试析电控发动机实训教学实验台的开发与应用

论文摘要：汽车电控发动机实验台可真实体现汽车常见电控系统故障，是用于现代汽车电子技术、汽车维修等相关专业的教育与培训重要设备。讲述了实验台的设计要求、结构特点，详细介绍了实验台的功能，分析介绍了五菱B12发动机的检测数据，最后提出了汽车电控发动机实验台的发展思路。

论文关键词：电控发动机实验台；检测数据；开发

一、背景及意义

汽车开始大量进入百姓家庭，我国汽车工业获得了蓬勃发展，柳州市的汽车工业以上汽通用五菱为主体，去年的产销量达到15万辆。汽车的工作岗位需求逐年上升。柳州市交通学校（以下简称“我校”）以汽修专业为主，培养的学生主要为柳州市的汽车工业服务，学生在校期间，实践操作是不可缺少的，实验台的反复操作性和经济性决定了其在中职学校的适用性和可推广性。我校在初期从不同渠道去参观学习，以不同方式去了解和对比，发现有的实验台不能设置故障；有的实验台无法进行实际测量；有的实验台没有检测端口，无法使用检测设备；有的实验台增加了单片机技术，虽然可以载路测试并能实现计算机远距离控制设置故障，但是由于附加电路改变了原车的线路，无法静态检测参数，中职学生利用这样的实验台实习后，得出与实际车辆检测数据不符的结果，增加学习的难度。我校基于本校的实际，研发适用于中职学生教学使用的实验台。

学校性质是行业办学，建校以来获得的上级拨款每年都没有超出10万元。柳州是座汽车城，拥有上汽通用五菱、东风柳州汽车厂、柳州工程机械厂等大型汽车企业。学校围绕柳州的汽车产业，力争把大量的中职学生培养成为合格产业工人。学校在苦苦自筹资金发展汽车维修专业，但是汽修设备和汽车培训实习设备价格较高，学校根本无力独自承担庞大的购买经费。现实决定了我校只能走自主开发、艰苦创业的路子。在整合了一批实际工作经验丰富的教师后，学校在2002年开始以废旧进口汽车为主开发第一代的电喷发动机实训教学实验台，并于2003年全面应用于学校的实训教学。但是由于技术复杂，第一代的电喷发动机实训教学实验台实际工作很不稳定，实际掌握电喷发动机技术的教师不多，维护成本较高，后期基本只能用于汽车构造等专业基础课。2006年开始以上汽通用五菱的电喷发动机系统替代进口发动机系统，研制开发出了第二代的电喷发动机实训教学实验台。采用柳州本市的发动机电喷系统，稳定性大大提高，同时成本下降到了一个让学校可以大量使用的范围，基本上每一位专业教师至少有三台第二代的电喷发动机实训教学实验台。这样既解决了实训设备紧缺的问题，也解决了教师队伍专业知识自我提高的问题。从此我校的汽修专业一直处在广西同类学校的前列位置。广西区内的中职学校纷纷到我校学习和参观。我校的办学规模和办学效益也逐年稳定上升，在2011年获得了国家示范校的资格。

二、电喷发动机实训教学实验台的设计

1.电喷发动机实训教学实验台功能的开发

开发的实验台应该具备以下功能：直观认识电控发动机，了解构件组成、外观特点以及在发动机上的安装位置；可以演示电控发动机的起动和正常工作过程，可演示发动机异常工作状态；可以进行实车动态检测，通过仪表仪器可以检测输入信号和控制信号；可以人工设置或计算机软件控制设置各种发动机故障，全程模拟演示实际发动机的故障诊断流程，故障排除流程。该实验台可以作为中职汽车相关专业一线教学设备、汽车专业职业培训、汽修职业技能鉴定实验装置。

2.实训教学实验台的检测功能

（1）实现对上汽通用五菱电控汽油机及其他各型发动机的各种实际故障的模拟。参考实际故障，以上汽通用五菱售后服务中心提供的普遍故障现象为依据，将所有的传感器、执行器、电子元件等线路进行人工控制，改变电子信号值（电阻、电压或电流）或者实现通路、断路，从而达到与实际故障相吻合的效果，真实再现发动机故障现象，努力把教学环境与日后工作的实践操作进行无缝对接。

（2）实现对各传感器、执行器等电子元件信号波形的采集。在不影响各传感器与执行器正常工作的前提下，可以对其信号进行波形采集，与标准波形相比较，直观看到故障波形与标准波形的区别，提高学生波形分析的能力。可以直接在测量区域检测电压值、电流值、电阻值。不需要破坏连接线路。

（3）故障码、数据流的提取。设置有OBD诊断接口，可使用各种发动机电脑解码器进行故障码读取和进行数据流分析。实验台设计有各种常见电子控制系统故障的预设单元，其功能主要是检测和反映各传感器、执行器及电控单元等的故障现象。实验台具有检测设备匹配功能，能与示波器、万用表、发动机分析仪等设备连接，测量传输信号，读取故障码和提取数据流，这样可实现故障诊断分析的实践教学功能。

