花冠轿车1ZZ-FE发动机设计【9张CAD图纸+毕业论文】

摘　　要

汽车新技术发展十分迅速，在汽车工程上的应用越来越普遍．而相关高校及社会技术培训机构在汽车新技术教学中大多以理论为主，相应新技术、新结构为主的实践教学手段严重滞后，不仅不能与汽车领域广泛推出的汽车新技术同步，更跟不上汽车新技术的快速发展．为此，研制了丰田1ZZ—FE型电控发动机仿真实验台，希望能够为相关教学机构提供有益的帮助结合我校丰田技术人才培养的要求，本设计以丰田花冠1ZZ-FE发动机为蓝本，设计制造出具有故障诊断以及教学功能演示的综合实验台，可以结合实验台可以进行故障设置，诊断并且进行信号测试，数据流分析等。目的是通过理论与实践相结合的方式，培养和加强学生的汽车故障诊断分析能力。

本设计主要是针对丰田1ZZ-FE发动机进行展开，首先介绍了1ZZ-FE发动机的内部结构、工作原理及运行情况。在此基础上，提出了一种以教学为目的的发动机实验台设计方案。针对它的教学目的，该实验台的特点是结构相对较为简单，实验台设有检测端子和自诊断接口，便于在教学过程中，让学生直观了解并通过设置故障增强其动手能力，以达到良好的教学效果。

关键词：1ZZ-FE；发动机；实验台；教学；故障检测  

ABSTRACT

Automobile new technology is developing very rapidly, and the application in automobile engineering is becoming more and more common. And the related universities and technical training institutions in society with new technology in the teaching theory, corresponding most of new technology, new structure of practice teaching, not only means lag in auto field widely launch new technology synchronization of the car, car more with the rapid development of new technology is developed. Therefore, Toyota 1ZZ-FE type electronic-controlled engine simulation platform, hopes to provide relevant teaching organization with our good help of Toyota technology training requirement, the design with Toyota corolla 1ZZ - FE, design and manufacture of engine with fault diagnosis and the function of teaching demonstration experiment platform, can be combined experimental fault diagnosis can be set, and signal test, data flow analysis, etc. Purpose is through the combining theory with practice, cultivate and strengthen the way of students auto fault diagnosis analysis ability.

The design is mainly directed against Toyota 1ZZ-FE engine to start, first of all introduced the 1ZZ-FE engine 's internal structure, working principle and operation. On this basis, a teaching of the engine for the purpose of test-bed design. For the purpose of teaching it, the test-bed structure is characterized by relatively simple test-bed has a detection terminal and self-diagnostic interface to facilitate the process of teaching to enable students to understand and intuitive fault by setting the hands to strengthen their capacity in order to achieve good teaching effectiveness.

