仿真系統(tǒng)，如射頻制導導彈半實物仿真系統(tǒng)、工程飛行模擬等等，主要應用于軍事用途。目前半實物仿真在工業(yè)、交通優(yōu)化逐步開始應用，同時，半實物仿真技術已成為國內(nèi)汽車工程師研究的熱點，已滿足應用設計周期的縮短、產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高、開發(fā)及設計費用的減少的要求。 在國外，汽車公司的工程師感到他們需要一種替代傳統(tǒng)設計的新途徑。他們曾經(jīng)嘗試過的方法所遇到的主要問題還是硬件原型的不完備，整個設計在工程化時需要重購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 新設計和重新編程。因此汽車公司的工程師開始尋 找一種新的方法來填補傳統(tǒng)與現(xiàn)代的汽車電子控制系統(tǒng)開發(fā)之間的空白，使得需求定義者控制器設計人員有一個共同的堅實基礎。 故障診斷 (是指確定故障的起因，即在不拆卸發(fā)動機本體或僅拆下個別零件的條件下，查找故障零件部位和查明故障原因的過程。診斷技術，是指能用于發(fā)現(xiàn)和分析故障元件及故障區(qū)域的技術。按故障診斷技術從無到有，與電控燃油噴射技術的發(fā)展水平相對應的診斷技術可分為人工經(jīng)驗診斷、簡單儀器診斷、精密監(jiān)測診斷和人工智能診斷四個階段。 人工經(jīng)驗診斷： 20 世紀 50 年代以前，發(fā)動機結構較簡單，電控燃 油噴射系統(tǒng)還沒有應用于汽車發(fā)動機，通過簡單的測試儀表，如轉速表、氣壓表、真空表電壓表、電流表等，或者是判定發(fā)動機是否有異響、是否過熱、有異味等情況。再依靠人工經(jīng)驗來完成對的發(fā)動機故障診斷工作。目前，人工經(jīng)驗診斷方法對某些復雜故障的診斷仍十分有效。 簡單儀器診斷： 20 世紀 50 年代初至 70 年代末，由于汽油噴射系統(tǒng)開始應用于汽車發(fā)動機，傳感器、微處理器技術、控制工程技術也隨之在汽車發(fā)動機上得到應用。因此，在汽油噴射系統(tǒng)故障診斷過程中就必須借助相關傳感器、微處理器及示波器等儀器設備對發(fā)動機的工況進行檢測，以判定其工 作性能的好壞。 精密監(jiān)測診斷： 20 世紀 80 年代初至 90 年代初，電子技術的進步，對電控燃油噴射系統(tǒng)的控制內(nèi)容更加全面，控制程度更加精確。隨之，以計算機技術為核心的各種精密診斷設備得到了快速的發(fā)展，對電控發(fā)動機故障診斷的準確率也有了很大提高。如各種發(fā)動機分析儀、點火正時儀、電腦檢測儀以及各種電子化檢測儀表等都是進行精密檢測所必備的儀器。 人工智能診斷： 20 世紀 90 年代開始，由于汽車電控燃油噴射技術的不斷完善，而且車型及其控制技術又不盡相同。因此，在汽車維修中，故障診斷就成為關鍵性問題。應用人工智能理論與技術以及 現(xiàn)代的信息技術開發(fā)出的各種故障系統(tǒng)將有助于電控燃油噴射系統(tǒng)故障診斷問題的解決。 障診斷技術的發(fā)展趨勢 近年來，一些新的科學分支的出現(xiàn)和發(fā)展及其在設備故障診斷中的成功應用，為汽車故障診斷技術的發(fā)展開拓了新的途徑 1。 由于汽車電子化的趨勢是從整體上來設計全車的控制系統(tǒng)，因此，現(xiàn)代故障診斷系統(tǒng)的技術正向著故障專家系統(tǒng)、人工智能故障診斷系統(tǒng)方面發(fā)展，開發(fā)要求是：具有在線更新自診斷功能、故障預測功能、自我保護功能，并且還可以實現(xiàn)在線信息資源的交流與共想。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 實物仿真系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容 （ 1）半實物 仿真系統(tǒng)的設計：具有較強的演示功能，可以實現(xiàn)發(fā)動機工況演示以及針對不同 電子控制系統(tǒng)元件進行信號測試； （ 2）控制面板的設計：能夠?qū)崿F(xiàn)與豐田車系不同測試車輛控制系統(tǒng)的連接，實現(xiàn)車輛控制信號測試； （ 3）實現(xiàn)相關教學功能，可以進行發(fā)動機工作演示，使學生能夠直觀看到發(fā)動機的各種工況，并對不同的演示現(xiàn)象進行必要的分析。 