無燃油汽油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)可行性分析

摘 要：介紹了無燃油汽油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)控制系統(tǒng)的基本原理，從實(shí)用角度分析了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇及電機(jī)控制形式，在該實(shí)訓(xùn)臺(tái)上模擬發(fā)動(dòng)機(jī)各種運(yùn)行工況，可滿足汽車專業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)要求。

關(guān)鍵詞：無燃油;汽油發(fā)動(dòng)機(jī);實(shí)訓(xùn)臺(tái);電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)

0 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)主要用于學(xué)習(xí)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、工作原理以及實(shí)踐發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢測(cè)及拆裝訓(xùn)練等教學(xué)內(nèi)容。如何全面、形象地表現(xiàn)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)故障現(xiàn)象，是無燃油汽油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)需要解決的問題。

1 傳統(tǒng)電控燃油發(fā)動(dòng)機(jī)介紹

1.1? ? 電控燃油發(fā)動(dòng)機(jī)基本工作原理

電控燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)取代了傳統(tǒng)化油器發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性得到顯著提高，其基本工作原理：發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)上各傳感器傳來的信息，如進(jìn)氣量、水溫、曲軸位置、節(jié)氣門位置、排氣氧含量等，控制發(fā)動(dòng)機(jī)噴油量及各缸點(diǎn)火時(shí)刻，使發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)負(fù)荷情況平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。電控燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)有兩套閉環(huán)控制系統(tǒng)，分別是點(diǎn)火控制（由爆震傳感器提供信號(hào)）和排放控制（由氧傳感器提供信號(hào)）。

1.2? ? 燃油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)功能介紹

燃油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)的主要功能是：

（1）直觀了解發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械構(gòu)造及發(fā)動(dòng)機(jī)電控部分結(jié)構(gòu)和控制原理;

（2）設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)常見故障，可供故障分析、檢測(cè)、診斷、排除的操作訓(xùn)練;

（3）附帶儀表顯示發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況及相關(guān)警示，如發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣、水溫傳感器電壓、進(jìn)氣管真空壓力、燃油壓力等。

1.3? ? 燃油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)檢測(cè)方式

燃油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)與普通汽車故障檢測(cè)方式相同，主要有以下方法：

（1）使用隨機(jī)自帶診斷系統(tǒng)診斷;

（2）使用檢測(cè)儀表診斷，如萬用表、示波儀、氣缸壓力表、尾氣分析儀等;

（3）使用專用設(shè)備儀器診斷。

2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)連接設(shè)計(jì)

考慮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化及制造成本，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)省去減速機(jī)構(gòu)，將電動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸直接相連。驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在原變速器位置，將發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪拆下;設(shè)計(jì)連接板、聯(lián)軸器，連接板一端連接發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼外端，連接板另一端連接電動(dòng)機(jī)前端外殼;聯(lián)軸器連接發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸后端和驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。

3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇及電機(jī)控制形式

3.1? ? 驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇

電動(dòng)機(jī)種類很多，其中異步電動(dòng)機(jī)中的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有小型輕量、轉(zhuǎn)速高、低轉(zhuǎn)速高扭矩以及調(diào)速范圍廣、可靠性高、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合實(shí)訓(xùn)臺(tái)使用。電動(dòng)機(jī)功率選擇，考慮驅(qū)動(dòng)電機(jī)只需帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)即可，7.5 kW功率可滿足使用要求。

3.2? ? 驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制形式

電動(dòng)機(jī)控制形式較多，實(shí)訓(xùn)臺(tái)適合采用變頻調(diào)速方法。變頻調(diào)速是通過改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流-直流-交流變頻器和交流-交流變頻器兩大類，目前國(guó)內(nèi)大都使用交流-直流-交流變頻器，其特點(diǎn)是效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗;應(yīng)用范圍廣，可用于籠型異步電動(dòng)機(jī);調(diào)速范圍廣，精度高。

4 故障現(xiàn)象模擬

4.1? ? 發(fā)動(dòng)機(jī)常見故障及現(xiàn)象

發(fā)動(dòng)機(jī)故障現(xiàn)象較多，本文主要列舉幾種常見的故障現(xiàn)象。發(fā)動(dòng)機(jī)無法啟動(dòng)故障現(xiàn)象如表1所示，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)故障現(xiàn)象如表2所示。

4.2? ? 發(fā)動(dòng)機(jī)故障現(xiàn)象模擬分析

發(fā)動(dòng)機(jī)工作基本分為三種狀態(tài)：（1）正常平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)（怠速、低速、中高速）;（2）運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)故障狀態(tài)（主要是抖動(dòng)）;（3）徹底不啟動(dòng)故障。

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)常見故障現(xiàn)象及發(fā)動(dòng)機(jī)工作基本狀態(tài)，將電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模式設(shè)置為5種：（1）可線性調(diào)速的模式（電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨加速踏板被踩下程度變化而變化），模擬發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)（怠速、低速、中高速）;（2）低速（發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速750 r/min左右）;（3）間歇性變速或頻繁停轉(zhuǎn)、啟動(dòng)狀態(tài)，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng);（4）完全不啟動(dòng)，模擬啟動(dòng)機(jī)不工作狀態(tài);（5）發(fā)動(dòng)機(jī)以啟動(dòng)轉(zhuǎn)速（1 000 r/min左右）運(yùn)轉(zhuǎn)，但斷電（點(diǎn)火開關(guān)退出啟動(dòng)檔）即停機(jī)，模擬啟動(dòng)電路正常但發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)故障。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制電腦ECU與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)控制單元數(shù)據(jù)共享，發(fā)動(dòng)機(jī)電腦采集發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器數(shù)據(jù)并與驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元共享，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元板根據(jù)實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)，控制電動(dòng)機(jī)模擬發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)。如：節(jié)氣門位置開度增大，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速隨之增加;當(dāng)采集到某個(gè)噴油器故障（斷路），驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)入轉(zhuǎn)動(dòng)不平穩(wěn)模式，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)。設(shè)置故障輸入裝置，驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元根據(jù)故障輸入器，輸入故障情況，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，如：輸入啟動(dòng)繼電器斷路，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，模擬啟動(dòng)控制電路故障;輸入某缸火花塞故障（短路），驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)入轉(zhuǎn)動(dòng)不平穩(wěn)模式，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)。

無燃油汽油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)，可模擬普通發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)大部分功能，但有一部分檢測(cè)功能受到影響，如燃油壓力、氧傳感器、水溫傳感器檢測(cè)等與燃燒、升溫相關(guān)傳感器的測(cè)量檢測(cè)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無燃油汽油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)因采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有安全性高、無有害氣體排出、節(jié)省耗材經(jīng)費(fèi)（不使用試驗(yàn)汽油）等優(yōu)點(diǎn)，可演示和模擬發(fā)動(dòng)機(jī)各種運(yùn)行工況及常見故障現(xiàn)象，可滿足汽車專業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)要求，但需要設(shè)計(jì)和研發(fā)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制單元，前期投入較大，并且部分傳感器檢測(cè)受到一定限制。無燃油汽油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)訓(xùn)臺(tái)作為理實(shí)一體化實(shí)訓(xùn)室基本教學(xué)設(shè)備，可滿足日常教學(xué)使用需求，受限的檢測(cè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目可在專業(yè)實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 王麗新.汽車綜合故障診斷[M].北京：國(guó)防科技大學(xué)出版社，2013.

收稿日期：2019-12-13

作者簡(jiǎn)介：吳海靜（1982—），男，黑龍江龍江人，研究方向：汽車檢測(cè)。