柴油共轨发动机检测实验台
技术领域
本发明涉及汽修技术领域，特别是涉及一种柴油共轨发动机检测实验台。
背景技术
目前，现代汽车广泛采用电子控制燃油喷射技术(EFI)、电子控制防抱死制动技术(ABS)、电子控制自动变速器技术(ECT)以及CAN-BUS现场总线控制技术。这导致当前的汽车故障诊断作业，更多地着眼于对汽车电子故障以及机电一体化故障的诊断服务，也更多地依赖于使用先进的电脑检测与诊断设备，通过数据流分析、波形分析以及尾气分析等综合分析技术加以判断。
由于电子装置在汽车上的广泛应用，每辆汽车上都装有几块、甚至几十块电控单元ECU，几十种传感器与执行器等，使得当前汽车故障诊断的难度日益加大，一些传统的汽车维修知识及经验也受到了颠覆。因此，新型车辆装备技术保障与维护作业，难点在于针对电子故障以及机电一体化故障的诊断与排除，它是一项技术性很强，同时又是操作性很强的工作，对从业人员文化知识、专业理论、技术水平、检测装备使用等综合素质提出了更高的要求，这是汽车运用与维修专业领域技能型人才紧缺之所在。
随着汽车保有量的增加，同时也带来了能源的紧张、环境的污染等问题。降低能源消耗和减少废气排放污染，实现低碳生活，满足节能和排放法规的要求，将是今后汽车工业发展的重中之重，而基于柴油机本身的性能优势，电控柴油机的发展将是解决该问题的一个重要方向。当今电控柴油汽车技术的发展日新月异，特别是电控柴油共轨技术将是电控柴油技术的重要发展方向。对于汽车维修行业从业人员以及各类高校汽修专业的学生对电控柴油共轨技术的深入了解将是一个必不可少的内容，而在实践教学与培训中，由于在实车上难于设置故障及演示故障现象，因此，造成了学习人员在理解掌握方面存在一定的困难。
发明内容
本发明的目的是针对在实车上难以设置故障及演示故障，造成了学习人员在理解掌握方面存在一定的困难的问题，而提供一种柴油共轨发动机检测实验台。该柴油共轨发动机检测实验台，能对高压柴油共轨发动机的原理、结构进行详细描述，对高压柴油共轨发动机的故障情况进行分类和模拟设置，以帮助汽修学习人员能快速理解高压柴油共轨发动机的工作原理，熟悉其基本结构，熟练掌握高压柴油共轨发动机电控系统的故障现象与故障诊断及排除技术，使学习人员对新兴的电控柴油共轨发动机系统更直观的理解和掌握。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种柴油共轨发动机检测实验台，包括柴油共轨发动机和控制台，所述柴油共轨发动机内的电器件与ECU(发动机控制单元)电连接构成原理电路，所述控制台上设有与所述ECU通讯连接的控制模块、标示所述原理电路的电路图面板、用于设置所述电器件开路或断路的故障设置点、与所述ECU通讯连接的故障检测单元，其中：
所述故障检测单元包括与相应所述电器件电连接的电子指示仪表组、用于显示相应所述电器件输出的数据流或波形或编码的显示单元和设置在所述电路图面板上且与所述电器件电连接的检测端子插孔；
所述故障设置点连接在在所述电器件与供电VCC之间的电连接线上，每一故障设置点包括一个接通位和一个断路位，所述故障设置点的接通或断开由故障设置按钮和/或模拟电磁继电器和/或外接插块控制；
多个所述模拟电磁继电器通过串转并模块与连接在与所述控制模块通讯连接的单片机上，所述单片机通过数字/模拟信号转换模块和模拟信号线与所述电器件的信号输出端电连接以进行故障模拟，所述电器件信号输出端与所述ECU通讯连接，所述电器件的供电端通过信号反馈线与所述控制模块通讯连接。
