微型車發動機機電一體實訓臺架故障設置裝置的設計方案

王燕兵　賴雅麗　佘勇　帥宗良

摘 要：當今，汽車發動機電控技術日新月異，革新速度十分迅速，尤其是傳統汽車燃油供給及電子點火系統作為現代汽車發動機控制系統電子的核心，是發動機檢測維修從業人員必須掌握的基本技能。同時，發動機電控系統的故障不再像傳統類型那樣概括為純油回路或電路故障，但故障應歸納為傳感器部分，ECM部分，執行器或管線部分。傳統的故障診斷方式無法滿足當代汽車技術革新帶來的維修需求，現有的發動機訓練裝置拆裝裝配困難，機電設備和設備成本高等因素提高對車輛維修人員和受訓人員的要求更高。本文針對上述問題開發了微型汽車發動機機電一體化培訓平臺。

關鍵詞：微型發動機 實訓臺架 故障設置

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 發動機實訓臺架改進設計思想

微型車輛發動機機電綜合訓練平臺可以模擬與真實車輛一致的各種發動機故障，不僅可以設置進氣系統，排氣系統，供油系統等的故障，更重要的是可以模擬電控發動機常見的故障，與傳感器，執行器，控制線和電子控制單元有關的故障。故障類型是典型和全面的，并且存在許多因素的變化。同時，培訓平臺還提供了豐富的測試內容和方便的檢測端口，使學員能夠在培訓平臺上反復模擬測試，并對電子參考量之間的關系進行系統研究?？刂瓢l動機的一部分，了解各種工作條件。根據發動機ECM控制參數和執行器，傳感器和動態響應，觀察各種故障現象，了解各種傳感器，執行器和相關電路對發動機運行狀況的影響，加強對電控發動機的了解，提高使用和維護水平[1-2]。此外，我們的教學人員還可以進行生產和開發，獲取相關的測試數據，研究和開發電控發動機及其電子元件，提高其理論和實際操作水平。因此，該設計具有很高的實用價值和應用前景[3-4]。

為了更好地培訓從事汽車維修人員的職業技能，使其在貼近維修企業實際崗位的環境中進行實訓實操，本文設計開發了一套基于實際崗位工況的、安全便捷的、真實直觀的呈現發動機電控系統工作原理，同時兼備設置常見發動機故障，且在設置故障后便于采用相關檢測儀器，，用于故障診斷和消除測試設備（如故障解碼器和示波器）的培訓平臺。為了更好地再現原有發動機相關功能，在改進發動機電控系統電路設置、發動機故障設置及系統檢測與故障排除，該系統必須具備以下需求：

1）發動機性能工作不變

發動機系統電子控制單元ECU電路較為復雜，必須精確分析其電路布線，然后精確設計控制面板，面板接線必須確保絕緣性良好，避免短路、虛接等不良現象。由于ECU容易外部信號干擾導致發動機運行狀況不佳，因此必須全面考慮ECU接線板中相關屏蔽線路設置，例如爆震傳感器相關線路必須做好屏蔽以防止相互干擾影響發動機運行，同時保證原車線路無人為損壞。

2）保證發動機電控系統相關故障設置的可靠性、多樣性和便捷性

鑒于影響發動機運行狀態的某些工況難以模擬，其故障現象難以再現，但是該故障卻是提升汽車維修人員技能的必備技能，因此發動機實訓臺架必須再現發動機任何工況下的各種實際故障。

3）發動機設置故障時相關檢測分析提供真實的數據支持

本系統不僅要具備直觀觀察發動機運行相關故障現象，還需采用相關測量儀器對發動機相關故障相關數據進行數據檢測，依據測量數據對發動機性能進行分析判斷。我們的發動機電控訓練臺架專為傳感器和執行器故障而設計。

4）經濟合理

系統硬件設計應考慮諸如工況需求，發動機性能和臺架成本等因素。必須避免僅僅為了追求高性能設備而實際需求和忽視經濟成本的趨勢，從而避免不必要的性能、時間、經濟的浪費。所研發的硬件功能以充分實現其使用價值為努力發展的方向，同時在設計系統硬件時必須高度重視其成本控制。

