博士柴油共轨实验台设计研究毕业说明书.doc

天津工程师范学院2009届本科生毕业设计博士柴油共轨实验台设计研究毕业说明书1 绪 论目前国外轿车采用柴油发动机日益普遍，奔驰、奥迪、大众、宝马、雷诺、沃尔沃等欧洲名牌车都有采用柴油发动机，因为现代先进的柴油机采用电控喷射、共轨、涡轮增压、中冷等技术，在重量、噪音、烟度等方面已取得重大突破，并达到了汽油机的水平，而且具有低油耗、经济性好的优点，相比汽油机更环保。由于柴油机电控共轨技术发展于90年代后期，引入我国还属于新型技术，并且在各个汽车教育领域还没有普遍开展，现介于柴油共轨系统技术先进，结构复杂与汽油电控发动机有一定的差别，研究博世柴油共轨发动机的各种传感器和执行器的信号，设计并制作出一台博世柴油共轨试验台。制作柴油共轨实验台的目的是为了拉近了实际汽车维修与教学之间的距离，提高教学水平。开发和制作柴油共轨试验台是对于各个教育领域是非常必要的，并且有很高的发展前景。本实验系统是一台多功能的电控发动机综合实验台，是一种以实物装置与检测、模拟装置相结合的新型教学实验实训设备。发动机部分电控系统电路图在实验台面板上清楚的显示出来，实验台面板上设置相关检测点及执行器工作显示装置，实验台涵概了柴油共轨发动机各方的知识点，又自带教学软件使教师容易操作讲解，学生容易学习，它能够满足柴油共轨发动机教学任务所涉及的实习及实验。实验台上可实现的功用是通过设置的检测端子可反复无损伤的对发动机电控系统的各种参数进行系统的分析与研究，使学生理解各种工况下发动机ECU的控制原理，以及传感器、执行器的动态参数值的变化情况，如反馈电压和传感器波形变化，及各电控元件的动态数据流等等。实验台的故障设置部分采用了二十多个可控制的故障点，可以迅速使发动机切换进入不同故障状态，学生可以观察各种故障对发动机工况的影响，确定故障现象，并可以利用电脑检测仪，万用表等仪器在实验台上进行检测和故障诊断与排除。故障设置点使教师可以在实验台上对学生进行“电控发动机故障诊断与排除”的考核。既有利学生的学习，又有利于教师的教学，是一种非常有效的教与学的结合产物。2电控柴油机喷射系统2.1柴油机对燃油系统的基本要求2.1.1自由控制喷油压力研究表明：喷油压力是柴油机系统的最重要的参数1。特别是在排放法规越来越苛刻的时代要求下，一方面要努力提高喷油压力，另一方面更需要能够自由地控制喷油压力。在凸轮驱动的机械式燃油系统中，喷油压力是由凸轮形状等一系列参数决定的，人们不可能按照自己的愿望改变喷油压力，只有在电子控制的共轨式燃油喷射系统中才能做到自由控制喷油压力。2.1.2自由控制喷油时间在传统的泵管嘴系统中，由于采用了一定长度的高压油管，在喷油泵端对燃油加压的压力波传递到喷油嘴的过程是一个非常复杂的过程，人们是没有办法加以有效控制的。一般都是凭经验，通过参数组合，最后由试验决定喷油时间。在传统的机械式燃油系统中，一般是采用提前器控制喷油时间，但是，这是相当粗糙的。在第二代和第三代电控燃油系统中，采用高速电磁阀之后，才真正实现了自由控制喷油时间。2.1.3自由控制喷油率喷油率形状决定着柴油机的燃烧过程的质量，决定着柴油机的经济性、工作柔和性和排放指标等。在传统的机械式燃油系统中，喷油率图形几乎是无法控制的，在时间控制式电控燃油系统中可以比较方便地控制喷油率。在共轨系统中，可以方便地实现预喷射、主喷射、多段喷射包括3段喷射、5段喷射或更加复杂的喷油率模型。 2.1.4精确控制每循环喷油量根据发动机的实际运行工况和当时的外界环境条件精确控制每循环喷油量。在传统的机械式燃油系统中，由机械式调速器控制喷油量，但是，这种系统的控制精度不能满足当代柴油机的要求。柴油机中每循环的喷油量不仅取决于外界负荷以及工作条件有关。例如：环境温度、湿度等。图2-1 特性曲线2.2 电控柴油机的基本控制理论2.2.1喷油压力控制图2-2喷油压力和平均喷雾粒径的关系提高喷油压力一直是柴油机燃油系统追求的基本目标之一2。 最近的实验表明：喷油压力与发动机的PM、NOx排放量关系很大。提高喷油压力是改善柴油机排放的有效措施之一。1柴油机在低速和中速工况下，为了使燃油雾化良好，所以减少喷油孔直径。这样，在动力输出工况下，喷油延迟期显然过长，因此，为了动力输出，必须要有高的喷油压力，缩短喷油延迟期。2试验观察结果表明：喷油压力越高，在喷雾束中局部区域的油汽当量比变低。由于高压喷射，在能量高的局部区域内，空气能比较活跃地引入雾束内部。因此，局部过浓的混合气比例降低，所以排气中黑烟明显降低。电控共轨系统中是采用特种传感器来控制喷油压力的。