汽车电控技术实验参考答案.doc
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1、汽车电控技术实验指导书黎古雄 编华 南 理 工 大 学 广 州 学 院目 录实验一 发动机爆震传感器实验2实验二 同一台发动机换装不同特性火花塞实验5实验三 盘式制动器的实验10 实验一 发动机爆震传感器实验一、实验课时:2学时二、实验目的1了解发动机爆震传感器的工作原理;2熟悉发动机爆震传感器的分类和结构组成;3掌握发动机爆震传感器的检测方法和故障判断、以及扭矩的测量。三、实验设备及器材1PASSAT 1.8T电喷发动机实训台2常用工具若干(螺母拆装增力板手、离合器对准器、钣金工具、大万能拉器、 小万能拉器、内径拉器、避震器工具、导向校正器、公制导向校正器、白金扳手、轮胎螺母帽自动拆装器、新
2、增增力扳手、小球头拉器、大方向盘拉器、小方向盘拉器、方向盘拉器、制动蹄弹拆装工具、离合器拆装器、离合器定位棒、轮毂镙母套筒、离合器定位棒、轮毂镙母套筒、轮毂螺母套筒、轮毂螺母套筒、前轮毂镙母套筒、后轮毂镙母套筒、轮毂镙母套筒、圆锥主动齿轮内轴承拉器、前轴头拉器、差速器拉器、变速箱主轴承拉器、曲轴导向轴承拉器、圆锥导向轴承拉器、后轴头内轴承拉器、差速器拉器、前轴头轴承拉器、十字轴拆装工具、变速箱主轴承拉器、汽车轮胎螺帽自动拆装器等);四、实验原理1爆震的危害爆震是汽油发动机运行中非常有害的一种故障现象。如果发动机持续产生爆震,会引起发动机过热、油耗上升、动力下降、磨损严重甚至损坏发动机机件等。目
3、前电喷汽油发动机上基本采用爆震传感器来检测爆震信号并传送给发动机ECU,通过ECU来抑制爆震的产生。汽油机发生爆震时,常见的外部特征有:气缸内发出金属敲击声(敲缸)。在轻微爆震时,发动机功率略有增加;强烈爆震时,发动机功率下降、运转不稳、转速下降、产生较大振动。发动机过热,气缸盖、冷却水、润滑油温度上升。在爆震加剧时,排气管伴有冒黑烟现象。2发动机爆震原因由汽油发动机燃烧理论可知,当气缸中的可燃混合气被电火花点燃之后,形成火焰传播,它是以1030m/s的速度进行的。火焰前方的未燃混合气因受已燃混合气的压缩和热辐射,压力和温度都相应地升高,发生了化学反应,称为焰前反应。如果火焰及时传到,并把它引
4、燃,直到把它烧完为止,这就是正常燃烧。但是在某种条件下,燃烧的进行离开了正常的过程,这时离火花塞最远部分的混合气还未等到正常的火焰前锋到达,就已完成了化学准备过程而发生了自行燃烧。这个因自燃而形成的火焰中心(有时不止1个)产生新的火焰传播,这种火焰传播的速度达15002000ms,使未燃的混合气瞬间燃烧完毕。由于这种燃烧极为迅速,气体容积来不及膨胀,而温度和压力则急剧增加。因此,压力来不及传给气缸内其他部分气体,形成气缸内局部气体压力过高,因压力不平衡而产生压力波。这种压力波以超音速的速度向前推进,撞击燃烧章壁、活塞、气缸壁,而使之振动,发出尖锐的敲缸声,这种现象称为爆震燃烧,简称爆燃或爆震。
