某款桑塔纳AJR发动机实训台的优化设计

1、第 4 期内燃机No. 42015 年 8 月Internal Combustion EnginesAug. 2015某款桑塔纳 2000AJR 发动机实训台的优化设计陆静兵，李军辉，高昌（北京农业职业学院，北京 102208）摘要：通过分析国内主要生产企业开发的发动机实训台，结合桑塔纳2000AJR这款发动机主要故障发生频率及产生原因，对实训室原有桑塔纳 2000AJR 发动机实训台进行了优化设计。以发动机电子控制单元（ECU）为核心，模拟发动机在不同工况下各传感器、执行器、电子控制单元等25 个故障，设计了“故障黑盒”。优化后的发动机实训台可为汽车维修人员和学生提供良好的故障检测与诊断学习

2、平台，提高了发动机电控原理与维修技术的教学效果。关键词：发动机；故障诊断；实训台；优化中图分类号：TK402文献标识码：B文章编号：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

3、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” t

4、o 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 theor

5、y and maintenance skill of electronic- controlled engine technology.Key words: engine; fault diagnosis; training platform; optimization0 前言汽车发动机是车辆的核心部件，培养发动机故障诊断能力是“汽车检测与维修技术”专业技能型人才培养的目标之一。设计开发满足职业教育要求的发动机故障诊断实训台是提高学生故障诊断能力的有效载体。目前，市场主流的实训设备厂商如北京广达、北京意中意、浙江天皇等，都开发了发动机故障诊断实训台，但在应用中出现了以下问题：a. 无故障设置功

6、能或设置非发动机实际故障点，不利于培养学生故障诊断能力。b. 部分试验台设计华而不实，工作可靠性低。基金项目：北京农业职业学院课题发动机电控技术课程改革与实践（2013053）作者简介：陆静兵（1980 -），男，讲师、硕士研究生，主要从事汽车电控技术研究。收稿日期：2015-03-29c. 价格较高，设备技术升级不能与市场同步。因此，设计开发满足职业教育特色，突出核心技能训练，符合汽车职业训练需求的发动机故障诊断试验台就显得尤为重要。1 实训台优化设计的思路我院实训室现有的某款桑塔纳 2000AJR 发动机实训台架，相比原车发动机，台架仅增加了燃油压力表、节气门真空压力表，无发动机故障设置功

7、能。在教学过程中，只能通过将某些元件的接线插头断路、短路等方法进行故障设置，这种方法易造成接线点接触不良，影响台架使用寿命。同时也将教师设置的故障点暴露给学生，不利于学生故障诊断能力的培养。课题通过优化现有的发动机实训台，设计“故障黑盒”，通过控制“故障黑盒”内各开关可快速模拟发动机相应的故障，学生根据发动机故障现象，结合所学知识可进行故障诊断排除，提高技能培养效率。·46·内燃机2015 年 8 月为了保证发动机故障诊断实践教学内容与企业维修工艺一致，在优化实训台架时，注重不改变发动机线束的布置方式，仅在发动机控制单元（ECU）侧接入“故障黑盒”。对比优化前的台架及其他厂

8、家生产的发动机故障实训台，优化后的台架设计简洁明了，工作安全可靠，能真实还原发动图 1故障黑盒外形及其故障开关布置机发生故障后的实际维修工艺。1.1 “故障黑盒”整体结构黑盒外形尺寸为 220×150 mm，内设一 210×140 mm 面板，面板上安装 25 个纽子开关，开关排列次序见图 1。“故障黑盒”安装在发动机实训台底部，靠近台架的控制面板侧，既不干涉试验台正常布线，又便于故障设置操作，见图 2。图 2 “故障黑盒”安装位置（图中左下方）1.2 “故障黑盒”故障点的设置和具有一定教学示范功能的故障点，各开关所设置通过统计国内该款发动机主要故障、发生频的故障内容见表

