汽車電子點火器課程設(shè)計報告書

1、. . . . 課程設(shè)計說明書題目 汽車電器與電子設(shè)備課程設(shè)計專業(yè)姓名學(xué)號指導(dǎo)教師完成日期2011年7月6日課程設(shè)計任務(wù)書1.設(shè)計題目28V初級電流0.7A點火器B型的設(shè)計 2.完成項目： 1.點火器有關(guān)資料調(diào)研、閱讀； 2.點火器的電路原理圖分析、設(shè)計；3. 點火器電路的耗散功率的計算、 各元件的選擇； 4.電子調(diào)壓器(點火器)檢測電路的設(shè)計；5. 課程設(shè)計說明書的撰寫、設(shè)計圖與檢測電路圖的繪制指導(dǎo)教師評語：成績：指導(dǎo)教師簽名：年月日1、 設(shè)計課題：28V初級電流0.7A點火器B型的設(shè)計2、 摘要3、 汽車電子點火器的的發(fā)展趨勢，電子點火器的作用1、電子點火器的概述點火器是發(fā)動機控制系統(tǒng)的執(zhí)

2、行器，其作用是根據(jù)微機發(fā)出的指令信號，通過部大功率三極管的導(dǎo)通與截止來控制點火線圈初級繞組電路的通斷，使點火線圈產(chǎn)生高壓電。能夠?qū)崿F(xiàn)對自動點火,火焰指示,熄火報警,信號傳送工作自動.點火模塊具有體積小,重量輕,點火強,反應(yīng)靈敏等特點,可廣泛用于各種工業(yè)對氣體或液體所產(chǎn)生的火焰進行監(jiān)測,熄火保護。各型發(fā)動機點火器的部結(jié)構(gòu)各不一樣，有的發(fā)動機并不配置點火器，大功率三極管直接設(shè)在電子控制器ECU部；有的點火器只有一只達(dá)林頓三極管，僅起開關(guān)作用，其它電子控制元件則與電子控制器制成一體；有的點火器除開關(guān)作用外，還有恒流控制、閉合角控制、氣缸判別、點火監(jiān)視等功能。點火控制器取代了傳統(tǒng)點火系統(tǒng)中斷電器的觸點

3、，將點火信號發(fā)生器輸出的點火信號整形、放大，轉(zhuǎn)變?yōu)辄c火控制信號，控制點火線圈初級繞組中電流的通、斷，以便在次級線圈的繞組中產(chǎn)生高壓電，供火花塞點火。點火控制器的基本電路包括整形電路、開關(guān)信號放大電路、功率輸出電路等。2、電子點火器的作用電子點火器的基本功能是在輸入的點火信號觸發(fā)下工作，幾時通斷點火線圈的觸與電流，使點火線圈次級適時地產(chǎn)生高壓。為進一步提高點火系統(tǒng)點火性能與工作的安全可靠性，一些點火系統(tǒng)的電子點火器增加了閉合角可控功能電路、初級回路電阻控制電路、停車斷電保護電路、過壓斷電保護電路、低速推遲點火功能電路等。3、電子點火器的發(fā)展趨勢第一代點火是早期的有觸點點火，俗稱的白金點火，這種機

4、械式點火方式存在不能適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，觸點因為電流燒灼需要經(jīng)常調(diào)試的缺點。第二代點火是磁電機電容放電無觸點點火，簡稱CDI點火，也是現(xiàn)在國摩托車最常用的點火器。它取代了容易燒灼需要經(jīng)常維護的白金，穩(wěn)定性能大大的加強，電容放電點火分為磁電機線圈供電的交流CDI和蓄電池供電的直流CDI。點火器部的儲能電容被磁電機線圈電壓或者升壓后的蓄電池電壓充電，在可控硅控制極被觸發(fā)電源導(dǎo)通的瞬間放電，從而在高壓包次級中感應(yīng)出上萬伏的電壓，電容放電點火的升壓時間極快，只需要2微秒左右。電容點火的火花燃燒持續(xù)時間短，一般都在50微秒到100微秒之間，也就是0.00005秒到0.0001秒。因為火花持續(xù)時間短，所以無法適應(yīng)