5、爆燃是由于早燃烧的部分气体膨胀压缩末燃部分的混合气,使其温度上升到自燃温度,而突然全部起火造成的。发生爆燃时,由于温度急剧升高,在高温的作用下,将使燃烧产物CO2发生热分解,不仅分解出CO,还析出游离碳C,使排气管中出现黑烟和火星。通常在气缸壁等固体的表面附着一层气膜,稳定的气膜是不易传热的。气缸壁表面气膜的隔热作用,使高温气体向气缸壁传递的热量减少。在发生爆燃时,由于压力波及灼热气体对燃烧室和气缸壁表面的往复冲击,破坏了附在它们表面的气膜,使高温气体向气缸壁的传热增加,导致气缸等机件的温度升高,热量的交换和损失增大。其结果使发动机过热,功率降低,油耗增加。与此同时,因机件所受的载荷增加而加速
6、磨损,缩短使用寿命。严重时还会引起活塞和气门的烧坏、轴瓦破裂、火花塞绝缘体损坏等故障,对发动机极端有害。发生爆燃的另一种原因是由汽油品质引起的。3爆震传感器结构目前常用的爆震传感器按结构可分为磁致伸缩式和压电式两种。3.1磁致伸缩式爆艇传感器图l磁致伸缩式爆震传感器的结构 如图1所示,磁致伸缩式爆震传感器主要由感应线圈、铁芯、永久磁铁和外壳等组成。 发动机振动时通过外壳带动其他内部的铁芯振动,铁芯产生位移,使通过感应线圈的磁路发生变化,通过线圈的磁通量也随之发生变化,线圈产生感应电动势,这就是传感器输出的电压信号。该信号与发动机的振动频率有关。当发动机发生爆震时,发动机缸体的振动频率与传感器固
7、有的振动频率(7KHz左右)匹配,发生谐振现象,振动强度最大,铁芯的位移最大,线圈内的磁通变化率最大,传感器输出最大信号,即爆震信号。3.2压电式爆震传感器 压电式爆震传感器按检测缸体振动频率的方式又可分为共振型与非共振型。3.2.l共振型压电式爆震传感器图2共振型压电式爆振传感器的结构 共振型压电式爆震传感器的主要元件有压电元件与振荡片(如图2所示)。压电元件的材料为压电陶瓷晶体片。压电元件紧贴在振荡片上,振荡片紧固在传感器的基座上。当固定在缸体(缸盖)上的爆震传感器随发动机振动时,通过基座带动振动片振荡,振荡片压追压电元件,使压电元件产生电压信号。若发动机爆震时产生的频率与振荡片的固有频率
8、相同,振荡片就发生共振。此时,压电元件受到的力最大,压电元件产生的电压信导也达到最大值。共振型压电式爆震传感器输出的信号电压高,不需要专门的滤波器,信号处理比较方便。但由于共振型压电式爆振传感器的共振频率必须与发动机燃烧时的爆震频率匹配(即二者能够产生共振),因此共振型压电式爆震传感器只能用于指定型号发动机(各种发动机有自己特定的共振频率),互换性差。图3非共振型压电式爆震传惑器3.2.2非共振型压电式爆震传惑器 非共振型压电式爆震传感器的主要元件有惯性配重和压电陶瓷元件。惯性配重通过螺钉压在压电陶瓷元件上,并有一定的预紧力(如图3所示)。发动机振动时,惯性配重会因振动而产生加速度,加速产生的
9、力作用于压电陶瓷元件上,使压电陶瓷元件产生电压信号。发动机发生爆震时,振动幅度大,产生的加速度大。因此压电陶瓷元件受到的作用力(惯性力)也大,压电陶瓷元件输出的电压信号也大。非共振型压电式爆震传感器是以接收加速度信号的形式来判断爆震是否产生的,配重将振动引起的加速度换成作用于压电元件上的压力。非共振型压电式爆震传感器输出的信号电压小、平缓,必须将输出信号输送至带通滤波器中,判断爆震是否发生。带通滤波器一般由线圈和电容器组成,它只允许特定频带的信号进行衰减。非共振型压电式爆震传感器的适应范围广,当用在不同类型发动机上时,只需对带通滤波器的过滤频率进行桶整,无需更换传感器这是非共振型压电式爆震传感
