汽车检测与故障诊断实验指导书1

《汽车检测与诊断》实验指导书

编著：施卫

江苏技术师范学院

2005．8

实验一 汽车发动机性能诊断

一、实验目的

1．了解加速测功仪及异响诊断仪的结构和基本原理；

2．应用异响诊断仪判断发动机的主要异响，使用加速测功仪快速测定发动机的功率，从而学习汽车发动机的诊断方法。

二、实验内容

汽车发动机性能不良的主要表现为：不能起动、动力不足、燃料及机油消耗增加、有异常响声。噪声及废气污染等。本实验是对一台技术状况不佳时的发动机或汽车通过外观检查并借助诊断仪具，按一定的步骤和方法进行技术诊所。用加速测功仪测定发动机的额定有效功率，用异响诊断仪检查发动机曲主要异响及故障部位，从而判断发动机技术状况是否良好.

本实验分A与B两部分。 A.发动机王要异响诊断试验； B.发动机元外裁加这测功试验。

三、实验设备及仪具

1.2021型汽车一台

2.发动机无负载测功仪一台 3.发动机异响诊断仪一台 4.一般常用工具

四、实验原理

1．

无负荷测功

发动机的点火系、供给系、冷却系、润滑系工作不良或机件磨损，都会导致功率数值下降。因此，发动机功率是发动机技术状况诊断的一项综合指标。通常发动机功率的测量是在专用的功率吸收装置上进行，如水力测功机、电力测功机等。然而，在进行发动机诊断时，为了方便地获得发动机功率的数值，可采用无外载测功方法。

发动机无外载测功方法实质上是一种动态加速方法。对于汽油机而言，该方法是在发动机无外载荷、节气门全开的加速过程中，通过测量最大功率点的加速度值或一定转速范

围内的加速时间来表示发动机的功率大小；对于柴油机，其功率通常是以各单缸运转时发动机所能达到的最大转速值来表示功率的大小。

发动机无外载测功仪的基本原理是：在测量发动机功率时不加外负荷，而以发动机自身内部运动部件加速时的惯性为负荷。即在发动机节气门全开时，发动机产生的全部有效功率来克服加速时的惯性力矩，其值为

PeTene9549

(1-5a)

TeJd2dnJdtdt (1-5b)

P式中：e— 发动机功率，kW；

Te—发动机扭矩，N·m； ne—发动机转速，r/min；

J—换算到曲轴上的全部发动机运动件的转动惯量，Nms2; d/dt—曲轴的角加速度，1/s2; dn/dt—曲轴的加速度，r/s2。

T将e代入式(1-5)，得

Pe2neJdn9549dt (1-6)

对于同一型号发动机，J为一定值，令

C12J9549，则

PeC1nedndt (1-7)

n式(1-8)表明，要测量某一转速0时发动机的功率，只要测出该转速时的瞬时加速度

dn/dt，即

PeC2dn/dtn0 (1-8)

CC1n0。

式中：2由于动态测量是在变工况下进行的，因此，其混合气形成和发动机的热状态等条件不同于稳态下的测量值。为此，设动态下功率的下降系数为K，则

PeKC2(dn/dt)n0C3(dn/dt)n0式中：C3 = K×C2.

(1-9)

由式(1-10)可见，测量节气门全开时曲轴加速度至给定转速的瞬时加速度值，就可得到发动机的功率。瞬时加速度越高，表示法动机的功率越大。

此外，还可以测量发动机节气门全开时，一定转速范围内加速时间的长短，以此表示发动机的功率。

五、实验步骤

1.实验前准备

检查发动机的机油、水量、汽油储存量，然后起动发动机进行预热，并检查发动机有无漏水、漏油、漏电、漏气，各种仪表是否正常工作。 2.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。本实验采用异响诊断仪，其框图如图3—1所示。

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3—2。实验者根据指导老师提供的CA1091发动机主要故障异响曲诊断规范表手持拾振传感器，按下所需的选濒放大器通道，对发动机逐个部位诊断其故障声响。

