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毕业设计论文
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微型经济型轿车电路设计,毕业设计论文
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1 第一章 绪论 1.1 设计背景 从西方各工业化国家的现代发展史可以看出，汽车工业都是其国民经济的支柱产业，其中轿车工业又居主导地位。目前世界年产汽车保守估计都有 4500 多万辆，其中 80%左右是轿车。轿车工业是资金密集、技术密集型产业、产值大、附加值高，故轿车在国际市场上有“世界第一商品”之称。近年来国际市场汽车年销量在 13001800万辆，贸易额超过 200多亿美圆。汽车工业的发展不仅关系到汽车工业本身，还可以带动其他许多相关产业，如冶金、化工、有色金属、建材、机械、电子等，推动交通、能源、旅游、城 建、轻工的发展。据经济学家估算，轿车工业每增加一个产值单位，相关行业至少增加 2.67个产值单位。因此，世界各工业国无不将汽车工业作为支柱产业加以发展，我国也不例外。 目前国际各大汽车集团都将目光盯在中国，认为中国大陆是世界上剩下的最后一块国际大市场。所以我们用自己的轿车占领了国内市场，就在国际市场上占有了一定主动。要做到占领国内市场，就必须生产适合我国国情的、在售价及使用成本上能为我国消费者接受的轿车，这就是经济适用的家用微型轿车。发展微型轿车不仅是轿车工业的一个补充，也是轿车进入家庭的必经之路。 从汽 车发展史上看，世界各国轿车工业都是在轿车普遍进家庭之后才得以大发展的，而轿车进入家庭都是从微型轿车起步。在发达国家轿车普及过程中，微型轿车都曾扮演了主导车型的重要角色，如美国的福特 T型车、德国的大众甲壳虫等。从能源和环保方面来看，省油、低排污量的微型轿车也是现在汽车发展的方向之一。 轿车进入家庭是经济发展的必然趋势，也是我国轿车工业发展的必然选择和出路所在。要大力开辟私人轿车市场，首先是设法促进轿车进入家庭。借鉴这些汽车工业发达国家的经验，我国也应将符合国情、价格便宜、省油、操作简便、污染噪声小、道路、车 库、停车场等占用面积小的微型轿车作为进入家庭的主导车型来加以发展。 1.2 本课题设计意义 汽车电路是汽车极其重要的部分，有一套好的汽车电路是汽车许多功能实现的必要条件，能使驾驶者更加舒适，方便，安全。据国家权威部门统计资料表明 ,我国汽车故障 40%左右发生在电路部分。由于汽车电路设计欠佳 ,电路短路引起的火灾事故时有发生；因电路短路造成汽车途中抛锚的现象也屡见不鲜。在汽车工业迅猛发展的今天，汽车电路问题仍需重视。 本课题设计就是完成一辆微型经济型轿车的电路设计。通过完成这样的一个nts 2 课题设计，可以有助于汽车专 业的学生掌握和了解汽车电路组成和基本表达方法，掌握汽车电器系统的工作原理，了解汽车电器各系统间的内在联系。提高我们阅读和分析汽车电路图，并根据电路图迅速地分析与排除汽车电器系统故障的能力。 1.3 设计任务简介 1、微型轿车的设计原则 选用国内大量生产的发动机和零件； 造型美观，乘坐舒适，价廉实用； 面对乡镇和农村广大用户。 基于上述设计原则，在本微型轿车电路系统的设计过程中，元件的选择大都按经验法进行，尽量选择在国内应用广泛，易于采购的元件。在电路形式上，尽量简洁，追求实用性。由于整车目标成 本低（ 20000 元），定位低，本电路舍弃了一些“高级”电子设备，如 ABS、电控门窗、中央门锁等。 2、设计内容 本设计主要是完成一辆微型轿车的电路系统的设计。该微型轿车的参数如表1-1所示。 表 1-1 微型轿车参数 车型 7080 车身 3门两厢式 乘员数（人） 34 最高车速（ km/h） 100 最大爬坡度 20% 油耗（ L/100km） 6.5 080km/h加速时间（ s） 25 发动机 型号 276Q，两缸，四行程，水冷，直列斜置 式汽油机 总排量（ mL） 644 标定 功率 /转速（ kW/r min1 ） 20.6/5300 最大扭矩 /转速（ n m/r min1 ） 47.1/27003000 怠速（ r min 1 ） 900 电路系统 线路电压 12V，单线制，负极搭铁。 nts 3 电路系统包括电源、起动点火、刮水洗涤、信号灯、空调、照明灯光、仪表喇叭、附件等部分，在接下来的章节将对这些部分进行分别介绍。 3、整车电路说明 为节省导线、使线路清晰、 安装和检修方便，本微型轿车的电路采用单线制，其线路电压为 12V，负极搭铁。全车用电设备（除启动机和危险警告灯电路外）的电源通过点火开关控制。点火开关分为四档： 0、 1、 2、 3档，用钥匙控制。 0档是 OFF 档，在 0 档车上所有用电设备（除危险警告灯电路外）的电源断开，方向盘锁死；点火开关在 1档时，车上仅附件（收音机和点烟器）和喇叭能用；2 档是汽车正常运行的档位，此时车上所有电器都能用，主要由发电机供电； 3档是起动档，把钥匙拨到 3 档时，起动机和点火系运行，将汽车起动。 0、 1、 2档位可定位档， 3档位不可定位档，即钥匙拨 到 3档松开之后点火开关会自动回到 2档。 