微型車發(fā)動機電控系統(tǒng)故障診斷實訓臺實驗測試

王燕兵　賴雅麗　佘勇　帥宗良

摘 要：隨著我國綜合國力的提升、國民生活水平的提高，我國汽車保有量激增，汽車后市場從業(yè)的技術型人才嚴重短缺，高職院校作為技術型人才培養(yǎng)的主戰(zhàn)場，其中尤其是交通類院校，更要強化汽車技術教學實訓課程開發(fā)和實訓設備的研發(fā)，以培養(yǎng)出符合企業(yè)崗位需求，具備德技雙高的時代人才，促進汽車后市場的發(fā)展，填補人才短缺。當前市場上所研發(fā)的教學臺架存在較大的局限性，無法達到鍛煉學生實操技能的需求。因此在充分調研及深入分析當前臺架存在的不足，提升實操訓練的實效性，兼顧實訓設備反復機械設施故障及拆卸導致實訓設備損壞的缺陷，本文針對當前國內院校汽車相關專業(yè)學生實訓常用電控發(fā)動機實訓臺架存在的弊端及不足結合汽車技術的發(fā)展及高職院校發(fā)動機教學的需求進行了微型車發(fā)動機電控系統(tǒng)實訓臺架測試與研究。

關鍵詞：微型發(fā)動機 電控系統(tǒng) 故障診斷 實訓臺 實驗測試

Experimental Test of Fault Diagnosis Training Platform for Mini-vehicle Engine Electronic Control System

Wang Yanbing Lai Yali She Yong Shuai Zongliang

Abstract：With the improvement of China's comprehensive national strength and the improvement of national living standards， China's car ownership has increased sharply， and there is a serious shortage of technical talents in the automotive aftermarket. Higher vocational colleges are the main battlefield for training technical talents， especially in transportation colleges. Colleges and universities must strengthen the development of automotive technology teaching and training courses and the research and development of training equipment to cultivate talents of the era who meet the needs of enterprises and possess both moral and technical skills， promote the development of the automotive aftermarket， and fill the shortage of talents. The teaching benches developed in the current market have major limitations and cannot meet the needs of training students' practical skills. Therefore， after fully investigating and thoroughly analyzing the current deficiencies of the bench， improving the effectiveness of practical training， and considering the defects of repeated mechanical failures and disassembly of the training equipment， the training equipment is damaged. This article is aimed at the current domestic college students in automotive related majors. The shortcomings of the commonly used electronic control engine training benches for training combined with the development of automobile technology and the needs of engine teaching in higher vocational colleges have carried out the test and research on the training benches of the electronic control system of the mini-vehicle engine.

Key words：micro engine， electronic control system， fault diagnosis， training platform， experimental test

1 原機測試與分析

按照我國《汽車發(fā)動機性能試驗方法》中嚴格規(guī)定的汽車實訓臺開發(fā)中必須進行無任何故障狀態(tài)下進行以下5項試驗測試：1）常規(guī)啟動試驗，試驗檢測發(fā)動機常規(guī)啟動性能是否正常;2）發(fā)動機怠速試驗，試驗測試發(fā)動機在怠速工況下的運行穩(wěn)定性;3）試驗機油消耗量，試驗測試汽車發(fā)動機在正常工況下運行時機油消耗量是否正常;4）功率測試，試驗測量汽車發(fā)動機在全負荷工況下發(fā)動機的功率及油耗經(jīng)濟性;5）符合特性測試，試驗測試在規(guī)定轉速下的汽車發(fā)動機燃油經(jīng)濟性。

在對汽車發(fā)動機進過多次嚴格的啟動、怠速及負荷加速等相關測試后，深入分析所取得的試驗數(shù)據(jù)后證明發(fā)動機各項數(shù)據(jù)正常、運行平穩(wěn)、性能優(yōu)良[1]。