第 2 章 發(fā)動機相關資料及技術特點 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 動機相關資料 動機的作用和組成 1、發(fā)動機的作用：是使輸進氣缸內(nèi)的燃料燃燒而發(fā)出動力。 2、發(fā)動機的組成： 機體、曲柄連桿機構、配氣機構、燃油供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、點火系統(tǒng) (汽油發(fā)動機采用 )、起動系統(tǒng)等部分組成。（如圖 圖 動機組成示意圖 油 發(fā)動機的工作原理 發(fā)動機工作須經(jīng)過進氣，把可燃混合氣 (或新鮮空氣 )引入氣缸；然后將進入氣缸的可燃混合氣壓縮，壓縮接近終點時點燃可燃混合氣；可燃混合氣著火燃燒，膨脹推動活塞下行實現(xiàn)對外作功；最后排出燃燒后的廢氣。進氣、壓縮、作功、排氣四個過程。把這四個過程叫做發(fā)動機的一個工作循環(huán)，工 作循環(huán)不斷地重復，就實現(xiàn)了能量轉換，使發(fā)動機能夠連續(xù)運轉 2。 1、進氣行程 活塞在曲軸帶動下從上止點向下止點運動，這時排氣門關閉，進氣門打開。隨著活塞下移，氣缸內(nèi)容積增大，壓力減小，在氣缸內(nèi)形成一定的真空度，空氣和汽油混合物通過進氣門被吸入氣缸，并在氣缸內(nèi)進一步形成可燃混合氣 發(fā) 動 機總 體 構造 曲柄連桿機構：曲軸箱組；活塞連桿組；曲軸飛輪組。 配氣機構：氣門組；氣門傳動組。 燃料供給系：汽油機；柴油機。 點火系 冷卻系 潤滑系 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 2、壓縮行程： 進氣結束終了，曲軸繼續(xù)旋轉，帶動活塞從下止點向上止點運動，這時進、排氣門均關閉，氣缸內(nèi)成為封閉容積，隨著活塞移動，氣缸容積不斷減小，可燃混合氣受到壓縮，壓力和溫度不斷升高，當活塞到達上止點時壓縮行程結束。 3、做功 行程 ; 做功行程包括燃燒過程和膨脹過程，在這一行程中，進氣門和排氣門仍然保持關閉。當活塞位于壓縮行程接近上止點 (即點火提前角 )位置時，安裝在氣缸蓋上的火花塞產(chǎn)生電火花，點燃可燃混合氣，火焰迅速傳遍整個燃燒室，同時放出大量的熱能。燃燒氣體的體積急劇膨脹，溫度和壓力急劇升高，最高壓力可達 高溫度可達 2200 2800K，高溫高壓氣體膨脹，推動活塞從上止點向下止點移動，通過連桿使曲軸旋轉并輸出機械能，除了用于維持發(fā)動機本身繼續(xù)運轉外，其余用于對外做功。隨著活塞向下運動，氣缸內(nèi)容積增加，氣 體壓力和溫度逐漸降低，當活塞運動到下止點時，做功行程結束，氣體壓力降低到 體溫度降低到 12001500K。 4、排氣行程： 可燃混合氣在氣缸內(nèi)燃燒后生成的廢氣必須從氣缸中排出去以便進行下一個進氣行程。排氣行程開始時，排氣門開啟，進氣門仍然關閉，曲軸通過連桿帶動活塞由下止點向上止點運動時，此時廢氣在自身生剩余壓力和在活塞的推動下，經(jīng)排氣門排出氣缸之外。活塞越過上止點后，排氣門關閉，排氣行程結束。 受排氣阻力的影響，排氣終止時，氣體壓力仍高于大氣壓力，約為 度約為 900 1100K。 曲軸繼續(xù)旋轉，活塞從上止點向下止點運動，又開始了下一個新的循環(huán)過程?？梢娝男谐唐蜋C經(jīng)過進氣、壓縮、作功、排氣四個行程完成一個工作循環(huán)，這期間活塞在上、下止點往復運動了四個行程，相應地曲軸旋轉了兩圈。 實際汽油機的進氣過程中，進氣門打開。在排氣行程中，是排氣門早于下止點開啟，遲于上止點關閉。 進氣門早開晚關的目的是為了增加進入氣缸的混合氣量，排氣門早開晚關的目的是為了減少氣缸內(nèi)的殘余廢氣量。減少殘余廢氣量，會相應增加進氣量。 二行程汽油機的工作循環(huán)也是由進氣、壓縮、燃燒膨脹、排 氣過程組成，但它是在曲軸旋轉一圈 (360)，活塞上下往復運動的兩個行程內(nèi)完成的。因此，二行程發(fā)動 機與四行程發(fā)動機工作原理不同，結構也不一樣。 （如圖 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 圖 汽油機工作原理示意圖 例如曲軸箱換氣式二行程汽油機，氣缸上有三排孔，利用這三排孔分別在一定時刻被活塞打開或關閉進行進氣、換氣和排氣的。