所述控制模块和单片机构成控制单元，通过控制所述模拟电磁继电器可控制故障设置点在接通位和断路位中切换，所述故障设置按钮按下和弹起时也可使得故障设置点在接通位和断路位中切换，使得相应电器件处于通电或断电状态，另外在接通位的两个接线点上连接外接插块(包括开路模拟插头、电压模拟旋钮和电阻模拟旋钮)，可进行电压模拟和电阻模拟。所述单片机的型号为ATMegA128，所述串转并模块的型号为74LS595，所述继电器驱动电路的型号为2803。
本实验台故障可以通过手动进行设置，故障设置按钮按下和弹起需在实验台通电的情况下进行，按钮可由手动或者PC机进行控制，有两个位置，如图4所示，当按钮未被按下时，此时处于接通位，故障未设置，且控制模块(PC机)可通过信号反馈感知未设置故障，PC机软件显示未设置任何故障；当按钮被手动按下，此时处于断路位，设置了故障，此时PC机通过信号反馈，感知设置了故障，PC机软件显示设置了相应的故障。在进行故障消除时，可手动按下故障按钮进行故障清除，也可通过PC机控制使故障按钮归位，进行故障清除。
同时，控制模块可以对水温、油门踏板位置、空气流量计、进气温度、蓄电池电压信号进行模拟控制。首先控制模块自动将故障按钮设置为断路位，然后通过模拟信号线给ECU一个模拟信号，此时发动机进行模拟故障运行，加大了故障考核的难度。
另外，本实验台还具有电阻模拟和电压模拟的功能，电压模拟通过电压模拟旋钮实现，主要用来模拟电子油门踏板传感器电压信号、氧传感器电压信号等，通过模拟可用来判断传感器的好坏，也可通过解码仪数据流的显示观察喷油脉宽和点火正时的改变。电阻模拟通过电阻模拟旋钮实现，此时调节旋钮即可改变电阻输入值。电阻模拟主要用来模拟水温信号、进气温度传感器信号等的电阻值变化。而且本机可以使用PC机内置的软件，对发动机进行模拟运行(通过模拟电磁继电器实现)，对各电器件(包括传感器)信号进行电压和电阻模拟并快速设置故障，在故障排除后，只需通过计算机软件将故障清除或复位即可恢复到正常状态。
在故障诊断时，可通过故障检测点上的检测端子插孔，对照原理电路可以对电控系统相应元器件进行静态或动态信号的检测，通过检测电控系统各信号参数，结合显示单元上显示的波形以及电子指示仪表组上的数据从而进行故障判断或标准参数测量。
在上述技术方案中，所述电器件包括传感器、执行器、工作继电器、点火开关和ECU电源。所述传感器包括曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、空气流量传感器、电子油门位置传感器、冷却水温传感器、共轨压力传感器和燃油含水传感器；所述执行器包括EGR控制电磁阀、燃油比例电磁阀和四个喷油器；所述工作继电器包括主继电器、起动继电器、预热塞继电器、高速风扇继电器、低速风扇继电器和燃油加热继电器。
在上述技术方案中，每一相应节点上的所述检测端子插孔设置两个，且该两个所述检测端子插孔电连接在对应电器件与所述ECU之间的点连接线上。分别用于连接万用表的两极。通过检测端子插孔可进行电器件电压和电阻的测量。
在上述技术方案中，所述显示单元包括插接在所述控制台的诊断插头上的外接解码器和/或与所述控制单元通讯连接的显示装置，其中所述诊断插头与所述ECU通讯连接，所述故障设置点还包括用于设置所述诊断插头的故障设置点。诊断插头出现故障时，会出现解码仪无法进入ECU的故障现象。不同电器件发生故障时，对应的故障码不同，相同的电器件发生不同的故障时，对应的故障码也不同，每一故障信息对应一故障码。
所述控制模块与发动机的ECU通过数据线相连，可以进行数据交换，所以可以不用外接解码器进行读码、消码、动态数据流读取、基本设定、终端执行器操作。这些功能项目将通过计算机(控制模块)的显视器显视出，且更为直观、全面。同时本实训台在操作显示面板上安置的诊断口(诊断插头)可连接解码器,用来清、读故障码、读取动态数据流、基本设定和终端执行器操作，设置故障或发生故障经排除后，关闭点火开关，使用计算机或解码器进行消码。
