1ZZFE发动机实验台设计学士学位论文

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1、学士学位论文1ZZ-FE发动机实验台设计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，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。本设计主要是针对丰田1ZZ-FE发动机进行展开，首先了解1ZZ-FE发动机的

2、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：发动机；实验台；故障检测 1ZZ-FE Engine Experimental DesignAbstractAutomobile new technology is developing very rapidly, and the application in automobile engineering is becoming mo

3、re 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 c

4、ar, car more with the rapid development of new technology is developed. Therefore, Toyota 1ZZ-FE type electronic-controlled engine simulation platform, the design with Toyota corolla 1ZZ-FE, design and manufacture of engine with fault diagnosis and the function of teaching demonstration experiment p

5、latform, can be combined experimental fault diagnosis can be set, and signal test, data flow analysis, etc. Purpose is through the combining theory with practice.The design is mainly directed against Toyota 1ZZ-FE engine to start, first of all find out the 1ZZ-FE engine s internal structure, working

6、 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

7、enable students to understand and intuitive fault by setting the hands to strengthen their capacity in order to achieve good teaching effectiveness.Key words：engine ；test-bed ；fault test目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 引言11.2 课题研究的背景与意义11.3 国内外研究状况21.4 故障诊断技术的发展趋势31.5 发动机试验台架的场地4第2章 1ZZ-FE发动机相关资料及技术特点62.1

8、 1ZZ-FE发动机的相关资料62.2 1ZZ-FE发动机的技术特点82.3 VVT-i系统的组成102.4 VVT-i系统的主要部件的构成102.5 本章小结11第3章 丰田1ZZFE发动机实验台架设计及总体布局123.1 实验台辅助结构设计123.1.1 动力与传动系统选型123.1.2 控制系统设计123.2 实验台总体结构设计133.3 实验台面板设计143.4 定位件的校核153.5 本章小结16第4章 实验台故障设置及信号模拟功能设定174.1 实验台功能设定174.1.1 工况测试功能174.1.2 故障模拟设置与诊断功能174.2 外设匹配功能204.3 本章小结20第5章 实

9、验台整体结构校核及加工工艺215.1 实验台的整体校核215.2 实验台的制作235.2.1 台架的焊接235.2.2 显示面板的制作245.2.3 组件的安装245.2.4 实验台的整体合理性245.3 本章小结25结论26参考文献26致谢27附录A28附录B41IV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1ZZFE型电控发动机仿真实验台，希望能够为相关教学机构提

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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

16、。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5

17、0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

18、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

19、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 发动机试验台架的场地发动机试验台架一般都坐落在实验室中，用作一体化教学使用。第一个是电子控制实验室，此控制室配有精密的电子控制仪器，这些仪器用于控制教学的发动机。实验台主要有两种功能：一是演示发动机电控系统工作原理的功能，二是进行故障模拟的功能。目前用于演示发动机电控系统工作原理的方法

20、主要有三种，第一种是利用实验台显示面板的图形表示，发动机电控系统的原理图印制在显示面板的正面，为了能够方便地对发动机各个线路进行控制和检测有关信号，控制开关和检测插口都设置在显示面板正面。为了使实验台的显示面板更直观，控制面板上的电路原理图根据各部分性质的不同，分别用不同的颜色加以区分。在控制面板的背面，每一个控制开关的和检测插口都必须与发动机的实际线路相连，即每一个传感器、执行器和信号线、接地线等在进入发动机电控单元或者由发动机控制单元输出、接地之前，必须要先与显示面板上的控制开关相连，然后经过检测插孔，最后才能进入发动机电控单元、执行器或接地。各种电源线的连接也是如此，即电源线在进入用电单

21、元前，先与检测插孔相连，再经过控制开关，最后接入用电单元。这样设计不仅可以方便地实现对各种信号、电源等的控制，而且由于每个控制开关和检测插孔都在显示面板上相应的电路原理图中，所以比较直观。这是最简单的一种表达方式。第二种演示发动机电控系统工作原理的表达方式是利用LED显示，将发动机电控系统的原理图制作在实验台的显示面板上，发动机电控系统原理图中的传感器、执行器、电源和搭铁线路由LED显示灯表示。通过操纵控制开关，LED显示灯将依次点亮，表示从电源到ECU、从传感器到ECU、从ECU到执行器、从ECU到搭铁等电路中的电流，从而直观地表达发动机电控系统的工作原理。第三种演示发动机电控系统工作原理的

