《汽车检测与诊断》实验指导书3.doc

汽车检测与诊断技术实验指导书编著：施卫江苏技术师范学院20078实验一 发动机气缸密封性检测及发动机点火波形的分析一、实验目的1掌握发动机气缸密封性检测基本原理和方法，并能正确分析故障原因。2学习汽车发动机点火系的诊断方法，能通过点火波形正确分析故障原因；3掌握相关仪器设备的测量原理和使用方法。二、实验内容1. 采用气缸压力表气对各缸密封性检测；2. 利用金德K100或博世FSA740发动机综合性能检测仪进行点火波形测量分析。三、实验设备及仪具 奔驰S320汽车一台，发动机2台，博世FSA740一台，气缸压力表等一般常用工具。四、实验原理1气缸密封性检测气缸密封性是衡量活塞式内燃发动机技术状况的一项重要内容， 如果气缸漏气， 则压缩压力将受影响，会导致功率下降、比油耗增大，烧机油严重， 启动困难。因此， 气缸密封性参数的测量， 对于确定在用发动机的质量是十分必要的。气缸密封性的测量方法， 国内外目前使用的有气缸压缩压力检查， 气缸漏气率测试， 曲轴箱漏气量测试、气缸压缩均衡程度的检测等。气缸密封性常规的检查方法是采用气缸压力表。用它测量起动电机拖动时的最大气缸压缩压力。这种方法操作简单， 使用方便， 利用它可了解气缸、活塞组、气门、气缸垫等部位的技术状况。2发动机综合性能检测仪（点火波形测量分析）发动机综合性能检测装置千差万别，形式各异。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FV转换后变成05v或010v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05v，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70C80C）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3s5s，对汽油机转速应130r/min250r/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23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）1232. 点火次级波形 怠速点火次级平列波形，参见图13。用点火次级平列波形显示测试作为有效的行驶能力检查，已有三十年的历史了。点火的次级平列波形主要被用来检查短路或开路的火花塞高压线，或引起点火不良的污损火花塞。这个试验可以为提供一个关于各个气缸燃烧质量情况有价值的资料。由于点火二次波形明显地受到各种不同的发动机、燃油系统和点火条件的影响，所以它能够有效地检测出发动机机械部件和燃油系统部件以及点火系统部件，故障波形的不同部分能够指明在任何气缸中的某一部件或系统的故障。 试验方法： 起动发动机或驾驶汽车使行驶性能故障或点火不良等情况出现，调整触发电平直到波形稳定和发动机转速可以清楚的在显示屏上显示出来。 波形结果： 确认幅值、频率、形状和脉冲宽度等判定性尺度，在各缸上都是一致的，各缸的点火峰值电压高度应该相对一致、基本相等，任何峰值高度相互之间的差到都表明有故障，一个相比高出很多的峰值，指示在该气缸点火二次系统中存在着高的电阻，这可能意味着点火高压开路或电阻太大，一个相比低出很多的峰值指示出点火高压线短路或火花塞间隙过小，火花塞污损或破裂。 第一缸的点火峰值显示在左侧，气缸的点火波形显示接发动机点火顺序从左至右。 急加速点火次级平列波形。 点火次级急加速高压测试是为了判定最大电压或确定在一组气缸中某一给定气缸的点火电压，这个测试可以帮助查出在重负荷或急加速时的点火不良，它能够提供关于各缸的点火和燃烧质量非常有价值的资料。由于点火次级波形明显地受到不同发动机、燃油系统和点火状况的影响，所以它能够有效地检测出发动机机械部件和燃油系统部件以及点火系统部件的故障，波形的不同表明任一特定气缸中的部件或系统的故障。 试验方法： 起动发动机或驾驶汽车使行驶性能故障或点火不良等情况出现，确定幅值、频率、形状和脉冲宽度等判定性尺度是各缸一致的，特别是在急加速或高负荷时。 