汽油机喷油器电路设计毕业设计报告书.docx

目 录
目 录 1
第一部分 设计任务与调研 2
1.1毕业设计的主要任务 2
1.2设计的思路和方法 2
1.3总结 3
第二部分 设计说明 4
2.1工作原理 4
2.2设计方案 5
第三部分 设计成果 11
3.1实物图展示 11
3.2产品介绍 11
第四部分 结束语 12
第五部分 致谢 13
第六部分 参考文献 14

第一部分 设计任务与调研
1.1毕业设计的主要任务
1.确定设计一款模拟发动机控制模块根据各种传感器的信号控制喷油器喷油时刻和喷油脉冲过程的工作电路.
2.通过收集的资料确定所需要制作电路的元件.
3.熟悉工作电路的运行原理.
1.2设计的思路和方法
1．设计思路：
任何一种电子控制汽油喷射装置，都是由喷油油路，传感器组和电子控制单元(微型电脑)三大部分组成。当喷射器安装在原来化油器位置上，称为单点电控燃油喷射装置；当喷射器安装在每个气缸的进气管上，称为多点电控燃油喷射装置，电控单元发出的指令信号可将喷射器头部的针阀打开，将燃油喷出。传感器好像人的眼耳鼻等器官，专门接受温度，混合气浓度，空气流量和压力，曲轴转速等数值并传送给“中枢神经”的电子控制单元。电子控制单元是一个微计算机，内有集成电路以及其它精密的电子元件。它汇集了发动机上各个传感器采集的信号和点火分电器的信号，在千分之几十秒内分析和计算出下一个循环所需供给的油量，并及时向喷射器发出喷油的指令，使燃油和空气形成理想的混合气进入气缸燃烧产生动力.
所以我将使用STC12C5204AD单片机用来控制各个传感器发送的信号，作为电路板中的ECU，通过使用晶体振荡器等元件代替各个位置的传感器接收发送信号，从而带动整个电路正常运转。

2．方法：
（1）通过在网上学习汽油机喷油器相关原理；
（2）图书馆查询收集资料，收集所需要的文献；
（3）寻找相关专业老师进行学习、指导。
1.3总结
汽油机喷油器是汽油机电控喷射系统中核心部件之一，其性能的好坏直接影响到发动机的经济性、动力性和排放性能。喷油器的性能是决定电控系统设计的重要因素，直接影响燃油控制单元的精确性。为了进一步研究喷油器，就需要研究和开发能够评价和测试喷油器特性的装置和设备。本文对喷油器动态过程进行了分析，从理论上对喷油器工作原理进行了分析和研究，为喷油器驱动电路的电阻、电流特性测试开发提供了一定的理论依据。同时，完成了该测试系统电子控制单元的设计和开发，可以控制或检测测试系统的状态，并且设计了一套简便易操作的测试软件，为试验提供了方便的操作环境。汽油机喷油器下线检测系统的设计主要分为硬件电路设计、软件编程、控制面板设计等。以高阻型喷油器为研究对象，对其电阻和电流特性进行测试并对测试结果加以分析总结，得出了该喷油器动态响应特性的重要参数。试验结果表明，本测试系统具有良好的稳定性和可靠性，能够准确地测试汽油机喷油器的电阻、电流值。本测试系统的研究成功，为汽油机喷油器的实际开发提供了一个良好的测试平台。
第二部分 设计说明
2.1工作原理
喷油器是电喷系统中的一个执行元件，即接受发动机控制单元STC12C5204AD单片机的喷油信号，定时定量喷出汽油。其实，喷油器就是一个电磁阀，喷油器内部有个电磁线圈，外面经插座与STC12C5204AD单片机相连，喷油器头部的针阀与衔铁连为一体。当电磁线圈通电时，便产生吸力，将衔铁和针阀吸起，打开喷油孔、燃油经针阀头部的轴针和喷孔之间的环形间隙高速喷出，并形成雾状，与空气很好地混合。使混合气在气缸内的燃烧更充分，也正是喷油器在燃油雾化方面比化油器更好，才保证了电喷发动机的燃烧更完全、废气污染物排放更少。电磁线圈不通电时，磁力消失，弹簧将衔铁和针阎下压，关闭喷孔停止喷油。
喷油器针阀升程很小，一般为0.1mm~0.2mm在百分之一秒左右的时间内开启和关闭，然而就是这0.1mm和百分之一秒保证了发动机的正常工作，因此，喷油器是一个精密装置。如果汽油中含有杂质，将会影响到喷油器的正常工作，为了避免喷油器被杂质堵塞，除了要在供油管路中安装燃油滤清器外，在每个喷油器尾部也都必须布置一个燃油滤清器。在设计制造方面，为了避免油管内汽油在高温下形成气泡，影响喷油效果，喷油器在进气管上的安装位置必须能保证较好地隔绝从发动机传来的热量，供油管路的布置也必须考虑到这一点。电子控制系统由、各类传感器和执行器组成。STC12C5204AD单片机根据各个传感器的输入信号进行处理，精确计算出最终喷油持续时间和点火时间，控制怠速和快怠速，从而使发动机得到最佳动力性和经济性。 STC12C5204AD单片机得到信号后，能指令延长或缩短喷油时间，使喷油量与进气歧管真空度相匹配。当节气门开启时，大量空气进入气缸，进气歧管真空度降低，那么传感器会输出信号使STC12C5204AD单片机增加喷油时间，喷出较多燃油以恒定空燃比。当节气门关闭时，流入气缸的空气减少，进气歧管真空度提高，那么传感器会输出信号使STC12C5204AD单片机减少喷油时间，以便减少喷油量。

