PC 機控制的柴油共軌多媒體檢測實驗臺設計

◎林冉

一、設計方案

本實驗臺臺架造型現代、美觀、合理、安全，采用鋼質結構。實驗臺架上部放置面板圖、顯示器、電子儀表；中部控制臺放置發動機控制單元ECU、點火開關、儀表盤總成、防盜控制單元、診斷座及保險座裝置；下部放置GW2.8TC 型柴油發動機的總成和冷卻系統、供油系統、潤滑系統、進排氣系統、燃油箱。發動機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。為了方便試驗臺移動，在試驗臺的四角分別制作有四個腳輪，并且為安全起見，前腳輪上都設置了鎖止裝置防止試驗臺自由滑動。發動機周圍的輔件采用不銹管作護欄，安全、美觀。

1.面板設計。

第一部分銘刻著長城GW2.8TC 柴油共軌發動機的電控原理圖，以顯示出發動機電腦與傳感器、執行器之間的輸入輸出關系，并且在電路圖的元器件相應節點均安裝檢測插孔，以便于對照電路原理圖可以對電控系統相應元器件的故障點、檢測點進行靜態或動態信號的檢測，通過檢測電控系統各信號參數，從而進行故障判斷或標準參數測量。

第二部分為動態顯示區，具有主要數據參數的數碼顯示功能，在實驗臺前面板上設置有6 塊電子指示儀表方便數據讀取，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、進氣溫度傳感器。

第三部分為電腦液晶顯示區，本實驗臺配一臺PC 機，PC機可外接投影儀、顯示器、打印機等設備。可以通過PC 機對實驗臺進行遠程控制、故障設置、發動機的啟動和關閉，并結合與實驗臺相配套的教學課件以及教學軟件，可以讀取傳感器的波形圖以及數據，可以使學生在學習的時候更加具體化的學習，激發學生的學習興趣，教師在使用的時候也更加的方便和快捷，實現理實一體化教學。

2.電路圖設計。

在發動機實驗臺設計前系統了解發動機自診斷系統的組成與功能、監測控制系統、控制程序、數學計算和邏輯判斷，以及系統故障判斷的發生條件。以便有目的地創造滿足ECU 判斷故障生成條件的運行環境。電路圖采用Corel-DRAW 軟件進行繪制，電路圖顏色分明清晰，有助于教師和學生在使用時對電路圖的理解。柴油機共軌電路圖主要由電控單元，傳感器，執行器，電源，診斷座和其他電器元件組成。

3.實驗臺故障控制的設計。

本實驗臺裝有一臺計算機，將采用智能故障設置裝置，其由硬件和軟件兩部分組成。軟件是由VB 語言編制的驅動程序，該程序裝在本實驗臺裝備的電腦主機中。該裝置的硬件部分由電磁繼電器、串轉并模塊、電磁繼電器電源（包括變壓器、整流器）、數據傳輸線及端口、單片機5V 供電端口及傳輸線等組成。

此計算機與發動機的ECU 通過數據線相連，可以進行數據交換，所以可以不用外接解碼器進行讀碼、消碼、動態數據流讀取、基本設定、終端執行器操作。這些功能項目將通過計算機的顯視器顯視出，且更為直觀、全面。同時本實訓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、讀取動態數據流、基本設定和終端執行器操作，設置故障或發生故障經排除后，關閉點火開關，使用計算機或解碼器進行消碼。

二、實驗臺架可實現的功能

本實驗臺操作顯示面板上安裝了與原機電腦數量相同的端子引出口，可方便地將各部位導線接通和斷開，并通過端子引出口上的裸露部分進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：發動機運轉時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：關閉點火開關后，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、執行器等各部位的電阻。

本實驗臺通過所配置的PC 機可以實現以下基本功能：關機起動、故障設置、檢測分析、教學課件、虛擬實訓、考核系統。并且PC 機可外接投影儀、顯示器、打印機等設備，方便使用時通過多媒體設備對發動機的工作過程進行學習和研究，實現理實一體化。

三、設備使用說明

1.關機起動。

旋轉點火開關至起動檔位，起動機運轉（最長可延續5秒鐘）發動機運轉后應立即松開鑰匙，此時發動機起動。欲將發動機關閉，可將點火開關旋轉至關閉位置即可關閉發動機。

通過PC 機內置軟件可將發動機關閉或者起動，只需將PC 機通電，按下開機按鈕將機器打開，然后用鼠標點擊配套的檢測軟件進入控制端，用鼠標點擊起動發動機，可模擬點火開關的起動信號給ECU，實現人為遠程對發動機的起動控制。點擊關機按鈕，PC 機給發動機ECU 一個關閉信號，即可實現發動機的斷油，關閉發動機，使其快速的停止運轉。

