汽车电子点火器课程设计.doc

课程设计说明书题 目 汽车电器与电子设备课程设计 专 业 姓 名 学 号 指导教师 完成日期 2011年7月6日 课程设计任务书1.设计题目 28V初级电流0.7A点火器B型的设计 2.完成项目： 1. 点火器有关资料调研、阅读； 2. 点火器的电路原理图分析、设计； 3. 点火器电路的耗散功率的计算、 各元件的选择； 4. 电子调压器(点火器)检测电路的设计； 5. 课程设计说明书的撰写、设计图与检 测电路图的绘制 指导教师评语：成绩：指导教师签名：年 月 日1、 设计课题：28V初级电流0.7A点火器B型的设计2、 摘要3、 汽车电子点火器的的发展趋势，电子点火器的作用1、电子点火器的概述点火器是发动机控制系统的执行器，其作用是根据微机发出的指令信号，通过内部大功率三极管的导通与截止来控制点火线圈初级绕组电路的通断，使点火线圈产生高压电。能够实现对自动点火,火焰指示,熄火报警,信号传送工作自动.点火模块具有体积小,重量轻,点火强,反应灵敏等特点,可广泛用于各种工业对气体或液体所产生的火焰进行监测,熄火保护。各型发动机点火器的内部结构各不相同，有的发动机并不配置点火器，大功率三极管直接设在电子控制器ECU内部；有的点火器只有一只达林顿三极管，仅起开关作用，其它电子控制元件则与电子控制器制成一体；有的点火器除开关作用外，还有恒流控制、闭合角控制、气缸判别、点火监视等功能。点火控制器取代了传统点火系统中断电器的触点，将点火信号发生器输出的点火信号整形、放大，转变为点火控制信号，控制点火线圈初级绕组中电流的通、断，以便在次级线圈的绕组中产生高压电，供火花塞点火。点火控制器的基本电路包括整形电路、开关信号放大电路、功率输出电路等。2、电子点火器的作用电子点火器的基本功能是在输入的点火信号触发下工作，几时通断点火线圈的触及电流，使点火线圈次级适时地产生高压。为进一步提高点火系统点火性能及工作的安全可靠性，一些点火系统的电子点火器增加了闭合角可控功能电路、初级回路电阻控制电路、停车断电保护电路、过压断电保护电路、低速推迟点火功能电路等。3、电子点火器的发展趋势第一代点火是早期的有触点点火，俗称的白金点火，这种机械式点火方式存在不能适应高转速，触点因为电流烧灼需要经常调试的缺点。 第二代点火是磁电机电容放电无触点点火，简称CDI点火，也是现在国内摩托车最常用的点火器。它取代了容易烧灼需要经常维护的白金，稳定性能大大的加强，电容放电点火分为磁电机线圈供电的交流CDI和蓄电池供电的直流CDI。点火器内部的储能电容被磁电机线圈电压或者升压后的蓄电池电压充电，在可控硅控制极被触发电源导通的瞬间放电，从而在高压包次级中感应出上万伏的电压，电容放电点火的升压时间极快，只需要2微秒左右。电容点火的火花燃烧持续时间短，一般都在50微秒到100微秒之间，也就是0.00005秒到0.0001秒。因为火花持续时间短，所以无法适应现代发动机稀混合气的长火花持续时间的要求。 第三代点火是晶体管电感放电点火，简称PEI点火，蓄电池的12伏电压直接对高压包初级线圈进行充电，点火器通过切断初级电源使高压包次级感应出上万伏的高压电。电感点火的火花燃烧持续时间一般在800毫秒到2000毫秒之间。铃木GS125车就是使用这样的电感点火。 第四代点火是数字化点火器，简称TCI点火器。前面所说的CDI和PEI点火器的点火时间是受到触发电压控制的，触发电压是飞轮上的触发凸台转过触发器凸头时改变了触发线圈内的磁通量变化而产生的感生电压。也可以说触发凸台的角度直接决定了点火器的最大提前角和初始提前角。普通点火器的进角曲线，俗称的三段式进角，随着发动机转速的升高进角度数在4000转达到最大后再无变化。这种高转速时的固定进角不能很好的适应发动机对点火角度的要求，数字点火器的点火角度是预先存储在点火器内部的，触发电压给点火器提供发动机的转速信号，这样点火器就能根据内部程序在不同的转速情况下控制不同的点火角度，使发动机性能得到提高。