电路的保险装置采用串入保险丝的形式。在电流较大的充电电路、前照灯电路、刮水电机电路、冷却电机电路、转向灯电路、喇叭电路以及空调电路（除冷凝电机外）串入瓷芯式保险丝，如附图所示。其中 S1容量为 30A， S2、 S3、 S4以及 S5为 16A， S6、 S7为 20A。当保险丝损坏需要更换时，应先将点火开关拨至 0档，查出并排除故障之后再将新保险丝换上，切不可用铜丝灯代替。以免损坏车上用电设备。 整车电路用电设备总消耗功率（所有用电器一起运行）为 1000W 左右，正常使用时消耗功率约为 300W700W。 nts 4 第二章 电源部分 根据设计任务的要求，整个汽车电路采用 12V供电、负极搭铁形式，电源部分包括蓄电池和交流发电机及其充电电路等。汽车电路的电源一般包括交流发电机和蓄电池，两者并联使用，共同给车上用电设备供电。下面先对这两个核心部件进行选型，再确定电源电路。 2.1 蓄电池的选择 1、蓄电池的功用及选型 蓄电池是一种可逆低压直流电源。它既能将化学能转变成电能，也能将电能转变成化学能。本设计采用的蓄电池属于起动型铅酸蓄电池，其主要功用如下： （ 1）在发动机启动时，蓄电池向启动机和点火系供 电。 （ 2）当发动机低速运转、发电机电压较低或者不发电时，蓄电池向用电设备供电，同时还向交流发电机磁场绕组供电。 （ 3）在发动机中高速运转、发电机正常供电时，将发电机剩余电能转换为化学能储存起来。 （ 4）当发电机过载时，与发电机一起向用电设备供电。 （ 5）能够稳定电气系统电压、保护电子设备。蓄电池相当于一只大容量的电容器，它不仅能够保持汽车电气系统的电压稳定，还能吸收电路中出现的瞬间过电压，防止电子设备被击穿损坏。 为便于采购和维修，本设计选择目前广泛应用于各参数与本设计微型轿车相仿的夏利微型轿车上的 6 QA 45S型蓄电池，其规格见表 2-1所示。 表 2-1 蓄电池规格参数 型号 电压 /V 容量（ 20h放电率）/A h 尺寸（长 /mm宽 /mm高/mm） 6 QA 45S （ 55B24L MF） 12 45 236 126 223 55B24L MF是日本原装蓄电池型号，相当于国产蓄电池型号 6 QA 45S。本设计采用的国产电池型号含义如下： 6 6个电池单格，每格电压约为 2V； Q 起动字头拼音代号，代表此蓄电池属于起动型； A 干荷电代号，即蓄电池在存放时其极板已经充电并经过干燥处理，存放时蓄电池 内不注入电解液； 45 蓄电池容量； nts 5 S 塑料电池代号。 2、蓄电池结构 蓄电池主要由正负极板、隔板、电解液和壳体四部分组成。 （ 1）极板 极板由栅架与活性物质组成，是蓄电池的核心部件。活性物质的主要成分是铅，它由铅块放入球磨机研磨而成。栅架由铅 钙 低锑合金浇注而成。极板分为正极板和负极板两种。如果将一片正极板和一片负极板浸入电解液中，便可以得到 2V左右的电压。为了增大蓄电池的容量，一般将多片正、负极板分别并联，用汇流条焊接起来便分别组成正、负极板组。安装时，各片正负极板相互嵌合，中间插入隔板后装入电池槽 内便成为单格电池。 （ 2）隔板 隔板为一多孔绝缘薄板，夹持在正、负极板之间，隔板的作用是防止正、负极板彼此接触而短路，并使电解液在极板间充分渗透。隔板常采用的材料有木质、塑料、橡胶及玻璃纤维等。微孔塑料隔板孔径小、孔率高、成本低，所以应用较广泛。 （ 3）电解液 电解液是专用硫酸与蒸馏水的混合液，其相对密度随使用地区、温度不同而进行选配。在 20标准温度下，电解液的密度一般为 1.241.30g/ml。 电解液密度的高低需要根据具体的环境温度情况进行分析。冬季气温低，电解液的黏度大，不易渗入极板内部，蓄电池的 端电压和容量都下降，特别是在大电流放电时更加明显。在蓄电池放电较多的情况下，电解液还有结冰的危险。因此在冬季或严寒地区，应采用密度较高的电解液。相反，在夏季或热带地区，则应采用密度较低的电解液，防止隔板和极板的早期损坏。 （ 4）壳体 蓄电池的壳体由电池槽和盖组成。壳体的功能是盛装电解液和极板组。蓄电池壳体按其结构组成分为橡胶壳体和塑料壳体两种。 6 QA 45S采用的是塑料壳体，塑料壳体不仅耐酸、耐热、耐振动冲击，而且壳壁薄、重量轻、易于热封合。生产效率高。 电池槽由隔壁分成 6个互不相通的单格，底部制有凸起的 筋条，以便放置极板组。筋条与极板底缘组成的空间可以积存极板脱落的活性物质，以防止正、负极板之间短路。每个单格电池都有一个加液孔。拆下加液孔盖，可以加注电解液或者检测电解液密度。加液孔盖上设有通气孔，这个通气孔上必须保持通畅，以便排出化学反应产生的氢气和氧气，防止外壳胀裂或发生事故。 3、蓄电池电解液的配制 nts 6 电解液的密度是由硫酸与蒸馏水的配制比例决定的。配制电解液时应该在陶瓷、塑料或玻璃制作的耐酸容器中进行。容器应保持清洁。操作时，应将硫酸徐徐注入蒸馏水中，并用木棍或者玻璃棒不断搅拌。注意切不可将蒸馏水注入硫 酸内，以免硫酸飞溅烧伤人体。硫酸与水混合后，温度会升高，应待温度降到室温左右时，再将混合液加入蓄电池中。 4、蓄电池的充电 蓄电池的充电对蓄电池的寿命影响很大，因此，充电时应注意以下几点： （ 1）蓄电池的极性 蓄电池的充电是由充电器（机）提供电源的。