3. 发动机动力性诊断试验

发动机的功率是表征发动机技术状况，评价保修质量的一顷综合性技术状况。在使用条件下。快速测量发动机的功率是汽车发动机评价诊断的一项新技术。本实验采用无外载加速测功仪，快速测定发动机的有效功率。其基本原理是：发动机无外载加速过程中，在油门全开状况下，一定转运区间n1-n2内发动机发出的平均有效功率Nemax与通过该转速区间的加速时间ΔT成双曲线函数关系。

发动机主要故障异响的诊断规范表

诊断项目 发动机转温度 速 r/min ℃ 气门脚声响 450 >60 顶部 部位 频率 标准 mV 测试 Hz 2800 <1.5 数据 活塞销响声 活塞敲缸声响 连杆轴承敲击响声 主轴承敲击声 450 450 120O 450 >80 气缸盖 2100 <2 <2.5 ＜3 >60 气缸体右上方 2100 >60 气缸中部 400 >60 油底壳分离处 400 ＜0.75～1 Nem式中：K，为测功常数。

KT

由试验与理论推导发动机的平均有效功与最大有效功率存在一定的比例关系。即

Nemax式中：K为测功系数。

KT

对一种发动机，一定的加速范围和加速方法下为一常数。 仪器逻辑简图图3—3。

快速测功试验程序 (1) 仪器自校

仪器预热半小时左右，把仪器面板上右侧中间的拨子开关置于计数器检查位置，功率表下方的计数指示灯每1.63秒闪一次，则表示计数器工作正常；然后拨子功校位置，微调仪表板上的功校电位计，使功率表指针于满刻度。缸数拨子开关于6缸位置，相邻拔子开关放在计数器检查位置，另一拨子开关置于领权档，调整频校电位计使转速指针指示在6缸刻度线上。然后把中间拨子开关放在测功位宣，右侧的拨子开关置于模拟挡，缓旋转模拟频率电位计，转速表指针偏转到相应6缸发动机开始，计时转速n1时，微调n1电位计。使n1指示灯亮；继续旋转模拟频率电位计，当转速较指针偏转到停止计n2时。微调n2电位计使门

控指示灯n2亮。功率显示一随机数，按下复零按钮、功率表回零。至此仪器调整完毕。 (2) 变速箱置经档，把仪器传感器的两个接线卡分别接到发动机配电盘初点火线圈的低压接柱上，发动机怠速运转预热，使水温达70℃～80℃左右。

(3) 用脚猛踩油门到底，发动机转速突然上升。当功率显示读数时，立刻松开油门并记

下读数。按复零按钮，指针回零，以上操作重复三至五次，取其平均值为最终测量结果。

2021S汽车发动机。加速时间0.63s～0.73s动力性为良好；0.73s～0.9s，动力性为—般；0.9s以上动力性为较差。

实验二 汽车燃料经济性实验

一、实验目的

1． 在道路条件下测定汽车等速行驶的燃料经济特性 2． 使学生了解燃油消耗测试方法及仪器的使用

二、实验所用仪器和设备

1. 燃油流量计； 2. 皮卷尺； 3. 秒表；

4. 综合气象观测仪； 5. 标杆。

三、实验原理

1．测量原理

汽车在进行路试时，一般以等速行驶燃料消耗量试验来检测汽车燃油消耗量，汽车在常用档位（直接档），从车速20km/h（当最低稳定车速高于20km/h时，从30km/h开始）开始，以间隔10km/h的整数倍的预选车速，通过500m的测量路段，测定燃油消耗量∆（ml）和通过时间t（s），每种车速试验往返各进行两次，直到该档最高车速的90%以上（至少不少于5种预选车速）。两次试验时间间隔（包括达到预定车速所需要的助跑时间）应尽量缩短，以保持稳定的热状态。

各平均实测车速v及相应的等速油耗量的平均Q0为：

上式中t，∆是预选车速下的平均值。算出Q0后正为标准状态下的Q0。标准状态指：大气温度20ºC；大气压力

100kpa；汽油密度0.742g/ml；柴油密度0.830 g/ml。修正公式为：

式中：

—修正后的燃油消耗量；（L/100km）

C1—环境温度校正系数；

C2—大气压力校正系数； T—试验时的环境温度，ºC； P—试验时的大气压力，kpa； ρ—试验时的燃油密度，g/ml。

各种车速下油耗测试值对其平均值的相对误差不应超过±2.5%。 6. 绘制等速燃料消耗量特性曲线

以车速为横轴，燃油消耗量为纵轴，绘制等速燃料消耗散点图，根据散点图绘制等速燃料消耗量的特性图即Qc—v曲线，如图1-1所示为某些车型Q—V曲线。绘制时应使曲线与各散点的燃油消耗量差值的平均和为最小。