这种点火器因为车型不同，内部预先设置的点火角度也不同，所以用非原车的点火器代换后对发动机性能影响比较大。目前也有可自由擦写编程的点火器，如天龙智点出品的可自由修改点火曲线的点火器，通过改变每个转速区域的点火角度来使点火器更好的适应不同的发动机和不同的驾驶习惯。数字点火器依靠触发电压的脉冲时间来确定曲轴的转角，但发动机所处的冲程位置不同，触发脉冲的时间长短也不同。所以飞轮上的触发凸台越多控制的点火时间也越精确。多凸台的控制精度远远高于单凸台。本田CBF150战鹰使用的是2个凸台，五羊佳御使用的是9个凸台，豪爵天鹰使用23个凸台。 第五代点火是蓄电池电源的微电脑点火系统ECU电脑点火器，在飞亚电喷中就使用这样的点火器。我们知道点火角度会受到发动机工作时很多方面的影响，混合气浓度，发动机温度，环境温度，这些变化都要求发动机有适合的点火角度去最大限度的发挥发动机的性能。数字点火器只能适应单一的工况点火，不能根据各种情况的改变来随时修改最佳点火角度。控制点火时间的ECU根据输入的曲轴位置传感器（CPK）节气门位置传感器（TP）进气温度传感器（IAT）水温传感器（ECT），氧传感器等信号来确立最佳点火角。 第六代点火在前面的ECU点火的基础上增加了负荷控制，使用了进气道绝对压力传感器（MAP），也称为进气道负压传感器来感知发动机的负荷，从而更好的控制点火时间。我们知道发动机在5000转档位在2档时和发动机在5档时，所受的负荷绝对不一样，需要的点火最佳角度也不一样，MAP传感器能把发动机负荷反馈给ECU，从而选择出预先存储在里面的不同负荷时所对应的点火角度。五羊佳御的电喷车上就使用了进气道负压传感器。 第七代点火增加了爆震（爆燃）传感器，来对点火时间实行闭环控制。ECU控制的点火虽然是台架试验所采集的海量数据汇集起来的，但发动机本身的制造精度，磨损状况的改变也会要求有不同的最佳点火角度，ECU中所存储的数据无法去适应这些改变，当点火提前角过大发动机发生爆震时爆震传感器的信号输入ECU，从而控制点火角度在爆震临界。因为发动机爆震率在1%5%的轻微爆震时，动力性和经济性接近最佳，而且对发动机的使用寿命没有明显影响。点火闭环控制和电喷的利用氧传感器进行喷油闭环控制的道理是基本相同的，靠反馈信号来修改数据。 第八代点火在以上这些基础了取消了高压线，高压包直接和高压帽做为一体式，体积减小的同时，因为没有了高压线，电磁辐射的干扰和点火能量的损耗也降到了最低。四、调研的资料介绍本人为了更好地设计电子点火器，查找了已有的电子点火器如下所示，并了解其工作原理如下：1.、桑塔纳轿车用集成电路电子点火器1-接点火线圈.2-接地.3-接点火信号-.4-接电源+.5-接点火信号+6- 接点火信号输出端工作原理：（1）基本功能：接通点火开关，起动发动机，分电器开始转动，当霍尔信号发生器的触发叶轮进入空气隙时，霍尔信号发生器输出高电位，通过端子6和3输入点火器。此时，点火器根据发动机的转速、电源电压及点火线圈的特性，适时地使点火器的末级大功率达林顿管VT导通，接通初级电路。当霍尔信号发生器的触发叶轮离开空气隙时，霍尔信号发生器输入信号下跳为低电位，点火器未级大功率达林顿管VT立即截止，切断点火线圈初级电路，次级绕组产生高压电。 （2）点火线圈的限流控制 R5为点火初级线圈电流的采样电阻，当R5电阻值一定时，其电压降与通过点火线圈的初级电流成正比。采样电阻压降值反馈到点火集成块中的限流控制电路，使限流控制电路动作，保持点火线圈的初级电流恒定不变 。2、霍尔式电子点火器工作原理：接通点火开关2，起动发动机，分电器开始转动。当霍尔信号发生器触发叶轮的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙时，霍尔信号发生器输出信号UG为高电位，这时点火电子组件中的晶体管VT1导通，由VT2和VT3组成的复合管得到基极电流而饱和导通，点火线圈一次绕组电路接通而有一次电流I1;当霍尔信号发生器触发叶轮的叶片离开空气隙时，霍尔信号发生器输出的点火信号UG由高电位下跳为低电位，电子组件中的晶体管VT1截止，由VT2和VT3组成的复合管也截止。