汽车电气设备期末考查

汽车电气设备期末考查交通工程学院指导老师：姚国仲课题：（一）、霍尔效应式电子点火系统的结构、特点和工作原理；（二）、结合一个实例分析霍尔效应式点火系统的控制电路工作原理。小组成员班级学号成绩张学俊车辆121201210603111汪力军车辆121201210603223廖凭皓车辆1212012106031192015年1月9日星期五-1-目录第一章霍尔效应式电子点火系统电子点火系统的分类·································2电子点火系统的结构·································3霍尔效应原理·······································4霍尔效应式点火信号发生器组成·······················4第二章桑塔纳霍尔式电子点火系统实例桑塔纳轿车的电子点火系统组成·······················7霍尔式电子点火系统故障检测方法·····················8参考文献·········································10-2-第一章霍尔效应式电子点火系统电子点火系统的分类在生产和使用的汽车上，大都采用了不同形式的电子点火系统，认识和了解这些电子点火系统，对于正确使用和维护保养车朝十分必要。电子点火系统的分类见下表。电子点火系统的分类按储能型式电感式结构简单电容式结构复杂，多用于赛车按传感器结构形式磁感应式结构简单，点火比较可靠霍尔式结构比较简单，点火可靠光电式结构比较复杂，性能不够稳定电磁振荡式结构比较复杂，多用于赛车按控制方式电子控制器式点火控制比较精确可靠微机控制式分配式和直接式点火控制精确可靠传统点火系统的缺点：1.触点容易烧蚀；2.受触电允许电流强度限制（一般不超过5A），致使次级电压及火花能量的提高受到限制；3.初级电流和次级电压的大小随发动机转速的升高和气缸数的增多而下降，使多缸发动机高速时点火不可靠；4.次级电压上升速率比较慢，对火花塞积炭和污染比较敏感。这也是为什么我们会使用电子点火系统。电子点火系统以蓄电池和发电机为电源，借点火线圈和由半导体器件(晶体三极管)组成的点火控制器将电源提供的低压电转变为高压电，再通过分电器分配到各缸火花塞，使火花塞两电极之间产生电火花，点燃可燃混合气。与传统蓄电池点火系统相比具有点火可靠、使用方便等优点，是目前国内外汽车上广泛采用的点火系统。点火系统在引擎运转时所扮演的角色是在任何引擎转速及不同的引擎负荷下，均能在适当的时机提供足够的电压，使火花塞能产生足以点燃汽缸内混合气的火花，让引擎得到最佳的燃烧效率。现代的点火提前装置则已改由引擎管理电脑所控制，电脑收集引擎转速、进气歧管压力或空气流量、节气门位置、电瓶电压、水温、爆震等讯号，算出最佳点火正时提前角度，再发出点火讯号，达到控制点火正时的目的。现-3-电子点火系统的结构1、点火开关用来控制仪表电路、点火系统初级电路以及起动机继电器电路的开与闭。2、点火线圈相当于自耦变压器，用来将电源供给的12V、24V或6V的低压直流电转变为15～20kV的高压直流电。3、分电器由断电器、配电器、电容器和点火提前调节装置等组成。它用来在发动机工作时接通与切断点火系统的初级电路，使点火线圈的次级绕组中产生高压电，并按发动机要求的点火时刻与点火顺序，将点火线圈产生的高压电分配到相应气缸的火花塞上。4、火花塞由中心电极和侧电极组成，安装在发动机的燃烧室中，用来将点火线圈产生的高压电引入燃烧室，点燃燃烧室内的可燃混合气。5、点火控制器点火控制器就是所谓的点火模块，它是为一电子点火控制器。在环境不同时，通过选择金属探棒跟紫外光敏管来配合使用，实现点火、提示和信号传送的自动化。它的优点在于它的体积小，重量轻，易点火，反应速度较快。其功能是:接受从点火信号传感器传来的点火信号按各缸点火顺序要求，定时向各缸点火线圈播送低压电能.以保证各拉缸火花塞适时产生电火花，点燃混合气。