PC 機(jī)控制的柴油共軌多媒體檢測實(shí)驗(yàn)臺設(shè)計(jì)

◎林冉

一、設(shè)計(jì)方案

本實(shí)驗(yàn)臺臺架造型現(xiàn)代、美觀、合理、安全，采用鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)臺架上部放置面板圖、顯示器、電子儀表；中部控制臺放置發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU、點(diǎn)火開關(guān)、儀表盤總成、防盜控制單元、診斷座及保險(xiǎn)座裝置；下部放置GW2.8TC 型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的總成和冷卻系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、燃油箱。發(fā)動(dòng)機(jī)支架及臺架的底邊采用方鋼焊制具有足夠的支撐剛度，安全耐用。為了方便試驗(yàn)臺移動(dòng)，在試驗(yàn)臺的四角分別制作有四個(gè)腳輪，并且為安全起見，前腳輪上都設(shè)置了鎖止裝置防止試驗(yàn)臺自由滑動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)周圍的輔件采用不銹管作護(hù)欄，安全、美觀。

1.面板設(shè)計(jì)。

第一部分銘刻著長城GW2.8TC 柴油共軌發(fā)動(dòng)機(jī)的電控原理圖，以顯示出發(fā)動(dòng)機(jī)電腦與傳感器、執(zhí)行器之間的輸入輸出關(guān)系，并且在電路圖的元器件相應(yīng)節(jié)點(diǎn)均安裝檢測插孔，以便于對照電路原理圖可以對電控系統(tǒng)相應(yīng)元器件的故障點(diǎn)、檢測點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)信號的檢測，通過檢測電控系統(tǒng)各信號參數(shù)，從而進(jìn)行故障判斷或標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)測量。

第二部分為動(dòng)態(tài)顯示區(qū)，具有主要數(shù)據(jù)參數(shù)的數(shù)碼顯示功能，在實(shí)驗(yàn)臺前面板上設(shè)置有6 塊電子指示儀表方便數(shù)據(jù)讀取，將傳感器或模擬裝置的輸入信號接到該儀表的信號輸入端。通過儀表屏幕便可觀察傳感器或者模擬裝置的工作情況，包括蓄電池電壓、油門踏板位置傳感器、共軌壓力傳感器、冷卻液溫度傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器。

第三部分為電腦液晶顯示區(qū)，本實(shí)驗(yàn)臺配一臺PC 機(jī)，PC機(jī)可外接投影儀、顯示器、打印機(jī)等設(shè)備?？梢酝ㄟ^PC 機(jī)對實(shí)驗(yàn)臺進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、故障設(shè)置、發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和關(guān)閉，并結(jié)合與實(shí)驗(yàn)臺相配套的教學(xué)課件以及教學(xué)軟件，可以讀取傳感器的波形圖以及數(shù)據(jù)，可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)的時(shí)候更加具體化的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師在使用的時(shí)候也更加的方便和快捷，實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體化教學(xué)。

2.電路圖設(shè)計(jì)。

在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)臺設(shè)計(jì)前系統(tǒng)了解發(fā)動(dòng)機(jī)自診斷系統(tǒng)的組成與功能、監(jiān)測控制系統(tǒng)、控制程序、數(shù)學(xué)計(jì)算和邏輯判斷，以及系統(tǒng)故障判斷的發(fā)生條件。以便有目的地創(chuàng)造滿足ECU 判斷故障生成條件的運(yùn)行環(huán)境。電路圖采用Corel-DRAW 軟件進(jìn)行繪制，電路圖顏色分明清晰，有助于教師和學(xué)生在使用時(shí)對電路圖的理解。柴油機(jī)共軌電路圖主要由電控單元，傳感器，執(zhí)行器，電源，診斷座和其他電器元件組成。

3.實(shí)驗(yàn)臺故障控制的設(shè)計(jì)。

本實(shí)驗(yàn)臺裝有一臺計(jì)算機(jī)，將采用智能故障設(shè)置裝置，其由硬件和軟件兩部分組成。軟件是由VB 語言編制的驅(qū)動(dòng)程序，該程序裝在本實(shí)驗(yàn)臺裝備的電腦主機(jī)中。該裝置的硬件部分由電磁繼電器、串轉(zhuǎn)并模塊、電磁繼電器電源（包括變壓器、整流器）、數(shù)據(jù)傳輸線及端口、單片機(jī)5V 供電端口及傳輸線等組成。

