摘 要：介紹了無燃油汽油發(fā)動機實訓臺控制系統(tǒng)的基本原理，從實用角度分析了驅(qū)動電機的選擇及電機控制形式，在該實訓臺上模擬發(fā)動機各種運行工況，可滿足汽車專業(yè)發(fā)動機實訓教學要求。

關(guān)鍵詞：無燃油;汽油發(fā)動機;實訓臺;電動機驅(qū)動

0 引言

發(fā)動機實訓臺主要用于學習發(fā)動機的機械結(jié)構(gòu)、工作原理以及實踐發(fā)動機故障檢測及拆裝訓練等教學內(nèi)容。如何全面、形象地表現(xiàn)汽油發(fā)動機故障現(xiàn)象，是無燃油汽油發(fā)動機實訓臺需要解決的問題。

1 傳統(tǒng)電控燃油發(fā)動機介紹

1.1? ? 電控燃油發(fā)動機基本工作原理

電控燃油噴射發(fā)動機取代了傳統(tǒng)化油器發(fā)動機，動力性、經(jīng)濟性得到顯著提高，其基本工作原理：發(fā)動機電控單元根據(jù)發(fā)動機上各傳感器傳來的信息，如進氣量、水溫、曲軸位置、節(jié)氣門位置、排氣氧含量等，控制發(fā)動機噴油量及各缸點火時刻，使發(fā)動機根據(jù)負荷情況平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。電控燃油噴射發(fā)動機有兩套閉環(huán)控制系統(tǒng)，分別是點火控制（由爆震傳感器提供信號）和排放控制（由氧傳感器提供信號）。

1.2? ? 燃油發(fā)動機實訓臺功能介紹

燃油發(fā)動機實訓臺的主要功能是：

（1）直觀了解發(fā)動機機械構(gòu)造及發(fā)動機電控部分結(jié)構(gòu)和控制原理;

（2）設(shè)置發(fā)動機常見故障，可供故障分析、檢測、診斷、排除的操作訓練;

（3）附帶儀表顯示發(fā)動機運行情況及相關(guān)警示，如發(fā)動機進氣、水溫傳感器電壓、進氣管真空壓力、燃油壓力等。

1.3? ? 燃油發(fā)動機實訓臺檢測方式

燃油發(fā)動機實訓臺與普通汽車故障檢測方式相同，主要有以下方法：

（1）使用隨機自帶診斷系統(tǒng)診斷;

（2）使用檢測儀表診斷，如萬用表、示波儀、氣缸壓力表、尾氣分析儀等;

（3）使用專用設(shè)備儀器診斷。

2 驅(qū)動電機與發(fā)動機連接設(shè)計

考慮結(jié)構(gòu)簡化及制造成本，汽油發(fā)動機實訓臺省去減速機構(gòu)，將電動機與發(fā)動機曲軸直接相連。驅(qū)動電機安裝在原變速器位置，將發(fā)動機飛輪拆下;設(shè)計連接板、聯(lián)軸器，連接板一端連接發(fā)動機飛輪殼外端，連接板另一端連接電動機前端外殼;聯(lián)軸器連接發(fā)動機曲軸后端和驅(qū)動電機軸，實現(xiàn)動力傳遞。

3 驅(qū)動電機選擇及電機控制形式

3.1? ? 驅(qū)動電機選擇

電動機種類很多，其中異步電動機中的感應(yīng)電動機具有小型輕量、轉(zhuǎn)速高、低轉(zhuǎn)速高扭矩以及調(diào)速范圍廣、可靠性高、制造成本低等優(yōu)點，適合實訓臺使用。電動機功率選擇，考慮驅(qū)動電機只需帶動發(fā)動機轉(zhuǎn)動即可，7.5 kW功率可滿足使用要求。

3.2? ? 驅(qū)動電機控制形式

電動機控制形式較多，實訓臺適合采用變頻調(diào)速方法。變頻調(diào)速是通過改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流-直流-交流變頻器和交流-交流變頻器兩大類，目前國內(nèi)大都使用交流-直流-交流變頻器，其特點是效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗;應(yīng)用范圍廣，可用于籠型異步電動機;調(diào)速范圍廣，精度高。