22、表达方式是利用安装在显示面板上的液晶显示屏显示输出的方式。发动机电控系统实验台，各种传感器、发动机控制单元、执行器实物都安装在实验台上，同时将发动机喷油量信号和点火提前角信号在发动机实验台的液晶显示屏上用直方图表示出来，当改变输入信号时，就可以直观地显示出输出的变化。上述三种演示发动机电控原理的方式虽然比较直观，但不能精确地定量反映输出与输入之间的关系，因此不能够真实地反映发动机电控系统的工作原理和工作过程。用于教学的电控发动机实验台的第二种功能是故障模拟的功能。作为电控发动机故障模拟的实验台又可分为开关控制式和微机控制式。发动机电控系统故障的主要原因是一些传感器信号丢失或线路断路以及短路，或

23、者传感器信号的电压幅值或频率超出了正常范围。为了模拟发动机电控系统的故障，要求发动机实验台不仅能够设置各种故障，而且要使这些故障具有重复性。例如某大学设计的发动机故障模拟实验台为开关控制式，主要由发动机及其电控系统、故障模拟装置、显示面板及电涡流测功机、AVL五气体分析仪、电子秤、点火提前角仪、示波器、信号发生器及数字式万用表等相关的测试设备组成。其中故障模拟装置主要由相关的控制开关、检测插口等组成，其主要作用是根据需要人为地为各传感器、执行器、控制单元、线路等设置故障。故障模拟装置的控制开关及检测插口装在显示面板上相应的电路中。控制显示面板上的控制开关，可以设置不同的故障。故障设置后，通过诊

24、断座上的插孔和按钮可以直接调出故障代码，另外通过相应的检测设备可以检测出该故障对发动机的动力性、经济性以及排放性的影响。实验台不仅可以通过控制开关的通断模拟传感器、执行器、控制单元和线路的故障，而且可以利用信号发生器向发动机控制单元发出模拟信号，替代发动机电控系统原传感器信号，当使模拟信号的大小、频率等改变时，可以检测发动机性能参数的变化并读取故障码。如果模拟信号超出了允许的范围，就会产生故障码并引起发动机工作性能的相应改变，这样就可以演示发动机故障形成的过程以及对发动机工作造成的影响。第2章 1ZZ-FE发动机相关资料及技术特点2.1 1ZZ-FE发动机的相关资料丰田花冠1ZZ-FE引擎的缸

25、径为79mm，行程91.5mm；压缩比在某些国家所公布的数字高达10：1。而在台湾所公布的最大马力有136PS/6000rpm，最大扭力则达到17.4kgm/4200rpm，排量为1.8L，汽缸最大平面卷曲度0.05，气门坐宽度1.0-1.4，气门锥角45。气门间隙为0.75，气门弹簧为38.74，活塞环间隙为0.045，活塞环开口间隙为0.25-0.45。该发动机应用在卡罗拉第六代车型中，目前该发动机已被替代为，新发动机1.8升2ZR-FE将替代目前车型的1ZZ-FE。发动机外型如图2-1。图2-1 发动机外型示意图1ZZ-FE发动机采用四缸20气门配气机构，闭环电子控制汽油喷射系统。其最大

26、特点是实施了集中控制，即汽油喷射和点火由同一控制单元控制，喷射系统为多点顺序喷射，点火系统采用高能无分电器点火系统。电控汽油喷射系统根据其作用不同可分为四个系统，即空气供给系统、燃油供给系统、点火系统和控制系统。 2.1.1 空气供给系统空气供给系统的作用是测量、控制汽油燃烧所需的空气量。主要由空气滤清器、空气流量计、节气门控制单元、稳压箱及进气管下体等组成。2.1.2燃油供给系统燃油供给系统的作用是将燃油从油箱中吸出，加压滤清后经喷嘴供给发动机。它由汽油箱、汽油滤清器、电动汽油泵、压力调节器、喷嘴等组成。电动汽油泵从油箱中将汽油泵出。经汽油滤清器过滤及压力调节器调节后使油压始终高于进气管压力