10、器的优点。4 爆震的控制方法由于爆震与点火时刻密切相关(见图4),且点火提前量越多,越1爆震范围;2余量幅度;3无爆震控制时;4有爆震控制时 图4爆震与点火时刻的关系容易产生爆震。因此目前控制爆震的方法就是用爆震传感器来产生电信号(爆震信号)并输人ECU,ECU根据爆震信导对电火时刻作适当控制。从图4可知,发动机发出最大扭矩的点火时刻MBT在开始产生爆震的点火时刻(爆震界限)附件。为了尽量提高扭矩,使发动机得到最好的动力性和经济性,利用爆震传感器检测到爆震界限,把点火时刻控制在接近爆震界限的位置。图5爆震控制的输入处理回路 如图5所示爆震传感器把信号输人ECU后要进行滤波处理,并判定有无爆震产
11、生。若ECU判断有爆震产生,它将根据爆震强度推迟点火时间,爆震强度越大,点火推迟量越大,反之越小;当爆震停止时,ECU又以一定角度递增点火提前角;当发动机再次出现爆震时,ECU使点火提前角再次推迟。调整过程如此反复进行,从而控制发动机爆震的产生(见图6)。图6爆震控制过程因为爆震只在燃烧期间产生,为了避免其他原困产生的干扰引起误检测,只在爆震判定期间进行判定处理(见图7)。即只有在判定期间内检测到爆震信号时,ECU才会根据爆震强弱来控制点火时刻。1爆震判定期间;2爆震判断基准值;3爆震传感器输出信号;4爆震判定值图7爆震控制处理时间5 爆震检测方法检测发动机爆震的方法有三种:一是检测发动机燃烧
12、室压力;二是检测发动机缸体振动;三是检测燃烧噪声。通过检测发动机燃烧室压力来判断爆震的方法的准确度高,但传感器需要直接接触缸内高压燃气,而且压力变化幅度大。这样的工作条件对传感器的结构强度、工作可靠性要求高,且安装困难。通过检测燃烧噪声判断爆震,传感器不直接接触缸内燃烧气体,检测准确度和灵敏度较低,但传感器的使用可靠性高。通过检测发动机缸体振动判断爆震,传感器虽然不直接接触燃烧室气体,但缸体的振动直接、快速地反映了缸内气体的压力变化情况,因此测量精度较高,而且传感器安装方便。目前,汽车上大都采用检测发动机缸体振动的方法来检测发动机爆震。在这种检测方法中爆震传感器大都安装在发动机缸体的侧面。为了
13、提高检测精度,许多发动机装有2个爆震传感器。 检测爆震传感器工作是否正常的方法: (1)经验检测法。用扳手或其他金属物体敲击发动机缸体如发动机转速突然下降然后又恢复,此时发动机会突然“抖”一下后又恢复原状;或用正时枪观察点火提前角,此时点火提前应该突然往后推迟,然后向前提前。此现象即说明爆震传感器在起作用,爆震传感器及其线路基本没有问题;反之,说明爆震传感器或其线路出现故障。 (2)电阻测量法。关掉点火开关,等待10 s后,拆下爆震传感器连接器接头,用万用表电阻档检查爆震传感器的接线端子与外壳间的电阻。若导通说明爆震传感器已经损坏,必须更换。 (3)电压测量法。断开点火开关,等待10 s后拆下
14、爆震传感器导线侧连接器,然后接通点火开关,用万用表测量该导线侧连接器上信号端子和地间电压,应为l4 V,否则表明传感器线路有问题。让发动机运转,并缓缓加速到3 000 rmin,用万用表测量爆震传感器的信号电压,如果该电压随发动机转速升高而增大,则爆震传感器可能有问题,应配合其他方法作进一步检查。图8爆震传感器的波形特点(4)波形检测法。用示波器检测发动机工作时爆震传感器输出的信号波形,若没有信号波形输出或输出的信号波形不随发动机工况变化而变化,则爆震传感器可能有故障。爆震传感器的波形特点见图8,振动越大,爆震传感器的电压峰值越大。当波形达到一定高的频率时,表明有爆震或敲缸发生。爆震传感器的检
