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摘要：对现代电喷汽车发动机电控系统综合性实验教学方法进行探索与实践，打破了过去各学科实验内容独立、互不相干的传统模式，并突出了学生的主体和积极参与的作用，为学生提供了应用所学知识解决实际问题的实践机会，使学生系统性掌握现代汽车电控理论知识及实践操作规范，促进了基础知识与专业实践的结合，同时又提高了教师自身知识水平和业务素质。
关键词：发动机；电控系统；综合性实验；传感器；检测
作者简介：孙苗钟（1964-），男，浙江诸暨人，天津科技大学机械工程学院，副教授；谈炳发（1963-），男，江苏吴县人，天津科技大学机械工程学院，副教授。（天津300222）
基金项目：本文系天津科技大学实验室开放基金资助项目（项目编号：1001A202）的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）12-0103-02
随着汽车技术的发展，电控系统在汽车上得到了广泛的应用。微机技术的使用给汽车维修人员和在校汽车专业学生在掌握电喷汽车电控结构、电路、检测故障诊断和维修技术方面带来了许多困难。因此，应对汽车服务工程专业的教学内容、教学手段和教学设备进行改革。为了掌握汽车电控系统，开展综合性实验教学内容和开发设计相应的电控系统综合实验台就显得尤为必要。[1]
综合性实验是高等教育实验教学环节中培养学生综合与应用能力的重要实验项目，在整个高等教育的实验教学过程中占有相当大的比重。近几年来在汽车服务工程专业课程教学中，以“NISSAN千里马轿车发动机电控系统”为实验内容中心，涉及“汽车电器”、“汽车电子控制技术”和“汽车检测技术”三门专业课程内容。其设计原则是既能保持各课程之间的连续性和规律性，又能使实验教学内容体现实验技能的综合性、实验操作的独立性和实验过程的研究性。经过几年实行开放性综合实验，得到了显著的教学效果。本文对发动机电控系统综合性实验的实践与体会进行探讨。[2-3]
一、发动机电控系统实验台的要求
NISSAN千里马轿车在我国汽车行业具有一定的代表性，其发动机电控系统也具有典型性，实验室为学生提供了有关该车的详细资料，以便学习查阅。本综合性实验在自行研制的发动机故障诊断实验台上进行。实验台具有如下的要求：能够直观展示电控发动机各构件的组成、各器件的外观及布局位置；能够演示电控发动机的起动和正常工作过程；能够模拟所需的各种故障；应配有操作面板并设置测量点，以利于教学和实验。
针对上述要求，实验台应如实地展示原发动机的真相，实车真物原封不动地保留与发动机及电控系统有关的零部件。为了真实地检测汽车发动机电子控制单元ECU各端口的电压信号，把ECU所有的端口线接到控制面板上，便于用汽车万用表或汽车检测仪在汽车运行时检测使用和演示实验数据。为了模拟汽车实际行驶中出现有关电控系统的某个故障，在实验台面板上设置各传感器和其他电器线路短路或断路的8个故障按扭（图1为操作面板背面），并设置燃油压力表和进气歧管真空表。如图1为金德汽车检测仪与实验台实际图。[4]
二、主要发动机电控系统传感器与执行器的拆装实验
汽车传感器是电喷汽车电控系统的“感觉器官”，是汽车计算机控制系统的数据采集和信息传输的桥梁。而汽车执行器又是电喷汽车电控系统的“手和脚”，是实现控制目标的“执行者”。掌握认识汽车传感器和执行器的结构与工作原理，对于熟悉电控系统结构、电路和汽车检测与故障诊断技术起到事半功倍的作用。图2为发动机中的传感器和执行器实物图，拆装实验在实验桌上进行。
三、发动机电控系统原理与电路分析实验
只有掌握了电控电路才能懂得去检测与诊断故障，其重要性可想而知。而目前汽车专业的学生在学习汽车结构方面普遍存在着缺乏对电喷汽车电控系统电路的识别问题，这应引起高度重视。通过拆装，认识熟悉了各传感器和执行器的结构与原理后，为掌握电控系统电路打下了坚实的基础。
1.发动机电控系统的原理
发动机电子控制系统包括：电子控制单元（ECU）、各类传感器与开关（如曲轴位置传感器、发动机温度传感器、车速传感器、点火开关信号、空档开关信号、空调开关信号、动力转向油压开关信号等）和各类执行器（如空调继电器、散热器风扇控制继电器、安全继电器等）。