2 故障診斷實訓臺架的調試

為了保證微型車發(fā)動機電控系統(tǒng)故障診斷實訓臺架的可靠性，需要對本次開發(fā)的故障診斷實訓臺架進行相關功能的調試與檢測，盡可能地發(fā)現(xiàn)在設計和研發(fā)過程中出現(xiàn)的問題，然后及時的更改和調整。主要檢測了以下幾個方面：1）保證臺架上所布置的電路圖的正確性，包括各繼電器、保險絲、線路的布置以及針腳號等需要與原始電路圖保持一致;2）保證改裝后發(fā)動機故障診斷臺架在沒有設置故障之前可以正常運轉，確保發(fā)動機的性能良好以及各功能的正常性;3）檢測在設置各種相關的故障點后，發(fā)動機的運行狀態(tài)會出現(xiàn)相應的故障現(xiàn)象，根據(jù)相關參數(shù)的改變，分析與理論結果是否一致。利用故障診斷儀診斷是會出現(xiàn)相關故障代碼。4）評估故障診斷實訓臺架的整體性能并分析其可靠性[2-3]。

3 故障模擬實驗與分析

3.1 模擬起動許可信號故障

故障設置與診斷功能是本故障診斷實訓臺核心功能，是整個制作研發(fā)調試過程中做最重要的一部分。通過典型故障點的設置和測試，來鑒定本實訓臺架的性能。實訓臺架設置 的故障點的選取均是根據(jù)汽車維修企業(yè)的典型案例。主要類型包括發(fā)動機控制單元控制相關故障、傳感器故障和執(zhí)行元件故障。下面選取典型案例進行實驗測試。

故障點的設置：在實訓臺架上的故障設置箱設置起動許可信號線斷路故障，即進入和起動許可控制單元T40/15針腳到發(fā)動機控制單元T91/68針腳之間的線路斷路故障，如圖2所示。故障設置完成后，學生根據(jù)相關控制原理和故障排查步驟對該故障進行診斷。

故障現(xiàn)象：（1）所有車門無鑰匙進入功能正常;（2）打開車門進入車內，鑰匙指示燈閃爍正常，儀表顯示車門狀態(tài)正常，點火開關背景燈正常點亮;（3）打開點火開關，方向盤解鎖，儀表點亮，儀表顯示正常，起動發(fā)動機，起動機不轉，發(fā)動機無法起動，儀表顯示檔位信息正常，踩下制動踏板時，儀表及后部制動燈指示正常。

電路分析：根據(jù)圖1所示的起動機控制電路原理圖，從中可以看出，J965通過其T40/15 端子至 J623的T91/68端子的線路向J623發(fā)出起動許可信號，按下點火開關時，應測得幅值為+B的脈沖，如果該信號異常，將造成起動機不能運轉。

故障診斷過程：根據(jù)故障現(xiàn)象及相關電路圖進行綜合分析，由于沒有任何起動征兆，也沒聽到任何起動繼電器吸合的聲音，綜合判斷可能是起動許可信號異常。按下 E378，測量 J623 的 輸入信號T91/68 對地電壓波形，正常情況下，在按下點火開關時，應測得幅值為+B 的脈沖，否則都說明存在故障。實際上測得波形始終為一條直線，說明信號線路斷路或對地短路，測試結果如圖所示;按下 E378，測量 J965 的 T40/15 端子對地電壓波形，正常情況下，在按下點火開關時，應測得幅值為+B 的脈沖，標準和實測波形如3圖所示。

由此可以看出，J965 的 T40/15 端子對地電壓波形正常。該線路兩端存在+B 的壓差，判斷J965 的 T40/15 至 J623 的 T91/68 之間的線路斷路，測量導線電阻為無窮大。修復后，故障現(xiàn)象消失。其故障故障機理是由于起動許可信號線路故障，造成發(fā)動機控制電腦無法知曉駕駛員的意圖，從而沒有發(fā)出起動機繼電器控制信號，造成起動機無法運轉，發(fā)動機無法啟動。

3.2 曲軸、凸輪軸位置傳感器故障

故障點的設置：通過臺架設置曲軸、凸輪軸位置傳感器信號線同時斷路，即曲軸位置傳感器G28的T3m/2端子到發(fā)動機控制單元的T105/70端子信號線斷路，同時凸輪軸位置傳感器G300的T3t/2端子到發(fā)動機控制單元的T105/28端子信號線斷路，如圖4所示。設置好故障后，學生根據(jù)相關故障現(xiàn)象及理論進行該故障的排除。