图1-1 某些车型的等速百公里油耗特性曲线

2．常见油耗传感器的结构原理

1. 容积式油耗传感器的结构原理

容积式油耗传感器有容量式和定容式两种。容量式油耗传感器通过累计发动机工作中所消耗的燃料总容量，用时间和里程来计算油耗量。它可以连续测量，其结构有行星活塞式、往复活塞式、膜片式、油泡式等，现以行星活塞式油耗传感器为例予以说明：

其流量检测装置是由流量变换机构及信号转换机构组成。流量变换机构是将一定容积的燃油流量变为曲轴的旋转运动，它是由十字型配置的四个活塞和旋转曲柄构成，其工作原理如图1-2所示。

图1－2 行星活塞式油耗传感器原理图

燃油在油泵压力下推动活塞运动，活塞运动推动曲柄旋转，曲柄旋转一周既四个活塞各往复运动一次，完成一个排油循环。活塞在油缸中处于进油行程还是排油行程，取决于活塞相对于进排油口的位置。图1-2(a)表示活塞1处于进油行程，从其曲轴箱来的燃油通过P3推动活塞1下行，并使曲柄做顺时针旋转，此时活塞2处于排油行程终了，活塞3处于排油行程中，燃油从活塞3上部通过P1从排油口E1排出，活塞4处于进油终了。

当活塞和曲柄位置如图1-2（b）所示时，活塞1进油终了，活塞2处于进油行程，通道P4导通，活塞3排油终了，活塞4处于排油行程，燃油从P2经排油口E2排出。同理，可描述位置图1-2（c）、（d）各活塞的进排油口状态。如此往复在燃油泵泵油压力的作用下，就可完成定容量、连续泵油的作用。曲柄旋转一周，各缸分别排油一次，其排油量可用下式确定：

式中：V—四缸排油量（cm3）； 4—代表四个油缸；

πd2/4—代表某一活塞截面积（cm2） 2h—2倍的曲轴偏心距（cm）。

信号转换机构如图1-3所示，装在曲柄的上端，由主动磁铁、从动磁铁、转轴、光栅板、发光二极管、光敏管、电缆插座及壳体等组成。主动磁铁装在主轴上，从动磁铁装在转轴上，转轴通过轴承支承在壳体内，转轴的上端固定有转动光栅板，在固定光栅上、下方有发光二极管和光敏管。当曲轴转动时，由于一对永久磁铁的吸引作用，转轴及其上的转动光栅也随之转动，通过发光管和光敏管的光电作用，把曲轴的转动变成光电脉冲信号送入计量显示仪，经过内部运算处理后，即可显示出流经的燃油量。

图1－3 FP系列四活塞容积式油耗议传感器

1- 信号端子 2-转动光栅 3-转动/脉冲转换部 4-流量/转速转换部

5-活塞 6-磁性联轴节 7-固定光栅 8-光敏管LED(对置)

2.质量式油耗传感器

质量式油耗传感器由称量装置、记数装置和控制装置组成。如图1-4所示。

图1－4 质量式油耗议

1- 油杯 2-出 3-电磁阀 4-加 5、10-光电二极管 6、7-限位开关

8-限位器 9-光源 11-鼓轮机构 12-鼓轮 13-计数器

在测量消耗一定质量的燃油所需的时间后，按下式算出单位时间内发动机的燃油消耗量。

G=3.6 /t

式中：

—燃油质量，g；

t—测量时间，s；

G—燃油消耗量，kg/h；

称量装置通常利用台秤改制，量程为10kg，称量误差为±0.1%。应该指出的是质量式油耗仪有一个系统误差，即测量时油杯油面发生变化。

伸入油杯中的浮力的反作用力也变化，造成称时的系统误差。此项系统误差必须根据汽车油耗量及油杯液面高度变化进行修正。此外在用（1/100km）油耗量单位时，在换算中必须考虑燃油密度与温度之间的关系。

