汽車(chē)電控發(fā)動(dòng)機的仿真實(shí)驗臺設計與應用研究

摘 要：為適應汽車(chē)類(lèi)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員在汽車(chē)電控原理及相應故障診斷等方面的研究和培訓，設計制作了汽車(chē)電控發(fā)動(dòng)機仿真實(shí)驗臺。實(shí)驗臺裝備有豐田花冠5A—FE 電控發(fā)動(dòng)機、A140E型自動(dòng)變速器、單片機故障設置的控制板等，可模擬多種系統故障，適用于科研和教學(xué)工作。

前言

　　為了方便理論教學(xué)，給學(xué)生創(chuàng )造接近實(shí)際的實(shí)習環(huán)境而設計了電控發(fā)動(dòng)機故障模擬試驗臺，經(jīng)試用取得了良好的教學(xué)效果。電控發(fā)動(dòng)機故障模擬試驗臺主要由豐田花冠5A—FE 電控發(fā)動(dòng)機及其微機控制系統，即噴油ECU 和點(diǎn)火ECU、A140E 自動(dòng)變速器及轉向助力系統等、單片機故障模擬機構、顯示面板以及相關(guān)的測試設備等組成?？梢詼y量的數據包括兩部分:反映各傳感器、執行器以及電控單元工作狀態(tài)的各種電信號，如電壓值、電流值電阻值、頻率等;反映發(fā)動(dòng)機工作性能的各種數據，如扭矩、油耗、廢氣中各種成份的含量等。通過(guò)對這些數據的分析、計算和處理，不僅可以對電控發(fā)動(dòng)機故障表現以及故障產(chǎn)生的原因、規律等有一定的認識，而且可以對電控發(fā)動(dòng)機故障產(chǎn)生的機理有比較深刻的理解，這無(wú)論是對教學(xué)還是對生產(chǎn)實(shí)踐都有著(zhù)很好的理論意義和指導作用。

1 電控發(fā)動(dòng)機故障模擬試驗臺的建立

　　1.1 試驗臺的總體設計

　　本試驗臺的故障模擬機構選用的發(fā)動(dòng)機為豐田花冠5A—FE 電控發(fā)動(dòng)機及其微機控制系統A140E 自動(dòng)變速器及轉向助力系統等；其次單片機故障排除機構均設置檢測部分和故障設定部分；再次中央控制面板有各種儀表 ，故障的讀碼并顯示發(fā)動(dòng)機實(shí)時(shí)工況。

　　1.2 試驗臺電路的設計

　　本試驗臺采用單片機控制式，就是在各傳感器到ECU 的線(xiàn)路中串接上單片機故障設置單元，來(lái)代替開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)合上時(shí)發(fā)動(dòng)機處于原機工作狀態(tài) ，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)就能模擬各傳感器信號丟失、電源線(xiàn)斷路或接地不良等的故障情況 ，示意圖如圖1。

　　圖1 電路示意圖

　　1.3 顯示面板的設計

　　顯示板的設計應考慮故障模擬試驗臺的使用對象，如果用來(lái)教學(xué)使用則可在顯示板正面上劃出電控發(fā)動(dòng)機的電路原理圖，如果用來(lái)提高維修工的維修技能則可將原理圖略去。顯示板的背面是將傳感器的信號線(xiàn)引出與顯示面板上的單片機故障設置單元相連后再與ECU 相連，這樣斷開(kāi)開(kāi)關(guān)就可模擬出相應的故障。

　　1.4 自診斷系統的組成

　　自診斷系統是發(fā)動(dòng)機電控系統中的一個(gè)子系統，主要用來(lái)監測各傳感器、執行器及電控單元等的故障。它由硬件及軟件組成:硬件主要是指自診斷系統的監控對象包括各種傳感器、執行器等;軟件是指用來(lái)監測和處理故障的相關(guān)程序。

2 實(shí)驗結果分析

　　對節氣門(mén)位置傳感器進(jìn)行試驗分析。

　　2.1 全負荷信號對發(fā)動(dòng)機動(dòng)力性的影響

　　由于全負荷信號主要影響發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力性，所以這里主要通過(guò)對比外特性的變化來(lái)分析全負荷信號對發(fā)動(dòng)機動(dòng)力性的影響。

　　外特性上原機和無(wú)全負荷信號的功率和轉矩對比如圖2 所示，與λ 對比如圖3 所示，與油耗對比如圖4所示，與比油耗對比如圖5 所示?？梢钥闯鰺o(wú)全負荷信號時(shí)，功率和油耗下降，比油耗變化不大。這主要是因為:在發(fā)動(dòng)機正常工作的情況下，當節氣門(mén)處于全開(kāi)位置時(shí)，節氣門(mén)位置傳感器上的全負荷開(kāi)關(guān)閉合。此時(shí)噴油ECU接收到節氣門(mén)位置傳感器的信號，判斷發(fā)動(dòng)機處于全負荷狀態(tài)，為了得到較大的輸出功率，噴油ECU 將適當延長(cháng)噴油器的開(kāi)啟時(shí)間，額外增加一些噴油量。此時(shí)混合氣得到適當的加濃，原機的過(guò)量空氣系數要比無(wú)全負荷信號時(shí)的過(guò)量空氣系數小，這表明，原機全負荷時(shí)混合氣較濃。而當無(wú)全負荷信號時(shí)，雖然此時(shí)節氣門(mén)處于全開(kāi)的位置，但是由于噴油ECU 無(wú)法得到節氣們全開(kāi)的信號即全負荷信號，噴油ECU 依然認為發(fā)動(dòng)機處于部分負荷的狀態(tài)，噴油ECU此時(shí)并不把噴油器開(kāi)啟時(shí)間延長(cháng)，增加噴油量，以適應全負荷工況的要求。所以，原機與無(wú)全負荷信號時(shí)的情況相比，由于要額外增加一些噴油量，混合氣燃燒時(shí)的火焰傳播速度加快，燃燒壓力升高，從而使發(fā)動(dòng)機輸出功率上升。由于額外燃油的噴入，原機的燃油消耗量要比無(wú)全負荷信號時(shí)的燃油消耗量高，但是換來(lái)的卻是功率的較大的增加。這從比油耗上也得到了反映，原機和無(wú)全負荷信號時(shí)的比油耗相當。這是因為原機供油量增加的同時(shí)，發(fā)動(dòng)機功率也得到提高，所以二者比油耗變化不大。

　　圖2 全負荷信號對功率和轉矩的影響

　　圖3 全負荷信號對λ的影響

　　圖 4 全負荷信號對油耗的影響

　　圖5 全負荷信號對比油耗的影響