5、現(xiàn)代發(fā)動機稀混合氣的長火花持續(xù)時間的要求。第三代點火是晶體管電感放電點火，簡稱PEI點火，蓄電池的12伏電壓直接對高壓包初級線圈進行充電，點火器通過切斷初級電源使高壓包次級感應(yīng)出上萬伏的高壓電。電感點火的火花燃燒持續(xù)時間一般在800毫秒到2000毫秒之間。鈴木GS125車就是使用這樣的電感點火。第四代點火是數(shù)字化點火器，簡稱TCI點火器。前面所說的CDI和PEI點火器的點火時間是受到觸發(fā)電壓控制的，觸發(fā)電壓是飛輪上的觸發(fā)凸臺轉(zhuǎn)過觸發(fā)器凸頭時改變了觸發(fā)線圈的磁通量變化而產(chǎn)生的感生電壓。也可以說觸發(fā)凸臺的角度直接決定了點火器的最大提前角和初始提前角。普通點火器的進角曲線，俗稱的三段式進角，隨著發(fā)動

6、機轉(zhuǎn)速的升高進角度數(shù)在4000轉(zhuǎn)達(dá)到最大后再無變化。這種高轉(zhuǎn)速時的固定進角不能很好的適應(yīng)發(fā)動機對點火角度的要求，數(shù)字點火器的點火角度是預(yù)先存儲在點火器部的，觸發(fā)電壓給點火器提供發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信號，這樣點火器就能根據(jù)部程序在不同的轉(zhuǎn)速情況下控制不同的點火角度，使發(fā)動機性能得到提高。這種點火器因為車型不同，部預(yù)先設(shè)置的點火角度也不同，所以用非原車的點火器代換后對發(fā)動機性能影響比較大。目前也有可自由擦寫編程的點火器，如天龍智點出品的可自由修改點火曲線的點火器，通過改變每個轉(zhuǎn)速區(qū)域的點火角度來使點火器更好的適應(yīng)不同的發(fā)動機和不同的駕駛習(xí)慣。數(shù)字點火器依靠觸發(fā)電壓的脈沖時間來確定曲軸的轉(zhuǎn)角，但發(fā)動機所處的

7、沖程位置不同，觸發(fā)脈沖的時間長短也不同。所以飛輪上的觸發(fā)凸臺越多控制的點火時間也越精確。多凸臺的控制精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單凸臺。本田CBF150戰(zhàn)鷹使用的是2個凸臺，五羊佳御使用的是9個凸臺，豪爵天鷹使用23個凸臺。第五代點火是蓄電池電源的微電腦點火系統(tǒng)ECU電腦點火器，在飛亞電噴中就使用這樣的點火器。我們知道點火角度會受到發(fā)動機工作時很多方面的影響，混合氣濃度，發(fā)動機溫度，環(huán)境溫度，這些變化都要求發(fā)動機有適合的點火角度去最大限度的發(fā)揮發(fā)動機的性能。數(shù)字點火器只能適應(yīng)單一的工況點火，不能根據(jù)各種情況的改變來隨時修改最佳點火角度。控制點火時間的ECU根據(jù)輸入的曲軸位置傳感器（CPK）節(jié)氣門位置傳感器（T

8、P）進氣溫度傳感器（IAT）水溫傳感器（ECT），氧傳感器等信號來確立最佳點火角。第六代點火在前面的ECU點火的基礎(chǔ)上增加了負(fù)荷控制，使用了進氣道絕對壓力傳感器（MAP），也稱為進氣道負(fù)壓傳感器來感知發(fā)動機的負(fù)荷，從而更好的控制點火時間。我們知道發(fā)動機在5000轉(zhuǎn)檔位在2檔時和發(fā)動機在5檔時，所受的負(fù)荷絕對不一樣，需要的點火最佳角度也不一樣，MAP傳感器能把發(fā)動機負(fù)荷反饋給ECU，從而選擇出預(yù)先存儲在里面的不同負(fù)荷時所對應(yīng)的點火角度。五羊佳御的電噴車上就使用了進氣道負(fù)壓傳感器。第七代點火增加了爆震（爆燃）傳感器，來對點火時間實行閉環(huán)控制。ECU控制的點火雖然是臺架試驗所采集的海量數(shù)據(jù)匯集起來的