工作原理如下 ：活塞向上運動，將三排孔都關閉，活塞上部開始壓縮，當活塞繼續(xù)上行時，活塞下方打開了進氣孔，可燃混合氣進入曲軸箱，活塞接近上止點時，火花塞點燃混合氣，氣體燃燒膨脹，推動活塞向下運動，進氣孔關閉，曲軸箱內(nèi)的混合氣受到壓縮，當活塞接近下止點時，排氣孔打開，排出廢氣，活塞再向下運動，換氣孔打開，受到壓縮的混合氣便從曲軸箱經(jīng)進氣孔流入氣缸內(nèi)，并掃除廢氣。 第一行程：活塞從下止點向上止點運動，事先已充滿活塞上方氣缸內(nèi)的混合氣被壓縮，新的可燃混合氣又從化油器被吸入活塞下方的曲軸箱內(nèi)。 第二行程：活塞從上止點向下止點運動，活塞上方進行作功過程和換氣過程，而活塞下方則進行可燃混合氣的預壓縮。 二行程柴油機的工作原理 二行程柴油機和二行程汽油機工作類似，所不同的是，柴油機進入氣缸的不是可燃混合氣，而是純空氣。例如帶有掃氣泵的二行程柴油機工作過程如下： 第一行程：活塞從下止點向上止點運動，行程開始前不久，進氣孔和排氣門均以開啟，利用從掃氣泵流出的空氣使氣缸換氣。當活塞繼續(xù)向上運動進氣孔被關閉，排氣門也關閉，空氣受到壓縮，當活塞接近上止點時，噴油器將高壓柴油 以霧狀噴入燃燒室，燃油和空氣混合后燃燒，使氣缸內(nèi)壓力增大。 第二行程：活塞從上止點向下止點運動，開始時氣體膨脹，推動活塞向下運動，對外作功，當活塞下行到大約 2/3 行程時，排氣門開啟，排出廢氣，氣缸內(nèi)壓力降低，進氣孔開啟，進行換氣，換氣一直延續(xù)到活塞向上運動 1/3 行程進氣孔關閉結束。 動機的相關資料 111 豐田花冠 1擎的缸徑為 79程 縮比在某些國家中所公購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 布的數(shù)字高達 10： 1。而在臺灣所公布的最大馬力有 136 000大扭力 則達到 200排量為 汽缸最大平面卷曲度 氣門坐寬度 門錐角 45。氣門間隙為 門彈簧為 塞環(huán)間隙為 塞環(huán)開口間隙為 該發(fā)動機應用在卡羅拉第六代車型中，目前該發(fā)動機已被替代為，新發(fā)動機 2替代目前車型的 1。發(fā)動機外型（如圖 圖 發(fā)動機外型示意圖 1動機采用四缸 20 氣門配氣機構，閉環(huán)電子控制汽油噴射系統(tǒng)。其最大特點是實施了集中控制，即汽油噴射和點火由同一控制單元控制，噴射系統(tǒng)為多點順序噴射，點火系統(tǒng)采用高能無分電器點火系統(tǒng)。 電控汽油噴射系統(tǒng)根據(jù)其作用不同可分為四個系統(tǒng)，即空氣供給系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、點火系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。 空氣供給系統(tǒng)的作用是測量、控制汽油燃燒所需的空氣量。主要由空氣濾清器、空氣流量計、節(jié)氣門控制單元、穩(wěn)壓箱及進氣管下體等組成。 燃油供給系統(tǒng)的作用是將燃油從 油箱中吸出，加壓濾清后經(jīng)噴嘴供給發(fā)動機。它由汽油箱、汽油濾清器、電動汽油泵、壓力調(diào)節(jié)器、噴嘴等組成 。 電動汽油泵從油箱中將汽油泵出。經(jīng)汽油濾清器過濾及壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后使油壓始終高于進氣管壓力約 經(jīng)汽油分配管送給各缸噴嘴，噴嘴根據(jù)發(fā)動機控制單元的指令將汽油適時地噴入進氣管中 。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 花冠轎車采用無分電器點火系統(tǒng)。它主要由點火能量終端輸出極、點火線圈、高壓導線、火花塞以及各種傳感器組成，由發(fā)動機控制單元實施集中控制。點火時兩缸同時串聯(lián)點火，點火順序為 1個氣缸在排氣行程末期， 另一個氣缸在壓縮行程末期。在排氣行程的氣缸內(nèi)壓力較低，火花塞擊穿電壓較低，點火能量消耗較少，對處于壓縮行程中的另一個氣缸的點火影響不大。這種無分電器點火系統(tǒng)的優(yōu)點是：無旋轉件，無機械磨損，高壓導線數(shù)少，對無線電干擾小。 該點火系中主要部件是點火線圈及終端能量輸出極（末級功率）。