汽車電子點火與燃油噴射實驗系統(tǒng)的改進

談炳發(fā) 孫苗鐘 劉鑫 張貝貝

摘 要 為了提高STN-1汽車電子點火與燃油噴射實驗系統(tǒng)的仿真度，擴展和增強該實驗系統(tǒng)的實驗功能，分析該實驗系統(tǒng)的優(yōu)缺點，提出改進方案，設計用于改進實驗系統(tǒng)的節(jié)氣門操縱機構，實現(xiàn)通過操縱油門踏板調節(jié)節(jié)氣門開度、改變進氣量，同時調節(jié)電機的轉速，實現(xiàn)節(jié)氣門開度控制發(fā)動機模擬轉速，增加節(jié)氣門開度指示和鎖定機構，闡述實驗系統(tǒng)開展不同層次實驗內容的教學功能。

關鍵詞 電子點火；燃油噴射；實驗教學

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：B 文章編號：1671-489X（2013）03-0057-03

Improvement of Experiment System of Automobile Electronic Ignition and Fuel Injection//Tan Bingfa， Sun Miaozhong， Liu Xin， Zhang Beibei

Abstract In order to improve the experiment system simulation level of STN–1 type automobile electronic ignition and fuel injection， the performances of this experimental system need be expanded and enhanced. The advantages and disadvantages of the system are analyzed. A throttle valve control mechanism is designed to improve the experiment system. The opening level and air inflow volume of the throttle valve are adjusted by operating acceleration pedal， and the rotation speed of electric motor is adjusted at the same time. The opening level of the throttle valve is performed to control the simulation rotation speed of the engine. An indicator and a locking mechanism of the throttle opening level are installed. Finally the teaching functions on experiment contents in different levels are introduced which are carried out by this experiment system.

Key words electronic ignition； fuel injection； experimental teaching

目前，汽車類專業(yè)院校在汽車電子點火與燃油噴射系統(tǒng)的教學中廣泛使用的實驗（實訓）設備大致可以分為兩種類型：一種是將發(fā)動機電控系統(tǒng)單獨取出并安裝在實驗臺上，模擬發(fā)動機工作時電控系統(tǒng)的工作過程和工作原理，演示噴射、點火、節(jié)氣門、空氣流量計和噴油量，可進行故障設置與排除，即被稱為“示教板”；另一種是直接選用原車發(fā)動機及動力傳動系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)，并制成實驗臺，能直觀展示發(fā)動機和各零部件的外形、安裝位置及其連接關系，真實反應發(fā)動機的實際工作情況，稱之為“電控發(fā)動機實驗臺”。這兩種實驗（實訓）設備各有優(yōu)缺點[1-3]，在汽車專業(yè)教學中各自發(fā)揮著重要作用。

STN-1汽車電子點火與燃油噴射實驗系統(tǒng)，從其結構形式上看屬于“示教板”類型，但其功能設置又優(yōu)于一般的示教板。在實際教學應用中，該實驗系統(tǒng)在模擬汽車發(fā)動機工作過程方面，與實際情況存在較大差距，這對于初識電控發(fā)動機的學生在學習發(fā)動機電子點火與燃油噴射系統(tǒng)的結構和工作原理方面是一個致命的缺陷。針對STN-1汽車電子點火與燃油噴射實驗系統(tǒng)的不足之處進行改進，提高該實驗系統(tǒng)的仿真度，擴展和增強該實驗系統(tǒng)的實驗功能。

1 STN-1汽車電子點火與燃油噴射實驗系統(tǒng)的特點

STN-1汽車電子點火與燃油噴射實驗系統(tǒng)選用時代超人電控發(fā)動機的電子控制系統(tǒng)，包括磁電式曲軸位置傳感器、熱膜式空氣流量計、氧化鋯式氧傳感器、霍爾點火信號發(fā)生器、無分電器雙缸同時點火系統(tǒng)、直動式節(jié)氣門和線性輸出型節(jié)氣門位置傳感器等[4]，其結構組成和電子控制系統(tǒng)具有一定的代表性和先進性，對于幫助學生理解汽車發(fā)動機電子點火與燃油噴射系統(tǒng)的結構組成和工作原理，具有一定的示教效果。

