汽车电子点火器课程设计.docx
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汽车电子点火器课程设计
课程设计说明书
题目28V初级电流1.8A点火器B型的设计
专业车辆工程
姓名
学号
指导教师
完成日期2011.7.4
课程设计任务书
1.设计题目28V初级电流1.8A点火器B型的设计
2.完成项目：
1.电子点火器有关资料调研、阅读；
2.电子点火器的电路原理图分析、设计
3.电子点火器电路的耗散功率的计算、
各元件的选择；
4.电子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
一、电子点火器有关资料调研、阅读；
1、电子点火器的设计概述
由于传统的点火器已不能适应现代汽车向高转速、高压缩比和多缸发展的需要，尤其是近几年来，为了减少污染，改善混合气的燃烧情况以及为了节油而燃用稀混合气时，都需要提高点火电压和点火能量，而传统的点火器已无法满足这些要求。
因此，从70年代以来，各国都在探索改进传统点火器的途径，并生产出了多种新型的电子点火系统。
新型电子点火系统，因无触点，无需维护，可使维修工作大大减少。
由于电子点火系统能产生更高的初级电压和火花能量，从而可使发动机起动容易，工作可靠，并具有减少排气、污染、节约能源的优点，所以，传统的点火器正在被无触点电子点火装置所取代。
2、点火器的作用
汽油发动机点火系统的作用是适时地产生电火花，点燃压缩终了的混合气，以使发动机工作。
为确保发动机稳定可靠地工作，对点火系统有如下三个基本要求：
1）、能产生足够搞的次级高压
2）、要有足够的点火能量
3）、点火时间要适当
3、汽车发电机点火器的发展趋势
一百多年来伴随着汽车的发展，汽油发动机的点火技术也逐渐提高。
1886年，第一辆以四循环内燃机为动力的汽车使用的是磁电机点火系统。
1907年，美国人首先在汽车上使用蓄电池点火装置，这种用蓄电池和发电机来提供电能的点火系统采用了点火线圈，通过断电器触点来控制点火线圈初级电流的通断，是次级产生高压。
最初的蓄电池点火系统无点火提前角自动调节装置，一直到了1931年，美国人才首先使用了能根据发动机负荷和转速的变化自动调节点火提前角的真空、离心点火提前调解装置。
此后，这种触点式点火装置逐步得到完善，在汽车上得到了广泛的应用，并被称之为“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，传统点火系统因其触点本身所固有的缺陷也越来越显现出来。
20世纪60年代初期，出现了一种称之为晶体管辅助点火系统，这种点火系统增加了一个电子放大器，使得点火性能得到了较大的提高。
晶体管辅助点火系统还保留了触点，不能完全消除由触点本身所造成的一些缺点，因此，很快就被无触点的电子点火系统所取代。
无触点电子点火系统在60年代末期开始推广应用至今，在汽车上已基本普及，传统点火系统已经逐渐被淘汰。
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，并与汽油喷射、怠速等发动机其他电子控制系统一起，实现了发动机的集中电子控制。
随着汽油发动机汽油喷射系统全面取代化油器的到来，电子点火控制系统在汽车上的使用也必将普及。
4.丰田20R型发动机用磁感应式电子点火系统
