PC 机控制的柴油共轨多媒体检测实验台设计

◎林冉

一、设计方案

本实验台台架造型现代、美观、合理、安全，采用钢质结构。实验台架上部放置面板图、显示器、电子仪表；中部控制台放置发动机控制单元ECU、点火开关、仪表盘总成、防盗控制单元、诊断座及保险座装置；下部放置GW2.8TC 型柴油发动机的总成和冷却系统、供油系统、润滑系统、进排气系统、燃油箱。发动机支架及台架的底边采用方钢焊制具有足够的支撑刚度，安全耐用。为了方便试验台移动，在试验台的四角分别制作有四个脚轮，并且为安全起见，前脚轮上都设置了锁止装置防止试验台自由滑动。发动机周围的辅件采用不锈管作护栏，安全、美观。

1.面板设计。

第一部分铭刻着长城GW2.8TC 柴油共轨发动机的电控原理图，以显示出发动机电脑与传感器、执行器之间的输入输出关系，并且在电路图的元器件相应节点均安装检测插孔，以便于对照电路原理图可以对电控系统相应元器件的故障点、检测点进行静态或动态信号的检测，通过检测电控系统各信号参数，从而进行故障判断或标准参数测量。

第二部分为动态显示区，具有主要数据参数的数码显示功能，在实验台前面板上设置有6 块电子指示仪表方便数据读取，将传感器或模拟装置的输入信号接到该仪表的信号输入端。通过仪表屏幕便可观察传感器或者模拟装置的工作情况，包括蓄电池电压、油门踏板位置传感器、共轨压力传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器。

第三部分为电脑液晶显示区，本实验台配一台PC 机，PC机可外接投影仪、显示器、打印机等设备。可以通过PC 机对实验台进行远程控制、故障设置、发动机的启动和关闭，并结合与实验台相配套的教学课件以及教学软件，可以读取传感器的波形图以及数据，可以使学生在学习的时候更加具体化的学习，激发学生的学习兴趣，教师在使用的时候也更加的方便和快捷，实现理实一体化教学。

2.电路图设计。

在发动机实验台设计前系统了解发动机自诊断系统的组成与功能、监测控制系统、控制程序、数学计算和逻辑判断，以及系统故障判断的发生条件。以便有目的地创造满足ECU 判断故障生成条件的运行环境。电路图采用Corel-DRAW 软件进行绘制，电路图颜色分明清晰，有助于教师和学生在使用时对电路图的理解。柴油机共轨电路图主要由电控单元，传感器，执行器，电源，诊断座和其他电器元件组成。

3.实验台故障控制的设计。

本实验台装有一台计算机，将采用智能故障设置装置，其由硬件和软件两部分组成。软件是由VB 语言编制的驱动程序，该程序装在本实验台装备的电脑主机中。该装置的硬件部分由电磁继电器、串转并模块、电磁继电器电源（包括变压器、整流器）、数据传输线及端口、单片机5V 供电端口及传输线等组成。

此计算机与发动机的ECU 通过数据线相连，可以进行数据交换，所以可以不用外接解码器进行读码、消码、动态数据流读取、基本设定、终端执行器操作。这些功能项目将通过计算机的显视器显视出，且更为直观、全面。同时本实训台在操作显示面板上安置的诊断口可连接解码器，用来清、读故障码、读取动态数据流、基本设定和终端执行器操作，设置故障或发生故障经排除后，关闭点火开关，使用计算机或解码器进行消码。

二、实验台架可实现的功能

本实验台操作显示面板上安装了与原机电脑数量相同的端子引出口，可方便地将各部位导线接通和断开，并通过端子引出口上的裸露部分进行电压和电阻的测量，以便获取故障码后的故障分析。测量电压操作：发动机运转时无须拔下端子引出口的插头，直接用高阻抗万用表接触引出口的裸露部分即可测量各部位间的电压；测量电阻操作：关闭点火开关后，无须拔下端子引出口的插头，直接用高阻抗万用表接触引出口的裸露部分即可测量传感器、执行器等各部位的电阻。

本实验台通过所配置的PC 机可以实现以下基本功能：关机起动、故障设置、检测分析、教学课件、虚拟实训、考核系统。并且PC 机可外接投影仪、显示器、打印机等设备，方便使用时通过多媒体设备对发动机的工作过程进行学习和研究，实现理实一体化。

三、设备使用说明

1.关机起动。

旋转点火开关至起动档位，起动机运转（最长可延续5秒钟）发动机运转后应立即松开钥匙，此时发动机起动。欲将发动机关闭，可将点火开关旋转至关闭位置即可关闭发动机。

通过PC 机内置软件可将发动机关闭或者起动，只需将PC 机通电，按下开机按钮将机器打开，然后用鼠标点击配套的检测软件进入控制端，用鼠标点击起动发动机，可模拟点火开关的起动信号给ECU，实现人为远程对发动机的起动控制。点击关机按钮，PC 机给发动机ECU 一个关闭信号，即可实现发动机的断油，关闭发动机，使其快速的停止运转。

