某款桑塔納2000AJR發(fā)動機實訓(xùn)臺的優(yōu)化設(shè)計

.第 4 期內(nèi)燃機No. 42015 年 8 月Internal Combustion EnginesAug. 2015某款桑塔納 2000AJR 發(fā)動機實訓(xùn)臺的優(yōu)化設(shè)計陸靜兵，李軍輝，高昌（北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，北京 102208）摘要：通過分析國內(nèi)主要生產(chǎn)企業(yè)開發(fā)的發(fā)動機實訓(xùn)臺，結(jié)合桑塔納 2000AJR 這款發(fā)動機主要故障發(fā)生頻率及產(chǎn)生原因，對實訓(xùn)室原有桑塔納 2000AJR 發(fā)動機實訓(xùn)臺進行了優(yōu)化設(shè)計。以發(fā)動機電子控制單元（ECU）為核心，模擬發(fā)動機在不同工況下各傳感器、執(zhí)行器、電子控制單元等 25 個故障，設(shè)計了“故障黑盒”。優(yōu)化后的發(fā)動機實訓(xùn)臺可為汽車維修人員和學(xué)生提供良好的故障檢測與診斷學(xué)習(xí)平臺，提高了發(fā)動機電控原理與維修技術(shù)的教學(xué)效果。關(guān)鍵詞：發(fā)動機；故障診斷；實訓(xùn)臺；優(yōu)化中圖分類號：TK402文獻標識碼：B文章編號：1000 - 6494（2015）04 - 0045 - 04Optimizing Design of a Training Platform for one SANTANA 2000AJR EngineLU Jingbing，LI Junhui，GAO Chang（Beijing Vocational College of Agriculture, Beijing 102208）Abstract：Analyzing the training platforms of engines in china, according to the statistics of the frequency and the causes of SANTANA 2000AJR engines the main faults, we optimize the original SANTANA 2000AJR engine training platforms in the training room. With the engine electronic control unit (ECU) as the core, design a “black box” to simulate 25 faults in different conditions of the sensor, actuator and electronic control unit. The optimized training platform can provide a good fault- detection and diagnosis learning platform for maintenance personnel and higher vocational students, and improve the teaching effect of the theory and maintenance skill of electronic- controlled engine technology.Key words: engine; fault diagnosis; training platform; optimization.0 前言汽車發(fā)動機是車輛的核心部件，培養(yǎng)發(fā)動機故障診斷能力是“汽車檢測與維修技術(shù)”專業(yè)技能型人才培養(yǎng)的目標之一。設(shè)計開發(fā)滿足職業(yè)教育要求的發(fā)動機故障診斷實訓(xùn)臺是提高學(xué)生故障診斷能力的有效載體。目前，市場主流的實訓(xùn)設(shè)備廠商如北京廣達、北京意中意、浙江天皇等，都開發(fā)了發(fā)動機故障診斷實訓(xùn)臺，但在應(yīng)用中出現(xiàn)了以下問題：a. 