丰田20R型发动机用磁感应式电子点火系统工作原理：
①点火器中各三极管作用
VT1--发射极与集电极相连，相当于一个二极管，起温度补偿作用；
VT2--触发管，起信号检测作用；
VT3、VT4--放大作用，将VT2输出放大以驱动VT5；
VT5--大功率管，控制初级电流的通断。
②其它元件作用
VD1、VD2--反向串联后与信号发生器传感线圈并联，高转速时，使传感线圈输出的正向和负向电压稳定在某一数值，保护VT2不受损害；
VD3--与R4组成稳压电路，稳定VT1、VT2的电源电压；
VD4--当VT5管截止时，将初级绕组的自感电动势限制在某一值内，保护VT5管；
C1--消除点火信号发生器传感线圈输出电压波形上的毛刺，防止误点火；
C2--与R4组成阻容吸收电路，吸收瞬时过电压，防止误点火；
R3—正反馈电阻，作用是加速VT2（也即VT5）的翻转，从而减少VT5的翻转时间，降低VT5的温升。
③原理：
传感线圈产生正向信号电压时：
VT1截止，VT2导通，VT3截止，VT4、VT5导通，初级电路接通。
传感线圈产生负向信号电压时：
VT1导通，VT2截止，VT3导通，VT4、VT5截止，初级电路切断，磁场迅速消失，次级绕组产生高压
VT1--发射极与集电极相连，相当于一个二极管。
VTl和VT2型号相同，高温时，由于VT2的开启电压Ube降低，使VT2提前导通而滞后截止，从而导致点火滞后。
将温度特性与VT2相同的VTl和VT2并联，温度升高时，由于VTl管压降降低，使Up下降，正好补偿了温度升高对VT2的影响，使VT2的导通和截止时间与常温时基本相同。
5.解放CAl092型载货汽车磁感应式电子点火系统
解放CAl092型载货汽车磁感应式电子点火系统工作原理：
①导磁转子转动时，转子与定子爪极之间的气隙就发生周期性的变化，使通过传感线圈的磁通量也呈周期变化，传感线圈产生与发动机曲轴位置相对应的交变电动势，作为点火信号电压送入点火电子组件。
转子每转一周产生6个交变信号，其幅值与转速成正比。
②磁路：
永久磁环5的N极（设磁环上为N极，下为S极）→定子4→定子爪极与转子爪极间的气隙（约0.5mm）→转子2→传感线圈3的铁心（即转子轴1）→导磁板6→永久磁
环5的S极
③原理：
点火信号发生器输出的点火信号送人点火电子组件的②、③端，当点火信号电压下降到-100mV时，达林顿三极管VT导通，点火线圈初级绕组有电流流过，当点火信号电压上升到-100mV以上时，VT截止，初级电流被切断，在点火线圈次级绕组中便产生高压电，经分电器、高压线送至火花塞跳火。
④附加功能：
1）.限流和闭合率控制功能
限流和闭合率控制功能可使点火装置在发动机工作转速范围内保持恒定的点火能量，并可防止低速时点火线圈过热以及电源电压变化时点火能量和点火电压发生变化的现象
2）.失速慢断电功能
由于某种原因而使发动机停止运转，且点火开关仍然接通时，该组件可在0.5秒内缓慢切断点火线圈初级电流，以免由于初级电流变化太快导致点火线圈次级产生高压。
3）.低速推迟点火功能
发动机起动时（转速低于150r/min），该点火电子组件可适当推迟点火时刻，以便于发动机迅速起动。
4）.超压保护功能
当电源电压超过30V时，能自动停止点火系统的工作，以免损坏点火装置。
6.同步脉冲信号式电子点火系统工作原理：
.
