电喷摩托车节气门体总成检测系统

1、电喷摩托车节气门体总成检测系统陶玉国陈学飞张平金中国杨延相刘昌文郗大光薛国俊(天津大学天津300072 )摘要 :为适应 fa i摩托车电喷系统的批量生产 ,开发了一套功能齐全的节气门体总成检测系统 ,实现对节气门体品质的完整而高效率的试验和检测 ,从而为节气门体批量生产时的质量控制提供了手段和 保障 。关键词 : fa i电喷系统检测系统节气门体中图分类号 : tk413. 84文献标识码 : a文章编号 : 1671 - 0630 ( 2005 ) 01 - 0010 - 04te st ing and in spec t ion system for throttle bodya sse

2、m bly of ef im otorcyc le eng ineta o y uguo, c hen xuefe i, zhan g p in g, j in zhon gguo, y an g y an x ian gl iu c han gwen, x i d a guan g, xue guo juntian jin u n ive rsity ( tian jin 300072 )a b stra c t:a te sting and in sp ec tion system , wh ich is needed fo r m a ss - p roduc tion of mo to

3、 rcyc le ef i systemw ith fa i techno logy , wa s deve lop ed to rea lize fu ll and qu ick te st and in sp ec tion of the th ro ttle body a ssem b ly. th is system is one of the key device s fo r the qua lity con tro l of the p roduc t.keyword s: ef i system w ith fa i , te sting system , th ro ttle

4、 body而为节气门体批量生产时的质量控制提供了手段 。该系统是一套功能齐全 、使用方便的检测设备 ,它 包含三个子系统 ,分别为流量测量系统 、节气门位置传感器 ( tps)安装状态检测系统 、耐久试验装置 。整个系统能完成节气门体总成在全关时的漏气量测量 、节 气门位置传感器 ( tps)的初始位置和怠速位置信号检 测 、总成的整体性能耐久试验检测 ,其中前两个子系统 用于产品的全检 ,而耐久试验装置用于产品定型和抽样检测 (型式试验 ) 。1 流量测量系统众所周知 ,车辆在怠速时发动机的转速不宜过高或过低 ,要被有效地控制 。通过调节节气门体的怠速 螺钉或控制怠速控制阀开度 ,可以做到这

5、一点 ,但前提是节气门全关时节气门体总成的漏气量必须小于怠速 所需的进气流量 ,否则怠速转速就不可能被控制到目 标值以下 。因此 ,节气门体总成在全关闭时 ,漏气量必前言汽车的技术发展史已经充分证明 ,电喷技术替代化油器将是摩托车发动机生产和发展的必然趋势 。目 前很多国内外企业及研究机构对摩托车电喷技术做了大量的研究 ,也取得了很大的成绩 ,其中由天津摩托车技术中心 (天津内燃机研究所 ) 和浙江飞亚电子有限 公司自主研究开发的 fa i电喷系统 ,与传统的电喷系 统相比较 ,具有成本低 、可靠性高 、对原车改动小 、对油品不敏感等优点 1 。 fa i系统应用到一些摩托车上 , 使摩托车整

6、车性能获得大幅度地提高 2 。 fa i电喷系 统主要由喷油器 、节气门体总成 、ecu、温度传感器和 氧传感器组成 。其中节气门体总成与化油器相比 ,功 能和结构有了很大的变化 ,其质量要求也就不同 。针对 fa i电喷系统批量生产对节气门体总成所提 出的要求 ,作者开发了一套节气门体总成检测系统 ,实 现对节气门体品质的完整而高效率的试验和检测 ,从须小于一个控制值 ,该值的大小与具体的发动机有关 。图 1给出了节气门全关时节气门体的漏气量检测 装置的示意图 。在图中 ,真空泵产生真空 ,并经过真空箱稳压 ;真空表用来显示真空箱的真空度 ;中压气源通过气动三联件 (过滤器 、调压器 、给油

7、器 ) 进入二位五 通电磁阀 ,此阀可以控制气缸活塞上下运动来压紧固 定待测节气门体 ,两个密封垫保证节气门体的喷油器接口和连接法兰处的密封 ; l zb 空气流量计用来显示 节气门体的漏气量 。流速不能大于临界流速 (当地声速 ) 。对于进口流速为零的渐缩管 , 其出口流速为 : - 1 /p2v2 =2p001 -( )2 - 1p0其中 :进口的气体状态用角标“0 ”表示 ,出口的气体状态用角标“2 ”表示 ,是定压比热和定容比热之 比 。由式 ( 2 ) 可知 , 出口流速为临界 流速 (即当 地 声 速 )时 ,出口截面上的压力比为临界压力比 ( pc / p0 ) , 这 时的 气