15、测频率范围通常为515KHz。五、实验方法与步骤1实验方法在PASSAT 1.8T发动机实验台上找出爆震传感器G66,大众车厂对爆震传感器G66的装配扭矩要求是20 nm。请各位同学改变G66的装配扭矩(自定义),观察记录并详细分析与扭矩对应的发动机的工作状态(能否正常工作,如果有故障,故障现象如何,原因分析)。2、实验步骤(1)学生用专用工具检查爆震传感器的拧紧力矩,如果爆震传感器G66装配拧紧力矩正确(20 nm),请实验老师启动发动机5分钟,使得发动机在低、中、高转速各运行一段时间。学生观察发动机正常工作的情况。然后停机。学生拔掉爆震传感器电线接头,使得爆震传感器G66信号线与发动机电脑
16、断开,请实验老师动发动机10分钟,使得发动机在低、中、高转速各运行一段时间。学生观察发动机工作的情况,做好记录,然后停机。学生用专用工具调整爆震传感器的拧紧力矩,使得爆震传感器G66装配拧紧力矩为X nm(过小或者过大,自己设定),请实验老师动发动机10分钟,使得发动机在低、中、高转速各运行一段时间。学生观察发动机工作的情况,做好记录填写下表,然后停机。装配扭矩发动机工况是否正常工作故障现象原因分析20 nmG66信号线与发动机电脑断开(过小)(过小)(过大)(过大)六、注意事项1扭力扳手:用以配合套筒拧紧螺栓或螺母的工具 2当作工具用来拧螺栓的,要用预置式扭力扳手,就是预先设置一个扭矩值,然
17、后当拧到这个值的时候就扳手会打滑。当要检测已经拧好的螺栓的扭矩时,可以用表盘式或者数显时扭矩扳手。用扭矩扳手(先调整好扭矩到20nm),旋紧达到相应的扭矩值后,再继续旋转约30再松开螺栓(因为拧紧以后还有约20%的扭矩误差)。 3分类:根据扭力扳手的力值范围来分,例如:AM-6,AM-100等表示扭力最大值是6N.m和100N.m。七、实验报告要求1详述用专用工具调整发动机爆震传感器的拧紧力矩的方法;2大众车厂对爆震传感器G66的装配扭矩要求是20 nm,请学生设计装配扭矩X nm(过小或者过大,学生自己设定),按照下表,详细分析发动机的工作状态(能否正常工作,如果有故障,故障现象如何,原因分
18、析)。装配扭矩发动机工况是否正常工作故障现象原因分析20 nmG66信号线与发动机电脑断开(过小)7-8-9-10(过小)13-14-15-16(过大)25-26-27-28(过大)33-34-35-36参考:对爆震传感器的拧紧力矩有严格的要求,拧紧力矩过大或过小都会造成爆震传感器的输出电压信号失准。若拧紧力矩过大,则惯性配重块的振动量减小,爆震传感器感知汽缸爆震的信号电压会偏低,从而出现点火过早的现象(发动机表现为怠速运转不平稳,易熄火;加速时,发动机有严重的爆燃声,冷却液温度过高);若拧紧力矩过小,则惯性配重块的振动量加大,爆震传感器感知汽缸爆震的信号电压偏高, 从而出现点火过迟的现象(发