點火線圈及終端能量輸出極裝在一個殼體里，固定在氣缸體上，火線圈的殼體上有各缸排序標識 A、 B、C、 D，分別對應的缸號為 1、 2、 3、 4。 1、 4 缸共用一個點火線圈， 2、 3 缸共用一個點火線圈。終端能量輸出極根據(jù)控制單元指令控制點火線圈初級繞組 的通電斷電。從而在點火線圈次級產(chǎn)生點火高壓。 4控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的主要作用是收集發(fā)動機的工況信號并確定最佳噴油量、最佳點火時刻。它由傳感器、電控單元和執(zhí)行元件組成。 發(fā)動機轉速傳感器是一個磁感應傳感器。它采集曲軸轉角位置和發(fā)動機轉速信號。在曲軸上有一個靶輪，靶輪上有 60 個齒，傳感器對它進行掃描。當靶輪經(jīng)過傳感器時，產(chǎn)生一個交變電壓信號，其頻率隨發(fā)動機轉速變化而變化，控制單元根據(jù)交變電壓的頻率識別發(fā)動機的轉速。在靶輪上有一處缺兩個齒，感應傳感器掃描到該處， 1 缸活塞處于上止點前 72，它是作為控制單元識別曲 軸轉角位置的基準標記。 進氣溫度傳感器是一個負溫度系數(shù)（ 阻，即溫度升高阻值下降。它安裝在進氣管體上，進氣溫度傳感器將進氣溫度轉變成電信號，送給控制單元，用于各種控制功能的休正。如果該信號中斷，控制單元將啟用一個替代值，但不能準確感知進氣溫度，會導致熱啟動困難，排放升高等故障。 冷卻水溫傳感器也是一個 阻，它與水溫表傳感器 接與發(fā)動機冷卻水接觸。該信號是一個較重要的修正信號。如果該信號中斷，控制單元將啟用一個替代值，但不能準確感知冷卻水溫度，將會導致發(fā)動機冷熱啟動困難，油耗 增加，怠速自適應差，排放升高等故障。 發(fā)動機控制單元是一種具有 36 個插腳的電子綜合控制裝置?？刂茊卧撠煂Πl(fā)動機控制系統(tǒng)進行管理。它不僅控制燃油噴射系統(tǒng)，同時還具有點火控制、怠速控制、油箱通風控制、自診斷和備用控制等多種功能。具體功能如下： (1)給傳感器提供基準電壓，將所需輸出的信息轉變成控制單元所能接受的信號。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 (2)接受傳感器或其他裝置輸入的各種信息。 (3)進行存儲、計算、分析處理信息；存儲該車的特征參數(shù)；計算出輸出值；存儲運算中的數(shù)據(jù)；存儲故障信息。 (4)運算分析。根據(jù)信息參數(shù)求出執(zhí)行命令數(shù)值， 并將輸出信息與標準值比較。 (5)輸出執(zhí)行命令。把弱信號變?yōu)閺姷膱?zhí)行命令。 (6)自我修正功能（自適應功能）。 微機利用數(shù)字控制，能在較短的時間內(nèi)處理很多信號，且具有上述功能，能夠進行高精度的發(fā)動機控制。 動機的技術特點 首先，這具引擎搭載了 可變閥門正時技術 項技術相當為人所熟知，并常被拿來與 使用的 比較。如果純粹就性能面或燃油的節(jié)省來看， 引擎的效果是要勝過于 ；然而 分段切換， 想要在各種運轉狀況之下都能調(diào)整出理想的閥門正時， 較居上風。多年前的 已經(jīng)使用類似 種改變凸輪相位角的機構，但是僅為兩段變化，控制策略也相當簡單，不像 作精確的調(diào)整與控制 。 比較不為人所注意的， 意將 擎的行程設計得很長，是一具長行程引擎。長行程引擎的中低速扭力充沛，駕駛性良好，燃燒也完全，能降低 污染，也能節(jié)省燃油。對定位在主流產(chǎn)品的乘用車來說是相當有利的。但是長行程引擎的高轉速性能較差，為了能提升這具長行程 引擎在高轉速時的性能， 天荒的在這個級距的引擎里摒棄了使用傳統(tǒng)氣門座的制造方法，而以雷射在汽缸頭鍍上一層較薄的耐磨耗合金來取代氣門座的功能 4。 這是因為燃燒室的空間很有限，使用傳統(tǒng)氣門座的引擎，因為必須在燃燒室里擠出空間來讓給又厚又大的氣門座，很難搭配較大的氣門，高速時的性能會受到相當?shù)木窒?。如果采用這樣的新技術，這層薄薄的耐磨耗金屬可以把珍貴的空間給讓出來，而能使用較大的氣門，讓進排氣量更大，高速性能得以充分提升。從廠方公布的馬力數(shù)字可以明顯看出來這項技術的效果，這具長行程引擎的高 轉速性能比起同級車來毫不遜色。而事實上，不只是在這個等級，即便在更高等級的豪華房車或是跑車上，也很少有使用這項技術的。