显示装置除具有基本的操作可视功能，还具有示波器的作用，在发动机运转过程中可对各个传感器的信号进行检测，并将其波形读出，方便观察其波形并进行故障波形和非故障波形对比判断，进行故障的解决和排除。
在上述技术方案中，所述控制台设置有点火开关以控制所述柴油共轨发动机的开关，所述控制台上设有与所述原理电路电连接的保险座和仪表盘，其中所述仪表盘用于显示所述柴油共轨发动机的转速信息。
旋转点火开关至起动档位，起动机运转(最长可延续5秒钟)发动机运转后应立即松开钥匙，此时发动机起动。欲将发动机关闭，可将点火开关旋转至关闭位置即可关闭发动机。
通过控制模块(PC机)内置软件可将发动机关闭或者起动,只需将PC机通电，按下开机按钮将机器打开，然后用鼠标点击配套的检测软件进入控制端，用鼠标点击起动发动机，可模拟点火开关的起动信号给ECU，实现人为远程对发动机的起动控制。点击关机按钮，PC机给发动机ECU一个关闭信号，即可实现发动机的断油，关闭发动机，使其快速的停止运转。
在上述技术方案中，所述控制模块为所述控制台上的PC机，所述显示装置为固定在所述控制台上的PC机显示屏或与所述PC机通讯连接的外接显示器。
在上述技术方案中，所述PC机可外接输出设备和/或输入设备，所述输出设备为投影仪、打印机、显示器中的一种或多种，所述输入设备为键盘、鼠标、话筒中的一种或多种。
外接输出设备和/或输入设备的设置，使该柴油共轨发动机检测实验台可以适应多种教学情景，例如外接投影仪可对PC机内的教学课件进行展示、观看和学习。
在上述技术方案中，所述控制台和柴油共轨发动机固定于支撑台架上，所述支撑台架上固定连接有不锈管护栏，所述不锈管护栏位于柴油共轨发动机的周围，所述支撑台架的底部安装有移动脚轮，所述移动脚轮上设置有锁止装置。
在上述技术方案中，所述控制模块内存储有控制系统理论知识教学系统和控制系统理论知识考核系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.该柴油共轨发动机检测实验台，遵循机电液、精密、复杂电子控制系统故障诊断的基本原则，实现了人为设置故障与系统自诊断的有机结合，能够模拟高压柴油共轨发动机的故障情况，进行故障设置、检测和消除，使学员不用在实车上进行演练学习，也能提高柴油共轨发动机的故障诊断与排除技术。
2.创造了一种柴油共轨发动机的“实景及模拟实景的全方位多媒体教学”模式及平台，有助于解决汽修培训内容与行业需求相差甚远的矛盾，实验台集理论传授、现场观摩、实践操作技能训练为一体，突出了教学内容和教学方法的应用性、综合性、实践性，有助于提高汽修人员动手能力和分析解决问题的能力。
3.该柴油共轨发动机检测实验台，通过绘刻在控制台表面上的与原发动机控制系统相一致的电路图面板，直观的展示高压柴油共轨发动机的工作原理，便于学员的理解；
4.该柴油共轨发动机检测实验台，其PC机内置学习软件，可以方便学员学习高压柴油共轨发动机的工作原理和基本结构，还可以通过模拟演练提高故障检测和排除技术，也可以通过软件对学习情况进行考核。
附图说明
图1所示为柴油共轨发动机检测实验台的结构示意图。
图2所示为图1中PC机显示屏、电子指示仪表和电路图面板在控制台上的分布示意图；
图3是图1中电路图面板的示意图。
图4是故障设置点的原理图。
图5是模拟继电器与控制单元的连接原理图。
图6为柴油共轨发动机检测实验台PC机控制系统主界面。
图7为柴油共轨发动机检测实验台PC机控制系统故障设置界面。
图8为柴油共轨发动机检测实验台PC机控制系统理论知识讲解界面。
图9为柴油共轨发动机检测实验台PC机控制系统动画演示界面。
图10为柴油共轨发动机检测实验台PC机控制系统理论知识考核系统界面。