共轨系统的特点是对共轨压力进行闭环控制。共轨系统的所有传感器和执行器，除了共轨压力传感器外都可以从现有的柴油喷射系统中得到。燃油压力由共轨压力传感器测量。第一代电控共轨系统产品中，由调压阀按柴油机工况将压力调到正确的静态或动态设定值。在共轨压力控制功能中有三项任务：共轨压力设定； 共轨压力控制和共轨压力监控。柴油机转速、喷油量、大气压力、进气温度和冷却液温度都对共轨压力设定值有影响。共轨压力设定值是共轨压力控制中最基本的输入参数。共轨压力监控单元将目前共轨压力与共轨压力设定值进行比较。发动机转速、发动机起动、冷却液温度以及共轨压力值等作为控制的相关参数，也都要直接传送到共轨压力监控单元中。作为喷油嘴端的输入参数首先是共轨压力，此外，还有燃烧室几何形状、涡流、标定转速等。通过各种参数预喷射和主喷射始点、预喷射和主喷射喷油量、相对于主喷射的预喷射时间、共轨压力以及废气再循环率决定柴油机特性。其中，共轨压力是最重要的参数之一。大量参数是相互依赖的，所以优化处理非常费事。排放和噪音之间的协调就是一例，两者均受共轨压力的影响。在电控共轨式燃油系统中，喷油压力与发动机的转速无关，由供油泵直接决定。目前，实用的喷油压力已达120Mpa，不久的将来就会达到150 Mpa。2.2.2喷油时间的控制合适的喷油时间的好处1排放法规 首先应当考虑排放法规的各种限值。柴油机排气中最难解决的课题是如何降低NOx排放值。各种试验研究表明：柴油机排气中NOx气体成分的含量与气缸内最高平均温度有直接关系。适当控制气缸内最高平均温度Tmax，就可以控制NOx排放值。2着火始点根据排放法规，对照图2-3，可以根据着火始点大体决定喷油始点。当没有排放法规限制时，着火始点可以选在D处；随着排放法规的严格，着火始点越来越往后推迟：从D点到D到D”点。相应地气缸内最高平均温度Tmax从2200C下降到2000C下降到1900C。从而可以满足相应的NOx排放法规的要求。图2-3喷油时间与气缸压力3着火延迟着火延迟期长，预混合燃烧量增加，Tmax升高，NOx排放量增加；压缩比小，则着火延迟期长。在任何情况下都应该尽量缩短着火延迟期。当压缩比=1818.5时，着火延迟期约为2.53曲轴转角，适合于欧排放标准；当压缩比=1617时，着火延迟期约为44.5曲轴转角时，一般不能满足欧排放标准；如右图2-4所示。例如图2-4：同样经历2ms时间，则1000r/min时占12CA；2000r/min时占24CA；3000r/min时则占36CA。由于转速对凸轮转角影响较大，喷油延迟和着火延迟所占凸轮转角角度随转速升高而增加。为了保证燃烧始点总能发生在上止点附近的最佳位置，就要求转速升高时喷油始点亦相应提前。图2-4 凸轮转速及相对应的关系4 喷油时间的计算 控制计算机根据油门开度以及发动机的转速计算出目标喷油时间。利用进气压力、冷却水温对喷油时间进行修正。起动时，根据起动机信息、冷却水温、发动机转速对目标喷油时间进行修正。实际喷油时间的计算方法如下：从发动机方面，检测压缩上止点位置和曲轴转角传感器的上止点信号之间的关系。喷油泵方面，求出喷射波形与转速传感器的发动机脉冲之间的关系；这样，如果计算出上止点信号和发动机脉冲之间的相位差，就可以推算出实际喷油时间。5反馈控制所谓反馈控制是指：对图中的实际压缩上止点和喷油开始点之间的角度差进行控制。但是，实际压缩上止点和喷油波形都不作为信号检出。为此，必须用上述方法计算出实际喷油时间。2.2.3 喷油量控制柴油机的基本能量是来自柴油在气缸内燃烧所做的功，柴油机输出的动力决定于供入气缸内油量的多少。喷油量的计量机构和控制机构是燃油系统的主要组成部分如果使发动机的转速和喷油时间保持不变，仅只改变每循环供入气缸中的燃油量，则发动机动的输出功率和燃油消耗率的变化情况。这是由于气缸内部混合气的形成过程、燃烧过程等一系列的物理的、化学的变化因素决定的，所以每循环供油量的多少是有严格的制约的。但是，由图2-1中曲线可见，在一定的范围内，发动机的输出功率大体上和每循环的供油量成正比，所以，按照油门开度的大小调节喷油量，就可以控制发动机的输出功率。如果喷油量越过A点，则输出功率下降，冒黑烟，而且排气中的有害成分迅速增加。这是由于相对于气缸中有限的空气量，燃油量过多，氧气不足，不能完全燃烧，变成碳黑而排出的缘故。因此，不论在何种情况下，每循环供入气缸中的燃油量必须充分利用排气中的有害成分，必须符合排放法规。2.2.4 喷油率控制 喷油率单元时间内喷油量与喷油时间的比。在电控共轨系统中，由供油泵提供高压燃油，经过高压配管、高压燃油存储在共轨内。