此計(jì)算機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的ECU 通過數(shù)據(jù)線相連，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，所以可以不用外接解碼器進(jìn)行讀碼、消碼、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流讀取、基本設(shè)定、終端執(zhí)行器操作。這些功能項(xiàng)目將通過計(jì)算機(jī)的顯視器顯視出，且更為直觀、全面。同時(shí)本實(shí)訓(xùn)臺在操作顯示面板上安置的診斷口可連接解碼器，用來清、讀故障碼、讀取動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流、基本設(shè)定和終端執(zhí)行器操作，設(shè)置故障或發(fā)生故障經(jīng)排除后，關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，使用計(jì)算機(jī)或解碼器進(jìn)行消碼。

二、實(shí)驗(yàn)臺架可實(shí)現(xiàn)的功能

本實(shí)驗(yàn)臺操作顯示面板上安裝了與原機(jī)電腦數(shù)量相同的端子引出口，可方便地將各部位導(dǎo)線接通和斷開，并通過端子引出口上的裸露部分進(jìn)行電壓和電阻的測量，以便獲取故障碼后的故障分析。測量電壓操作：發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無須拔下端子引出口的插頭，直接用高阻抗萬用表接觸引出口的裸露部分即可測量各部位間的電壓；測量電阻操作：關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)后，無須拔下端子引出口的插頭，直接用高阻抗萬用表接觸引出口的裸露部分即可測量傳感器、執(zhí)行器等各部位的電阻。

本實(shí)驗(yàn)臺通過所配置的PC 機(jī)可以實(shí)現(xiàn)以下基本功能：關(guān)機(jī)起動(dòng)、故障設(shè)置、檢測分析、教學(xué)課件、虛擬實(shí)訓(xùn)、考核系統(tǒng)。并且PC 機(jī)可外接投影儀、顯示器、打印機(jī)等設(shè)備，方便使用時(shí)通過多媒體設(shè)備對發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究，實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體化。

三、設(shè)備使用說明

1.關(guān)機(jī)起動(dòng)。

旋轉(zhuǎn)點(diǎn)火開關(guān)至起動(dòng)檔位，起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)（最長可延續(xù)5秒鐘）發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后應(yīng)立即松開鑰匙，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。欲將發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，可將點(diǎn)火開關(guān)旋轉(zhuǎn)至關(guān)閉位置即可關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)。

通過PC 機(jī)內(nèi)置軟件可將發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉或者起動(dòng)，只需將PC 機(jī)通電，按下開機(jī)按鈕將機(jī)器打開，然后用鼠標(biāo)點(diǎn)擊配套的檢測軟件進(jìn)入控制端，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，可模擬點(diǎn)火開關(guān)的起動(dòng)信號給ECU，實(shí)現(xiàn)人為遠(yuǎn)程對發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制。點(diǎn)擊關(guān)機(jī)按鈕，PC 機(jī)給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 一個(gè)關(guān)閉信號，即可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的斷油，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，使其快速的停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

在使用過程中，應(yīng)嚴(yán)格注意以下事項(xiàng)：發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)前應(yīng)察看潤滑油、冷卻液、蓄電池的液面高度是否滿足要求，若不足時(shí)應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充后再運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。每運(yùn)轉(zhuǎn)125 小時(shí)應(yīng)更換發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油、機(jī)油濾清器一次，并清潔空氣濾清器一次。運(yùn)轉(zhuǎn)中應(yīng)隨時(shí)檢查機(jī)油油壓、水溫、充電狀態(tài)以及是否有油、水、電氣的泄露和機(jī)體異響，出現(xiàn)故障應(yīng)立即停機(jī)檢修。要盡量避免長時(shí)間怠速或高速運(yùn)轉(zhuǎn)。操作時(shí)應(yīng)注意與旋轉(zhuǎn)件、高溫件保持一定距離以免發(fā)生事故。操作時(shí)應(yīng)遵循電控系統(tǒng)要求，嚴(yán)禁運(yùn)行中拔接插頭，測量時(shí)務(wù)必使用高阻抗電表。油箱油位報(bào)警燈亮?xí)r，須及時(shí)加相應(yīng)柴油油以免燒柴油油泵。本機(jī)熄火前應(yīng)讓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入怠速狀態(tài)5 秒鐘后方可熄火。超過十天不使用本機(jī)時(shí)，務(wù)必?cái)嚅_蓄電池負(fù)極接線。發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)點(diǎn)火開關(guān)接通不得超過十分鐘。嚴(yán)格按照規(guī)定使用符合要求的柴油油、潤滑油、冷卻液。移動(dòng)臺架應(yīng)盡量推動(dòng)機(jī)架主體（盡可能不要推動(dòng)不銹鋼防護(hù)欄）。