19、动机表现为消音器声响沉重、急加速无力、发动机冷却液温度偏低)。如果爆震传感器的信号中断,在全负荷高速时ECU就指令各缸的点火提前角推迟15左右,此时发动机会加速无力、油耗升高及排气管冒黑烟。八、思考题如果发动机工作时没有发生爆震,那么是否正常。为什么?实验二 同一台发动机换装不同特性火花塞的实验一、实验课时:2学时二、实验目的与内容1了解火花塞的材料、种类、功能和作用、2熟悉火花塞的清洁、常见故障,火花塞的寿命检修方法。3掌握火花塞的选用、火花塞的热值、火花塞拆装注意事项。三、实验设备及器材1PASSAT 1.8T电喷发动机实训台2常用工具若干套(螺母拆装增力板手、离合器对准器、钣金工具、大万
20、能拉器、 小万能拉器、内径拉器、避震器工具、导向校正器、公制导向校正器、白金扳手、轮胎螺母帽自动拆装器、新增增力扳手、小球头拉器、大方向盘拉器、小方向盘拉器、方向盘拉器、制动蹄弹拆装工具、离合器拆装器、离合器定位棒、轮毂镙母套筒、离合器定位棒、轮毂镙母套筒、轮毂螺母套筒、轮毂螺母套筒、前轮毂镙母套筒、后轮毂镙母套筒、轮毂镙母套筒、圆锥主动齿轮内轴承拉器、前轴头拉器、差速器拉器、变速箱主轴承拉器、曲轴导向轴承拉器、圆锥导向轴承拉器、后轴头内轴承拉器、差速器拉器、前轴头轴承拉器、十字轴拆装工具、变速箱主轴承拉器、汽车轮胎螺帽自动拆装器等);四、实验原理火花塞(spark plugs),俗称火嘴,它
21、的作用是把高压导线(火嘴线)送来的脉冲高压电放电,击穿火花塞两电极间空气,产生电火花以此引燃气缸内的混合气体。高性能发动机的基本条件:高能量稳定的火花、混合均匀的混合气、高压缩比。1、汽车火花塞的功能和作用火花塞的作用是把点火线圈产生的高压电(1万伏特以上)引入发动机气缸,在火花塞电极的间隙之间产生火花点燃混合气。火花塞的工作环境极为恶劣,以一台普通四冲程汽油机的火花塞为例,在进气冲程时温度只有60,压力90KPa;而在点火燃烧时,温度会瞬间上升至3000,压力达到4000KPa;这种急冷急热的交替频率很高,需要非一般材料,还要保证绝缘性能,因此对火花塞的材料要求也就很苛刻了。 火花塞有绝缘体
22、和金属壳体两大组成部分:金属壳体带有螺纹,用于拧入气缸;在壳体内装有绝缘体,它里面贯通着一根中心电极、中心电极上端有接线螺母,连接从分电盘过来的高压电线;在壳体的下端面焊有接地电极,中心电极与接地电极之间有0.61.0毫米的间隙,高压电经过这个间隙入地就会迸发出火花点燃混合气。 火花塞关键部分是绝缘体,如果绝缘体不起作用,高压电就会“抄小路”而不经两极入地,造成无火花现象。火花塞的绝缘体必须要有良好的机械性能和耐高电压、耐高温冲击,耐化学腐蚀的能力,普通火花塞多采用以氧化铝为基础的陶瓷做成。火花塞的尺寸是全世界统一的,任何汽车上都可以通用,但由于汽油发动机类型有区别,因此火花塞也会分有二种基本
23、类型,冷型和热型。冷型与热型是相对而言,它反映了火花塞的热特性性能。火花塞要有适当的温度才能工作良好,没有积炭才能工作正常。实践证明火花塞绝缘体保持在500600温度时,落在绝缘体上的油滴能立即烧去不会形成积炭,高于这个温度会早燃,低于这个温度有积炭。在不同发动机上的温度会不一样,设计者就利用绝缘体裙部的长度来解决这个矛盾。有些裙部短受热面积小,散热快,因此裙部温度低些,称为冷型火花塞,适用于高速高压缩比的大功率发动机;有些裙部细长受热面积大,散热慢,因此裙部温度高些,称为热型火花塞,适用于中低速低压缩比的小功率发动机。汽车用什么火花塞,要按照厂家的规定型号选用。 火花塞对材料及制造工艺的要求
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