8、 体 流 量 达 到 最 大 。当 背 压 与 入 口 压 力 之 比 p2 / p0小于等于临界压力比 ( pc / p0 )时 ,气体流量将不随背压下降而变化 ,而只与最小流通面积成正比 。因为 理想气体定熵流动时临界压力比的数值为 :/ ( - 1 )pc2=( 3 )p0 + 1按定值比热理论所给的 值计算 (把空气看成是双原子气体 , = 1. 40 ) , 则 : pc / p0 = 0. 528; 因此 , 只要 p2 0. 528m pap0 = 0. 053m pa 测量压差将不会对结 果产生影响 。考虑到实际气路中存在损失 ,选择在真空箱的真空度为 0. 06m pa (相

9、当于 p2 = 0. 041m pa ) 时 读取节气门体总成的漏气量 。此外 ,由管道截面的流量和流速关系式 :2qv = a v =r v( 4 )图 1 流量检测装置示意图节气门体在全关时之所以会漏气 ,是因为加工和 安装以及结构设计上不能够保证节气门板完全关闭时 绝对密封 ,而必然存在一定的流通面积使气体能够流 入发动机 。生产质量控制是保证这个流通面积不能过 大 。然而直接测量这个面积是非常困难的 ,一般是通 过测量流过该面积的气体流量来得到该面积 。另外 , 发动机需要的是进气流量而不是流通面积 ,所以测量 漏气量 ,检测数据会更加直观地与发动机怠速进气流 量相比较 。为了消除测量

10、压差对结果的影响 ,作者选 择真空表数值为 0. 06m pa 时读取节气门体总成的漏 气量 ,其原因分析如下 :根据气体动力学原理 3 ,气管内的截面积变化和 气体流速变化的关系为 :其中 : qv 气体流量 , v气体流速 。根据允许的漏气量最大值 qvm ax ,最大流速必须远小于当地声速 c,可以 计算出测量气路管道截面所允许的最小通径 dm in (即2rm in ) 。图 2为对 158个节气门体进行漏气量检测的结果 da = (m 2 - 1 ) dv图 2 漏气量检测结果举例数据 ,横坐标 为节 气门 体 的 漏 气 量 (分 级 , 每 级 段 宽0. 1m3 / h,例如

11、0. 6级段表示小于 0. 6 但大于等于 0. 5 , 依次类推 ) ,单位为 m3 / h;纵坐标为漏气量处于相应的 分级段内的节气门体的个数 。从数据图中可以看出 ,( 1 )va其中 : a 是气管截面积 , m 是马赫数 , 为气体流速和当地声速的比值 ( v = m ) , v是气体流速 。由节气c 门体总成的结构和摩托车的实际构造可以知道 ,在节 气门关闭时 ,新鲜空气从静止大气状态流入 ,流通路径 在节气门板之前近似为一个渐缩管 ,即 da 0, dv0,3除了 1个节气门体的漏气量过大 (达到了 1. 3m / h )外 ,其余节气门体的漏气量都在所要求的范围 (小于31.

12、0m / h) 。通过分析 ,节气门体漏气量过大的原因包( )括 :节气门板上有毛刺 ,在节气门全关时 ,与节气门体之间的间隙过大 ;节气门板与转轴接触面不平整 ,从而 导致空气从其间的缝隙流入等 。2 节气门位置传感器 ( tps) 安装状态 检测系统对于发动机电喷系统 ,节气门开度是发动机运行 的一个至关重要的参数 ,其大小由节气门位置传感器( tps)测量 ,怠速位置的 tps信号必须能够精确地调节设定 ,并且始终保持稳定 ,否则会严重影响怠速及小 负荷工况的空燃比精度 。下面就如何设定并检测节气 门位置传感器安装状态进行阐述 。首先需要检测节气门板全关状态下的节气门位置 传感器输出信号

13、 ,该值必须处于传感器的线性工作区 域 ,并达到设计规定 ,例如 , 8085mv;其次 ,需要检测 怠速螺钉是否固定在模拟怠速的位置 ,例如通过怠速 螺钉将节气门板从全关状态下调节 1 度或 50 mv 的固定位置 ,反复打开节气门板并放回时 ,节气门位置传 感器在怠速位置的输出信号是否重复稳定 ;再有 ,需要 检测当节气门体随发动机运转而振动时 ,节气门位置 传感器在怠速位置的输出信号是否稳定 。图 3给出了节气门位置传感器 ( tps)安装状态检测系统的框图 ,其中控制器就是电喷系统的电控单元 ( ecu ) ,写到控制器上的程序和在实车上用的程序是 一样的 ,这样更加体现了所检测到的数

14、据的真实性 ,也 大大地缩短了整套系统的开发周期 ,减少开发成本 ;诊 断仪用来显示 ecu 得到的 tps信号的数值 , 是采用a t89c52单片机通过 r s - 232 串行接口和 ecu 通讯 而得到的 。诊断仪的运行程序通过 c 语言编程 ,并利 用 ke il uv ision2 软件把程序写到单片机中 。诊断仪除 了能获得 tps采样值之外 ,还可以获得其它传感器的 采样值 ,如缸盖温度 、发动机转速等 。图 4是诊断仪的软件流程图 。图 4 诊断仪软件流程图3 耐久试验系统无论是用户还是制造厂家都希望产品耐用可靠 ,节气门体总成作为电喷摩托车上的一个零部件也不例 外 。节气门