电控喷油器内的电磁阀控制针阀偶件的背压，决定喷油器开启和关闭时间。喷油压力与发动机转速无关，始终维持在高压状态目前一般为135Mpa。电磁阀直接控制针阀升程进行喷射。因此，在电控共轨系统中，不仅可以完成一般意义上的喷射，而且还可以实现引导喷射、预喷射等多段喷射。可以完全独立地、自由地控制喷油压力、喷油量、喷油率和喷射时间。在多段喷油过程中，各段喷油的利用和目的如图2-5所示。图25各段喷射的作用说明1、 引导喷射引导喷射相对于主喷射提前角度很大，由于预混合燃烧的效果，PM排放和燃烧噪声引导喷射越提前，烟度和噪声越低，引导喷射可以明显降低燃烧噪声2、 预喷射 多段喷射时的预喷射和前述机械式系统中的预喷射有所差别。在主喷射之前进行的预喷射，可以使燃烧噪声明显降低。但是，由于预喷射会导致PM增加，因此，可以通过使预喷射段靠近主喷射段的办法降低PM排放。图2-6是在中速、中负荷工况下应用预喷射的试验结果，由图可见，缩小预喷射和主喷射的间隔（时间间隔0.4ms可使烟度降低，但是降低噪声的效果不明显）。图2-6预喷射的效果3、主喷射发动机的动力主要来源。4、后喷射后喷射是紧靠在主喷射之后进行的喷射，可使扩散燃烧更快地进行，因此，可以降低主喷射中产生的PM。图2-7是在中速、中负荷工况下进行后喷射的实例。由图可见，当后喷射靠近主喷射（间隔0.7ms）时可以降低PM， 图 2-7 后喷射效果对于引导喷射和后喷射过程，因为是在活塞离开上止点段距离的位置进行的，燃油有可能会附着到气缸壁上。解决的办法是：分成几段喷射，而且每段的喷射量少一些。此外，为了实现后处理装置再生（复原）而进行的次后喷射中，对发动机的转矩会带来不良影响，为此，必须采取适当的措施对主喷射的指令值进行修正。5、次后喷射次后喷射是在离开主喷射相当的时间间隔之后进行的喷射，由于排气温升和还原成分的供给，可使催化剂的活性增加。但是如果次后喷射的时间过迟，则可能导致燃油附着到气缸壁上。因此，次后喷射的时间必须适当。2.3柴油机电子控制燃油系统的三代变革2.3.1 第一代：凸轮压油+位置控制代表性的ECD-V1电控分配泵系统如图2-8所示：ECD-V1是在VE分配泵的基础上进行电子控制改造而成的电控分配泵系统3。它是一种位置控制式分配泵系统，其结构如右图所示。该系统保留了VE分配泵上控制喷油量的溢油环，取消了原来的机械调速机构，采用一个布置在油泵体上方的线性电磁铁，通过杠杆来控制溢油环位置，从而实现喷油量控制，并由溢油环位置传感器（电感式传感器）作为反馈信号，实现闭环控制。ECD-V1电控分 配泵的喷油正时控制也保留了VE泵上原有的液压提前器，它用一个定时控制阀（TCV）来控制液压提前器活塞的高压腔和低压腔之间的压差。当电磁阀通电时，吸动磁芯，高压腔与低压腔形成通路，两室之间压力差消失，在复位弹簧作用下，提前器活塞复位，带动滚轮转动，形成喷油提前 。同时，系统中还设置了供油提前器活塞位置传感器，形成喷油定时的闭环控制。图2-8 ECD-V1电控分配泵2.3.2第二代：凸轮压油+电磁阀时间控制图2-9 ECD-V3时间控制方式下面介绍一下电装公司具有代表性的ECD-V3电控分配泵系统ECD-V3系统是在ECD-V1的基础上发展而成的。如图2-9所示。主要改进之点是：取消了溢油环，在泵的泄油通路上设置了一个电磁溢流阀，采用时间控制。 图2-10 电磁溢流阀的工作原理电磁溢流阀由一个小电磁阀（导向阀）和一个液压自动阀（主阀）组成，如图2-10所示。当电磁溢流阀通电时，高压燃油通过主阀上的小孔同时作用于主阀的背面。由于电磁溢流阀通电过程中线圈产生激磁，导向阀压在阀座上。主阀座面的密封截面小于主阀直径，作用于主阀背面的力大于作用于主阀正面的力，故主阀压向阀座。此时高压燃油不会溢流；当电磁溢流阀中没有电流流过时，导向阀在弹簧力作用下开启，主阀背面的燃油溢流，主阀正面的燃油压力由于小孔节流，下降比较慢，这样主阀就自动开启，高压腔内燃油迅速泄压，停止喷油。结果，达到了用一个较小的激磁力产生高压密封（导向阀密封面积小），而在溢流时又有足够大的流通截面积（主阀密封面积大），保证迅速溢流，而且响应灵敏。2.3.3第三代：燃油蓄压+电磁阀时间控制电控共轨燃油系统的主要组成部分是：电控喷油器、供油泵、各种传感器和电控单元ECU等。