1.1 STN-1汽車電子點火與燃油噴射實驗系統(tǒng)的結構特點

STN-1汽車電子點火與燃油噴射實驗系統(tǒng)如圖1所示，采用桌子加直立面板的結構形式。桌子上方便放置實驗用測試儀表、儀器和必要工具，桌子下裝有可制動的萬向輪，便于實驗系統(tǒng)的移動和定位。直立面板上安裝各種傳感器、執(zhí)行器和ECU，可視性好，便于示教。

主要結構特點：

1）隨著各種元件的布置位置，畫有電路圖，并且引出了測試口，方便使用儀表測量；

2）設計了故障設置裝置，可以設置包括短路和斷路的各個傳感器、執(zhí)行器的線路模擬故障；

3）裝有OBD-Ⅱ數(shù)據(jù)接口，可以進行故障碼的讀取與數(shù)據(jù)流分析以及故障排除操作；

4）采用調速電機模擬發(fā)動機轉動，可以極低的轉速演示點火頻率與轉速的關系，火花塞跳火與噴油器噴油的工作順序清晰可見；

5）用調速電動機代替發(fā)動機，工作過程中沒有尾氣排放，對實驗室無通風排放要求；

6）采用12 V直流開關電源供電，無蓄電池，減少了實驗系統(tǒng)的維護保養(yǎng)工作。

1.2 STN-1汽車電子點火與燃油噴射實驗系統(tǒng)的不足之處

STN-1汽車電子點火與燃油噴射實驗系統(tǒng)在模擬發(fā)動機的工作過程中，節(jié)氣門開度和空氣流量與發(fā)動機轉速之間的關系沒有反映出來，與發(fā)動機工作的實際控制過程不符，這將直接影響教學效果。

1）調節(jié)節(jié)氣門的開度不能改變發(fā)動機的轉速，模擬轉速只能由調節(jié)調速電動機的旋鈕來實現(xiàn)，從而改變噴油量和點火頻率，不能真實模擬發(fā)動機的工作過程。

2）節(jié)氣門體與空氣流量計沒有連接，節(jié)氣門不能控制進氣量的變化，沒有反映出發(fā)動機轉速與進氣量和噴油量之間的控制關系。

綜上，該實驗系統(tǒng)只能進行汽車電子點火與燃油噴射工作的簡單演示，以及相關故障的設置與排除的基本訓練，局限于演示與示教實驗。因此，有必要對該實驗系統(tǒng)進行改進，提高其仿真度，擴展其實驗功能，提升實驗水平。

2 STN-1汽車電子點火與燃油噴射實驗系統(tǒng)改進方案

針對該實驗系統(tǒng)的不足之處，一是要把節(jié)氣門的開度調節(jié)與發(fā)動機的模擬轉速聯(lián)系起來，二是要把節(jié)氣門體與空氣流量計連接起來，實現(xiàn)通過節(jié)氣門來調節(jié)進氣量，使空氣流量計能檢測到進氣量隨節(jié)氣門開度而產生的變化。發(fā)動機曲軸轉速由電動機模擬，電動機的轉速快慢可通過汽車加速踏板調頻控制調節(jié)[5]。

2.1 節(jié)氣門操縱機構

節(jié)氣門操縱機構如圖2所示，由油門踏板、踏板軸、拉索、轉輪、節(jié)氣門開度指示器和節(jié)氣門開度鎖定器等組成，包括節(jié)氣門開度與轉速調節(jié)聯(lián)動機構和節(jié)氣門開度控制機構。

1）節(jié)氣門開度與轉速調節(jié)聯(lián)動機構。油門踏板1通過踏板軸2與節(jié)氣門主動輪5、調速器主動輪12固定安裝在一起，節(jié)氣門主動輪5與從動輪7之間通過節(jié)氣門拉索6傳遞運動，調速器主動輪12與從動輪9之間通過調速器拉索11傳遞運動。

轉動油門踏板，通過節(jié)氣門主動輪、節(jié)氣門拉索和節(jié)氣門從動輪帶動節(jié)氣門轉動，實現(xiàn)節(jié)氣門開度調節(jié)；同時通過調速器主動輪、調速器拉索和調速器從動輪控制調速器調節(jié)電機轉速，實現(xiàn)發(fā)動機模擬轉速的調節(jié)。為了保證節(jié)氣門開度大小與發(fā)動機模擬轉速高低之間的一致性，必須根據(jù)節(jié)氣門的最大轉角、油門踏板的轉角和調速器調節(jié)旋鈕的轉角，通過拉索的傳動關系計算各主動輪、從動輪的直徑。