波形结果： 各缸之间点火峰值电压高度应基本相等，在急加速或高负荷条件下由于气缸压力的增加，所有点火峰值高度都将增加，任何其它的信号峰值高度的实际偏离都意味着故障，一个高出很多的峰值说明这个气缸的点火次级电路中有高电阻，这可能意味着点火高压线开路或电阻太大，一个低的峰值指示出点火高压线短路或火花塞间隙过小、火花塞污损或破裂，在有负荷或急加速时点火不良，同时还出现所有气缸的点火峰值高度都低，这可能意示着点火线圈性能差。 点火次级单缸波形，参见图11。 用点火次级单缸波形测试进行有效的行驶能力检查，已有超过三十年的历史，点火次级单缸波形测试主要用来： a.分析单个气缸的点火闭合角(点火线圈充电时间)； b.分析点火线圈和次级高压电路性能(从点火线至点火电压线)； c.查出单缸不适当的混合气空燃比(从燃烧线)； d.分析电容性能(白金或点火系统)；e.查出造成气缸失火的火花塞(从燃烧线)。 这个测试能为提供关于每个气缸的燃烧质量非常有价值的资料。如果有必要甚至可以有行驶条件进行此项测试。由于点火次级波形明显受不同发动机、燃油系统和点火条件影响，它对检测发动机机械部分和燃油系统部件及点火系统部件的故障是有用的。波形的不同部分能指明任一特定气缸的某些部件和系统的故障。参照波形各部分的指示看波形特定段的相关部件运行状况。汽车示波器屏上用数字的方式显示出波形各部分的判定参数。 试验方法： 按照行驶性能故障或点火不良等情况出现的要求来起动发动机或驾驶汽车。确认各缸幅值、频率、形状和脉冲宽度等判定性尺度的一致性，检查对应特定部件的波形部分的故障。 波形结果： 流入点火线圈的电流：观察点火线圈在开始充电时，保持相对一致的波形的下降沿，这表明各缸一致的闭合角及点火正时的精确。 点火线：观察跳火电压的高度一致性，一个太高的跳火电压(它甚至超过了示波器的显示屏)表明在点火次级电路中存在着高电阻(例如开路或损坏的火花塞、高压线或是火花塞过大时间隙)，一个太短的跳火电压线，表明点火次级电路电阻低于正常值(污浊和破裂的火花塞和漏电的火花塞高压线等)。 火花或燃烧电压：观察火花或燃烧电压保持相对一致性，这表明火花塞工作的一致性和各缸空燃比，如果混合比太稀，燃烧电压就比正常值低一些。 燃烧线：观察火花或燃烧线应十分“干净”，没有过多的杂波在燃烧线上，过多的杂波表明气缸点火不良，由于点火过早、喷油器损坏、污浊火花塞或其它原因。燃烧线的持续时间长度表明汽车缸内异常稀或异常浓的混合比。过长的燃烧线(通常超过2毫秒)表示混合气浓，过短的燃烧线(通常少于0.75毫秒)表示混合气稀。 点火线圈振荡：观察在燃烧线后面最少两个，最好多于三个的振荡波，这表明点火线圈和电容器(在白金或点火系统)是好的。 动态峰值检查显示方式对发现各缸点火过程中的间歇性故障十分有用。 电子点火(EI)次级单缸波形。 a.分析单个气缸的点火闭合角(点火线圈充电时间)； b.分析点火线圈和次级高压电路性能(从点火线至点火电压线)； c.查出单缸不适当的混合气空燃比(从燃烧线)； d.分析电容性能(白金或点火系统)； e.查出造成气缸失火的原因(污浊或破裂的火花塞，从燃烧线)。 这个测试能提供关于每个气缸的燃烧质量非常有价值的资料。如果有必要甚至可以在行驶条件进行此顶测试。由于点火次级波形明显受不同发动机、燃油系统和点火条件影响，它对检测发动机机械部分和燃油系统部件及点火系统部件的故障是有用的。波形的不同部分能指明任一特定气缸的某些部件和系统的故障。参照波形图的指示点看波形特定段的相关部件运行状况。汽车示波器显示屏上用数字的方式显示出波形各部分判定参数。 试验方法： 按照行驶性能故障或点火不良等情况出现的要求来起动发动机或驾驶汽车，在排气行程火花塞点火系统，调整示波器电压比例在5千伏至10千伏/格之间，这样可以保持作功行程点火的正常显示。确认各缸幅值、频率、形状和脉冲宽度等判定性尺度的一致性，检查对应特定部件的波形部分的故障，在加速或高负荷下。 波形结果： 点火线：观察各缸跳火电压高度的一致性，在急加速或高负荷时，由于燃烧压力的增加，跳火峰值电压将会增高。任何与其它信号峰值高度的实际偏差都可能意味着故障。 火花或燃烧电压：观察火花或燃烧电压保持相对一致性，这表明火花塞工作的一致性和各缸空燃比，如果混合比太稀，燃烧电压就比正常值低一些。 燃烧线：观察火花或燃烧线应十分“干净”，没有过多的杂波在燃烧线上，过多的杂波表明气缸点火不良，由于点火过早喷油器损坏，污浊火花塞或其它原因。