如图2-11所示电控共轨系统的特点：自由调节喷油压力； 自由调节喷油量 ；自由调节喷油率形状；自由调节喷油时间；图2-11 共轨系统组成2.4 Bosch共轨式柴油喷射系统2.4.1Bosch 采用柴油喷射系统的种类Bosch 采用柴油喷射系统的种类 直列式柴油喷射泵（In-Line Fuel injection pump） 分配式柴油喷射泵（Distributor fuel injection pump） 单柱塞柴油喷射泵（single plunger fuel injection pump） 高压储油喷射系统(Accumulator injection systerm)1、 直列式柴油泵PE标准型直列泵为最常见的的一种喷射泵，它通过柱塞上不同的螺旋位置控制喷油量，其齿杆有机械式调速器控制，而现在汽车有电子执行器控制。它普遍使用，从小客车到潜艇都采用。控制套直列式燃油喷射泵，有一套在柱塞本体上下滑动，与PE相比较，在喷油量与喷油正时控制上比较方便。2、 分配式柴油喷射泵轴向活塞分配式喷射泵：只有一个轴向活塞用于泵油，配油等，移动控制套由于改变喷油量。该类型喷油泵以VE型为代表，可用于大、中、小型车。径向活塞分配式喷射泵：在分配器的轴内有24个径向活塞，与凸轮环组合为高压泵，以产生高压油，喷油量则由高压电磁阀控制。该类型的喷射泵以型为代表，主要用于小车。3、 单柱塞燃油喷射泵整体式喷油器：又称UIS（unit injecetor system） 它是将喷射泵和喷油嘴组合在一起，每缸一个装在汽缸盖上，有发动机凸轮轴直接或间接驱动。由于省略了高压油管，其喷射压力可达200mpa，用于小型车与大型货车、客车、拖车。单体泵：又称UPS(unit pump system), 每缸有一个泵，由发动机凸轮轴驱动，泵与喷油嘴总成间以一短高压油管连接，用于大型载货车、大客车、柴油火车、轮船。4、 高压储油共轨系统：即共轨式喷射系统，为目前采用最先进的燃油喷射系统，用于小型车，中型车、重型车、柴油火车、轮船、潜艇。2.4.2 Bosch 共轨式柴油喷射系统的构造与作用1、燃油供给系统的组成：Bosch 共轨式柴油喷射系统的组成，由是低压油路零件、高压油路零件、传感器及ECU等所构成2、低压油路各零件的构造与作用（1）燃油泵 滚柱式 低压供油泵的种类齿轮式（2）柴油滤清器柴油中的杂质，可能导致泵零件、出油阀及喷油嘴等的磨损；另外柴油中含水。可能变成乳状物或因温度变化而凝结，如水进入喷射系统，则导致零件锈蚀。 与其他喷射系统相同，共轨式喷射相同也需要附有水分储存室的柴油滤清器，必须定期打开防水螺钉放水。现在也来越多的小客车用柴油发动机设有自动警告装置，当必须泄放柴油滤清器内的水分时，警告灯会点亮。3、高压油路各零件的构造与作用组成：高压油路各零件，包括高压油泵、油压控制阀、高压储存器，即共轨、共轨油压传感器、压力限制阀、流量限制阀及喷油器（1）高压泵高压泵负责将低压柴油转变成可达135MPA的高压柴油，送入共轨内；在所有发动机作用状态下，均能提供足够的高压柴油，并能提供额外的柴油以供迅速起动用，以及能够速建立起共轨内的压力。如图所示燃油泵送来约（0.5-1.5）10 的低压柴油，从柴油入口，经安全阀，进入低压油道，再经进气阀，送入正在行柱塞的上方，此时为吸气行程。 图2-12 高压泵工作原理图（2）油压控制阀用以保持共轨内正确的油压 ，施加在电枢的里有两个，一个为簧力，一个为电磁力。为了润滑及冷却，整个电枢式永久泡在柴油中。（3）共轨蓄能器共轨内的油压应随时保持一定，以确保当喷油器打开的瞬间，喷射压力能维持一定值。如图共轨2-13的构造，为一长贮存管，经流量限制器，将高压柴油送往各缸喷油器。共轨上装有油压传感器、压力限制阀及流量限制器。（4）共轨油压传感器共轨油压传感器必须迅速，精确检测共轨内瞬间的压力变化，将电压信号送给ECU,以调节适当的油压。当膜片因油压而变形时，半导体装置的变化范围从0-70MV,再由计算电路放大为0.5-4.5V。油压为150MPA时膜片的变形量约1MM，计算精度为2%。若共轨油压传感器失效时，ECU会以紧急功能及固定值控制油压控制阀作用，使车辆可开回修理厂。（5）压力限制打开通道以限制共轨内的最大压力，功用与过压阀相同，压力限制阀允许打开共轨内压力短时间内达到150MPA。在正常作用压力约135MPA时，锥形阀关闭；当系统超过最大压力时，锥形阀打开，柴油流回油箱。（6）流量限制器正常作用时：柱塞在其行程上方，当柴油喷射时，喷油器端喷射压力的降低，使柱塞向下移，通过柱塞位移，使柴油由共轨流出，以补偿柴油容积；当喷射末期时，柱塞在底座上方，并没有将出口完全封闭；接着弹簧将柱塞再向上推至定位，等待下一次喷射，此时柴油能从喉管处流动。图2-13 共轨油管的构造（7）喷油器与直接喷射柴油发动机喷油器的固定方法相同，是以卡箍定位。