試論電控發動機實訓教學實驗臺的開發與應用論文
論文摘要：汽車電控發動機實驗臺可真實體現汽車常見電控系統故障，是用于現代汽車電子技術、汽車維修等相關專業的教育與培訓重要設備。講述了實驗臺的設計要求、結構特點，詳細介紹了實驗臺的功能，分析介紹了五菱B12發動機的檢測數據，最后提出了汽車電控發動機實驗臺的發展思路。
論文關鍵詞：電控發動機實驗臺；檢測數據；開發
一、背景及意義
汽車開始大量進入百姓家庭，我國汽車工業獲得了蓬勃發展，柳州市的汽車工業以上汽通用五菱為主體，去年的產銷量達到15萬輛。汽車的工作崗位需求逐年上升。柳州市交通學校（以下簡稱“我校”）以汽修專業為主，培養的學生主要為柳州市的汽車工業服務，學生在校期間，實踐操作是不可缺少的，實驗臺的反復操作性和經濟性決定了其在中職學校的適用性和可推廣性。我校在初期從不同渠道去參觀學習，以不同方式去了解和對比，發現有的實驗臺不能設置故障；有的實驗臺無法進行實際測量；有的實驗臺沒有檢測端口，無法使用檢測設備；有的實驗臺增加了單片機技術，雖然可以載路測試并能實現計算機遠距離控制設置故障，但是由于附加電路改變了原車的線路，無法靜態檢測參數，中職學生利用這樣的實驗臺實習后，得出與實際車輛檢測數據不符的結果，增加學習的難度。我校基于本校的實際，研發適用于中職學生教學使用的實驗臺。
學校性質是行業辦學，建校以來獲得的上級撥款每年都沒有超出10萬元。柳州是座汽車城，擁有上汽通用五菱、東風柳州汽車廠、柳州工程機械廠等大型汽車企業。學校圍繞柳州的`汽車產業，力爭把大量的中職學生培養成為合格產業工人。學校在苦苦自籌資金發展汽車維修專業，但是汽修設備和汽車培訓實習設備價格較高，學校根本無力獨自承擔龐大的購買經費。現實決定了我校只能走自主開發、艱苦創業的路子。在整合了一批實際工作經驗豐富的教師后，學校在2002年開始以廢舊進口汽車為主開發第一代的電噴發動機實訓教學實驗臺，并于2003年全面應用于學校的實訓教學。但是由于技術復雜，第一代的電噴發動機實訓教學實驗臺實際工作很不穩定，實際掌握電噴發動機技術的教師不多，維護成本較高，后期基本只能用于汽車構造等專業基礎課。2006年開始以上汽通用五菱的電噴發動機系統替代進口發動機系統，研制開發出了第二代的電噴發動機實訓教學實驗臺。采用柳州本市的發動機電噴系統，穩定性大大提高，同時成本下降到了一個讓學校可以大量使用的范圍，基本上每一位專業教師至少有三臺第二代的電噴發動機實訓教學實驗臺。這樣既解決了實訓設備緊缺的問題，也解決了教師隊伍專業知識自我提高的問題。從此我校的汽修專業一直處在廣西同類學校的前列位置。廣西區內的中職學校紛紛到我校學習和參觀。我校的辦學規模和辦學效益也逐年穩定上升，在2011年獲得了國家示范校的資格。
二、電噴發動機實訓教學實驗臺的設計
1.電噴發動機實訓教學實驗臺功能的開發
開發的實驗臺應該具備以下功能：直觀認識電控發動機，了解構件組成、外觀特點以及在發動機上的安裝位置；可以演示電控發動機的起動和正常工作過程，可演示發動機異常工作狀態；可以進行實車動態檢測，通過儀表儀器可以檢測輸入信號和控制信號；可以人工設置或計算機軟件控制設置各種發動機故障，全程模擬演示實際發動機的故障診斷流程，故障排除流程。該實驗臺可以作為中職汽車相關專業一線教學設備、汽車專業職業培訓、汽修職業技能鑒定實驗裝置。
2.實訓教學實驗臺的檢測功能
（1）實現對上汽通用五菱電控汽油機及其他各型發動機的各種實際故障的模擬。參考實際故障，以上汽通用五菱售后服務中心提供的普遍故障現象為依據，將所有的傳感器、執行器、電子元件等線路進行人工控制，改變電子信號值（電阻、電壓或電流）或者實現通路、斷路，從而達到與實際故障相吻合的效果，真實再現發動機故障現象，努力把教學環境與日后工作的實踐操作進行無縫對接。
（2）實現對各傳感器、執行器等電子元件信號波形的采集。在不影響各傳感器與執行器正常工作的前提下，可以對其信號進行波形采集，與標準波形相比較，直觀看到故障波形與標準波形的區別，提高學生波形分析的能力。可以直接在測量區域檢測電壓值、電流值、電阻值。不需要破壞連接線路。
（3）故障碼、數據流的提取。設置有OBD診斷接口，可使用各種發動機電腦解碼器進行故障碼讀取和進行數據流分析。實驗臺設計有各種常見電子控制系統故障的預設單元，其功能主要是檢測和反映各傳感器、執行器及電控單元等的故障現象。實驗臺具有檢測設備匹配功能，能與示波器、萬用表、發動機分析儀等設備連接，測量傳輸信號，讀取故障碼和提取數據流，這樣可實現故障診斷分析的實踐教學功能。