9、，但發(fā)動機本身的制造精度，磨損狀況的改變也會要求有不同的最佳點火角度，ECU中所存儲的數(shù)據(jù)無法去適應(yīng)這些改變，當(dāng)點火提前角過大發(fā)動機發(fā)生爆震時爆震傳感器的信號輸入ECU，從而控制點火角度在爆震臨界。因為發(fā)動機爆震率在1%5%的輕微爆震時，動力性和經(jīng)濟性接近最佳，而且對發(fā)動機的使用壽命沒有明顯影響。點火閉環(huán)控制和電噴的利用氧傳感器進行噴油閉環(huán)控制的道理是基本一樣的，靠反饋信號來修改數(shù)據(jù)。第八代點火在以上這些基礎(chǔ)了取消了高壓線，高壓包直接和高壓帽做為一體式，體積減小的同時，因為沒有了高壓線，電磁輻射的干擾和點火能量的損耗也降到了最低。四、調(diào)研的資料介紹本人為了更好地設(shè)計電子點火器，查找了已有的電子

10、點火器如下所示，并了解其工作原理如下：1.、桑塔納轎車用集成電路電子點火器1-接點火線圈.2-接地.3-接點火信號-.4-接電源+.5-接點火信號+6- 接點火信號輸出端工作原理：（1）基本功能：接通點火開關(guān)，起動發(fā)動機，分電器開始轉(zhuǎn)動，當(dāng)霍爾信號發(fā)生器的觸發(fā)葉輪進入空氣隙時，霍爾信號發(fā)生器輸出高電位，通過端子6和3輸入點火器。此時，點火器根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、電源電壓與點火線圈的特性，適時地使點火器的末級大功率達(dá)林頓管VT導(dǎo)通，接通初級電路。當(dāng)霍爾信號發(fā)生器的觸發(fā)葉輪離開空氣隙時，霍爾信號發(fā)生器輸入信號下跳為低電位，點火器未級大功率達(dá)林頓管VT立即截止，切斷點火線圈初級電路，次級繞組產(chǎn)生高壓電。

11、 （2）點火線圈的限流控制 R5為點火初級線圈電流的采樣電阻，當(dāng)R5電阻值一定時，其電壓降與通過點火線圈的初級電流成正比。采樣電阻壓降值反饋到點火集成塊中的限流控制電路，使限流控制電路動作，保持點火線圈的初級電流恒定不變 。2、霍爾式電子點火器工作原理：接通點火開關(guān)2，起動發(fā)動機，分電器開始轉(zhuǎn)動。當(dāng)霍爾信號發(fā)生器觸發(fā)葉輪的葉片進入永久磁鐵與霍爾元件之間的空氣隙時，霍爾信號發(fā)生器輸出信號UG為高電位，這時點火電子組件中的晶體管VT1導(dǎo)通，由VT2和VT3組成的復(fù)合管得到基極電流而飽和導(dǎo)通，點火線圈一次繞組電路接通而有一次電流I1;當(dāng)霍爾信號發(fā)生器觸發(fā)葉輪的葉片離開空氣隙時，霍爾信號發(fā)生器輸出的點

12、火信號UG由高電位下跳為低電位，電子組件中的晶體管VT1截止，由VT2和VT3組成的復(fù)合管也截止。切斷了點火線圈一次電流，使二次繞組產(chǎn)生高壓，完成點火。3、JKF667點火器工作原理：當(dāng)信號轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子與磁軛之間的空氣隙發(fā)生變化。轉(zhuǎn)子凸齒靠近磁軛時，空氣隙減小，磁路的磁阻減小，磁通量增大，轉(zhuǎn)子凸齒離開磁軛時，空氣隙增大，磁路的磁阻增大，磁通量減小。磁通量的交替變化使感應(yīng)線圈產(chǎn)生交變的感應(yīng)電動勢，輸入點火器電阻R1的左側(cè)。當(dāng)起動發(fā)動機時，信號轉(zhuǎn)子隨分電器軸轉(zhuǎn)動。分電器中的點火信號發(fā)生器便有磁感應(yīng)電壓脈沖信號產(chǎn)生。當(dāng)傳感線圈輸出負(fù)信號電壓時，電流便經(jīng)Vs5-R2-VD2-R1形成回路，Vs5導(dǎo)

