汽油机电控系统模拟教学演示台设计

0引言我国的汽车行业正处于快速的发展阶段，但汽车保有量的日益增加也会导致一些亟待解决的问题，例如节能、环保和安全等。

交通运输中汽油的使用量站我国汽油供应量的90%，不仅如此，温室效应加剧，汽车排放物更对大气污染造成了严重的危害，对此2017年7月1日起开始全国严格执行国Ⅴ标准。

为了减少排放满足控制标准，汽车制造商增加了各种各样的新技术，电子控制技术是当下发展的重要组成之一，利用电子控制单元（ECU ）可以根据各个传感器提供的实际工况来控制最佳点火时间和喷油量等数据，使发动机在任何工况下都能保持最佳工作状态，这样不仅降低了燃油的经济性，还大大增加了发动机的动力，并且有效地减少了汽车排放物。

低成本、高效率致使现在绝大多数的汽车都采用了电气控制发动机系统，对于发展相对较慢的汽车行业来讲无疑是一种挑战，汽车的研发及售后维修人员在短时间之内都很难消化这样的技术，所以从长远的角度来看，我们必须要走自主研发之路，因此，无论是对于研发人员还是维修人员，都必须准确掌握发动机的工作原理和先进技术，缩短我国的发达国家汽车行业的差距[1]。

掌握电控发动机的工作原理，就能为使用和维修提供正确的依据和方法。

职业院校的教育目标就是培养适应社会的优秀技能型人才，培养大批掌握发动机电控技术的专业技术的人才迫在眉睫，然而使用正常的实车教学教学成本较高，并且使用实车对于车辆的使用寿命有严重影响，所以发动机电气控制系统模拟运行实验台的研制变成了首要任务[2]。

1研究主要内容1.1发动机维修手册、电路图———————————————————————基金项目:长春职业技术学院“十三五”规划2016年度应用技术研究与开发项目“发动机电控系统模拟运行实验台”（1316YY08），主持人：王亭幻。

作者简介:王亭幻（1993-），女，长春职业技术学院汽车分院助教，学士。

发动机电气控制系统模拟运行实验台王亭幻（长春职业技术学院汽车分院，长春130033）摘要:随着中国经济的不断发展，中国的汽车行业已经进入了全面发展阶段，汽车行业已经成为了我国的支柱企业，开始成为了人类生活不可或缺的一部分。

SG-DQ13桑塔纳3000型汽车电器电路实习台
二、产品功能:
可进行桑塔纳3000型电控汽油喷射系统的实验教学，实习台按照汽车标准电器线路用实物安装而成。

1、灯光照明系由各实物开关和模拟开关等控制，可设置线路故障。

2、起动充电系可用万用表检测各线路接头电压及电流，可设置线路故障。

3、发动机点火系可直观火花塞点火情况，并可设置相应故障。

4、发动机燃油供给系配有透明有机玻璃油箱与透明回油管路，可直观各喷油
器喷油过程，节气门对喷油量的作用，喷油泵断路故障等。

5、仪表信号通过各传感器采用模拟信号，并可设置相应故障。

6、教师可对实验台上任何一部件设置故障由学生通过万用表及专用检测设备
检测出故障原因后排除故障。

三、技术参数：
外形：2200x1200x900mm.
重量:120kg
电源：220V
功率:200W。

电控发动机教学实验台架设计作者：张晓俊董恩国来源：《无线互联科技》2018年第01期摘要：电控发动机实验台架是用于汽车维修和汽车电路检测等相关专业的教育培训的重要教具。

文章选用具有代表意义的科鲁兹1.4L电控发动机，对实验台架的结构设计作了说明，并详细阐述了实验台故障点模块的设计方案。

关键词：实验台；科鲁兹；故障由于汽车新技术不断发展，如今的汽车企业需要的是专门品牌服务的汽修人才，这就要求我们中高职学校能与企业合作培养专修型汽车服务人才。

鄂尔多斯理工学校作为一所中职学校，以汽修专业为主，培养的学生主要为鄂尔多斯市的汽车行业服务，合作企业主要以通用、大众、奥迪等为主，为了培养和提高学生的动手能力，其教学和培训不可避免的需要投入大量的实训设备。