燃烧线的持续时间长度表明气缸内异常稀或异常浓的混合比。过长的燃烧线(通常超远2毫秒)表示混合气浓，过短的燃烧线(通常少于0.75毫秒)表示混合气稀。 点火线圈振荡：观察在燃烧线后面最少两个，最好多于三个的振荡波，这表明点火线圈和电容器(在白金或点火系统)是好的。 动态峰值检测显示方式对发现各缸点火过程中的间歇性故障十分有用。 电子点火次级单缸急加速波形。 内容同分电器次级急加速平列波形见前部分。 分电器/电子点火线圈压力试验。 这个测试步骤在最苛刻的工作方式下-曲轴旋转但不送燃油喷射进气缸时，测试点火线圈最大输出，在许多不同情况和压力条件下(混合比变化，燃烧室紊流，极大的燃烧压力等)，点火线圈都必须有能力提供必要的点火电压，点火线圈被设计成在任何正常发动机工作方式下，都有能力提供超出所需要的最大电压。然而，振动、热疲劳、点火高压线圈的高电阻和其它因素可能导致点火线圈旱期损坏，这个试验对发现点火线圈在有负荷的情况下(例如加速)，出现时间歇性点火不良或起动困难及无法起动是有用的。 这个试验即可在分电器点火系统也可在无分电器点火系统中执行，在分电器点火系统中只需要用汽车示波器的一个通道，而对无分电器点火系统(一个点火线圈给两个气缸点火)汽车示波器上的两个通道都要用，一个用于作功行程火花塞上，另一个用于排气行程火花塞上，当起动时，火花塞在无燃料的情况下，在气缸内点火，这时它需要最大值的点火电压“跳火”，最大点火电压将会显示在示波器上。 试验方法： 喷油器不工作或切断燃油输送系统(燃油泵等)，以防止起动发动机发动着车，然后起动发动机，观察示波器法形。 波形结果： 确定波形上点火峰值电压，通常在新式或高能点火系统中，波形上点火电压大约在15千伏附近到超过30千伏，点火电压因火花塞间隙，发动机气缸压缩比和混合气空燃比不同而有所差异，在双火花塞(EI)系统中，在排气行程的火花塞峰值电压要比在作功行程的火花塞峰值电压低接近于5千伏。 在判断低峰值电压的点火线圈是否可用时，应先确认火花塞和高压线是否完好，在测试时，短路的火花塞高压线或低电阻火花塞(间隙上、污损)可能导致点火线圈输出电压低。 电子点火作功及排气点火测试。 点火次级作功及排气点火波形显示对测试电子式点火线圈是有效的方法，点火次级作功及排气点火波形显示可以用于测试电子点火系统工作状况的几个方面： a.分析单个气缸的点火闭合角(点火线圈充电时间)； b.分析点火线圈和次级高压电路性能(从点火线至点火电压线)； c.查出单缸不适当的混合气空燃比(从燃烧线)； d.分析电容性能(白金或点火系统)； e.查出造成气缸失火的原因(污浊或破型的火花塞，从燃烧线)。点火次级作功及排气点火波形测试，使用双通道显示方式，将作功点火和排气点火波形及点火电压(数字显示)同时显示在汽车示波器上。(以下内容同前部分)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根据所测试的点火平列波，指出故障波并分析系统存在的故障原因？3在所测的单缸次极波上标注各段含义？实验二 发动机异响的诊断、汽油机尾气、柴油机烟度一、实验目的1. 能利用听诊器正确分辨发动机各部位的异响，能利用仪器进行振动频谱分析；2. 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；3. 了解诊断仪器的构造与基本工作原理。二、实验内容1采用用听诊器正确分辨具体部位的异响结合频谱分析，标定出各部位的振动频率；2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；3利用柴油机烟度分析仪测量烟度。三.实验设备大众桑塔纳2000GSi AJR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，听诊器4个。四、实验原理1异响测量 系统通过单片机对发动机各部位的振动信号进行采集，数据送入PC机进行处理，处理过程主要是时域和频域分析。通过各通道的自我比较，并与样本信息进行对比，对发动机机械运动状况作出评价，判断出异响的类型并分析出故障产生的原因。在分析过程中可通过人工干预进行快速诊断（这主要是针对出现显著的故障特征波形或幅值），最后输出并打印报表。系统结构的基本组成如图1所示。