13、通時，使VTl的發(fā)射結(jié)反向偏置而截止。VTl集電極電位升高，使VT2、VT3導(dǎo)通，于是點火線圈初級繞組便有電流通過；當(dāng)傳感線圈輸出正信號電壓時，正信號電壓經(jīng)R1、VDl、R2加到VTl的基極，使VTl導(dǎo)通，VTl集電極電位迅速下降至0V，VT2、VT3迅速截止，點火線圈初級電流被切斷，次級繞組w2中感應(yīng)出次級高壓經(jīng)分電器分配給各缸火花塞。 五、本人設(shè)計的電子點火器： 磁感應(yīng)電子點火器電路工作原理如下：1） 點火控制過程當(dāng)點火信號負(fù)脈沖輸入時，信號電流流經(jīng)VD3、R2、VD2、R1、VD3的正向?qū)妷航凳筕1處于反向偏壓而截止。V1截止時，其P點的點位升高，使V2導(dǎo)通，給V3提供了正向偏壓，使

14、V3導(dǎo)通。這時，點火線圈初級通路，初級電流增長，此為點火線圈的儲能過程。當(dāng)點火信號正脈沖輸入時，V1獲得正向偏壓而導(dǎo)通，信號電流經(jīng)R1、VD1、R2、V1發(fā)射結(jié)形成通路。V1導(dǎo)通后使P點電位下降，并使V2失去正向偏壓而截止，V3也隨之無正向偏壓而截止，使點火線圈初級斷流，次級產(chǎn)生高壓。2） 閉合角可控電路原理在電子點火系統(tǒng)中，閉合角是指點火線圈初級通路的相對時間。閉合角可控是要使點火線圈初級通路的相對時間隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高而增大，以保證發(fā)動機在高速時點火線圈初級仍有時間形成足夠大的初級電流。閉合角可控電流由VD5、C2、R3組成。在點火信號正脈沖時，信號電流同時對電容C2充電，充電電路為：e+

15、R1VD1VD5C2V1發(fā)射結(jié)e-。而當(dāng)信號正脈沖消失時，C2放電，放電電路為：C2+R3VD2R1點火信號發(fā)生器感應(yīng)線圈VD3C2-。在C2放電時，使V1反向偏壓而保持截止，V2和V3保持導(dǎo)通，初級線圈保持通路。發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高時，信號正脈沖電壓隨之升高，C2的充電電壓也隨之升高，正信號脈沖消失后C2的放電時間延長，V1的截止時間也就相對增加了，也即增加了點火線圈初級通路的相對時間。3） 發(fā)動機停轉(zhuǎn)斷電保護當(dāng)發(fā)動機熄火時，如果點火開關(guān)仍然接通，這時電源通過R4向V1提供正向偏壓而使V1導(dǎo)通，V2、V3截止，于是，點火線圈初級處于斷路狀態(tài)，避免了蓄電池向點火線圈持續(xù)放電而白白消耗電能和燒壞點火線

16、圈與晶體管的可能。4） 初級電流穩(wěn)定控制在工作中，蓄電池的電壓波動很大。初級回路的電阻、電感參數(shù)設(shè)計必須保證在蓄電池電壓較低時能有足夠大的初級電流，這會造成蓄電池電壓較高時的初級電流過大，導(dǎo)致點火線圈的溫度過高。R6、VS6組成的反饋電路起電源電壓波動穩(wěn)定初級電流控制作用。當(dāng)電源電壓上升時，V3在截止時其集電極上的電壓也隨之上升，通過R8VS6的反饋作用，增加了V1的飽和導(dǎo)通深度，在信號負(fù)脈沖時V1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)向截至變得遲緩，這樣就減少了V1的相對截止時間，業(yè)績減少了V3的相對導(dǎo)通時間，使點火線圈初級電流不隨電源電壓的上升而增大。5） 初級回路電阻可變控制初級回路的等效電阻可變控制也是用來實現(xiàn)初級

17、電流的穩(wěn)定控制，它與閉合角可控電路結(jié)合，可實現(xiàn)初級電流恒定控制。初級回路等效電阻可變控制電路由V4、R8、R9組成。當(dāng)點火線圈初級電流增大到某一限定值時，A點的點位上升至使V4導(dǎo)通，V4導(dǎo)通后使V3的基極電位下降，其基極電流減小，集電極電流就受到了一定的限制。初級電流越大，A點的點位就越高，V4的導(dǎo)通深度就增加，使V3的基極電流下降得就更多，對初級電流的限制作用也就更大。由于是通過電流反饋的形式來實現(xiàn)初級回路等效電阻的控制，因此，不僅可使初級電流不因電源電壓的上升而過大，還可以在發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化時起穩(wěn)定初級電流的作用。6、 12V10A點火器設(shè)計:1、本人設(shè)計點火器如下圖所示2 、電路電流與耗散