该校在初期由于实训室规划不成熟，购置实训设备存在盲目性，没有购置科鲁兹搭载的通用最常用的1.4L电控发动机实验台架，仅有两台1.4L科鲁兹发动机翻转台架，以至于无法对发动机进行实际故障的检测测和判断；致使学生增加了学习的难度。

因此，设计和制作一台具有展示、测量、故障模拟及诊断功能的科鲁兹电控发动机教学实验台，不仅可以满足4S店、维修厂对毕业学生的要求，还能使发动机实践教学质量得到极大提高，同时还可以拓展学生的知识面，使学生能够更快地掌握科鲁兹发动机电控系统的新技术，并提高学生故障诊断及排除的能力。

1 实验台的整体设计方案用于教学的电控发动机实验台架主要有两种功能：（l）演示发动机电控系统工作原理的功能；（2）进行故障模拟的功能。

用于演示发动机电控系统工作原理的方法主要是利用液晶显示屏点击相关故障，发动机就会有相应的故障现象出现。

用于教学的电控发动机实验台的第二种功能是故障模拟功能在实际教学中，发动机实验台要做到不仅能够模拟发动机电控系统的故障，还应该可以无限重复地对故障进行模拟。

实验台不仅可以通过控制开关的通断模拟传感器、执行器、控制单元和线路的故障，而且可以利用信号发生器向发动机控制单元发出模拟信号，替代发动机电控系统原传感器信号，当使模拟信号的大小、频率等改变时，可以检测发动机性能参数的变化并读取故障码。

YUY-FD10大众帕萨特电控发动机实训台一、产品简介：该设备采用大众帕萨特1.8T电控汽油发动机为基础，对发动机可进行起动、加速、减速等工况的实践操作，真实展示电控汽油发动机的组成结构和工作过程。

适用于中高等职业技术院校、普通教育类学院和培训机构对汽车发动机和维修实训的教学需要。

二、功能特点：1.真实可运行的发动机燃油喷射系统，充分展示燃油喷射系统的组成结构和工作过程。

转动曲轴位置信号轮，可分别演示顺序喷射、分组喷射、同时喷射三种电子燃油喷射方式。

2.示教板面板上绘有彩色喷绘电路图和工作原理示意图，喷绘图由3mm厚有机玻璃保护，四周由铝材镶边，学员可直观对照电路图和实物，认识和分析电子燃油喷射系统的工作原理。

3.示教板面板上安装有检测端子，可直接在面板上检测电子燃油喷射系统电路元件的电信号，如电阻、电压、电流、频率信号等。

4.示教板安装有诊断座，可连接专用或通用型汽车解码器，对发动机电控系统进行ECU编码查询、读取故障码、清除故障码、读取数据流等自诊断功能。

5.示教板底架部分采用钢结构焊接，表面采用喷涂工艺处理，带自锁脚轮装置，示教板底座上配有40cm左右的桌面，方便放置资料、轻型检测仪器等。

6.示教板工作采用普通220V交流电源，经内部电路变压整流转换成12V直流电源，无需蓄电池，减少充电的麻烦，12V直流电源有防短路功能。

7.配备智能化故障设置和考核系统：1)采用数字化集成电路板，最新MCU技术与配套的故障设置控制技术，拥有专利技术，系统稳定、不易感染病毒。

2)不需要电脑就可独立进行考试考核，老师与学生界面分开，老师通过密码进入教师界面出题，学生在普通界面答题(教师出题方式：通过人机交互式界面中的主功能菜单选择“设定故障点和故障类型”，输入密码进入出题设置故障界面，从故障名称列表中选择所设故障，可任意选择“开路故障”，“短路故障”，“接触不良”三种故障类型；学生答题方式：进入主功能菜单选“学生查找故障技能考核”，学生通过实际操作测试查找出故障后，在此界面中选择故障名称和类型进行回答，如果答题正确系统响应“正确！故障排除”；如果答题错误，系统提示“不正确！请再检查”，对每道题的允许答题次数可由老师设在1~10次范围内)。

第1章绪论1.1 概述传统的汽车技术与当今先进的计算机科学日益紧密地结合，汽车机械控制技术在建国初期就已得到发展并且推动、并加着汽车电子控制而成为近些年来汽车工业发展最快的领域。