27、约0.3Mpa,并经汽油分配管送给各缸喷嘴，喷嘴根据发动机控制单元的指令将汽油适时地喷入进气管中。2.1.3 点火系统1ZZ-FE采用无分电器点火系统。它主要由点火能量终端输出极、点火线圈、高压导线、火花塞以及各种传感器组成，由发动机控制单元实施集中控制。点火时两缸同时串联点火，点火顺序为1-3-4-2。一个气缸在排气行程末期，另一个气缸在压缩行程末期。在排气行程的气缸内压力较低，火花塞击穿电压较低，点火能量消耗较少，对处于压缩行程中的另一个气缸的点火影响不大。这种无分电器点火系统的优点是：无旋转件，无机械磨损，高压导线数少，对无线电干扰小。该点火系中主要部件是点火线圈及终端能量输出极（末级功

28、率）。点火线圈及终端能量输出极装在一个壳体里，固定在气缸体上，火线圈的壳体上有各缸排序标识A、B、C、D，分别对应的缸号为1、2、3、4。1、4缸共用一个点火线圈，2、3缸共用一个点火线圈。终端能量输出极根据控制单元指令控制点火线圈初级绕组的通电断电。从而在点火线圈次级产生点火高压。2.1.4 控制系统控制系统的主要作用是收集发动机的工况信号并确定最佳喷油量、最佳点火时刻。它由传感器、电控单元和执行元件组成。发动机转速传感器是一个磁感应传感器。它采集曲轴转角位置和发动机转速信号。在曲轴上有一个靶轮，靶轮上有60个齿，传感器对它进行扫描。当靶轮经过传感器时，产生一个交变电压信号，其频率随发动机转

29、速变化而变化，控制单元根据交变电压的频率识别发动机的转速。在靶轮上有一处缺两个齿，感应传感器扫描到该处，1缸活塞处于上止点前72，它是作为控制单元识别曲轴转角位置的基准标记。进气温度传感器是一个负温度系数（NTC）电阻，即温度升高阻值下降。它安装在进气管体上，进气温度传感器将进气温度转变成电信号，送给控制单元，用于各种控制功能的休正。如果该信号中断，控制单元将启用一个替代值，但不能准确感知进气温度，会导致热启动困难，排放升高等故障。冷却水温传感器也是一个NTC电阻，它与水温表传感器G2装在一个壳体内，直接与发动机冷却水接触。该信号是一个较重要的修正信号。如果该信号中断，控制单元将启用一个替代值

30、，但不能准确感知冷却水温度，将会导致发动机冷热启动困难，油耗增加，怠速自适应差，排放升高等故障。发动机控制单元是一种具有36个插脚的电子综合控制装置。控制单元负责对发动机控制系统进行管理。它不仅控制燃油喷射系统，同时还具有点火控制、怠速控制、油箱通风控制、自诊断和备用控制等多种功能。具体功能如下：1给传感器提供基准电压，将所需输出的信息转变成控制单元所能接受的信号。2接受传感器或其他装置输入的各种信息。3进行存储、计算、分析处理信息；存储该车的特征参数；计算出输出值；存储运算中的数据；存储故障信息。4运算分析。根据信息参数求出执行命令数值，并将输出信息与标准值比较。5输出执行命令。把弱信号变为

31、强的执行命令。6自我修正功能（自适应功能）。微机利用数字控制，能在较短的时间内处理很多信号，且具有上述功能，能够进行高精度的发动机控制。2.2 1ZZ-FE发动机的技术特点首先，这具引擎搭载了TOYOTA的可变阀门正时技术VVT-i。这项技术相当为人所熟知，并常被拿来与HONDAFerio所使用的VTEC作比较。如果纯粹就性能面或燃油的节省来看，VTEC对引擎的效果是要胜过于VVT-i的；然而VTEC是分段切换，VVT-i则为无段变化，想要在各种运转状况之下都能调整出理想的阀门正时，VVT-i则较居上风。多年前的NISSANSentra便已经使用类似VVT-i这种改变凸轮相位角的机构，但是仅为