图中：1.控制台；2.PC机显示屏；3.PC机；4.故障设置按钮；5.保险座；6.诊断插头；7.点火开关；8.ECU；9.支撑台架；10.移动脚轮；11.不锈管护栏；12.柴油共轨发动机；13.仪表盘；14.电路图面板；15.检测端子插孔；16.电子指示仪表组。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种柴油共轨发动机检测实验台，如图1所示，包括柴油共轨发动机12和控制台1，所述柴油共轨发动机12内的电器件与发动机控制单元ECU8电连接构成原理电路，
所述控制台1上设有与所述ECU8通讯连接的控制模块、标示所述原理电路的电路图面板14、用于设置所述电器件开路或断路的故障设置点、与所述ECU8通讯连接的故障检测单元，其中：
所述故障检测单元包括与相应所述电器件电连接的电子指示仪表组16、用于显示相应所述电器件输出的数据流或波形或编码的显示单元和设置在所述电路图面板14上且与所述电器件电连接的检测端子插孔15；
如图4所示，所述故障设置点设置在所述电器件与供电VCC之间，每一故障设置点包括一个接通位和一个断路位，所述故障设置点的接通或断开由故障设置按钮4和/或模拟电磁继电器和/或外接插块控制；
如图5所示，多个所述模拟电磁继电器通过串转并模块与连接在与所述控制模块通讯连接的单片机上，所述单片机通过数字/模拟信号转换模块和模拟信号线与所述电器件的信号输出端和所述ECU8之间的连接线相连接，所述电器件的供电端通过信号反馈线与所述控制模块通讯连接，所述电器件的信号输出端与所述ECU8通讯连接。所述单片机的型号为ATMegA128，所述串转并模块的型号为74LS595，所述继电器驱动电路的型号为2803。
柴油共轨发动机12为实验台主体设备，在控制台1的面板上铭刻有与原发动机控制系统相一致的原理电路图，如图3所示，原理电路图体现在面板上可有利于更直观的学习。传感器及执行器的连接线以及主电路线路均采用刻刀进行雕刻。
所述控制模块和单片机构成控制单元，通过控制所述模拟电磁继电器可控制故障设置点在接通位和断路位中切换，所述故障设置按钮4按下和弹起时也可使得故障设置点在接通位和断路位中切换，使得相应电器件处于通电或断电状态，另外在接通位的两个接线点上连接外接插块包括开路模拟插头、电压模拟旋钮和电阻模拟旋钮，可进行电压模拟和电阻模拟。除了以上物理设置故障的方式，还可以通过控制模块向电器件的信号输出端发送模拟故障信号，进行模拟故障设置。具体的，本实验台故障可以通过手动进行设置，故障设置按钮4按下和弹起需在实验台通电的情况下进行，按钮可由手动或者PC机进行控制如图7所示，有两个位置，当按钮未被按下时，此时处于接通位，故障未设置，且控制模块PC机可通过信号反馈感知未设置故障，PC机软件显示未设置任何故障；当按钮被手动按下，此时处于断路位，设置了故障，此时PC机通过信号反馈，感知设置了故障，PC机软件显示设置了相应的故障。在进行故障消除时，可手动按下故障按钮进行故障清除，也可通过PC机控制使故障按钮归位，进行故障清除。
同时，控制模块可以对水温、油门踏板位置、空气流量计、进气温度、蓄电池电压信号进行模拟控制。首先控制模块自动将故障按钮设置为断路位，然后通过模拟信号线给ECU一个模拟信号，此时发动机进行模拟故障运行，加大了故障考核的难度。
另外，外接插块包括开路模拟插头、电压模拟旋钮和电阻模拟旋钮，以实现电阻模拟和电压模拟的功能，电压模拟通过电压模拟旋钮实现，主要用来模拟电子油门踏板传感器电压信号、氧传感器电压信号等，通过模拟可用来判断传感器的好坏，也可通过解码仪数据流的显示观察喷油脉宽和点火正时的改变。电阻模拟通过电阻模拟旋钮实现，此时调节旋钮即可改变电阻输入值。电阻模拟主要用来模拟水温信号、进气温度传感器信号等的电阻值变化。而且本机可以使用PC机内置的软件，对发动机进行模拟运行通过模拟电磁继电器实现，对个传感器信号进行电压和电阻模拟并快速设置故障，在故障排除后，只需通过计算机软件将故障清除或复位即可恢复到正常状态。
