缸内直喷发动机电控故障理实一体教学系统开发,该文是发动机电控方面本科论文范文与理实和系统开发和发动机相关本科论文范文.
发动机电控论文参考文献：
王伟鑫
绍兴职业技术学院 浙江省绍兴市 312000
摘 要：为提高汽车发动机故障诊断实训效果,开发了缸内直喷发动机电控故障理实一体教学系统.系统利用物联网技术、无线控制技术和工控软件研制开发出能设置真实故障、故障点变化丰富、数据实时采集与反馈等功能与一体的,且人机交流界面较人性化的缸内直喷发动机电控故障理实一体教学系统,以适应日益提高的实践教学的要求.利用电控实训系统开展教学可将理论教学与实践教学结合起来,能深入分析缸内直喷发动机的结构特点、工作原理、数据监测、故障检测及故障排除等教学中的重点与难点.
关键词：发动机；缸内直喷；诊断；无线技术；实训
实训教学是高职教育的重要组成部分,性能优良并与当前学生认知相适应的实训设备,能提高学生的学习积极性达到良好的实训效果.在发动机电控系统的教学过程中,原有的设备制造简单、不能设置实际故障或设置故障点少、所用车型落后、人机交流界面不够人性化等缺点影响了教学效果.本文在研究现有设备的基础上,根据电控发动机实践教学现状,以帕萨特1.8TSI电控缸内直喷发动机为研究对象,利用现有的物联网技术、无线控制技术并结合学生实践教学理论,研究开发出能设置真实故障、变化丰富、数据实时采集与反馈等功能与一体的,且易于操作的缸内直喷发动机电控故障实验教学系统,以适应日益提高的实践教学的要求.
1 高职汽车专业开发实训设备的重要性
高职的汽车专业教学与其他专业的教学有一定的区别,汽车专业是实践性较强的学科,要把学生培养成为一名优秀的汽车类专业的人才,要特别注重实践教学.从较深层次教学理论讲,实践教学的知识属于缄默知识.缄默知识概念是一个英国科学家波兰尼提出的,他指出缄默知识的获得主要不是靠读书或听课,而是要亲身参加有关实践,在实践中获取.这个观点让我们对实践教学有了新认识,以前认为实践教学是对课堂理论教学的补充,让学生对课堂教学中所学理论知识的理解更加深刻,实践教学的地位是不如理论教学的,这从心理上让我们忽视实践教学,而事实却并非如此,没有个体缄默知识的参与,没有实践,学生难以真正掌握理论知识,理解其真谛.为了能更好的开展实践教学,就需要我们能研究开发出较理想的实践教学设备.
2 教学系统的开发过程
系统的开发过程主要包括硬件系统的选择、教学系统人机界面设计、系统故障设置等三部分.
2.1 硬件系统选择
现在各大汽车厂生产的新车,搭载缸内直喷发动机的比率都比较大,美国权威汽车杂《Ward´s Auto World》2012和2013年评选的十佳发动机各有7款为缸内直喷发动机,研究缸内直喷发动机刚好与行业发展接轨.与传统电喷发动机相比,缸内直喷发动机有许多优点如油耗较低、扭矩特性曲线较为丰满、整体结构较为紧凑等.本系统选择了比较有代表性帕萨特1.8TSI电控缸内直喷发动机作为实训设备的研究对象,该发动机在结构上有以下一些明显的特点.
如双级节温器的冷却液调节装置,发动机采用了双回路冷却系统,保证了怠速运行时具有足够的暖机能力,而在额定转速时按需要调节泵水量使得在冷却管路中具有较高的系统压力.另外冷却水泵也采用带了电磁离合器,这让水泵除了供应冷却水外,还集成了机械增压传动结合和脱开功能.
发动机采用了高低压两级燃油泵,由燃油泵控制单元控制电动燃油泵,低压油路压力一般为50-500KPa,高压由高压燃油泵驱动凸轮产生,压力约为5—lOMPa.有相应位置的压力传感器,检测油压是否在规定值.