蓄电池的正极接充电器（机）的正极，蓄电池的负极接充电器（机）的负极，极性绝不能接反。 （ 2）充电电流的大小 蓄电池的充电一般分为两个阶段，第一阶段的充电电流通常为蓄电池容量值的 1/151/10，当单格电池的电压升到 2.32.4V时，充电转入第二阶段，此时 的充电电流是第一阶段的一半。 （ 3）充电时间 一般两年内生产的蓄电池，初次充电必须充 4060h左右，补充充电须充 20h左右，超过两年的须再延长充电时间。 （ 4）蓄电池的温升 充电时，蓄电池的温度不能超过 40，否则，应暂停充电或采取降温措施。 2.2 交流发电机的选择 在汽车上，发电机是用电设备的主要电源。在汽车正常运行时，发电机要向除起动机之外的全部用电设备供电，还要向蓄电池充电。 车用发电机分为直流发电机和交流发电机两大类。直流发电机由磁极、电枢、换向器等部分组成，其结构复杂、体积和重量大、充电转 速高、功率低、使用与维护不方便、目前在国内外汽车上已经极少应用，本设计不予考虑。 交流发电机以硅二极管为整流器，故称为硅整流发电机。其主要特点是结构简单、体积小、重量轻、充电转速低、比功率高、没有换向器、也没有换向火花、工作可靠、寿命长、而且维修方便、调节器简单，目前在国内外汽车上广泛应用。 车用硅整流交流发电机又可以分为旋转磁场式交流发电机和固定磁场式交流发电机两大类。旋转磁场式交流发电机在工作时由转子形成旋转磁场，它结构简单、工作可靠，应用甚广。 为了确保用电设备正常工作，车用交流发电机都配有电压调节器 ，在发电机工作时调节其端电压，使之保持恒定值。 常用的交流发电机电压调节器有触点式调节器、晶体管调节器和集成电路调节器等多种形式。集成电路调节器体积小，它可以安装在交流发电机的内部，成为内装调节器的整体式交流发电机。集成电路调节器除具有分立元件调节器的优nts 7 点之外，还有以下更突出的优点： （ 1）体积和重量更小，可直接安装在发电机内部或壳体上，成为整体式交流发电机的一个零件，这样可以省去体积器与发电机之间的连接导线，减少了线路损失，使调节精度更高（可达 0.3V）， （ 2）由于取消了外部线路，发生故障的可能性更小 ，且无需任何保养，性能十分可靠。 （ 3）耐高温性能好，可在 130的高温下正常工作。 （ 4）更加耐振，寿命更长。 集成电路调节器的工作原理和分立元件调节器完全一样，都是利用三极管的开关特性控制发电机的磁场电流来达到稳定发电机输出电压的目的。基于集成电路调节器上述的种种优点，本设计将采用集成电路调节器。 车用交流发电机按电压调节器是否装在电机内可以分为整体式交流发电机和非整体式交流发电机。整体式交流发电机具有体积小、安装方便、接线简单、可靠性高等优点，广泛应用于各种轿车上。根据设计任务的要求，本设计采用专门 为微型轿车设计的 JFZ1714Y型整体交流发电机，其标称电压为 12V，功率为750W，内装集成电路调节器，正适合本设计使用。其内部电路原理如图 2-1 所示。 JFZ1714Y 型整体交流发电机具有 8 只整流二极管，其中 2 只为中性点二极管，充分利用中性点电压提高发电机的功率约 15%；采用集成电路电压调节器，安装在发电机外壳上，型号为 JFT1403，在发电机工作时，稳定发电机的端电压。 该发电机有 A、 B、 C 三个接线端（如图 2-1所示）， A端是发电机的输出端，JFT 1043 1 2 3 4 5 6 7 图 2-1 JFZ1514Y型发电机电路原理图 1、三相定子绕组 2、磁场绕组 3、电压调节器 4、充电指示灯 5、点火开关 6、蓄电池 7、负载 A B C nts 8 由 A 端为整车供电及为蓄电池充电； B 端连接发电机内部的励磁线圈， 由该端为励磁线圈供电同时通过充电指示灯指示充电状态； C端为发电机接地端。 交流发电机使用时应注意的问题：蓄电池的接柱极性必须与发电机一致，以免短路损坏发电机的整流器和其他电子元件；不允许用发电机输出端搭铁试火的方法检验发电机是否工作，否则可能会损坏发电机和整流器；发电机正常运行时，不应将主要用电设备拆下，以免产生瞬时过电压，损坏硅二极管、电子元件和其他用电设备；不允许用 220V以上交流电或兆欧表检查发电机的绝缘性能，以免损坏二极管和内装式调节器；电压调节器的调节电压不应调得过高或过低；皮带张紧度 应符合规定，一般为 1015mm；发动机熄火后应及时关闭点火开关，以免蓄电池经发电机磁场绕组放电而损坏磁场绕组或调节器。 2.3 电源电路原理 电源电路必需实现的功能应包括：汽车正常运行时，由发电机通过点火开关向整车电路供电同时给蓄电池充电；充电时应有指示灯提示驾驶员；蓄电池充放电均应有电流表指示其电流值等。根据这些要求以及上面选出的部件型号，设计出来的电路源流如图 2-2 所示。 1 为蓄电池， 3 为整体式交流发电机，两者共同通过点火开关 5对全车电路供电，在发动机刚起动时，由蓄电池通过点火开关给发电机励磁线圈供 电。在发动机转速提高之后，发电机 A端电压提高，超过蓄电池电压时开始通过电流表 2对蓄电池充电，并通过点火开关给自己的励磁线圈供电。当发电机没有工作或输出电压较低时，蓄电池通过电流表向用电设备供电，所以电流可以显示蓄电池充电和放电的电流值。 