在使用过程中，应严格注意以下事项：发动机运转前应察看润滑油、冷却液、蓄电池的液面高度是否满足要求，若不足时应进行补充后再运转发动机。每运转125 小时应更换发动机润滑油、机油滤清器一次，并清洁空气滤清器一次。运转中应随时检查机油油压、水温、充电状态以及是否有油、水、电气的泄露和机体异响，出现故障应立即停机检修。要尽量避免长时间怠速或高速运转。操作时应注意与旋转件、高温件保持一定距离以免发生事故。操作时应遵循电控系统要求，严禁运行中拔接插头，测量时务必使用高阻抗电表。油箱油位报警灯亮时，须及时加相应柴油油以免烧柴油油泵。本机熄火前应让发动机进入怠速状态5 秒钟后方可熄火。超过十天不使用本机时，务必断开蓄电池负极接线。发动机不工作时点火开关接通不得超过十分钟。严格按照规定使用符合要求的柴油油、润滑油、冷却液。移动台架应尽量推动机架主体（尽可能不要推动不锈钢防护栏）。

2.故障设置、排除。

本实验台设置有效故障点为30个，其中发动机传感器故障7个，发动机执行器故障6个，发动机继电器故障5个，发动机ECU 故障2个，可以通过实验台外置的故障设置开关实现单独或者多个传感器、执行器以及发动ECU 的故障设置，并且可由PC 机进行故障的解除和设置。

本机设有两个故障设置区，第一个是开路设置区：操作显示面板下方的电脑端子引出口为开路设置区，插头外缘为传感器连接线点，插头内缘为电脑连线点，故障设置时，关闭点火开关后，只须拔下电脑相应端子引出口插头，换上专用的开路模拟插头即可造成开路故障（当设置故障后故障灯在点火开关接通及发动机运转状态下都会点亮）。第二个是断路设置区：操作显示面板下的电脑柜中；设有圆形板式按钮，机油高压显示、机油低压显示、防盗灯、起动机、燃油泵、燃油油位显示、风扇、水温显示、水位显示、蓄电池充电指示、时间显示表等线路的断路设置故障点，以方便教学设置故障。本机不提倡短路设置故障，如果采用了短路设置方式，则对有可能发生的元器件损坏。

同时可实现传感器信号模拟功能，电压模拟：首先根据所需模拟电压值的范围选择电压转换开关的5V 或1V 档，关闭点火开关后，取专用连接线一根，一头插在电压模拟旋钮下的模拟插孔中，另一头插入需输入电压的端子引出口插孔中，打开点火开关启动发动机，此时调节旋钮便可改变电压输入值，而操作显示面板上的蓄电池电压表则显示模拟值。电压模拟主要用来模拟电子油门踏板传感器电压信号、氧传感器电压信号等，通过模拟可用来判断传感器的好坏，也可通过解码仪数据流的显示观察喷油脉宽和点火正时的改变。电阻模拟：关闭点火开关后，取专用连接线一根，一头插入电阻模拟旋钮下的模拟插孔中，另一头插入需输入电阻值的端子引出口插孔中，此时调节旋钮即可改变电阻输入值。电阻模拟主要用来模拟水温信号、进气温度传感器信号等的电阻值变化。

而且本机可以使用PC 机内置的软件，对发动机进行模拟运行，对个传感器信号进行电压和电阻模拟并快速设置故障，在故障排除后，只需通过计算机软件将故障清除或复位即可恢复到正常状态。

本实验台故障也可通过手动进行设置，故障设置按钮按下和弹起需在实验台通电的情况下进行，按钮可由手动或者PC 机进行控制，有两个位置，当按钮未被按下时，此时处于位置一，故障未设置，且PC 机可通过信号反馈感知未设置故障，PC 机软件显示未设置任何故障；当按钮被手动按下，此时处于位置二，设置了故障，此时PC 机通过信号反馈，感知设置了故障，PC 机软件显示设置了相应的故障。在进行故障消除时，可手动按下故障按钮进行故障清除，也可通过PC 机控制使故障按钮归位，进行故障清除。

同时，PC 机可以对水温、油门踏板位置、空气流量计、进气温度、蓄电池电压信号进行模拟控制。首先PC 机自动将故障按钮设置为位置二，然后通过模拟信号线给ECU 一个模拟信号，此时发动机进行模拟故障运行，加大了故障考核的难度。

3.检测分析和故障诊断思路。

本实验台可以通过PC 机内软件，进行故障检测、解码器功能。可进行故障码的读取和清除，数据流的读取，方便的观察发动机运行时的状态而不用专用的解码器，进行发动机的故障排除。并且具有示波器的作用，在发动机运转过程中对各个传感器的信号进行检测，并且将其波形读出，方便观察其波形并进行故障波形和非故障波形对比判断进行故障的解决和排除。

本实验台故障点诊断思路：首先观察现象，明显的有发动机抖动、冒黑烟、加速不良等现象，然后根据显现推断某个部位出现故障，从整体到局部。使用解码器进行故障码的读取，有故障码的通过万用表进行检测进一步确定其故障部位，若没有故障码的通过对故障不明显的传感器或执行器使用万用表进行排查，确定其故障部位。

4.虚拟实训。

本实验台PC 机内置软件可以使使用者在非起动发动机的情况下，只打开PC 机，进入软件进行各种故障的模拟，通过3D 动画和各种视频的演示，使其有身临其境的感觉，并且可以通过该软件对发动机的构造、发动机的拆装进行学习。软件有实训的功能，可以利用软件中的万用表和解码仪、示波器在软件中进行故障诊断和排除。节约了实验台发动机的使用维护和保养成本，并且大大减少了在使用中频繁起动发动机造成的排放污染。

四、结语

本文以博世柴油高压共轨燃油喷射系统为研究对象，对柴油高压共轨发动机试验台架进行设计，通过该实验台的设计对高压共轨柴油机电路图以及PC 机的辅助学习，可以了解和掌握高压共轨系统的故障排除方法，有比较强的实践应用价值，能更好的用于实际的维修操作中。