微型车发动机机电一体实训台架故障设置装置的设计方案

王燕兵　赖雅丽　佘勇　帅宗良

摘 要：当今，汽车发动机电控技术日新月异，革新速度十分迅速，尤其是传统汽车燃油供给及电子点火系统作为现代汽车发动机控制系统电子的核心，是发动机检测维修从业人员必须掌握的基本技能。同时，发动机电控系统的故障不再像传统类型那样概括为纯油回路或電路故障，但故障应归纳为传感器部分，ECM部分，执行器或管线部分。传统的故障诊断方式无法满足当代汽车技术革新带来的维修需求，现有的发动机训练装置拆装装配困难，机电设备和设备成本高等因素提高对车辆维修人员和受训人员的要求更高。本文针对上述问题开发了微型汽车发动机机电一体化培训平台。

关键词：微型发动机 实训台架 故障设置

Design Scheme of Fault Setting Device for Micro-vehicle Engine Electromechanical Integrated Training Bench

Wang Yanbing Lai Yali She Yong Shuai Zongliang

Abstract：Today， automobile engine electronic control technology is changing with each passing day， and the speed of innovation is very rapid. In particular， traditional automobile fuel supply and electronic ignition system， as the core of modern automobile engine control system electronics， are the basic skills that engine inspection and maintenance practitioners must master. At the same time， the fault of the engine electronic control system is no longer summarized as a pure oil circuit or circuit fault like the traditional type， but the fault should be summarized as the sensor part， ECM part， actuator or pipeline part. Traditional fault diagnosis methods cannot meet the maintenance needs brought about by the technological innovation of contemporary automobiles. The existing engine training device is difficult to disassemble and assemble， and the high cost of electromechanical equipment and equipment has increased the requirements for vehicle maintenance personnel and trainees. In this paper， a training platform for the mechatronics integration of micro-vehicle engines is developed for the above-mentioned problems.

Key words：micro engine， training bench， fault setting

1 发动机实训台架改进设计思想

微型车辆发动机机电综合训练平台可以模拟与真实车辆一致的各种发动机故障，不仅可以设置进气系统，排气系统，供油系统等的故障，更重要的是可以模拟电控发动机常见的故障，与传感器，执行器，控制线和电子控制单元有关的故障。故障类型是典型和全面的，并且存在许多因素的变化。同时，培训平台还提供了丰富的测试内容和方便的检测端口，使学员能够在培训平台上反复模拟测试，并对电子参考量之间的关系进行系统研究。控制发动机的一部分，了解各种工作条件。根据发动机ECM控制参数和执行器，传感器和动态响应，观察各种故障现象，了解各种传感器，执行器和相关电路对发动机运行状况的影响，加强对电控发动机的了解，提高使用和维护水平[1-2]。此外，我们的教学人员还可以进行生产和开发，获取相关的测试数据，研究和开发电控发动机及其电子元件，提高其理论和实际操作水平。因此，该设计具有很高的实用价值和应用前景[3-4]。

为了更好地培训从事汽车维修人员的职业技能，使其在贴近维修企业实际岗位的环境中进行实训实操，本文设计开发了一套基于实际岗位工况的、安全便捷的、真实直观的呈现发动机电控系统工作原理，同时兼备设置常见发动机故障，且在设置故障后便于采用相关检测仪器，，用于故障诊断和消除测试设备（如故障解码器和示波器）的培训平台。为了更好地再现原有发动机相关功能，在改进发动机电控系统电路设置、发动机故障设置及系统检测与故障排除，该系统必须具备以下需求：

1）发动机性能工作不变

发动机系统电子控制单元ECU电路较为复杂，必须精确分析其电路布线，然后精确设计控制面板，面板接线必须确保绝缘性良好，避免短路、虚接等不良现象。由于ECU容易外部信号干扰导致发动机运行状况不佳，因此必须全面考虑ECU接线板中相关屏蔽线路设置，例如爆震传感器相关线路必须做好屏蔽以防止相互干扰影响发动机运行，同时保证原车线路无人为损坏。

2）保证发动机电控系统相关故障设置的可靠性、多样性和便捷性

鉴于影响发动机运行状态的某些工况难以模拟，其故障现象难以再现，但是该故障却是提升汽车维修人员技能的必备技能，因此发动机实训台架必須再现发动机任何工况下的各种实际故障。

3）发动机设置故障时相关检测分析提供真实的数据支持

本系统不仅要具备直观观察发动机运行相关故障现象，还需采用相关测量仪器对发动机相关故障相关数据进行数据检测，依据测量数据对发动机性能进行分析判断。我们的发动机电控训练台架专为传感器和执行器故障而设计。