电子控制系统通过燃油喷射系统、进气控制系统、点火系统提供的传感器和开关信号传给ECU，ECU再经过处理后向电子控制系统的各执行器如燃油喷油嘴、油泵、点火系统的功率晶体管、进气控制系统的怠速控制阀（AAC阀）发出控制指令信号，实现各自的目的任务。在实验中，对电控系统的原理可进行挂图讲解。
2.电控系统电路线路识别
在实验时，结合NISSAN千里马轿车实物线路和挂图向学生对照讲解，分析电控电路各模块的组成与特点、ECU与各模块如何连接，介绍各传感器与执行器的分布位置、各接线部位以及ECU接口端子（图1所示）编号与含义等，使学生能全面地认识理解发动电控电路。[5]
四、电控系统的检测实验
电控系统的检测为故障诊断与维修提供了基础数据，其检测内容较多，应进行重点选择。实验内容有这几个方面：各传感器性能参数的检测；故障设置与自诊断系统的检测；点火系统二次电压的检测。
1.各传感器性能参数的检测
实验时，理解电控电路和熟悉ECU接口各端子含义后，可直接在ECU接口端子上对各线路进行电压或电阻数值的测量。假如设置了故障，经自診断故障代码为12，即空气流量计线路断路，用汽车万用表检查ECU接口26、27、37号线路与空气流量计插接器相对应的线路是否导通，以及检测27、37号线的电压，怠速时应分别为1.0-1.3V和蓄电池电压12V；还可以结合金德K100型汽车检测仪上的电压示波器，以波形方式直观地测量和显示。
2.故障设置与自诊断系统的检测
发动机电控系统发生故障时，其主要电控电路的故障代码都储存在ECU中，可通过自诊断系统来读出相应的故障代码。方法是通过ECU面板上旋钮可选择的诊断方式，故障代码由红、绿发光二极管显示，红色发光二极管先闪，绿色的跟随其后，红色代表十位数，绿色代表个位数。如：红灯闪一下，绿灯闪两下，代表故障代码为“12”，然后查阅维修手册的维修指南。
为了模拟汽车实际行驶中出现某个故障，笔者对某个传感器的线路进行短路或断路，比如对发动机温度传感器，其故障代码为13，在温度传感器的信号输出线上接一个开关，开关断开时线路为断路，闭合时为正常，像这样共设置了8个电路故障。实验时，断开点火开关，先选择自诊断方式三，这时报警检查灯显示55代码，则表示汽车正常。然后熄火，设置故障，将某个开关断开，可同时设置几个故障（此时对学生讲解说明汽车电控系统已经出故障，但不知是什么故障，需要去检测诊断）。起动几分钟后，然后熄火，故障信息已存入ECU内，再点火，进行自诊断，报警检查灯会从小到大显示故障代码。查故障代码即可知道故障代码及相应的维修指南。将故障设置开关闭合（此时对学生说明故障排除，汽车已经修理好）。起动发动机几分钟后，选择自诊断方式四，如故障代码显示为55，即进行了消码。
3.点火系统次级电压的检测
结合金德K100型发动机检测仪上的点火系统检测功能，对NISSAN千里马轿车发动机点火系统的次级电压波形曲线进行检测。实验时，给学生演示各传感器接到各缸高压线过程，注意接线的顺序，演示检测仪的软件界面的操作方法和过程。图３为实验时测得的发动机怠速时点火系统次级电压曲线平列波（指各缸的电压波形按点火顺序从左至右依次排列的波形）。[6]学习掌握了课本中发动点火系统次级电压标准波形这部分内容后，结合该实验的实际波形，经过分析得到怠速为771转/分，4缸的点火电压正常，其他各缸的点火电压都较低，引起这种情况的原因是这些缸火花塞产生了积碳，降低了点火能量，或者是火花塞老化，需要更换火花塞。通过实验促进了学生理论与实践相结合，大大加深了对书本的知识理解，而且进行了实际故障诊断又提高了分析问题解决问题的能力，熟悉了对汽车检测设备的使用。[7-8]
五、结束语
通过对汽车发动机电控系统综合性实验的展开，使汽车服务工程专业的相关专业课程理论知识得到协调地连续性发展，打破了各课程独立实验互不相干的旧实验教学模式。综合性实验的特点适应开放型实验室的管理方式，学生可利用自己的课余时间，在实验室独立完成实验内容。学生可按学习的理解程度自由选择实验内容，极大地调动学生参与实验积极性，学生的主动性得到充分发挥。学生还系统地参与实验全过程，培养了学生的综合分析、动手和独立解决问题的能力。[9-10]
参考文献：
[1]刘占峰,刘建江,宋力.发动机故障诊断综合性实验教学研究[J].实验室科学,2010,(5):97-100.
