桑塔納2000點(diǎn)火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與檢修設(shè)計(jì)【MOTRONIC電子控制燃油噴射點(diǎn)火系統(tǒng)】,MOTRONIC電子控制燃油噴射點(diǎn)火系統(tǒng),桑塔納2000點(diǎn)火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與檢修設(shè)計(jì)【MOTRONIC電子控制燃油噴射點(diǎn)火系統(tǒng)】,桑塔納,點(diǎn)火,系統(tǒng),結(jié)構(gòu),檢修,檢驗(yàn),設(shè)計(jì),motronic,電子,控制,節(jié)制 0 目錄 第一章 引言 -3 1.1 本課題的意義 -3 1.2 點(diǎn)火系統(tǒng)的發(fā)展 -5 第二章 點(diǎn)火系統(tǒng)簡(jiǎn)介 -6 2.1 汽車點(diǎn)火系統(tǒng)類型 -6 2.1.1 磁感應(yīng)式點(diǎn)火系統(tǒng) -6 2.1.2 霍爾效應(yīng)式電子火系 -9 2.2 點(diǎn)火系統(tǒng)工作原理 -11 第三章 桑塔納 2000 點(diǎn)火系統(tǒng) -13 3.1 桑塔納 2000 簡(jiǎn)介 -13 3.2 桑塔納 2000 點(diǎn)火系統(tǒng)結(jié)構(gòu) -14 3.3 桑塔納轎車點(diǎn)火系統(tǒng)檢修 -15 第四章 桑塔納 2000 點(diǎn)火系統(tǒng)檢修 -18 4.1 進(jìn)氣壓力傳感器 MAP 的檢修 -19 4.2 霍爾傳感器 TDCS 的檢修 -19 4.3 曲軸位置傳感路 CPS 的檢修 -20 4.4 節(jié)氣門位置傳感器 TPS 的檢修 -20 4.5 冷卻液溫度傳感器 CTS 的檢修 -21 致 謝 -23 參 考 資 料 -24 附錄 I 外文文獻(xiàn)翻譯 -25 附錄 II 外文文獻(xiàn)原文 -33 1 摘要：上海桑塔納2000型轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)采用了MOTRONIC電子控制燃油噴射點(diǎn)火系 統(tǒng)，不僅能明顯改善動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排氣污染，兩且具有故障的自我診斷功 能。該系統(tǒng)能識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中各部件的故障并編碼儲(chǔ)存以供查詢，同時(shí)自動(dòng) 進(jìn)行故障應(yīng)急處理，從而大大提高了汽車的安全性和可維護(hù)性。 關(guān)鍵詞：桑塔納2000，燃油噴射，點(diǎn)火系統(tǒng) ABSTRACT：The MOTRONIC electronic control filel injection and spark system has been adopted in the SANTANA 2000This system not only earl improve engineper form- ance、rueI economy and exhaust emission but also 2 has me function of self-diagnosisThe self-diagnos is system has the ability to detect the electrical faults and store them as fault codes to be interrogated Key Words： SANTANA 2000，F(xiàn)uel Injection，Spark System 第一章 引言 3 1.1 本課題的意義 隨著人們對(duì)汽車使用的要求不斷提高和計(jì)算機(jī)技術(shù)及控制理論的發(fā)展,汽車電 子化程度越來(lái)越高。汽車電子化的發(fā)展過(guò)程基本上可以分為三個(gè)階段:第一階段,從 20 世紀(jì)60 年代中期到70 年代末期,在汽車產(chǎn)品中采用電子裝置,以改善部分機(jī)械 部件的性能;第二階段,從20 世紀(jì)70 年代末期到90 年代中期,在汽車設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中 形成“機(jī)電一體化”的思想與技術(shù);第三階段,從20 世紀(jì)90 年代中期至今,重點(diǎn)開 始廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù),使汽車更加自動(dòng)化、智能化。作為汽車電子控 制系統(tǒng)的一部分,點(diǎn)火控制系統(tǒng)也經(jīng)歷了磁電機(jī)點(diǎn)火系傳統(tǒng)觸點(diǎn)點(diǎn)火系晶體管 輔助點(diǎn)火系普通電子式點(diǎn)火系微機(jī)控制式點(diǎn)火系的發(fā)展過(guò)程。 點(diǎn)火系統(tǒng)是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)重要的組成部分,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有著決定性的影響。 電子點(diǎn)火系統(tǒng)取消了機(jī)械式斷電器及觸點(diǎn),從而避免了凸輪、觸點(diǎn)等機(jī)械磨損所造 成的點(diǎn)火正時(shí)變化、觸點(diǎn)燒蝕等缺陷。但是電子點(diǎn)火系統(tǒng)仍沒(méi)有擺脫真空式和離心 式點(diǎn)火提前角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),不能對(duì)點(diǎn)火正時(shí)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。點(diǎn)火時(shí)刻的精確控制對(duì)發(fā) 動(dòng)機(jī)性能有很大影響,顯然對(duì)點(diǎn)火實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制的微機(jī)控制是今后電子點(diǎn)火系統(tǒng)的 發(fā)展趨勢(shì)。 在此基礎(chǔ)上,綜述了現(xiàn)代電子點(diǎn)火系統(tǒng),尤其是點(diǎn)火能量及點(diǎn)火控制系統(tǒng)研究的 現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)向高轉(zhuǎn)速、稀混合氣方向發(fā)展,普通電子點(diǎn)火系統(tǒng)已 不能滿足要求,高能微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)將成為今后點(diǎn)火系統(tǒng)的發(fā)展方向。 桑塔納 1985 年 12 月以前的采用有觸點(diǎn)的傳統(tǒng)式點(diǎn)火系統(tǒng).自 1985 年 12 月 以后,采用了以霍爾元件為傳感器的無(wú)觸 點(diǎn)晶體管點(diǎn)火系統(tǒng) .它取消了傳統(tǒng)式靠分 電器凸輪來(lái)使斷電器觸點(diǎn)閉合與分離的做法,代之以觸發(fā)器轉(zhuǎn)子 ,堆爾傳感器和晶體 點(diǎn)火控制裝 置. 點(diǎn)火系統(tǒng)主要常見(jiàn)故障表現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)不能起動(dòng).其現(xiàn)象是將點(diǎn)火開關(guān)擰到起動(dòng)位 置,起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),而發(fā)動(dòng)機(jī)不能起動(dòng). 故障原因: 1.導(dǎo)線連接松動(dòng),接觸不良; 2.點(diǎn)火線圈繞組斷路或搭鐵; 3.點(diǎn)火控制器故障; 4.霍爾傳感器損壞; 4 5.分電器蓋,分火間破裂漏電; 6.火花塞間隙增大,燒蝕嚴(yán)重,積油積碳過(guò)多; 7.高壓導(dǎo)線電阻過(guò)大. 點(diǎn)火的故障診斷與排除方法如下.如果起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),表明蓄電池,起動(dòng)機(jī)技術(shù)善良 好,發(fā)動(dòng)機(jī)不能 起動(dòng)的原因在于點(diǎn)火系或供油系.閥門 進(jìn)口泵 1.目視檢查導(dǎo)線或線束插接器是否松脫.如導(dǎo)線松動(dòng),應(yīng)擰緊或?qū)⒉褰悠鞑謇?使 導(dǎo)線接觸良好.如導(dǎo)線未不松脫,應(yīng)檢查點(diǎn)火線圈產(chǎn)生火花的能力. 2.從分電器蓋上拆下中央高壓線,用絕緣鉗夾住高壓線,使其端部離發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)休 67 毫米.起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),如高壓線端部出現(xiàn)藍(lán)色火花,則表示低壓電路良好,故障在 高壓電路,應(yīng)檢查分電器該及分火頭,高壓導(dǎo)線和火花塞.如高壓線端無(wú)火花,則表示 低壓電路有故障,應(yīng)檢查點(diǎn)火線圈,晶體管控制器和霍爾傳感器. 桑塔納 2000 型轎車采用的是帶分電器式的電子點(diǎn)火系統(tǒng)，其突出特點(diǎn)是將點(diǎn) 火系統(tǒng)與燃油噴射系統(tǒng)復(fù)合在一起，由一個(gè)電控單元(ECU)來(lái)控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單工作 可靠。同時(shí)，也存在點(diǎn)火控制器故障、霍爾傳感器損壞分電器蓋、分火間破裂漏電、 火花塞間隙增大，燒蝕嚴(yán)重，積油積碳過(guò)多等問(wèn)題，存在一定的改進(jìn)空間。學(xué)?？?慮到機(jī)械類本科畢業(yè)生完全有能力對(duì)汽車點(diǎn)火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，故提出 了本課題的研究。 本課題的研究著重于使機(jī)械類本科畢業(yè)生以四年來(lái)所學(xué)的專業(yè)理論知識(shí)，結(jié)合 一些課外參考文獻(xiàn)，獨(dú)立設(shè)計(jì)適用于桑塔納 2000 型轎車的點(diǎn)火系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú) 立思考、解決問(wèn)題的能力和思維創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力，使其理論結(jié)合實(shí)際，學(xué)以致 用，為以后走上工作崗位打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 1.2 點(diǎn)火系統(tǒng)的發(fā)展 1.2.1 桑塔納 2000 型轎車點(diǎn)火系統(tǒng) 桑塔納 2000 型轎車采用的是帶分電器式的電子點(diǎn)火系統(tǒng)，主要由點(diǎn)火線圈、 分電器、火花塞。帶抗干擾元件的鏈接插座，爆燃傳感器，點(diǎn)火導(dǎo)線等組成，結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，工作可靠，使用和維修比較方便。 1.2.2 桑塔納 2000 型轎車點(diǎn)火系統(tǒng)所要達(dá)到的效果及技術(shù)要求 點(diǎn)火系統(tǒng)的基本功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況和使用條件下，在氣缸內(nèi)適時(shí)、準(zhǔn)確、 可靠地產(chǎn)生電火花，以點(diǎn)燃可燃混合氣，使發(fā)動(dòng)機(jī)作功。 5 （1）能產(chǎn)生足以擊穿火花塞兩電極間隙的電壓 使火花塞兩電極之間的間隙擊穿并產(chǎn)生電火花所需要的電壓，稱為火花塞擊穿 電壓?；鸹ㄈ麚舸╇妷旱拇笮∨c電極之間的距離(火花塞間隙)、氣缸內(nèi)的壓力和溫 度、電極的溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況等因素有關(guān)?；鸹ㄈg隙越大，電極周圍氣體 中的電子和離子距離越大，受到電場(chǎng)力的作用越小，越不容易發(fā)生碰撞的電離，一 次要求具有較高的擊穿電壓方能點(diǎn)火；氣缸內(nèi)的壓力越大或者溫度越低，所要求的 火花塞擊穿電壓越高；電極的溫度對(duì)火花塞擊穿電壓也有影響，當(dāng)火花塞的電極溫 度超過(guò)混合氣的溫度時(shí)，擊穿電壓可降低 30%50%。試驗(yàn)表明，發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行 時(shí)，火花塞的擊穿電壓為 78kV，發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)時(shí)達(dá) 19kV。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種 不同的工況下均能可靠地點(diǎn)火，要求火花塞擊穿電壓應(yīng)在 1520kV。 （2）電火花應(yīng)具有足夠的點(diǎn)火能量 為了使混合氣可靠點(diǎn)燃，火花塞產(chǎn)生的火花應(yīng)具備一定的能量。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)， 由于混合氣壓縮時(shí)的溫度接近自燃溫度，因此所需的火花能量較小(15mJ)，傳統(tǒng) 點(diǎn)火系統(tǒng)的火花能量(1550mJ)，足以點(diǎn)燃混合氣。但在起動(dòng)、怠速以及突然加速 時(shí)需要較高的點(diǎn)火能量。為保證可靠點(diǎn)火，一般應(yīng)保證 5080mJ 的點(diǎn)火能量，起 動(dòng)時(shí)應(yīng)能產(chǎn)生大于 100mJ 的點(diǎn)火能量。 （3） 點(diǎn)火時(shí)刻應(yīng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況相適應(yīng) 首先發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)刻應(yīng)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)的要求；其次可燃混合氣在氣缸 內(nèi)從開始點(diǎn)火到完全燃燒需要一定的時(shí)間(千分之幾秒)，所以要使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生最大 的功率，就不應(yīng)在壓縮行程終了(上止點(diǎn))點(diǎn)火，而應(yīng)適當(dāng)?shù)靥崆耙粋€(gè)角度。這樣當(dāng) 活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，混合氣已經(jīng)接近充分燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)才能發(fā)出最大功率。 以上是點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求，還有一些例如工作可靠、使用壽命長(zhǎng)、 便于拆裝等要求也是應(yīng)該在設(shè)計(jì)中考慮到的。 6 第二章 點(diǎn)火系統(tǒng)簡(jiǎn)介 2.1 汽車點(diǎn)火系統(tǒng)類型 2.1.1 磁感應(yīng)式點(diǎn)火系統(tǒng) 1. 磁感應(yīng)式無(wú)觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系統(tǒng)組成 磁感應(yīng)式無(wú)觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系統(tǒng)也叫磁脈沖式無(wú)觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系統(tǒng)，它主要由磁 感應(yīng)式分電器(內(nèi)裝磁感應(yīng)點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器)、點(diǎn)火電子組件、專用點(diǎn)火線圈、火花 塞等組成。 2.磁感應(yīng)信號(hào)發(fā)生器的組成 磁感應(yīng)信號(hào)發(fā)生器用來(lái)產(chǎn)生點(diǎn)火控制信號(hào)，裝在分電器內(nèi)的底板上，如下圖 所示，它由裝在分電器軸上的信號(hào)轉(zhuǎn)子以及永久磁鐵、鐵心和繞在鐵心上的傳感線 圈等組成。信號(hào)轉(zhuǎn)子由分電器軸驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)子上的凸齒數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)相等。 圖 21 磁感應(yīng)信號(hào)發(fā)生器的組成 磁感應(yīng)點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器是利用電磁感應(yīng)原理工作的，當(dāng)通過(guò)傳感線圈的磁通發(fā) 生變化時(shí)，在傳感線圈內(nèi)便產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)，它相當(dāng)于一個(gè)極小的發(fā)電機(jī)。其永久 磁鐵的磁路是；永久磁鐵 N 極一空氣隙一信號(hào)轉(zhuǎn)子一空氣隙一鐵心(通過(guò)傳感線圈) 一永久磁鐵 S 極。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，信號(hào)轉(zhuǎn)子不動(dòng)，通過(guò)傳感線圈的磁通未發(fā)生 7 變化，傳感線圈不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，因而無(wú)信號(hào)輸出。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，信號(hào)轉(zhuǎn)子便由 分電器軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，這時(shí)信號(hào)轉(zhuǎn)子的凸齒與鐵心間的空氣隙將發(fā)生變化，使通過(guò)傳 感線圈的磁通發(fā)生變化，因此在傳感線圈中便產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 信號(hào)發(fā)生器的具體工作過(guò)程如下： 當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子的兩個(gè)凸齒中央正對(duì)鐵心的中心線時(shí)，如圖 210a 所示，磁路中 凸齒與鐵心間的空氣隙最長(zhǎng)，通過(guò)傳感線圈的磁通量最小，且磁通變化率為零。 圖 22 磁感應(yīng)信號(hào)發(fā)生器的具體工作過(guò)程 如果信號(hào)轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，信號(hào)轉(zhuǎn)子的凸齒逐漸接近鐵心，凸齒與鐵心間的空 氣隙越來(lái)越小，通過(guò)傳感線圈的磁通逐漸增大。當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子凸齒的齒角與鐵心邊線 相對(duì)時(shí)，如圖 22b 所示，通過(guò)傳感線圈的磁通急劇增加，磁通變化率最大；當(dāng)信 號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)圖 4-2后，雖然磁通仍在增加，但磁通變化率降低；當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子凸齒 的中心正對(duì)鐵心的中心線時(shí)，如圖 22c 所示，空氣隙最小，通過(guò)傳感線圈的磁通 最大，但此時(shí)磁通變化率為零。 當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，凸齒與鐵心間的空氣隙逐漸增大，通過(guò)傳感 線圈的磁通逐漸減小；當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子凸齒的齒角正對(duì)鐵心的邊緣時(shí)，如圖 22d 所示， 磁通急劇的減小，通過(guò)傳感線圈的磁通變化率為負(fù)向最大值。 由上述分析可知，信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)傳感線圈的磁通的變化情況如 圖 22a 所示，圖中 a、b、c、d 各點(diǎn)與圖 22 工作過(guò)程中的 a、b、c、d 位置相 對(duì)應(yīng)。 當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周時(shí)，通過(guò)傳感線圈的磁通出現(xiàn)六次最大值和六次最小值。 8 圖 23 傳感線圈的磁通的變化圖 由于傳感線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈磁通變化率成正比，因而當(dāng)圖 22a 中 a、c 點(diǎn)磁通變化為零時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為零。圖中 b、d 點(diǎn)磁通變化率為最大 時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也為最大，所不同的是 b 點(diǎn)的磁通為增加，d 點(diǎn)的磁通為減小， 致使兩點(diǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性相反，如圖 22b 所示，可見(jiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳 感器線圈兩端產(chǎn)生的信號(hào)是交變電動(dòng)勢(shì)。信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生六個(gè)交變信號(hào)，該 交變信號(hào)輸入到點(diǎn)火器，以控制點(diǎn)火系統(tǒng)工作。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，傳感線圈中的磁通變化率也跟著變化。轉(zhuǎn)速越高、磁通 變化率越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也越高。不同轉(zhuǎn)速時(shí)，傳感線圈內(nèi)的磁通及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的 變化情況如圖 24 所示。 圖 24 傳感線圈內(nèi)的磁通及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化情況 9 由于信號(hào)轉(zhuǎn)子的凸齒和鐵心之間的空氣間隙，直接影響到磁路的磁阻和傳感線 圈輸出信號(hào)電壓的高低，因而使用中空氣間隙的大小不能隨意變動(dòng)。如間隙變化， 應(yīng)進(jìn)行正確調(diào)整。 磁感應(yīng)信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，便于批量生產(chǎn)，耐高溫。 由于次級(jí)電壓和點(diǎn)火能量的提高，使其對(duì)火花塞積炭不敏感，且可以加大火花 塞電極間隙，點(diǎn)燃較稀的混合氣，從而有利于改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排氣 凈化性能。 可以減少觸點(diǎn)火花，避免觸點(diǎn)燒蝕，延長(zhǎng)觸點(diǎn)的使用壽命；有的還可以取消觸 點(diǎn)，因而克服了與觸點(diǎn)相關(guān)的一切缺點(diǎn)，改善了點(diǎn)火性能。 2.1.2 霍爾效應(yīng)式電子火系 以霍爾信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行觸發(fā)的點(diǎn)火系統(tǒng)，稱為霍爾式電子點(diǎn)火系統(tǒng)。 霍爾信 號(hào)發(fā)生器是應(yīng)用霍爾效應(yīng)原理制成的。 在我國(guó)生產(chǎn)的桑塔納、紅旗、捷達(dá)等轎車及一些進(jìn)口汽車上廣泛采用霍爾式 電子點(diǎn)火系統(tǒng)。它由內(nèi)裝霍爾信號(hào)發(fā)生器的分電器、點(diǎn)火器、點(diǎn)火線圈和火花塞等 組成。 1.霍爾信號(hào)發(fā)生器的工作原理和基本結(jié)構(gòu) 霍爾效應(yīng)的原理如下圖所示，當(dāng)電流通過(guò)放在磁場(chǎng)中的半導(dǎo)體基片(稱霍爾元 件)且電流方向和磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，在垂直于電流和磁通的半導(dǎo)體基片的橫向側(cè)面 上即產(chǎn)生一個(gè)電壓，這個(gè)電壓稱為霍爾電壓。 霍爾電壓的高低與通過(guò)的電流 I 和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 成正比。 霍爾信號(hào)發(fā)生器是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的，它裝在分電器內(nèi)。霍爾信號(hào)發(fā)生 器的示意圖和基本結(jié)構(gòu)如下圖所示： 10 圖 25 霍爾信號(hào)發(fā)生器的基本結(jié)構(gòu) 霍爾信號(hào)發(fā)生器是一個(gè)有源器件，它需要提供電源才能工作，霍爾信號(hào)集成 塊的電源由點(diǎn)火器提供?；魻柤呻娐份敵黾?jí)的集電極為開路輸出形式，其集電極 的負(fù)載電阻設(shè)置在點(diǎn)火器內(nèi)?；魻栃盘?hào)發(fā)生器有三根引出線且與點(diǎn)火器件相連接， 其中一根是電源輸入線，一根是霍爾信號(hào)輸出線，一根是接地線。 2.霍爾信號(hào)發(fā)生器的工作原理圖 圖 26 霍爾信號(hào)發(fā)生器的工作原理圖 3.