图1系统基本组成结构2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（）。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1b.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4.5-5m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)3.5m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发动机异响诊断试验发动机正常运转声音的变化，即产生了异常响声，诊断异响应在不同工况予进行。即从发动机走热过程一开始，怠速、中转成变化转速下进行。声音即振动信号通过压电式加速度计“YD-3-G型”变成电信号输入阻抗匹配器后勒至RC选频放大电路，经功放通过扬声器放出诊断部位特征频率响声，为区别异啊大小，电路中设有声首信号缝制检波器与显示器。考虑到异响特征与发动机的转速有关，故仪器中设有转速传感器和相转速单稳态电路。仪器使用方法预热仪器数分钟，校正电源电压，手持传感器，依次检查各缸的指定部位，察看指针读数监听声音。发动机主要异响诊断部位参阅图32。实验者根据指导老师提供的大众桑塔纳2000GSi AJR发动机故障实验台对发动机逐个部位诊断其故障声响。并完成下表发动机主要故障异响的诊断表诊断项目发动机转速 r/min温度 部位频率Hz（最大幅值）标准 mV（幅值）气门脚声响80060顶部活塞销响声80080气缸盖活塞敲缸声响80060气缸体右上方连杆轴承敲击响声120O60气缸中部主轴承敲击声80060油底壳分离处2. 汽油机尾气测量分析打开电源开关，预热仪器23min，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/min13r/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/min13.5r/min；调节油门，使发动机转速在1200r/min、1500r/min。指针一般指向11r/min12r/min。这些读数只作发动机在空载下一般检验标准。 发动机无故障时1工况CO2COO2CHNOx怠速2000N/MIN一缸缺火时2工况CO2COO2CHNOx怠速2000N/MIN一缸缺油时3工况CO2COO2CHNOx怠速2000N/MIN空气流量传感器不准（无故障码）时4工况CO2COO2CHNOx怠速2000N/MIN实验三 汽车四轮定位检测一、 实验目的1. 了解本实验所用仪器以及测量原理；2. 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 四轮定位的测量原理 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，这里仅介绍四轮定位仪可测量的几个重要检测项目的测量原理。 1.1 车轮前束和推力角的测量原理 在下来前束时，必须保证车体摆正且方向盘位于中间位置，为了提供车轮前束值（或前束角）的测量精度，无论是拉线式、光学式还是电脑式的四轮定位仪，在检测车轮前束之前，常通过拉线或光线照射或反射的方式形成一封闭的直角四边形如图61所示。将待检车辆置于此四边形中，通过安装在车轮上的光学镜面或传感器不仅可以检测前轮前束、后轮前束，还可以检测出左右车轮的同轴度（即同一车轴上的左右车轮的同轴度）及推力角。因为四轮定位仪系统采用的传感器不同，测量方法亦有所不同，这里仅就光敏三极管式传感器来说明一下车轮前束的测量原理。 图6-1 8束光线形成封闭的四边形 光敏三极管为近红外线接收管，是一种光电变换器件，它的结构与外形如图6-2所示。其工作状态为：不加电压，利用PN接在受光射时产生正向电压的原理，把它作为微笑光电池。在光敏三极管后面接一些用于接收信号的元件，以便及时对光敏三极管上所获得的信号进行分析处理。 图62 光敏二极管的结构和外形 安装在两前轮和两后轮上的光敏三极管式传感器均有光线的接收和发射（或反射）功能，通过它们间的发射和接收刚好能形成类似于图62所示的四边形。