作用： 将高压燃油雾化成容易着火和燃烧的喷雾，并使雾和燃烧室大小、形状相配合，分散到燃烧室各处，和空所充分混合。喷油始点和喷油数量是通过电触发喷油器控制的，工作原理： 电磁阀的结构是内圈固定、外圈可动，1）不喷油；电磁阀不 通电，弹簧力和高压油作用下使针阀关闭。2）喷油开始；电磁阀通电，内圈固定不动，外圈上升，重要条件是量孔上端出油的直径必须小于量孔下端进油的直径，压差是喷油器开启，开启的时间有电磁阀的通电时刻控制。图2-14 喷油器（8）传感器在电控燃油系统中，通过各种传感器检测出发动机的实际运行状态。下面这些传感器都是控制发动机的基本传感器，和汽油机电控系统中使用的传感器基本相同空气流量传感器：计算控制喷油量和控制EGR； 油门踏板传感器：反映发动机负荷 可以检测出脚踩加速踏板的开度和加速度；发动机转速和供油泵转速传感器：检测发动机转速和对工作气缸经行判别；共轨压力传感器： 在相应较短的时间内，测定共轨中实际压力，并向ECU提供信号；增压压力传感器：安装在进气管上随时监视增压器提供的进气压力变化； 冷却液、机油、燃油温度传感器： 对喷油量和喷油时间经行修正；燃油含水传感器（油水分离器）：分离柴油和水 提高燃烧效率；（9）发动机控制模块（ECU）发动机控制模块是一个单片机为核心的处理器，它的功能就是处理来自整车不同部位的传感器的数据，判断发动机的工作状况，再通过执行器对发动机进行准确的控制。3 博世柴油共轨发动机实验台设计方案3.1 长城汽车GW2.8TC 型发动机GW2.8TC型柴油发动机是长城公司与德国博世公司联合设计、开发用于微型客车、轿车的柴油机，该发动机技术采用博世电控共轨系统和涡轮增压器、全负荷最低油耗小于209g/(kw.h)，净重只有100kg，升功率为46W/L。3.2 柴油机共轨电路图的设计研究在发动机试验台设计前，了解发动机自诊断系统的组成与功能、监测控制系统、控制程序、数学计算和逻辑判断，以及系统故障判断的发生条件。以便有目的地创造满足ECU判断故障生成条件的运行环境。本电路图采用Auto CAD 软件进行绘制，柴油机共轨电路图（图3-1）主要由电控单元，传感器，执行器，电源，诊断座和其他电器元件组成。图3-1柴油机共轨电路图故障点的设计主要是根据电控柴油机经常发生的故障现象来进行设定。设计了传感器故障，执行器故障和继电器故障。传感器故障有：电子油门踏板传感器，发动机转速传感器，霍尔传感器，共轨压力传感器，冷却液温度传感器，燃油温度传感器，空气流量传感器，增压压力温度传感器等；执行器故障有：喷油器，燃油压力电磁阀，增压控制器，EGR控制器，截止电磁阀等；继电器故障有：预热继电器，燃油加热继电器，起动继电器，冷却风扇继电器等。 图3-2 实验台面板控制电路图的设计3.3 实验台的设计研究3.3.1 实验台架总体的设计研究本实验台台架（图2-2）造型现代、美观、合理、安全，采用钢质结构。实验台架上部（图3-4）放置面板图、显示器、电子仪表；中部（图3-4）控制台放置发动机控制单元ECU、点火开关、仪表盘总成、防盗控制单元、诊断座及保险座装置；下部（图3-4）放置GW2.8TC型柴油发动机的总成和冷却系统、供油系统、润滑系统、进排气系统、燃油箱。发动机支架及台架的底边采用方钢焊制具有足够的支撑刚度，安全耐用。为了方便试验台移动，在试验台的四角分别制作有四个脚轮，并且为安全起见，前脚轮上都设置了锁止装置防止试验台自由滑动。发动机周围的辅件采用不锈管作护栏，安全、美观。 图3-3实验台架总成 实验台架电路图显示器汽车仪表控制鼠标发动机电脑点火开关护栏实验台架发动机支架 图3-4实验台架 图3-5发动机总成3.3.2 实验台架面板图的设计研究第一部分铭刻着博世柴油共轨发动机的电控原理图(图3-4)，以显示出发动机电脑与传感器、执行器之间的输入输出关系，并且在电路图的元器件相应节点均安装检测插孔，以便于对照电路原理图可以对电控系统相应元器件的故障点、检测点进行静态或动态信号的检测，通过检测电控系统各信号参数，从而进行故障判断或标准参数测量。第二部分为动态显示区(图3-4)，具有主要数据参数的数码显示功能，在实验台前面板上设置有6块电子指示仪表方便数据读取，将传感器或模拟装置的输入信号接到该仪表的信号输入端。通过仪表屏幕便可观察传感器或者模拟装置的工作情况，包括蓄电池电压、油门踏板位置传感器、共轨压力传感器、冷却液温度传感器、燃油温度传感器，有利于教学。