無故障設(shè)置功能或設(shè)置非發(fā)動機實際故障點，不利于培養(yǎng)學(xué)生故障診斷能力。b. 部分試驗臺設(shè)計華而不實，工作可靠性低?；痦椖浚罕本┺r(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院課題發(fā)動機電控技術(shù)課程改革與實踐（2013053）作者簡介：陸靜兵（1980 -），男，講師、碩士研究生，主要從事汽車電控技術(shù)研究。收稿日期：2015 - 03 - 29c. 價格較高，設(shè)備技術(shù)升級不能與市場同步。因此，設(shè)計開發(fā)滿足職業(yè)教育特色，突出核心技能訓(xùn)練，符合汽車職業(yè)訓(xùn)練需求的發(fā)動機故障診斷試驗臺就顯得尤為重要。1 實訓(xùn)臺優(yōu)化設(shè)計的思路我院實訓(xùn)室現(xiàn)有的某款桑塔納 2000AJR 發(fā)動機實訓(xùn)臺架，相比原車發(fā)動機，臺架僅增加了燃油壓力表、節(jié)氣門真空壓力表，無發(fā)動機故障設(shè)置功能。在教學(xué)過程中，只能通過將某些元件的接線插頭斷路、短路等方法進行故障設(shè)置，這種方法易造成接線點接觸不良，影響臺架使用壽命。同時也將教師設(shè)置的故障點暴露給學(xué)生，不利于學(xué)生故障診斷能力的培養(yǎng)。課題通過優(yōu)化現(xiàn)有的發(fā)動機實訓(xùn)臺，設(shè)計“故障黑盒”，通過控制“故障黑盒”內(nèi)各開關(guān)可快速模擬發(fā)動機相應(yīng)的故障，學(xué)生根據(jù)發(fā)動機故障現(xiàn)象，結(jié)合所學(xué)知識可進行故障診斷排除，提高技能培養(yǎng)效率。46內(nèi)燃機2015 年 8 月為了保證發(fā)動機故障診斷實踐教學(xué)內(nèi)容與企業(yè)維修工藝一致，在優(yōu)化實訓(xùn)臺架時，注重不改變發(fā)動機線束的布置方式，僅在發(fā)動機控制單元（ECU）側(cè)接入“故障黑盒”。對比優(yōu)化前的臺架及其他廠家生產(chǎn)的發(fā)動機故障實訓(xùn)臺，優(yōu)化后的臺架設(shè)計簡潔明了，工作安全可靠，能真實還原發(fā)動圖 1 故障黑盒外形及其故障開關(guān)布置機發(fā)生故障后的實際維修工藝。1.1 “故障黑盒”整體結(jié)構(gòu)黑盒外形尺寸為 220150 mm，內(nèi)設(shè)一 210140 mm 面板，面板上安裝 25 個紐子開關(guān)，開關(guān)排列次序見圖 1?！肮收虾诤小卑惭b在發(fā)動機實訓(xùn)臺底部，靠近臺架的控制面板側(cè)，既不干涉試驗臺正常布線，又便于故障設(shè)置操作，見圖 2。圖 2 “故障黑盒”安裝位置（圖中左下方）1.2 “故障黑盒”故障點的設(shè)置和具有一定教學(xué)示范功能的故障點，各開關(guān)所設(shè)置通過統(tǒng)計國內(nèi)該款發(fā)動機主要故障、發(fā)生頻的故障內(nèi)容見表 1?！肮收虾诤小备骷~子開關(guān)，往率，分析產(chǎn)生故障的原因，設(shè)置了 25 個常見故障上扳動為設(shè)置故障，往下扳動為消除故障，各開關(guān)表 1 “故障黑盒”紐子開關(guān)故障設(shè)置內(nèi)容開關(guān)序號 故障現(xiàn)象故障代碼 故障表征故障原因1無法起動或正常著車后，熄火無起動困難油泵電源線開路2發(fā)動機缺缸，加速無力01249怠速偏高，加速無力T80/73 開路，一缸噴油器不工作3發(fā)動機缺缸，加速無力01250怠速偏高，加速無力T80/80 開路，二缸噴油器不工作4無法起動無不啟動T8a/6 開路, 各缸噴油器無工作電壓, 不工作5無無虛設(shè)無6無明顯故障現(xiàn)象無解碼儀無法開機OBD 診斷座無工作電源7無明顯故障現(xiàn)象00553油耗增加空氣流量計加熱電阻無 12 V 工作電壓8加速發(fā)悶，怠速不穩(wěn)00553尾氣超標T80/13 開路，無信號電壓9電腦 T80/3 端無電壓，無00668信號電壓過低T80/3 與 30 線開路，PROM 中信息丟失其他明顯現(xiàn)象，能起動10無無虛設(shè)無11無明顯故障現(xiàn)象01247尾氣超標T80/15 