在传感器的受光面上等距离地将光敏三极管排成一排，在不同位置光敏三极管接收到光线照射时，该光敏管产生的电信号就代表了前束角或推力角的大小。下面进行具体说： 当前束为零时，在同一轴左右轮上的传感器发射（或反射）出的光束应重合。当检测出上述两条光束相平行但不重合，说明此时左右两车轮不同轴（即车发生了错位），可以依据此时光敏管输出偏离量的信息，测量出左右轮的轴距差。 当左右轮存在前束时，在左轮传感器上接收到的光束位置会相对于原来的零点位置有一偏差值（注意正负号），这一偏差值即表示右侧车轮的前束值（或前束角）；同理，在右传感器上接收到的光束位置相对于原来零点位置的偏差值则表示左侧车轮前束值（或前束角）。其测量原理的简单示意图如图63所示。 1-刻度盘2-投射器支臂 3-光敏三极管 4-激光盘 5-投射激光束 6-接收激光束 14-光线接收器 5-前轮 6-后轮 7-汽车纵向轴线 推力角 图6-3 车轮前束角的测量原理 图6-4推力角的测量原理 依据上述检测原理，同时可以检测出位于该四边形内的待检车辆前后轴的平行度（即推力角的大小和方向）,其检测原理的简单示意图如图64所示。同理，通过安装在后轮上的传感器，我们可以检测出后轮前束值（后轮前束角）的大小和方向。 1.2 主销后倾角和主销内倾角的测量原理 车轮外倾角、主销后倾角和主销内倾角这三个测量参数的测量都是关于角度的测量，除了光学式四轮定位仪测量车轮外倾角和车轮前束时，采用的不是测量角度的传感器，其余各种类型的四轮定位仪均是采用测量角度的传感器，包括车轮前束角都可以用角度传感器直接或间接测量。 主销后倾角和注销内倾角不能直接测出，只能用建立在几何关系上的间接测量。为了容易理解测量原理，我们不妨先从感性上来认识。 以套筒扳手为例，先将扳手杆垂直立于桌面上，扳手接杆与视线垂直并使扳手接杆保持水平，此杆即为转向节轴（面向车头看为左前轮轴）。将扳手杆下端向自己面前偏转一个角度 ，即形成主销后倾角，然后由此位置绕扳手手柄轴线分别向里、向外各转动 角，这时就会发现扳手接杆绕水平面分别向上、向下偏转了 角（如图6-5所示）。 图6-5 主销后倾角的测量原理 注销内倾角的测量原理如图6-6所示，在扳手接杆头部系上一长接杆，长接杆与扳手接杆垂直。将扳手直立于桌面，使长接杆保持水平位置并与视线垂直，再将扳手柄下端向里偏转一个角度 ，即形成注销内倾角（相当于从左前轮外侧看），然后由此位置绕扳手手柄轴线分别向左、向右各转角 ，这时又会发现接杆分别沿逆时针、顺时针方向转动了 角（如图6-6所示）。 图6-6 主销内倾角的测量原理 、 、 间的几何关系又多种推动分析关系式，下面介绍其中之一。 （一）主销后倾角的测量原理 以左前轮为例，当车轮向左右各转动 20（如图-7所示），ZO为主销轴线，OB为转向节车轮轴线，四边形DEFG表示水平面，四边形HIJK相对于平面的夹角为主销后倾角。LMNP平面是与主销垂直相交的平面，该平面是HIJK平面以ST为轴转动 角（主销内倾角）形成的，OD为车轮向左转动20时转向节轴平面的方向。线段LD、AB、AB、A”B”、MI、FN和KP均是水平面DEFG上的铅垂线。 图6-7 主销后倾角的测量原理计算图 由图6-7主销后倾角的测量原理计算图得（推导工程略）： 上式表明 为一特定角度时，主销后倾角测量角 存在唯一确定关系。通常规定 转角为20，2sin0.68404，故有： （1） 即主销后倾角 为实际测量角度 的1.461倍。这样，用1.461倍的关系标定仪器，就可直接读主销后倾角 。 （二）主销内倾角的测量原理 仍以左前轮为例，当车轮向左右转动 时（如图6-8所示），ZO为主销轴线，OC为转向节轴线方向，OE为与车轮平面平行且水平的线段。同（1）所述，四边形DEFG表示水平面，四边形HIJK相对于水平面的夹角 为主销后倾角。四边形LMNP为与主销垂直相交的平面，该平面是HIJK平面以ST为轴转动 角（主销内倾角）形成的，OE是车轮向右转动 20，垂直于转向节轴线且在水平面内的线段，OF是车轮向左转动 20时，垂直于转向节轴线且在水平面的线段。由图-8主销内倾角的测量计算图得（推导工程略）： 上式表明当 为一特定角度时，主销内倾角 与测量角 存在唯一确定关系。通常规定 转角为20，2sin 0.68404，故有： （2） 即主销内倾角 为实际测量角度 的1.461倍，这样，用1.461倍的关系标定仪器，就可以直接读主销内倾角 。 