电子点火系统教具的设计与开发毕业设计说明书.doc
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1、Tianjin University of Technology and Education毕 业 设 计专 业: 汽车维修工程教育 班级学号: 汽修0403 - 21 学生姓名: 沈洁 指导教师: 魏健 高级实验师 二九年 六 月天津工程师范学院本科生毕业设计电子点火系统教具的设计与开发Electronic Ignition System Design and Development of teaching aids专业班级:汽修0403学生姓名:沈洁指导教师:魏健 高级实验师系 别:汽车与交通学院2009年 6 月摘 要20世纪90年代,一种新型的点火系统被用于许多汽车上。这种点火系统叫做
2、无分电器点火系统,也可以称它为直接点火系统。这种点火系统不用许多高压部件就可以提供很高的高压电。这种点火系统可以提供更高的电压且更好的减少部件的磨损。随着计算机技术的飞速发展和发达国家对汽车排放限制及对其他性能要求的提高,微机开始在汽车上应用用微机控制点火正时,形成微机控制点火系统。由于微机具有响应速度快、控制精确等优点,以此点火系统为基础,外加传统点火系统和电子点火系统,设计和制作出可用于实训教学的点火系统实验台。教师在利用此实验台进行授课时,学生更容易理解,记忆也更深刻,学习效率将大幅提高。设计说明书对点火系统的结构组成进行了讲解,对其工作原理进行了深入的分析,最主要的是对实验台的设计过程
3、进行了全面的总结和详细的说明。实验台的总体设计工作包括教具实验台台架结构的设计、教具实验面板的设计、教具实验台面板接线图的设计、故障点的设计以及诊断端子的设计。在完成点火系统实验台的设计和制作后,设计了点火系统故障设置与诊断实验的方法。关键词:点火系统;实验台;设计与制作;故障设计ABSTRACTIn the early 1990s a new type of ignition system began to appear on many automobiles. It is called the distributorless ignition system, or direct ignit
4、ion system. This system provides a high voltage spark at the spark plug without many of the secondary system parts. The system can provide higher voltages and does so with fewer parts to wear out. With the rapid development of computer technology and developed countries to limit emissions from vehic
5、les and other performance requirements for the improvement of computer applications in the car - with computer control of ignition timing to form a microcomputer-controlled ignition system, as the computer has a fast response, control high precision, Take this ignition as foundation to design ,Plus
6、a traditional ignition system and electronic ignition system, and make ignition system experiment table. When teacher use this experiment table in teaching, the students comprehends more easily, remember much deeper and the study efficiency will be significantly improved.The design specification exp
7、lain the mechanical structure of ignition system and analysis the working principle and the drive route in detail. It is the main contents that the design process of ignition system experiment table is explained and summarized. The total design work ignition system experiment table include the desig