世界各工业发达国家几乎无一例外地把汽车工业作为国民经济的支柱产业。

因此，汽车企业之间的竞争也越来越激烈，在高速、灵活、专用、可靠、自动、安全、省油、减少废气污染等方面对汽车的要求越来越高的情况下，原来是利用机械，而现在随着人类的进步，科技的大幅度发展，越来越多的侧重于利用电子控制技术解决汽车所面临的一系列问题成为技术进步的必然要求，发动机电子控制系统的发展更成为了我国汽车产业发展的必然趋势，其研发和应用对提高汽车产业的技术水平、增强整个汽车产业的国际竞争力有着重要的影响。

同时，机械对电控系统的支持与研发有着至关重要的作用与莫大支持，对提高我国汽车工业核心设备的技术水平具有重要意义。

与此同时，汽车发动机电控化、汽车电子化和智能化也带来许多问题，使得汽车的故障也变得越来越复杂，虽然电控系统故障更为复杂，但相对简单的机械故障如果出错也会大大影响实验和测试结果。

这就要求我们要有与之相适应的更为先进的故障诊断技术与用先进技术诊测与计算精密的机械故障的能力，随着科技的不断发展，人们利用电子技术对机械部件的制造与加工是更为精确，从而大大减少误差，为更为先进的测试技术作下了良好的铺垫。

跟机械发展的速度相比，电子技术的发展更为迅速，并且逐渐的更多的电子来带动机械控制，随着电子技术的发展，特别是微处理器的发展，多项控制集中在一个电子控制单元（ECU）上，产生了发动机集中控制系统，在现代汽车上得到了广泛应用。

随着发动机电子控制技术的广泛应用，汽车运行中出现的故障高发区也由机械故障向电子故障转变，并且这方面的检测与维修与传统的方法有很大的不同，这就迫使维修人员必须在较短的时间内掌握与此相关的技能。

对于汽车专业技术人员培养来说，如何使理论与实践相结合，提高学生的工程实践能力，是一重要的课题。

适用于科研和教学工作的汽车电控发动机仿真实验台设计前言为了方便理论教学，给学生创造接近实际的实习环境而设计了电控发动机故障模拟试验台，经试用取得了良好的教学效果。

电控发动机故障模拟试验台主要由丰田花冠5A—FE 电控发动机及其微机控制系统，即喷油ECU 和点火ECU、A140E 自动变速器及转向助力系统等、单片机故障模拟机构、显示面板以及相关的测试设备等组成。

可以测量的数据包括两部分:反映各传感器、执行器以及电控单元工作状态的各种电信号，如电压值、电流值电阻值、频率等;反映发动机工作性能的各种数据，如扭矩、油耗、废气中各种成份的含量等。

通过对这些数据的分析、计算和处理，不仅可以对电控发动机故障表现以及故障产生的原因、规律等有一定的认识，而且可以对电控发动机故障产生的机理有比较深刻的理解，这无论是对教学还是对生产实践都有着很好的理论意义和指导作用。

1 电控发动机故障模拟试验台的建立1.1 试验台的总体设计本试验台的故障模拟机构选用的发动机为丰田花冠5A—FE 电控发动机及其微机控制系统A140E 自动变速器及转向助力系统等；其次单片机故障排除机构均设置检测部分和故障设定部分；再次中央控制面板有各种仪表，故障的读码并显示发动机实时工况。

1.2 试验台电路的设计本试验台采用单片机控制式，就是在各传感器到ECU 的线路中串接上单片机故障设置单元，来代替开关，开关合上时发动机处于原机工作状态，开关断开时就能模拟各传感器信号丢失、电源线断路或接地不良等的故障情况，示意图如图1。

图1 电路示意图1.3 显示面板的设计显示板的设计应考虑故障模拟试验台的使用对象，如果用来教学使用则可在显示板正面上划出电控发动机的电路原理图，如果用来提高维修工的维修技能则可将原理图略去。

显示。

摘要随着我国汽车保有量的大幅度上升，高新技术产品和装置在汽车上的不断引入和普及与汽车维修业高素质从业人员不足之间的矛盾显得日益突出。

发动机电控技术是汽车专业的一门核心技术，理论性与实践性很强。

开发发动机电控系统模拟教学实验台，能便于学生认识和学习发动机电控系统的工作原理。

发动机电控系统模拟实验台可以广泛应用于科研、教学等方面，通过对发动机工作过程的模拟、显示，可以提高汽车从业人员的知识掌握水平及实际操作能力，增强对汽车电控系统的认识和掌握，为学生学习和掌握发动机电控系统的工作原理提供帮助。

