汽油機噴油器電路設(shè)計畢業(yè)設(shè)計報告書

常州工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文PAGE目錄目錄 1第一部分設(shè)計任務(wù)與調(diào)研 21.1畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù) 21.2設(shè)計的思路和方法 21.3總結(jié) 3第二部分設(shè)計說明 42.1工作原理 42.2設(shè)計方案 5第三部分設(shè)計成果 113.1實物圖展示 113.2產(chǎn)品介紹 11第四部分結(jié)束語 12第五部分致謝 13第六部分參考文獻 14

第一部分設(shè)計任務(wù)與調(diào)研1.1畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)1.確定設(shè)計一款模擬發(fā)動機控制模塊根據(jù)各種傳感器的信號控制噴油器噴油時刻和噴油脈沖過程的工作電路.2.通過收集的資料確定所需要制作電路的元件.3.熟悉工作電路的運行原理.1.2設(shè)計的思路和方法1．設(shè)計思路：任何一種電子控制汽油噴射裝置，都是由噴油油路，傳感器組和電子控制單元(微型電腦)三大部分組成。當(dāng)噴射器安裝在原來化油器位置上，稱為單點電控燃油噴射裝置；當(dāng)噴射器安裝在每個氣缸的進氣管上，稱為多點電控燃油噴射裝置，電控單元發(fā)出的指令信號可將噴射器頭部的針閥打開，將燃油噴出。傳感器好像人的眼耳鼻等器官，專門接受溫度，混合氣濃度，空氣流量和壓力，曲軸轉(zhuǎn)速等數(shù)值并傳送給“中樞神經(jīng)”的電子控制單元。電子控制單元是一個微計算機，內(nèi)有集成電路以及其它精密的電子元件。它匯集了發(fā)動機上各個傳感器采集的信號和點火分電器的信號，在千分之幾十秒內(nèi)分析和計算出下一個循環(huán)所需供給的油量，并及時向噴射器發(fā)出噴油的指令，使燃油和空氣形成理想的混合氣進入氣缸燃燒產(chǎn)生動力.所以我將使用STC12C5204AD單片機用來控制各個傳感器發(fā)送的信號，作為電路板中的ECU，通過使用晶體振蕩器等元件代替各個位置的傳感器接收發(fā)送信號，從而帶動整個電路正常運轉(zhuǎn)。2．方法：（1）通過在網(wǎng)上學(xué)習(xí)汽油機噴油器相關(guān)原理；（2）圖書館查詢收集資料，收集所需要的文獻；（3）尋找相關(guān)專業(yè)老師進行學(xué)習(xí)、指導(dǎo)。

1.3總結(jié)汽油機噴油器是汽油機電控噴射系統(tǒng)中核心部件之一，其性能的好壞直接影響到發(fā)動機的經(jīng)濟性、動力性和排放性能。噴油器的性能是決定電控系統(tǒng)設(shè)計的重要因素，直接影響燃油控制單元的精確性。為了進一步研究噴油器，就需要研究和開發(fā)能夠評價和測試噴油器特性的裝置和設(shè)備。本文對噴油器動態(tài)過程進行了分析，從理論上對噴油器工作原理進行了分析和研究，為噴油器驅(qū)動電路的電阻、電流特性測試開發(fā)提供了一定的理論依據(jù)。同時，完成了該測試系統(tǒng)電子控制單元的設(shè)計和開發(fā)，可以控制或檢測測試系統(tǒng)的狀態(tài)，并且設(shè)計了一套簡便易操作的測試軟件，為試驗提供了方便的操作環(huán)境。汽油機噴油器下線檢測系統(tǒng)的設(shè)計主要分為硬件電路設(shè)計、軟件編程、控制面板設(shè)計等。以高阻型噴油器為研究對象，對其電阻和電流特性進行測試并對測試結(jié)果加以分析總結(jié)，得出了該噴油器動態(tài)響應(yīng)特性的重要參數(shù)。試驗結(jié)果表明，本測試系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，能夠準確地測試汽油機噴油器的電阻、電流值。本測試系統(tǒng)的研究成功，為汽油機噴油器的實際開發(fā)提供了一個良好的測試平臺。

