汽车发动机故障快速设置与恢复设备的研究

喻怀斌

（内江职业技术学院，四川 内江 641100）

0 引言

目前在进行汽车故障诊断、发动机电控、汽车检修等理实一体课程的实践教学时，需要大量在实车上进行，这样有利于提高教学的真实性和教学质量。但是在我国经济欠发达地区，多数院校目前的现状并没有达到期望的教学效果，如因教学实训车品牌杂、车龄老，教师每次在实车实践教学前，在实车上进行故障预设要花费很多时间，小组间轮流操作需要恢复故障设置或更改故障设置又要花费很多时间，课堂结束后要把汽车恢复完好又要花费很多时间，有的来不及恢复甚至就让汽车处于故障状态，影响了后续课堂的教学。这种现象使得教学辅助时间长、工作量大，有些故障还没法预设，不仅教学效率较低，也影响了教学质量；同时对车辆的破坏较大，缩短了实训车使用年限，造成教学硬件资产的浪费。

为解决此类问题，以大众帕萨特B5的发动机模块为例，试行自行设计制作“汽车发动机故障快速设置与恢复”设备。

1 类似设备的比较

1）国内较多的教学设备公司已有生产类似功能的台架。这些台架大多是分系统进行的，缺乏整车的系统性和实车的真实性，学生往往在台架上会做后，在实车上又不会了；同时台架预设的故障只有有限的几个，教学时不便于根据不同学情、不同小组预设不同的故障，且不能自主创设故障。

2）国内较少的院校也有对车辆进行过类似的改装，但他们大多是外包给相应的汽车4S店等进行的，价格很高；教师只管后期使用，虽然省事，但没有参与过程制作，对教师能力提升作用不大，且设备无法升级。

3）国内类似的整车故障设置的设备在技能比赛中也有推出，在选手换场的短暂时间里，恢复并设置相应故障。但这些设备价格很贵，还只针对比赛车型，不能匹配种类繁多又相对老旧的教学实训车辆；故较多的院校没有选配此类设备，或选配了只针对比赛培训使用，也没有用于日常教学之中[1]。

在我国经济欠发达地区，因买不起昂贵的设备，只能在有限的几辆旧实训车上想办法。

2 设计思路

1）故障设置的设计。要满足安全可靠、尽量少地破坏原车线束、故障开关集中、故障点隐蔽，在不破坏原车线束或零件的情况下，可快速恢复故障设置。

2）拟设故障点及故障类型的设计。以电气故障为主，如元器件供电线路、信号线路、电控系统元件等故障，各故障点拟设类型如线路断路、虚接（线路阻值变化）、对正（负）极短路等。

3）操作面板的设计。要有故障设置面板和检测面板，故障设置面板要隐蔽处理。

3 设计方案的比较

3.1 本设备与车辆接入的方案

1）镶入式方案。即本设备与将要改造的车辆融为一体，在车辆线束某处或接插处镶入本设备，需要时打开本设备的开关，操作设备上面的故障开关即可。

优点：对不同品牌型号的车辆可同样处理，设备设计较简单，耗材使用较少。

缺点：对车辆有一次性的损伤，设备镶入后设备拆销较难，维护成本高。

2）分离式方案[2]。即本设备独立设计，与将要改造的车辆分开，使用时将本设备通过专用接插头与原车发动机电脑接插头分别相连，将发动机的工作信息引出到本设置中，操作设备上面的故障开关即可，其工作原理如图1所示。

图1 分离式汽车故障快速设置与恢复设备原理图

优点：一个设备可用于多台相同品牌型号的车辆，对车辆线束与零件没有损坏。

缺点：需要设计制作被改造车辆发动机的专用插头与插座等，需要专车专用。

经研讨，结合现有可用教学车辆的实际，决定采用分离式方案。

3.2 故障设置形式的方案

1）开关式方案。即在各个故障设置处采用通断式开关，预设多少故障就安装多少开关，需要时拔动对应的开关即可。

优点：简单明了，操作方便，一看就会。

缺点：故障个数有限，想要增加故障设置较难改动，维护成本较高。

2）接插式方案。即把线束需要设置故障处“断开”，每根线断点两端预设2个插孔备用，不用时用常通线直连，需要设置故障时，选择插入相应的故障线即可，如断路（空置即可）、短路线（直导线）、虚接线（含有不同阻值的导线）。