在故障诊断时，可通过故障检测点上的检测端子插孔，对照原理电路可以对电控系统相应元器件进行静态或动态信号的检测，通过检测电控系统各信号参数，结合显示单元上显示的波形以及电子指示仪表组上的数据从而进行故障判断或标准参数测量。
作为优选方式，所述电器件包括传感器、执行器、工作继电器、点火开关和ECU电源(ECU+和ECU-)；所述传感器包括曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、空气流量传感器、电子油门位置传感器、冷却水温传感器、共轨压力传感器和燃油含水传感器(7个)；所述执行器包括EGR控制电磁阀、燃油比例电磁阀和四个喷油器(6个)；所述工作继电器包括主继电器、起动继电器、预热塞继电器、高速风扇继电器、低速风扇继电器和燃油加热继电器(5个)。
由此，本实验台设置有效故障点为30个，其中发动机传感器故障7个，发动机执行器故障6个，发动机继电器故障5个，发动机ECU故障2个，可以通过实验台外置的故障设置开关实现单独或者多个传感器、执行器以及发动ECU的故障设置，并且可由PC机进行故障的解除和设置。
本机设有两个故障设置区：
1开路设置区：
操作显示面板下方的电脑端子引出口为开路设置区，插头外缘为传感器连接线点，插头内缘为电脑连线点，故障设置时，关闭点火开关后，只须拔下电脑相应端子引出口插头，换上专用的开路模拟插头即可造成开路故障当设置故障后故障灯在点火开关接通及发动机运转状态下都会点亮。
2断路设置区：
操作显示面板下的电脑柜中；设有圆形板式按钮，机油高压显示、机油低压显示、防盗灯、起动机、燃油泵、燃油油位显示、风扇、水温显示、水位显示、蓄电池充电指示、时间显示表等线路的断路设置故障点，以方便教学设置故障。
本机不提倡短路设置故障，如果采用了短路设置方式，则对有可能发生的元器件损坏。
作为优选方式，每一所述检测端子插孔15设置两个，且该两个所述检测端子插孔15设置在对应电器件与所述ECU8之间，分别用于连接万用表的两极。
作为优选方式，所述显示单元包括插接在所述控制台1的诊断插头6上的外接解码器和/或与所述控制单元通讯连接的显示装置，其中所述诊断插头6与所述ECU8通讯连接。
诊断插头6出现故障时，会出现解码仪无法进入ECU的故障现象。不同电器件发生故障时，对应的故障码不同，相同的电器件发生不同的故障时，对应的故障码也不同，每一故障信息对应一故障码。
所述控制模块与发动机的ECU通过数据线相连，可以进行数据交换，所以可以不用外接解码器进行读码、消码、动态数据流读取、基本设定、终端执行器操作。这些功能项目将通过计算机控制模块的显视器显视出，且更为直观、全面。同时本实训台在操作显示面板上安置的诊断口诊断插头可连接解码器,用来清、读故障码、读取动态数据流、基本设定和终端执行器操作，设置故障或发生故障经排除后，关闭点火开关，使用计算机或解码器进行消码。
解码器用来清、读故障码，读取动态数据流，执行基本设定和终端执行器操作。如果故障经排除后，关闭柴油共轨发动机12的点火开关，使用解码器进行消码。控制器与控制单元ECU8通过数据线相连，可以进行数据交换，可以不用外接解码器，控制器进行读码、消码、动态数据流读取、执行基本设定、终端执行器操作，且这些功能可通过显示器显视出，更为直观、全面。