第三部分为电脑液晶显示区(图3-4)，显示燃油供给系统结构原理示意图和实验台的控制面板上显示故障，传感器的波形图以及数据，以方便学生先看原理示意图有一个宏观认识再结合实物了解其原理，这样会取得更好的学习效果，同时也方便于教师教学以获得更好的教学效果。3.3.3 实验台故障控制的设计研究1）程序控制本实验台将采用智能故障设置装置（图3-6），其由硬件和软件两部分组成。软件是由VB语言编制的驱动程序，该程序装在本试验台装备的电脑主机中。该装置的硬件部分由电磁继电器、串转并模块、电磁继电器电源（包括变压器、整流器）、数据传输线及端口、单片机5V供电端口及传输线等组成。设置和解除故障时，通过电脑屏幕上的链接界面，点击所要设置的故障的按钮即可由驱动程序驱动故障设置装置的相应的电磁继电器动作，实现相应故障的设置和解除。图3-6智能故障设置2）实验台故障设置设计研究与分析实验台故障设置包括：传感器故障、执行器故障、继电器故障、电源与搭铁故障、发动机与启动机故障、综合故障设置。传感器曲轴位置传感器执行器1号喷油器凸轮轴位置传感器2号喷油器空气流量传感器3号喷油器电子油门位置传感器4号喷油器冷却液温度传感器EGR控制电磁阀共轨压力传感器燃油压力调节电磁阀燃油含水传感器继电器 主继电器燃油温度传感器起动继电器离合器踏板开关预热塞继电器制动踏板开关风扇高速档继电器ECU电源 +风扇低速档继电器ECU电源 燃油泵继电器2.3.4 实验台使用的检测仪器介绍图3-8示波器图3-7 万用表图3-9汽车专用诊断仪4传感器故障检测与分析BOSCH传感器故障设置 （1-1）曲轴位置传感器故障现象发动机不能起；发动机运转粗暴预热指示灯闪亮；发动机熄火转速仪表无显视；尾气排放增多 一、故障检测：1、初步检测：检查燃油压力，正常；否 检查喷油器是否喷油。 2、解码器检测：显示故障代码是发动机转速传感器有故障。3、万用表检测：关闭点火开关，用万用表的电阻档，检测传感器与电控单元ECU之间的导线，发现导线之间的是无穷大，这说明传感器到电脑端子的导线有故障 （ 解释：因为试验台故障设置是通过程序断的是电脑和传感器的连线）二、总结分析 电控柴油发动机两个主控信号，一个负荷信号，一个转速信号，其中转速信号检测发动机转速，为ECU控制喷油器开启时刻和开启时间提供依据。转速传感器信号断路，ECU无法确定喷油时刻、发动机无法起动。更换导线后，起动发动机，尾气排放物减小，转速仪表有显视，清除故障码后，再次读取故障码，已经没有故障代码，发动机工作稳定，故障排除。三、参考电路图3. 52 V四、技术参数：无需电源；*温度范围：40150；*输出电压：随转速增加而增加；*与信号齿间隙：1.20.3mm；*线圈电阻：56015%（255）；*线圈电感：240mH15%(1kHz)；4.插接件*接线端子：有尾型：A信号、B信号、C屏蔽层 示波器波形分析BOSCH传感器故障设置 （1-2）凸轮轴位置传感器故障现象冷车时，发动机不能起动，热车时 起动时间延长，功率降低 加速不良一、故障检测：1、初步检测：检查燃油压力 正常 。检查喷油器喷油 正常 ； 检查进气系统 正常 2、解码器检测：显示故障代码是发动机凸轮轴位置传感器有故障。3、万用表检测：关闭点火开关，用万用表的电阻档，检测传感器与电控单元ECU之间的导线，发现导线之间的是无穷大，这说明传感器到电脑端子的导线有故障 （ 解释：因为试验台故障设置是通过程序断的是电脑和传感器的连线）二、总结分析与汽油电控系统霍尔传感器相通，判断一缸上止点位置。如果损坏，爆震控制关闭，点火提前角稍微推迟，避免产生爆震。 发动机按固定供油提前角进行喷油，因此发动机冷车时难已启动。更换导线后，冷车时，发动机能起动并且很容易，发动机功率正常，清除故障码后，再次读取故障码，已经没有故障代码，发动机工作稳定，故障排除三、参考电路图14.41 V四、技术参数：*需要电源；5V*安装间隙：1.20.3mm*温度范围：40150；*输出电压：不随转速变化而变化接线端子：1 电源、2 信号、3 信号 -、 示波器波形分析BOSCH传感器故障设置 （1-3）空气流量传感器故障现象发动机可以正常起动，但怠速不稳，输出功率低，还冒黑烟 一、故障检测：1、初步检测：喷油和油压正常，通过转速表现实怠速不稳现象 2、解码器检测：显示故障代码是空气流量计传感器有故障 。3、万用表检测：把点火开关打到OFF位置，把传感器与电控单元ECU的插座都拔下，用万用表的电阻档，检测传感器端子对应在电控单元ECU的连线端子，检测端子A37与3，显示值是无穷大，端子A42与4也显示是无穷大，这说明传感器的电源和信号的导线都断开了二、总结分析发动机控制单元得用该测量值计算喷油量和废气再循环率。