优点：预留了每根线设置故障的可能性，且每个故障点可设置多种故障，可设置涉及多根线的故障（如交叉2个气缸的点火线等）。

缺点：故障设置人员（教师）对每根线的性质要掌握，对教师的要求较高。

为降低难度，同时出于安全原因，可将各线（针脚）的功能和可设的故障类型在《使用说明书》中列表说明。经研讨，结合现有师资情况的实际，决定采用接插式方案。

4 故障点及故障类型的设计

分析大众帕萨特B5车型的发动机电控单元后，先确定发动机电脑ECU各引脚的功能，再对各线的故障类型进行预设，如断路、虚接、对正极短路、对负极短路等。根据难易设置不同的故障类型，低年级学生可选择“第一故障方案”，高年级学生可选择“拓展故障方案”。当然教师还可以在此方案外创设新的故障方案。大众帕萨特B5的发动机ECU拟设故障方案如表1所示。

表1 帕萨特B5发动机ECU拟设故障方案

5 重点部件的设计制作

5.1 专用插座的制作

专用插座的制作是整个设备制作过程中最难的部分，也是本设备制作成败的关键，当然试验成功后可以找相应的企业进行定制。

先要买一个相同发动机型号的电脑和电脑插头，因这些教学实训车大多是老旧的、临近淘汰或已淘汰的车型，相关二手配件较容易买到。再把电脑的外壳全拆开，可以看到电脑插头里面的80个针脚，弯成直角整齐一排，间距很小。之后把这些针脚与电脑插头整体从电路集成板上“取”下来，把直角顺直。在“取”下和顺直的过程中，如果不小心弄断一针脚，就需要重来。

除去留空的针脚，接下来是在有用的43个针脚上焊接上约1 m长的导线，各导线相互间不能有任何内部接触，导线端头都套上热缩管。每焊接一根线都要检测是否与邻近的针脚相互独立、是否有虚接，否则重来，如图2所示。为保险起见，焊完后再检测一下。

图2 专用插座和专用插头的制作

另专用插头的制作，在电脑插头的对应针脚孔卡子里接上导线延长即可，如图2所示。

5.2 操作面板的制作

1）故障设置面板的制作[3]。在板材上面均布86个的故障设置孔，分别标注引脚号对应43根线，每根线对应2个孔，每个孔上安装香蕉插座。使用时未设故障的孔用“常通线”直连，否则用“故障线”连接或空置，如图3所示。

图3 故障设置面板上的排孔设计

2）检测面板的制作。在故障设置面板制作好后，其外侧的43孔再各引出一导线到检测面板上对应的43个检测孔，以检测各引脚的信息，同时对故障设置面板进行遮挡，如图4所示。

图4 检测面板

6 后续改进

1）设备适应范围的提升。在汽车检修实践教学中，除了发动机的检修外，还有底盘的检修、舒适系统的检修等，如能改善专用插座和专用插头设计，可适应不同的系统和不同的车型，以扩大应用范围方便推广；同时专用插座宜加上保护外壳。

2）设备操作界面的提升。如能定制三通式长型的香蕉插座，长的一端向上伸出检测面板作为检测插孔，则相关线束可大大优化，设备的结构也可更紧凑。

3）配套资料的提升。如故障设置方案在表1的基础上可增加故障现象描述，同时完善“检测方案”，即各线端在发动机不同工况（检测条件）下的检测值。使用者可根据故障现象对症下药，选择不同的故障设置点和设置方式，并根据检测方案进行分析判断，从而极大地方便了使用者。

7 结语

本文设计的汽车发动机故障快速设置与恢复设备，主要解决了汽车发动机电气检修方面的故障快速设置和恢复；在使用中，配合简单机械故障，如拔掉传感器插头或线路其他接插头、拔掉保险丝或换上坏的保险丝等，则在功能上能够实现了发动机故障的快速设置和恢复，减少教学准备时间，充实教学内容，提高教学效率和教学质量；可减少对实训车辆的损坏，使之应用更长久、更广泛；同时也提高了教师双师、双创能力，后期还可开发匹配的实训教材等。总之，在我国经济欠发达地区，可用较少的投入得到更好的设备。