霍爾信號(hào)發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn) 11 1)工作可靠性高，霍爾信號(hào)發(fā)生器無(wú)磨損部件，不受灰塵、油污的影響，無(wú)調(diào) 整部件，小型堅(jiān)固，壽命長(zhǎng)。 2)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能好，霍爾信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓信號(hào)與葉輪葉片的位置有關(guān)， 但與葉輪葉片的運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)。 也就是說(shuō)它與磁通變化的速率無(wú)關(guān)，它與磁感應(yīng)信號(hào)發(fā)生器不同，它不受發(fā)動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，明顯地增強(qiáng)了發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能，有利于低溫或其他惡劣條件下起 動(dòng)。 3）大大減輕了對(duì)無(wú)線電的干擾。 4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，體積小，使用和維修方便 5)可以不受觸點(diǎn)的限制，增大初級(jí)電流，提高次級(jí)電壓，改善發(fā)動(dòng)機(jī)高速時(shí)的 點(diǎn)火性能。一般傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)的低壓電流不超過(guò) 5A，而電子點(diǎn)火系統(tǒng)可提高到 78A，次級(jí)電壓可達(dá) 30kV。 2.2 點(diǎn)火系統(tǒng)工作原理 1、基本工作原理 發(fā)動(dòng)機(jī)電腦綜合各傳感器的輸入信息 ，從存貯器中選出最適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火提前角， 再根據(jù)曲軸位置傳感器判別出曲軸轉(zhuǎn)速、位置及幾缸處于壓縮上止點(diǎn) ，然后控制 大功率晶體管的導(dǎo)通和截止，即控制點(diǎn)火線圈初級(jí)電流的斷續(xù)。 2、主要裝置 (1) 霍爾分電器 霍爾分電器是一種無(wú)觸點(diǎn)分電器，安裝在分電器內(nèi)部，由霍爾觸發(fā)器片和霍爾 電壓產(chǎn)生器集成電路組成?；魻栍|發(fā)器葉片窗口與凸輪軸同速運(yùn)轉(zhuǎn)，按照霍爾原理 凸輪軸帶動(dòng)觸發(fā)器窗口運(yùn)轉(zhuǎn)，改變了霍爾元件的磁場(chǎng)，使霍爾觸發(fā)器產(chǎn)生一個(gè)微弱 電壓，即霍爾電壓。通過(guò)檢測(cè)窗口的出現(xiàn)，判斷出發(fā)動(dòng)機(jī) 1 缸的位置。發(fā)動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn) 兩周，該傳感器發(fā)出一個(gè) 11V0V 的負(fù)脈沖信號(hào)，信號(hào)的下降沿距 1 缸上止點(diǎn)前 92。 ，其上升沿距 1 缸上止點(diǎn)前 52。該信號(hào)送至 ECU，ECU 根據(jù)此信號(hào)確定噴 油器的工作順序、噴油的起始點(diǎn)和爆震控制。若無(wú)霍爾信號(hào)，則發(fā)動(dòng)機(jī)不可能起動(dòng)。 (2) 點(diǎn)火線圈 12 點(diǎn)火線圈是產(chǎn)生點(diǎn)火所需高壓電的一種變壓器。一般發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系所采用的點(diǎn) 火線圈依磁路區(qū)分，可分為開磁路式及閉磁路式兩種。 1、 開路式點(diǎn)火線圈 開磁路式點(diǎn)火線圈一般為罐狀結(jié)構(gòu)。它以數(shù)片硅鋼片疊合而成棒狀鐵芯，次級(jí) 線圈和初級(jí)線圈分別繞在鐵芯的外側(cè)。次級(jí)線圈為線徑 0。051mm 漆包線，匝數(shù) 23 萬(wàn)圈臣。初級(jí)線圈的線徑為 0。51。0mm，較次級(jí)線圈粗，且匝數(shù)僅 150300 圈而已。初級(jí)線圈繞在次級(jí)線圈的外側(cè)，故次級(jí)線圈所產(chǎn)生的磁通變化 與初級(jí)線圈完全相同。初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的繞線方向相同次極線圈的始端連接高 壓輸出接頭，其末端則連接于初級(jí)線圈的始端，并連接于外殼的+接柱，初級(jí)線 圈的末端連接于外殼的一接柱，并接于點(diǎn)火器內(nèi)功率晶體管的集電極上，由點(diǎn)火 器控制其初級(jí)線圈電流的通斷。 2、 閉磁路式點(diǎn)火線圈 閉磁路點(diǎn)火線圈的鐵芯是封閉的，磁通全部經(jīng)過(guò)鐵芯內(nèi)部鐵芯的導(dǎo)磁能力約為 空氣的一萬(wàn)倍，故開磁路點(diǎn)火線圈欲獲得與閉磁路點(diǎn)火線圈相同的磁通，則其初級(jí) 線圈非有較大的磁動(dòng)勢(shì)(安培匝數(shù))不可。因此，必須采用匝數(shù)較多，線徑較大的初 級(jí)線圈；初級(jí)線圈的匝數(shù)多，如欲獲得同樣匝臣數(shù)比，則次級(jí)線圈的匝數(shù)也需增加， 因此，開磁路點(diǎn)火線圈的小型化是辦不到的。反之，閉磁路點(diǎn)火線圈，由于磁阻小， 可有效降低線圈的磁動(dòng)勢(shì)，將點(diǎn)火線圈小型化。目前，閉磁路點(diǎn)火線圈已相當(dāng)小型 化，可與點(diǎn)火器合而為一，甚至可與火花塞連體化。經(jīng)火花塞點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)的可燃性 壓縮氣體。 13 第三章 桑塔納 2000 點(diǎn)火系統(tǒng) 3.1 桑塔納 2000 簡(jiǎn)介 Santana 2000 是上海大眾為了不斷適應(yīng)和滿足市場(chǎng)的需求，于 1991 年 10 月 開始研制的新一代桑塔納轎車。1995 年 4 月 20 日，當(dāng)?shù)谝惠v Santana 2000 順利 下線后，它迅速占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)中級(jí)公、商務(wù)用車的市場(chǎng)。此后的 8 年中，上海大眾不 斷推陳出新，先后推出了“時(shí)代超人”、“自由沸點(diǎn)”、“俊杰”、“時(shí)代驕子”、 “時(shí)代陽(yáng)光”等系列改進(jìn)車型。 Santana 2000 是 上 海 大 眾 為 了 不 斷 適 應(yīng) 和 滿 足 市 場(chǎng) 的 需 求 ， 于 1991 年 10 月 開 始 研 制 的 新 一 代 桑 塔 納 轎 車 。 1995 年 4 月 20 日 ， 當(dāng) 第 一 輛 Santana 2000 順 利 下 線 后 ， 它 迅 速 占 領(lǐng) 了 國(guó) 內(nèi) 中 級(jí) 公 、 商 務(wù) 用 車 的 市 場(chǎng) 。 此 后 的 8 年 中 ， 上 海 大 眾 不 斷 推 陳 出 新 ， 先 后 推 出 了 “時(shí) 代 超 人 ”、 “自 由 沸 點(diǎn) ”、 “俊 杰 ”、 “時(shí) 代 驕 子 ”、 “時(shí) 代 陽(yáng) 光 ”等 系 列 改 進(jìn) 車 型 。 之 后 上 海 大 眾 的 工 程 技 術(shù) 人 員 們 ， 又 根 據(jù) 市 場(chǎng) 的 需 要 ， 在 原 有 Santana 2000 的 基 礎(chǔ) 上 ， 賦 予 其 更 為 時(shí) 尚 的 外 形 和 更 加 人 性 化 的 裝 備 ， 集 合 了 上 海 大 眾 人 智 慧 與 激 情 造 就 了 這 款 Santana 3000。 上 海 桑 塔 納 轎 車 是 上 海 大 眾 汽 車 有 限 公 司 于 1987 年 引 進(jìn) 巴 西 大 眾 汽 車 公 司 的 產(chǎn) 品 。 在 車 前 仍 使 用 大 眾 公 司 的 商 標(biāo) ； 2006 年 前 在 車 尾 使 用 文 字 商 標(biāo) “上 海 SANTANA”， 2006 年 10 月 開 始 ， 按 照 國(guó) 家 的 相 關(guān) 規(guī) 定 使 用 中 文 “上 海 大 眾 ”和 大 眾 標(biāo) 志 。 目 前 桑 塔 納 已 達(dá) 到 歐 3 排 放 標(biāo) 準(zhǔn) 。 桑 塔 納 （ SANTANA） 牌 轎 車 ， 是 德 國(guó) 大 眾 汽 車 公 司 在 美 國(guó) 加 利 福 尼 亞 州 生 產(chǎn) 的 品 牌 車 ， 該 廠 坐 落 在 桑 塔 納 山 谷 下 ， 該 山 谷 以 盛 產(chǎn) 名 貴 葡 萄 而 飲 譽(yù) 世 界 ， 并 且 該 山 谷 還 經(jīng) 常 刮 起 一 股 類 似 “科 羅 拉 多 ”的 旋 風(fēng) ， 所 以 當(dāng) 地 人 就 把 這 種 旋 風(fēng) 叫 做 “桑 塔 納 ”。 3.2 桑塔納 2000 點(diǎn)火系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 桑塔納 2000 型轎車發(fā)動(dòng)機(jī)采用的足帶分龜器的電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)。它與其他 電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)不同的是。在點(diǎn)火系統(tǒng)內(nèi)不另設(shè)點(diǎn)火器大功率子極管設(shè)在 ECU 內(nèi)部，由 ECU 直接掉制點(diǎn)火線周初級(jí)電流的通斷使火花塞跳火。 桑塔納 2000 型轎車電子點(diǎn)火系統(tǒng)內(nèi)點(diǎn)火線圈、高壓分電器、火花塞、帶抗干 擾元件的連接插座、點(diǎn)火導(dǎo)線等組成，如圖 3-1 所示。高壓分電器用熊板裝在發(fā)動(dòng) 14 機(jī)缸蓋上，分電器轉(zhuǎn)子直接裝在凸輪軸端頭上，內(nèi)凸輪抽驅(qū)動(dòng)。點(diǎn)火線圈裝在蓄電 池正極處點(diǎn)火開關(guān)的上方，當(dāng)初級(jí)電流流通時(shí)，點(diǎn)火線圈的初級(jí)繞組經(jīng)電控單元中 的點(diǎn)火晶體管接地。高壓分電器將點(diǎn)火線圈的高壓電分配到各個(gè)火花塞。點(diǎn)火子系 統(tǒng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、進(jìn)氣溫度、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、爆震驚號(hào)，并利用電控單元中 的綜合特仟圖、控制點(diǎn)火時(shí)刻、閉合角以及爆泛，使電子點(diǎn)火系統(tǒng)處于最佳工作狀 態(tài)。 圖 3-1 桑塔納 2000 點(diǎn)火系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3.3 桑塔納轎車點(diǎn)火系統(tǒng)檢修 桑塔納轎車霍爾式電子點(diǎn)火系統(tǒng)主要由霍爾分電器、TCI 點(diǎn)火電子組件、點(diǎn)火 15 線圈等組成。 一、點(diǎn)火系統(tǒng)的檢查 若遇發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)，懷疑點(diǎn)火系統(tǒng)有問(wèn)題，可拔出分電器蓋中央高壓線， 使其端部距汽缸 57mm，接通點(diǎn)火開關(guān)，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，察看線端是否跳火，否則 為點(diǎn)火系統(tǒng)有故障。然后再作下列檢查，以判斷是霍爾傳感器或是點(diǎn)火電子組件的 毛病。 拆下點(diǎn)火電子組件接線盒上的橡膠套。用電壓表測(cè)量接線柱 3 和 6 之間的電 壓，接通點(diǎn)火開關(guān)，當(dāng)觸發(fā)葉輪的葉片位于永久磁鐵與霍爾元件之間的空氣隙時(shí)， 不產(chǎn)生霍爾電壓，此時(shí)，霍爾傳感器有輸出電壓，電壓表應(yīng)指示 9V 左右。轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā) 動(dòng)機(jī)。當(dāng)葉片離開永久磁鐵與霍爾元件的空氣隙時(shí)，應(yīng)產(chǎn)生霍爾電雎，電壓表上應(yīng) 指示為 O4V 左右。若霍爾傳感器無(wú)輸出電壓，為之有故障，應(yīng)予更換。 撥出分電器的插接器，用電壓表測(cè)量外邊 2 個(gè)接線端之間的電壓 K 應(yīng)為蓄電 池的端電壓(12V 左右)。 若無(wú)讀數(shù)，再檢查通往怠速穩(wěn)定器的導(dǎo)線及怠速穩(wěn)定器至點(diǎn)火電子組件的導(dǎo)線。若 導(dǎo)線良好，再撥出點(diǎn)火電子組件的插接器，接通點(diǎn)火開關(guān)，測(cè)量接線柱 2 和 4 之間 的電壓應(yīng)為蓄電池端電壓。若在分電器插接器上沒(méi)電壓，為之點(diǎn)火電子組件有故障， 應(yīng)更換新件。 