[2]卢超,任吉林,邬冠华.测试技术与虚拟仪器综合性实验教学的探索与实践[J].实验技术与管理,2006,(1):73-76.
[3]马峰,李国华,曹洪治.材料科学与工程专业实验教学的改革[J].实验室研究与探索,2010,(12):105-107.
[4]孙苗钟,谈炳发,焦志勇,等.NISSAN千里马轿车故障诊断实验台与软件设计[J].汽车电器,2003,(2):55-56,59.
[5]董家康.尼桑千里马轿车维修手册[M].北京:北京理工大学出版社,
1999:20-27.
[6]张英勋.现代汽车检测与故障诊断[M].北京:国防工业出版社,
2007:38-44.
[7]高景峰,张国新,李敏.K24A4发动机电控系统综合实训台的设计与研究[J].交通标准化,2009,(13):210-213.
[8]李毅.发动机电控系统的故障诊断与检测技术[J].交通科技与经济,
2007,(2):54-56.
[9]吉爱国.综合性实验教学模式的探讨与实践[J].实验室研究与探索,
2007,(1):94-96.
[10]罗晓青.综合性实验教学改革探索[J].实验科学与技术,2008,(4):
80-82.
（责任编辑：宋秀丽）
关键词：发动机；电控系统；综合性实验；传感器；检测
作者简介：孙苗钟（1964-），男，浙江诸暨人，天津科技大学机械工程学院，副教授；谈炳发（1963-），男，江苏吴县人，天津科技大学机械工程学院，副教授。（天津300222）
基金项目：本文系天津科技大学实验室开放基金资助项目（项目编号：1001A202）的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）12-0103-02
随着汽车技术的发展，电控系统在汽车上得到了广泛的应用。微机技术的使用给汽车维修人员和在校汽车专业学生在掌握电喷汽车电控结构、电路、检测故障诊断和维修技术方面带来了许多困难。因此，应对汽车服务工程专业的教学内容、教学手段和教学设备进行改革。为了掌握汽车电控系统，开展综合性实验教学内容和开发设计相应的电控系统综合实验台就显得尤为必要。[1]
综合性实验是高等教育实验教学环节中培养学生综合与应用能力的重要实验项目，在整个高等教育的实验教学过程中占有相当大的比重。近几年来在汽车服务工程专业课程教学中，以“NISSAN千里马轿车发动机电控系统”为实验内容中心，涉及“汽车电器”、“汽车电子控制技术”和“汽车检测技术”三门专业课程内容。其设计原则是既能保持各课程之间的连续性和规律性，又能使实验教学内容体现实验技能的综合性、实验操作的独立性和实验过程的研究性。经过几年实行开放性综合实验，得到了显著的教学效果。本文对发动机电控系统综合性实验的实践与体会进行探讨。[2-3]
一、发动机电控系统实验台的要求
NISSAN千里马轿车在我国汽车行业具有一定的代表性，其发动机电控系统也具有典型性，实验室为学生提供了有关该车的详细资料，以便学习查阅。本综合性实验在自行研制的发动机故障诊断实验台上进行。实验台具有如下的要求：能够直观展示电控发动机各构件的组成、各器件的外观及布局位置；能够演示电控发动机的起动和正常工作过程；能够模拟所需的各种故障；应配有操作面板并设置测量点，以利于教学和实验。