1 3 2 4 5 图 2-2 电源电路原理示意图 1、蓄电池 2、充电电流表 3、整体式交流发电机 4、充电指示灯 5、点火开关 A B C nts 9 第三章 起动点火系统 起动点火系统的作用是将汽车发动机起动并维持其运行。起动时由起动机带动发动机转动，同时点火系给火花塞提供火花能量。该系统电路应实现：起动时起动机和点火系一起运行，发动机正常运行之后点火系继续运行，起动机电路必须断开。 根据上述要求设计出来的起动 点火系统电路原理如图 3-1 所示。起动系由起动机 3、起动继电器 2和蓄电池 1 等组成；点火系由附加电阻 5、点火线圈6、断电器 7、分电器 8以及火花塞 9 等组成。如图所示，当点火开关 4处于 3档时，起动继电器 2 的线圈通电，继电器触点闭合，蓄电池 1 直接通过触点为起动机供电，起动机带动汽车发动机转动；同时，点火系也通过点火开关获得电源的供电，发动机起动。由于点火开关的 3档是不可定位的，所以在发动机起动之后，松开点火开关，点火开关即回到 2档，起动机电路断开，而点火系继续运行。由于起动机工作时电流很大，所以用起动继电器进行间接控 制。下面对起动点火系进行选型及简单介绍。 3.1 起动机的选型 汽车发动机在起动时，需要靠外力的作用拖动曲轴旋转，经过吸气、压缩、点火等过程，使混合气燃烧产生动力，才能进入正常工作。 使发动机起动的方式有人力起动、辅助汽油机起动和电力起动机起动等三种形式。 人力起动即手摇起动或绳拉起动，虽然结构简单，但操作不便，只用于大功率柴油机的辅助汽油机起动和小功率汽油机的起动，或作为后备起动方式。 辅助汽油机起动，起动功率大但结构复杂、操作不便，只用于大功率柴油机、工程车和特种车辆。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 图 3-1 起动点火系统电路原理示意图 1、蓄电池 2、起动机继电器 3、起动机 4、点火开关 5、附加电阻 6、点火线圈 7、断电器 8、分电器 9、火花塞 nts 10 电力起动机起动，结构简单 、操作方便，可以迅速可靠地将发动机起动。目前，绝大多数汽车发动机均采用电力起动机起动。由于发动机参数、蓄电池参数相似，且为了便于采购和维修，本设计采用与本设计轿车一样同属微型经济型轿车的夏利 TJ7100型轿车上应用的电力起动机。 1、起动机的结构 电力起动机简称起动机，它由串励式直流电动机、传动机构和控制装置组成。 （ 1） 直流电动机 直流电动机用来产生电磁力矩，在起动时通过飞轮驱动曲轴旋转。它由磁极、电枢、换向器等组成。 磁极 由固定在机壳上的磁极铁心和磁场绕组组成，用来在起动机工作时产建立磁 场。为了提高起动机的电磁力矩，一般采用两对（ 4个）磁极，有些大功率的起动机采用 3对（ 6个）磁极。 电枢 有外圆带槽的硅钢片叠成的铁心和电枢绕组组成，由来产生电磁力矩。起动机工作时，通过电枢绕组和磁场绕组的电流达几百安或更大，因此其磁场绕组和电枢绕组一般采用矩形断面的裸铜线绕制。 换向器 由电刷和装在电枢轴上的换向器组成，它用来联结磁场绕组和电枢绕组的电路，并使电枢轴上产生的电磁力矩保持固定方向。 换向器有许多换向片组成，换向片的内侧制成燕尾型，嵌装在轴套上，其外缘车成圆形。换向片与回去派之间，换向 片与轴套之间均用云母绝缘。 电刷用含铜石墨制成，装在端盖上的电刷架中，通过电刷弹簧保持与换向片之间有适当的压力。压力的大小出厂时均有规定，压力过大会使加快电刷与换向片之间的磨损，压力过小由于接触电阻过大，会使起动机无力。 （ 2） 传动机构 传动机构由驱动齿轮、单向离合器、拨叉、啮合弹簧、等组成，安装在起动机轴（电枢）的花键部分。起动时，传动机构使驱动齿轮沿起动机轴移出与飞轮齿环啮合，将直流电动机产生的电磁力矩通过飞轮传递给发动机的曲轴，使发动机起动；起动后，飞轮转速提高，将通过驱动齿轮带动电动机轴高速 旋转，会引起电动机超速。因此，传动机构应使驱动齿轮与电动机轴自动分离，防止电动机超速。 起动机的传动机构，按工作原理的不同，分为惯性啮合式、强制啮合式和电枢移动式等不同形式。 其中电枢移动式传动机构，靠磁极的磁力移动整个电枢，使驱动齿轮移出与飞轮啮合，在驱动齿轮与电枢轴之间也装有单向离合器，作为超速保护装置。夏利起动机的传动机构属于电枢移动式。 nts 11 （ 3）控制装置 起动机的控制装置，安装在起动机的上部，用来控制起动机主电路的通断，并操纵传动机构的工作。 按工作方式的不同，起动机的控制装置分为直接控制（ 操纵）和电磁控制式两种形式。本设计起动机采用的是电磁控制式，如图 3-1 所示，起动机继电器 2既起控制电路通断的作用，又起传动机构控制的作用。 2、起动机的性能参数 夏利轿车起动机的性能参数见表 3-1所示： 表 3-1 起动机性能参数 起动机规格 公称电压 /V 12 最大输出功率/kW 0.8 额定时间 /s 30 蓄电池 /（ A h） 45 小齿轮规格 模数 M 2.25 齿数 8 压力角 20 外径 /mm 24.9 齿根圆直径/mm 16.71 硬度 HRC5764 起 动机性能 空载 电压 11V时，电流小于 50A，转速大于 5000r/min 负荷 电压 9.5V 时，转矩 6.86N m，电流小于 270A，转速大雨 1200 r/min 制动 电压 7.7V时，电流小于 600A，转矩大于 12.74N m 工作电压 /V 小于 8 3、起动机的使用与维护 为了使起动机可靠工作并延长使用寿命，起动机在使用过程中应该注意以下几点： （ 1）由于起动机工作时的电流很大，为了维护蓄电池和起动机，起动机第一次的起动的时间不应超过 5s，再次起动的时间间隔不应少于 10s。