二、點(diǎn)火系統(tǒng)的檢修要點(diǎn) 檢查點(diǎn)火線圈時(shí)，應(yīng)首先拆除其上的所有導(dǎo)線，測(cè)量一次繞組的電阻時(shí)，應(yīng)將 歐姆表接在點(diǎn)火線圈“+”接線柱與“一”接線柱之間，電阻值應(yīng)為 0.52O.76(有觸點(diǎn)點(diǎn)火系為 1.72.1)。測(cè)量二次繞組時(shí)，霍爾分電器歐姆 表接在高壓接頭與“-”接線柱之間，電阻值應(yīng)為 2.43.5(有觸點(diǎn)點(diǎn)火系 為 712)。利用歐姆表測(cè)量分火頭的電阻值，無(wú)屏蔽時(shí)應(yīng)為(1 士 0.4)k，有觸點(diǎn) 點(diǎn)火系為(5 士 1)k，測(cè)量火花塞插頭的電阻值，無(wú)屏蔽時(shí)應(yīng)為(1 土 0.4)k，有 屏蔽時(shí)應(yīng)為(1 土 0.4)(5 土 1)k。檢查防干擾接頭電阻，其值應(yīng)為(1 士 0.4) k。在拆、接系統(tǒng)中的導(dǎo)線(包括高壓導(dǎo)線和測(cè)試儀器)時(shí)，應(yīng)先斷開點(diǎn)火系統(tǒng)。 當(dāng)用啟動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)而不啟動(dòng)時(shí)(如檢查汽缸壓力)，應(yīng)先拔下分電器上的中央高 壓線并將其搭鐵。若使用快速充電設(shè)備的啟動(dòng)輔助裝置，僅允許最高電壓在 16.5V 以內(nèi)，使用時(shí)間最多 lmin在清洗發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，首先斷開點(diǎn)火系統(tǒng)，在進(jìn)行點(diǎn)焊式 電焊時(shí)，先要拆掉蓄電池的接線。若點(diǎn)火裝置有故障或懷疑其有故障而必須拖動(dòng)汽 16 車時(shí)，需先拆下點(diǎn)火電子組件上的插頭。電子點(diǎn)火系統(tǒng)中的點(diǎn)火線圈不能用普通點(diǎn) 火線圈代用。 三、點(diǎn)火系統(tǒng)故障的診斷和排除 桑塔納轎車采用了以霍爾元件為傳感器火花塞。如高壓線端無(wú)火花，則表示低 壓電路有故障，應(yīng)檢查點(diǎn)火線圈、晶體管控制器和霍爾傳感器。無(wú)觸點(diǎn)晶體管點(diǎn)火 系統(tǒng)。它取消了傳統(tǒng)式靠分電器凸輪來(lái)使斷電器觸點(diǎn)閉合與分離的做法，代之以觸 發(fā)器轉(zhuǎn)子、霍爾傳感器和晶體點(diǎn)火控制裝置。是桑塔納 JV 發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)示意圖。 點(diǎn)火系統(tǒng)的主要常見(jiàn)故障表現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)。其現(xiàn)象是將點(diǎn)火開關(guān)擰到啟動(dòng)位 置，啟動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，而發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)。故障原因：導(dǎo)線連接松動(dòng)，接觸不良；點(diǎn)火 線圈繞組斷路或搭鐵；點(diǎn)火控制器故障;霍爾傳感器損壞；分電器盞、分火間破裂 漏電，火花塞間隙增大，燒蝕嚴(yán)重，積油積炭過(guò)多高壓導(dǎo)線電阻過(guò)大等。點(diǎn)火的故 障診斷與排除方法如下：如果啟動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，表明蓄電池、啟動(dòng)機(jī)技術(shù)良好，發(fā)動(dòng)機(jī) 不能啟動(dòng)的原因在于點(diǎn)火系統(tǒng)或供油系統(tǒng)。目視檢查導(dǎo)線或線束插接器是否松脫。 如導(dǎo)線松動(dòng)，應(yīng)擰緊或?qū)⒉褰悠鞑謇?，使?dǎo)線接觸良好。如導(dǎo)線未松脫，應(yīng)檢查點(diǎn) 火線圈產(chǎn)生火花的能力。從分電器盞上拆下中央高壓線，用絕緣鉗夾住高壓線，使 其端部離發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體 67mm。啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，如高壓線端部出現(xiàn)藍(lán)色火花，魁表示 低壓電路良好，故障在高壓電路，應(yīng)檢查分電器蓋及分火頭、高壓導(dǎo)線和點(diǎn)火線圈 的檢測(cè)。目視檢查點(diǎn)火線圈蓋上有無(wú)油污或潮氣。如有潮氣用清潔布擦干，如有油 污用酒精徹底擦凈。測(cè)量點(diǎn)火線圈繞組電壓以前，將點(diǎn)火線圈上的高壓線和正極線 柱的火線拆下，以便準(zhǔn)確地測(cè)量。一次繞組電阻的測(cè)量：將歐姆表的兩個(gè)測(cè)試針 分別與點(diǎn)火線圈正極及高壓線接線柱接觸。如果電阻讀數(shù)無(wú)窮大，則表示一次繞組 斷路，應(yīng)更換點(diǎn)火線圈。二次繞組電阻的測(cè)量。將歐姆表的兩個(gè)測(cè)試針?lè)謩e與點(diǎn) 火線圈正極及高壓線接線柱接觸。如果點(diǎn)火阻讀數(shù)無(wú)窮大，則表示二次繞組斷路， 應(yīng)更換點(diǎn)火線圈。點(diǎn)火線圈搭鐵的測(cè)量。將歐姆表的兩個(gè)測(cè)試針?lè)謩e與點(diǎn)火線圈 正板接線柱及其外殼接觸。如果點(diǎn)火線圈絕緣良好，則電阻讀數(shù)為無(wú)窮大。如果電 阻讀數(shù)小，則表示點(diǎn)火線圈搭鐵，應(yīng)予以更換。若點(diǎn)火線圈技術(shù)狀況良好，應(yīng)檢查 晶體管點(diǎn)火控制器。 晶體管點(diǎn)火控制器的檢測(cè)。點(diǎn)火控制器接線端子 1-接點(diǎn)火線圈負(fù)極接線柱， 綠色導(dǎo)線；端子 2-接蓄電池負(fù)極，棕色導(dǎo)線；端子 3-接霍爾傳感器負(fù)極，棕白 色導(dǎo)線；端子 4-接點(diǎn)火線圈止擻接線柱，黑色導(dǎo)線；端子 5-接霍爾傳感器正極， 17 紅黑色導(dǎo)線；端子 6-接霍爾傳感器信號(hào)輸出，綠白色導(dǎo)線。用歐姆表測(cè)量 1 與 4 之間電阻值，為 O52O76；用電壓表測(cè)量 2 與 4 之間的電壓，其值應(yīng)為電 源電源；在接通點(diǎn)火開關(guān)時(shí)用電壓表測(cè)量 3 與 5 之間的電壓其值在 9V 以上，略 低于電源電壓。接通點(diǎn)火開關(guān)，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)電壓讀數(shù)開始為 2V 左右，在 12s 內(nèi)能切斷一次電流。如果上述測(cè)量結(jié)泉不符合規(guī)定值，應(yīng)更換點(diǎn)火控制器。 分電器蓋及分火頭的檢查。目視檢查分電器蓋上是否受潮濕，如果潮濕用于 布擦干凈。目視檢查分火頭是否出現(xiàn)裂紋，如有裂紋，必須更換。如分電器蓋和分 火頭良好，應(yīng)檢查高壓導(dǎo)線。 高壓導(dǎo)線的檢查。用歐姆表檢查高壓導(dǎo)線電阻。中央高壓線電阻為 O28k；分高壓線電阻為 0674k，如檢查結(jié)果不在規(guī)定值范圍內(nèi)，應(yīng) 更換高壓導(dǎo)線。如高壓導(dǎo)線外表絕緣層有破裂現(xiàn)象，應(yīng)予更換若高壓導(dǎo)線良好， 應(yīng)檢查火花塞。 火花塞的檢查。檢查火花塞是否燒蝕嚴(yán)重，如其電極燒蝕嚴(yán)重，應(yīng)予以更換： 如果火花塞積炭或積油，可用汽油進(jìn)行清洗，必要時(shí)用銅絲刷子刷凈。對(duì)清洗干凈 的火花塞，應(yīng)檢查和調(diào)整火花塞電極間隙，其規(guī)定值為 O7o9mm。 18 第四章 桑塔納 2000 點(diǎn)火系統(tǒng)檢修 桑塔納 2000 型轎車點(diǎn)火系統(tǒng)部件中點(diǎn)火線圈、火花塞、分電器蓋、分火頭及 高壓線等的常見(jiàn)故障及檢查方法與其他的點(diǎn)火系統(tǒng)相同在此不再贅述，請(qǐng)參閱前 面有關(guān)內(nèi)容，以下介紹進(jìn)氣斥力傳感器、霍爾傳感器、曲軸位置傳感器、節(jié)氣門位 置傳感器、冷卻液溫度傳感器等的檢修。 4.1 進(jìn)氣壓力傳感器 MAP 的檢修 桑塔納 2000 型轎車采用的是電阻應(yīng)變計(jì)式進(jìn)氣壓力力傳感器、其外形如圖 4- 1 所示。 圖 4-1 進(jìn)氣壓力傳感器 在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)進(jìn)氣壓力傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)功機(jī)電控單元能夠檢 測(cè)到，并能使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入故障應(yīng)急狀態(tài)運(yùn)行。 當(dāng)用萬(wàn)用表電阻擋檢測(cè)線柬電阻時(shí)，斷開點(diǎn)火開關(guān)、拔下控制器線眾插頭 和傳感器線柬活頭，檢測(cè)兩插頭上各端子之間導(dǎo)線電阻，如果阻值過(guò)大或?yàn)闊o(wú)窮大， 說(shuō)明線束與端干接觸不良或斷路，應(yīng)予以修理。 19 4.2 霍爾傳感器 TDCS 的檢修 除電源電壓為 5v 外，霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)、原理，其線束插座及端子連接情況 如圖 4-2 所示。 當(dāng)霍爾傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)將立刻熄火而無(wú)邊運(yùn)轉(zhuǎn)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)控制單 ECU 不能檢測(cè)到霍爾傳感器的故障信息。用故障閱讀儀也臣取不列傳感器故障的有 關(guān)信息，因此發(fā)動(dòng)機(jī)災(zāi)然熄火，可用萬(wàn)用友檢測(cè)傳感器的電源電壓和信號(hào)輸出電壓， 其數(shù)值，如果電壓值不符合正常表中規(guī)定，說(shuō)明傳感器失效，應(yīng)予以更換。 圖 4-2 霍爾傳感器的連接 4.3 曲軸位置傳感路 CPS 的檢修 在桑塔納 2000Gsi 型轎車電控系統(tǒng)中，既配裝有霍爾傳感器，又配裝了磁感應(yīng) 式曲軸位置信感器。 電控系統(tǒng)的陳軸位置傳感器與整形、放大電路為一整體。檢修時(shí)、首先接通點(diǎn) 火開關(guān)，檢測(cè)傳感器的電源電壓是否符合標(biāo)準(zhǔn)值(5v)。然后轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，測(cè)量傳感器 信號(hào)輸出端的輸出電壓是否有變化。如果有變化，說(shuō)明傳感器良好；如果天變化， 說(shuō)明傳感器失效。 4.4 節(jié)氣門位置傳感器 TPS 的檢修 桑塔納 2000 型轎車電控系統(tǒng)中，節(jié)氣門位置傳感器采用有觸點(diǎn)開關(guān)式和滑動(dòng) 電阻式 2 種其結(jié)構(gòu)分別如圖 4-3、圖 4-4 所示。 20 當(dāng)節(jié)氣門位置傳感器 TPS 發(fā)生故障時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)電腦能夠檢測(cè)到，并能使發(fā)動(dòng)機(jī) 進(jìn)入故障府急狀態(tài)運(yùn)行。利用故障閱讀儀通過(guò)診斷插應(yīng)可以洼取此故障的有關(guān)信息。 檢修滑動(dòng)電阻式 TPS 時(shí)?？捎萌f(wàn)劇表檢測(cè)傳感器的電源電壓和輸出電壓，其阻 值如果與正常值不同。說(shuō)明傳感器失效，應(yīng)予以更換。 圖 4-3 觸點(diǎn)開關(guān)式 TPS 的結(jié)構(gòu)原理 圖 4-4 滑動(dòng)電阻式 TPS 的結(jié)構(gòu)原理 檢修肋點(diǎn)開關(guān)式 TPS 時(shí)，可用力用表測(cè)量傳感器信號(hào)輸出端子的輸出電用和觸 點(diǎn)接觸電阻進(jìn)行判斷。觸點(diǎn)接觸電阻值應(yīng)小于 0.5 歐姆，如果阻值過(guò)大，說(shuō)明觸點(diǎn) 21 燒蝕而接觸不良，應(yīng)予以修理或更換傳感器。 4.5 冷卻液溫度傳感器 CTS 的檢修 桑塔納 2000 型轎車?yán)鋮s液溫度傳感器的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電路連接如圖 4-5 所示。 冷卻液溫度傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)電腦能夠檢測(cè)到。利用 V.A.G1551 或 V.A.G1551 故障閱讀儀，通過(guò)診斷插座可以讀有關(guān)的故障信息。 圖 4-5 冷卻液溫度傳感器結(jié)構(gòu)與電路 檢測(cè)溫度傳感器時(shí)，可用萬(wàn)用表就車檢測(cè)傳感器的電源電壓相信號(hào)輸出電壓。 