故障現(xiàn)象：打開點火開關，儀表燈正常點亮，偶有油泵運轉動作;踩剎車踏板，按起動按鈕E378，啟動機正常運轉，但無法感受到油泵運轉，無著車征兆。

電路分析：由曲軸傳感器線路原理圖（如圖5所示）上可以看出，傳感器采用霍爾式結構和工作原理，由 J623 的 T105/35 端子供給電源（5V）至傳感器的 T3m/1 端子，通過傳感器的 T3m/3 端子至 J623 的 T105/77 端子線路接地構成回路，在點火開關打開而發(fā)動機沒有運轉的情況下，J623會通過其 T105/70 端子提供信號線路 5V 的參考信號，在發(fā)動機轉動過程中，傳感器通過其 T3m/2端子周期性的把參考電壓拉低，形成一個方波信號至 J623 的 T105/70 端子。

由維修手冊和邁騰凸輪軸傳感器線路原理圖（如圖6所示）上可以看出，凸輪軸位置傳感器采用霍爾式結構和工作原理，由 J623 的 T105/69 端子供給電源（5V）至傳感器的 T3o/1端子，通過傳感器的 T3o/3 端子至 J623 的 T105/44 端子線路接地構成回路，在點火開關打開而發(fā)動機沒有運轉的情況下，J623 會通過其 T105/30 端子提供信號線路 5V 的參考信號，在發(fā)動機轉動過程中，霍爾傳感器通過其由 T3o/2周期性的把參考電壓拉低，形成一個方波信號至 J623的 T105/30 端子。對于凸輪軸位置傳感器 G40 和 G300 的結構和工作原理基本一致，其信號的測量方法也完全一致。

故障診斷過程：根據(jù)故障現(xiàn)象及相關的控制邏輯分析，故障可能存在于曲軸及凸輪軸位置傳感器上。在發(fā)動機起動過程中，用示波器測量 J623的T105/70端子對地電壓，正常情況下應測得1-5V的方波信號，實測為5V的一條直線，說明信號輸入異常。基于信號傳輸路徑，下一步對傳感器的輸出信號進行測量。正常情況下，在發(fā)動機運轉過程中，應測得 0-5V 的方波信號，實測為0V的一條直線，結合上步測試結果說明，信號線路斷路。J623的T105/35端子到G28的T3m/1端子間線路導通性測試，實測結果為電阻無窮大，說明電路斷路，修復故障后，發(fā)動機可以起動，只是起動的時間稍長。

4 結束語

本文致力于對微型車發(fā)動機電控系統(tǒng)故障診斷實訓臺架進行調試，基于汽車性能完全再現(xiàn)和實際使用需求為目的進行了兩個方面的試驗測試和分析：一為原車相關性能測試、數(shù)據(jù)監(jiān)測，確保了實訓臺架發(fā)動機各項性能及運行參數(shù)與原車數(shù)據(jù)完全相同;二是故障測試，通過在故障診斷實訓臺架設置相關故障并分析實訓臺架發(fā)動機的運行狀態(tài)及相關運行參數(shù)，分析現(xiàn)象和數(shù)據(jù)與理論一致。同時本章在實訓臺架上試驗分析了常規(guī)的故障實例，從故障的設置、故障現(xiàn)象的分析、故障數(shù)據(jù)的采集到該故障的排除，驗證了微型車發(fā)動機電控系統(tǒng)故障模擬實訓臺在實際教學中的可行性和有效性及方便性。學生可以對實訓臺架進行靈活的操作和運用，真實模擬實車故障，能讓學生快速高效地進行相關的故障診斷，可以很好地促進汽車發(fā)動機故障診斷的教學。

參考文獻：

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

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[3]蘇曉楠.柴油共軌發(fā)動機電控系統(tǒng)故障診斷實訓臺設計與開發(fā)[D].吉林大學，2018.