《汽车检测与诊断》实验指导书3资料Word格式文档下载.docx
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概括起来不外乎由信号提取系统、信息处理系统、采控显示系统三大部分组成如框图1-01所示。
图1-02为发动机综合性能分析仪一般结构形式的外形图。
图1-02发动机综合性能检测装置的基本组成
图2-25发动机综合性能分析仪结构外形图
1）信号提取系统
信号提取系统的任务在于拾取汽车被测点的结构和参数性质不同，信号提取装置必须具有多种形式以适用不同的测试部位。
图1-03所示为大多数发动机综合性能分析仪的信号提取系统，图中显示这一系统是由一些不同形式的接插头或探头组成。
图1-03信号提取系统
电感式或电容式夹持器7分别钳于一缸点火线上和点火线圈高压线上以获得点火信号，件12实际上是一个电流互感器，夹持在蓄电瓶上，可感应出起动电流。
因为高压电和强电流直接直接接触测量极为困难。
以上都是对电量参数的提取，对于非电量参数就必须先经过某一类型的传感器将非电量转变成电量，这就是第三类，如件5电磁式TDC传感器提供上止点信号，频闪灯8可寻找点火提前角，压力传感器12可将进气管或喉管真空度转变成电量，而件13为一热敏电阻，可将机油温度和冷却水温度等参数转变为电压值。
对于电控燃油喷射（EFI）发动机，因计算机喷油脉宽和自动控制过程的需要，各非电量已被植入各系统的传感器直接转换成电量，它们的提取可用件9通过不同的转接头来完成，但为了不中断计算机的控制功能，必须通过T形接头来提取信号，如图1-04所示。
图1-04信号的T形接头
2）信号预处理系统
信号预处理系统也称前端处理器，俗称“黑盒”，它是电控燃油喷射系统检测的关键部件，其作用相当于多路测试系统中的多功能二次仪表集合，工作框图如图1-05所示，它可将发动机的所有传感信号（图示为20个），经衰减、滤波、放大、整形，并将所有脉冲和数字信号直接输入（HSI），也可经F—V转换后变成0~5v或0~10v的支流模拟信号送入高速瞬变信号采集卡。
图1-05前端处理器框图
发动机上装配的传感器是发动机控制和判断发动机故障的关键部件，但其输出的电信号千差万别，不能被车载计算机或发动机分析仪的中央控制器直接使用，必须经过预处理转换成标准的数字信号后送入计算机。
车载传感器的输出信号从电子学角度分，无外于模拟信号和频率信号两种，应采用不同的处理方法。
对于模拟信号，如温度传感器、压力传感器、气门位置传感器等其幅值为0～5v，频率变化也比较慢，主要的处理手段是对其进行低通滤波和信号隔离。
经低通滤波后的纯净低频信号再经过隔离装置送入A/D转换器，以消除模拟电路和数字电路的共地干扰。
对于频率信号，如发动机的转速、判缸信号等。
由于多选用电磁式、霍尔效应式和光电式传感器，其输出信号本身即为数字脉冲，但由于传输过程中的衰减、交变电磁波辐射等原因，也易形成一定程度的失真，故需对其进行整形，这多用电压比较器或施密特触发器进行实现，整形后输出的标准数字脉冲，再经高速光电隔离器送入后继电路，以消除其干扰，提高系统的工作可靠性。
为了实现传感器的准确测量，不影响发动机的正常运转，进行信号提取时必须保证电路有足够高的输入阻抗，而且为了保证预处理系统的主板安全，对各路输出信号均采取了限幅措施。
3）采控与显示装置
发动机综合性能分析仪多采用14英寸彩色CRT显示器，手提便携式则用小型液晶显示器，现代分析仪都能醒目地显示操作菜单，实时显示当前动态参数和波形，十字光标可显示曲线任一点的数值，同时也可显示极限参数的数值，配以色棒显示以示醒目，可任意设定显示范围和图形比例。
为捕捉喷油爆震等高频信号，采集卡一般具有采集功能，采样率可达10Msps，量化精度不低于10Bit并行通道，有存储功能以提供波形回取，锁定波形供观察分析或输出、打印之用。
四、实验步骤
1．用汽缸压力表检测汽缸压力
首先预热发动机至正常热状况（冷却水温达70℃C~80°
C）后停机，拆下各缸火花塞（或喷油嘴）以减少曲轴转动时的阻力，将化油器的节气门和阻风门全开，将专用的汽缸压缩压力表（图）的锥形橡胶塞压在火花塞（或喷油嘴）孔上，然后用起动机带动曲轴旋转3s~5s，对汽油机转速应≥130r/min~250r/min；
柴油机转速应≥500r/min，压力表指示值即为该缸的压缩压力。
为保证测量数据准确，各缸应重复测量2~3次，依次测量各缸。
并把结果记录于下表1-01
表1-01
测量次数
1缸（MPa）
2缸（MPa）
3缸（MPa）
4缸（MPa）
1
2
3
2.点火次级波形
1）操作步骤
2）波形数据记录
六、实验作业
1．根据汽缸压力读数值，判断是否达标？
如何进一步判断导致压力不足的原因？
2．在所测的单缸次级波上标注各段含义？
实验二汽油机尾气测试与分析
1.