溫度傳感器可用萬(wàn)用表電阻歐姆擋單獨(dú)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)，斷開點(diǎn)火開關(guān)拔下溫 度傳感器插頭檢測(cè)傳感器兩端子間的電阻值阻值大小與環(huán)境溫度有關(guān)，具體值 應(yīng)當(dāng)符合規(guī)定。如果阻值過(guò)大、過(guò)小或無(wú)窮大，說(shuō)明傳感器失效，應(yīng)予以更換! 22 致 謝 在這里首先要感謝郟國(guó)中老師對(duì)我的悉心指導(dǎo)。郟國(guó)中老師作為汽車系的主要 導(dǎo)師，不僅要為汽車系的日常事務(wù)操勞，平常還要親自授課，時(shí)間的緊張可見(jiàn)一斑， 但是在這種情況下，他依然沒(méi)有耽誤過(guò)對(duì)我畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)。在設(shè)計(jì)的前期，由于 準(zhǔn)備考研復(fù)試，我一直在外地奔波，未能及時(shí)完成任務(wù)。在這種情況下，郟老師對(duì) 我表示了充分的理解，并給予了巨大幫助。在郟老師的指導(dǎo)下，我不僅完成了本次 設(shè)計(jì)，還學(xué)到了很多東西。作為車輛工程專業(yè)的一名學(xué)生，在進(jìn)行完電器類課程后， 我對(duì)汽車電器和機(jī)械設(shè)計(jì)等學(xué)科的接觸是很少的，這方面的知識(shí)也不豐富，剛開始 設(shè)計(jì)時(shí)完全處于一種無(wú)從下手的狀態(tài)，是郟老師為我指明了方向，還經(jīng)常耐心的為 我講解一些汽車電器和制造中的常識(shí)，及時(shí)糾正設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的漏洞和錯(cuò)誤，使我的 設(shè)計(jì)更加完善。今天，能完成這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，我首先要感謝郟老師的指導(dǎo)。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)了很多自己的不足，由于平常學(xué)習(xí)的不認(rèn)真 和時(shí)間的遺忘，我對(duì)于汽車電器知識(shí)的了解可謂少之又少，在本次的設(shè)計(jì)使我重新 又拿起了課本，復(fù)習(xí)了我們以前學(xué)過(guò)的知識(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量有關(guān) 資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也 經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我 獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有 非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探 索的艱難和成功時(shí)的喜悅。我覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)真的非常有必要，它是我們畢業(yè)前的一 個(gè)查漏補(bǔ)缺的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程發(fā)生在我們畢業(yè)的前夕，對(duì)于我們以后走向工作崗位 的幫助是不可估量的，謝謝學(xué)校和老師們?yōu)槲覀兲峁┑倪@次機(jī)會(huì)。在畢業(yè)之際，真 切的感謝我的母校，和母校的老師們。 23 參 考 資 料 1.陳家瑞.汽車構(gòu)造.北京：人民交通出版社，1991 2.劉唯信.汽車設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，2000 3.劉鴻文.材料力學(xué).北京：高等教育出版社，1991 4.張洪欣.汽車設(shè)計(jì)（第二版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996 5.日汽車工程全書編輯委員會(huì).汽車傳動(dòng)裝置.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980 6.余志生.汽車?yán)碚摚ǖ谒陌妫?北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000 7.徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991 8.濮良貴，紀(jì)明剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）.北京：高等教育出版社 2000 9.日自動(dòng)車技術(shù)協(xié)會(huì).小林 明.汽車工程手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1984： 10.杜梅先，朱冬梅，蔣繼賢.畫法幾何及機(jī)械制圖.北京：高等教育出版社， 1997 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本文中，我們對(duì)快速計(jì)算處理這些幾何分析錯(cuò)誤提供了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚?。尤其，我們集中力量解決地方的特點(diǎn)，被簡(jiǎn)化的任意形狀和大小的區(qū)域。提出的理論采用伴隨矩陣制定邊值問(wèn)題抵達(dá)嚴(yán)格界限幾何分析性分析錯(cuò)誤。該理論通過(guò)數(shù)值例子說(shuō)明。 關(guān)鍵詞:幾何分析;工程分析;誤差估計(jì);計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) 1. 介紹 機(jī)械零件通常包含了許多幾何特征。不過(guò)，在工程分析中并不是所有的特征都是至關(guān)重要的。以前的分析中無(wú)關(guān)特征往往被忽略，從而提高自動(dòng)化及運(yùn)算速度。 舉例來(lái)說(shuō)，考慮一個(gè)剎車轉(zhuǎn)子，如圖1(a)。轉(zhuǎn)子包含50多個(gè)不同的特征，但所有這些特征并不是都是相關(guān)的。就拿一個(gè)幾何化的剎車轉(zhuǎn)子的熱量分析來(lái)說(shuō)，如圖1(b)。有限元分析的全功能的模型如圖1(a)，需要超過(guò)150,000度的自由度，幾何模型圖1(b)項(xiàng)要求小于25，000個(gè)自由度，從而導(dǎo)致非常緩慢的運(yùn)算速度。 圖1(a)剎車轉(zhuǎn)子 圖1(b)其幾何分析版本 除了提高速度，通常還能增加自動(dòng)化水平，這比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的有限元網(wǎng)格幾何分析組成。內(nèi)存要求也跟著降低，而且條件數(shù)離散系統(tǒng)將得以改善;后者起著重要作用迭代線性系統(tǒng)。 但是，幾何分析還不是很普及。不穩(wěn)定性到底是“小而局部化”還是“大而擴(kuò)展化”，這取決于各種因素。例如，對(duì)于一個(gè)熱問(wèn)題，想刪除其中的一個(gè)特征，不穩(wěn)定性是一個(gè)局部問(wèn)題:(1)凈熱通量邊界的特點(diǎn)是零。(2)特征簡(jiǎn)化時(shí)沒(méi)有新的熱源產(chǎn)生; [4]對(duì)上述規(guī)則則例外。展示這些物理特征被稱為自我平衡。結(jié)果，同樣存在結(jié)構(gòu)上的問(wèn)題。 從幾何分析角度看，如果特征遠(yuǎn)離該區(qū)域，則這種自我平衡的特征可以忽略。但是，如果功能接近該區(qū)域我們必須謹(jǐn)慎，。 從另一個(gè)角度看，非自我平衡的特征應(yīng)值得重視。這些特征的簡(jiǎn)化理論上可以在系統(tǒng)任意位置被施用,但是會(huì)在系統(tǒng)分析上構(gòu)成重大的挑戰(zhàn)。 目前，尚無(wú)任何系統(tǒng)性的程序去估算幾何分析對(duì)上述兩個(gè)案例的潛在影響。這就必須依靠工程判斷和經(jīng)驗(yàn)。 在這篇文章中，我們制定了理論估計(jì)幾何分析影響工程分析自動(dòng)化的方式。任意形狀和大小的形體如何被簡(jiǎn)化是本文重點(diǎn)要解決的地方。伴隨矩陣和單調(diào)分析這兩個(gè)數(shù)學(xué)概念被合并成一個(gè)統(tǒng)一的理論來(lái)解決雙方的自我平衡和非自我平衡的特點(diǎn)。數(shù)值例子涉及二階scalar偏微分方程，以證實(shí)他的理論。 本文還包含以下內(nèi)容。第二節(jié)中，我們就幾何分析總結(jié)以往的工作。在第三節(jié)中，我們解決幾何分析引起的錯(cuò)誤分析，并討論了擬議的方法。第四部分從數(shù)值試驗(yàn)提供結(jié)果。第五部分討論如何加快設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)度。 2. 前期工作 幾何分析過(guò)程可分為三個(gè)階段: 識(shí)別:哪些特征應(yīng)該被簡(jiǎn)化； 簡(jiǎn)化：如何在一個(gè)自動(dòng)化和幾何一致的方式中簡(jiǎn)化特征； 分析:簡(jiǎn)化的結(jié)果。 第一個(gè)階段的相關(guān)文獻(xiàn)已經(jīng)很多。例如，企業(yè)的規(guī)模和相對(duì)位置這個(gè)特點(diǎn)，經(jīng)常被用來(lái)作為度量鑒定。此外，也有人提議以有意義的力學(xué)判據(jù)確定這種特征。 自動(dòng)化幾何分析過(guò)程，事實(shí)上，已成熟到一個(gè)商業(yè)化幾何分析的地步。但我們注意到，這些商業(yè)軟件包僅提供一個(gè)純粹的幾何解決。因?yàn)闆](méi)有保證隨后進(jìn)行的分析錯(cuò)誤，所以必須十分小心使用。另外，固有的幾何問(wèn)題依然存在，并且還在研究當(dāng)中。 本文的重點(diǎn)是放在第三階段，即快速幾何分析。建立一個(gè)有系統(tǒng)的方法，通過(guò)幾何分析引起的誤差是可以計(jì)算出來(lái)的。再分析的目的是迅速估計(jì)改良系統(tǒng)的反應(yīng)。其中最著名的再分析理論是著名的謝爾曼-Morrison和woodbury公式。對(duì)于兩種有著相似的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和剛度矩陣設(shè)計(jì)，再分析這種技術(shù)特別有效。然而，過(guò)程幾何分析在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的剛度矩陣會(huì)導(dǎo)致一個(gè)戲劇性的變化，這與再分析技術(shù)不太相關(guān)。 3. 擬議的方法 3.1問(wèn)題闡述 我們把注意力放在這個(gè)文件中的工程問(wèn)題，標(biāo)量二階偏微分方程式(pde): 許多工程技術(shù)問(wèn)題，如熱，流體靜磁等問(wèn)題，可能簡(jiǎn)化為上述公式。 作為一個(gè)說(shuō)明性例子，考慮散熱問(wèn)題的二維模塊Ω如圖2所示。 圖2二維熱座裝配 熱量q從一個(gè)線圈置于下方位置列為Ωcoil。半導(dǎo)體裝置位于Ωdevice。這兩個(gè)地方都屬于Ω，有相同的材料屬性，其余Ω將在后面討論。特別令人感興趣的是數(shù)量，加權(quán)溫度Tdevice內(nèi)Ωdevice(見(jiàn)圖2)。一個(gè)時(shí)段，認(rèn)定為Ωslot縮進(jìn)如圖2，會(huì)受到抑制，其對(duì)Tdevice將予以研究。邊界的時(shí)段稱為Γslot其余的界線將稱為Γ。邊界溫度Γ假定為零。兩種可能的邊界條件Γslot被認(rèn)為是:(a)固定熱源，即(-kt)?n=q，(b)有一定溫度，即T=Tslot。兩種情況會(huì)導(dǎo)致兩種不同幾何分析引起的誤差的結(jié)果。 設(shè)T(x，y)是未知的溫度場(chǎng)和K導(dǎo)熱。然后，散熱問(wèn)題可以通過(guò)泊松方程式表示: 其中H(x，y)是一些加權(quán)內(nèi)核?，F(xiàn)在考慮的問(wèn)題是幾何分析簡(jiǎn)化的插槽是簡(jiǎn)化之前分析，如圖3所示。 圖3defeatured二維熱傳導(dǎo)裝配模塊 現(xiàn)在有一個(gè)不同的邊值問(wèn)題，不同領(lǐng)域t(x，y): 觀察到的插槽的邊界條件為t(x，y)已經(jīng)消失了，因?yàn)椴垡呀?jīng)不存在了（關(guān)鍵性變化）! 解決的問(wèn)題是: 設(shè)定tdevice和t(x，y)的值，估計(jì)Tdevice。 這是一個(gè)較難的問(wèn)題，是我們尚未解決的。在這篇文章中，我們將從上限和下限分析Tdevice。這些方向是明確被俘引理3、4和3、6。至于其余的這一節(jié)，我們將發(fā)展基本概念和理論，建立這兩個(gè)引理。值得注意的是，只要它不重疊，定位槽與相關(guān)的裝置或熱源沒(méi)有任何限制。上下界的Tdevice將取決于它們的相對(duì)位置。 3.2伴隨矩陣方法 我們需要的第一個(gè)概念是，伴隨矩陣公式表達(dá)法。應(yīng)用伴隨矩陣論點(diǎn)的微分積分方程，包括其應(yīng)用的控制理論，形狀優(yōu)化，拓?fù)鋬?yōu)化等。我們對(duì)這一概念歸納如下。 