另外，這具引擎的進氣道比一般的引擎要稍高，進排氣閥的夾角小，能有效的增加進氣的滾流，加上緊致的燃燒室與燃燒室混合氣擠壓區(qū)的設置，不管這些東西到底是怎么運作的，結果呢？是使得這具引擎有較好的燃燒效率，并且購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 有優(yōu)良的抗爆震性。所以，盡管這具引擎的壓縮比高達十，卻只需要使用辛烷值 91（ 汽油即可。也就是說可以用低辛烷值的汽油來享受高壓縮比所帶來的各項利益 。 在其它的機械構造上，也相當?shù)挠幸馑?。盡管許多同級車還在使用鑄鐵汽缸體，這具引擎卻采用了鋁合金來制作汽缸體。也就是俗稱的全鋁合金引擎。但是用鋁合金作汽缸體不算什么，值得注意的是， 棄了一般傳統(tǒng)引擎慣用的鑄鐵波司蓋，或是鋁鑄造的衍架式波司蓋，而采用了上下曲軸箱的強固結構。以一個整體式的下曲軸箱來固定波司與曲軸，剛性是十分的優(yōu)異。這樣的結構特別適合于高轉速運轉，慣用在大排氣量的機車上，而有一款并非主流乘用車定位的名車 2000，也采用了相同的結構來達到跑車引擎高轉速運轉的剛性要求。目前各車廠均紛紛開始要在平價的乘用車上 使用這樣的設計，而 是比人家搶先了好幾年甚至是十年以上的時間 。 而引擎的輔機，像發(fā)電機，冷氣壓縮機等等都舍棄了以往常用的支架，而直接鎖附在引擎上，提高了這些零件與引擎之間結合的剛性，能抑制振動噪音的發(fā)生。有人抱怨 隔音材料似乎太過單薄，如果真的是這樣，其實一點也不令人意外；因為這具引擎本身的剛性還及與變速箱結合的剛性都好，在 就是在振動噪音方面的特性天生就比同級車優(yōu)異許多，所以省下些隔音材料似乎也不是件不合理的事 。 氣門機構當然也有可觀之處。這具引擎采用正時煉條來驅(qū)動氣門。正時 煉條的壽命長，在正常的使用狀況下，一具引擎用到報廢都不需要調(diào)整與更換，信賴度跟正時皮帶比起來是要高得多了。但是整個系統(tǒng)較為復雜，成本也高，車廠在過去并不太喜歡。然而最近因應引擎壽命的增長，正時煉條又逐漸受到車廠的重視。 引擎在這方面又搶先了同級車一步。不過使用正時煉條也不算什么了不起，雖然是新流行，但畢竟也不是新技術。比較新的技術是在這具引擎的氣門挺桿上（ 這里不使用俗稱西姆的氣門調(diào)隙片，而以直接選配的方法來控制氣門間隙。這有什么好處呢？那就是低 成本與輕量化。輕量化的結果就是使得這具引擎能使用彈簧系數(shù)較低的氣門彈簧，進而降低摩擦損失，行駛起來就更加的省油了。根據(jù)臺灣能源會的公布資料， 省油是同級車中的第一名，測試結果跟 差無幾，當然，很多車廠都準備跟進，在這方面又是 先了別人一步。 這具引擎還經(jīng)過了日本式錙銖必較的輕量化，包括了使用塑料制的進氣岐管，不銹鋼制的排氣岐管等等各式各樣的輕量化零件，東省西扣的結果， 意的宣布這是世界上同排氣量引擎中最輕的一具，而且輕得很驚人，減重了百分之二十以 上。購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 一般認為這具引擎比別人輕得很多是無可置疑的，但這么驚人的數(shù)字也許有點取樣不公的嫌疑。 這具引擎向后方排氣，主要的原因是希望能縮短引擎與觸媒轉換器的距離，盡快提升在冷車激活時的觸媒溫度，使得觸媒轉換器能早點開始處理有害的廢氣。根據(jù)國外的報導， 消音器里還有個有趣的小玩意兒，是一個小小的以彈簧控制的閥，當轉速低時，背壓較低，這個閥會關閉讓排氣走比較遠的路以取得較好的消音效果。但是一旦轉速提高，這個閥會打開讓排氣抄個快捷方式以降低背壓 5。 章小結 隨著汽車技術的不斷發(fā)展和人 們對安全需求的不斷增長， 提高和 改善發(fā)動機 的性能一直是科研工作者追求的目標。隨著新理論、新材料、新技術等的不斷應用，結構更簡化、性能更強、成本更低的 發(fā)動機 產(chǎn)品將不斷推出，汽車安全性、舒適性、環(huán)保性，也將因此得到進一步的改善和提高。 本章主要介紹了發(fā)動機的工作原理以及1動機的技術資料，對設計的展開提供基本的保障。 