如果连续数次 起动，发动机仍然不能起动，应检查发动机的点火和供油系统，在排除了故障之后，再起动发动机。 nts 12 （ 2）起动机发动机时，应该踩下离合器踏板，严禁挂档起动。 （ 3）发动机起动之后应及时松开点火开关，使点火开关自行回到 2档。 （ 4）如果发动机起动以后，及时地松开了点火开关，但起动机仍在转动，应立即关闭点火开关，对起动机电路进行故障检查和排除。 （ 5）在发动机运转期间，严禁将点火开关旋至 3 档，以免损坏起动机和飞轮齿圈。 （ 6）起动机与蓄电池正极的连线一定要牢固可靠，外护罩要安装好，以防搭铁后引起火灾。 （ 7） 起动机与发动机飞轮壳的螺栓联结一定要紧定，坚固，如果固定螺栓松动或螺纹损坏，应及时紧固或修复。 （ 8）严禁对起动机进行刮火试验。 3.2点火装置结构及参数 点火装置的结构： 点火装置主要由蓄电池、点火开关、分电器、点火线圈、高压导线、火花塞等组成。 1、 分电器 分电器由断电器、配电器、点火提前调节器和电容器组成。它们装在压铸铝材制成的壳体内，起到接通、切断低压电路和按工作顺序将高压电分配给各汽缸的作用。 本设计选用的分电器性能见表 3-2。 表 3-2 分电器性能参数 额定电源电压 /V 12 转速 /（ r/min） 3500（对分电器而言） 工作温度 / -30110 点火间隔 120 1 白金触点间隙 /mm 0.45（参考） 触点压力 /g f 475 71.25 电容器容量 / F 0.25 0.025 闭合角（ 300r/min时） 62 3 耐电压 /V 25 2、 点火线圈的选择 点火线圈由初级绕组、次级绕组和铁心组成。按铁心形式不同，可以分为开磁路点火线圈和闭磁路点火线圈。 nts 13 开磁路点火线圈中，初级和次级绕组都绕在由硅钢片叠成的柱型铁心上，初级绕组在铁心中产生的磁 通经壳体内的导磁钢套成回路，磁路的磁阻大，漏磁通多，因此磁路损失大，转换效率低。闭磁路点火线圈中，由硅钢片叠成口字形或日字形铁心，初级绕组在铁心内产生的磁通，形成闭合回路。因此，漏磁通和磁路磁阻小，从而减小了磁路损失，提高了转换效率。基于后者的诸多优点，本设计采用的是闭磁路点火线圈。 为了改善点火系的高速性能以及分担电阻件的发热量，在点火线圈的初级电路中串联有附加电阻，它是一根专用电阻线，串联在点火开关和点火线圈之间，附加电阻的阻值为 1.7 0.17。 点火线圈的技术参数见表 3-3。 表 3-3 点火线 圈技术参数 发动机型号 线圈常数 次级电压 R1/ R2/k L1/mH L2/H 276Q 1.0 0.1 23 3.45 6.0 0.9 53 10.6 21kV 3、高压导线的选择 高压导线的作用是将点火线圈输出的高压电传给分电器，并将分电器分配的高压电传送到各缸的火花塞。为了使整车的防电磁干扰性能满足国家强制标准的要求，本设计采用电抗型镍铬卷绕的防电磁干扰型高压导线，其电阻率为 16k/m。此种高压导线由线心、护套、卡子和接头组成。点火线圈输出高压导线的一端插在点火线圈的高压接线 柱上，另一端插在分电器盖中心电极插孔上。将分电器分配的高电压传送到火花塞的高压导线，其一端插分电器的旁电极，另一端插相应汽缸的火花塞。 4、火花塞的选择 火花塞的作用是将高压电引入发动机燃烧室，在电极间产生火花，点燃混合气。它由外壳，中心电极、旁电极、绝缘体、接线帽和垫圈组成，为了能有效地消除火花塞跳火时对无线电的干扰，本设计采用 NGK公司生产的 BPR5EY电阻型火花塞，即在中心电极和高压帽之间装有抗电磁干扰的电阻，其阻值为 5k。 火花塞的外壳为钢制，在壳体上有旁电极，旁电极用特殊的镍合金制成，耐热 、寿命长，中心电极心部是铜质，外部是镍合金。这种中心电极散热快，高速和低速工况均能适用。火花塞的绝缘体为高氧化铝陶瓷材料。这种绝缘材料的绝缘性、耐热性、导热性良好。绝缘体的上部做成一棱一棱的形状，用以增加表面泄漏距离，防止产生表面电弧。绝缘体把引导高压线的接线帽及中心电极与壳体隔开，保证把脉冲高压能引导到中心电极发火端。 nts 14 第四章 刮水洗涤系统 刮水洗涤系统主要由电动刮水器和风窗洗涤器组成。 4.1 电动刮水器的功能及要求 刮水器的功用首先是用以清扫风窗玻璃上的雨水、雪或尘土，以确保驾驶员有良好的 视线，其次是与风窗洗涤器一起构成风窗玻璃的清洗系统，以保持挡风玻璃的干净。对刮水器的性能要求：刮刷面积要大；应具有良好的刮净度；刮水器上的胶条的寿命要长；应有两种以上的刮刷速度，以便能适应不同的雨量；由于刮水器电机力矩变化大，雨天和干燥的环境下，其力矩有很大不同，因此要求刮水电机的可靠性要好；安装方便、运行噪声小。 电动刮水器是由刮水电机和一套传动机构组成，如图 4-1所示。刮水电机旋转，带动蜗轮蜗杆减速机构，通过曲柄连杆机构将旋转运动转化成雨刮臂的往复摆动，安装在雨刮臂上的雨刮片便刷去挡风玻璃上的雨水、雪和 尘土。 