無燃油汽油發動機實訓臺可行性分析

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

關鍵詞：無燃油;汽油發動機;實訓臺;電動機驅動

0 引言

發動機實訓臺主要用于學習發動機的機械結構、工作原理以及實踐發動機故障檢測及拆裝訓練等教學內容。如何全面、形象地表現汽油發動機故障現象，是無燃油汽油發動機實訓臺需要解決的問題。

1 傳統電控燃油發動機介紹

1.1? ? 電控燃油發動機基本工作原理

電控燃油噴射發動機取代了傳統化油器發動機，動力性、經濟性得到顯著提高，其基本工作原理：發動機電控單元根據發動機上各傳感器傳來的信息，如進氣量、水溫、曲軸位置、節氣門位置、排氣氧含量等，控制發動機噴油量及各缸點火時刻，使發動機根據負荷情況平穩運轉。電控燃油噴射發動機有兩套閉環控制系統，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? ? 燃油發動機實訓臺功能介紹

燃油發動機實訓臺的主要功能是：

（1）直觀了解發動機機械構造及發動機電控部分結構和控制原理;

（2）設置發動機常見故障，可供故障分析、檢測、診斷、排除的操作訓練;

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

1.3? ? 燃油發動機實訓臺檢測方式

燃油發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）使用專用設備儀器診斷。

2 驅動電機與發動機連接設計

考慮結構簡化及制造成本，汽油發動機實訓臺省去減速機構，將電動機與發動機曲軸直接相連。驅動電機安裝在原變速器位置，將發動機飛輪拆下;設計連接板、聯軸器，連接板一端連接發動機飛輪殼外端，連接板另一端連接電動機前端外殼;聯軸器連接發動機曲軸后端和驅動電機軸，實現動力傳遞。

3 驅動電機選擇及電機控制形式

3.1? ? 驅動電機選擇

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

3.2? ? 驅動電機控制形式

電動機控制形式較多，實訓臺適合采用變頻調速方法。變頻調速是通過改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉速的調速方法。變頻調速系統主要設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，目前國內大都使用交流-直流-交流變頻器，其特點是效率高，調速過程中沒有附加損耗;應用范圍廣，可用于籠型異步電動機;調速范圍廣，精度高。

4 故障現象模擬

4.1? ? 發動機常見故障及現象

發動機故障現象較多，本文主要列舉幾種常見的故障現象。發動機無法啟動故障現象如表1所示，發動機運轉不平穩故障現象如表2所示。

4.2? ? 發動機故障現象模擬分析

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

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

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

無燃油汽油發動機實訓臺，可模擬普通發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、升溫相關傳感器的測量檢測。

5 結語

綜上所述，無燃油汽油發動機實訓臺因采用電動機驅動，具有安全性高、無有害氣體排出、節省耗材經費（不使用試驗汽油）等優點，可演示和模擬發動機各種運行工況及常見故障現象，可滿足汽車專業發動機實訓教學要求，但需要設計和研發驅動電機控制單元，前期投入較大，并且部分傳感器檢測受到一定限制。無燃油汽油發動機實訓臺作為理實一體化實訓室基本教學設備，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。