无燃油汽油发动机实训台可行性分析

摘 要：介绍了无燃油汽油发动机实训台控制系统的基本原理，从实用角度分析了驱动电机的选择及电机控制形式，在该实训台上模拟发动机各种运行工况，可满足汽车专业发动机实训教学要求。

关键词：无燃油;汽油发动机;实训台;电动机驱动

0 引言

发动机实训台主要用于学习发动机的机械结构、工作原理以及实践发动机故障检测及拆装训练等教学内容。如何全面、形象地表现汽油发动机故障现象，是无燃油汽油发动机实训台需要解决的问题。

1 传统电控燃油发动机介绍

1.1    电控燃油发动机基本工作原理

电控燃油喷射发动机取代了传统化油器发动机，动力性、经济性得到显著提高，其基本工作原理：发动机电控单元根据发动机上各传感器传来的信息，如进气量、水温、曲轴位置、节气门位置、排气氧含量等，控制发动机喷油量及各缸点火时刻，使发动机根据负荷情况平稳运转。电控燃油喷射发动机有两套闭环控制系统，分别是点火控制（由爆震传感器提供信号）和排放控制（由氧传感器提供信号）。

1.2    燃油发动机实训台功能介绍

燃油发动机实训台的主要功能是：

（1）直观了解发动机机械构造及发动机电控部分结构和控制原理;

（2）设置发动机常见故障，可供故障分析、检测、诊断、排除的操作训练;

（3）附带仪表显示发动机运行情况及相关警示，如发动机进气、水温传感器电压、进气管真空压力、燃油压力等。

1.3    燃油发动机实训台检测方式

燃油发动机实训台与普通汽车故障检测方式相同，主要有以下方法：

（1）使用随机自带诊断系统诊断;

（2）使用检测仪表诊断，如万用表、示波仪、气缸压力表、尾气分析仪等;

（3）使用专用设备仪器诊断。

2 驱动电机与发动机连接设计

考虑结构简化及制造成本，汽油发动机实训台省去减速机构，将电动机与发动机曲轴直接相连。驱动电机安装在原变速器位置，将发动机飞轮拆下;设计连接板、联轴器，连接板一端连接发动机飞轮壳外端，连接板另一端连接电动机前端外壳;联轴器连接发动机曲轴后端和驱动电机轴，实现动力传递。

3 驱动电机选择及电机控制形式

3.1    驱动电机选择

电动机种类很多，其中异步电动机中的感应电动机具有小型轻量、转速高、低转速高扭矩以及调速范围广、可靠性高、制造成本低等优点，适合实训台使用。电动机功率选择，考虑驱动电机只需带动发动机转动即可，7.5 kW功率可满足使用要求。

3.2    驱动电机控制形式

电动机控制形式较多，实训台适合采用变频调速方法。变频调速是通过改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，目前国内大都使用交流-直流-交流变频器，其特点是效率高，调速过程中没有附加损耗;应用范围广，可用于笼型异步电动机;调速范围广，精度高。

4 故障现象模拟

4.1    发动机常见故障及现象

发动机故障现象较多，本文主要列舉几种常见的故障现象。发动机无法启动故障现象如表1所示，发动机运转不平稳故障现象如表2所示。

4.2    发动机故障现象模拟分析

发动机工作基本分为三种状态：（1）正常平稳运转状态（怠速、低速、中高速）;（2）运转不平稳故障状态（主要是抖动）;（3）彻底不启动故障。

根据发动机常见故障现象及发动机工作基本状态，将电动机运转模式设置为5种：（1）可线性调速的模式（电动机转速随加速踏板被踩下程度变化而变化），模拟发动机正常运转（怠速、低速、中高速）;（2）低速（发动机怠速转速750 r/min左右）;（3）间歇性变速或频繁停转、启动状态，模拟发动机抖动;（4）完全不启动，模拟启动机不工作状态;（5）发动机以启动转速（1 000 r/min左右）运转，但断电（点火开关退出启动档）即停机，模拟启动电路正常但发动机不能启动故障。

发动机控制电脑ECU与驱动电动控制单元数据共享，发动机电脑采集发动机传感器数据并与驱动电机控制单元共享，驱动电机控制单元板根据实时共享数据，控制电动机模拟发动机工作状态。如：节气门位置开度增大，驱动电机转速随之增加;当采集到某个喷油器故障（断路），驱动电机进入转动不平稳模式，模拟发动机抖动。设置故障输入装置，驱动电机控制单元根据故障输入器，输入故障情况，模拟发动机状态，如：输入启动继电器断路，则驱动电机停止运转，模拟启动控制电路故障;输入某缸火花塞故障（短路），驱动电机进入转动不平稳模式，模拟发动机抖动。

无燃油汽油发动机实训台，可模拟普通发动机实训台大部分功能，但有一部分检测功能受到影响，如燃油压力、氧传感器、水温传感器检测等与燃烧、升温相关传感器的测量检测。

5 结语

综上所述，无燃油汽油发动机实训台因采用电动机驱动，具有安全性高、无有害气体排出、节省耗材经费（不使用试验汽油）等优点，可演示和模拟发动机各种运行工况及常见故障现象，可满足汽车专业发动机实训教学要求，但需要设计和研发驱动电机控制单元，前期投入较大，并且部分传感器检测受到一定限制。无燃油汽油发动机实训台作为理实一体化实训室基本教学设备，可满足日常教学使用需求，受限的检测实训项目可在专业实训室进行。

[参考文献]

[1] 王丽新.汽车综合故障诊断[M].北京：国防科技大学出版社，2013.

收稿日期：2019-12-13

作者简介：吴海静（1982—），男，黑龙江龙江人，研究方向：汽车检测。