32、两段变化，控制策略也相当简单，不像TOYOTA的VVT-i能作精确的调整与控制。比较不为人所注意的，TOYATA特意将Altis引擎的行程设计得很长，是一具长行程引擎。长行程引擎的中低速扭力充沛，驾驶性良好，燃烧也完全，能降低HC的污染，也能节省燃油。对定位在主流产品的乘用车来说是相当有利的。但是长行程引擎的高转速性能较差，为了能提升这具长行程引擎在高转速时的性能，TOYOTA破天荒的在这个级距的引擎里摒弃了使用传统气门座的制造方法，而以雷射在汽缸头镀上一层较薄的耐磨耗合金来取代气门座的功能。 这是因为燃烧室的空间很有限，使用传统气门座的引擎，因为必须在燃烧室里挤出空间来让给又厚又大的气门座，

33、很难搭配较大的气门，高速时的性能会受到相当的局限。如果采用这样的新技术，这层薄薄的耐磨耗金属可以把珍贵的空间给让出来，而能使用较大的气门，让进排气量更大，高速性能得以充分提升。从厂方公布的马力数字可以明显看出来这项技术的效果，这具长行程引擎的高转速性能比起同级车来毫不逊色。而事实上，不只是在这个等级，即便在更高等级的豪华房车或是跑车上，也很少有使用这项技术的。另外，这具引擎的进气道比一般的引擎要稍高，进排气阀的夹角小，能有效的增加进气的滚流，加上紧致的燃烧室与燃烧室混合气挤压区的设置，不管这些东西到底是怎么运作的，结果呢？是使得这具引擎有较好的燃烧效率，并且有优良的抗爆震性。所以，尽管这具引擎

34、的压缩比高达十，却只需要使用辛烷值91（RON）的汽油即可。也就是说可以用低辛烷值的汽油来享受高压缩比所带来的各项利益。在其它的机械构造上，也相当的有意思。尽管许多同级车还在使用铸铁汽缸体，这具引擎却采用了铝合金来制作汽缸体。也就是俗称的全铝合金引擎。但是用铝合金作汽缸体不算什么，值得注意的是，TOYOTA舍弃了一般传统引擎惯用的铸铁波司盖，或是铝铸造的衍架式波司盖，而采用了上下曲轴箱的强固结构。以一个整体式的下曲轴箱来固定波司与曲轴，刚性是十分的优异。这样的结构特别适合于高转速运转，惯用在大排气量的机车上，而有一款并非主流乘用车定位的名车HONDAS2000，也采用了相同的结构来达到跑车引擎

35、高转速运转的刚性要求。目前各车厂均纷纷开始要在平价的乘用车上使用这样的设计，而TOYOTA硬是比人家抢先了好几年甚至是十年以上的时间。而引擎的辅机，像发电机，冷气压缩机等等都舍弃了以往常用的支架，而直接锁附在引擎上，提高了这些零件与引擎之间结合的刚性，能抑制振动噪音的发生。有人抱怨Altis的隔音材料似乎太过单薄，如果真的是这样，其实一点也不令人意外；因为这具引擎本身的刚性还及与变速箱结合的刚性都好，在NVH，也就是在振动噪音方面的特性天生就比同级车优异许多，所以省下些隔音材料似乎也不是件不合理的事。气门机构当然也有可观之处。这具引擎采用正时炼条来驱动气门。正时炼条的寿命长，在正常的使用状况下

36、，一具引擎用到报废都不需要调整与更换，信赖度跟正时皮带比起来是要高得多了。但是整个系统较为复杂，成本也高，车厂在过去并不太喜欢。然而最近因应引擎寿命的增长，正时炼条又逐渐受到车厂的重视。Altis的引擎在这方面又抢先了同级车一步。不过使用正时炼条也不算什么了不起，虽然是新流行，但毕竟也不是新技术。比较新的技术是在这具引擎的气门挺杆上（valvelifter），TOYOTA在这里不使用俗称西姆的气门调隙片，而以直接选配的方法来控制气门间隙。这有什么好处呢？那就是低成本与轻量化。轻量化的结果就是使得这具引擎能使用弹簧系数较低的气门弹簧，进而降低摩擦损失，行驶起来就更加的省油了。根据台湾能源会的公布