5）安全可靠

設備硬件系統的組成及相關的元器件必須性能穩定且質量可靠。例如，在各種工作條件下，不會發生誤操作，繼電器應分開并徹底分開，避免虛接。線束之間連接必須牢靠，且在惡劣工況下不松動或虛接等不良現象的發生。實訓臺相關線路焊接點必須牢靠不存在虛焊、漏焊等現象，防止不良焊點損壞線路和儀器。設備儀器接地回路連接牢靠。檢測設置裝置與控制系統連接安全可靠，確保實訓臺架運行安全是臺架設計時的基本原則。同時，培訓平臺確保了操作人員的安全和移動的便捷性。

2 發動機實訓臺架的總體改進設計方案

經過綜合分析，確定發動機實訓實操設備的總體構成（圖1），發動機電子控制系統的基本組成部分（圖2），以及發動機控制裝置的電路故障控制模式（圖3）。

3 故障設置裝置的改進設計方案

發動機電控系統故障設置主要是根據該發動機常見的典型故障進行故障再現設置，如設置傳感器信號和執行器電路的故障，包括斷路、短路、偶發、接觸不良、CAN線反接故障。為了便于用于教學實訓，兼顧設備成本，提升實訓設備的使用便捷性，本文開發了一種覆蓋發動機全部電控故障設定裝置。該裝置在保證整車結構完整，各控制系統、傳感器、執行器齊全，均可正常運轉的情況下，通過便捷測量組件在不破壞原車電路的情況下通過專用線束如圖5（b）與整車連接，確保連接后整車功能完整，保持原車說所用功能。智能化故障設置裝置總體框架如圖4所示。

發動機電控系統故障診斷實訓臺是以某型號發動機為基礎，開發出的一套用于故障設置及故障排查的實訓臺架。為實現對發動機相關故障的設置與排除等基本功能，在實訓臺架的側面設有故障點設置箱，我們在不破壞原車那些電路情況下，這樣可以輕松的串聯在相應的控制模塊和原車線束之間，每一個線束插件對應一個故障點，可設置發動機電腦控制單元J623與傳感器或執行元件任意線路故障（短路、斷路、虛接等）。這樣達到在不損壞、不破壞和改變那些原有線路及原有插頭的情況下，我們教師可以更加方便快捷地對某型號發動機電控系統電路進行相應的故障設置，這樣就可以基本模擬實車故障。這樣同時可以使用那些故障診斷設備進行對應的故障碼和數據流的讀取，而且這個實訓臺架控制面板上也安裝了帶有對應檢測功能的端子、這樣就可以通過使用示波器、萬用表等其他的維修工具直接測量某型號發動機上傳感器、相應執行元件、一些ECU中的相關對應的數據，比如類似電阻值、一些電壓值、電流值及相關的那些信號波形等。

發動機實訓實操臺架未來發展趨勢為智能技術、計算機技術、人工智能技術和大數據技術應用全面發展的結果。智能技術和計算機技術的革新給發動機實訓臺架故障數值模擬帶來了實現的可能，基于故障模擬技術可以進行模擬實驗，理論和實踐培訓以及技術研發。對此實訓臺架進行改進設計的最終目標是完成一個電子控制的發動機培訓平臺，用于實驗，教學實訓和故障診斷排除。由于設備成本控制以及其他因素的影響，本臺架所使用的設備是電子專業實訓產品和其他一些外購部件，電子控制發動機電路根據實訓需求進行了改進，使實訓實操平臺的研發達到了預定目標。

4 結束語

本文綜合考慮發動機系統各項功能及實訓臺架各項功能需求等其他方面對發動機電控系統實訓臺架進行了深入分析和全面考慮，由此制定了發動機實訓實操臺架的改進設計方案、發動機全系統故障設置裝置、故障檢測面板設計方案等，基于實際使用和經濟成本考慮選定了系統硬件和軟件系統，從整體上把握發動機實訓檢測臺架的改進過程，為以后的優化和研究打下良好的理論基礎。

參考文獻：

[1]張興安.基于PLC控制的電驅動電控發動機實訓教學演示臺架設計[J].時代汽車，2020（15）：53-56.

[2]周少璇. 某型電控發動機綜合實訓臺設計[D].西華大學，2020.

[3]吳海靜.無燃油汽油發動機實訓臺可行性分析[J].機電信息，2020（02）：35-36.

[4]蘇曉楠. 柴油共軌發動機電控系統故障診斷實訓臺設計與開發[D].吉林大學，2018.