6、点火信号发生器信号发生器由信号转子、光源和光接收器等组成。通过一个光敏二极管作为光接收器接收发光二极管发射的光源。信号转子由分电器轴驱动，其上的叶片（遮光片）数与发动机的气缸数相等。当信号转子随分电器轴旋转时，叶片和缺口不断地经过光源和光敏二极管之间，光敏管在光源照射下，输出低电平，在没有光源的情况下，输出高电平，故产生脉冲信号，经过电子控制器处理后，输出点火信号。7、电控单元ECU一般是汽车内部系统控制模块的代名词。ECU的主要部分是微机，而核心件是CPU。ECU将输入信号转化为数字形式，根据存储的参考数据进行对比加工，计算出输出值，输出信号再经功率放大去控制若干个调节伺服元件，因此，ECU实际上是一个“电子控制单元”（ElectronicControlUnit），它是由输入电路、微机和输出电路等三部分组成。电控单元(ECU)是电控系统的核心，安装在轿车右前轮罩后板处。8、电源提供点火系统工作时所需的能量，由蓄电池和发电机构成，其标准电压一般为12V。-4-霍尔效应原理当电流通过放在磁场中的半导体基片（也称霍尔元件）且电流方向和磁场方向垂直时，在垂直于电流和磁通的半导体基片的横向侧面上即产生一个电压，这个电压称为霍尔电压UH.霍尔电压UH的高低与通过的电流I和磁感应强度B成正比。UH=I·B·RH/d式中:RH—霍尔系数，由霍尔元件的材料决定；d—基片厚度；I—外加电流；B—外加磁场的磁感应强度；UH—霍尔电压。从上式可以看出，霍尔元件的材料和厚度确定后，如果电流I为定值，则UH大小完全由磁感应强度B决定，并与磁感应强度成正比。如果用一带缺口的遮挡盘周期地遮挡磁力线，改变通过霍尔元件的磁感应强度大小，则霍尔电压也将周期地产生。霍尔效应式点火信号发生器就是根据这个原理，将霍尔元件和放大器运用集成电路技术集中于同一基板上制成，所以又称为霍尔发生器。霍尔效应式点火信号发生器组成霍尔效应式点火信号发生器主要由导磁转子和信号触发开关组成。信号触发开关由霍尔集成块和带导磁板的永久磁铁组成。霍尔集成块除外层的霍尔元件外，同一基层的其他部分为集成电路，用于将霍尔元件产生的微弱信号进行放大、整形及温度修正等。导磁转子有与汽缸数相同的叶片，与分火头为一体，套装在分电器轴上部。-5-分电器轴转动时，导磁转子由离心点火提前装置带动而随分电器轴一起转动，当导磁转子的叶片插入信号触发开关的缝隙时，导磁叶片将磁路短路，此时霍尔元件上无磁通量而不产生霍尔电压；当导磁转子的缺口（叶片离开）时，磁路经空气隙、导磁板、霍尔元件形成闭合回路，霍尔元件上的磁通量加强而产生霍尔电压。分电器轴转动一周，霍尔元件产生与汽缸数相同的霍尔电压脉冲，再经集成电路整形、放大后输出与霍尔电压反相的方波电压脉冲。-6-捷达、桑塔纳系列轿车采用以霍尔元件为传感器的无触点晶体管点火系统，它点火图2-10火花塞的结构能量大，且经久耐用，质量稳定。当点火开关接通，发动机转动，霍尔式传感器触发叶轮的叶片进入传感器的气隙时，传感器输出高电平，通过线束连接器加到点火控制器信号输入端子“6”，控制器内部集成电路根据发动机转速、电源电压和点火线圈的特性参数工作，并从控制信号输出端“1、4”输出高电平使达林顿三极管导通，接通点火线圈一次绕组，一次电流的电路为：蓄电池正极→点火开关→点火线圈“+（15）”端子→一次绕组→点火线圈“—（1）”端子→点火控制器端子“1”→达林顿三极管→限流控制采样电阻→控制器端子“2”→搭铁回到蓄电池负极。当传感器触发叶轮的叶片离开气隙时，传感器输出的信号电压由高电平转变为低电平，并输入点火控制器，控制器接收到低电平信号后，立即输出低电平使达林顿三极管截止，切断点火线圈初级电流，二次绕组中便感应产生高压电，供各缸火花塞跳火点燃可燃混合气。霍尔式电子点火系统在火花塞跳火时，信号电压是从高电平转变为低电平（对应于方波信号的下降沿）进行触发，通常将这种触发点火方式称为下降沿触发点火方式。