4.2 洗涤器的功能与要求 为了及时消除风窗玻璃上的尘土和污物，使驾驶员的视线良好，汽车上还装有风窗洗涤器。风窗洗涤器由储液箱、洗涤泵、软管和喷嘴等组成。储液箱由塑料制成，其雨刮片 雨刮臂 蜗轮蜗杆减速机构 挡风玻璃 刮水电机 图 4-1 刮水机构结构示意图 2 3 4 1 +12V 图 4-2 刮水洗涤系统电路原理 2， 1， 0 nts 15 内装有洗涤液。洗涤泵由一只微型永磁直流电动机和离心泵组成。当风窗玻璃上有灰尘或污物时，先开动洗涤泵，将洗涤液以一定压力（ 88kPa）经喷嘴喷到雨刮片的上部，湿润玻璃。然后再开动刮水器，将风窗玻璃上的灰尘或污物刮掉。 4.3 刮水洗涤系统电路要求及元器件选择 刮水洗涤系统电路应实现：整个系统的电源由点火开关控制，功能由安装在方向盘下 方的刮水组合开关控制，有两种刮水速度，停止刮水时雨刮片应能自动复位。根据上述要求，本设计采用的刮水洗涤系统电路其原理如图 4-2 所示。 1为点火开关，只有点火开关位于 2、 3 档时刮水洗涤系统才能启动。 2 为刮水电动机及其自动复位开关。刮水电动机是刮水器的主要部件，它的性能好坏直接影响刮水器的功能。刮水电动机选用 ZD1234型双速永磁铁氧体直流电动机，它具有体积小、重量轻、力矩大等特点。 ZD1234刮水电动机功率为 20W；额定电压：12V；空载转速：低速时为 4048r/min，高速时为： 7077r/min；负载转 速：低速时大于 32r/min，高速时大于 42r/min。通过将刮水电动机的不同绕组接入电路就可以得到不同的转速。 电动刮水器自动复位开关的作用是使雨刮片在任何位置切断电动刮水器开关时，雨刮片都能自动停在风窗玻璃的下部而不影响驾驶员的视线。它是一个触点先断后合的单刀双位开关。当雨刮片不在风窗下部指定位置时，该开关的常开触点闭合。所以在任何时候将电动刮水器开关切断（即刮水开关 4位于 0档）时，若雨刮片不在指定位置，则刮水电动机高速绕组接地端通过自动复位开关接地，刮水电动机继续运转，直到雨刮片到达指定位置；雨刮片 到达指定位置时，自动复位开关位于常闭位置，由于电枢转动的惯性，电动机不能立即停下来，因而电动机以发电机运行而发电。因为电枢绕组所产生的反电动势的方向与原来外加电压的方向相反，产生制动力矩，刮水电动机迅速停止转动，使雨刮片复位到风窗玻璃的下部。 图 4-2所示部件 4为刮水组合开关，它将刮水开关和洗涤开关组合在一起，安装在方向盘下部。其中刮水开关是旋转式三档开关，分为 OFF、低、高速档，可以按驾驶员的意愿将刮水电机的不同绕组介入电路，实现不同的刮水速度。洗涤开关是按压式不可定位开关，即按下去时洗涤电机工作，将洗 涤液喷到风窗玻璃上，不按时开关断开，洗涤电机停止工作。 nts 16 第五章 信号灯系统 5.1 信号灯系统的电路原理 信号灯是表现本车状态、与其他车辆交流的重要手段。信号灯系统包括转向灯、制动灯、倒车灯、后雾灯等等。信号灯系统电路应实现：整个信号灯系统电路（危险警告灯除外）的电源由点火开关控制，各灯都由各自开关控制，制动、倒车等信号灯由机械自动控制，转向灯由安装在方向盘下方的转向灯变灯开关控制，危险警告灯应该不管发动机是否运行都能工作等。根据上述要求设计出来的信号灯系统电路原理如图 5-1所示： 5.2 信号灯系统的组成、作用及元件选择 信号灯系统由转向信号灯、危险警告信号灯、刹车灯（制动信号灯）、手刹指示灯、倒车信号灯等灯具及其控制机构组成。 1、 转向及危险警告信号灯 汽车转弯时，通过闪光器使左侧或右侧的转向灯发出明暗交替的闪光信号，2 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 16 14 15 17 18 20 19 21 22 23 图 5-1 信号灯系统电路原理图 1、点火开关 2、危险警告开关 3、闪光器 4、转向灯开关 5、左转向指示灯 68、左转向灯 9、右转向指示灯 1012、右转向灯 13、刹车灯开关 1415、刹车灯 16、倒车灯开关 1718、倒车灯 19、手刹指示灯开关 20、手刹指示灯 21、后雾灯开关 2223、后雾灯 +12V nts 17 以示汽车的转向。在汽车行驶中，如遇到危险情况或汽车发生故障不能正常行驶或需要紧急停车时，使所有闪光灯同时闪烁作为危险警告信号。所有车外转向灯均采用橙色，闪光频率为 80次 /min。 转向及危险警告信号灯电路由车外转向灯、车内转向指示灯、转向灯开关、危险警 告开关、闪光器等组成。如图所示，转向灯及其指示灯作转向指示用时受点火开关 1 的控制，只有点火开关位于 2、 3 档时转向灯才能亮，左右转向由转向灯开关 4控制。当转向灯作为危险警告灯使用时，按下危险警告开关 2，所有转向灯均接到闪光器输出端，同时闪光器电源越过点火开关直接接到蓄电池上，所以此时电路不受点火开关和转向灯开关控制。 转向灯的闪烁是由闪光器控制的，闪光器按结构和工作原理可分为电热丝式（俗称电热式）、电容式、翼片式、水银式、电子式等多种。电热丝式闪光器结构简单、制造成本，但闪光频率不够稳定，使用寿命短，信号灯 的亮暗不够明显，目前已经很少采用；而电容式闪光器闪光频率稳定；翼片式闪光器结构简单、体积小、闪光频率稳定、监控作用明显、工作时伴有响声；电子式闪光器具有性能稳定、可靠等优点，故广泛应用。