第二部分設(shè)計說明2.1工作原理噴油器是電噴系統(tǒng)中的一個執(zhí)行元件，即接受發(fā)動機控制單元STC12C5204AD單片機的噴油信號，定時定量噴出汽油。其實，噴油器就是一個電磁閥，噴油器內(nèi)部有個電磁線圈，外面經(jīng)插座與STC12C5204AD單片機相連，噴油器頭部的針閥與銜鐵連為一體。當(dāng)電磁線圈通電時，便產(chǎn)生吸力，將銜鐵和針閥吸起，打開噴油孔、燃油經(jīng)針閥頭部的軸針和噴孔之間的環(huán)形間隙高速噴出，并形成霧狀，與空氣很好地混合。使混合氣在氣缸內(nèi)的燃燒更充分，也正是噴油器在燃油霧化方面比化油器更好，才保證了電噴發(fā)動機的燃燒更完全、廢氣污染物排放更少。電磁線圈不通電時，磁力消失，彈簧將銜鐵和針閻下壓，關(guān)閉噴孔停止噴油。噴油器針閥升程很小，一般為0.1mm~0.2mm在百分之一秒左右的時間內(nèi)開啟和關(guān)閉，然而就是這0.1mm和百分之一秒保證了發(fā)動機的正常工作，因此，噴油器是一個精密裝置。如果汽油中含有雜質(zhì)，將會影響到噴油器的正常工作，為了避免噴油器被雜質(zhì)堵塞，除了要在供油管路中安裝燃油濾清器外，在每個噴油器尾部也都必須布置一個燃油濾清器。在設(shè)計制造方面，為了避免油管內(nèi)汽油在高溫下形成氣泡，影響噴油效果，噴油器在進氣管上的安裝位置必須能保證較好地隔絕從發(fā)動機傳來的熱量，供油管路的布置也必須考慮到這一點。電子控制系統(tǒng)由、各類傳感器和執(zhí)行器組成。STC12C5204AD單片機根據(jù)各個傳感器的輸入信號進行處理，精確計算出最終噴油持續(xù)時間和點火時間，控制怠速和快怠速，從而使發(fā)動機得到最佳動力性和經(jīng)濟性。STC12C5204AD單片機得到信號后，能指令延長或縮短噴油時間，使噴油量與進氣歧管真空度相匹配。當(dāng)節(jié)氣門開啟時，大量空氣進入氣缸，進氣歧管真空度降低，那么傳感器會輸出信號使STC12C5204AD單片機增加噴油時間，噴出較多燃油以恒定空燃比。當(dāng)節(jié)氣門關(guān)閉時，流入氣缸的空氣減少，進氣歧管真空度提高，那么傳感器會輸出信號使STC12C5204AD單片機減少噴油時間，以便減少噴油量。2.2設(shè)計方案2.2.1通過使用pretel99se根據(jù)研究設(shè)計的元件初步設(shè)計的電路圖：圖2.1汽油機噴油器工作電路2.2.2汽油機噴油器工作電路元件清單表1元件清單元件編號元件類型參數(shù)R1、R2、R3、R4電阻10KR5、R6電阻5W/10ΩR7電阻470ΩR8電阻1KCT1、CT2電解電容22ufCT3電解電容10ufC1、C2瓷片電容0.1ufD1二極管1N4007Q1場效應(yīng)晶體管IRF540Q2集成穩(wěn)壓電路7805U1單片機STC12C5204ADU2光耦TLP521-1S1、S2、S3、S4不自鎖按鍵SW-PBY1晶振2MC3、C4瓷片電容10pf2.2.3工作原理（1）噴油器的類型與結(jié)構(gòu)：a、按噴油口結(jié)構(gòu)可分:軸針式、孔式。b、按線圈電阻值:高阻(13~16)、低阻(2~3Ω)。c、按用途分:MPI用、SPI用。d、按燃料位置:上端供油式、側(cè)面供油式。（2）噴油過程：a、噴油器相當(dāng)于電磁閥。b、通電時電磁線圈產(chǎn)生電磁力，銜鐵及針閥吸起，噴油器開啟，汽油經(jīng)噴孔噴入進氣道或進氣管。c、斷電時電磁力消失，銜鐵及針閥在復(fù)位彈簧的作用下將噴孔封閉，噴油器停止噴油。d、噴油器的通電、斷電由電控單元以電脈沖控制。e、噴油量由電脈沖寬度決定。脈沖寬度=噴油持續(xù)時間=噴油量。