第 3 章 豐田 1E 發(fā)動機實驗臺 架 及顯示面板的設計及總體布局 驗臺輔助結構設計 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 豐田 1力與傳動系統(tǒng)選型、仿 真控制系統(tǒng)設計和總體結構設計 3部分為使實驗臺更具有車系代表性，實驗臺以整車為基礎，保留了發(fā)動機整體結構和汽車底盤中傳動系、轉向系、部分電器儀表及信號系統(tǒng) 力與傳動系統(tǒng)選型 從經(jīng)濟性、實用性及先進性出發(fā)，以豐田花冠為基本參考車型，配備 1車型配有先進的計算機控制系統(tǒng)，采用典型的前置發(fā)動機、前輪驅(qū)動結構因此，設計時采用橫置發(fā)動機及自動變速器，使實驗臺結構緊湊，便于功能展示，以真實反應車型的工作特點；氣配線則利用原車型連接器單獨連接制 成線束，沿臺架邊緣布線，以便于故障診斷分析時使用 制系統(tǒng)設計 仿真控制系統(tǒng)設計包括：豐田花冠轎車控制原理分析、動力與傳動系統(tǒng)控制步驟、控制系統(tǒng)組成分析、仿真控制模式設計與分析、故障樹選擇與設計、故障模擬單元設計與分析、故障診斷專家?guī)煸O計、可識別故障碼及計算機故障診斷模型建立等 實驗臺動力與傳動系統(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，具有實車訓練的效果 6。 關鍵環(huán)節(jié)是故障源的設置與動力及控制系統(tǒng)的互動連接，如圖 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)、信號顯示等部組成汽車電子控制單元與各傳感器、執(zhí)行元件之間插入安裝一個故障仿真設置單元，使故障設置單元上的端子與電子控制單引腳相對應，借助示波器、車用萬用表、發(fā)動機綜合分析儀等專門設備可動態(tài)測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號在故 （ 實驗臺主視圖障設置單元上還配置了與端子數(shù)目相當?shù)墓收祥_關，可以通過故障開關直接設置故障，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)相應顯示裝置或其他外部顯示設備輸出 。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 圖 障仿真設置單元關系圖 驗臺總體結構設計 在本實驗臺的設計過程當中，考慮到教學演示操作功能的操作方便性和整體美觀性以及臺架整體的利用，我們設計了一個立面觀看演示的臺架。臺架上安裝了轉向輪，移動很方便，還設計了防塵檔板，形狀顯得更加美觀大方。根據(jù)人體工程學原理，我們設計了功能演示板。演示版為 120000架高度為 1100為 1200座長 1400裝四個轉向輪以方便移動，發(fā)動機支撐左右高為 200250個臺架高 1900 1400 1200底部固定有油箱，電瓶等附屬 構件均為原車尺寸。 實驗臺的總體結構由動力機架和演示板兩部分組成動力機架采用框架結構，用方管焊接而成發(fā)動機及自動變速器系統(tǒng)安放在機架中央，固定在機架底面上；機架后側支架固定安裝演示板臺架下方安裝支撐輪，使臺架可按要求移動轉向系統(tǒng)采用齒條式轉向器并配有助力系統(tǒng)，為使轉向機構運動靈活，在機架上安裝了支承板，用以固定轉向機構為節(jié)省空間，沒有采用原車油箱，而是用 油箱替代，安裝時對油箱進行了改造以保證燃油位置傳感器和汽油泵可靠工作原車排氣管尺寸較大，不便于安裝在臺架上，故對原車排氣管進行了變 形改造，并盡可能降低排氣噪聲及排氣阻力考慮到排氣管的充分散熱，冷卻系統(tǒng)風扇布置在排氣管附近，以解決排氣溫度過高的問題，風扇尺寸為 72020體結構如圖 示 信號輸入 主控 修正 轉速信號 符合信號 +B 電壓 其 他 信 號 故障設置單元 電子控制單元 執(zhí) 行 器 發(fā) 動 機 反饋信號 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 12發(fā)動機； 3排氣管； 4蓄電池； 5支撐架； 6油箱； 7變速器操縱桿； 8方向盤 圖 實驗 臺結構示意圖 驗臺面板設計 實驗臺的演示板上設置了信號燈、儀表盤、故障診斷區(qū)、線束連接區(qū)、照明區(qū)及指示儀表區(qū)，各區(qū)域設計力爭緊湊演示板尺寸為 1200 00 面中部布置儀表盤及信號燈，顯示系統(tǒng)的工作信息；演示板左側布置線束連接器及繼電器盒，顯示實驗臺電氣線束的布置情況；底部中間位置設置 4塊指示儀表， 2塊液壓表用于顯示自動變速器換檔工作油壓，一塊液壓表顯示燃油噴射系統(tǒng)供油壓力，另一塊真空表顯示節(jié)氣門下方真空度變化，指示值的波動可輔助相關故障的判定；故障診斷區(qū)則布置在演示板的右側，具體 位置如圖 3 為保證實驗操作的安全，實驗臺配有滅火器，以防止由于意外及操作不當起火而造成損失；臺架板面上還布置有安全開關，操作過程中因不正常操作出現(xiàn)意外故障時，可通過安全開關及時熄火，避免事故的發(fā)生此外，考慮到發(fā)動機排氣對室內(nèi)環(huán)境的危害，實驗臺還配置了專用廢氣導出管 將 部引到實驗臺板上，以連接口的形式固定在臺板上，讓學生可根據(jù)電路圖，進行線路連接。