9、1。“故障黑盒”各纽子开关，往率，分析产生故障的原因，设置了 25 个常见故障上扳动为设置故障，往下扳动为消除故障，各开关表 1 “故障黑盒”纽子开关故障设置内容开关序号 故障现象故障代码 故障表征故障原因1无法起动或正常着车后，熄火无起动困难油泵电源线开路2发动机缺缸，加速无力01249怠速偏高，加速无力T80/73 开路，一缸喷油器不工作3发动机缺缸，加速无力01250怠速偏高，加速无力T80/80 开路，二缸喷油器不工作4无法起动无不启动T8a/6 开路, 各缸喷油器无工作电压, 不工作5无无虚设无6无明显故障现象无解码仪无法开机OBD 诊断座无工作电源7无明显故障现象00553油耗增加

10、空气流量计加热电阻无 12 V 工作电压8加速发闷，怠速不稳00553尾气超标T80/13 开路，无信号电压9电脑 T80/3 端无电压，无00668信号电压过低T80/3 与 30 线开路，PROM 中信息丢失其他明显现象，能起动10无无虚设无11无明显故障现象01247尾气超标T80/15 开路，碳罐电磁阀不工作12加速不良，排放不好00515起动时间长，起动瞬间抖动 霍尔传感器 T80/62 无 5 V 电源电压13加速不良，排放不好00515起动时间长，起动瞬间抖动 T80/76 开路，电脑无霍尔传感器信号14无无虚设无15发动机无法起动，无火无油00513无起动迹象T80/63 无信

11、号电压16发动机剧烈抖动汽油味浓无燃烧不完全，缺缸T80/71 开路，一、四缸缺火17发动机剧烈抖动汽油味浓无燃烧不完全，缺缸T80/78 开路，二、三缸缺火18怠速高，不稳00282怠速、着车不稳T80/59 开路，节气门定位器 V60 不工作19发动机转速不能随节00518发动机运行不稳T80/75 开路，节气门电位计损坏气门的开大而升高20怠速高00518怠速不稳T8b/4 开路，节气门定位电位计无信号0016521怠速高，排放有汽油00552尾气超标T80/53 开路，水温传感器信号中断味浓，冷车难起动22加速略感发闷无发动机放炮T80/68 开路，电脑未收到爆震信号23加速略感发闷无

12、发动机放炮T80/60 开路，电脑未收到爆震信号24加速不良，排放不好00525尾气超标T80/26 开路，电脑未收到氧传感器信号25无明显故障现象无尾气超标T80/27 开路, 氧传感器加热丝失电不工作第 4 期陆静兵，等：某款桑塔纳 2000AJR 发动机实训台的优化设计·47·所设置的故障内容见表 1。1.3 “故障黑盒”部分纽子开关的电路桑塔纳 2000AJR 发动机使用的热膜式空气流量计 G70，其电路接线见图 3。 7# 开关设置在 G70-2 针脚与燃油泵继电器之间，控制空气流量计 G70 工作电压的通断；8# 开关设置在发动机控制单元（ECU）J220-13

13、 与 G70-5 针脚处，通断 G70给 ECU的信号。各检测条件与标准参数见表2。燃油泵ECU12 11 13继电器空脚12345空气流量计图 3 热模式空气流量计 G70 电路图表 2 空气流量计检测条件与标准参数检测项目电压值/V2脚与搭铁125脚怠速时与搭铁5脚急加速时与搭铁ECUJ22067665969 75 627412 35486MG69J338F60G88V607图 4 节气门控制组件的电路表 3 节气门控制组件检测条件与标准参数检测项目检测端子 检测条件标准值节气门定位器59-2接通点火开关蓄电池电压/VV60节气门电位计75-5接通点火开关，G69节气门完全关闭接通点火开关

14、，节气门完全打开节气门定位62-4接通点火开关电位计 G88节气门控制组件 J338 主要由节气门电位计 G69 和节气门定位电位计 G88 组成，以确定节气门的开度，其电路见图 4。节气门定位器 V60 发动机控制怠速，能适当开大或关小节气门。18# 开关设置在电子控制单元J220-59 与 J338-2 针脚处，可设置定位器 V60 不工作故障。19# 开关设置在 J220-75 与 J338-5 针脚处， 20# 开关设置在 J220-62 与 J338-4 针脚处，可通断给 ECU 的反馈信号。检测条件与标准参数见表 3。2 实训台教学运用2.1 故障案例对某桑塔纳 2000Gsi 轿