Key words：1ZZ-FE ；Engine ；Test-bed ；Teaching；Fault test   

目   录

摘要……………………………………………………………………………………………Ⅰ

ABSTRACT…………………………………………………………………………………Ⅱ

第1章 绪论…………………………………………………………………………………1

    1.1引言……………………………………………………………………………………1

1.2课题研究背景与意义…………………………………………………………………1

1.3国内外研究状况………………………………………………………………………2

1.4故障诊断技术的发展趋势……………………………………………………………3

1.5半实物仿真系统的主要研究内容……………………………………………………4

第2章 发动机相关资料及技术特点………………………………………………5

2.1发动机相关资料………………………………………………………………………5

     2.1.1 发动机的作用和组成………………………………………………………5

     2.1.2汽油发动机的工作原理………………………………………………………6

2.2 1ZZ-FE 发动机相关资料……………………………………………………………8

2.3 1ZZ-FE发动机技术特点……………………………………………………………10

2.4 本章小结……………………………………………………………………………12

第３章 丰田1ZZ-FE发动机实验台架及显示面板的总体设计及布局………13

    3.1实验台辅助系统设计………………………………………………………………13

        3.1.1动力与传动系统选型………………………………………………………13

         3.1.2控制系统设计………………………………………………………………13

3.2实验台总体结构设计………………………………………………………………14

3.3 实验台显示面板设计………………………………………………………………15

3.4 定位件校核…………………………………………………………………………16

3.5 本章小结……………………………………………………………………………16

第4章 实验台故障设置及信号模拟功能设定……………………………………17

4.1实验台功能设定……………………………………………………………………17

4.1.1工况测试功能………………………………………………………………17

4.1.2故障模拟设置及诊断功能…………………………………………………17

4.2教学示教功能………………………………………………………………………20

4.3外设匹配功能………………………………………………………………………20

4.4 本章小结……………………………………………………………………………20

第5章 试验台整体结构校核及加工工艺……………………………………………21

5.1实验台整体校核……………………………………………………………………21

5.2实验台的制作………………………………………………………………………23

5.2.1台架的焊接…………………………………………………………………23

5.2.2显示面板的制作……………………………………………………………24

5.2.3组件的安装…………………………………………………………………24

5.2.4实验台的整体合理性………………………………………………………24

5.3 本章小结……………………………………………………………………………24

结论……………………………………………………………………………………………25

参考文献……………………………………………………………………………………26

致谢……………………………………………………………………………………………27

附录A…………………………………………………………………………………………28

附录B…………………………………………………………………………………………33

第1章 绪　　论

1.1 引言

汽车新技术发展十分迅速，在汽车工程上的应用越来越普遍．而相关高校及社会技术培训机构在汽车新技术教学中大多以理论为主，相应新技术、新结构为主的实践教学手段严重滞后，不仅不能与汽车领域广泛推出的汽车新技术同步，更跟不上汽车新技术的快速发展．为此，研制了丰田1ZZ—FE型电控发动机仿真实验台，希望能够为相关教学机构提供有益的帮助结合我校丰田技术人才培养的要求，本设计以丰田花冠1ZZ-FE发动机为蓝本，设计制造出具有故障诊断以及教学功能演示的综合实验台，可以结合实验台可以进行故障设置，诊断并且进行信号测试，数据流分析等。目的是通过理论与实践相结合的方式，培养和加强学生的汽车故障诊断分析能力。

1.2 课题研究的背景与意义

近20多年来，随着计算机和电子技术的发展，汽车工业和汽车技术取得了长足进步。采用电子技术已经成为解决汽车质量与性能诸多问题中的最佳方案。应用微机控制发动机的喷油与点火就是为了适应社会对汽车排放法规与节能的要求。目前，多数轿车都已装用发动机管理系统，对发动机各个系统进行综合控制发动机的控制已由早期的模拟装置发展成为微机控制的数字控制系统。在发动机管理系统中，微机不仅控制点火定时与喷油系统的空然比，还控制怠速转速，爆燃，增压压力，近期和废弃再循环以及变速器传动诸多方面，还增加了自诊断系统，后备系统与保护装置，提高了整个控制系统的可靠性。

现代汽车工业已经进入成熟的发展阶段，世界各大汽车制造商为进一步地争夺汽车销售市场，不断加强开发投资力度，试图以提高汽车安全性、降低能耗、改善舒适性和增加功能等来推动汽车工业向高附加值方向发展。汽车电子技术是汽车技术与电子技术相结合的产物，汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命。在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛，汽车已经由单纯的机械产品发展为高级的机电一体化产品，成为所谓的“电子汽车”。

汽车电子化是现代汽车发展的重要标志。随着电子信息技术的飞速发展, 现代汽车技术与电子技术、信息技术融合在一起, 汽车已成为现代科技的载体和结晶。据核计，目前平均每辆车上的电子装备已经占到整车成本的20%-30%，在一些豪华轿车上，使用单片微型计算机的数量已经达到50个，电子产品费用占到整车成本的50%以上。可以说,目前电子技术的应用已经深入到汽车所有的系统并在提高汽车的操纵性能、燃油经济性、可靠性和自动化程度等方面发挥着越来越重要的作用。在发达国家，汽车已经进入电子时代，汽车电子控制技术已经成为当代汽车技术领域关注和研究的重点问题。

由此可以看出，现代汽车已不再是传统的机电产品，其中汽车的机械部分的发展已经达到了极致，汽车继续改进的空间将集中在传统汽车技术和电子技术的的结合上，汽车上70%的革新来自汽车电子技术及产品。然而，由于汽车运行的环境多变，特别是发动机所处的环境恶劣，因此，由发动机电子控制系统引起的故障也相应增多。据相关从事汽车维修多年的人员表示，现代汽车由于电控系统引起的故障大约占全车故障的70%，特别是新车。发动机电子燃油喷射是一项涉及面很广的技术，它包括了传感器技术、微处理技术、控制工程等多方面知识。并且，在汽车修理过程中，由于车系、车型的差别，维修人员判定传感器元件信号及电子控制单元导致的故障很困难。这就给汽车维修和汽车教学带来了很大的障碍。而现有的教学试验台架绝大部分仍然基于传统的发动机，这是制约学生理论学习和提高实践能力的一个重要原因。本设计通过对发动机电子控制部分实施改制，使之形成可以脱离发动机本体试验的系统设计，应用相应传感器来模拟实际运行工况，实现故障诊断，通过故障代码的分析，查找并排除故障。研制出一套对汽车电子控制系统诊断准确、操作方便、快速经济的故障诊断系统，从而把理论教学与实践过程有机地结合起来，使理论教学更直观，实践过程更容易。