4 故障現(xiàn)象模擬

4.1? ? 發(fā)動機常見故障及現(xiàn)象

發(fā)動機故障現(xiàn)象較多，本文主要列舉幾種常見的故障現(xiàn)象。發(fā)動機無法啟動故障現(xiàn)象如表1所示，發(fā)動機運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)故障現(xiàn)象如表2所示。

4.2? ? 發(fā)動機故障現(xiàn)象模擬分析

發(fā)動機工作基本分為三種狀態(tài)：（1）正常平穩(wěn)運轉(zhuǎn)狀態(tài)（怠速、低速、中高速）;（2）運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)故障狀態(tài)（主要是抖動）;（3）徹底不啟動故障。

根據(jù)發(fā)動機常見故障現(xiàn)象及發(fā)動機工作基本狀態(tài)，將電動機運轉(zhuǎn)模式設(shè)置為5種：（1）可線性調(diào)速的模式（電動機轉(zhuǎn)速隨加速踏板被踩下程度變化而變化），模擬發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)（怠速、低速、中高速）;（2）低速（發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速750 r/min左右）;（3）間歇性變速或頻繁停轉(zhuǎn)、啟動狀態(tài)，模擬發(fā)動機抖動;（4）完全不啟動，模擬啟動機不工作狀態(tài);（5）發(fā)動機以啟動轉(zhuǎn)速（1 000 r/min左右）運轉(zhuǎn)，但斷電（點火開關(guān)退出啟動檔）即停機，模擬啟動電路正常但發(fā)動機不能啟動故障。

發(fā)動機控制電腦ECU與驅(qū)動電動控制單元數(shù)據(jù)共享，發(fā)動機電腦采集發(fā)動機傳感器數(shù)據(jù)并與驅(qū)動電機控制單元共享，驅(qū)動電機控制單元板根據(jù)實時共享數(shù)據(jù)，控制電動機模擬發(fā)動機工作狀態(tài)。如：節(jié)氣門位置開度增大，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速隨之增加;當采集到某個噴油器故障（斷路），驅(qū)動電機進入轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)模式，模擬發(fā)動機抖動。設(shè)置故障輸入裝置，驅(qū)動電機控制單元根據(jù)故障輸入器，輸入故障情況，模擬發(fā)動機狀態(tài)，如：輸入啟動繼電器斷路，則驅(qū)動電機停止運轉(zhuǎn)，模擬啟動控制電路故障;輸入某缸火花塞故障（短路），驅(qū)動電機進入轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)模式，模擬發(fā)動機抖動。

無燃油汽油發(fā)動機實訓臺，可模擬普通發(fā)動機實訓臺大部分功能，但有一部分檢測功能受到影響，如燃油壓力、氧傳感器、水溫傳感器檢測等與燃燒、升溫相關(guān)傳感器的測量檢測。

5 結(jié)語

綜上所述，無燃油汽油發(fā)動機實訓臺因采用電動機驅(qū)動，具有安全性高、無有害氣體排出、節(jié)省耗材經(jīng)費（不使用試驗汽油）等優(yōu)點，可演示和模擬發(fā)動機各種運行工況及常見故障現(xiàn)象，可滿足汽車專業(yè)發(fā)動機實訓教學要求，但需要設(shè)計和研發(fā)驅(qū)動電機控制單元，前期投入較大，并且部分傳感器檢測受到一定限制。無燃油汽油發(fā)動機實訓臺作為理實一體化實訓室基本教學設(shè)備，可滿足日常教學使用需求，受限的檢測實訓項目可在專業(yè)實訓室進行。

[參考文獻]

[1] 王麗新.汽車綜合故障診斷[M].北京：國防科技大學出版社，2013.

收稿日期：2019-12-13

作者簡介：吳海靜（1982—），男，黑龍江龍江人，研究方向：汽車檢測。