（4）電噴發動機實訓教學實驗臺線路連接功能。參照原車電路圖，將發動機電源電路，傳感器電路，執行器電路以線路連接的方式噴繪在臺架的面板上，將ECU的所有線路全部引到實驗臺板上，同時標注各元件名稱，在線路中引出檢測孔。根據電路圖將線路連接無誤后，方能進行發動機的發動及故障診斷和數據測試。選擇接線應用不同線色區分傳感器、執行器、電源、搭鐵線路。 （5）教學演示功能。可以對學生進行發動機電控方面的構造教學，使學生懂得各種傳感器、執行器和控制部件安裝的位置，作用及工作原理。能真實反映出電噴系統的組成及控制過程，實現動態在線測試。實驗臺保證動態數據與實際車輛一致，在實驗臺板上設置與實車相同配置的轉速表、水溫表等，用于顯示轉速信號、水溫信號等常用動態信號。把節氣門位置傳感器、水溫傳感器、進氣壓力傳感器、進氣溫度傳感器、曲軸位置傳感器、氧傳感器等轉變成能在實驗臺板的數碼管上顯示的信號。為了便于發動機各種工作狀態的顯示，用多個指示燈顯示各缸的點火和噴油信號。可以直觀觀察點火系統和燃油供給系統的工作狀態，教師、學生之間可得到良好的溝通。
三、實驗臺的整體設計方案
根據該發動機的電控系統特點及功能需求，實驗臺的總體結構設計主要包括臺架的設計和控制面板的設計。設計方案如下：
（1）將實車發動機設計成為可移動臺架。實驗臺臺架的設計為可移動式臺架，臺架包括發動機實體部分和實驗臺柜體部分，兩者之間連接線路采用可斷開式接頭連接，方便組裝和運輸。臺架可由方管焊接成框架結構，其中實驗臺柜體采用整體沖壓，保證了柜體的牢固強度。臺架可根據實際發動機類型、電瓶、油箱、水箱、排氣管等的安裝位置以及應用時的操作空間而定，盡量采用緊湊方式連接，控制面板一般固定在臺架后側的支架上。發動機臺架將發動機支撐起來，將排氣系統安裝在臺架下側。臺架采用萬向自鎖腳輪活動靈活，并帶有自鎖裝置，便于移動教學；表面噴塑處理防腐蝕、抗老化、不褪色。
（2）實驗臺操作顯示面板的設計。實驗臺操作顯示面板的設計尺寸要合理，主要設置有信號指示燈區域、儀表顯示區、故障診斷區域、檢測區域、照明區域以及儀表區域等。儀表顯示區和信號指示燈區域布置在顯示面板的中部，方便查看顯示系統的工作信息；線束連接器及保險盒、繼電器盒可布置在版面的背面；實驗臺偏重于教學應用，在版面上印制出電控發動機的電路原理圖，重點突出傳感器和電腦的連接原理，使學生明白電路的工作原理，可以對照電路圖進行電路連接。在版面上可以選擇設置多塊指示儀表，兩塊液壓表用于顯示自動變速器換擋工作油壓（針對部分車型），一塊液壓表顯示燃油噴射系統供油壓力。電壓表一塊，顯示電路的充電情況。另一塊真空表顯示節氣門下方真空度變化，指示值的波動可輔助故障診斷。實驗臺采用開關控制式和檢測孔，就是在各傳感器到ECU的線路中串接上故障設置開關，開關合上時發動機處于原機工作狀態，檢測區域中設置開關，在開關斷開時就能模擬各傳感器信號丟失、電源線斷路或接地不良等的故障情況。
四、電噴發動機實訓教學實驗臺采用的技術特點
電噴發動機實訓教學實驗臺采用柳州五菱B12電控發動機，為適應汽車教學需求而研制。該電控發動機實驗臺由電控發動機、操作顯示面板及電控發動機彩色原理圖、電路檢測控制柜、可移動式臺架（萬向腳輪）、汽油供給系統（腳踏式油門踏板）、冷卻系統（自動電子風扇）、啟動系統、充電系統、排放系統、發動機傳感器、執行器、原車儀表、原車電腦、具有發動機運轉及顯示（水溫、燃油、機油、充電、轉速）配備原車OBD-Ⅱ接口、真空顯示表、燃油壓力顯示表、噴油器工作指示LED燈、電壓檢測表（檢測任意路傳感器工作信號、工作電壓）組成。故障設置區可設置8-24路故障（教師設置任一路線路故障）、故障排除區（學生通過各種儀器、儀表或讀取故障碼）在面板上用專用排故線連接排除故障、通過OBD-Ⅱ實現讀碼、清碼、讀取數據流、故障分析、傳感器信號模擬等多項功能。電控發動機實驗臺能夠準確、直觀地顯示發動機電控系統的數據流和故障碼，并能設置故障。電噴發動機實訓教學實驗臺為電控發動機的故障診斷提供了方法，汽車維修技術人員可借助該實訓系統進行數據流分析和故障碼分析，來診斷電控發動機的故障，學生也可進行電控發動機理論和故障診斷的學習。
五、展望
本著實用和夠用為原則，研發小組沒有過多參照國內外市場上各種外觀精美、價格昂貴、裝用世界品牌的發動機等的實驗臺。我們從學校的實際出發，用很少的成本去開發研究實驗臺，因此我校出品的實驗臺經久耐用，后續維修成本少，在售出到別的同行學校中，基本電話就可以完成售后服務，為學校創造了實實在在的效益。自我開發研制教學設備有很多積極的因素：第一，能緩解降低學校辦學經費，創造良好的經濟效益；第二，能全面提高本校汽車專業教師的業務能力，打造出一支會教學能修車的教師隊伍。現在我校的汽修專業教師都受聘于上汽通用五菱、東風柳州汽車廠作為技術顧問，常年為汽車廠家培訓售后修理人員。
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