本设计是以教学展示为前提，主要介绍了发动机电控系统的控制内容、发展简史与前景、组成与工作原理，并在此基础上设计电控系统模拟实验台的相关内容。

主要包括实验台架的设计、电控系统的零部件布置、电动机转速控制等内容。

这个教学实验台能够演示发动机的起动和正常工作过程，并且设置了测量点。

通过完成对实验台的设计，可以深刻理解和掌握发动机电控系统的组成和工作原理、机械设计与机械制图的相关知识，最终设计出一款及机械、电控于一体化的产品。

关键词：发动机电控系统；电动机控制；实验台；单片机；PWMABSTRACTWith significant increase of the number of automobile，the contradiction between high-tech products and devices,the constant introduction in the car and popularization of high-quality vehicle maintenance trade and lack of practitioners become increasingly prominent.Engine electronic control technology is the theoretical and practical of a core technology and theoretical and practical very strong.Electronic control system simulation teaching test can make students to understand and learn the engine electronic control system works easy.Engine electronic control simulation system can be widely used in scientific research,teaching,etc.By displaying of the course of the engine simulation process,it can be employed to improve motor vehicle mastery level of knowledge and practical ability,and enhance the automotive electronic control system of understanding and mastering,for the students to learn and master the engine control system works to help.The design is based on the premise of teaching show,this paper introduces control content system of the engine electronic control,brief history of and prospects for development,composition and working principle and design on the basis of electronic control system simulation test-bed of related content.It mainly includes the design of bench testing,electrical control system layout of components,such as motor speed control.The teaching experiment platform to demonstrate the engine start and normal work processes, and set the measurement points.The design of the test-bed by accomplish can help learns to understand and master the engine electronic control system components,a final design and mechanical and electrical control products in the integration.Key words:Engine Electrical Control System；Motor Control；Test-bed；microcontroller；PWM目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1汽油机电子控制系统概述 (1)1.1.1汽油机电控系统发展简史 (1)1.1.2汽油机电子控制系统开发现状及趋势 (2)1.2汽油机电控系统模拟演示台设计概述 (2)1.2.1设计的背景与意义 (2)1.2.2总体设计功能要求 (3)1.2.3本次设计的主要研究内容 (3)第2章汽车发动机电子控制技术 (4)2.1概述 (4)2.2汽油机电子控制系统的功能与组成 (4)2.3电子控制燃油喷射系统的组成与工作原理 (5)2.3.1空气供给系统 (5)2.3.2燃油供给系统 (5)2.3.3控制系统 (6)2.4本章小结 (10)第3章教学演示实验台设计 (11)3.1实验台面板的布置设计 (11)3.2教学演示实验台台架设计 (12)3.2.1实验台架的设计 (12)3.2.2实验台面板、操作台设计 (14)3.3模拟教学实验台尺寸的确定 (15)3.4实验台材料的选择与强度校核 (17)3.4.1实验台架材料的选择 (17)3.4.2实验台强度校核 (17)3.5滑动螺旋副传动 (21)3.5.1滑动螺旋传动 (21)3.5.2滑动螺旋的特点 (21)3.5.3螺旋传动的应用 (21)3.7本章小结 (23)第4章实验台电路设计与电机控制原理 (24)4.1实验台电路优化设计 (24)4.2电动机的选择与转速控制原理 (25)4.2.1电动机的选择 (25)4.2.2实验台电动机的转速控制原理 (25)4.3PWM调速控制的优点 (27)4.4本章小结 (27)第5章电动机控制系统设计 (28)5.1概述 (28)5.1.1节气门位置传感器与电机转速控制 (28)5.1.2水温传感器与电机转速控制 (28)5.2硬件装置的选择 (29)5.2.1单片机的选择 (29)5.2.2电动机驱动芯片的选择 (29)5.2.3转速传感器的选择 (29)5.3控制原理 (30)5.3.1电动机控制器原理 (30)5.3.2发动机控制电路图 (31)5.3.3软件程序设计 (32)5.4本章小结 (40)结论 (41)参考文献 (42)致谢 (43)附录 (44)第1章绪论1.1汽油机电子控制系统概述近年来，随着电子技术、计算机技术和信息技术的应用，汽车电子控制技术得到了迅猛的发展，尤其在控制精度、控制范围、智能化和网络化等多方面有了较大突破。