18、功率計算設(shè)定電源最低電壓為28V，則選取穩(wěn)壓管VS4的穩(wěn)壓值為27V，根據(jù)電路圖中各元件的工作原理與作用，相對應(yīng)的參數(shù)計算如下：V3：因為設(shè)定流過點火線圈初級線圈的額定電流為0.7A，所以V3要選取達(dá)林頓管，所以ICM> 0.7A，電壓BVCEO> 300V，值選取500因此V3選取 FH6H其中 PCM=50W, ICM=5A, BVCEO=300V, BVEBO=5V其耗散功率P=ICVCE=0.7A×1V=0.7WR11:IH R11>0.7VR11的值為=1因此選取R11為1最大耗散功率P=IU=3.5W故選用 RT0.25VS8:VS8根據(jù)V3的耐壓值選取

19、，故選取2CN1A其穩(wěn)壓值為400V過電保護作用V2：IC=0.7A =500I2=1.3mA所以選取3AG11其中，PCM=100mW ，hFE=30，ICM=30mA，IC=1mA 其最大耗散功率P=ICVCE=0.2×0.3=60mW R6：取I2=30mA R6=820 所以R6取850耗散功率P=I22R6=0.032×850=0.77W故選取 RT-1V1：I2=30mAI1=1.2mA故選取 3DG2C其中 PCM=100mW，ICM=30mA，hFE=25，IC=3mA耗散功率P=ICVCE=1.2×10-3×0.3=0.36mWR4、R

20、5：選取I1=5mAR5=4840 所以R5取5.0K其最大耗散功率P=I12R5=0.0052×5.0×103=125mW故選取 RT-0.125 由于R4要為V1提供很小的基極電流，所以R4要遠(yuǎn)大于R5I1b=0.005/25=0.0002A R4=(27-0.7)/0.0002=131500=131.5K 因此R4取130K 選取 RT-0.125C2、R1、R3：假設(shè)四缸發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速為4000r/min，則分電器的最高轉(zhuǎn)速為2000r/min；霍爾信號發(fā)生器的高低脈沖寬度相等，故每次點火時間為 =0.004s所以C2每次放電的持續(xù)時間為=0.004s由于=(R1+

21、R3)C2=0.004S所以選取C2=0.1F R1=500 R3=3500R1、R3都選取RT-0.125R2：由于R2要防止閉合角回路的分流，所以R2要遠(yuǎn)大于R1和R3之和。 因此R2取值為R2=250K R2選取RT-0.125R7：已知IR=0.06mA , IR4=0.06mA , IR5=5 mA, IR6=30mA；IR假設(shè)為漏電流所以IR7= IR+ IR4+ IR5+ IR6=35.12mA當(dāng)電源最低電壓為28V時，穩(wěn)壓管VS4穩(wěn)壓值為27V，則此時加在R7的壓降只有1V所以R7= =28其最大耗散功率為P=35.7mW故R7選取 RT-0.125VS4：已設(shè)定VS4的穩(wěn)壓值

22、為27V，最大工作電流大于I=0.34A，故選取2CW117VS6、R8：根據(jù)VS6與R8在電路中的作用，VS6的擊穿電壓為27V故VS6選取2CW118,R8選取200K，選用RT-0.125R9：因為I2=30mA UR9=0.7×3-0.3=1.8所以R9= =60其耗散功率為P= =54mW 故R9選取RT-0.125V4：ICE=0.2I2=6mA故選取3DG4A其中PCM=300mW，ICM=30mA，hFE=25，IC=10mA耗散功率P=ICVCE=6×10-3×0.3=1.8mWR10：Ib4= =0.24mAR10= =420其最大耗散功率為P= =24W故R10選取RT-0.125C1、C3、C4均選取0.1FVD1、VD2、VD3、VD5、VD7均選取1N4001根據(jù)以上計算和元件的選擇，得出元件清單七、總結(jié)與心得為期兩個星期的課程設(shè)計將要結(jié)束了。通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實地掌握了有關(guān)電子點火系統(tǒng)電路方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