切断了点火线圈一次电流，使二次绕组产生高压，完成点火。3、JKF667点火器工作原理：当信号转子转动时，转子与磁轭之间的空气隙发生变化。转子凸齿靠近磁轭时，空气隙减小，磁路的磁阻减小，磁通量增大，转子凸齿离开磁轭时，空气隙增大，磁路的磁阻增大，磁通量减小。磁通量的交替变化使感应线圈产生交变的感应电动势，输入点火器电阻R1的左侧。当起动发动机时，信号转子随分电器轴转动。分电器中的点火信号发生器便有磁感应电压脉冲信号产生。当传感线圈输出负信号电压时，电流便经Vs5-R2-VD2-R1形成回路，Vs5导通时，使VTl的发射结反向偏置而截止。VTl集电极电位升高，使VT2、VT3导通，于是点火线圈初级绕组便有电流通过；当传感线圈输出正信号电压时，正信号电压经R1、VDl、R2加到VTl的基极，使VTl导通，VTl集电极电位迅速下降至0V，VT2、VT3迅速截止，点火线圈初级电流被切断，次级绕组w2中感应出次级高压经分电器分配给各缸火花塞。 五、本人设计的电子点火器： 磁感应电子点火器电路工作原理如下：1） 点火控制过程当点火信号负脉冲输入时，信号电流流经VD3、R2、VD2、R1、VD3的正向导通电压降使V1处于反向偏压而截止。V1截止时，其P点的点位升高，使V2导通，给V3提供了正向偏压，使V3导通。这时，点火线圈初级通路，初级电流增长，此为点火线圈的储能过程。当点火信号正脉冲输入时，V1获得正向偏压而导通，信号电流经R1、VD1、R2、V1发射结形成通路。V1导通后使P点电位下降，并使V2失去正向偏压而截止，V3也随之无正向偏压而截止，使点火线圈初级断流，次级产生高压。2） 闭合角可控电路原理在电子点火系统中，闭合角是指点火线圈初级通路的相对时间。闭合角可控是要使点火线圈初级通路的相对时间随发动机转速的升高而增大，以保证发动机在高速时点火线圈初级仍有时间形成足够大的初级电流。闭合角可控电流由VD5、C2、R3组成。在点火信号正脉冲时，信号电流同时对电容C2充电，充电电路为：e+R1VD1VD5C2V1发射结e-。而当信号正脉冲消失时，C2放电，放电电路为：C2+R3VD2R1点火信号发生器感应线圈VD3C2-。在C2放电时，使V1反向偏压而保持截止，V2和V3保持导通，初级线圈保持通路。发动机转速升高时，信号正脉冲电压随之升高，C2的充电电压也随之升高，正信号脉冲消失后C2的放电时间延长，V1的截止时间也就相对增加了，也即增加了点火线圈初级通路的相对时间。3） 发动机停转断电保护当发动机熄火时，如果点火开关仍然接通，这时电源通过R4向V1提供正向偏压而使V1导通，V2、V3截止，于是，点火线圈初级处于断路状态，避免了蓄电池向点火线圈持续放电而白白消耗电能和烧坏点火线圈及晶体管的可能。4） 初级电流稳定控制在工作中，蓄电池的电压波动很大。初级回路的电阻、电感参数设计必须保证在蓄电池电压较低时能有足够大的初级电流，这会造成蓄电池电压较高时的初级电流过大，导致点火线圈的温度过高。R6、VS6组成的反馈电路起电源电压波动稳定初级电流控制作用。当电源电压上升时，V3在截止时其集电极上的电压也随之上升，通过R8VS6的反馈作用，增加了V1的饱和导通深度，在信号负脉冲时V1由导通转向截至变得迟缓，这样就减少了V1的相对截止时间，业绩减少了V3的相对导通时间，使点火线圈初级电流不随电源电压的上升而增大。5） 初级回路电阻可变控制初级回路的等效电阻可变控制也是用来实现初级电流的稳定控制，它与闭合角可控电路结合，可实现初级电流恒定控制。初级回路等效电阻可变控制电路由V4、R8、R9组成。当点火线圈初级电流增大到某一限定值时，A点的点位上升至使V4导通，V4导通后使V3的基极电位下降，其基极电流减小，集电极电流就受到了一定的限制。初级电流越大，A点的点位就越高，V4的导通深度就增加，使V3的基极电流下降得就更多，对初级电流的限制作用也就更大。