為保證線路接口接觸良好，對接線材料要求反復使用性強；為了讓學生對傳感器、執(zhí)行器、電源、搭鐵線路一目了然，在選擇接線時，應用不同線 色區(qū)分 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 1壹號保險盒； 2前照燈； 3儀表盤； 4點火信號中斷顯示燈； 5發(fā)動機電子控制單元； 6故障設置單元； 7信號線連接器； 8故障診斷端子； 9進氣歧管壓力傳感器； 10監(jiān)控儀表； 11接線盒； 12繼電器盒； 13貳號保險盒； 14電喇叭； 15萬用表 圖 實驗臺演示板布置圖 位件 的校核 發(fā)動機 實驗臺的自動變速器由前后兩個定位件對其進行托舉固定，其定位件是四個直徑為 10螺釘。因為 發(fā)動機 完全置于空中，故此四個螺釘平均承受該自動變速器重力，此處的受力為剪應力。 發(fā)動機 的重力 G=1550N, 每個螺釘承受的剪力為 。所以M P 87444 332 ， 故該定位件符合強度要求。 章小結 本章主要介紹了 發(fā)動機實驗臺的總體設計部分，對發(fā)動機實驗臺的主體臺架布 局，面板布置進行了介紹。在設計過程中對實驗臺的布局部分有些不夠合理，但在經(jīng)過反復審定后，確定了發(fā)動機實驗臺的全體布局。 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 第 4章 實驗臺故障設置及信號模擬功能設定 驗臺功能設定 況測試功能 為保證直觀的教學效果和良好的開發(fā)，實驗臺設置了較強的工況測試功能，能夠適應汽車各工況，直接利用轉速與負荷的變化實施工況控制，測試電子控制單元的控制過程數(shù)據(jù)并能利用驅(qū)動自動變速器實現(xiàn)帶負載功能的測試，從而實現(xiàn)不同工況控制過程仿真信號的測 試 若借助發(fā)動機分析儀等專用儀器還可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)流的輸出測試功能 7。 障模擬設置與診斷功能 采集各傳感器、執(zhí)行器輸出輸入信號設計一個與發(fā)動機 接頭能使實驗臺與發(fā)動機 關信號設置 ： 在對發(fā)動機設置故障時，使要設置故障的傳感器或執(zhí)行器的輸出信號先進入實驗臺，通過實驗臺中的開關將信號改變成故障信號再輸入到發(fā)動機 動機 達到通過實驗臺設置故障的目的。為了能提高學生自主判斷能力，在設計過程中，需將故障設置控制部 分放在臺板的側面，操作完畢后可鎖住，避免學生在操作過程中，根據(jù)故障設置開關的位置進行誤判斷。模擬信號的設置 ： 1、對于水溫、節(jié)氣門位置、進氣壓力、進氣溫度這些常用信號，除了采用開關通斷的故障模擬裝置外，還需采用電位計式調(diào)節(jié)裝置來實現(xiàn)對這些信號的故障調(diào)節(jié) (這種故障表現(xiàn)更接近于實際故障現(xiàn)象。 圖 溫傳感器 (障設置電路 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 2、曲軸位置及轉速傳感器信號的模擬 模擬裝置由曲軸轉速傳感器和衡圈 (齒圈用 60個齒分度，中間去掉 2個齒 )組成，利用電機帶動齒 圈轉動，傳感器每經(jīng)過 1個齒，就有一個脈沖信號產(chǎn)生，對曲軸轉速傳感器的信號進行模擬 (見圖 當雙擲開關處于 12位置時，曲軸位置傳感器向 雙擲開關處于 1置時，轉速傳感器向 8。 