显示装置除具有基本的操作可视功能，还具有示波器的作用，在发动机运转过程中可对各个传感器的信号进行检测，并将其波形读出，方便观察其波形并进行故障波形和非故障波形对比判断，进行故障的解决和排除。
作为优选方式，所述控制台1设置有控制所述柴油共轨发动机12的开关的点火开关7。旋转点火开关至起动档位，起动机运转最长可延续5秒钟发动机运转后应立即松开钥匙，此时发动机起动。欲将发动机关闭，可将点火开关旋转至关闭位置即可关闭发动机。作为优选方式，所述控制模块为所述控制台1上的PC机3，通过控制模块PC机内置软件可将发动机关闭或者起动,只需将PC机通电，按下开机按钮将机器打开，然后用鼠标点击配套的检测软件进入控制端，用鼠标点击起动发动机，可模拟点火开关的起动信号给ECU，实现人为远程对发动机的起动控制。点击关机按钮，PC机给发动机ECU一个关闭信号，即可实现发动机的断油，关闭发动机，使其快速的停止运转。
作为优选方式，所述控制台1上设有与所述原理电路电连接的保险座5和用于显示所述柴油共轨发动机12的转速信息的仪表盘13，其中所述仪表盘用于显示所述柴油共轨发动机的转速信息。
作为优选方式，所述控制模块为所述控制台1上的PC机3，所述显示装置为固定在所述控制台1上的PC机显示屏2或与所述PC机3通讯连接的外接显示器。
作为优选方式，所述PC机3可外接输出设备和/或输入设备，所述输出设备为投影仪、打印机、显示器中的一种或多种，所述输入设备为键盘、鼠标、话筒中的一种或多种。
外接输出设备和输入设备的设置，使该柴油共轨发动机检测实验台可以适应多种教学情景，例如外接投影仪可对PC机3内的教学课件进行展示、观看和学习，键盘和鼠标可提高操控的便捷性。PC机3结合与实验台相配套的教学课件以及教学软件，可以实现理实一体化教学。
实施例2
在实施例1的基础上，介绍其固定结构。
如图1所示，所述控制台1和柴油共轨发动机12固定于支撑台架9上。所述支撑台架9上固定连接有不锈管护栏11，所述不锈管护栏11位于柴油共轨发动机12的周围，所述支撑台架9的底部安装有移动脚轮10，所述移动脚轮10上设置有锁止装置。
为方便实验台移动，实验台四角安装有移动脚轮10，为安全起见，前脚轮上设置了锁止装置防止实验台自由滑动。
实施例3
本实施例是基于实施例1-2的基础上，对PC机的内置软件进行具体描述。
作为优选方式，所述控制模块内存储有控制系统理论知识教学系统和控制系统理论知识考核系统。
PC机3内有教学课件，可通过外接投影仪进行使用。如图8所示，课件对柴油共轨发动机12各个部分的作用、工作原理及其结构进行了详细说明，并对电控部分各个传感器的结构、原理、功用和检修进行了详细讲解，可以在操作实验台时打开PC机3进行观看和学习。如图9所示，课件中相关传感器、执行器及其原理动画为FLASH软件制作。动画对各个传感器的构造及工作原理以及故障检测的方式等进行了展示，并且设置了控制按钮可进行动画的播放和暂停控制。
在本实施例中，PC机3内置软件可以使使用者在非起动发动机的情况下，只打开PC机3，进入软件进行各种故障的模拟，通过3D动画和各种视频的演示，使其有身临其境的感觉，并且可以通过该软件对柴油共轨发动机12的理论、构造及拆装进行学习。软件有实训的功能，可以利用软件中的万用表和解码仪、示波器在软件中进行故障诊断和排除，节约了实验台发动机的使用维护和保养成本，并且减少了在使用中频繁起动发动机12造成的排放污染。
在本实施例中，PC机3内软件内含有考核系统，并进行了题库的编写，如图10所示。题库中包含填空题、单项选择题、判断题、分析题。在对本实验台进行一定阶段的学习和研究后，可以通过PC机3内置题库对学员进行考核，通过考核找出其学习中的不足和遗漏点。
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