1.3 国内外研究状况

在国外主要开发的是发动机电子控制故障诊断系统，代表产品有美国通用汽车公司和福特汽车公司推出的称之为CAMS和SBDS的故障诊断咨询系统。日本丰田汽车公司的维修、信息及技术部门联合开发了“维修技术咨询系统”和丰田发动机集中电子控制TCCS的诊断系统。

汽车电子控制实验台的发展趋势是朝着人工控制智能化的方向发展，实现故障诊断检测、工作状况的演示等功能。

我国仿真技术的研究与应用开展得比较早，发展迅速。80年代就建设了一批水平高、规模大的半实物仿真系统，如射频制导导弹半实物仿真系统、工程飞行模拟等等，主要应用于军事用途。目前半实物仿真在工业、交通优化逐步开始应用，同时，半实物仿真技术已成为国内汽车工程师研究的热点，已满足应用设计周期的缩短、产品质量要求的提高、开发及设计费用的减少的要求。

在国外，汽车公司的工程师感到他们需要一种替代传统设计的新途径。他们曾经尝试过的方法所遇到的主要问题还是硬件原型的不完备，整个设计在工程化时需要重新设计和重新编程。因此汽车公司的工程师开始寻找一种新的方法来填补传统与现代的汽车电子控制系统开发之间的空白，使得需求定义者控制器设计人员有一个共同的坚实基础。

故障诊断(Diagnostics)，是指确定故障的起因，即在不拆卸发动机本体或仅拆下个别零件的条件下，查找故障零件部位和查明故障原因的过程。诊断技术，是指能用于发现和分析故障元件及故障区域的技术。按故障诊断技术从无到有，与电控燃油喷射技术的发展水平相对应的诊断技术可分为人工经验诊断、简单仪器诊断、精密监测诊断和人工智能诊断四个阶段。

人工经验诊断：20世纪50年代以前，发动机结构较简单，电控燃油喷射系统还没有应用于汽车发动机，通过简单的测试仪表，如转速表、气压表、真空表电压表、电流表等，或者是判定发动机是否有异响、是否过热、有异味等情况。再依靠人工经验来完成对的发动机故障诊断工作。目前，人工经验诊断方法对某些复杂故障的诊断仍十分有效。

简单仪器诊断：20世纪50年代初至70年代末，由于汽油喷射系统开始应用于汽车发动机，传感器、微处理器技术、控制工程技术也随之在汽车发动机上得到应用。因此，在汽油喷射系统故障诊断过程中就必须借助相关传感器、微处理器及示波器等仪器设备对发动机的工况进行检测，以判定其工作性能的好坏。

精密监测诊断：20世纪80年代初至90年代初，电子技术的进步，对电控燃油喷射系统的控制内容更加全面，控制程度更加精确。随之，以计算机技术为核心的各种精密诊断设备得到了快速的发展，对电控发动机故障诊断的准确率也有了很大提高。如各种发动机分析仪、点火正时仪、电脑检测仪以及各种电子化检测仪表等都是进行精密检测所必备的仪器。

人工智能诊断：20世纪90年代开始，由于汽车电控燃油喷射技术的不断完善，而且车型及其控制技术又不尽相同。因此，在汽车维修中，故障诊断就成为关键性问题。应用人工智能理论与技术以及现代的信息技术开发出的各种故障系统将有助于电控燃油喷射系统故障诊断问题的解决。

1.4 故障诊断技术的发展趋势

近年来，一些新的科学分支的出现和发展及其在设备故障诊断中的成功应用，为汽车故障诊断技术的发展开拓了新的途径[1]。由于汽车电子化的趋势是从整体上来设计全车的控制系统，因此，现代故障诊断系统的技术正向着故障专家系统、人工智能故障诊断系统方面发展，开发要求是：具有在线更新自诊断功能、故障预测功能、自我保护功能，并且还可以实现在线信息资源的交流与共想。

1.5 半实物仿真系统的主要研究内容

（1）半实物仿真系统的设计：具有较强的演示功能，可以实现发动机工况演示以及针对不同电子控制系统元件进行信号测试；

（2）控制面板的设计：能够实现与丰田车系不同测试车辆控制系统的连接，实现车辆控制信号测试；

（3）实现相关教学功能，可以进行发动机工作演示，使学生能够直观看到发动机的各种工况，并对不同的演示现象进行必要的分析。