四、实验方法和步骤

本实验是测定在某一道路条件下，汽车单位行程的燃料消耗随速度而变化的关系曲线。 选定500m作为测量路段，两端应有足够的助跑路段。并可迅速方便地使汽车调头。 实验时，汽车变速器挂上直接挡以稍高于最低稳定车速的速度，北京吉普2021S型汽车用1km/h的速度驶向测量路段起点前20~30m接通流量计，在测量路段起点和终点开启和关闭燃油流量计，同时测定汽车通过测量路段的时间。同一速度往返各进行一次实验，并取测量结果的平均值，在可能达到的速度范围内，选取的速度点不少于6个，从低速开始每次提高行驶速度5~10km/h重复上述实验。

在整个实验过程中，发动机出水温度应保持在80℃~85℃范围内。汽车的行驶速度在距测量路段100m以外即应达到规定值并保持稳定。

在实验现场按每次试验的燃油流量计读数和通过测量路段的时间，绘制监督曲线(每测完一点，记录一点)，根据监督曲线，重新测定异常的点。

五、实验结果的处理

燃料消耗量的计算式为

QK100gL,L/100km

式中：G—在测量路段内的燃料消耗量，mL；

L—测量路段长度，m； K—流量计校正系数。

计算速度计算式为

ua式中： L—测量路段长度，m；

t—汽车通过测量路段时间，s。

3.6Lt

根据测量结果绘出汽车等速行驶燃料经济特性曲线。

燃料消耗量测量记录表

序行驶速度表指示数冷却水温燃料消耗时间测量路段号 时间 (km/h时) 度(℃) 量g(mL) t(s) 长度(m) 实际车速燃料消耗量备注 V(km/h) Q(L/100km)

实验三 点火波形分析

一、实验目的

1. 学习汽车发动机、点火系的诊断方法。

2. 通过诊断仪具及一定程序检验发动机点火系统的技术状况及性能，寻找其故障。 3. 了解诊断仪器的构造与基本工作原理。

二、实验内容

点火系对发动机的技术状况影响极大，而且在使用较多〔故障率发动机故障的25.9%左右，寻找与排除故障花费的时间很多〕。由于汽车技术的不断发展，汽车故障的检测技术也在不断更新。所以，近几年采用示波器来检查汽车发动机点火系的技术状况，能较快地寻找和排除故障。

三.实验设备及其仪器的构造与基本工作原理

1. 实验设备

发动机台架及CA 1091型发动机各一台； QFC－2型或K100发动机综合参数测试仪一台。 2. 仪器的基本结构与工作原理

本实验采用的仪器是国产QFC－2型综合参数测试仪。本仪器主要由专用示波器、转速、闭合角、提前角、选缸短路。加速时间加直流电压测量以及整机电源等部分组成。此外，为了使于维修，机内装有模拟电路.仪器有上机箱与下机座两大部分，全部电子电路都装在上机箱内。整机共分三个分机，三块功能板，分机之间用接插件连接。控制与检测部分都装在面板上，220V电源与正时灯插座装在上机箱后部一侧。见面板布置图4—1。本仪器工作原理见方框原理图4—2。

四、实验步骤

试验前首先做好准备工作；检查电源与仪器外部分.并检查发动机的水、油等.再把仪器接通电源予热一定时间，然后接通模拟电路，检查仪器电源电流＜3A和电压＋12V、－12V，观察指示是否正常。最后按图4－3接好连接线。

(一)电压检测 1.测蓄电池电压

将垂直选择0，转到“自金信号”，“V—A测量选择”，转到“蓄电池电压”位置，“发动机缸数”开关转到要测发动机缸数位置，白盒输入线“红”鱼夹接在蓄电池正极线上，“黑”鱼夹搭铁，V—A表指示即为蓄电池电压，一殷应＞12V (如果表针反转，说明搭铁极性不对。按下“正搭铁”键即可)。

2.测起动电压

点火开关闭合，起动马达，V—A表头指示值即为起动电压值，应＞9，否则说明蓄电池电压不足。

3.白金压降

将“白金信号”输入线“红”夹接至白金至打开点火开关，按下“白金压降”键，相应指示灯亮，表头上即可指示出压降值，一般应为0.1V、0.3V，大于O.3V则表示白金已烧或有油污，待波形观测时进一步判断。