掌握尾气测量的方法，并能利用尾气分析法判断一定的故障；
2.
了解诊断仪器的构造与基本工作原理。
1．利用五气体分析仪在发动机不同工况下进行尾气测量，以及不同故障下的测量；
三.实验设备
大众桑塔纳2000GSiAJR发动机故障实验台，奥迪A4与奔驰S320汽车各一台，博世FSA740发动机综合分析仪，VS5067五气体分析仪。
1．尾气分析
1）分析方法
汽车发动机可燃混合气在燃烧过程中会产生HC、CO、NOX等有害气体和CO2、H20、O2等无害气体。
由于尾气成分与发动机的工况有最直接的联系，所以通过汽车尾气的检测可初步分析发动机的工作状况、性能好坏，可以检查包括燃烧情况、点火能量、进气效果、供油情况、机械情况等诸多方面。
更为重要的是，当发动机各系统出现故障时，尾气中某种成分必然偏离正常值，通过检测发动机不同工况下尾气中不同气体成分的含量，可判断发动机故障所在的部位。
尾气分析主要内容有混合气空燃比、点火正时及催化器转化效率等，主要分析的参数有CO、HC、CO2和氧（O2），还有空燃比（A/F）或相对空燃比（λ）。
NOX常常发生在高温大负荷的情况下，在没有底盘测功机时只能靠路试去测量，在此不作分析。
空燃比和点火正时对尾气成分的影响：
HC是未燃燃料、可燃混合气不完全燃烧或裂解的碳氢化合物及少量的氧化反应的中间产物。
CO主要来自在空气不足的情况下可燃混合气的不完全燃烧，是汽油机尾气中有害成分浓度最大的物质。
CO2是可燃混合气燃烧的产物，它能够反映出燃烧的效率。
如图1所示，随着空燃比的增加，CO的排放浓度逐渐下降，HC的排放浓度两头高、中间低，CO2的排放浓度中间高、两头低。
当空燃比小于14.7:
1时（混合气变浓），由于空气量不足引起不完全燃烧，CO、HC的排放量增大。
空燃比越接近理论空燃比14.7:
1，燃烧越完全，HC、CO的值越低，O2越接近于零，而CO2的值越高（最大值在13.5%~14.8%之间）。
而当混合气空燃比超过16.2:
1时（混合气变稀），由于燃料成分过少，用通常的燃烧方式已不能正常着火，产生失火，使未燃HC大量排出。
混合气过浓将产生大量的CO、HC，混合气过稀将引起失火而生成过多的HC。
如图2所示，点火提前角对CO的排放没有太大影响，过分推迟点火会使CO没有时间完全氧化而引起CO排放量增加，但适度推迟点火可减小CO排放。
实际上当点火时间推迟时，为了维持输出功率不变需要开大节气门，这时CO排放明显增加。
随着点火提前角的推迟，HC的含量降低，主要是因为增高了排气温度，促进了CO和HC的氧化，也由于减小了燃烧室内的激冷面积。
发动机在不同工况下尾气排放浓度值正常范围见表1。
2）五气体分析仪测量原理
该分析仪是从汽车排气管内收集取出汽车的尾气，并对气体中所含有的CO和HC的浓度进行连续测定。
它主要由尾气采收部分，尾气分析部分，尾气指示部分和校正装置等构成。
a.尾气采集部分
如图1所示，由探测头、过滤器、导管、水分离器和泵等构成。
用探头、导管、泵从排气管采集尾气。
排气中的粉尘和碳粒用过滤器滤除，水份用水分离器分离出去。
最后，将气体成份输送到分析部分。
图1
b.尾气污染物的分析部分
这种分析仪的测量原理是建立在一种气体只能吸收其独特波长的红外线特性基础上的，即是基于大多数非对称分子对红外线波段中一定波长具有吸收功能，而且其吸收程度与被测气体的浓度有关。
