【正文】 ...................................................................... 37 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 引 言 一百多年來(lái)，點(diǎn)火技術(shù)伴隨著汽車(chē)的發(fā)展而逐漸提高。 教師在利用 此實(shí) 驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行授課時(shí)，學(xué)生更容易理解，記憶也更深刻，學(xué)習(xí)效率將大幅 提 高 。這種點(diǎn)火系統(tǒng)不用許多高壓部件就可以提供很高的高壓電。這種點(diǎn)火系統(tǒng)叫做無(wú)分電器點(diǎn)火系統(tǒng)，也可以稱(chēng)它為直接點(diǎn)火系統(tǒng)。由于微機(jī)具有響應(yīng)速度快、控制精確 等優(yōu)點(diǎn) ， 以此 點(diǎn)火系統(tǒng) 為基礎(chǔ)， 外加傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)和電子點(diǎn)火系統(tǒng)， 設(shè)計(jì)和制作出可用于實(shí)訓(xùn)教學(xué)的 點(diǎn)火系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。 在完成 點(diǎn)火系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)和制作后，設(shè)計(jì)了 點(diǎn)火系統(tǒng) 故障設(shè)置與診斷實(shí)驗(yàn)的方法 。此后，這種點(diǎn)火裝置逐步得到 完善，并在汽車(chē)上得到了廣泛的使用，故也被稱(chēng)之為“傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)” ]1[ 。在這種系統(tǒng)中，電容器所儲(chǔ)存的能量可達(dá) 80MJ，點(diǎn)火線圈不再起儲(chǔ)能作用而只起變壓器的作用。但這種點(diǎn)火系統(tǒng)也存在火花持續(xù)時(shí)間短、對(duì)無(wú)線電干擾強(qiáng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、造價(jià)高等缺陷，因而只在汽車(chē)上得到短期的應(yīng)用，沒(méi)有能進(jìn)一步發(fā)展和推廣。 60年代末至 70年代初，摩托羅拉公司已開(kāi)始大量生產(chǎn)無(wú)觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系統(tǒng)，完全取消了機(jī)械式斷電器及其觸點(diǎn)，從而避免了凸輪，頂塊等機(jī)械磨損所造成的點(diǎn)火正時(shí)變化、觸點(diǎn)燒蝕及初級(jí)能量消耗過(guò)大等缺陷。這種點(diǎn)火系統(tǒng)至今仍被廣泛應(yīng)用于多種汽車(chē)上。 其中處理控制點(diǎn)火系統(tǒng)工作是 ECU 眾多工作重要的一項(xiàng)。 在下列情況下 ECU 點(diǎn)火實(shí)行開(kāi)環(huán)控制，點(diǎn)火按預(yù)設(shè)程序工作 。 傳感器 傳感器就是各種不同類(lèi)型及功用的測(cè)量元件，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)不同的有關(guān)部位，把發(fā)動(dòng)機(jī)工況各種參數(shù)變化反饋給 ECU 作計(jì)算數(shù)據(jù)。它是保證 ECU控制電子點(diǎn)火系統(tǒng)正常工作最基 本的信號(hào)。 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器 此傳感器信號(hào)反映發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度的高低。 高壓輸出 高壓輸出功率三極管：在電路中起開(kāi)關(guān)作用。 點(diǎn)火控制器 點(diǎn)火控制器又稱(chēng)為點(diǎn)火電子組件、點(diǎn)火器或功率放大器，是微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的功率輸出級(jí)，它接受 ECU 輸出的點(diǎn)火控制信號(hào)并進(jìn)行功率放大，以便驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火線圈工作。 