f、一般針閥升程約為0.1mm，而噴油持續(xù)時間在2~l0ms范圍內(nèi)。2.2.4相關(guān)元件介紹（1）汽油機噴油器：噴油器接受ECU送來的噴油脈沖信號，精確的控制燃油噴射量。噴油器是一種加工精度非常高的精密器件，要求其動態(tài)流量范圍大，抗堵塞和抗污染能力強以及霧化性能好。（2）STC12C5204AD單片機STC12C5204AD單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）、高速/超強抗干擾的新一代增強型8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速8位A/D轉(zhuǎn)換，針對電機控制，強干擾場合。STC12C5204AD單片機幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個片上系統(tǒng)。由于集成8路高速8位A/D轉(zhuǎn)換，使用STC12C5204AD單片機比使用AT89C51和ADC芯片的實際電路簡單。圖2.3STC12C5204AD單片機引腳STC12C5204AD單片機引腳說明:P1.0/ADC0：復(fù)用端口，標準I/O口，PORT1[0]/ADC輸入通道-0，模擬量通過該端口進入即可進行A/D轉(zhuǎn)換，無需另接A/D轉(zhuǎn)換電路。P1.1/ADC1：同P1.0/ADC0。P1.2/ADC2/EX_LVD/RST2：標準I/O口，PORT1[2]/ADC輸入通道-2，EX_LVD是外部低壓檢測中斷/比較器端口，RST2是第二復(fù)位功能腳。P2.0~P2.7：Port2口，即可作為輸入/輸出口，也可作為高8位地址總線使用（A8~A15）。P3.2/INT0：Port3口，標準IO口，第二功能是外部中斷0的輸入端，下降沿或低電平中斷。P3.3/INT1：功能同P3.2/INT0。P3.5/T1/CCP1：標準IO口，定時器計數(shù)器的外部輸入，也可為外部信號捕獲（可做為頻率測量），高速脈沖輸出及脈寬調(diào)制輸出。P3.7/CCP0：標準IO口，也可為外部信號捕獲（可做為頻率測量），高速脈沖輸出及脈寬調(diào)制輸出。XTAL1：內(nèi)部時鐘電路反相放大器輸入端，接外部晶振的一個引腳。當(dāng)直接使用外部時鐘源時，此引腳是外部時鐘源的輸入端。XTAL2：內(nèi)部時鐘電路反相放大器輸出端，接外部晶振的另一個端。（3）7805引腳圖2.47805引腳7805三端穩(wěn)壓集成電路，最大輸出電流為1.5A。電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78××系列和負電壓輸出的79××系列。顧名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管、TO-220的標準封裝。用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6V，7909表示輸出電壓為負9V。（4）IRF540引腳圖2.5IRF540引腳IRF540是一種溝渠工藝封裝的N通道增強型場效應(yīng)功率晶體管。其主要應(yīng)用于：DC到DC轉(zhuǎn)換器、開關(guān)電源、電視及電腦顯示器電源等。上圖電路中，控制信號如果接TTL信號，可以控制電磁閥等負載；控制信號如果接PWM占空比信號，可以調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速或者燈泡的亮度。（5）電容：電容器是一種能儲存電能的元件，在電路中，當(dāng)有電壓加到電容器兩端的時候，便對電容器充電，把電能儲存在電容器中；當(dāng)外加電壓失去（或降低）之后，電容器將把儲存的電能再放出來。（6）二極管：二極管又稱晶體二極管,簡稱二極管，它是一種具有單向傳導(dǎo)電流的電子器件。