本设计采用有触点集成电路闪光器，其电路原理如图 5-2所示。 该闪光器电路的核心器件 U243B 是一块低能耗、高精度的汽车闪光器专用集成电路。 U243B 的内部电路主要由输入检测器 SR、电压检测器 D、振荡器 Z及功率输出级 SC四个部分组成。输入检测器用来检测转向灯开关是否接通。振荡器由一个电压比较器和外接 R4 及 C1 构成，内部电路给比 较器的一端提供一个参考电压（其值的高低由电压检测器控制），比较器的另一端则由外接R4及 C1提供一个变化的电压，从而形成电路的振荡。振荡器工作时，输出级便控制继电器 J的线圈，使继电器的触点反复开、闭，于是转向灯和转向指示灯便以 80次 /min的频率闪光。 如果一只转向灯烧坏，则流过取样电阻 RS 的电流减小，其电压降减小，经电压检测器识别后，便控制振荡器电压比较器的参考电压，从而控制振荡（即闪RS R2 3.3k R3 10k R1 3.3k SR D Z SC B L E 图 5-2 闪光器原理示意图 U243B J C1 2.2 F/50V R4180K nts 18 光）频率，则转向指示灯的闪烁频率加快一倍，以表示需要检修更换灯泡。 闪光器接线方式： B端接电源正极， E端搭铁接地， L端接转向 灯开关。 根据经验法参照国内同级别轿车的参数，灯泡参数选择如表 5-1所示。 表 5-1 信号灯参数 灯泡 前转向灯 侧转向灯 后转向灯 转向指示灯 功率 /W 21 5 21 3.4 数量 /只 2 2 2 2 2、 刹车灯（制动信号灯） 刹车灯是指示汽车停车或减速的指示灯具，在制动时发出较强的红光用来警告后面的车辆或行人保持安全的距离。刹车灯电路由刹车灯开关 13、刹车灯1415组成。刹车灯开关采用 JK251型机械顶杆式制动信号灯开关，安装在行车制动踏板上部，由踩下行车踏板控制开关的闭合。刹车灯数量为 2个，功 率各为21W。 3、 倒车信号灯 倒车信号灯是在汽车倒退时提醒后面的车辆和行人引起注意，并在夜间还可以照亮后面的障碍物，以保证倒车安全。倒车信号灯电路由倒车灯开关 16、倒车信号灯 1718组成。倒车灯开关安装在变速器内部，当变速器挂入倒档时闭合。倒车信号灯功率为 21W，颜色为白色。 4、 手刹指示灯 手刹指示灯用来指示手刹（驻车制动）的状态。当手刹作用时，手刹开关 19闭合，位于仪表板上的手刹指示灯 20 亮，提醒驾驶员手刹的状态。手刹指示灯灯泡功率： 3.4W 5、 后雾灯 在大雾等能见度低的天气，打开后雾灯能让后面的车辆更容易看 见前面的车辆，因为后雾灯采用的灯泡亮度较高，穿透力较强。后雾灯由位于仪表板上的后雾灯开关控制。后雾灯功率： 35W，数量： 2只，颜色：红色。 nts 19 第六章 空调系统 为改善车内部的环境条件，由通风、暖风和制冷装置组成的空调系统必不可少。制冷装置主要用于夏季车内空气的降温除湿；暖风装置在冬季为车内提供暖气以及用于挡风玻璃的除霜除雾；通风装置则可对车内进行强制性换气并使车内空气保持循环流动。在本设计中，该系统采用了组合式结构，实现了通风、取暖、制冷一体化。主要部分包括：鼓风机、蒸发器、暖风散热器、通风管道、制冷装置等。它利用发动机的冷却液作为除霜、取暖的热源，利用 HFC134a 制冷系统作为冷源。 6.1 暖风系统 由于暖风系统中基本上没有电气设备，所以本说明书只对其进行简要的介绍。 该系统采用以汽车发动机冷却液作为热源的水暖式结构。发动机的冷却液被引入安装于车厢内的暖风散热器，使散热器升温。通过鼓风机将车厢内部空气或者外部空气吹过高温的暖风散热器，形成暖风。 暖风系统采用控制冷、热空气混合的调温方式，具有显著的温度调节特性。冷、热空气每个出风口可得到完全的混合，实现连续的温度调节。 空调系统的空气通道以及温度调节示意 图如图 6-1 所示。其中出风口 D 表示除霜（雾）出口，出风口 C 表示制冷或通风出口，出风口 H表示暖风加热出口。 6.2 制冷系统 1、制冷系统组成及原理 （ 1）、组成 制冷系统由制冷循环系统和电气调节控制系统两大部分组成。其中制冷循环系统由压缩机（电磁离合器）总成、冷凝器总成、贮液干燥器总成、膨胀阀以及蒸发器总成和制冷管路等组成。电气调节控制系统由各种开关控制、点火开关控制、系统压力控制、温度控制、发动机怠速控制、电磁离合器、各种继电器以及电控风扇等组成。在本设计说明书中，主要介绍电气调节控制系统。 图 6-1 空气通道及温度调节示意图 室外空气 室内空气 D C 1 3 5 2 4 H 1 内外空气转换风门 2 鼓风电机 3 蒸发器 4 暖风散热器 5 空气混合风门 nts 20 （ 2）、制冷原理 如图 6-2所示，压缩机吸入低温低压的制冷剂气体，经过压缩后成为高温高压的制冷剂蒸气，经高压管路进入冷凝器中冷却，将车内吸收的热量及压缩机之压缩功产生的热量释放到车外，冷凝成高压液体，进入贮液干燥器中储存、干燥、过滤后，流经膨胀阀节流降压成为气液混合物，这种气液混合物进入蒸发器蒸发吸收车内热量后成为低温低压的气体，被吸入压缩机进行下一个循环。