電感蓄能式點(diǎn)火系統(tǒng)主要有微型電子計(jì)算機(jī)（ ECU）、各種傳感器、高壓輸出部分（功率管、變壓器、高壓線、火花塞）三大部分組成。 點(diǎn)火 電流 的恒定控制 圖 31 點(diǎn)火 電流 的恒定控制原理 點(diǎn)火線圈的初／次級(jí)繞組的匝數(shù)比確定后，點(diǎn)火時(shí)的高壓（點(diǎn)火線圈的 次級(jí) 電壓 ）主要由初級(jí)繞組中通過(guò)的 電流 大小來(lái)決定。通過(guò) 電阻 Rf的電流越大，其上的壓降也越大。 無(wú)分電器電子點(diǎn)火 控制 為了進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的可靠性、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，現(xiàn)代的發(fā)動(dòng)機(jī)尤其是天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)越來(lái)越多地采用無(wú)分電器電子點(diǎn)火。 該電路的特點(diǎn)是每?jī)蓚€(gè)缸的火花塞共用一只點(diǎn)火線圈，點(diǎn)火線圈的次級(jí)繞組的兩端采用開(kāi)放式分別接兩個(gè)缸上的火花塞。 在兩個(gè)缸的火花塞同時(shí)跳火時(shí)，一個(gè)缸的活塞處于排氣行程的上止點(diǎn)；另一個(gè)缸的活塞處于壓縮行程的上止點(diǎn)。 在無(wú)分電器同時(shí)點(diǎn)火方式中，為了降低成本和節(jié)省發(fā)動(dòng)機(jī)周?chē)目臻g，還采用一種初級(jí)繞組帶中間抽頭的點(diǎn)火線圈，獨(dú)立完成對(duì)各缸的點(diǎn)火 ]9[ 。其電流流向?yàn)椋捍渭?jí)繞組的ｂ端 → 二極管 D4→ 4 缸火 花塞的中央電極和旁電極 → 蓄電池負(fù)極（車(chē)身） → 1 缸火花塞的旁電極和中央電極 → 二極管 D1→ 次級(jí)繞組的ａ端。 后，發(fā)動(dòng)機(jī) ECU 根據(jù)曲軸的位置 傳感器 和同步信號(hào) 傳感器送來(lái)的信號(hào)，向三極管 T2 發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)（ 2 缸和 3 缸的同時(shí)點(diǎn)火信號(hào)），這時(shí)三極管 T2 導(dǎo)通 T1 截止。這時(shí) 2 和 3 兩個(gè)缸的火花塞同時(shí)跳火， 3 缸的活塞處于壓縮行程的上止點(diǎn)位置，火花塞的跳火是有效的，而 2 缸的活塞是處于排氣行程，因而其火花塞的跳火是無(wú)效的。 圖 32 無(wú)分電器單獨(dú)順序點(diǎn)火的基本電路 該無(wú)分電器點(diǎn)火系統(tǒng)中的工作點(diǎn)火順序與常規(guī)的發(fā)動(dòng)機(jī)按工作順序點(diǎn)火的原理相同。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)， ECU 將按照該發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)火順序（如 1342）依次向 1 缸、 3 缸、 4 缸、 2 缸發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)，使相應(yīng)氣缸的火 花塞跳火。 4 個(gè)槽為一組，兩組槽相隔 180176。當(dāng)飛輪上的槽齒不經(jīng)過(guò)霍爾傳感器的期間，無(wú)霍爾 電壓 產(chǎn)生，輸出 的低電平信號(hào)。點(diǎn)火只應(yīng)在活塞處于壓縮行程的氣缸發(fā)生。氣缸判別是由安裝在分電器內(nèi)的同步信號(hào) 傳感器 來(lái)完成的，它也多是霍爾傳感器（見(jiàn)圖 36） 點(diǎn)火時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生的原理。），經(jīng) 2： 1 傳動(dòng)脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈（ 360176。同步信號(hào)傳感器也是發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的重要傳感器，一旦其發(fā)生故障，發(fā)動(dòng)機(jī)將不可啟動(dòng) 。