由于是通过电流反馈的形式来实现初级回路等效电阻的控制，因此，不仅可使初级电流不因电源电压的上升而过大，还可以在发动机转速变化时起稳定初级电流的作用。6、 12V10A点火器设计:1、本人设计点火器如下图所示 2 、电路电流与耗散功率计算设定电源最低电压为28V，则选取稳压管VS4的稳压值为27V，根据电路图中各元件的工作原理及作用，相对应的参数计算如下：V3：因为设定流过点火线圈初级线圈的额定电流为0.7A，所以V3要选取达林顿管，所以ICM 0.7A，电压BVCEO 300V，值选取500因此V3选取 FH6H其中 PCM=50W, ICM=5A, BVCEO=300V, BVEBO=5V其耗散功率P=ICVCE=0.7A1V=0.7WR11:IH R110.7VR11的值为=1因此选取R11为1最大耗散功率P=IU=3.5W故选用 RT0.25VS8:VS8根据V3的耐压值选取，故选取2CN1A其稳压值为400V过电保护作用V2：IC=0.7A =500I2=1.3mA所以选取3AG11其中，PCM=100mW ，hFE=30，ICM=30mA，IC=1mA 其最大耗散功率P=ICVCE=0.20.3=60mW R6：取I2=30mA R6=820 所以R6取850耗散功率P=I22R6=0.032850=0.77W故选取 RT-1V1：I2=30mAI1=1.2mA故选取 3DG2C其中 PCM=100mW，ICM=30mA，hFE=25，IC=3mA耗散功率P=ICVCE=1.210-30.3=0.36mWR4、R5：选取I1=5mAR5=4840 所以R5取5.0K其最大耗散功率P=I12R5=0.00525.0103=125mW故选取 RT-0.125 由于R4要为V1提供很小的基极电流，所以R4要远大于R5I1b=0.005/25=0.0002A R4=(27-0.7)/0.0002=131500=131.5K 因此R4取130K 选取 RT-0.125C2、R1、R3：假设四缸发动机最高转速为4000r/min，则分电器的最高转速为2000r/min；霍尔信号发生器的高低脉冲宽度相等，故每次点火时间为 =0.004s 所以C2每次放电的持续时间为=0.004s由于=(R1+R3) C2=0.004S所以选取C2=0.1F R1=500 R3=3500R1、R3都选取RT-0.125R2：由于R2要防止闭合角回路的分流，所以R2要远大于R1和R3之和。 因此R2取值为R2=250K R2选取RT-0.125R7：已知IR=0.06mA , IR4=0.06mA , IR5=5 mA, IR6=30mA；IR假设为漏电流所以IR7= IR+ IR4+ IR5+ IR6=35.12mA当电源最低电压为28V时，稳压管VS4稳压值为27V，则此时加在R7的压降只有1V所以R7= =28其最大耗散功率为P= =35.7mW故R7选取 RT-0.125VS4：已设定VS4的稳压值为27V，最大工作电流大于I=0.34A，故选取2CW117VS6、R8：根据VS6与R8在电路中的作用，VS6的击穿电压为27V故VS6选取2CW118,R8选取200K，选用RT-0.125R9：因为I2=30mA UR9=0.73-0.3=1.8所以R9= =60其耗散功率为P= =54mW 故R9选取RT-0.125V4：ICE=0.2I2=6mA 故选取3DG4A其中PCM=300mW，ICM=30mA，hFE=25，IC=10mA耗散功率P=ICVCE=610-30.3=1.8mWR10：Ib4= =0.24mAR10= =420其最大耗散功率为P= =24W故R10选取RT-0.125C1、C3、C4均选取0.1FVD1、VD2、VD3、VD5、VD7均选取1N4001根据以上计算和元件的选择，得出元件清单七、总结及心得为期两个星期的课程设计将要结束了。通过此次课程设计，使我更加扎实地掌握了有关电子点火系统电路方面的知识，在设计过程中虽