2.故障設(shè)置、排除。

本實(shí)驗(yàn)臺設(shè)置有效故障點(diǎn)為30個(gè)，其中發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器故障7個(gè)，發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行器故障6個(gè)，發(fā)動(dòng)機(jī)繼電器故障5個(gè)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU 故障2個(gè)，可以通過實(shí)驗(yàn)臺外置的故障設(shè)置開關(guān)實(shí)現(xiàn)單獨(dú)或者多個(gè)傳感器、執(zhí)行器以及發(fā)動(dòng)ECU 的故障設(shè)置，并且可由PC 機(jī)進(jìn)行故障的解除和設(shè)置。

本機(jī)設(shè)有兩個(gè)故障設(shè)置區(qū)，第一個(gè)是開路設(shè)置區(qū)：操作顯示面板下方的電腦端子引出口為開路設(shè)置區(qū)，插頭外緣為傳感器連接線點(diǎn)，插頭內(nèi)緣為電腦連線點(diǎn)，故障設(shè)置時(shí)，關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)后，只須拔下電腦相應(yīng)端子引出口插頭，換上專用的開路模擬插頭即可造成開路故障（當(dāng)設(shè)置故障后故障燈在點(diǎn)火開關(guān)接通及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下都會(huì)點(diǎn)亮）。第二個(gè)是斷路設(shè)置區(qū)：操作顯示面板下的電腦柜中；設(shè)有圓形板式按鈕，機(jī)油高壓顯示、機(jī)油低壓顯示、防盜燈、起動(dòng)機(jī)、燃油泵、燃油油位顯示、風(fēng)扇、水溫顯示、水位顯示、蓄電池充電指示、時(shí)間顯示表等線路的斷路設(shè)置故障點(diǎn)，以方便教學(xué)設(shè)置故障。本機(jī)不提倡短路設(shè)置故障，如果采用了短路設(shè)置方式，則對有可能發(fā)生的元器件損壞。

同時(shí)可實(shí)現(xiàn)傳感器信號模擬功能，電壓模擬：首先根據(jù)所需模擬電壓值的范圍選擇電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)的5V 或1V 檔，關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)后，取專用連接線一根，一頭插在電壓模擬旋鈕下的模擬插孔中，另一頭插入需輸入電壓的端子引出口插孔中，打開點(diǎn)火開關(guān)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，此時(shí)調(diào)節(jié)旋鈕便可改變電壓輸入值，而操作顯示面板上的蓄電池電壓表則顯示模擬值。電壓模擬主要用來模擬電子油門踏板傳感器電壓信號、氧傳感器電壓信號等，通過模擬可用來判斷傳感器的好壞，也可通過解碼儀數(shù)據(jù)流的顯示觀察噴油脈寬和點(diǎn)火正時(shí)的改變。電阻模擬：關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)后，取專用連接線一根，一頭插入電阻模擬旋鈕下的模擬插孔中，另一頭插入需輸入電阻值的端子引出口插孔中，此時(shí)調(diào)節(jié)旋鈕即可改變電阻輸入值。電阻模擬主要用來模擬水溫信號、進(jìn)氣溫度傳感器信號等的電阻值變化。