37、资料，Altis的省油是同级车中的第一名，测试结果跟March相差无几，当然，很多车厂都准备跟进，在这方面又是TOYOTA领先了别人一步。 这具引擎还经过了日本式锱铢必较的轻量化，包括了使用塑料制的进气岐管，不锈钢制的排气岐管等等各式各样的轻量化零件，东省西扣的结果，TOYOTA得意的宣布这是世界上同排气量引擎中最轻的一具，而且轻得很惊人，减重了百分之二十以上。一般认为这具引擎比别人轻得很多是无可置疑的，但这么惊人的数字也许有点取样不公的嫌疑。 这具引擎向后方排气，主要的原因是希望能缩短引擎与触媒转换器的距离，尽快提升在冷车激活时的触媒温度，使得触媒转换器能早点开始处理有害的废气。根据国外的报

38、导，Corolla的消音器里还有个有趣的小玩意儿，是一个小小的以弹簧控制的阀，当转速低时，背压较低，这个阀会关闭让排气走比较远的路以取得较好的消音效果。但是一旦转速提高，这个阀会打开让排气抄个快捷方式以降低背压。2.3 VVT-i系统的组成 VVT-i发动机由ECU依据曲轴位置传感器、空气流量传感器和节气门位置传感器的信号确定凸轮轴正时机油控制阀的占空比，对进气凸轮轴的正时进行控制。由于各种原因，VVT-i控制器对凸轮轴的控制不一定准确的把凸轮轴位置调整到与节气门相应的理想位置，因此，凸轮轴位置传感器的作用就是检测凸轮轴的实际位置，并把这一位置信号反馈给发动机ECU，对正时进行控制，使凸轮轴的

39、位置精确到处于理想的相位。与此同时，发动机ECU还把发动机冷却液温度传感器和车速传感器信号作为修正信号，对正时进行修正，以根据发动机的工作状态实时地对正时进行调整。2.4 VVT-i系统的主要部件的构成1. VVT-i控制器，它由一个由正时链条驱动的壳体和固定在进气凸轮轴上的叶片组成。来自进气凸轮轴提前或者延迟侧通道的油压使VVT-i控制器的叶片沿周围方向旋转，从而连续不断的改变进气气门正时。当发动机熄火时，进气凸轮轴被调整到最大延迟状态以维持发动机的启动性能；在发动机启动后，油压尚未立即传到VVT-i控制器时，锁销便锁定VVT-i控制器的机械机构以防撞击产生噪声。2.凸轮正时机油控制阀，他的

40、位置由发动机ECU通过占空比信号来控制，以此来控制向VVT-i控制器壳体内进气门提前开启角室或进气门滞后开启角室的供油。发动机熄火时，进气门正时处于进气门滞后开启角最大的状态。2.5 本章小结随着汽车技术的不断发展和人们对安全需求的不断增长，提高和改善发动机的性能一直是科研工作者追求的目标。随着新理论、新材料、新技术等的不断应用，结构更简化、性能更强、成本更低的发动机产品将不断推出，汽车安全性、舒适性、环保性，也将因此得到进一步的改善和提高。本章主要介绍了发动机的工作原理以及1ZZ-FE发动机的技术资料，对设计的展开提供基本的保障。第3章 丰田1ZZFE发动机实验台架设计及总体布局3.1 实验

41、台辅助结构设计丰田1ZZ-FE型电控发动机实验台设计包括：动力与传动系统选型、仿真控制系统设计和总体结构设计3部分为使实验台更具有车系代表性，实验台以整车为基础，保留了发动机整体结构和汽车底盘中传动系、转向系、部分电器仪表及信号系统。3.1.1 动力与传动系统选型从经济性、实用性及先进性出发，以丰田花冠为基本参考车型，配备1ZZFE电控发动机、A140E自动变速器及转向助力系统等。该车型配有先进的计算机控制系统，采用典型的前置发动机、前轮驱动结构。因此，设计时采用横置发动机及自动变速器，使实验台结构紧凑，便于功能展示，以真实反应车型的工作特点；气配线则利用原车型连接器单独连接制成线束，沿台架边