图6-8 主销内倾角的测量原理计算图 经过上述两部分的分析推导，了解了主销后倾角、注销内倾角的测量原理。但必须指出，在上述两部分推导工程中提及的 、 为车轮向右转动20时，传感器所测得的实际角度值； 、 为车轮左转动20时传感器所测得的角度值。在实际测量中，只要按照公式（1）、（2）换算即可。现常见的四轮定位仪在出厂前就已用上述两式对仪表进行了标定，因此，可直接读主销倾角实际测量值。 虽然四轮定位仪的类型有所不同，但它们测量主销倾角的原理是相同的，所不同的仅仅是它们各自采用的测量角度的传感器不同而已，为了便于理解四轮定位仪的测试过程检测方法，下面简单介绍几种常见的测量角度的传感器： （1）光电编码器，基本上可以分为两大类：圆光栅编码器和绝对式编码器。它们的特点是：结构紧凑、信号质量好、稳定可靠和抗干扰能力强。 （2）光电电位器式角度传感器，没有金属丝电刷造成的摩擦力矩，其优点是：分辨率高、寿命长、扫描速度快。缺点是：输出电阻大、输出信号要经过阻抗匹配变换器。 另外用于测量角度的传感器还有电感式倾斜传感器、小型双轴斜度传感器和电位式传感器。 1.3 转向20时前张角的测量原理 汽车使用时，由于前轮的碰撞冲击、长期在不平的路面上行驶和经常采用紧急刹车，对车辆的冲击作用都可能引起转向梯形的变形。因此会造成汽车在转向行驶工程中前轮异常磨损，操纵性变差并间接影响汽车的动力性和燃油经济性。 为了检测汽车的转向梯形臂与各连杆是否发生变形，在四轮定位仪中均设置了转向20时，前张角的检测项目。其测量方法为：让被检车辆前轮停在转盘中心出，右轮沿直线行驶方向向右转20时进行测量；左轮沿直线行驶方向左转动20时进行测量（该转向角可直接从转盘上的刻度读出）。具体作法如下： 右前轮向右转20，读取左前轮下的转盘上的刻度X，则20-X即为所要检测的转向20时的前张角。一般汽车在出厂时都已给出20-X的合格范围，将测量值与出厂值进行比较即可检测出车辆的转向梯形臂与各连杆是否发生了变形，如果超出标准值或左右转向前张角部一致，则说明该车的转向梯形臂和各连杆已发生了变形，需要进行校正、调整或更换梯形臂和各连杆。四、实验方法和步骤A、车轮定位在转向轮定位角进行测试前应对汽车轮胎气压和轮段轴承紧度进行检查。应保证其正常，以免影响测量准确度。1. 转向轮侧滑量的测试车轮的前束是为校正具有外领的两车轮在行驶时向外倾分开而设计的。如果前束与外倾角匹配不当，就会使车轮还滚动时产生侧滑，破坏了汽车的操纵稳定。为判断前束与外倾角匹配的好坏，用侧滑试验台来检验车轮行驶时的侧滑量。WG20O型侧滑试验台如图21所示，它由两个一米长的活动平板、双向摇臂杆、推力杆、拐臂、连接杆、拨针和刻度盘（或者仪表）组成。汽车直线通过侧滑试验台活动平板时，车轮相对于地面的侧滑量就变为活动平板的移动量，该移动量经传动机构传递给指针，使指针偏转，指针指示的数值为活动平板的游动量，它表示汽车行驶1m的距离车轮侧滑的毫米救；汽车向所通过活动板时，指针偏转愈大，说明车轮侧滑愈严重。指针指向“OUT”一方。表示前束小，反之，指针指向“IN”的一方，则说明前束大。当指针偏转大于6mm时，必须根据指针指示的情况调整汽车的前束。调整后上试验台复查调整正确与否。该项实验重复三次进行，记录测试结果，计算平均值。2. 用固定式前轮定位仪逐项测量转向轮定位角a. 前束的测量 测量方法如图23所示，汽车前轮以直线行驶方向置于转盘上，将仪器导杆转向竖直。并使得固定标尺水准对零，表示导杆铅垂，然后将刻度水泡框架固定螺钉旋紧，再将导杆转向水平，装上测前束的专用接触器，推动手柄向前，使接触器接触轮胎腹部；两接触器分别与车轮中心等距)记下前接触器所指示的数值。用同样方法测量另一车轮，两值之和为前束值、记入试验记录。前束值还可用前束规测量。方法是先将前束规套筒调节到适当长度。测量时第三节套筒受压缩。端头顶住车轮前方的内侧胎腹，前束规的两地高度由两端链条长度保证。移动套管上曲标尺：使指针指零，固定标尺。开动汽车向前，仅前束规转至车桥后方相同高度，这时指针在标尺上指示的数值即为前束值。b. 车轮外倾角的测量汽车转向轮以直线行驶方向置于转盘上，测试导杆铅垂放置，导杆上安装接触器，放松刻度水泡框架的固定螺钉，向前推动手柄，