如CO能够吸收4.5-5μm波长的红外光线。
该分析仪是由红外线光源，测量室（测定室、比较室），回转扇和检测器构成。
从采收部分输送来的多种气体共存在尾气中通过非分散型红外线分析部分分析测定气体（CO，HC）的浓度，用电信号将其输送到浓度指示部分。
工作原理如图2所示，它由两个红外线光源发出两组分开的射线，这些射线被两旋转扇片同相地遮断，从而形成射线脉冲，射线脉冲经滤清室、测量室而进入检测室，测量室由两个腔室组成，一个是比较室，另一个是测定室。
比较室中充有不吸收红外线的氮气，使射线能顺利通过。
测定室中连续填充被测试的尾气，尾气中CO含量越高，被吸收的红外线就越多。
检测室由容积相等的左右两个腔室组成，其间用一金属膜片隔开，两室中充有同摩尔数的CO。
由于射到检测室左室的红外线在通过测定室时一部分射线已被排气中的CO吸收，而通过比较室到达检测室右室的红外线并未减少，这样检测室左右两室吸收的红外线能量不同，从而产生了温差，温度的差异导致了压力差的存在，使作为电容器一个表面的金属膜片弯曲。
弯曲振动的频率与旋转扇片的旋转频率相符。
排气中的CO浓度越大，振幅就越大。
膜片振动使电容改变，电容的改变引起电压的变化，从而产生交变电压。
交变电压经放大，整流成直流信号，变为被测成分浓度的函数，因此可用仪表测量。
而HC由于受到其他共存气体的影响，所以使用固体滤光片，巧妙地利用了正已烷红外线吸收光谱。
因此，样品室内共存的CO、CO2、H2O、HC以外的气体所产生的红外线被吸收，再经检测器窗口的选择和除去，仅让具有HC（正己烷）3.5μm附近的波长到达检测室内。
HC（正己烷）被封入检测器，样品室中的HC（正己烷）吸收量也就能被检测器检测出来。
图2
五、实验步骤与方法
1.汽油机尾气测量分析
打开电源开关，预热仪器2～3min，将左边旋钮旋转到校准位置，调正右边校准族钮，直到指针指向最右边刻度，当左边旋钮转到“测试’位置，指针应指向13位置，否则可调背面平衡调节电位器，然后把取样接头固定在排气管的尾端。
发动机在怠逐（500r/min），读数应为11.5r/min～13r/min，迅速加大节流阀开度，转速增加到20OOr/min，指针指向右边浓区，返回的读数，应为12.5r/min～13.5r/min；
调节油门，使发动机转速在1200r/min、1500r/min。
指针一般指向11r/min～12r/min。
这些读数只作发动机在空载下一般检验标准。
六、数据记录
发动机无故障时1
工况
CO2
CO
O2
CH
NOx
λ
怠速
2000N/MIN
一缸缺火时2
一缸缺油时3
思考题：
1、若尾气成分中CO含量偏高，可能的原因有哪些？
2、若尾气成分中HC含量偏高，可能的原因有哪些？
实验三汽车四轮定位检测
一、实验目的
了解本实验所用仪器以及测量原理；
掌握测试方法。
二、实验所用仪器和设备
四轮定位仪轿车举升机空气压缩机
三、实验原理
1.四轮定位的分类
目前常用的定位仪有拉线式、光学式、电脑拉线式和电脑激光式四种，它们的测量原理是一致的，只有采用的测量方法（或使用的传感器的类型）及数据记录与传输的方式不同。
2．四轮定位检测仪的组成
1．带二次举升的平板式举升机2．电脑3．四个传感器及相关的夹具