电子点火系统工作原理：
该汽车电子点火器电路由同步脉冲信号发生器和开关升压电路组成，如图所示。
同步脉冲信号发生器电路由信号转子（为永久磁铁）、电磁线圈L和二极管VDl、VD2组成。
开关升压电路由晶体管Vl-V3、电阻器Rl-R5和升压变压器T组成。
发动机起动运转时，信号转子在分电器轴驱动下旋转，其凸齿与电磁线圈L铁心间的空气隙不断改变，通过L的磁通量也随之发生变化，在L上产生交变的感应电动势。
这样，信号转子每转一周，L便产生与凸齿数相同的交变信号，此交变信号经VDl整流后，控制Vl-V3，便之间歇导通。
当输入信号电压为负脉冲时，VDl截止，使Vl导通，V2截止，V3导通，T的Wl绕组中有电流流过;当输人的信号电压为正脉冲时，VDl导通，Vl截止，V2导通，V3截止，通过T的Wl绕组的电流被切断，磁场迅速消失，在W2绕组产生点火高压，此点火高压由配电器分配到各缸火花塞，点燃气缸内的混合器。
元器件选择：
RI-R5均选用1/4W金属膜电阻器。
VDl和VD2均选用1N4148型硅开关二极管;VD3选用1N4007型硅开关二极管。
Vl选用S8550型硅PNP晶体管;V2选用2SC782或2N4240、3DK2O5D型硅NPN晶体管;3选用BU932或啊10025型硅NPN达林顿晶体管。
T使用汽车点火线圈。
L使用成品电磁线圈。
二.电子点火器的电路原理图分析、设计
1.本人设计点火器如下图所示
2.电路图工作原理：
该电路点火器还具有闭合角可控、发动机停机自动断电、初级电路稳定控制等功能电路。
1）点火控制工作过程
当点火信号负脉冲输入时，信号电流流经VD3、R2、VD2、R1、VD3的正向导通电压将使V1处于反向偏压而截止。
V1截止时，其P点的电位升高，使V2导通，给V3提供了正向偏压，使V3导通。
这时，点火线圈初级电路，初级电流增长，此时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（初级通路时间\初级通断周期）。
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。
闭合角可控电路由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+—R1—VD1—VD5—C2—V1发射结—e-。
而当信号正脉冲消失时，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的截止时间也是相对增加了，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，蓄电池的电压波动大。
初级回路的电阻、电感参数设计必需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。
R8、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R8、VS6的反馈作用,增加了V1的饱和导通深度，在信号负脉动冲时V1由导通转向截止变得迟缓，这样就减少了V1的相对截止时间，也即减少了V3的相对导通时间，使点火线圈初级电流不随电源的上升而增大。
5）初级回路电阻可变控制
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点的电位上升至使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点的电位就越高，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。
三.电子点火器电路的耗散功率的计算、各元件的选择
1、本人设计28V初级电流1.8A点火器B型的设计点火器如下图所示
2、电路电流与耗散功率计算与元件的选择
设定电源最低电压为27V，则选取稳压管VS4的稳压值为26V，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1.2A，所以V3要选取达林顿管，所以ICM>1.2A，电压BVCEO>300V，β值选取200
因此V3选取TIP151
其中PCM=80W,ICM=7A,BVCEO=350V,BVEBO=8V
其耗散功率P=ICVCE=1.2A×1V=1.2W
R11:
∵IHR11>0.7V
∴R11的值为
=
Ω=0.58Ω
因此选取R11为0.58Ω
最大耗散功率P=I2R11=1.22×0.58=0.84W
故选用RT-2
VS8:
VS8根据V3的耐压值选取，故选取2CP16
其稳压值为300V过电保护作用
V2：
∵IC=1.2Aβ=200
∴I2=
=
=0.006A=6mA
所以选取3CG14
其中，PCM=100mW，hFE=40，ICM=15mA
其最大耗散功率P=ICVCE=6×10-3×0.3=1.8mW
R6：
取I2=10mA
R6=
=2360Ω所以R6取2500Ω
耗散功率P=I22R6=0.012×2500=0.25W