4）经济合理

系统硬件设计应考虑诸如工况需求，发动机性能和台架成本等因素。必须避免仅仅为了追求高性能设备而实际需求和忽视经济成本的趋势，从而避免不必要的性能、时间、经济的浪费。所研发的硬件功能以充分实现其使用价值为努力发展的方向，同时在设计系统硬件时必须高度重视其成本控制。

5）安全可靠

设备硬件系统的组成及相关的元器件必须性能稳定且质量可靠。例如，在各种工作条件下，不会发生误操作，继电器应分开并彻底分开，避免虚接。线束之间连接必须牢靠，且在恶劣工况下不松动或虚接等不良现象的发生。实训台相关线路焊接点必须牢靠不存在虚焊、漏焊等现象，防止不良焊点损坏线路和仪器。设备仪器接地回路连接牢靠。检测设置装置与控制系统连接安全可靠，确保实训台架运行安全是台架设计时的基本原则。同时，培训平台确保了操作人员的安全和移动的便捷性。

2 发动机实训台架的总体改进设计方案

经过综合分析，确定发动机实训实操设备的总体构成（图1），发动机电子控制系统的基本组成部分（图2），以及发动机控制装置的电路故障控制模式（图3）。

3 故障设置装置的改进设计方案

发动机电控系统故障设置主要是根据该发动机常见的典型故障进行故障再现设置，如设置传感器信号和执行器电路的故障，包括断路、短路、偶发、接触不良、CAN线反接故障。为了便于用于教学实训，兼顾设备成本，提升实训设备的使用便捷性，本文开发了一种覆盖发动机全部电控故障设定装置。该装置在保证整车结构完整，各控制系统、传感器、执行器齐全，均可正常运转的情况下，通过便捷测量组件在不破坏原车电路的情况下通过专用线束如图5（b）与整车连接，确保连接后整车功能完整，保持原车说所用功能。智能化故障设置装置总体框架如图4所示。

发动机电控系统故障诊断实训台是以某型号发动机为基础，开发出的一套用于故障设置及故障排查的实训台架。为实现对发动机相关故障的设置与排除等基本功能，在实训台架的侧面设有故障点设置箱，我们在不破坏原车那些电路情况下，这样可以轻松的串联在相应的控制模块和原车线束之间，每一个线束插件对应一个故障点，可设置发动机电脑控制单元J623与传感器或执行元件任意线路故障（短路、断路、虚接等）。这样达到在不损坏、不破坏和改变那些原有线路及原有插头的情况下，我们教师可以更加方便快捷地对某型号发动机电控系统电路进行相应的故障设置，这样就可以基本模拟实车故障。这样同时可以使用那些故障诊断设备进行对应的故障码和数据流的读取，而且这个实训台架控制面板上也安装了带有对应检测功能的端子、这样就可以通过使用示波器、万用表等其他的维修工具直接测量某型号发动机上传感器、相应执行元件、一些ECU中的相关对应的数据，比如类似电阻值、一些电压值、电流值及相关的那些信号波形等。

发动机实训实操台架未来发展趋势为智能技术、计算机技术、人工智能技术和大数据技术应用全面发展的结果。智能技术和计算机技术的革新给发动机实训台架故障数值模拟带来了实现的可能，基于故障模拟技术可以进行模拟实验，理论和实践培训以及技术研发。对此实训台架进行改进设计的最终目标是完成一个电子控制的发动机培训平台，用于实验，教学实训和故障诊断排除。由于设备成本控制以及其他因素的影响，本台架所使用的设备是电子专业实训产品和其他一些外购部件，电子控制发动机电路根据实训需求进行了改进，使实训实操平台的研发达到了预定目标。

4 结束语

本文综合考虑发动机系统各项功能及实训台架各项功能需求等其他方面对发动机电控系统实训台架进行了深入分析和全面考虑，由此制定了发动机实训实操台架的改进设计方案、发动机全系统故障设置装置、故障检测面板设计方案等，基于实际使用和经济成本考虑选定了系统硬件和软件系统，从整体上把握发动机实训检测台架的改进过程，为以后的优化和研究打下良好的理论基础。

参考文献：

[1]张兴安.基于PLC控制的电驱动电控发动机实训教学演示台架设计[J].时代汽车，2020（15）：53-56.

[2]周少璇. 某型电控发动机综合实训台设计[D].西华大学，2020.

[3]吴海静.无燃油汽油发动机实训台可行性分析[J].机电信息，2020（02）：35-36.

[4]苏晓楠. 柴油共轨发动机电控系统故障诊断实训台设计与开发[D].吉林大学，2018.