而且本機(jī)可以使用PC 機(jī)內(nèi)置的軟件，對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行模擬運(yùn)行，對個(gè)傳感器信號進(jìn)行電壓和電阻模擬并快速設(shè)置故障，在故障排除后，只需通過計(jì)算機(jī)軟件將故障清除或復(fù)位即可恢復(fù)到正常狀態(tài)。

本實(shí)驗(yàn)臺故障也可通過手動(dòng)進(jìn)行設(shè)置，故障設(shè)置按鈕按下和彈起需在實(shí)驗(yàn)臺通電的情況下進(jìn)行，按鈕可由手動(dòng)或者PC 機(jī)進(jìn)行控制，有兩個(gè)位置，當(dāng)按鈕未被按下時(shí)，此時(shí)處于位置一，故障未設(shè)置，且PC 機(jī)可通過信號反饋感知未設(shè)置故障，PC 機(jī)軟件顯示未設(shè)置任何故障；當(dāng)按鈕被手動(dòng)按下，此時(shí)處于位置二，設(shè)置了故障，此時(shí)PC 機(jī)通過信號反饋，感知設(shè)置了故障，PC 機(jī)軟件顯示設(shè)置了相應(yīng)的故障。在進(jìn)行故障消除時(shí)，可手動(dòng)按下故障按鈕進(jìn)行故障清除，也可通過PC 機(jī)控制使故障按鈕歸位，進(jìn)行故障清除。

同時(shí)，PC 機(jī)可以對水溫、油門踏板位置、空氣流量計(jì)、進(jìn)氣溫度、蓄電池電壓信號進(jìn)行模擬控制。首先PC 機(jī)自動(dòng)將故障按鈕設(shè)置為位置二，然后通過模擬信號線給ECU 一個(gè)模擬信號，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行模擬故障運(yùn)行，加大了故障考核的難度。

3.檢測分析和故障診斷思路。

本實(shí)驗(yàn)臺可以通過PC 機(jī)內(nèi)軟件，進(jìn)行故障檢測、解碼器功能?？蛇M(jìn)行故障碼的讀取和清除，數(shù)據(jù)流的讀取，方便的觀察發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)而不用專用的解碼器，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的故障排除。并且具有示波器的作用，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中對各個(gè)傳感器的信號進(jìn)行檢測，并且將其波形讀出，方便觀察其波形并進(jìn)行故障波形和非故障波形對比判斷進(jìn)行故障的解決和排除。

本實(shí)驗(yàn)臺故障點(diǎn)診斷思路：首先觀察現(xiàn)象，明顯的有發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)、冒黑煙、加速不良等現(xiàn)象，然后根據(jù)顯現(xiàn)推斷某個(gè)部位出現(xiàn)故障，從整體到局部。使用解碼器進(jìn)行故障碼的讀取，有故障碼的通過萬用表進(jìn)行檢測進(jìn)一步確定其故障部位，若沒有故障碼的通過對故障不明顯的傳感器或執(zhí)行器使用萬用表進(jìn)行排查，確定其故障部位。

4.虛擬實(shí)訓(xùn)。

本實(shí)驗(yàn)臺PC 機(jī)內(nèi)置軟件可以使使用者在非起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，只打開PC 機(jī)，進(jìn)入軟件進(jìn)行各種故障的模擬，通過3D 動(dòng)畫和各種視頻的演示，使其有身臨其境的感覺，并且可以通過該軟件對發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造、發(fā)動(dòng)機(jī)的拆裝進(jìn)行學(xué)習(xí)。軟件有實(shí)訓(xùn)的功能，可以利用軟件中的萬用表和解碼儀、示波器在軟件中進(jìn)行故障診斷和排除。節(jié)約了實(shí)驗(yàn)臺發(fā)動(dòng)機(jī)的使用維護(hù)和保養(yǎng)成本，并且大大減少了在使用中頻繁起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)造成的排放污染。

四、結(jié)語

本文以博世柴油高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)為研究對象，對柴油高壓共軌發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺架進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過該實(shí)驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)對高壓共軌柴油機(jī)電路圖以及PC 機(jī)的輔助學(xué)習(xí)，可以了解和掌握高壓共軌系統(tǒng)的故障排除方法，有比較強(qiáng)的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值，能更好的用于實(shí)際的維修操作中。