4．转角盘、方向盘固定器、刹车锁、充电器、传输电线、打印机等
刹车锁
方向盘锁转角盘
3.测量原理
四轮定位仪的核心部分是传感器，每个传感器有两个CCD镜头，镜头上方装有由数字电路控制的红外线光源，此光源发出的红外线触发相对应的CCD用于对汽车前轮的前束角进行测量。
每个CCD镜头上装有一个摆，摆中有一个LED（发光一极管），它发出的光被聚焦在CCD上，用于测量车轮外倾角和主销内倾和后倾角。
4个传感器产生8束测量光束，围绕汽车形成一个封闭的四边形测量场，根据这一原理，可在整个测量过程中对水平轨迹而小断地进行检验，以监控设备有测量参数是否超出误差范围。
在测量前,请确认各镜头之间无障碍物阻挡红外测量光。
1．测量前的准备
1）先将汽车开上维修举升器，对被测汽车底盘进行全而检查:
包括轮胎是否正常，底盘各部位及车身是否有明显的变形，避震器是否正常，转向装置各连接部位的间隙是否正常等等，这些检杳工作是十分重要的，如果检杳中发现有明显影响四轮定位的问题，则应先进行必要的维修。
2）按汽车使用说明书的规定调整轮胎气压
3）校准测试仪表、举升器上的转角盘和后滑板，并根据轮距和轴距调整举升器宽度。
4）将汽车驶上测量用举升器，车轮应位于转角盘和后滑板中上，拉上手制动，不让汽车滑动。
5）根据仪器屏幕上显示的准各工作菜单和提示，在汽车座椅和车尾箱内添加规定重量的沙袋，使汽车轴重符合规定。
6）松开手制动，用力压车身前部和后部各几次，使弹簧减压减震及底盘部件释放内应力。
7）安装制动器销，锁定制动踏板。
8）安装测量夹具和传感器，利用水平气泡进行调平。
9）抽出测量举升器转角盘和后滑板的安全销，使汽车车轮处于自由状态。
2.测量步骤如下:
1）将汽车方向盘置于直行位置，系统可测得后轴的前束和外倾角值。
2）按“继续下一步”按键。
3）将汽车方向盘向左和向右各转20°
，得到主锁后倾角，主销内倾角和前束值的差值。
4）打正汽车方向盘至直行位置，根据显示器上的提示，测量前轴的前束和外倾角。
5）通过向左/向右转动转向盘至极限位置，测量左/右的全转向角。
如果上述测量值均在标准值公差范围之内时，就可直接打印出测量数据，不必再进行调整和调整后的测量，如果测量值小在标准值公差范围内，就必须进行调整。
五、数据记录
实验四电喷发动机电控喷油信号及基准信号检测
（综合实验）
1.在掌握各种仪器的使用测量方法下，能合理应用相关设备自主性的解决试验内容和问题。
2.能分析测试出发动机控制系统各逻辑信号的相互关系，以及对发动机性能的影响。
3.掌握发动机控制机理与策略。
4.掌握各种频率波形的采集测量。
5.初步学会分析故障、排除故障
一、实验所用仪器和设备
发动机故障实验台，奥迪A4与奔驰S320汽车各一台，博世FSA740发动机综合分析仪，
VS5067五气体分析仪，VAG5052AMS431跨接线万用表示波器等
三、实验过程
1．曲轴传感器信号测量
双通道分别测取曲轴传感器与一缸点火控制信号之间的相位
2．凸轮轴位置传感器信号测量
单通道测取凸轮轴位置传感器信号
3．喷油信号测量
测量并画出喷油信号波形图（周期选择500MS以下）
4．空气流量计信号
测量并画出空气流量计信号波形图（周期选择1s以下）
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