(二)初级电压放形检查

只把“V—A测量选择”开关转到＋18V位置，其他不动，接线也不动。按下“选缸测量”O按键，按下“闭合角”键，显象管上就呈现出曲线波形，但是在实验中使发动机保持1200r/min，并调整“亮度与水平同步”旋钮，使曲线明显而稳定。再调整“水平位置与水平幅度”使曲线的起始、终止端必须与显象管屏界重合，触点闭合直线与屏幕基线重合。就能观察触点闭合波形，并能在表上直读4缸与6缸发动机的闭合角。2缸与8缸发动机的闭合角的计算式为

2缸闭合角＝2×4缸闭合角 缸闭合角＝1/2×4缸闭合角

并观察波形上是否有短线或有小波峰等现象。然后，将转速提高到2400转/分，闭合角不应超过3度。按下“多线”键，白金并列波形即展现出采，测出每缸的闭合角。从中得得出重叠角如图4—4—1为标通电压波形，图4—4－2为并列标准波形。

通过对曲线田形的观察与分析，可检查：

(1) 电容器是否断路、漏电。接线电阻是否异常，见图4—5a。 (2) 点火线圈有否损坏、短路。见图4—5b。

(3) 触点闭合用大小及均匀度。触点间隙是否过大或过小，触点是否烧蚀；断电臂弹簧是否减弱，见图4—5C。

(4) 以每缸闭合角的变化值－重叠角，可检查触点底板松劲与否。配电盘套或轴磨损松旷及凸轮磨损情况，见图4—4－2。

初级电压被形多半是用来诊断电容器、初级电压、闭合角、触点状况的。为此，同时也比较各缸的波形，或者测量闭合重叠角度。

触点闭合角数据（单位：度）

4缸 41～45

(三)次级电压波形检查与电压测定

1. 次级电压波形

把“垂直选择”开关旋转到“点火高压”挡，和白金波形的观测基本相同。

通过高压重叠波形、并列波形、选缸波形、平列波形的观察，可判断点火次级回路中的故障。

(1) 检查点火线圈内部是否有短路。

(2) 各高压线是否损坏漏电，接触与绝缘是否良好。

(3) 火花塞间隙大小、火花塞有否损坏、脏污、漏电、观察图4—6。

6缸 38～42 8缸 29～32 重叠度 ≤4

但是，这几种波形所反映的点火故障与白金波形基本相似，因此，在实验中就不特殊观测。

2. 次级电压测定

为了判断火花塞，分电器及点火线因高压的绝线性能警，需要测定点火两压波峰来分析其故障。

测定方法是：将“垂直幅度”电位器旋至最小，按下“短路”键，就由屏幕上KV刻度可测出每一缸的点火高压值，一般应在5KV～10KV之间，各缸跳火电压最大相差不应超过2KV，各缸高压按点火顺序从左至右排列，但第一位在最右边，见图4—7。