開路，碳罐電磁閥不工作12加速不良，排放不好00515起動時間長，起動瞬間抖動 霍爾傳感器 T80/62 無 5 V 電源電壓13加速不良，排放不好00515起動時間長，起動瞬間抖動 T80/76 開路，電腦無霍爾傳感器信號14無無虛設(shè)無15發(fā)動機無法起動，無火無油00513無起動跡象T80/63 無信號電壓16發(fā)動機劇烈抖動汽油味濃無燃燒不完全，缺缸T80/71 開路，一、四缸缺火17發(fā)動機劇烈抖動汽油味濃無燃燒不完全，缺缸T80/78 開路，二、三缸缺火18怠速高，不穩(wěn)00282怠速、著車不穩(wěn)T80/59 開路，節(jié)氣門定位器 V60 不工作19發(fā)動機轉(zhuǎn)速不能隨節(jié)00518發(fā)動機運行不穩(wěn)T80/75 開路，節(jié)氣門電位計損壞氣門的開大而升高20怠速高00518怠速不穩(wěn)T8b/4 開路，節(jié)氣門定位電位計無信號0016521怠速高，排放有汽油00552尾氣超標T80/53 開路，水溫傳感器信號中斷味濃，冷車難起動22加速略感發(fā)悶無發(fā)動機放炮T80/68 開路，電腦未收到爆震信號23加速略感發(fā)悶無發(fā)動機放炮T80/60 開路，電腦未收到爆震信號24加速不良，排放不好00525尾氣超標T80/26 開路，電腦未收到氧傳感器信號25無明顯故障現(xiàn)象無尾氣超標T80/27 開路, 氧傳感器加熱絲失電不工作第 4 期陸靜兵，等：某款桑塔納 2000AJR 發(fā)動機實訓(xùn)臺的優(yōu)化設(shè)計47所設(shè)置的故障內(nèi)容見表 1。1.3 “故障黑盒”部分紐子開關(guān)的電路桑塔納 2000AJR 發(fā)動機使用的熱膜式空氣流量計 G70，其電路接線見圖 3。 7# 開關(guān)設(shè)置在 G70-2 針腳與燃油泵繼電器之間，控制空氣流量計 G70 工作電壓的通斷；8# 開關(guān)設(shè)置在發(fā)動機控制單元（ECU）J220-13 與 G70-5 針腳處，通斷 G70給 ECU 的信號。各檢測條件與標準參數(shù)見表 2。燃油泵ECU12 11 13繼電器空腳12345空氣流量計圖 3 熱模式空氣流量計 G70 電路圖表 2 空氣流量計檢測條件與標準參數(shù)檢測項目電壓值/V2腳與搭鐵125腳怠速時與搭鐵1.45腳急加速時與搭鐵2.8ECUJ22067665969 75 627412 35486MG69J338F60G88V607圖 4 節(jié)氣門控制組件的電路表 3 節(jié)氣門控制組件檢測條件與標準參數(shù)檢測項目檢測端子 檢測條件標準值節(jié)氣門定位器59-2接通點火開關(guān)蓄電池電壓/VV60節(jié)氣門電位計75-5接通點火開關(guān)，4.4G69節(jié)氣門完全關(guān)閉接通點火開關(guān)，0.5節(jié)氣門完全打開節(jié)氣門定位62-4接通點火開關(guān)3.5電位計 G88節(jié)氣門控制組件 J338 主要由節(jié)氣門電位計 G69 和節(jié)氣門定位電位計 G88 組成，以確定節(jié)氣門的開度，其電路見圖 4。節(jié)氣門定位器 V60 發(fā)動機控制怠速，能適當(dāng)開大或關(guān)小節(jié)氣門。18# 開關(guān)設(shè)置在電子控制單元J220-59 與 J338-2 針腳處，可設(shè)置定位器 V60 不工作故障。19# 開關(guān)設(shè)置在 J220-75 與 J338-5 針腳處， 20# 開關(guān)設(shè)置在 J220-62 與 J338-4 針腳處，可通斷給 ECU 的反饋信號。檢測條件與標準參數(shù)見表 3。2 實訓(xùn)臺教學(xué)運用2.1 故障案例對某桑塔納 2000Gsi 轎車，車主發(fā)現(xiàn)其發(fā)動機不能隨著油門的踩下而加速但也不熄火。進入維修站，通過維修技師檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機在怠速時工作正常，但轉(zhuǎn)速在 2 000 r/min 左右時，踩下油門踏板發(fā)動機的轉(zhuǎn)速不能隨節(jié)氣門的開大而升高。