进气管采用了一种位于发动机前面旋转滑阀转换长度的缠绕式进气管,这种进气管包括滚流阀及伺服电机和橡胶密封圈在内的进气过渡接管总成,安装在进气模块和气缸盖进气道之间,这种进气过渡管总成保证对空气引导燃烧过程产生最佳的滚流效果.
排气位置上,发动机设置了废气涡轮增压系统,该系统设计合理、结构紧凑,涡轮轴承位于压缩室处,在压力接口用螺丝固定这一个共振消声器一减少压力脉动噪音,另外通过对增压压力限制阀N75和旁通阎的调节来达到所需的增压压力.
采用依纳INA凸轮轴调节系统,该系统轴承壳为轴承和正时控制器提供所需的机油,并对凸轮轴进行轴向定位,其上还安装了凸轮轴正时电磁阀(N205),其激活信号为脉宽调制信号(PWM).
这些结构的不同让他的控制电路也有了相应的改变,与传统发动机不同的传感器有散热器出口处冷却液传感器(G83)、进气翻板传感器(G336)、进气翻板控制阀(N316)、燃油高压传感器(G247)、增压压力限制电磁阀(N75)、凸轮轴正时电磁阀(N205)等.
在教学系统的设计上都要重点考虑.
从总体控制上来讲,缸内直喷发动机的电子控制系统主要是通过传感器采集发动机工作所需的各种信号,执行器实现特定的功能,最后由管理系统实现整体的协调,所以要学好发动机电控系统,就需要对发动机的各种电气元件和整体协调控制的电路非常熟悉,开发的教学系统就从这方面出发.
在控制信号的传输方而我们采用无线控制技术,为了系统信号稳定与流畅,我们选择了威霸无线控制器（比特率9600bit/s,负载为10A＆30A 250VAC＆30V）,它采用433M无线通信技术,控制距离远,稳定性高,每一路都有光耦隔离,有效防止相互干扰,能满足我们设计的要求,控制器的基本通信协议解释如下：
格式：为带地址的自定义数据帧格式（上下位机格式相同）
(8位数据无奇偶校验)由上位机发布指令以及下位机应答 帧头地址功能四字节数据校验和为八字节数据帧
例如：OX33 0X01 0X11 0XOOoxoo OXOO OX01 0X46
注释 OX33为帧头
OX01为地址码Ol-FF.此位上位机软件可设置更改
oxoo ox00 0XOO OX01为数据码
OX46为校验和（校验和相加只取低八位下位机返回应答命令,下位机返回时以OX22代替OX33.协议规则与上位机相同.
2.2 教学系统人机界面设计
人机界面要能讲清楚缸内直喷发动机的工作原理,包括整体原理和电气元件的内部结构,设置不能太复杂,比如在原车电路图中,启动系统的控制可能存好几张图上,各节点关系较复杂,学生看起来不够直观,在教学中增加了讲解发动机电控系统工作原理的难度.鉴于此,本文根据帕萨特1.8TSI缸内直喷发动机的组成和工作原理,利用VB软件绘图工具箱中的工具绘制出发动机电控实验教学系统中所需的各种传感器、执行器电子元件和控制线路等.且简化了相互之间的连接线路,让控制原理更加明了,同时各元器件在结构清晰的基础上,还有文字注解.采用这种方式设计实验教学系统人机界而的优点是使发动机电控系统工作原理的讲解变得更加简便.
在这个系统界而上主要涉及的故障部位有以下一些：
(1)启动系统：这里的故障除基本的点位外,还要考虑J329（总线端15供电继电器,在仪表板左侧上部位继电器上1号位）、J68（总线端50供电继电器,存仪表板左侧下部继电器支架上5号位）、SB25（40安培,总线端供电继电器保险丝,存发动机舱内左侧电控箱顶而保险丝架上）.
(2)供油系统：除基本的故障设置外,还有G6（燃油泵）,J538（燃油控制单元,在油泵上方）,N276（燃油压力调节阀,存气缸盖罩后部中间）,G31（增压压力传感器）,G247（燃油压力传感器,存发动机后部,进气歧管左侧）.