针对上述要求，实验台应如实地展示原发动机的真相，实车真物原封不动地保留与发动机及电控系统有关的零部件。为了真实地检测汽车发动机电子控制单元ECU各端口的电压信号，把ECU所有的端口线接到控制面板上，便于用汽车万用表或汽车检测仪在汽车运行时检测使用和演示实验数据。为了模拟汽车实际行驶中出现有关电控系统的某个故障，在实验台面板上设置各传感器和其他电器线路短路或断路的8个故障按扭（图1为操作面板背面），并设置燃油压力表和进气歧管真空表。如图1为金德汽车检测仪与实验台实际图。[4]
二、主要发动机电控系统传感器与执行器的拆装实验
汽车传感器是电喷汽车电控系统的“感觉器官”，是汽车计算机控制系统的数据采集和信息传输的桥梁。而汽车执行器又是电喷汽车电控系统的“手和脚”，是实现控制目标的“执行者”。掌握认识汽车传感器和执行器的结构与工作原理，对于熟悉电控系统结构、电路和汽车检测与故障诊断技术起到事半功倍的作用。图2为发动机中的传感器和执行器实物图，拆装实验在实验桌上进行。
三、发动机电控系统原理与电路分析实验
只有掌握了电控电路才能懂得去检测与诊断故障，其重要性可想而知。而目前汽车专业的学生在学习汽车结构方面普遍存在着缺乏对电喷汽车电控系统电路的识别问题，这应引起高度重视。通过拆装，认识熟悉了各传感器和执行器的结构与原理后，为掌握电控系统电路打下了坚实的基础。
1.发动机电控系统的原理
发动机电子控制系统包括：电子控制单元（ECU）、各类传感器与开关（如曲轴位置传感器、发动机温度传感器、车速传感器、点火开关信号、空档开关信号、空调开关信号、动力转向油压开关信号等）和各类执行器（如空调继电器、散热器风扇控制继电器、安全继电器等）。
电子控制系统通过燃油喷射系统、进气控制系统、点火系统提供的传感器和开关信号传给ECU，ECU再经过处理后向电子控制系统的各执行器如燃油喷油嘴、油泵、点火系统的功率晶体管、进气控制系统的怠速控制阀（AAC阀）发出控制指令信号，实现各自的目的任务。在实验中，对电控系统的原理可进行挂图讲解。
2.电控系统电路线路识别
在实验时，结合NISSAN千里马轿车实物线路和挂图向学生对照讲解，分析电控电路各模块的组成与特点、ECU与各模块如何连接，介绍各传感器与执行器的分布位置、各接线部位以及ECU接口端子（图1所示）编号与含义等，使学生能全面地认识理解发动电控电路。[5]
四、电控系统的检测实验
电控系统的检测为故障诊断与维修提供了基础数据，其检测内容较多，应进行重点选择。实验内容有这几个方面：各传感器性能参数的检测；故障设置与自诊断系统的检测；点火系统二次电压的检测。
1.各传感器性能参数的检测
实验时，理解电控电路和熟悉ECU接口各端子含义后，可直接在ECU接口端子上对各线路进行电压或电阻数值的测量。假如设置了故障，经自診断故障代码为12，即空气流量计线路断路，用汽车万用表检查ECU接口26、27、37号线路与空气流量计插接器相对应的线路是否导通，以及检测27、37号线的电压，怠速时应分别为1.0-1.3V和蓄电池电压12V；还可以结合金德K100型汽车检测仪上的电压示波器，以波形方式直观地测量和显示。
2.故障设置与自诊断系统的检测
发动机电控系统发生故障时，其主要电控电路的故障代码都储存在ECU中，可通过自诊断系统来读出相应的故障代码。方法是通过ECU面板上旋钮可选择的诊断方式，故障代码由红、绿发光二极管显示，红色发光二极管先闪，绿色的跟随其后，红色代表十位数，绿色代表个位数。如：红灯闪一下，绿灯闪两下，代表故障代码为“12”，然后查阅维修手册的维修指南。