2.2 教學(xué)運用 a. 故障重現(xiàn)。在優(yōu)化后的發(fā)動機實訓(xùn)臺架上，扳動“故障黑盒”第 19# 按鈕，可模擬上述故障，出現(xiàn)與實車一致的故障現(xiàn)象。b. 教學(xué)過程。按維修工藝，以“事情怎么做就怎么教，怎么教就怎么學(xué)”行動導(dǎo)向教學(xué)方法進行實踐教學(xué)。引導(dǎo)學(xué)生完成以下檢測步驟：用專用測試儀連接診斷系統(tǒng)，無故障代碼出現(xiàn)。線束短路性測試。將數(shù)字萬能表設(shè)置在電阻 200 K 檔，測量節(jié)氣門控制組件 J338 針腳與其不相對應(yīng)的電阻應(yīng)，表明線束沒有短路。線束導(dǎo)通性測試。利用數(shù)字萬能表分別測試節(jié)氣門控制組件 J338 針腳對應(yīng)至電控單元 ECU 針腳的電阻，所有電阻都低于 5，測量結(jié)果符合要求。電源電壓測試。打開點火開關(guān)，將數(shù)字萬能表紅色表針置于 J338-2 針腳處，黑色表針置于電瓶負極或發(fā)動機近氣歧管殼體，啟動起動機時顯示 12 V；紅色表針置于 J338-4 針腳處，黑色表針置于電瓶負極或發(fā)動機進氣歧管殼體顯示 5 V。證明發(fā)動機電源電壓正常。信號電壓測試。起動發(fā)動機至正常工作溫度，測量 J338-5 針腳的反饋信號，怠速時顯示電壓 1.1 V 左右，急踩加速踏板顯示 1.5 V 變化。不符合怠速時應(yīng)顯示電壓 1.5 V 左右，急踩加速踏板應(yīng)顯示 2.8 V 的變化規(guī)律。c. 故障分析。在電源電壓與參考電壓完好的前提下，通過48內(nèi)燃機2015 年 8 月以上故障診斷過程可以斷定節(jié)氣門控制組件損壞。由于節(jié)氣門位置傳感器內(nèi)部出現(xiàn)部分短路，在節(jié)氣門開度較小時，其電阻值與標準值比較變化不大，對發(fā)動機工作影響不大，能夠正常工作。但當(dāng)節(jié)氣門的開度變大時，由于其電阻值與標準值相比變化較大，ECU 不能識別這個信號，也不能發(fā)出正確的指令，只能采用預(yù)先儲存的備用程序來代替，使曲軸轉(zhuǎn)速保持在 2 000 r/min 左右，汽車也只能以較低的速度行駛。當(dāng)駕駛員松開油門踏板又接著踩下油門踏板時，此時傳感器又重新給 ECU 一個正常信號，發(fā)動機又在 ECU 的控制下正常工作，當(dāng)節(jié)氣門開到一定程度時，又會出現(xiàn)上述故障。2.3 教學(xué)效果分析通過分析此案例中故障產(chǎn)生的原因，表明優(yōu)化后的實訓(xùn)臺能夠完全模擬實際發(fā)生的故障。實訓(xùn)臺故障檢測與診斷步驟完全與汽車維修企業(yè)維修工藝一致，優(yōu)化后的實訓(xùn)臺能夠滿足實踐教學(xué)要求，達到優(yōu)化設(shè)計目的。3 結(jié)論a. 優(yōu)化后的實訓(xùn)臺保留實車布線格局，不破壞各線束與ECU的連接點，學(xué)生可更直觀地認識發(fā)動機各零部件結(jié)構(gòu)，理解其工作原理和檢測方法。b. 相對其他設(shè)計方法，利用紐子開關(guān)截止或?qū)ǜ髟ぷ麟妷?、信號電壓模擬發(fā)動機故障，發(fā)動機臺架工作更可靠，維護更簡單，后續(xù)設(shè)計開（上轉(zhuǎn)第 44 頁）進行設(shè)計固化，而國內(nèi)工藝多以設(shè)計為依據(jù)。清潔度問題表現(xiàn)形式為現(xiàn)狀細小劃痕，或較淺的帶狀劃痕，根本原因為制造過程控制不細致。這類問題在國內(nèi)制造類企業(yè)中較為普遍。預(yù)供滑油問題表現(xiàn)形式為較淺的帶狀磨損，根本原因為國內(nèi)外制造質(zhì)量差異。4 結(jié)論通過某型柴油機缸套異常磨損典型案例的分放性更強。c. 優(yōu)化后的實訓(xùn)臺能夠模擬發(fā)動機真實故障，使學(xué)生按照汽車維修企業(yè)實際維修工藝流程進行故障診斷與排除，提高發(fā)動機電控原理與維修技術(shù)的教學(xué)效果。d. 可將此方法推廣到實訓(xùn)室其他臺架，