霍尔信号发生器的优点是点火正时性能稳定，精度高，耐久性好，不受灰尘、油污的影响，并且霍尔电压与转速无关，所以低速性能好。-7-第二章桑塔纳霍尔式电子点火系统实例桑塔纳轿车的电子点火系统组成桑塔纳轿车采用霍尔效应式电子点火系统主要包括有霍尔信号传感器的分电器，点火控制器，高能点火线圈，火花塞,点火开关和蓄电池等组成。点火控制器安装在前挡风玻璃的右前方，有7个接线端子，其中1号接线端子通过绿色导线与点火线圈的负极（-1）相连，2号接线端搭铁（棕色导线），3号与5号接线端子接霍尔分电器，其中5号线（呈红色）为信号发生电源，6号线（绿白线）为信号线。3号线（棕白色）为电源－信号共用负极（即搭铁）。４号线（黑色）为点火控制器电源线。１号接线端子和２号接线端子之间为点火控制器的大功率三极管，７号接线端子没用（不使用）。其接线图如图1所示。霍尔信号发生器是根据霍尔效应原理制成的，它装在分电器内。霍尔信号发生器，它由触发叶轮和霍尔传感器组成。触发叶轮像传统的分电器凸轮一样，套在分电器轴的上部，它可以随分电器轴一起转动，又能相对分电器轴作少量转动，以保证离心调节装置正常工作。触发叶轮的叶片数与气缸数相等，其上部套装分火头，与触发叶轮一起转动。霍尔传感器由带导板(导磁)的永久磁铁和霍尔集成块组成，触发叶轮的叶片在霍尔集成块和永久磁铁之间转动。霍尔集成块包括霍尔元件和集成电路。由于霍尔信号发生器工作时，霍尔元件产生的霍尔电压Uh是mV级的，信号很微弱，还需进行信号处理。这一任务由集成电路完成，这样霍尔元件产生的霍尔电压Uh信号，还要经过放大、脉冲整形，最后以整齐的矩形脉冲（方波）信号Ug输出。霍尔信号发生器是一个有源器件，它需要提供电源才能工作。霍尔集成块的电源由点火器提供。霍尔集成电路输出极的集电极为开路输出形式，其集电极的负载电阻在点火器内设置。霍尔信号发生器有三根引出线且与点火器相连接，其-8-中一根是电源输入线（红黑色线)一根是信号输出线（绿白色线），一根是接地线（棕白色线）9J霍尔信号发生器外壳的三线插座分别标有“+”、“0”、“-”符号。分电器工作时，叶片随分电器轴转动，每当叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙时，霍尔集成块中的磁场即被触发叶轮的叶片旁路（或称隔磁），这时霍尔元件不产生霍尔电压，集成电路输出极的三极管处于截止状态，信号发生器输出高电位。当触发叶轮的叶片离开空气隙时，永久磁铁的磁通便通过霍尔集成块经导板构成回路，这时霍尔元件产生霍尔电压，集成电路输出极的三极管处于导通状态,信号发生器输出低电位。分电器轴转一圈，输出4个方波。触发叶轮的转向从上向下看时是顺时针方向。当叶轮缺口的后边缘转动使磁极端面只露一半时，信号输出端的电压瞬间从低电位跳到高电位，此时就是点火时刻。霍尔点火器与信号发生器通过二线插头相联接，当信号输出端把信号输入到点火控制器后，经过其内部电路处理，控制一只大功率三极管，进而控制点火线圈，使点火线圈高压输出端输出高压脉冲到火花塞点火。霍尔点火器实质上是个电子开关，它受霍尔传感器产生的信号电压控制。点火控制器还具有停机自动断电功能，以保护点火线圈不被烧坏。不仅如此，该点火控制器还具有限流控制功能，当检测到点火线圈中电流值小于额定值的94％时，控制电路在输入信号向低电平转换前加大电流的上升率，保证初级线圈产生足够的磁性。闭合角控制功能，它可以根据发动机的工作转速、电源电压及点火线圈的性能，对闭合角不断调节，使得一次侧电路接通时间，在发动机的工作转速范围之内基本保持不变，从而使发动机高速时有足够的点火能量和点火电压，不致发生断火现象；低速时不致因点火线圈和点火电子组件过度发热而影响其使用寿命。与磁感应式电子点火装置相比，霍尔式电子点火装置由于其点火信号发生器输出的点火信号幅值波形不受发动机转速的影响,即使发动机转速很低时,也能输出稳定的点火信号，因此低速性能好，有利于发动机的起动，并且发动机在任何工况下，霍尔式点火信号发生器均能输出高低电平时间比一定的方波信号，故点火正时精