为了模拟汽车实际行驶中出现某个故障，笔者对某个传感器的线路进行短路或断路，比如对发动机温度传感器，其故障代码为13，在温度传感器的信号输出线上接一个开关，开关断开时线路为断路，闭合时为正常，像这样共设置了8个电路故障。实验时，断开点火开关，先选择自诊断方式三，这时报警检查灯显示55代码，则表示汽车正常。然后熄火，设置故障，将某个开关断开，可同时设置几个故障（此时对学生讲解说明汽车电控系统已经出故障，但不知是什么故障，需要去检测诊断）。起动几分钟后，然后熄火，故障信息已存入ECU内，再点火，进行自诊断，报警检查灯会从小到大显示故障代码。查故障代码即可知道故障代码及相应的维修指南。将故障设置开关闭合（此时对学生说明故障排除，汽车已经修理好）。起动发动机几分钟后，选择自诊断方式四，如故障代码显示为55，即进行了消码。
3.点火系统次级电压的检测
结合金德K100型发动机检测仪上的点火系统检测功能，对NISSAN千里马轿车发动机点火系统的次级电压波形曲线进行检测。实验时，给学生演示各传感器接到各缸高压线过程，注意接线的顺序，演示检测仪的软件界面的操作方法和过程。图３为实验时测得的发动机怠速时点火系统次级电压曲线平列波（指各缸的电压波形按点火顺序从左至右依次排列的波形）。[6]学习掌握了课本中发动点火系统次级电压标准波形这部分内容后，结合该实验的实际波形，经过分析得到怠速为771转/分，4缸的点火电压正常，其他各缸的点火电压都较低，引起这种情况的原因是这些缸火花塞产生了积碳，降低了点火能量，或者是火花塞老化，需要更换火花塞。通过实验促进了学生理论与实践相结合，大大加深了对书本的知识理解，而且进行了实际故障诊断又提高了分析问题解决问题的能力，熟悉了对汽车检测设备的使用。[7-8]
五、结束语
通过对汽车发动机电控系统综合性实验的展开，使汽车服务工程专业的相关专业课程理论知识得到协调地连续性发展，打破了各课程独立实验互不相干的旧实验教学模式。综合性实验的特点适应开放型实验室的管理方式，学生可利用自己的课余时间，在实验室独立完成实验内容。学生可按学习的理解程度自由选择实验内容，极大地调动学生参与实验积极性，学生的主动性得到充分发挥。学生还系统地参与实验全过程，培养了学生的综合分析、动手和独立解决问题的能力。[9-10]
参考文献：
[1]刘占峰,刘建江,宋力.发动机故障诊断综合性实验教学研究[J].实验室科学,2010,(5):97-100.
[2]卢超,任吉林,邬冠华.测试技术与虚拟仪器综合性实验教学的探索与实践[J].实验技术与管理,2006,(1):73-76.
[3]马峰,李国华,曹洪治.材料科学与工程专业实验教学的改革[J].实验室研究与探索,2010,(12):105-107.
[4]孙苗钟,谈炳发,焦志勇,等.NISSAN千里马轿车故障诊断实验台与软件设计[J].汽车电器,2003,(2):55-56,59.
[5]董家康.尼桑千里马轿车维修手册[M].北京:北京理工大学出版社,
1999:20-27.
[6]张英勋.现代汽车检测与故障诊断[M].北京:国防工业出版社,
2007:38-44.
[7]高景峰,张国新,李敏.K24A4发动机电控系统综合实训台的设计与研究[J].交通标准化,2009,(13):210-213.
[8]李毅.发动机电控系统的故障诊断与检测技术[J].交通科技与经济,
2007,(2):54-56.
[9]吉爱国.综合性实验教学模式的探讨与实践[J].实验室研究与探索,
2007,(1):94-96.
[10]罗晓青.综合性实验教学改革探索[J].实验科学与技术,2008,(4):
80-82.
（责任编辑：宋秀丽）