2）節(jié)氣門開度控制機構。節(jié)氣門開度控制機構主要由節(jié)氣門開度指示板3和節(jié)氣門開度鎖定器4組成，如圖2所示。節(jié)氣門開度指示板固定不動，但可在圓周方向調節(jié)位置，指針固定在踏板軸上并隨踏板軸轉動指示節(jié)氣門開度大小的百分值。節(jié)氣門開度鎖定器可采用帶式或蹄式制動機構由電磁力驅動，鎖定器工作將油門踏板和踏板軸鎖定在某一預設的位置，控制節(jié)氣門開度保持在所設定的百分值，便于進行不同節(jié)氣門開度狀態(tài)下噴油量、點火頻率和轉速等參數(shù)之間關系的實驗。

2.2 空氣流量檢測

為了使空氣流量計能檢測到進氣量隨著節(jié)氣門開度的變化，要把節(jié)氣門體與空氣流量計連接在一起?？紤]到改造實驗臺時盡可能保持原布局不變，減少改造工作量，原來實驗臺上節(jié)氣門體和空氣流量計的安裝位置基本不變，只是改變這兩個元件的安裝方位，再用一根進氣管將節(jié)氣門體與空氣流量計連接起來，同時在節(jié)氣門體一端加裝一臺可調轉速的微型風機，模擬發(fā)動機氣缸進氣。

3 實驗系統(tǒng)的教學功能[6-7]

汽車電子點火與燃油噴射實驗系統(tǒng)改進后，充分發(fā)揮實驗系統(tǒng)良好的示教特點，滿足不同層次實驗內容的要求，充分發(fā)揮實驗系統(tǒng)的作用，增強實驗教學功能。

3.1 汽車電子點火與燃油噴射系統(tǒng)工作原理演示

1）認識系統(tǒng)的結構組成。根據(jù)實驗系統(tǒng)面板上布置的各種元件，直觀感知空氣供給系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)的組成元件，了解各元件的結構特點、種類和數(shù)量。

2）工況的演示。起動實驗系統(tǒng)，演示發(fā)動機電子點火與燃油噴射工作過程，可以直接看清各缸噴油器噴射的順序和火花塞點火的順序。

3）掌握車用傳感器信號。使用發(fā)動機診斷儀讀取發(fā)動機工作過程中的數(shù)據(jù)流，了解車用傳感器的工作原理及信號規(guī)律。

3.2 故障診斷與排除實驗

利用實驗系統(tǒng)模擬傳感器、執(zhí)行器的常見故障，訓練學生使用儀器儀表進行故障診斷檢測與排除的綜合能力。

1）萬用表的應用。用萬用表檢測線路的通斷、電壓的高低，分析判斷故障的原因和可能的位置。

2）解碼器的應用。使用解碼器讀取存儲在ECU中的故障碼，借助萬用表等檢測儀進一步檢測，分析判斷故障的原因和可能的位置[8-9]。

3）分析儀的應用。使用發(fā)動機診斷儀，讀取發(fā)動機不同工作條件下的數(shù)據(jù)信號，查找故障狀態(tài)下信號的特征，總結故障規(guī)律。

3.3 創(chuàng)新設計性實驗

利用汽車電子技術實驗系統(tǒng)平臺，依據(jù)設定的發(fā)動機工況及控制要求，編制控制程序實現(xiàn)原ECU部分功能替代，如怠速工況的節(jié)氣門開度控制、設定工況的噴油量控制等。通過部分替代功能的對比測試，驗證替代程序設計的合理性及穩(wěn)定性[10]。在高年級或研究生層面開展相關的創(chuàng)新設計性實驗，培養(yǎng)學生創(chuàng)新設計能力。

4 結束語

改進后的實驗系統(tǒng)應用于實驗教學，提高了模擬發(fā)動機實際工況的仿真度，給初識汽車電子點火與燃油噴射系統(tǒng)的學生一個較為真實的感性認識，對于學生學習和理解汽車電子點火與燃油噴射系統(tǒng)的結構和工作原理非常有益；同時擴大了實驗系統(tǒng)的實驗功能，可針對不同層次的學生開展結構和工作原理的演示性實驗、工作原理分析和故障診斷與排除方面的綜合性實驗、結合汽車電子技術實驗系統(tǒng)平臺進行噴油量及點火提前角控制方面的設計性創(chuàng)新性實驗。

參考文獻

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