空气流量的信号越小，喷油量也越少。若损坏， 电控单元用电子油门电位计代替，但检测出的进气量不准，造成ECU判断的进气量比实际进气量大，ECU控制喷油器多喷油，出现混合气过浓的现象导致发动机冒黑烟。更换导线后，冷车时，发动机能起动并且很容易，发动机功率正常，清除故障码后，再次读取故障码，已经没有故障代码，发动机工作稳定，故障排除三、参考电路图5.01 V四、技术参数：*空气流量传感器安装与进气管上*信号失效的影响：信号失效后，ECU用一个固定值来代替*插接件1-加热电源 2-信号+ 3-信号- 4-负极BOSCH传感器故障设置 （1-4）电子油门位置传感器故障现象发动机能够起动，但怠速转速偏高，预热指示灯闪亮。 一、故障检测：1、初步检测：喷油和油压正常，转速表显示怠速偏高故障现象 2、解码器检测：显示故障代码是电子油门踏板位置传感器有故障 。3、万用表检测：关闭点火开关，用万用表的电阻档，检测电子油门踏板位置传感器与电控单元ECU之间的导线，发现2K45，4K09，1K46，6K31之间四根导线都是无穷大，说明传感器与电控单元的连线是断开 二、总结分析油门踏板位置传感器的大小反映了本机负荷的大小，在转速一定时，进气量基本不变，而且喷油量随负荷的大小而变化，负荷增大，喷油量就增大。车辆的加速是由装在加速踏板上的传感器获取加速的信号，然后传到ECU，由ECU操纵喷油器调节喷油量。若损坏，ECU用空气流量计信号代替。但无法测出发动机处于怠速或有负荷工况，故怠速会偏高。更换导线后，发动机怠速转速降低，预热指示灯不亮，清除故障码后，再次读取故障码，已经没有故障代码，发动机工作稳定，故障排除。三、参考电路图5.01 V四、技术参数：*油门踏板位置传感器的工作原理它是由一个电阻体和一个转动系统组成。ECU给两固定点外加一个5V电压时，通过转动系统改变动触点在电阻体上的位置，在动触点与任何一个固定触点之间，便可以得到一个与动触点位置成一定关系的电压 *插接件1、2-电源端子 4、6-信号端子 3、5-搭铁BOSCH传感器故障设置 （1-5）冷却水温传感器故障现象发动机在冷车时不易起动，热车后起动时冒黑烟，预热时间延长大约要20秒 一、故障检测：1、初步检测：第一次启车时，着车非常困然，但转速表有显示但启车时油压和喷油正常。2、解码器检测：显示故障代码是冷却水温传感器有故障 。3、万用表检测：关闭点火开关，用万用表的电阻档，检测传感器与电控单元ECU之间的导线，发现2A58之间的导线是无穷大，说明传感器与电控单元的连线是断开二、总结分析发动机冷启动时，ECU不是以空气流量信号为计算喷油量的依据，而是根据点火开关信号，曲轴位置信号和节气门位置信号确定是否处于起动工况，然后根据冷却液传感器信号确定基本喷油量。若发动机起动工况时接不到冷却液传感器信号后，就会以一个失效保护的20度水温值代替确定喷油量，所以发动机不易起动更换导线后，发动机能快速起动，用解码器读取故障码显示没有故障，清除故障码后，再次读取故障码，已经没有故障代码，发动机工作稳定，故障排除 三、参考电路图2.71 四、技术参数：*性能：温度范围：-40135温度电阻值050007000251700250050700100075300450100150220BOSCH传感器故障设置 （1-6）共轨压力传感器故障现象发动机功率不足共轨压力升高 一、故障检测：1、解码器检测：显示故障代码是共轨压力传感器有故障 。2、万用表检测：关闭点火开关，用万用表的电阻档，拔下传感器插座和电控单元的插座，检测传感器端子对应在电控单元ECU的连线端子，发现电控单元的端子A23与传感器端子1，端子A46与端子3,端子A13与端子4都显示无穷大，说明传感器与电控单元的连线是断开。 二、总结分析ECU精确测量共轨中的压力是电控系统正常工作的必要条件，它是修正喷油量的重要参数。因为喷油器同样开启的时间内，压力大的喷油量多，压力下的喷油量少。当共轨压力传感器失效后，具有应急行驶功能的调压阀以固定的预设值进行控制，并且调压会以最高值调。更换导线后，起动发动机，共轨压力正常，发动机功率正常，清除故障码后，再次读取故障码，已经没有故障代码，发动机工作稳定，故障排除。 三、参考电路图四、技术参数：* 安装位置共轨压力传感器安装在共轨的前端。* 插接件 1电源 2信号 3接地BOSCH传感器故障设置 （1-7）燃油含水传感器故障现象发动机怠速不稳，功率不足冒白烟 同时保养指示灯会闪亮一、故障检测：1、解码器检测：显示故障代码是燃油含水传感器有故障 。