双燃料电控发动机实验台的研究与开发

贾志涛 李雪礼 刘永杰 王干一

摘 要：实验台能模拟双燃料电控发动机常见系统故障，是学习现代汽车电控技术、汽车维修工程、汽车等相关专业课的教育与培训的重要教学手段和设备。描述了实验台的设计要求、结构特点，详实介绍了实验台的功能，分析介绍了捷达发动机的数据检测方法，最后提出自制实验台对教育教学的积极影响因素。

关键词：电控发动机 实验台 故障码 数据流

中图分类号：U467.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（c）-0083-01

随着我国汽车保有量的增加以及受能源、生态环境等条件的制约，双燃料汽车的研究与应用得到了社会广泛的认可。然而双燃料汽车电控系统的维修人员却少之又少。并且国内尚无此类可供学校及社会各类人员的学习和技能培训的实验台，基于此情况，该实验台的设计与研发的结果与实际的双燃料汽车的检测数据相符合，减少学习难度，使之更好地服务于教学研究和生产实践活动。

1 双燃料电控发动机实验台的设计

1.1 双燃料电控发动机实验台（以下简称实验台）的功能

实验台具备以下功能：能够对双燃料电控发动机的结构、工作原理和外观特征有直观的认识；演示发动机正常、异常工作的状态；可通过汽车诊断仪检测电脑和传感器的控制和输入信号；可以根据需要来设置电控系统的各种故障，并且进行全程模拟和演示故障排除与诊断流程。该实验台不仅可以作为高校一线实训教学、汽车维修职业培训的操作仪器，也可以作为汽车类职业技能鉴定考评设备。

1.2 实验台的检测功能

（1）发动机电控系统故障的模拟。以一汽大众汽车所提供的最为常见的故障现象为例，将所有的执行器、传感器、电子元件等实施人工控制，通过改变电子的控制信号（电阻、电流或电压值）对汽车线束的开关进行控制，从而与实际发动机故障相吻合，实现教学环境与现实工作环境的零距离接轨。

（2）设置OBD-Ⅱ诊断接口，可使用各种汽车电脑诊断仪进行发动机电控系统故障码的读取与删除、电脑编码、基础设定和动、静态数据流的分析。设有电子控制系统各种常见故障的预设单元，其功能为检测故障并且反应至各电控单元、执行器及传感器等。通过对电控系统动、静态数据流的提取，来实现故障诊断分析功能，在此基础上进行教学分析。在不破坏连接线路和不影响各传感器与执行器正常工作的基础上，可在线测量主要元件的电压值、电流值、电阻值。实现对各传感器、执行器等电子元件信号波形的采集。将采集到的数据与标准波形比较，可以直观地对故障波形与标准波形进行区别，从而提高学生对于波形的分析能力。

（3）实验台线路连接功能。参照所研究的车型电路图，将电控系统的所需线路全部连接到实验台的面板上，在面板上引出检测插孔。根据电路图来设计和连接实验台上的线路，电源、搭铁、传感器、执行器等线路以不同颜色的导线色来表示。

（4）实验台教学演示功能。为了使学生更加清楚地了解各种电控元件的安装位置，可进行汽车电控构造方面的教学。使用实验台演示教学真实反映了双燃料发动机电控系统的组成及控制过程，并且实现了在线的动态测试。通过汽车电脑诊断仪实现人机对话，所获得的数据可以直观地看到发动机的点火系统和油汽供给系统的状态，从而使学生更好的掌握了发电机系统的组成和工作状态，促进了师生的沟通交流，提升了教学质量和效果。

2 实验台的整体方案设计

实验台根据教学需求将总体结构分为台架、控制面板。具体方案设计如下。

（1）将发动机设计成可移动式台架的一部分。台架包括发动机部分和实验台的控制箱部分，为了方便组装，两者之间采用断开式接头进行线路连接。台架框架采用方形钢焊接而成，实验台控制箱部分采用整体冲压，保证了箱体的美观和结构强度。为了保证实验台的可拆装性，台架制成可翻转的形式，采用1∶60的手动蜗轮蜗杆机构的减速机。台架可根据实际需要将发动机、储气罐、蓄电池、油箱、水箱等部件安装在最合理的位置上，遵循结构紧凑、简洁的设计理念。台架和控制箱采用万向自锁脚轮活动灵活，并带有自锁装置；框架和箱体表面喷涂金属漆处理。

（2）实验台操作控制面板的设计。实验台操作控制面板主要设置有在线检测区、信号指示区、故障诊断区等。信号指示区设计在控制面板的中间位置，查看系统的工作信息和状态较为方便；在线监测区在实验台箱体内侧；本实验台侧重于实践教学应用，所以配备了实验指导书和电路图，传感器和电脑的连接原理简单明了，可以使学生很快就能明白电器线路的工作原理，然后依据标准电路图自己动手进行电路连线。将故障开关串联到各传感器和ECU的线路中，开关合上时发动机进入工作状态，将开关断开可以模拟执行器工作不良、电源线断路或接地不良、各传感器信号丢失等故障现象。

3 实验台的技术特点

实验台采用捷达ATK发动机作为主机，因为该发动机的电控技术非常成熟，为满足教学需求，该实验台由发动机、电路检测控制箱、汽油和燃气供给系统、电子防盗系统、冷却系统、起动装置、充放电装置、换气装置、电控动力系统（包括执行器、传感器、原车电脑等）、发动机的显示系统（充电、转速、水温、燃油、机油、真空压力表、燃气压力指示表、燃油压力指示表、电压监测表）等组成。故障区域设置了二十余种的线路故障，教师可随意的设置任一种线路故障，学生也可运用各种诊断仪器或仪表，连接控制箱面板上的相关插孔排除故障；可通过OBD-Ⅱ专用诊断接口实现对控制单元（发动机原车电脑和燃气控制电脑）的读码、清码、编码、读取动静态数据流、传感器信号模拟、执行器强制工作等多項功能。实验台的研究与开发为在校学生实践操作、社会汽车维修技术培训获得真实的数据流分析和故障分析，提供了便利的学习平台。

总之，自行研制的教学设备在教学过程中有诸多的益处：第一，自行研制的教学设备与市场上的设备相比，可以减少学校经费支出，为勤俭办学作出表率作用；第二，自行研制可以充分调动教师的积极性和动手能力，全面提高专业教师的业务能力，打造出一支教、学、做、研一体化的教师队伍；第三，由于学生的融入，既能培养学生严谨的科研态度又能增强其工程实践能力，体现了我校“应用为本，学以致用”的办学理念。

参考文献

[1] 解梅，黄银娣，张振军.电控发动机故障模拟试验台的设计与实验研究[J].汽车电器，2005（7）：52-54.

[2] 于春鹏，李涵武，鲍宇.丰田5A-FE型电控发动机实验台设计[J].应用科技，2008（2）：45-48.

[3] 石重阳，杜卫华.基于C8051F020芯片的EQ6100发动机不解体故障诊断仪的研制[J].仪器仪表用户，2006（3）：16-17.