大众帕萨特电控发动机故障实验台的改进研究

1 研究背景
现代发动机越来越多的采用电子控制技术，如近几年发动机新技术中的FSI分层燃烧、汽油机缸内直喷、CVVT技术和VTEC技术等都离不开电子控制。但是电控技术的应用也给汽修专业学生学习电控发动机故障诊断与维修技术带来了很多困难。为了使汽修专业的学生更快更好的掌握汽车电子控制技术，提高他们的维修技术水平，各职业院校都在想方设法购买各种电控发动机实训设备，例如电控发动机软件、拆装台架和故障诊断实验台等。我们学校为了帮助学生认识电控发动机的结构和提高他们故障诊断的能力，购买了4台EA888电控发动机故障诊断台架，适用于大众帕萨特车型，它具有如下功能：
①结构展示。从实验台架上可以清楚的看到电控发动机的结构组成和主要传感器的安装位置、线束布置（如图1所示）。

图1 帕萨特故障实验台
②工作原理展示。实验台控制面板上的电路图显示了发动机电控系统的工作原理；各种仪表的读数表示发动机的运转状态，帮助学生了解电控发动机的工作过程。
③数据测量。控制面板上各种检测插孔能够方便的测量传感器和执行器的静态和动态参数。
④故障设置。通过故障设置显示屏能够快速的设置和清除发动机故障。（如图2所示）。

图2 故障设置电路图
2 存在问题
在电控发动机故障实验台的使用过程中，逐渐发现存在很多不足，不能满足教师教学和学生实训的要求，与真实的电控发动机故障相差甚多。具体表现在：
①实验台上预留的检测端口有的不能使用，在操作过程中只能刺破线束测量，这样线束很容易损坏；
②故障设置太简单，通过在控制线路上串联控制开关，只能实现控制线路的通断，不能真实反映发动机故障。
③实验台没有设置使用故障诊断解码仪的通用OBD-2诊断座口，不能读取发动机的故障代码和数据流，不能训练学生对专用检测工具的使用。
因此改进现有实验台，设计具有结构展示、参数测量、故障模拟及自诊断功能的电控发动机故障实验台势在必行。
3 改进内容
针对以上大众帕萨特电控发动机故障诊断实验台的不足，现确定以下改进内容：
①实验台控制面板的改进。将现有面板改成易于操作和观看的面板。改进后的面板应包括：数据显示区域，通用故障诊断接口区域，检测端口区域、发动机电路连接区域、故障设置连接口和控制单元等。
②故障点数量的改进。现有实验台只能设置16个故障，不具有代表性。我们要通过企业调研收集本款发动机的常见故障，增加故障点，保证故障的代表性和可操作性。
③故障模拟电路的设计。现有实验台只能通过控制开关设置故障，不能模拟发动机元件异常产生的故障，因此需要在发动机电控系统加入PLC控制电路，通过改变传感器、执行器等信号，影响发动机的正常工作，模拟汽车工作过程中的实际故障现象。
4 改进方案
4.1控制面板的改进
①按照方便操作的原则对现有控制面板进行重新布置。在原有面板的下部中间位置增加了OBD-Ⅱ通用故障诊断接口和SD卡口，还在喷油器、电磁阀、火花塞等主要部件位置上加入了LED显示灯。②对面板上各系统和总成的电路线束重新进行规整。线束统一布置在面板的背面，控制面板正面预留检测插孔，以便对有关线路进行检测。所有线束全部换成新的。③对故障设置连接端口进行重新安装，使用新的10英寸液晶显示屏作为人机交互式界面设置发动机故障。控制面板布置状况如图3和图4所示。

图3 控制面板布置图

图4 控制面板实物
4.2液晶显示屏的改进
现有液晶显示屏8英寸，版本比较低，反应比较慢，内容只有故障设置，可以通过短路或断路设置16个不同的故障，学生很快可以操作完成，学习效果不好。这次我们采用10英寸的显示屏，外观漂亮，反应快，存储量大，学生都比较感兴趣。而且我们在原来内容的基础上增加了很多新的内容，方便学生查找资料。主要内容包括：
①安装自诊断系统软件。可以通过OBD-Ⅱ接口与显示屏相连，读取故障码和数据流，并能够清除故障代码，实现解码仪的功能。
②上传发动机课程相关资料。包括实训操作所需清单（设备、工量具等）、维修视频资料、操作说明书和需要填写的任务单，EA888发动机维修手册，课件和课程考试题卡等，将这些资料上传显示屏形成资料库，方便随时查看，提高学生兴趣，有利于教学。
③增加新的故障点。通过调研收集本款发动机的常见故障，模拟故障现象，设置更多贴合实际的故障。
4.3故障模拟电路的设计
实验台现有故障设置方式主要是通过开关对传感器和执行器电路进行断（短）路和搭铁设置。这种方式结构简单、操作方便，但是只能设置很少的故障，并且很多故障与实际相差太远。汽修行业很多故障并不是由于简单的线路损坏造成的，而是因为传感器和执行器工作异常引发的。
这些故障的设置不是靠简单的开关控制就能实现的，而是需要在电控系统中加入信号模拟器来完成。本实验台采用PLC控制电路作为信号模拟器向控制单元发出模拟信号设置电控发动机故障。PLC控制的故障模拟原理图如图5所示，PLC控制电路实物如图6所示。

EA888电控发动机故障实验台改进完成后要进行相关功能测试，以便发现改进过程中的漏洞和缺陷。通过对实验台两种状态（发动机正常运转和故障模拟）的测试，得出与实车相同故障基本一致的测试数据，说明故障诊断实验台改进是成功的。将改进后的故障诊断实验台应用到汽修专业学生的实训教学中，极大地提高了学生对电控发动机故障诊断的分析能力和实际操作能力。