大连理工大学 汽车电子控制技术实验指导书3.docx
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大连理工大学汽车电子控制技术实验指导书3
大连理工大学
汽车电子控制技术
实验指导书
实验:
汽车电子控制技术实验
课程:
汽车电子控制技术
学院(系):
班级:
姓名:
学号:
指导教师:
成绩:
实验时间:
实验一喷油器实验
一、实验目的和要求
1.实验目的
(1)了解实验用的喷油器的工作电压、回路电流及喷油量之间的关系;
(2)测出实验用的喷油器的最大通电时间、最小通电时间,分析该现象产生的原因;
(3)分析有、无消弧回路时,喷油器工作状态的异同,分析电弧产生的原因。
了解消弧回路的组成,工作原理及作用;
(4)通过对某一个特定喷油量的线圈控制PWM占空比的标定,了解进行喷油标定的原理及意义。
2.实验要求
(1)提前对喷油器的工作原理进行复习,了解不同喷油器的工作电路。
了解高电阻喷油器和低电阻喷油器的电路的异同;
(2)在通电之前,对实验设备仪器进行检查,并对设备仪器进行认知和操作演练,注意实验安全;
(3)要求认识区分不同类型的喷油器,掌握不同类型喷油器的工作电路,了解喷油器在工作中出现故障的原因及故障处理方法;
(4)在给定的时间内完成实验,提交实验报告。
二、实验原理及实验内容
1.喷油器原理
喷油器其实就是个简单的电磁阀,当电磁线圈通电时,产生吸力,针阀被吸起,打开喷孔,燃油经针阀头部的轴针与喷孔之间的环形间隙高速喷出,形成雾状,利于燃烧充分。
喷油器本身是一个常闭阀(常闭阀的意思是当没有输入控制讯号时,阀门一直处于关闭状态;而常开阀则是当没有输入控制讯号时,阀门一直处于开启状态,由一个阀针上下运动来控制阀的开闭。
当ECU下达喷油指令时,其电压讯号会使电流流经喷油器内的线圈,产生磁场来把阀针吸起,让阀门开启好使油料能自喷油孔喷出。
喷射供油的最大优点就是燃油供给之控制十分精确,让引擎在任何状态下都能有正确的空燃比,不仅让引擎保持运转顺畅,其废气也能合乎环保法规的规范。
图1-1不同针阀开启条件下的燃油喷射图
2.实验内容
项目1.消弧回路实验原理
(1)通过频率发生器给三极管高电平,喷油延时开始,三极管导通,使喷油器形成闭合回路,电磁线圈吸合喷油器针阀,喷油器喷油;
(2)当喷油延时结束,驱动电路中的晶体三极管截止,喷油器回路断开,喷油结束;
(3)在三极管截止时,喷油器的电磁线圈将产生感应电动势。
为了保护功率晶体管并缩短喷油器针阀的落座时间,设置了消弧回路。
(4)为了验证消弧回路的功能,按图1-2、图1-3、图1-4分别进行实验。
图1-2带反接二极管和RC缓冲电路的喷油电路
图1-3带反接二极管
无缓冲电路的喷油电路
图1-4无消弧回路的喷油电路
项目2.回路电流与燃油喷射实验原理
(1)由于电磁线圈中的电流无法突变,故而在晶体三极管导通时,喷油器中的电磁线圈电流逐渐增大,如图1-5所示。
在T0时间范围内,电流尚不足以使喷油器针阀打开;
(2)由于喷油器针阀存在惯性,故而当晶体三极管截止时,喷油器回路断开,但是针阀无法瞬时落座,而是有如图1-5所示的TC的延迟;
(3)为了使喷油量达到预期喷油量,需要对T0时间内减少的喷油量与TC之间增加的喷油量进行标定,使得最后的喷油总量与预期的喷油量相等。
图1-5脉冲、电流与针阀的变化关系
三、主要仪器设备
频率发生器、高压泵、开关电源、示波器、万用表、量筒、喷油器、电阻、功率电阻、电容、MOSFET管、快速恢复二极管等
四、实验步骤和操作方法