如此周而复始，蒸发器不断吸收车内热量，冷凝器不断将车内热量释放到车外空气中去，从而使车内温度降低，达到降温的低压 高压 冷凝器 蒸发器 压缩机 膨胀阀 贮液干燥器 车内气流 车外气流 图 6-2 制冷原理示意图 t 5 1 6 7 8 9 4 2 3 10 11 14 12 13 图 6-3 制冷控制电路原理图 1、火开关 2、温控开关 3、冷凝风扇继电器 4、冷凝风扇 5、鼓风机开关 6、空调开关 7、高低压组合式压力开关 8、怠速提高电磁阀 9、温控开关 10、电磁离合器 11、空调指示灯 12-13、鼓风机档位电阻 14、鼓风电机 +12V nts 21 目的。 2、制冷系统的电控系统的功能及部件 选择 目前在微型轿车上使用的空调电路可分为有空调放大器和无空调放大器的电路，基于成本以及本设计的定位考虑，制冷控制电路采用结构简单、维修方便、抗干扰能力强的无空调放大器的“串联”控制电路。设计出来的制冷系统控制电路原理如图 6-3所示。 电路功能：在鼓风机运行的情况（开关 5位于非 OFF档）下，闭合空调开关6，才能使空调运行，以防蒸发器温度过低。若制冷液压力、温度正常，电磁离合器 10 运行，使压缩机工作。同时怠速提升阀 8 将发动机怠速提高，以保证怠速状态下使用空调时发动机不会熄火。空调指示灯 11 指示空调的工作状态 。鼓风机风量可通过开关 5调节不同电阻值与鼓风电机串联实现，有低、中、高三档。冷凝风扇 4在发动机过热时自动运行，冷凝电机消耗功率为 120W，转速为 2710 250r/min。 电路各部件介绍： （ 1）电磁离合器 电磁离合器 10的作用是根据需要接通和断开发动机与压缩机之间的动力传递，使压缩机的工作与停止都不影响发动机的正常工作。它是汽车空调控制系统中最重要的部件之一，受空调开关、温度控制开关、压力控制开关等元器件的控制，是制冷控制电路的执行元件。电磁离合器装在压缩机的前端，是压缩机的一部分，主要由电磁线圈、 皮带轮、压盘、轴承等零部件组成。在本设计中，压缩机采用广泛运用于长安、柳微、夏利等微型汽车空调中的 SS-72型刮片式压缩机。该压缩机具有结构紧凑、体积小、重量轻、容积效率高、启动冲击小、噪声低、在较宽转速范围内工作特性好、制冷效果好等特点，特别适合于微型车安装使用。另外， SS-72采用环保的 HFC134a制冷剂。 电磁离合器参数： 电压/V 静摩擦扭矩/N m 最低吸合电压/V 耗电量 /W 最高转速/r min 最高连续转速/r min 皮带槽类型 皮带轮直径 /mm 重量/kg 12 30 7.5 36 9300 8400 HM 118 1.4 （ 2）怠速提升阀 由于本设计采用的是非独立式汽车空调系统，即压缩机由发动机驱动，压缩机工作时要消耗一定的发动机功率（约 3kw7.5kw）。当发动机转速较低时（如发动机低速行驶或发动机怠速工作时），发动机输出功率较小，若接通压缩机，发动机可能会因负荷突然增加造成转速大幅下降，同时也会造成发动机过热或者运转不稳甚至熄火；空调系统也会因压缩机转速过低使制冷nts 22 量不足。使用怠速提升阀则可以解决上述问题。在打开空调的时候，怠速提升阀8 会自动提高发动机转速，使发动机怠速 转速保持在 1000r/min 以上，确保有足够的功率来驱动空调压缩机。 （ 3）压力开关 空调制冷系统因某些原因可能会造成系统压力异常高而导致系统损坏；也可能因泄漏等原因造成制冷剂严重不足，制冷剂不足会使压缩机润滑不良，将引起压缩机烧坏。为此，必须安装压力保护开关，对汽车空调系统起保护作用。高压压力开关是用来防止系统在异常高压下工作；保护系统不受损坏；低压压力开关主要是确保压缩机不在缺少制冷剂的情况下运行，以免因缺少润滑油而遭损坏。为简化结构，本设计采用将高压压力开关和低压压力开关合为一体的高低压组合开关。 当制冷系统高压管路压力值小于 0.20Mpa 或者大于3.14Mpa时，压力开关 7断开，压缩机停转。这样就既可以防止压力过高损坏空调系统又可以防止压缩机在缺少制冷剂的情况下运行。 （ 4）温度控制开关 在本电路中采用了两个温度控制开关。如图 6-3所示，温度控制开关 2 是常开型开关，用来控制冷凝风扇。当发动机冷却液温度超过85时，温控开关 2自动闭合，继电器 3吸合，冷凝风扇 4启动；温控开关 9是常闭型开关，当压缩机排气温度高于 150时断开，压缩机就停止运转。以防止空调系统在制冷液过热的情况下运行。 （ 5）鼓风机 鼓风机 14可以独立于制冷系统开启，因为它同时是通风和暖风鼓风机。但鼓风机开启是制冷系统开启的先决条件。风量控制分四档控制，既关 -低 -中 -高四档，通过串入不同电阻进而改变鼓风电机转速实现。档位电阻 12、13是两根电阻丝，布置在冷气出风口。其中 12阻值为 2.1， 13阻值为 1.7。鼓风机消耗功率为 120W，最大风量为 330m3 /h。 nts 23 第七章 照明灯光系统 7.1 照明灯光系统电路原理 由于汽车不可避免都要在夜间等光线不好的情况下行驶，所以照明灯光系统必 不可少。该系统应包括：夜间行驶时照亮路面的前照灯（包括远光灯和近光灯）和行驶灯，车内仪表的照明灯，夜间行驶时照亮牌照的牌照灯，驾
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