整流二極管主要用于整流電路，即把交流電變換成脈動的直流電。二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于一只接通的開關(guān)；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止狀態(tài)，如同一只斷開的開關(guān)。外加反向電壓超過某一數(shù)值時，反向電流會突然增大，這種現(xiàn)象稱為電擊穿。（7）晶體振蕩器圖2.6石英晶體振蕩器結(jié)構(gòu)及外觀石英晶體振蕩器簡稱晶振，它是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體振蕩器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振；而在封裝內(nèi)部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，被廣泛應(yīng)用于彩電、計算機、遙控器等各類振蕩電路中，以及通信系統(tǒng)中用于頻率發(fā)生器、為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時鐘信號和為特定系統(tǒng)提供基準信號。2.2.5通過使用proteus故障診斷流程如果按下S2、S3、S4不同按鍵，噴油器不能正常工作，可用示波器檢查單片機的驅(qū)動信號是否正常輸出，按下按鍵時，正常情況下可以在示波器上看到一個幅值為5V左右的方波信號。如果該信號正常，再用示波器檢查場效應(yīng)管IRF540的G極上是否有12V左右的方波信號，以此判斷光耦電路是否正常工作。有12V方波信號說明光耦工作正常，反之說明光耦電路故障。如果光耦電路工作正常，則可以判斷場效應(yīng)管IRF540驅(qū)動電路出現(xiàn)故障。當(dāng)檢查無故障時，說明整個電路可以使用。

第三部分設(shè)計成果3.1實物圖展示圖3.1汽油機噴油器PCB電路板3.2產(chǎn)品介紹電路模擬汽油機噴油器工作的基本原理。在電路中使用單片機模擬汽車中的ECU控制單元，在按動按鍵S2、S3、S4時，ECU產(chǎn)生相關(guān)的頻率方波信號，信號通過光耦由5V方波信號轉(zhuǎn)為12V的方波信號，12V的方波信號使場效應(yīng)功率管(IRF540)處于不停的導(dǎo)通（12V）和斷開（0V）狀態(tài)，使汽油機噴油器處于工作狀態(tài)。在電路板中，按動開關(guān)S2、S3、S4可使汽油機噴油器工作在不同的工作頻率狀態(tài)?？墒蛊蜋C噴油器在不同工作頻率下切換，觀察工作狀態(tài)的變化。電路同時提供端子AD、AC、AC2。可使用信號發(fā)生器調(diào)節(jié)產(chǎn)生不同脈寬的數(shù)字、模擬信號來驅(qū)動汽油機噴油器在不同信號下工作。第四部分結(jié)束語汽油機噴油器是汽油機電控噴射系統(tǒng)中核心部件之一，其性能的好壞直接影響到發(fā)動機的經(jīng)濟性、動力性和排放性能。噴油器的性能是決定電控系統(tǒng)設(shè)計的重要因素，直接影響燃油控制單元的精確性。為了進一步研究噴油器，就需要研究和開發(fā)能夠評價和測試噴油器特性的裝置和設(shè)備。本文對噴油器工作過程進行了分析，從理論上對噴油器工作原理進行了分析和研究。同時，完成了該測試系統(tǒng)電子控制單元的設(shè)計和汽油機噴油器下線檢測系統(tǒng)的設(shè)計主要分為硬件電路設(shè)計、軟件編程、控制面板設(shè)計等。以高阻型噴油器為研究對象，對其電阻和電流特性進行測試并對測試結(jié)果加以分析總結(jié)。試驗結(jié)果表明，通過學(xué)習(xí)本測試電路可以：1.掌握汽油機噴油器工作電路的組成和工作原理；2.掌握電路構(gòu)成主要部件的作用和工作原理；3.學(xué)會電路