在使用過程中，應嚴格注意以下事項：發動機運轉前應察看潤滑油、冷卻液、蓄電池的液面高度是否滿足要求，若不足時應進行補充后再運轉發動機。每運轉125 小時應更換發動機潤滑油、機油濾清器一次，并清潔空氣濾清器一次。運轉中應隨時檢查機油油壓、水溫、充電狀態以及是否有油、水、電氣的泄露和機體異響，出現故障應立即停機檢修。要盡量避免長時間怠速或高速運轉。操作時應注意與旋轉件、高溫件保持一定距離以免發生事故。操作時應遵循電控系統要求，嚴禁運行中拔接插頭，測量時務必使用高阻抗電表。油箱油位報警燈亮時，須及時加相應柴油油以免燒柴油油泵。本機熄火前應讓發動機進入怠速狀態5 秒鐘后方可熄火。超過十天不使用本機時，務必斷開蓄電池負極接線。發動機不工作時點火開關接通不得超過十分鐘。嚴格按照規定使用符合要求的柴油油、潤滑油、冷卻液。移動臺架應盡量推動機架主體（盡可能不要推動不銹鋼防護欄）。

2.故障設置、排除。

本實驗臺設置有效故障點為30個，其中發動機傳感器故障7個，發動機執行器故障6個，發動機繼電器故障5個，發動機ECU 故障2個，可以通過實驗臺外置的故障設置開關實現單獨或者多個傳感器、執行器以及發動ECU 的故障設置，并且可由PC 機進行故障的解除和設置。

本機設有兩個故障設置區，第一個是開路設置區：操作顯示面板下方的電腦端子引出口為開路設置區，插頭外緣為傳感器連接線點，插頭內緣為電腦連線點，故障設置時，關閉點火開關后，只須拔下電腦相應端子引出口插頭，換上專用的開路模擬插頭即可造成開路故障（當設置故障后故障燈在點火開關接通及發動機運轉狀態下都會點亮）。第二個是斷路設置區：操作顯示面板下的電腦柜中；設有圓形板式按鈕，機油高壓顯示、機油低壓顯示、防盜燈、起動機、燃油泵、燃油油位顯示、風扇、水溫顯示、水位顯示、蓄電池充電指示、時間顯示表等線路的斷路設置故障點，以方便教學設置故障。本機不提倡短路設置故障，如果采用了短路設置方式，則對有可能發生的元器件損壞。

同時可實現傳感器信號模擬功能，電壓模擬：首先根據所需模擬電壓值的范圍選擇電壓轉換開關的5V 或1V 檔，關閉點火開關后，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，打開點火開關啟動發動機，此時調節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，也可通過解碼儀數據流的顯示觀察噴油脈寬和點火正時的改變。電阻模擬：關閉點火開關后，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，此時調節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、進氣溫度傳感器信號等的電阻值變化。

而且本機可以使用PC 機內置的軟件，對發動機進行模擬運行，對個傳感器信號進行電壓和電阻模擬并快速設置故障，在故障排除后，只需通過計算機軟件將故障清除或復位即可恢復到正常狀態。

本實驗臺故障也可通過手動進行設置，故障設置按鈕按下和彈起需在實驗臺通電的情況下進行，按鈕可由手動或者PC 機進行控制，有兩個位置，當按鈕未被按下時，此時處于位置一，故障未設置，且PC 機可通過信號反饋感知未設置故障，PC 機軟件顯示未設置任何故障；當按鈕被手動按下，此時處于位置二，設置了故障，此時PC 機通過信號反饋，感知設置了故障，PC 機軟件顯示設置了相應的故障。在進行故障消除時，可手動按下故障按鈕進行故障清除，也可通過PC 機控制使故障按鈕歸位，進行故障清除。

同時，PC 機可以對水溫、油門踏板位置、空氣流量計、進氣溫度、蓄電池電壓信號進行模擬控制。首先PC 機自動將故障按鈕設置為位置二，然后通過模擬信號線給ECU 一個模擬信號，此時發動機進行模擬故障運行，加大了故障考核的難度。

3.檢測分析和故障診斷思路。

本實驗臺可以通過PC 機內軟件，進行故障檢測、解碼器功能。可進行故障碼的讀取和清除，數據流的讀取，方便的觀察發動機運行時的狀態而不用專用的解碼器，進行發動機的故障排除。并且具有示波器的作用，在發動機運轉過程中對各個傳感器的信號進行檢測，并且將其波形讀出，方便觀察其波形并進行故障波形和非故障波形對比判斷進行故障的解決和排除。

本實驗臺故障點診斷思路：首先觀察現象，明顯的有發動機抖動、冒黑煙、加速不良等現象，然后根據顯現推斷某個部位出現故障，從整體到局部。使用解碼器進行故障碼的讀取，有故障碼的通過萬用表進行檢測進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行器使用萬用表進行排查，確定其故障部位。

4.虛擬實訓。

本實驗臺PC 機內置軟件可以使使用者在非起動發動機的情況下，只打開PC 機，進入軟件進行各種故障的模擬，通過3D 動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動機的構造、發動機的拆裝進行學習。軟件有實訓的功能，可以利用軟件中的萬用表和解碼儀、示波器在軟件中進行故障診斷和排除。節約了實驗臺發動機的使用維護和保養成本，并且大大減少了在使用中頻繁起動發動機造成的排放污染。

四、結語

本文以博世柴油高壓共軌燃油噴射系統為研究對象，對柴油高壓共軌發動機試驗臺架進行設計，通過該實驗臺的設計對高壓共軌柴油機電路圖以及PC 機的輔助學習，可以了解和掌握高壓共軌系統的故障排除方法，有比較強的實踐應用價值，能更好的用于實際的維修操作中。