42、缘布线，以便于故障诊断分析时使用。3.1.2 控制系统设计仿真控制系统设计包括：丰田花冠轿车控制原理分析、动力与传动系统控制步骤、控制系统组成分析、仿真控制模式设计与分析、故障树选择与设计、故障模拟单元设计与分析、故障诊断专家库设计、可识别故障码及计算机故障诊断模型建立等实验台动力与传动系统的控制采用原车控制系统，故控制原理、控制过程具有很强的仿真性。关键环节是故障源的设置与动力及控制系统的互动连接，如图3-1所示。实验台工作系统由操作装置、控制系统、动力与传动系统、信号显示等部组成汽车电子控制单元与各传感器、执行元件之间插入安装一个故障仿真设置单元，使故障设置单元上的端子与电子控制单引脚相对

43、应，借助示波器、车用万用表、发动机综合分析仪等专门设备可动态测试系统数据信号在图3-2实验台主视图故障设置单元上还配置了与端子数目相当的故障开关，可以通过故障开关直接设置故障，使控制系统信号真实化，故障现象以故障码的形式由控制系统相应显示装置或其他外部显示设备输出。信号输入主控修正转速信号符合信号+B电压其他信号故障设置单元电子控制单元执行器发动机反馈信号图3-1 故障仿真设置单元关系图3.2 实验台总体结构设计在本实验台的设计过程当中，考虑到教学演示操作功能的操作方便性和整体美观性以及台架整体的利用，我们设计了一个立面观看演示的台架。台架上安装了转向轮，移动很方便，还设计了防尘档板，形状显得

44、更加美观大方。根据人体工程学原理，我们设计了功能演示板。演示版为1200mm800mm；台架高度为1100mm，宽为1200mm，底座长1400mm安装四个转向轮以方便移动，发动机支撑左右高为200mm，250mm。整个台架高1900mm，宽1400mm，长1200mm。在底部固定有油箱，电瓶等附属构件均为原车尺寸。实验台的总体结构由动力机架和演示板两部分组成动力机架采用框架结构，用方管焊接而成发动机及自动变速器系统安放在机架中央，固定在机架底面上；机架后侧支架固定安装演示板台架下方安装支撑轮，使台架可按要求移动转向系统采用齿条式转向器并配有助力系统，为使转向机构运动灵活，在机架上安装了支承板

45、，用以固定转向机构为节省空间，没有采用原车油箱，而是用BJ2020副油箱替代，安装时对油箱进行了改造以保证燃油位置传感器和汽油泵可靠工作原车排气管尺寸较大，不便于安装在台架上，故对原车排气管进行了变形改造，并尽可能降低排气噪声及排气阻力考虑到排气管的充分散热，冷却系统风扇布置在排气管附近，以解决排气温度过高的问题，风扇尺寸为720mm420mm总体结构如图3-2所示图3-2 实验台结构示意图1-演示板；2-发动机；3-排气管；4-蓄电池；5-支撑架；6-油箱；7-变速器操纵杆；8-方向盘3.3 实验台面板设计实验台的演示板上设置了信号灯、仪表盘、故障诊断区、线束连接区、照明区及指示仪表区，各区

46、域设计力争紧凑演示板尺寸为1200 mm800 mm，板面中部布置仪表盘及信号灯，显示系统的工作信息；演示板左侧布置线束连接器及继电器盒，显示实验台电气线束的布置情况；底部中间位置设置4块指示仪表，2块液压表用于显示自动变速器换档工作油压，一块液压表显示燃油喷射系统供油压力，另一块真空表显示节气门下方真空度变化，指示值的波动可辅助相关故障的判定；故障诊断区则布置在演示板的右侧，具体位置如图3-3所示为保证实验操作的安全，实验台配有灭火器，以防止由于意外及操作不当起火而造成损失；台架板面上还布置有安全开关，操作过程中因不正常操作出现意外故障时，可通过安全开关及时熄火，避免事故的发生此外，考虑到发动机排气对室内环境的危害，实验台还配置了专用废气导出管将ECU的所有线路，全部引到实验台板上，以连接口的形式固定在台板上，让学生可根据电路图，进行线路连接。为保证线路接口接触良好，对接线材料要求反复使用性强；为了让学生对传感器、执行器、电源、搭铁线路一目了然，在选择接线时，应用不同线色区分图3-3 实验台演示板布置图1-壹号保险盒；2-前照灯；3-仪表盘；4-点火信号中断显示灯；5-发动机电子控制单元；6-故障设置单元；7-信号线连接器；8-故障诊断端子；9-进气歧管压力传感器；10-监控仪表；1115