圖 曲軸位置及轉速傳感器信號的模擬 實驗臺設有包含各種常見電子控制系統(tǒng)故障的預設單元，如：傳感器、執(zhí)行元件的故障代碼操作等針對發(fā)動機控制系統(tǒng)的故障，可利用發(fā)動機故障指示燈進行讀取，也可利用專用設備進行讀取下面以故障指示燈顯示為例加以說明 1、 讀取條件 1)蓄電池電壓不應低于 12 V； 2)關閉全車所有用電負荷； 3)將自動變速器換檔桿置于 位； 4)將點火開關置于 5)用 用跳線 )將故障診斷插座中的 2、 故障診斷碼的讀取 由 “障燈閃亮次數(shù)與時間顯示故障碼數(shù)值 1)系統(tǒng)正常信號輸出狀態(tài) (如圖 示 圖 障診斷正常碼信號輸出狀態(tài) 2)故障碼的顯示：如 (圖 示，故障燈閃亮時間的長短將遵循下述規(guī)律 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 由接通點火開關到出現(xiàn)第一個故障碼之間間隔 4 0 s； 故障碼的第 位數(shù)字之間間隔 1 5 s； 故障碼和故障碼之間問隔 2 5 s； 所有故障碼循環(huán)與下一循環(huán)之間間隔 4 5 s； 故障診斷碼數(shù)列反復時間將與故障診斷插座端子 E。被連接的時間一樣長 在完成故障診斷檢查之后，應將 用跳線 )從故障診斷插座上拆下 3)清除故障診斷碼： 對故障部位進行修理后，一般采用拆下 5 0 險絲拆下時間的長短取決于環(huán)境溫度 (溫度低，保險絲拆下時間應長 )，拆下保險絲之前應先 切斷點火開關 在消除故障診斷碼后，應進行一次工況試驗，以確認 “障燈顯示 “正常碼 ”若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 圖 4)故障診斷碼的存儲原則： 包括 “正常碼 ”在內(nèi)，均由 當 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 到被清除為止； 故障一旦被排除，位于儀表板上的 “障燈將熄滅，但是故障診斷碼仍被寄存在 學示教功能 實驗臺仿照實車研制，結構元件均為實車部件，能夠反映相關系統(tǒng)的實際組成結購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 構及控制過程?？蓪崿F(xiàn)動態(tài)在線測試實驗臺還配有教學輔助儀表，可直觀顯示系統(tǒng)的工作情況，如真空表可顯示進氣系統(tǒng)真空度的變化，油壓表可顯示噴油壓力的變化，液壓表可顯示自動變速器換檔工作油壓，常用信號 (節(jié)氣門位置、水溫、進氣壓力、進氣溫度 )進行處理分析，轉變成能在實驗臺板的數(shù)碼管上顯示的信號。轉速、車速表與實車相符，運用指針式表頭顯示 9。 設匹配功能 實驗臺設有故障診斷端子接口，可以與示波器、萬用表、發(fā)動機分析儀等設備連接，直接測量傳輸信號，進行實車難以實現(xiàn)的故障診斷分析的實踐教學過程因此，該接口設計具有很強的教學特定功能，與此相應的即為汽車修理操作中的 “斷電盒 ”功能為了便于發(fā)動機各工作狀態(tài)的顯示，可以在相應的點火電路、起動電路、噴油電路、噴油器電路等電路上分別并聯(lián)一個 過 據(jù)以上要求設計出實驗臺顯示面板 章小結 本章主要介紹了該發(fā)動機實驗臺是如何實現(xiàn)發(fā)動機工況演 示及如何設置故障。開發(fā)此功能主要針對教學演示功能的開發(fā)。在試驗中對實車的故障診斷有了更進一部的了解，同時對發(fā)動機的各種故障及故障的排除也有了初步的認識。 第 5章 實驗臺整體結構校核及加工工藝 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 驗 臺的整體校核 通過上面對實驗臺的總體設計，可以知道實驗臺的總重量主要由三部分組成：即顯示面板的重量約 20機重量約 155架自重約 50他部分大約為 25臺架總重大約為 250架由四個轉向輪支撐，將四個支撐點轉化為兩根簡支梁上各兩個約束點，這兩根簡支梁分別 承受 125。簡化后的力學模型如 ( 示。 圖 實驗臺臺受力分析 對其進行受力分析，所得到的剪力圖 Q 和彎距圖 M 分別如 (圖 (圖 示。 圖 剪力 Q 圖 ( )圖 彎矩 M(X)圖 y x P X L 購買文檔送全套 紙 咨詢 14951605 下載文檔送對應的 紙 14951605 或 1304139763 受力較核： 1求支座的約束力 載荷及支座約束力的對稱性可知 21P =775N （ 2求任意截面上的內(nèi)力 設所求危險截面距支座 ，由平衡條件可得 0 則： ) = 0 （ 0 則： 21M(X) 0 （ 將（ 入（ 得： ) 1 （ 0 X L） （ 將（ 入（ 得