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)因使用的燃料品質(zhì)不同、轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的不同以及進(jìn)氣量和水溫的不同等諸多因素，會(huì)引起最佳點(diǎn)火時(shí)刻的偏移，甚至還會(huì)產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。 實(shí)際工作時(shí)它由初始點(diǎn)火提前角、基本點(diǎn)火提前角和修正點(diǎn)火提前角三者組成 。 左右或不提前點(diǎn) 火。因 此 ECU 根據(jù)各種 傳感器 送來(lái)的信號(hào)，要不斷地修正點(diǎn)火提前角。 ECU 時(shí)刻監(jiān)視著各種傳感器送來(lái)的信號(hào)，不斷地修正發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的點(diǎn)火提前角。因此必須加以控制。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 39 爆震控制 的原理分析 （ 2） 點(diǎn)火提前角過(guò)大容 易 產(chǎn)生爆震。它安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上，直接檢測(cè)機(jī)體的振動(dòng)。 在發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷工作時(shí)由于進(jìn)氣量大，缸內(nèi)燃燒速度快，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高，這時(shí)極易發(fā)生爆震（爆震的 頻率 為 6kHz 左右）， ECU 開(kāi)始實(shí)行閉環(huán)控制（見(jiàn)圖 39） 爆震控制的原理分析。當(dāng) ECU 每使 點(diǎn)火提前角減小一點(diǎn)時(shí)，就 “ 查看 ” 一下是否還存在爆震。這一系列調(diào)整是利用電子技術(shù)在瞬間完成的 ]13[ 。 故需較高的電壓才能跳火。 發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)的要求 能產(chǎn)生足以擊穿火花塞電極間隙的高壓電 火花塞電極間能產(chǎn)生火花時(shí)所需要的電壓，稱(chēng)為擊穿電壓或稱(chēng)為跳火電壓。但是在起動(dòng)時(shí)，為保證可靠點(diǎn)火，火花塞的點(diǎn)火能量可達(dá)到 100mJ。 （ 3） 這種數(shù)字式電子點(diǎn)火系統(tǒng)還能將點(diǎn)火時(shí)間智能控制在臨爆點(diǎn)或微爆點(diǎn)范圍，使 汽油機(jī)在功率、經(jīng)濟(jì)性、加速性和排放控制方面達(dá)到最優(yōu) ]15[ 。 電子點(diǎn)火系統(tǒng)故障診斷的一般原則 不 能 以刮火法來(lái)檢查電路是否通路 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 在傳統(tǒng)觸點(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng)中，我們常常以刮火的方法來(lái)檢查某點(diǎn)是否有電壓，或某 段電路是否通路 。這是因?yàn)?:控制系統(tǒng)以外的線路故障、器件性能不良故障的故障率一般高于控制器、傳感器等，且檢查也相對(duì)較為容易 ，先行檢查，往往可以用較為簡(jiǎn)單的方法就可以將故障排除，避免對(duì)控制系統(tǒng)作繁雜的檢查，而真正的故障卻還未找到。既可避免對(duì)無(wú)關(guān)的部位和器件作無(wú)謂的檢查，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，又可防止對(duì)一些有關(guān)的部位漏檢而不能迅速排除故障 ]61[ 。為準(zhǔn)確檢判故障的需要，應(yīng)先準(zhǔn)備好維修車(chē)輛的有關(guān)檢修數(shù)據(jù)資料。 （ 2）火花弱而使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)、排氣管放炮、不能啟動(dòng)等。 