（4）电喷发动机实训教学实验台线路连接功能。参照原车电路图，将发动机电源电路，传感器电路，执行器电路以线路连接的方式喷绘在台架的面板上，将ECU的所有线路全部引到实验台板上，同时标注各元件名称，在线路中引出检测孔。根据电路图将线路连接无误后，方能进行发动机的发动及故障诊断和数据测试。选择接线应用不同线色区分传感器、执行器、电源、搭铁线路。 （5）教学演示功能。可以对学生进行发动机电控方面的构造教学，使学生懂得各种传感器、执行器和控制部件安装的位置，作用及工作原理。能真实反映出电喷系统的组成及控制过程，实现动态在线测试。实验台保证动态数据与实际车辆一致，在实验台板上设置与实车相同配置的转速表、水温表等，用于显示转速信号、水温信号等常用动态信号。把节气门位置传感器、水温传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、曲轴位置传感器、氧传感器等转变成能在实验台板的数码管上显示的信号。为了便于发动机各种工作状态的显示，用多个指示灯显示各缸的点火和喷油信号。可以直观观察点火系统和燃油供给系统的工作状态，教师、学生之间可得到良好的沟通。

三、实验台的整体设计方案

根据该发动机的电控系统特点及功能需求，实验台的总体结构设计主要包括台架的设计和控制面板的设计。设计方案如下：

（1）将实车发动机设计成为可移动台架。实验台台架的设计为可移动式台架，台架包括发动机实体部分和实验台柜体部分，两者之间连接线路采用可断开式接头连接，方便组装和运输。台架可由方管焊接成框架结构，其中实验台柜体采用整体冲压，保证了柜体的牢固强度。台架可根据实际发动机类型、电瓶、油箱、水箱、排气管等的安装位置以及应用时的操作空间而定，尽量采用紧凑方式连接，控制面板一般固定在台架后侧的支架上。发动机台架将发动机支撑起来，将排气系统安装在台架下侧。台架采用万向自锁脚轮活动灵活，并带有自锁装置，便于移动教学；表面喷塑处理防腐蚀、抗老化、不褪色。

（2）实验台操作显示面板的设计。实验台操作显示面板的设计尺寸要合理，主要设置有信号指示灯区域、仪表显示区、故障诊断区域、检测区域、照明区域以及仪表区域等。仪表显示区和信号指示灯区域布置在显示面板的中部，方便查看显示系统的工作信息；线束连接器及保险盒、继电器盒可布置在版面的背面；实验台偏重于教学应用，在版面上印制出电控发动机的电路原理图，重点突出传感器和电脑的连接原理，使学生明白电路的工作原理，可以对照电路图进行电路连接。在版面上可以选择设置多块指示仪表，两块液压表用于显示自动变速器换挡工作油压（针对部分车型），一块液压表显示燃油喷射系统供油压力。电压表一块，显示电路的充电情况。另一块真空表显示节气门下方真空度变化，指示值的波动可辅助故障诊断。实验台采用开关控制式和检测孔，就是在各传感器到ECU的线路中串接上故障设置开关，开关合上时发动机处于原机工作状态，检测区域中设置开关，在开关断开时就能模拟各传感器信号丢失、电源线断路或接地不良等的故障情况。

四、电喷发动机实训教学实验台采用的技术特点

电喷发动机实训教学实验台采用柳州五菱B12电控发动机，为适应汽车教学需求而研制。该电控发动机实验台由电控发动机、操作显示面板及电控发动机彩色原理图、电路检测控制柜、可移动式台架（万向脚轮）、汽油供给系统（脚踏式油门踏板）、冷却系统（自动电子风扇）、启动系统、充电系统、排放系统、发动机传感器、执行器、原车仪表、原车电脑、具有发动机运转及显示（水温、燃油、机油、充电、转速）配备原车OBD-Ⅱ接口、真空显示表、燃油压力显示表、喷油器工作指示LED灯、电压检测表（检测任意路传感器工作信号、工作电压）组成。故障设置区可设置8-24路故障（教师设置任一路线路故障）、故障排除区（学生通过各种仪器、仪表或读取故障码）在面板上用专用排故线连接排除故障、通过OBD-Ⅱ实现读码、清码、读取数据流、故障分析、传感器信号模拟等多项功能。电控发动机实验台能够准确、直观地显示发动机电控系统的数据流和故障码，并能设置故障。电喷发动机实训教学实验台为电控发动机的故障诊断提供了方法，汽车维修技术人员可借助该实训系统进行数据流分析和故障码分析，来诊断电控发动机的故障，学生也可进行电控发动机理论和故障诊断的学习。

五、展望

本着实用和够用为原则，研发小组没有过多参照国内外市场上各种外观精美、价格昂贵、装用世界品牌的发动机等的实验台。我们从学校的实际出发，用很少的成本去开发研究实验台，因此我校出品的实验台经久耐用，后续维修成本少，在售出到别的同行学校中，基本电话就可以完成售后服务，为学校创造了实实在在的效益。自我开发研制教学设备有很多积极的因素：第一，能缓解降低学校办学经费，创造良好的经济效益；第二，能全面提高本校汽车专业教师的业务能力，打造出一支会教学能修车的教师队伍。现在我校的汽修专业教师都受聘于上汽通用五菱、东风柳州汽车厂作为技术顾问，常年为汽车厂家培训售后修理人员。