通过观测波形分析，具体故障判断如下。

(1) 若各缸点火同压都超过10KV成都低于5KV，可能是： ① 混合气过稀或过浓。

② 分电器中心高压线插的太松，使点火高压过高，超过101kV。 ③ 分火头与分火器触点间隙过大或过小。 ④ 各缸火花塞间隙过大成过小。

(2) 该缸点火电压过高或过低，可能是： ① 该缸高压线插得太松，使点火高压过高。

② 分火头偏心，造成和该缸对应的分火盖触点间隙过大成过小。 ③ 该缸火花塞间隙过大成过小，或有附加电阻等。

(3) 将转速提高到2400转/分，各缸点火电压虽有所降低，但不能低于5KV，否则说明点火系高速性能不好，应检查闭合角是否正常。

突然加速时的点火电压：加速时点火电压容增高，最高电压不能高出正常电压的2/3.当转速提高稳定后，波形仍回到原状态，此试验主要检查火花塞间隙和绝缘状况。

(4) 将某缸火花塞对地短路，该缸跳火电压应公于6KV，否则说明打火头和分火盖触点间隙过大或过小，也可能是高压线接不良。

(5) 将某缸火花塞的高压线取下，该缸开路实验，电压应达到20KV以上，各缸相差不超过4KV，否则检查点火线阂和电容器是否正常，如图4—8。

注意：如测量第一缸开路电压时，必须将高压探头移至另一缸。 以上检查项目很多是与白金波形检查最重复的，这是为验证或仔细检查。

(四) 在对发动机动力性检验后，应对各缸工作状况进行检验。一个工作良好的发动机，每个气缸应该作同样的功，每缸的转速损失应该明显而且相等。不让一个气缸工作，发动机总转速会下降，从转速损失大小，使可知道该缸的动力性及有关系统的性能如何。

检测方法：

使发动机转速稳定在1200转/分，并调出白金平列波形。依次按下“选缸测量”键，按点火顺停5、3、6、2、4短路，从转速表上记下相对应的转速下降值。如测第一缸时，将高压探头移至其他缸上，比较各位转速下降值，最小与最大值之差不能超过最大值的25％，否则检查火花塞。分电器及气缸压缩压力是否正常(说明某缸不工作成工作不好)。

(五)点火正时和缺火提前角检验

它是检查点火系的重要项目。QFG－2型仪器中的正时电路闪光灯脉冲电路和闪光灯与表头构成点火正时和提放测量电路。其测量原理是，从第一缸次级电路来的触发信号通过正时单稳产生一个闪光脉冲信号，直接触发闪光灯。当发动机在怠速时，闪光灯照亮发动机上死点位置与飞轮上或皮带轮上的“活动记号”正对着一起，说明点火正时，如果飞轮或皮带轮上的“活动记号”在上死点之前，说明点火提前，否则是点火迟后。见图4—9。 为了测量提前角度，需要改变正时单稳内的延时电路充放电参数的电位计数值，使触发闪光灯输出一个t信号。与正时单稳电路相连物测量仪表指示出相应时间间隔的发动机曲轴转角，随着电位。计阻值加大，闪光灯照射下的“活动记号”慢慢向固定记号靠拢。

当记号重合时，测量录上即指示提前角的数值。 测量方法

(1) 点火正时

按下“提前角”，相应指示灯亮，发动机在怠速运转时，用正时闪光灯观察一缸上止点标记，调正时灯上的多圈电位器，使飞轮或皮带轮上的“活动记号”与发动机外壳上的死点标记对齐，并记下表上的指示值1，就是点义正时角。

(2) 检查离心与真空提前角

首先把发动机转速提高到1200r/min或2400r/min调正时闪光灯，使活动记号与死点记号对

－2是总的点火提前角，再将真空管拆下，把管口封齐，从表上指示出一个值2，1闭再将发动机提高是1200r/min或2400r/min，调正闪光灯，使飞轮上曲“活动记号”与飞

－2，而真空提预角

轮死上的固定记号对齐，在表上又得一个值2。使离心提前角1－2。 ＝14缸与8缸发动机点火提前角从表上可直读。 2缸提前角＝2×4缸提取角

8缸提商角‘古×4缸提前角

本仪器还可测量加速时间，但是由于实验三已详细介绍了加速时间测量方法与目的，所以，这项实验不加介绍。

在实验前或实验过程中应注意事项

(1) 测量前必须用模拟信号调试仪器是否有异常。

(2) 在实验过程中示波线不宜过亮，以免缩短显象管的使用寿命。

(3) 测试完要及时关闭仪器，尤其是点火提前闪光灯用完马上关闭，以延长使用寿命。

实验四 四轮定位检测与车轮平衡

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6－1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P－N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6－2 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6－2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6－3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

图6-3 车轮前束角的测量原理

1～4-光线接收器 5-前轮 6-后轮 7-汽车纵向轴线 －推力角

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6－4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（如图6-5所示）。

角，这

时就会发现扳手接杆绕水平面分别向上、向下偏转了

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

，这时又会发现接杆分别沿逆时针、顺时针方向转动了

柄轴线分别向左、向右各转角 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、A’B’、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°，2sin＝0.68404，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