表 4— 1列舉了非電子控制點(diǎn)火時(shí)間的電子點(diǎn)火系統(tǒng)可能的 故障部位和對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的影響。 保養(yǎng)的項(xiàng)目是：更換機(jī)油、機(jī)濾、空濾、剎車(chē)油、轉(zhuǎn)向助力油，更換火花塞，清洗節(jié)氣門(mén)，在做完這些項(xiàng)目之后，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，出現(xiàn)的現(xiàn)象是：怠速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)的更加厲害。 1）診斷排查怠速控制電機(jī)其控制機(jī)構(gòu)都運(yùn)行正常。 5）通過(guò)逐缸斷火試驗(yàn)，各缸無(wú)斷火現(xiàn)象。同時(shí)，由于火花弱小，還能造成混合氣燃燒不完全，因而使發(fā)動(dòng)機(jī)排氣冒黑煙，功率下降，汽油消耗增多。 以此為設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方案定為： 第一步，確定車(chē)型，奧迪 A6 轎車(chē)是一汽大眾汽車(chē)有限公司與德國(guó)奧迪公司同步生產(chǎn)的具有設(shè)計(jì)先進(jìn)、功能齊備、技術(shù)領(lǐng)先的全新車(chē)型，無(wú)論是外形設(shè)計(jì)，還是技術(shù)含量都達(dá)到了世界頂尖水準(zhǔn)，為豪華型高檔轎車(chē)。 第 三 步 ， 教具 實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板控制電路的設(shè)計(jì) 。 第七步，元件擺放的設(shè)計(jì)。 在試驗(yàn)臺(tái)的實(shí)際使用過(guò)程中， 面板 （ 圖 61） 是進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)、電路分析、故障診斷與排除的平臺(tái)，所以是 實(shí)驗(yàn)臺(tái) 總體設(shè)計(jì)中的極其重要和關(guān)鍵的一環(huán)。在進(jìn)行繪制之前，我對(duì) 奧迪 A6 點(diǎn)火系統(tǒng) 的相關(guān)資料進(jìn)行了查閱和 收 集，同時(shí)為了繪圖的準(zhǔn)確性和標(biāo)準(zhǔn)性，研習(xí)了大眾車(chē)系電路圖的畫(huà)法， 并以 奧迪 A6 原廠全車(chē)電路圖作為制圖參照 ； 第三部分為點(diǎn)火系統(tǒng)電腦端子檢測(cè)點(diǎn)圖 ,可以通過(guò)他來(lái)檢測(cè)電腦線束插頭端子 ,省去拔電腦線束插頭 ,以免損壞電腦； 第五部分為電腦診斷座插頭端子名稱(chēng)； 第六部分為研制單位名稱(chēng)。 形象直觀的再現(xiàn)了點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理，還根據(jù)實(shí)車(chē)中的常發(fā)故障現(xiàn)象，在電路中 設(shè)置 了 檢測(cè)端子，通過(guò)專(zhuān)用檢測(cè)儀器可進(jìn)行各 主要 傳感器、執(zhí)行器的電壓檢測(cè)。 3)、執(zhí)行器：點(diǎn)火器。當(dāng)打開(kāi)此開(kāi)關(guān)時(shí)， 15 號(hào)線經(jīng)此開(kāi)關(guān)將電源送入點(diǎn)火系統(tǒng)各部件，點(diǎn)火系統(tǒng)開(kāi)始工作；當(dāng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)處于 OFF 位置時(shí)，點(diǎn)火系統(tǒng)停止工作 。 圖 62 進(jìn)氣溫度傳感器 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 檢測(cè)點(diǎn)的設(shè)置：在進(jìn)氣溫度傳感器電源線與 ECU 之間。 圖 63 冷卻液溫度傳感器 檢測(cè)點(diǎn)的設(shè)置：在冷卻液溫度傳感器信號(hào)線與 ECU 之間。 圖 64 空氣流量傳感器 檢測(cè)點(diǎn)的設(shè)置：在空氣流量傳感器信號(hào)線與 ECU 之間。 圖 65 凸輪軸位置傳感器 檢測(cè)點(diǎn)的設(shè)置：在凸輪軸位置傳感器信號(hào)線與 ECU 之間。 