15、体由于驾车者对油门的操纵而运动 ,从而 节气门板和转轴等会产生机械磨损 ,节气门位置传感 器 ( tps)也会因为长期使用而磨损 ,严重时这些磨损可能会导致发动机怠速不稳定 、车辆驾驶性能变差 。 因此必须对节气门体总成进行耐久性试验 。在摩托车上是通过油门拉索拉动节气门体转轮 , 使节气门板转到所需的开度的 。在摩托车的使用寿命 中 ,节气门的打开和关闭要反复进行上百万次 ,而在此期间节气门体总成的性能变化必须保证在所允许范围 之内 。节气门体耐久试验就是在实验装置上将节气门 反复打开关闭 200 万次以上 ,并在此期间定期进行节 气门体总成在全关时的漏气量测量 、节气门位置传感 器 ( t

16、ps)的初始位置和怠速位置信号检测等 ,以验证节气门体总成的耐久性 。图 5 是耐久检测系统示意 图 。其中 ,电机通过一个减速器带动两个转轮 (可以 根据所要检测节气门体的数量来确定转轮的数目 ) , 转轮上设有一个转轴 ,用来带动节气门体的拉索运动 。 通过调整转轴在定位槽的位置 ,可以获得不同的节气门开度 。为了保证节气门体的拉索在拉动节气门体时 不产生额外的作用力 ,在靠近节气门 (下转第 18页 )图 3 节气门位置传感器 ( tps)安装状态检测系统p e r c 2001 - 01 - 3606j eff a llen and don l aw , v a riab le v a

17、 lve a c tua ted con tro lled a u to - ign ition: sp eedload m ap s and stra tegic r egim e s of op e ra tion a , sa e pap e r c 2002 - 01 - 0422l uc ien koopm an s, h an s strom , staffan l undgren, o ve b ack lund, ingem a r d enb ra tt, d emon stra ting a s i - hcc i - s i mode change on a vo lvo

18、 5 - cylinde r e lec tron ic v a lve con2 tro l engine a , sa e pap e r c 2003 - 01 - 0753h. zhao, z. peng, j. w illiam s, n. l adomm a to s. u nde r2stand ing the effec ts of r ecyc led b u rn t ga se s on the con2 tro lled a u to ign ition ( ca i) com bu stion in fou r - stroke ga s2 o line engine

19、 s a , sa e pap e r c 2001 - 01 - 3607尚汉冀. 内燃机配气机构设计与应用 m . 上海 : 复且大学出版社 , 1988(收稿日期 : 2004 - 08 - 20 )3结论1 )为了使汽油燃料实现稳定的压燃着火 ,需要较2高的内部残余废气率 ,简单有效的方法就是缩短排气门持续角 ,并使排气门提前关闭 。2 )小包角凸轮设计的关键不是正 、负加速度 , 而 是凸轮鼻部 (最高点 )曲率半径 。3 )试验表明 ,所设计的小包角凸轮成功实现了汽 油压燃着火燃烧 ,为 hcc i汽油机的工程化应用进行 了有益的探索 。34参考文献51 a a ron o ak

20、ley, h ua zhao, and n ico s l adomm a to s, tom m a.d ilu tion effec ts on the con tro lled a u to - ign ition ( ca i) com bu stion of h yd roca rbon and a lcoho l fue ls a , sa e pa2(上接第 12 页 ) 体的位置 , 设置了两个导向轮 。电机转速恒定 ,经过减速器后 ,转盘正好每分钟转动 60 次 ,这样 ,就可以通过累计试验时间计算出累计试验次数 。 当然也可以在转盘上安装一个计数器 。表 1 节气门体进行耐

21、久试验的结果举例s 平均怠结束语随着我国摩托车产业的不断发展 ,摩托车排放法规逐渐加严 ,电喷摩托车批量生产势在必行 ,但是 ,严 格控制电喷系统的质量 ,保证产品的一致性是永远都 不能够放松的任务 。本文所述节气门体检测系统 ,是为配合 fa i电喷系统批量生产而开发的 ,但并不限于fa i电喷系统 ,任何电喷系统的节气门体检测 ,都可以 应用该系统完成 。参考文献4图 5 节气门体耐久试验装置表 1为用该试验装置对一个 fa i电喷系统所用的 节气门体进行耐久试验的结果举例 。在开始试验前和200万次试验结束后 ,测量了节气门板全关闭状态的 漏气量 ,分别为 0. 8m3 / h和 1. 1m3 / h,证明该节气门体 磨损量不大 ,完全满足要求 。试验过程中 , 大约每 20万次进行一次装车试验 ,表中给出了试验测得的各种参数 ,包括怠速 tps采样值 、怠速 tps信号稳定性 、平 均怠速转 速等 。可见 , 怠 速转 速 变化 很小 ,