相關(guān)的問(wèn)題都可以定義為一個(gè)伴隨矩陣的問(wèn)題，控制伴隨矩陣t_(x，y)，必須符合下列公式計(jì)算〔23〕: 伴隨場(chǎng)t_(x，y)基本上是一個(gè)預(yù)定量，即加權(quán)裝置溫度控制的應(yīng)用熱源?？梢杂^察到，伴隨問(wèn)題的解決是復(fù)雜的原始問(wèn)題;控制方程是相同的;這些問(wèn)題就是所謂的自身伴隨矩陣。大部分工程技術(shù)問(wèn)題的實(shí)際利益，是自身伴隨矩陣，就很容易計(jì)算伴隨矩陣。 另一方面，在幾何分析問(wèn)題中，伴隨矩陣發(fā)揮著關(guān)鍵作用。表現(xiàn)為以下引理綜述: 引理3.1已知和未知裝置溫度的區(qū)別，即(Tdevice-tdevice)可以歸納為以下的邊界積分比幾何分析插槽: 在上述引理中有兩點(diǎn)值得注意: 1、積分只牽涉到邊界гslot;這是令人鼓舞的?；蛟S，處理剛剛過(guò)去的被簡(jiǎn)化信息特點(diǎn)可以計(jì)算誤差。 2、右側(cè)牽涉到的未知區(qū)域T(x，y)的全功能的問(wèn)題。特別是第一周期涉及的差異，在正常的梯度，即涉及[-k(T-t)] ?n;這是一個(gè)已知數(shù)量邊界條件[-kt]?n所指定的時(shí)段，未知狄里克萊條件作出規(guī)定[-kt]?n可以評(píng)估。在另一方面，在第二個(gè)周期內(nèi)涉及的差異，在這兩個(gè)領(lǐng)域，即T管; 因?yàn)閠可以評(píng)價(jià)，這是一個(gè)已知數(shù)量邊界條件T指定的時(shí)段。因此。 引理3.2、差額(tdevice-tdevice)不等式 然而，伴隨矩陣技術(shù)不能完全消除未知區(qū)域T(x，y)。為了消除T(x，y)我們把重點(diǎn)轉(zhuǎn)向單調(diào)分析。 3.3單調(diào)性分析 單調(diào)性分析是由數(shù)學(xué)家在19世紀(jì)和20世紀(jì)前建立的各種邊值問(wèn)題。例如，一個(gè)單調(diào)定理: "添加幾何約束到一個(gè)結(jié)構(gòu)性問(wèn)題，是指在位移(某些)邊界不減少"。 觀察發(fā)現(xiàn)，上述理論提供了一個(gè)定性的措施以解決邊值問(wèn)題。 后來(lái)，工程師利用之前的“計(jì)算機(jī)時(shí)代”上限或下限同樣的定理，解決了具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。當(dāng)然，隨著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來(lái)，這些相當(dāng)復(fù)雜的直接求解方法已經(jīng)不為人所用。但是，在當(dāng)前的幾何分析，我們證明這些定理采取更為有力的作用，尤其應(yīng)當(dāng)配合使用伴隨理論。 我們現(xiàn)在利用一些單調(diào)定理，以消除上述引理T(x，y)。遵守先前規(guī)定，右邊是區(qū)別已知和未知的領(lǐng)域，即T(x，y)-t(x，y)。因此，讓我們?cè)诮缍ㄒ粋€(gè)領(lǐng)域E(x，y)在區(qū)域?yàn)? e(x，y)=t(x，y)-t(x，y)。 據(jù)悉，T(x，y)和T(x，y)都是明確的界定，所以是e(x，y)。事實(shí)上，從公式(1)和(3)，我們可以推斷，e(x，y)的正式滿足邊值問(wèn)題: 解決上述問(wèn)題就能解決所有問(wèn)題。但是，如果我們能計(jì)算區(qū)域e(x，y)與正常的坡度超過(guò)插槽，以有效的方式，然后(Tdevice-tdevice)，就評(píng)價(jià)表示e(X，Y)的效率，我們現(xiàn)在考慮在上述方程兩種可能的情況如(a)及(b)。 例(a)邊界條件較第一插槽，審議本案時(shí)槽原本指定一個(gè)邊界條件。為了估算e(x，y)，考慮以下問(wèn)題: 因?yàn)橹蝗Q于縫隙，不討論域，以上問(wèn)題計(jì)算較簡(jiǎn)單。經(jīng)典邊界積分/邊界元方法可以引用。關(guān)鍵是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域e1(x，y)和未知領(lǐng)域的e(x，y)透過(guò)引理3.3。這兩個(gè)領(lǐng)域e1(x，y)和e(x，y)滿足以下單調(diào)關(guān)系: 把它們綜合在一起，我們有以下結(jié)論引理。 引理3.4未知的裝置溫度Tdevice，當(dāng)插槽具有邊界條件，東至以下限額的計(jì)算，只要求:(1)原始及伴隨場(chǎng)T和隔熱與幾何分析域(2)解決e1的一項(xiàng)問(wèn)題涉及插槽: 觀察到兩個(gè)方向的右側(cè)，雙方都是獨(dú)立的未知區(qū)域T(x，y)。 例(b) 插槽Dirichlet邊界條件 我們假定插槽都維持在定溫Tslot?？紤]任何領(lǐng)域，即包含域和插槽。界定一個(gè)區(qū)域e(x，y)在滿足: 現(xiàn)在建立一個(gè)結(jié)果與e-(x，y)及e(x，y)。 引理3.5 注意到，公式(7)的計(jì)算較為簡(jiǎn)單。這是我們最終要的結(jié)果。 引理3.6 未知的裝置溫度Tdevice，當(dāng)插槽有Dirichlet邊界條件，東至以下限額的計(jì)算，只要求:(1)原始及伴隨場(chǎng)T和隔熱與幾何分析。(2) 圍繞插槽解決失敗了的邊界問(wèn)題，: 再次觀察這兩個(gè)方向都是獨(dú)立的未知領(lǐng)域T(x，y)。 4. 數(shù)值例子說(shuō)明 我們的理論發(fā)展，在上一節(jié)中，通過(guò)數(shù)值例子。設(shè) k = 5W/m?C, Q = 10 W/m3 and H = 。 表1:結(jié)果表 表1給出了不同時(shí)段的邊界條件。第一裝置溫度欄的共同溫度為所有幾何分析模式(這不取決于插槽邊界條件及插槽幾何分析)。接下來(lái)兩欄的上下界說(shuō)明引理3.4和3.6。最后一欄是實(shí)際的裝置溫度所得的全功能模式(前幾何分析)，是列在這里比較前列的。在全部例子中，我們可以看到最后一欄則是介于第二和第三列。T Tdevice T 對(duì)于絕緣插槽來(lái)說(shuō)，Dirichlet邊界條件指出，觀察到的各種預(yù)測(cè)為零。不同之處在于這個(gè)事實(shí):在第一個(gè)例子，一個(gè)零Neumann邊界條件的時(shí)段，導(dǎo)致一個(gè)自我平衡的特點(diǎn)，因此，其對(duì)裝置基本沒(méi)什么影響。另一方面，有Dirichlet邊界條件的插槽結(jié)果在一個(gè)非自我平衡的特點(diǎn)，其缺失可能導(dǎo)致器件溫度的大變化在。 不過(guò)，固定非零槽溫度預(yù)測(cè)范圍為20度到0度。這可以歸因于插槽溫度接近于裝置的溫度，因此，將其刪除少了影響。 的確，人們不難計(jì)算上限和下限的不同Dirichlet條件插槽。圖4說(shuō)明了變化的實(shí)際裝置的溫度和計(jì)算式。 預(yù)測(cè)的上限和下限的實(shí)際溫度裝置表明理論是正確的。另外，跟預(yù)期結(jié)果一樣，限制槽溫度大約等于裝置的溫度。 5. 快速分析設(shè)計(jì)的情景 我們認(rèn)為對(duì)所提出的理論分析"什么-如果"的設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)在有著廣泛的影響。研究顯示設(shè)計(jì)如圖5，現(xiàn)在由兩個(gè)具有單一熱量能源的器件。如預(yù)期結(jié)果兩設(shè)備將不會(huì)有相同的平均溫度。由于其相對(duì)靠近熱源，該裝置的左邊將處在一個(gè)較高的溫度，。 圖4估計(jì)式versus插槽溫度圖 圖5雙熱器座 圖6正確特征可能性位置 為了消除這種不平衡狀況，加上一個(gè)小孔，固定直徑;五個(gè)可能的位置見(jiàn)圖6。兩者的平均溫度在這兩個(gè)地區(qū)最低。 強(qiáng)制進(jìn)行有限元分析每個(gè)配置。這是一個(gè)耗時(shí)的過(guò)程。另一種方法是把該孔作為一個(gè)特征，并研究其影響，作為后處理步驟。換言之，這是一個(gè)特殊的“幾何分析”例子，而擬議的方法同樣適用于這種情況。我們可以解決原始和伴隨矩陣的問(wèn)題，原來(lái)的配置(無(wú)孔)和使用的理論發(fā)展在前兩節(jié)學(xué)習(xí)效果加孔在每個(gè)位置是我們的目標(biāo)。目的是在平均溫度兩個(gè)裝置最大限度的差異。表2概括了利用這個(gè)理論和實(shí)際的價(jià)值。 從上表可以看到，位置W是最佳地點(diǎn)，因?yàn)樗凶畹途殿A(yù)期目標(biāo)的功能。 附錄II 外文文獻(xiàn)原文 A formal theory for estimating defeaturing -induced engineering analysis errors Sankara Hari Gopalakrishnan, Krishnan Suresh Department of Mechanical Engineering, University of Wisconsin, Madison, WI 53706, United States Received 13 January 2006; accepted 30 September 2006 Abstract Defeaturing is a popular CAD/CAE simplification technique that suppresses ‘small or irrelevant features’ within a CAD model to speed-up downstream processes such as finite element analysis. Unfortunately, defeaturing inevitably leads to analysis errors that are not easily quantifiable within the current theoretical framework. In this paper, we provide a rigorous theory for swiftly computing such defeaturing -induced engineering analysis errors. In particular, we focus on problems where the features being suppressed are cutouts of arbitrary shape and size within the body. The proposed theory exploits the adjoint formulation of boundary value problems to arrive at strict bounds on defeaturing induced analysis errors. The theory is illustrated through numerical examples. Keywords: Defeaturing; Engineering analysis; Error estimation; CAD/CAE 1. Introduction Mechanical artifacts typically contain numerous geometric features. However, not all features are critical during engineering analysis. Irrelevant features are often suppressed or ‘defeatured’, prior to analysis, leading to increased automation and computational speed-up. For example, consider a brake rotor illustrated in Fig. 1(a). The rotor contains over 50 distinct ‘features’, but not all of these are relevant during, say, a thermal analysis. A defeatured brake rotor is illustrated in Fig. 1(b). While the finite element analysis of the full-featured model in Fig. 1(a) required over 150,000 degrees of freedom, the defeatured model in Fig. 1(b) required <25,000 DOF, leading to a significant computational speed-up. Fig. 1. (a) A brake rotor and (b) its defeatured version. Besides an improvement in speed, there is usually an increased level of automation in that it is easier to automate finite element mesh generation of a defeatured component [1,2]. Memory requirements also decrease, while condition number of the discretized system improves;the latter plays an important role in iterative