8、n of experiment table structure, the design of front-panel, the design of control chart, the design of fault. Overall design, structural features and the terminal of diagnose. Fault installed air conditioning and automatic electronic control circuit and the modified circuit bonding technology.Key Wo
9、rds: ignition system;experiment table;design and fabrication;fault design目 录1 引 言12微机控制电子点火系统主要组成部件32.1ECU32.2传感器32.3 高压输出42.4 点火控制器42.5点火系统的分类:43 微机控制电子点火系统的控制过程63.1点火电流的恒定控制63.2无分电器电子点火控制63.3点火正时的控制83.4点火时序(判缸)的控制93.5点火提前角与爆震的控制103.6 发动机的工作状况对点火的影响123.7 发动机对点火系统的要求134 汽车电子点火系统的故障诊断134.1 电子点火系统故障诊断
10、的一般原则134.2 电子点火系统故障分析144.3 电子点火系统的故障诊断164.4 故障现象174.5 故障诊断174.6 故障分析175 教具的总体设计方案186 教具的面板设计196.1 教具面板电路图的设计207 教具面板控制部分的设计257.1 实验台接线电路图的设计257.2 电压表的设计与选配267.3 仪表控制电路的设计288 教具台架图的设计309 教具的使用349.1 点火系统实验台349.2 日常维护保养349.3 注意事项34总 结35参考文献36致 谢37天津工程师范学院2009届本科毕业设计1 引 言一百多年来,点火技术伴随着汽车的发展而逐渐提高。1886年第一辆
11、以四冲程内燃机为动力的汽车使用的是磁电机点火系统。一直到了1931年,美国人才首先使用了能自动根据发动机负荷和转速来调节点火提前角的真空、离心点火提前调节装置。此后,这种点火装置逐步得到完善,并在汽车上得到了广泛的使用,故也被称之为“传统点火系统”。随着人们对汽车发动机动力性、经济性及排放控制要求的日益提高,传统点火系统结构本身固有的缺陷也越来越显现出来。为了从根本上克服传统点火系统的缺陷,早在50年代初期人们就已经开始探索用晶体管控制点火系统的工作,即用电子手段来控制点火线圈初级电流的通断。60年代,美国摩托罗拉公司生产了有触点电容放电式半导体辅助点火系统,并安装在美国部分小轿车上,以解决触
12、点烧蚀、火花塞积碳及高速断火等问题。在这种系统中,电容器所储存的能量可达80MJ,点火线圈不再起储能作用而只起变压器的作用。电容器储存的电能突然通过点火线圈初级绕组放电时,次级绕组感应出很高的次级电压并输向火花塞。因次级电压上升速率很高,火花塞积碳而漏电所造成的能量损失较小,因而提高了点火系统的抵抗火花塞积碳的能力;因电容器所储存的能量几乎不受发动机转速的影响,使点火系统在各种转速下均有一个较恒定的点火能量输出,改善了高低速时的点火能量特性;因通过触点的电流较小,基本排除了触点烧蚀现象。由于上述优点,特别是抵抗火花塞积碳能力较强,这种点火系统至今仍在一些二冲程发动机上应用。但这种点火系统也存在
13、火花持续时间短、对无线电干扰强、结构复杂、体积庞大、造价高等缺陷,因而只在汽车上得到短期的应用,没有能进一步发展和推广。紧随上述点火系统之后。摩托罗拉公司又开发、生产了有触点电感式半导体辅助点火系统,并在短期内应用于汽车发动机。因该系统保留了断电器触点,虽然解决了触点烧蚀等问题,但磨损等传统点火系统的部分缺陷依然存在,故也未得到推广,而很快被无触点电子点火系统所取代。60年代末至70年代初,摩托罗拉公司已开始大量生产无触点电子点火系统,完全取消了机械式断电器及其触点,从而避免了凸轮,顶块等机械磨损所造成的点火正时变化、触点烧蚀及初级能量消耗过大等缺陷。该系统用点火信号发生器取代了传统点火系统的
14、断电器和触点,用点火模块(电子点火控制器)控制初级电流的通断;不仅提高了点火系统的工作可靠性,点火能量也得到一定的提高。其点火信号发生器也出现了磁感应式、霍尔效应式、光电效应式、电磁振荡式等多种形式。这种点火系统至今仍被广泛应用于多种汽车上。1976年美国通用公司首次将微处理器应用于点火时刻控制,此后微机控制的电子点火系统的应用日渐增多,并与汽车喷射、怠速等发动机其他电子控制系统一起,进行综合控制,其点火性能也有了进一步的提高。目前,全电子点火控制装置已在汽车上得到了广泛的应用。各种点火系统基本构成比较如图1-1所示:图1-1各种点火系统基本构成比较a)传统触电式点火系统 b)晶体管辅助点火系
15、统 c)无触点电子点火系统1、点火开关 2、点火线圈附加电阻 3、点火线圈 4、触电 5、火花塞 6、电容7、点火信号感应线圈 8、电子点火器 9、电子放大器2微机控制电子点火系统主要组成部件2.1ECUECU(电子控制单元)就是整部汽车的智能控制中心,指挥协调汽车的各部分工作,同时ECU还有自动诊断功能。其中处理控制点火系统工作是ECU众多工作重要的一项。ECU只读存储器ROM中存有500多万组数据,这些数据大多数是发动机通过各种实际工作情况测量优选得出的,包括了整个汽油机工作范围内各种转速和负荷下的最佳点火提前角及喷油脉宽等有关全部数据。不同型号整车的ECU的存储数据是不同的,各厂家对数据