圖 66 爆震傳感器 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 檢測(cè)點(diǎn)的設(shè)置：在爆震傳感器電源線與 ECU 之間。 檢測(cè)點(diǎn)的設(shè)置：節(jié)氣門(mén)閥控制單元電源線與 ECU 之間。 9)、點(diǎn)火線圈 II：通過(guò)通斷初級(jí)線圈電路，在次級(jí)繞組中感應(yīng)出很高的電動(dòng)勢(shì)，該高壓電經(jīng)分電器分配給 2 缸火花塞，擊穿火花塞 電極 間隙，點(diǎn)燃可燃混合氣。 檢測(cè)點(diǎn)的設(shè)置：點(diǎn)火線圈 III 電源線與 ECU 之間。 檢測(cè)點(diǎn)的設(shè)置：點(diǎn)火線圈 IV 信號(hào)線與 ECU 之間。 用來(lái)顯示執(zhí)行元件工作情況的發(fā)光二極管 （如圖 72） 是 串接電阻后與執(zhí)行器并聯(lián) ，二極管的正常工作電流在 10 至 30 毫安，正常壓降值在 至 3V 范圍內(nèi)，因此需要串聯(lián)一個(gè) 500 歐姆左右的電阻用來(lái)分擔(dān)電壓，當(dāng)執(zhí)行元件工作時(shí)二極管點(diǎn)亮，指示執(zhí)行元件處于工作狀態(tài)。 平均每變化 10℃引起的附加誤差不超過(guò)基本誤差值。 10%，最大 150mA — 工作溫度范圍： 0℃～ 50℃ 圖 73 數(shù)字電壓表簡(jiǎn)圖 — 外形尺寸：寬 79mm 高 深 — 安裝開(kāi)孔尺寸： 76mm 39mm 數(shù)字式電壓表的工作電壓為 5V，所以需要通過(guò) 7805 穩(wěn)壓塊將蓄電池的 12V 電壓轉(zhuǎn)換成 5V 電壓為電壓表供電 。 在面板電路 的設(shè)計(jì)中設(shè)置了十對(duì)檢測(cè)點(diǎn)，因此在控制電路中對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)了十個(gè)故障開(kāi)關(guān) ，在電腦檢測(cè)端子上也相應(yīng)的設(shè)置十個(gè)檢測(cè)端子（電腦檢測(cè)端子與控制電路中故障點(diǎn)的連接方法如圖 74 所示）， 在電路中 每一個(gè)故障檢測(cè)點(diǎn)為直徑 6 ㎜測(cè)試點(diǎn)，在電腦檢測(cè)端子上，每一個(gè)故障檢測(cè)點(diǎn)為直徑 的測(cè)試點(diǎn) ； 其中綠色檢測(cè)端子在線路圖上 ,紅色檢測(cè)端子在電腦上 , 可以通過(guò)他來(lái)檢測(cè)電腦線束插頭端子 ,省去拔電腦線束插頭 ,以免損壞電腦。 2）冷卻液溫度傳感器故障 故障現(xiàn)象：由于控制器不能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度情況及時(shí)準(zhǔn)確地修正點(diǎn)火提前角，造成發(fā)動(dòng)機(jī)啟 動(dòng)困難、運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)、功率下降等。 4）凸輪軸位置傳感器故障 故障現(xiàn)象：無(wú)法識(shí)別出第一次點(diǎn)火時(shí)刻，使發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法正常工作。 6）爆震傳感器故障 故障現(xiàn)象：會(huì)使控制系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生爆震時(shí)不能及時(shí)減小點(diǎn)火提前角，造成發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常在 爆震 狀況下工作。 8） 點(diǎn)火線圈 II 故障 故障現(xiàn)象： 2 缸缺火，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作不平穩(wěn)。 儀表控制電路的設(shè)計(jì) 數(shù)字儀表的 工作電壓為直流 5 伏。 7805 穩(wěn)壓塊的 原理及 外形 （ 如圖 75 和圖 76 所示） ： 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 圖 75 7805 穩(wěn)壓塊 原理圖 圖 76 穩(wěn)壓塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 8 教具臺(tái)架 圖的設(shè)計(jì) 為了能方便大家