linear system solvers [3]. Defeaturing, however, invariably results in an unknown ‘perturbation’ of the underlying field. The perturbation may be ‘small and localized’ or ‘large and spread-out’, depending on various factors. For example, in a thermal problem, suppose one deletes a feature; the perturbation is localized provided: (1) the net heat flux on the boundary of the feature is zero, and (2) no new heat sources are created when the feature is suppressed; see [4] for exceptions to these rules. Physical features that exhibit this property are called self-equilibrating [5]. Similarly results exist for structural problems. From a defeaturing perspective, such self-equilibrating features are not of concern if the features are far from the region of interest. However, one must be cautious if the features are close to the regions of interest. On the other hand, non-self-equilibrating features are of even higher concern. Their suppression can theoretically be felt everywhere within the system, and can thus pose a major challenge during analysis. Currently, there are no systematic procedures for estimating the potential impact of defeaturing in either of the above two cases. One must rely on engineering judgment and experience. In this paper, we develop a theory to estimate the impact of defeaturing on engineering analysis in an automated fashion. In particular, we focus on problems where the features being suppressed are cutouts of arbitrary shape and size within the body. Two mathematical concepts, namely adjoint formulation and monotonicity analysis, are combined into a unifying theory to address both self-equilibrating and non-self-equilibrating features. Numerical examples involving 2nd order scalar partial differential equations are provided to substantiate the theory. The remainder of the paper is organized as follows. In Section 2, we summarize prior work on defeaturing. In Section 3, we address defeaturing induced analysis errors, and discuss the proposed methodology. Results from numerical experiments are provided in Section 4. A by-product of the proposed work on rapid design exploration is discussed in Section 5. Finally, conclusions and open issues are discussed in Section 6. 2. Prior work The defeaturing process can be categorized into three phases: Identification: what features should one suppress? Suppression: how does one suppress the feature in an automated and geometrically consistent manner? Analysis: what is the consequence of the suppression? The first phase has received extensive attention in the literature. For example, the size and relative location of a feature is often used as a metric in identification [2,6]. In addition, physically meaningful ‘mechanical criterion/heuristics’ have also been proposed for identifying such features [1,7]. To automate the geometric process of defeaturing, the authors in [8] develop a set of geometric rules, while the authors in [9] use face clustering strategy and the authors in [10] use plane splitting techniques. Indeed, automated geometric defeaturing has matured to a point where commercial defeaturing /healing packages are now available [11,12]. But note that these commercial packages provide a purely geometric solution to the problem... they must be used with care since there are no guarantees on the ensuing analysis errors. In addition, open geometric issues remain and are being addressed [13]. The focus of this paper is on the third phase, namely, post defeaturing analysis, i.e., to develop a systematic methodology through which defeaturing -induced errors can be computed. We should mention here the related work on reanalysis. The objective of reanalysis is to swiftly compute the response of a modified system by using previous simulations. One of the key developments in reanalysis is the famous Sherman–Morrison and Woodbury formula [14] that allows the swift computation of the inverse of a perturbed stiffness matrix; other variations of this based on Krylov subspace techniques have been proposed [15–17]. Such reanalysis techniques are particularly effective when the objective is to analyze two designs that share similar mesh structure, and stiffness matrices. Unfortunately, the process of 幾何分析 can result in a dramatic change in the mesh structure and stiffness matrices, making reanalysis techniques less relevant. A related problem that is not addressed in this paper is that of local–global analysis [13], where the objective is to solve the local field around the defeatured region after the global defeatured problem has been solved. An implicit assumption in local–global analysis is that the feature being suppressed is self-equilibrating. 3. Proposed methodology 3.1. Problem statement We restrict our attention in this paper to engineering problems involving a scalar field u governed by a generic 2nd order partial differential equation (PDE): A large class of engineering problems, such as thermal, fluid and magneto-static problems, may be reduced to the above form. As an illustrative example, consider a thermal problem over the 2-D heat-block assembly Ω illustrated in Fig. 2. The assembly receives heat Q from a coil placed beneath the region identified as Ωcoil. A semiconductor device is seated at Ωdevice. The two regions belong to Ω and have the same material properties as the rest of Ω. In the ensuing discussion, a quantity of particular interest will be the weighted temperature Tdevice within Ωdevice (see Eq. (2) below). A slot, identified as Ωslot in Fig. 2, will be suppressed, and its effect on Tdevice will be studied. The boundary of the slot will be denoted by Γslot while the rest of the boundary will be denoted by Γ. The boundary temperature on Γ is assumed to be zero. Two possible boundary conditions on Γslot are considered: (a) fixed heat source, i.e., (-krT).?n = q, or (b) fixed temperature, i.e., T = Tslot. The two cases will lead to two different results for defeaturing induced error estimation. Fig. 2. A 2-D heat block assembly. Formally,let T (x, y) be the unknown temperature field and k the thermal conductivity. Then, the thermal problem may be stated through the Poisson equation [18]: Given the field T (x, y), the quantity of interest is: where H(x, y) is some weighting kernel. Now consider the defeatured problem where the slot is suppressed prior to analysis, resulting in the simplified geometry illustrated in Fig. 3. Fig. 3. A defeatured 2-D heat block assembly. We now have a different boundary value problem, governing a different scalar field t (x, y): Observe that the slot boundary condition for t (x, y) has disappeared since the slot does not exist any more…a crucial change! The problem addressed here is: Given tdevice and the field t (x, y), estimate Tdevice without explicitly solving Eq. (1). This is a non-trivial problem; to the best of our knowledge,it has not been addressed in the literature. In this paper, we will derive upper and lower bounds for Tdevice. These bounds are explicitly captured in Lemmas 3.4 and 3.6. For the remainder of this section, we will develop the essential concepts and theory to establish these two lemmas. It is worth noting that there are no restrictions placed on the location of the slot with respect to the device or the heat source, provided it does not overlap with either. The upper and lower bounds on Tdevice will however depend on their relative locations. 3.2. Adjoint methods The first concept that we would need is that of adjoint formulation. The application of adjoint arguments towards differential and integral equations has a long and distinguished history [19,20], including its applications in control theory [21],shape optimization [22], topology optimization, etc.; see [23] for an overview.We summarize below concepts essential to this paper. Associated with the problem summarized by Eqs. (3) and (4), one can define an adjoint problem governing an adjoint variable denoted by t_(x, y) that must satisfy the following equation [23]: (See Appendix A for the derivation.) The adjoint field t_(x, y) is essentially a ‘sensitivity map’ of the desired quantity, namely the weighted device temperature to the applied heat source. Observe that solving the adjoint problem is only as complex as the primal problem; the governing equations are identical; such problems are called self-adjoint. Most engineering problems of practical interest are self-adjoint, making it easy to compute primal and adjoint fields without doubling the computational effort. For the defeatured problem on hand, the adjoint field plays a critical role as the following lemma summarizes: Lemma 3.1. The difference between the unknown and known device temperature, i.e., (Tdevice ? tdevice), can be reduced to the following boundary integral over the defeatured slot: Two points are worth noting in the above lemma: 1. The integral only involves the slot boundary Гslot; this is encouraging … perhaps, errors can be computed by processing information just over the feature being suppressed. 2. The right hand side however involves the unknown field T (x, y) of the full-featured problem. In particular, the first term involves the difference in the normal gradients, i.e.,involves [?k(T ? t)]. ?n; this is a known quantity if Neumann boundary conditions [?kT ]. ?n are prescribed over the slot since [?kt]. ?n can be evaluated, but unknown if Dirichlet conditions are prescribed. On the other hand,the second term involves the difference in the two fields,i.e., involves (T ? t); this is a known quantity if Dirichlet boundary conditions T are prescribed over the slot since t can be evaluated, but unknown if Neumann conditions are prescribed. Thus, in both cases, one of the two terms gets ‘evaluated’. The next lemma exploits this observation. Lemma 3.2. The difference (Tdevice ? tdevice) satisfies the inequalities Unfortunately, that is how far one can go with adjoint techniques; one cannot entirely eliminate the unknown field T (x, y) from the right hand side using adjoint techniques. In order to eliminate T (x, y) we turn our attention to monotonicity analysis. 3.3. Monotonicity analysis Monotonicity analysis was established by mathematicians during the 19th and early part of 20th century to establish the existence of solutions to various boundary value problems [24].For example, a monotonicity theorem in [25] states: “On adding geometrical constraints to a structural problem,the mean displacement over (certain) boundaries does not decrease”. Observe that the above theorem provides a qualitative measure on solutions to boundary value problems. Later on, prior to the ‘computational era’, the same theorems were used by engineers to get quick upper or lower bounds to challenging problems by reducing a complex problem to simpler ones [25]. Of course, on the advent of the computer, such methods and theorems took a back-seat since a direct numerical solution of fairly complex problems became feasible.However, in the present context of defeaturing, we show that these theorems take on a more powerful role, especially when used in conjunction with adjoint theory. We will now exploit certain monotonicity theorems to eliminate T (x, y) from the above lemma. Observe in the previous lemma that the right hand side involves the difference between the known and unknown fields, i.e., T (x, y) ? t (x, y). Let us therefore define a field e(x, y) over the region as: e(x, y) = T (x, y) ? t (x, y) in . Note that since excludes the slot, T (x, y) and t (x, y) are both well defined in , and so is e(x, y). In fact, from Eqs. (1) and (3) we can deduce that e(x, y) formally satisfies the boundary value problem: Solving the above problem is computationally equivalent to solving the full-featured problem of Eq. (1). But, if we could compute the field e(x, y) and its normal gradient over the slot,in an efficient manner, then (Tdevice ? tdevice) can be evaluated from the previous lemma. To evaluate e(x, y) efficiently, we now consider two possible cases (a) and (b) in the above equation. Case (a) Neumann boundary condition over slot First, consider the case when the slot was originally assigned a Neumann boundary condition. In order to estimate e(x, y),consider the following exterior Neumann problem: The above exterior Neumann problem is computationally inexpensive to solve since it