(3)进气系统主要考虑J338（节气门控制单元,在发动机机舱内蓄电池左侧）N75（增压压力限制电磁阀）,G71（进气压力传感器）,G42（进气温度传感器1）,G299(进气温度传感器2),G31（增压压力传感器,在发动机左侧进气管后部）,N80（活性炭容器装置电磁阀,存进气歧管后部上方）,进气翻板传感器(G336),进气翻板控制阀( N316).
(4)点火系统主要考虑带功率输出级的点火线圈( N70、N127、N291、N292),G28（发动机转速传感器,存发动机后部左侧）,G40（霍尔传感器,在气缸盖顶部左侧）,G61（爆震传感器,在发动机后部气缸体中间）.
(5)排放系统主要考虑G39（前氧传感器,在发动机前部排气管上）,G130（后氧传感器,在发动机下方排气管上）.
(6)控制系统主要考虑J623（发动机控制单元）,J519（BCM车身控制单元）.
还有一些如：N205（凸轮轴调节阀,存气缸盖罩右侧顶部）,N249（涡轮增压器循环空气阀,在发动机前部左侧涡轮增压器上方）,J527（转向柱控制单元,在转向柱上部）,D点火启动开关,总线控制等等
这些故障点位的设计,能基本满足实训的要求,最后生成的人机界面的整体效果图如图1所示.
2.3电控发动机实训教学系统与硬件连接
教学软件通过人机界面来控制实际的发电机运作,我们通过VB编程程序来实现控制软件与外部硬件设备的连接,在编程软件中把控制信号与硬件控制程序中的控制地址一一对应连接起来,从而实现软件中的画面图形对象动作及控制动作与硬件的控制同步.
设备调试时,我们要检查和测试软件和硬件的通讯连接工作是否完成.硬件与计算机的串行通信连接,本系统采用的是通过RS232直接连接.通讯线路连接正确后,即可在“设备调试”中进行在线调试.如果“通讯状态标志”为0,则表示通讯正常；否则为设备通讯失败.当通讯正常时,硬件就可以通过软件与上位机进行通讯,同时上位机也可以利用硬件对外部设备进行实时监控与同步控制.
另外,系统中硬件与控制软件采用无线控制技术连接,一方面减少线束对信号的影响,让数据更加准确,另一方面也减少了过多线束相互缠绕带来不必要的附加故障.我们在集中控制模块上安装有无线发射器,它与无线接收模块配套使用,在控制上一个无线发射器可以控制多个无线接收模块.如图2所示,集中模块上用无线信号发射器与电脑相连.
3 故障设置与检测系统开发
故障设置和检测是台架最重要的一个实训功能,为了保证实训教学效果,所设置的故障需与汽车实际使用过程中的常见故障一致.本文所研制的故障设置系统是使用VisualBasic作为编程环境.借助于VB,我们开发出了电控发动机排故系统,并重写有关代码使其操作更为简单,界而更为美观.
汽车发动机电控实训系统故障设置和检测系统包含发动机电控系统的24个主要故障点,这些点还可以变换故障的位置.如图3所示在一个元件上设置一个故障点,这个点位可以在电器元件的四条线上变换,所以系统可以设置的故障比较灵活,数量也较多,能满足学生需求.
另外如图4所示,我们把控制线先集中到一个集中控制模块上,这里可以即时检测发动机的运行和故障发生情况.实现发动机的实时监控,有利于学生掌握发动机运行原理和故障诊断方法.
4 结语
现在各大汽车厂生产的新车,搭载缸内直喷发动机的比率都比较大,研究缸内直喷发动机刚好与行业发展接轨.缸内直喷发动机电控故障理实一体教学系统,软件与实物采用无线连接技术、少了大量的连接线束,让系统故障率更低,系统数据传输受线束影响减到最低.另外,利用电控实训系统开展教学可将理论教学与实践教学结合起来,深入分析缸内直喷发动机的结构特点、工作原理、数据监测、故障检测及故障排除等教学中的重点与难点.这些新颖的设计较好地满足了实践教学教授与行业发展相适应的技术知识,并有效的把这类技术传授给学生的要求,有利于学习者的学习和提升.
论文源于浙江省教育厅科研项目缸内直喷发动机电控故障理实一体教学系统的研发Y201534895.
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