1、按图1-2进行电路连接,通过调节频率发生器,测出喷油嘴的最大通电时间和最小通电时间分别对应的PWM占空比,并记录数据;
2、在以上测得的两组PWM占空比之间,取三组不同的PWM占空比,分别加载到电路中:
a)分别记录喷油器两端电压波形;
b)分别记录回路电流波形;
c)分别观察喷油情况,大致描绘出喷油的图形。
3、取三个量筒:
a)将PWM占空比设置为最大喷射时间对应的占空比,使喷油器处于最大喷油状态,记录一段时间内的喷油量;
b)将PWM占空比调节至步骤(a)的一半,使其喷射与步骤(a)相同的时间,记录喷油量;
c)固定喷射时间与前两步相同,调节PWM占空比,使在该固定喷射时间内,喷射的油量为步骤(a)的1/2;
d)对比第3(b)步与第3(c)步喷油量的大小,分析其结果。
4、按照图1-2连接电路:
a)分别记录喷油器两端电压波形;
b)分别记录回路电流波形;
5、按照图1-3连接电路,将MOSFET管替换成开关:
a)分别记录喷油器两端电压波形;
b)分别记录回路电流波形。
五、实验数据记录和处理
1.喷油嘴的最大通电时间和最小通电时间分别对应的PWM占空比
a)数据记录:
喷油嘴最大通电时间
喷油嘴最小通电时间
PWM占空比(%)
b)结果分析:
为什么会存在喷油嘴最大通电时间和喷油嘴最小通电时间?
2.三组不同PWM占空比对比:
(选择PWM时,应尽量使三组图形有区分度)
PWM1
PWM2
PWM3
占空比(%)
占空比波形
电流波形
喷油形状
3.喷油器PWM占空比标定:
a)数据记录:
第一列记录最大喷油时间对应的最大喷油量及此时的PWM占空比;
第二列记录PWM占空比为最大喷油时间的50%时的喷油量;
第三列记录喷油量为最大喷油时间的一半时的PWM占空比。
最大喷油PWM
50%最大喷油PWM
1/2最大喷油量
占空比(%)
喷油量()
b)结果分析:
对比“50%最大喷油PWM”时喷油量和“1/2最大喷油量”时喷油量的区别,分析产生这个区别的原因?
并分析为什么要对喷油量进行标定?
4.根据步骤2、4、5三种不同回路,绘制出对应的电流波形:
a)波形绘制:
电流波形
有二极管与RC
有二极管无RC
无二极管无RC
b)结果分析
分析三者电路的异同,以及产生这些差别的原因?
分析消弧回路和RC电路的作用?
六、讨论、建议、质疑
实验二热式空气流量传感器实验
一、实验目的和要求
1.实验目的
(1)通过实验,掌握热式空气流量传感器的工作原理,加深对“惠斯通电桥”电路的认识;
(2)分析热线式空气流量传感器不需要进行密度修正的原因,对比其与其他类型空气流量计的优缺点;
(3)通过PWM占空比,控制直流离心散热风扇的转速。
了解车载冷却风扇如何在供电电压不变时,改变风量的大小;
(4)改变空气流量,得出空气流量与所测电压之间的关系。
并分析不同流量改变率之间,电压信号的异同。
2.实验要求
(1)对各种类型空气流量计进行复习,并重点了解热式空气流量计的工作原理;
(2)通电之前,要求对实验设备进行认知和操作演练,注意实验安全;
(3)在实验之前,要求检查试验设备仪器,是否完整,气泵工作是否正常,是否有漏气现象,以免测量数据不准;
(4)在给定的时间内完成实验,并提交实验报告。
二、实验原理与实验内容
1.空气流量计传感器原理
热式空气流量计属于质量式流量计。
这种流量计可避免因海拔高度变化而引起的检测误差,并且还具有响应速度快、进气阻力小等特点,因此热线式空气流量计在高级轿车的电控汽油喷射系统中得到了广泛的应用。
如图2-1所示,当空气流经热丝/膜使其冷却时,热丝/膜温度降低,阻值减小,电桥电压失去平衡,控制电路将增大供给发热元件的电流。