角（主销内倾角）形成的，OE是车轮

20°

相交的平面，该平面是HIJK平面以ST为轴转动 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

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 常规定

为一特定角度时，主销内倾角

＝0.68404，故有：

与测量角

存在唯一确定关系。通

转角为20°，2sin

（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度值；

、

、

为车轮向右转动20°时，传感器所测得的实际角

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2—1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2—3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，使上下两接触器顶住轮辋或轮胎腹部，此时任外倾刻度标尺上水准器指示出车轮外倾值，见图2—4。

C. 主销后倾角的测量

汽车直线行驶时，只具有主销后倾角的车轮轴线平行于水平线，见图2－5(a)。当车轮向转过20度，车轴线向下倾斜入角，见图2—5(b)。若车过直行位置再向内转过20度时，车轮轴钱向上翘起λ角，见图2—5(C)。可见车轮在转过40度的同时，车轮釉线也变化了2λ角，该角称为主销后倾角的测量角，记为Σλ测量角与主销后倾角γ满足下式：

＝

2sin20

为测量者方使，仪器制造厂按上式对主销后倾角刻度盘进行刻度，测量者可直接读出实际的主销后倾角。

测试步骤如下：

(1) 拔下转盘锁销，车轮向外转过20º(由转盘读出)，推动手柄前，使导杆上的接触器与轮胎腹部靠紧，调整后倾角标尺为零位。

(2) 退回手柄，使车轮径直行位置再问内转20º，（共转过40º)。再次推进手柄，使两接触器靠紧轮胎腹。

(3) 从后倾角刻度盘上读取后倾角，记入实验报告。 d. 主销内倾角测量

图2—6(a)为主销只有内倾角。车轮直行时，测量导杆处于水平位置，假设此时测量导渠刚性地固定在转向节轴上。当车轮向外转20度，导杆顺时针方向转了ω角，见图2—6(b)所示。若车轮向内转过20度，时，导杆逆时针转ω角.如图2—6(c)所示。在车轮由外所内转过40度的同时，导杆共转过2ω角，该角称为内倾角的测量角，记为Σω，内倾角6V测量角)与内倾角β的关系为

＝2sin20

与后倾角刻度盘刻度向理，刻出内倾刻度盘。

测试步骤

(1) 前轮定位位仪导扦处于水平位置，车轮向外转20º，用粉笔涂抹在导杆上的触针尖部，轻轻推进手柄。让触针在胎腹上留下记号，并调内倾角刻度为零。

(2) 退回手柄，车轮由中间位置向内转20º，再次推进手柄，使触针尖对准胎腹上留下的记号。从内倾角刻度盘上读取内倾角度值，记入报告。 B. 汽车车轮平衡 1.实验目的：

汽车车轮不平衡常引逐转向轮的摆扳，为提高汽车的行驶性能和保证安全行车，必须检验车轮的动平衡情况。本实验目的是学习在车轮平衡机上进行车轮平衡的检验方法，了解平衡机的基本原理。

2. 实验内容简述

本实验用机械式采轮平衡机对车轮进行静平衡和动平衡，以消除披检篡轮的静、动不平衡质量。

3. 实验用仪器设备

车轮平衡机(图2-7示出结构原则图)

夹具和重块 记录纸和测量标尺 其它专用工具

4. 实验方法和步骤

1) 车轮静不平衡的测量：将待平衡车轮装在专用卡盘上，再一起装在平衡主轴上，平衡机指针对准轮辋边缘见图2—7(a)。

用手扳动车轮，使其自由转动。车轮若存在不平衡质量，则在车轮停止转动时，不平衡质量应处于车轮的下方。

把车轮顺时针方向转动90度见图2—7(c)，这时,车轮的不平衡质量上升到与主轴成水平的位置；对应于这上升的不平衡质量，在主轴的另一面装置测量杆，于测量杆的称盘上加砝码，到平衡为止。这时，珐码的重量即是压轮的静不平衡重量。取一与珐码重量相等的平衡块。卡装在与不平衡质量相对应的轮辋内侧。

在主轴另一面装置测量杆，于测量杆的称盘上加珐码，到平衡为止，这时。砝码的重量即是车轮的静不平衡重量.取一与砝码重量相等的平衡块，卡装在与不平衡质量相对应的轮辋内则。

2) 车轮动不平衡的测量

本试验所用的机械式车轮平衡机的测量原理，是根据车轮旋转时由不平衡质量所造成的离心力健军轮发生摆振，通过记录机构给 成图形采测定的.具体测量步骤如下：

a. 在车轮静平衡完毕后。取下测量江扦，将记录纸装在记录盘上，开动电机(开关手相转至I的位置)。通过操纵手相使摩擦轮与车轮接触，并驱动车轮旋转，当车轮达到最大转绝后，脱开摩擦轮，让车轮自由转动。关闭电动机，放下记录笔。由于车轮不平衡质量的存在，述记录纸上绘出一足的心图形，并任偏心侧记“A”。

b.