故选取RT-1
V1：
∵I2=10mA
∴I1=
=0.25mA
故选取3DG2C
其中PCM=100mW，ICM=30mA，hFE=25，IC=3mA
耗散功率P=ICVCE=0.25×10-3×0.3=0.075mW
R4、R5：
选取I1=3mA
R5=
=7733Ω所以R5取7.5KΩ
其最大耗散功率P=I12R5=0.0032×7.5×103=68mW
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R5
I1b=0.003/25=0.00012A
R4=（26-0.7）/0.00012=210833Ω=210.8KΩ,因此R4取200KΩ
选取RT-0.125
C2、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τ=0.004s
由于τ=（R1+R3）C2=0.004S
所以选取C2=0.1μFR1=600ΩR3=3400Ω
R1、R3都选取RT-0.125
R2：
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=280K
R2选取RT-0.125
R7：
已知IR=0.06mA,IR4=0.12mA,IR5=3mA,IR6=10mA；IR假设为漏电流
所以IR7=IR+IR4+IR5+IR6=13.18mA
当电源最低电压为27V时，稳压管VS4稳压值为26V，则此时加在R7的压降只有1V
所以R7=
103=76Ω
其最大耗散功率为P=
=13.2mW
故R7选取RT-1
VS4：
已设定VS4的稳压值为26V，最大工作电流大于I=
=82mA，
故选取2CW67
VS6、R8：
根据VS6与R8在电路中的作用，VS6的击穿电压为26V
故VS6选取2CW67,R8选取200K，选用RT-0.125
R9：
因为I2=10mAUR9=0.7×3-0.3=1.8
所以R9=
=180Ω
其耗散功率为P=
=18mW
故R9选取RT-0.125
V4：
ICE=0.2I2=2mA
故选取3CG14
其中PCM=200mW，ICM=15mA，hFE=40，IC=10mA
耗散功率P=ICVCE=2×10-3×0.3=0.6mW
R10：
Ib4=
=0.05mA
R10=
=2Ω
其最大耗散功率为P=
=0.02μW
故R10选取RT-0.125
C1、C3、C4均选取0.1μF
VD1、VD2、VD3、VD5、VD7均选取1N4001
3、电路元件选择清单
根据以上计算和元件的选择，得出元件清单及其在印刷电路板时的封装
元件称号
标称值
型号
器件封装
C1
0.1μF
CZJ8型
RAD0.1
C2
0.1μF
CZJ8型
RAD0.1
C3
0.1μF
CZJ8型
RAD0.1
C4
0.1μF
CZJ8型
RAD0.1
R1
600Ω
RT-0.125
AXIAL0.3
R2
280KΩ
RT-0.125
AXIAL0.3
R3
3400Ω
RT-0.125
AXIAL0.3
R4
200KΩ
RT-0.125
AXIAL0.3
R5
7.5KΩ
RT-0.125
AXIAL0.3
R6
2.5KΩ
RT-1
AXIAL0.3
R7
76Ω
RT-1
AXIAL0.3
R8
200K
RT-0.125
AXIAL0.3
R9
180Ω
RT-0.125
AXIAL0.3
R10
2Ω
RT-0.125
AXIAL0.3
R11
0.58Ω
RT-2
AXIAL0.3
V1
hFE>25
3DG2C
TO-18
V2
hFE>40
3CG14
TO-18
V3
hFE>200
TIP151
TO-220
V4
hFE>40
3CG14
TO-18
VD1
IN4001
DIODE0.4
VD2
IN4001
DIODE0.4
VD3
IN4001
DIODE0.4
VD5
IN4001
DIODE0.4
VD7
IN4001
DIODE0.4
VS4
2CW67
DIODE0.4
VS6
2CW67
DIODE0.4
VS8
2CP16
DIODE0.4
四.电子点火器检测电路的设计；
此种方法就是在电子点火器的输入端接上一节常用的干电池（1.5V），其输出端按照一定的方式接点火线圈和点火开关，然后利用测量初级绕组某端对地电压或观察次级绕组对地火花的方法，来判断电子点火器的好坏，如图所示。
检测时先把电压为1.5V的干电池与电子点火器的输入端接好，将电池的“+”极接粉红线，“-”极接白线，然后用万能表电压挡测量点火线圈初级绕组下端的负接线柱与搭铁之间的电压，此值应为1～2V；再按图连接电池，即把电池极性颠倒，此时再测量点火线圈初级绕组负端与搭铁之间的电压，其值应为12V。
若测量结果不是这种情况，则说明电子点火器有故障。
五.课程设计说明书的撰写、设计图与检测电路图的绘制（见A3图纸）.
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