电流增量的大小,取决于发热元件受到冷却的程度,即取决于流过传感器的空气量。
当电桥电流增大时,精密电阻RA上的电压就会升高,从而将空气流量的变化转换为电压信号Us的变化。
信号电压输入ECU后,ECU便可根据信号电压的高低计算出空气质量流量的大小。
图2-1热线式空气流量传感器工作原理
vRK-温度补偿电阻,负温度系数的电阻(冷线)。
vRA-精密电阻,该电阻上的电压降即为传感器的输出信号电压。
vRB-电桥电阻,安装在控制线路板上。
v以上电阻和热丝电阻RH共同构成惠斯顿电桥的四个臂。
图2-2热线式空气流量计实物图
2.实验原理
项目1.空气流量传感器流量-电压标定实验
1.通过调节频率发生器的输出方波频率大小,选择合适的电压档,调节直流离心散热风扇风速的大小,从而控制空气流量的大小;
2.随着空气流量的改变,空气流量计输出的电压大小呈一定关系改变;
3.流量与频率发生器的输出方波频率与通过空气流量计的浏览量成一定关系,空气流量计输出电压与所测空气流量值成一定关系,从而可以使用频率发生器输出方波与空气流量计输出电压的关系,替代流经空气流量计的空气流量与空气流量计传感器的输出电压的关系;
4.改变进气空气流量,可以标定出空气流量传感器输出电压的最大值和最小值;
5.从最小PWM占空比开始,逐渐增大频率发生器输出方波频率的大小,改变空气流量,记录不同频率对应空气流量计输出电压的大小,合理采样,记录数据,可得关系曲线;
6.将记录的数据用平滑的曲线连接起来,并利用合适的计算机辅助工具(如MATLAB)拟合出一个对应的空气流量与电压对应公式。
项目2.改变进气温度,标定流量-电压曲线
1.改变进气温度,重复项目1的标定过程,得出相应的空气流量-电压替代曲线,对比该曲线与项目1的曲线,分析出现该结果的原因?
三、主要仪器设备
热式空气流量计(带直流真空排风扇)、开关电源、频率发生器、万用表、石英加热器等
四、实验步骤和操作方法
1.将直流风扇的“+”、“-”极分别接到频率发生器输出的“+”、“-”极,按要求设置频率发生器为产生方波;(具体设置要求,等拿到设备之后做一遍实验再写);
2.空气流量传感器的1脚空,2脚、4脚、3脚分别接开关电源的12V、5V、公共接地端,5脚接万用表红表笔,万用表黑表笔接地;
3.改变频率发生器的频率大小,从而改变吸入空气流量计的空气流量。
试探出空气流量计传感器电压输出端的电压输出范围,记录数据;
4.然后从步骤3中测量出的最小频率值开始,逐渐增大频率发生器输出频率,合理采样,记录不同频率对应的输出电压值,并绘出电压-频率曲线。
5.用万用表温度档测量出风口处的温度。
然后将石英加热器置于空气流量计入风口处,点亮石英加热器,待温度稳定后,记录此时出风口处的温度;
6.重复项目1步骤4的过程;
7.对比项目1与项目2得出曲线。
五、实验数据记录和处理
1.最大、最小电压输出值:
电压数值(V)
对应发生器频率(HZ)
最大电压值
最小电压值
2.记录常温时出风口处温度,并合理采样,记录输出电压与频率发生器输出频率,并绘制曲线;
3.加石英加热器之后,记录此时出风口温度,并合理采样,记录输出电压与频率发生器输出频率,并绘制曲线;
4.对比两者数据及曲线,思考为什么用惠斯通电桥?
测温度一个Rh就够了,为什么还要加一个RK?
思考Rk是什么材质的,为什么?
(请自己附纸作答)
六、讨论、建议、质疑
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