15、车，车主发现其发动机不能随着油门的踩下而加速但也不熄火。进入维修站，通过维修技师检查发现，发动机在怠速时工作正常，但转速在 2 000 r/min 左右时，踩下油门踏板发动机的转速不能随节气门的开大而升高。2.2 教学运用 a. 故障重现。在优化后的发动机实训台架上，扳动“故障黑盒”第19# 按钮，可模拟上述故障，出现与实车一致的故障现象。b. 教学过程。按维修工艺，以“事情怎么做就怎么教，怎么教就怎么学”行动导向教学方法进行实践教学。引导学生完成以下检测步骤：·用专用测试仪连接诊断系统，无故障代码出现。·线束短路性测试。将数字万能表设置在电阻 200 K 档，测量节气门控

16、制组件 J338 针脚与其不相对应的电阻应，表明线束没有短路。·线束导通性测试。利用数字万能表分别测试节气门控制组件 J338 针脚对应至电控单元 ECU 针脚的电阻，所有电阻都低于 5，测量结果符合要求。·电源电压测试。打开点火开关，将数字万能表红色表针置于 J338-2 针脚处，黑色表针置于电瓶负极或发动机近气歧管壳体，启动起动机时显示 12 V；红色表针置于 J338-4 针脚处，黑色表针置于电瓶负极或发动机进气歧管壳体显示 5 V。证明发动机电源电压正常。·信号电压测试。起动发动机至正常工作温度，测量 J338-5 针脚的反馈信号，怠速时显示电压 1.1

17、V 左右，急踩加速踏板显示 1.5 V 变化。不符合怠速时应显示电压 1.5 V 左右，急踩加速踏板应显示 2.8 V 的变化规律。c. 故障分析。在电源电压与参考电压完好的前提下，通过·48·内燃机2015 年 8 月以上故障诊断过程可以断定节气门控制组件损坏。由于节气门位置传感器内部出现部分短路，在节气门开度较小时，其电阻值与标准值比较变化不大，对发动机工作影响不大，能够正常工作。但当节气门的开度变大时，由于其电阻值与标准值相比变化较大，ECU 不能识别这个信号，也不能发出正确的指令，只能采用预先储存的备用程序来代替，使曲轴转速保持在 2 000 r/min 左右，汽车

18、也只能以较低的速度行驶。当驾驶员松开油门踏板又接着踩下油门踏板时，此时传感器又重新给 ECU 一个正常信号，发动机又在 ECU 的控制下正常工作，当节气门开到一定程度时，又会出现上述故障。2.3 教学效果分析通过分析此案例中故障产生的原因，表明优化后的实训台能够完全模拟实际发生的故障。实训台故障检测与诊断步骤完全与汽车维修企业维修工艺一致，优化后的实训台能够满足实践教学要求，达到优化设计目的。3 结论a. 优化后的实训台保留实车布线格局，不破坏各线束与ECU的连接点，学生可更直观地认识发动机各零部件结构，理解其工作原理和检测方法。b. 相对其他设计方法，利用纽子开关截止或导通各元件工作电压、信号电压模拟发动机故障，发动机台架工作更可靠，维护更简单，后续设计开（上转第 44 页）进行设计固化，而国内工艺多以设计为依据。清洁度问题表现形式为现状细小划痕，或较浅的带状划痕，根本原因为制造过程控制不细致。这类问题在国内制造类企业中较为普遍。预供滑油问题表现形式为较浅的带状磨损，根本原因为国内外制造质量差异。4 结论通过某型柴油机缸套异常磨损典型案例的分放性更强。c. 优化后的实训台能够模拟发动机真实故障，使学生按照汽车维修企业实际维修工艺流程进行故障诊断与排除，提高发动机电控原理与维修技术的教学效果。d. 可将此方法推广到实训