开关手相置于II的位置，再启动电动机使其反向旋转，通过摩擦轮带动车轮反转，重复上述操作，在记录地上绘出与一偏心图形对应的另一偏心图形。完整图形如图图2—8所示。两图形交点连线指示的“A”向即是需加平衡宜块的方位，通军轮上作出相应标记。

c. 用测量标尺量出记录纸上图形最大宽度d值，在专门表格或曲线上查核需如平衡重块的重量。

d. 选择两块重量相等，每块总重为所需加的平衡重量，一块加在做出标记方位的轮辋死亡外侧，另一块加在与标记方位180度的轮辋内侧。这样即保证动平衡，又不破坏予先做好的静平衡。

c. 重新进行静平衡，最后将结束记入试验报告。

实验五 发动机排放测试

一、 实验目的

1． 掌握尾气分析仪原理与测量方法

2． 对各项成分指标有一定的分析能力和控制方法

二、 实验所用仪器和设备

五气体分析仪 发动机等

三、实验原理

1．五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。 1．1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

2．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

1．2浓度指示部分

尾气的浓度指示部分根据分析部分传来的电信号(如图3)，在CO指示表上CO浓度

-6

以容积百分数(%)为单位，在HC指示表上HC浓度以正己烷当量容积百万分数(×10或ppm)为单位直接指示出来。利用零点调整旋钮，标准气体校正调整旋钮、量程转换开关，使仪表指示零位及指示值量程得到调节。另外,由于流程系统的一端设置的流量计，因而能够了解到尾气在流经仪器测试系统过程中的异常情况。 1．3校正装置

校正装置是为了维持测定器的指示精度、保持准确的测定值而设置的。校正装置有用标准气体进行校准的校准装置和对指示值机械校正的简易校正装置两种。

（1）标准气体校正装置

标准气体校正装置是用标准气从专用注入口直接注入分析部分，通过标准气体浓度和仪表指示值的比较，进行校正。 （2）简易校正装置

简易校正装置是用遮光板来改变通过分析部分测定室侧的红外线数量，来进行指示针的简易校正。

四、测试方法步骤

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，仅供参考，而

对供给系的具体故障及废气的具体参数不能测定。

实验六 电控发动机数据流测试

一、目的与要求;

 l.正确读取及清除故障码

2.掌握几数据流诊断内容及诊断方法 3.学会分析故障、排除故障

二、仪器设备;

VAG1552 AMS431 跨接线 万用表 示波器等

三、实习内容与步骤

1、 用1552连接诊断座，启动发动机。

2、 输入01后再输入08 ，提示输入显示组代码XXX。（根据手册读取内容）添入下

表。 转速R/MIN 800 1200 1600 2000 空气流量 节气门开度 点火提前角 水温 喷油脉宽 负荷 3、 通过设置故障后再次读取数据 转速R/MIN 800 1200 1600 2000 空气流量 节气门开度 点火提前角 水温 喷油脉宽 负荷 发动机运行状况__________________________________________________。 分析故障原因_________________________________________________.

4、 反复循环多次不同故障并能分析。 转速R/MIN 800 1200 1600 2000 转速R/MIN 800 1200 1600 2000 转速R/MIN 800 1200 1600 2000 转速R/MIN 800 1200 1600 2000 空气流量 节气门开度 点火提前角 水温 喷油脉宽 负荷 空气流量 节气门开度 点火提前角 水温 喷油脉宽 负荷 空气流量 节气门开度 点火提前角 水温 喷油脉宽 负荷 空气流量 节气门开度 点火提前角 水温 喷油脉宽 负荷