2、万用表检测：将点火开关打到OFF，检测燃油含水传感器座上的端子对应电控单元ECU座的端子，发现端子2与电控单元端子K40的导线是无穷大，说明燃油含水传感器与电控单元的连线是断开。 二、总结分析发动机尾气冒白烟是因为水分进入燃烧室受热汽化而成的。当保养指示灯亮时，说明油水分离器积水过多，因更换滤清器更换导线后，发动机输出功率正常，没有冒白烟，警告灯也熄灭了清除故障码后，再次读取故障码，已经没有故障代码，发动机工作稳定，故障排除。 三、参考电路图5.01 V四、技术参数：* 安装位置：本传感器安装在油水分离器的上部*两端子之间的电阻值 10BOSCH传感器故障设置 （1-8）制动踏板开关故障现象动机能起动但功率下降发动机控制单元减少喷油量，预热指示灯闪亮，制动灯失效 一、故障检测：1、解码器检测：显示故障代码是制动灯开关和制动踏板开关有故障 。2、万用表检测：把电控单元插座拔下，检测开关端子对应在电控单元ECU的连线端子，发现端子3与A88显示阻值是无穷大；而6与K13也是显示阻值是无穷大，这说明开关与电控单元的连线是断开 二、总结分析汽车的制动开关信号用于ABS、ESP等车辆安全装置的主控信号，同时也应用与发动机的减速断油控制，当发动机ECU接收到制动信号后，控制喷油器电磁阀不喷油，实现汽车的减速更换导线后，发动机运转平稳，发动机输出功率正常，清除故障码后，再次读取故障码，已经没有故障代码，发动机故障排除。 三、参考电路图01 四、技术参数：*安装位置：制动踏板上*阻值：在没有踩下离合器踏板时，开关端子1与2是导通，阻值为0；当踩下离合器踏板时，1与2是断开，阻值是无穷大 BOSCH传感器故障设置 （1-9）离合器踏板开关故障现象发动机转速有明显下降一、故障检测：1、解码器检测：显示故障代码是离合器踏板开关有故障。2、万用表检测：将点火开关打到OFF，拔下开关的连线插座，把万用表打到电阻档，检测离合器踏板开关上的端子，在没有踩下离合器踏板时，开关端子1与2是导通，阻值为0；当踩下离合器踏板时，1与2是断开，阻值是无穷大，这说明开关是正常。把电控单元插座拔下，检测开关端子对应在电控单元ECU的连线端子，发现端子2与K58显示的阻值是无穷大，这说明开关与电控单元的连线是断开二、总结分析汽车在运行期间，当ECU接到离合器踏板开关信号，说明现在汽车需要减速就控制喷油器减少喷油量，达到省油的目的，所以发动机转速自然就降低了。更换导线后，发动机输出功率正常，没有冒白烟，警告灯也熄灭了清除故障码后，再次读取故障码，已经没有故障代码，发动机工作稳定，故障排除。 三、参考电路图12.01 V四、技术参数：* 安装位置：汽车驾驶舱的脚制动下*电阻值：10BOSCH传感器故障设置 （1-10）燃油温度传感器故障现象发动机功率下降尾气排气将升高一、故障检测：1、解码器检测：显示故障代码是燃油温度传感器有故障 。2、万用表检测：打开点火开关ON位置，检测传感器端子对应电控单元ECU的端子，发现电脑端子有5V电压，另一个没有电压，这说明电控单元是正常。关闭点火开关，用万用表的电阻档检测电脑ECU与传感器之间的导线，发现2端子的导线是无穷大，说明传感器与电控单元的连线是断开。 二、总结分析传感器温度用于检测燃油温度，发动机电控单元用于控制喷油始点和喷油量，同时又用来控制燃油冷却泵的开关。当ECU无法受到该信号时会用一个固定值去代替，所以喷油时间和喷油量就不精确。更换导线后，清除故障码后，再次读取故障码，已经没有故障代码，发动机工作稳定，故障排除。三、参考电路图2.25K 四、技术参数：* 燃油温度传感器电阻变化范围（4300300 30800C ）5 执行器故障检测与分析BOSCH执行器故障设置 （2-1）1号喷油器故障现象发动机抖动，发动机运转粗暴输出功率降低，排放值升高 一、故障检测：1、解码器检测：显示故障代码是一号喷油器有故障 。2、万用表检测：将点火开关打到OFF，拔下喷油器的连线插座，把万用表打到电阻档 检测喷油器座的端子对应电控单元ECU座的端子，发现端子2与电控单元端子A16的导线是无穷大，说明执行器与电控单元的连线是断开 3、示波器检测： 看喷油波形分析二、总结分析断一个缸的喷油器，发动机还能起动，因为还有其他三个缸在工作，但发动机此时失去动平衡 发动机抖动厉害，现象特别明显更换导线后，发动机没有抖动现象，发动机运转平稳，发动机输出功率正常，清除故障码后，再次读取故障码，已经没有故障代码，发动机故障排除三、参考电路图12.01 V四、技术参数：*安装位置：发动机气缸盖上*阻值：电阻线圈的阻值