16、都是保密不公开的;这些数据保证了汽油机在功率性、加速性、经济性和排放控制方面达到最优组合。ECU控制点火原理发动机启动后,ECU每10ms采集一次发动机的各传感器动态参数,按预先编好的程序处理这些数据,并存入随机存储器RAM中;同时ECU还要根据电源电压大小、从其只读存储器ROM中选取出适应当前工况的高压变压器初级线圈电流导通时间,(即ECU输出宽度不同的方波电压控制高压输出系统变压器初级线圈电流大小,实现对高压输出电压大小的控制)ECU综合这些数据,从其只读存储器ROM中查找出(计算出)适应当前发动机工况的最佳点火提前角存入随机存储器RAM中,然后利用发动机转速(或转角)信号和曲轴位置信号,
17、将最佳点火提前角转换成点火时刻,即切断高压变压器初级电流的时刻。在下列情况下ECU点火实行开环控制,点火按预设程序工作。A、发动机启动时。B、重负荷时。C、节气门全开时。2.2传感器传感器就是各种不同类型及功用的测量元件,安装在发动机不同的有关部位,把发动机工况各种参数变化反馈给ECU作计算数据。在点火系统中应用的传感器主要有空气流量计及进气温度传感器、发动机转速及曲轴位置传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器及爆震传感器、氧传感等。1、发动机转速传感器 用来检测发动机曲轴的转速,作为控制系统进行运算的主要依据。2、凸轮轴位置传感器 确定曲轴基准位置和点火基准的传感器。它是保证ECU控制电
18、子点火系统正常工作最基本的信号。3、空气流量传感器 确定进气量大小的传感器,其除了用于计算基本喷油时间之外,还用作负荷信号来计算和读取基本点火提前。4、爆震传感器 用于点火提前角闭环控制系统,ECU可根据它输出的信号来判断发动机是否发生爆震,从而对点火提前角进行修正。5、节气门位置传感器 将节气门开启角度转换为电信号输入ECU,ECU根据该信号和车速传感器信号来综合判断发动机所处的工况(怠速、中等负荷、大负荷、减速),并对点火提前角进行修正。6、发动机冷却液温度传感器 此传感器信号反映发动机工作温度的高低。在微机控制点火系统中,ECU除了利用该信号对基本点火提前角进行修正之外,还要利用该信号控
19、制启动和发动机暖机期间的点火提前角。7、发动机进气温度传感器 此传感器信号反映发动机吸入空气的温度。在微机控制电子点火系统中,ECU利用该信号对基本点火提前角进行修正。2.3 高压输出1、高压输出功率三极管:在电路中起开关作用。 2、高压输出变压器:在电路中把低电压转换成高电压供火花塞点火。 3、高压线:在电路中把高压电传输到火花塞。 4、火花塞:在电路中把高压电引进汽缸并把电能量转换成热能。2.4 点火控制器点火控制器又称为点火电子组件、点火器或功率放大器,是微机控制点火系统的功率输出级,它接受ECU输出的点火控制信号并进行功率放大,以便驱动点火线圈工作。点火控制器的电路、功能与结构依车而异
20、,有的与ECU制作在同一块电路板上如北京切诺基4.0L发动机集中控制系统;有的为独立总成,并用线束和连接器与ECU相连接,如丰田轿车采用的TCCS系统;有的点火控制器结构十分简单,如奥迪200型轿车发动机电控系统和日本日产公司的ECCS系统,其点火控制器仅是一只控制点火线圈初级电流的大功率开关三极管,该点火控制器与点火线圈安装在一起并配有较大面积的散热器散热。2.5点火系统的分类:1、电感蓄能式点火系统点火系统产生高压前以点火线圈建立磁场能量的方式储存点火能量。目前汽车使用的绝大部分点火系统为电感储能式。电感蓄能式点火系统主要有微型电子计算机(ECU)、各种传感器、高压输出部分(功率管、变压器
21、、高压线、火花塞)三大部分组成。其基本组成如图2-1所示:图2-1电感储能式点火系统1、点火信号发生器2、电子点火器3、附加电阻4、点火线圈5、点火开关6、火花塞2、电容储能式点火系统点火系统产生高压前,先从电源获取能量以蓄能电容建立电场能量的方式储存点火能量。多应用于高转速发动机上,如赛车。其基本组成如图2-2所示:图2-2电容储能式点火系统1、振荡器 2、触发电路 3、点火信号发生器 C、储能电容3 微机控制电子点火系统的控制过程电喷发动机是电控燃油喷射(EFI)发动机的简称,电喷发动机点火系统的控制主要包括:点火电流的恒定控制、无分电器点火控制、点火正时控制、点火时序(判缸)控制以及点火
22、提前与爆震的控制等。3.1点火电流的恒定控制图3-1 点火电流的恒定控制原理点火线圈的初次级绕组的匝数比确定后,点火时的高压(点火线圈的次级电压)主要由初级绕组中通过的电流大小来决定。现代的发动机电子点火系统为了提高点火时的高压,点火线圈的初级均采用粗导线绕制,其内阻只有0.5左右,但这又会引起电流过大,如不加以控制会使点火线圈因电流过大而影响寿命。点火电流的恒定控制原理(见图3-1)。当功率三极管T1或T2导通时,电流经发射极负反馈电阻Rf到地。通过电阻Rf的电流越大,其上的压降也越大。如果点火电流超过规定值时(一般为6.5A),电路Rf上的压降增大,恒流控制电路开始控制使闭合角减小。继而减
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