2.2设计方案
2.2.1通过使用pretel99se根据研究设计的元件初步设计的电路图：
图2.1 汽油机喷油器工作电路

2.2.2汽油机喷油器工作电路元件清单

表1 元件清单
元件编号
元件类型
参数
R1、R2、R3、R4
电阻
10K
R5、R6
电阻
5W/10Ω
R7
电阻
470Ω
R8
电阻
1K
CT1、CT2
电解电容
22uf
CT3
电解电容
10uf
C1、C2
瓷片电容
0.1uf
D1
二极管
1N4007
Q1
场效应晶体管
IRF540
Q2
集成稳压电路
7805
U1
单片机
STC12C5204AD
U2
光耦
TLP521-1
S1、S2、S3、S4
不自锁按键
SW-PB
Y1
晶振
2M
C3、C4
瓷片电容
10pf

2.2.3工作原理
（1）喷油器的类型与结构：
a、按喷油口结构可分:轴针式、孔式。
b、按线圈电阻值: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、侧面供油式。
（2）喷油过程：
a、喷油器相当于电磁阀。
b、通电时电磁线圈产生电磁力，衔铁及针阀吸起，喷油器开启，汽油经喷孔喷入进气道或进气管。
c、断电时电磁力消失，衔铁及针阀在复位弹簧的作用下将喷孔封闭，喷油器停止喷油。
d、喷油器的通电、断电由电控单元以电脉冲控制。
e、喷油量由电脉冲宽度决定。脉冲宽度=喷油持续时间=喷油量。
f、一般针阀升程约为0.1mm，而喷油持续时间在2~l0ms范围内。

2.2.4相关元件介绍
（1）汽油机喷油器：
喷油器接受ECU送来的喷油脉冲信号，精确的控制燃油喷射量。喷油器是一种加工精度非常高的精密器件，要求其动态流量范围大，抗堵塞和抗污染能力强以及雾化性能好。
（2）STC12C5204AD单片机
STC12C5204AD单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）、高速/超强抗干扰的新一代增强型8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速8位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。STC12C5204AD单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统。由于集成8路高速8位A/D转换，使用STC12C5204AD单片机比使用AT89C51和ADC芯片的实际电路简单。

图2.3 STC12C5204AD单片机引脚
STC12C5204AD单片机引脚说明:
P1.0/ADC0：复用端口，标准I/O口，PORT1[0] /ADC输入通道-0，模拟量通过该端口进入即可进行A/D转换，无需另接A/D转换电路。
P1.1/ADC1：同P1.0/ADC0。
P1.2/ADC2/EX_LVD/RST2：标准I/O口，PORT1[2] /ADC输入通道-2，EX_LVD是外部低压检测中断/比较器端口，RST2是第二复位功能脚。
P2.0~P2.7：Port2口，即可作为输入/输出口，也可作为高8位地址总线使用（A8~A15）。
P3.2/INT0：Port3口，标准IO口，第二功能是外部中断0的输入端，下降沿或低电平中断。
P3.3/INT1：功能同P3.2/INT0。
P3.5 /T1 /CCP1：标准IO口，定时器计数器的外部输入，也可为外部信号捕获（可做为频率测量），高速脉冲输出及脉宽调制输出。
P3.7 /CCP0：标准IO口，也可为外部信号捕获（可做为频率测量），高速脉冲输出及脉宽调制输出。
XTAL1：内部时钟电路反相放大器输入端，接外部晶振的一个引脚。当直接使用外部时钟源时，此引脚是外部时钟源的输入端。
XTAL2：内部时钟电路反相放大器输出端，接外部晶振的另一个端。
（3）7805引脚

图2.4 7805引脚
7805三端稳压集成电路，最大输出电流为1.5A。电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管、TO-220 的标准封装。
用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。
（4）IRF540引脚

图2.5 IRF540引脚
IRF540是一种沟渠工艺封装的N通道增强型场效应功率晶体管。其主要应用于：DC到DC转换器、开关电源、电视及电脑显示器电源等。上图电路中，控制信号如果接TTL信号，可以控制电磁阀等负载；控制信号如果接PWM占空比信号，可以调节电机的转速或者灯泡的亮度。
（5）电容：
电容器是一种能储存电能的元件，在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容器将把储存的电能再放出来。
（6）二极管：
二极管又称晶体二极管,简称二极管，它是一种具有单向传导电流的电子器件。整流二极管主要用于整流电路，即把交流电变换成脉动的直流电。二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种现象称为电击穿。
（7）晶体振荡器

图2.6 石英晶体振荡器结构及外观
石英晶体振荡器简称晶振，它是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体振荡器，简称为石英晶体或晶体、晶振；而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。
石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

2.2.5通过使用proteus故障诊断流程
如果按下S2、S3、S4不同按键，喷油器不能正常工作，可用示波器检查单片机的驱动信号是否正常输出，按下按键时，正常情况下可以在示波器上看到一个幅值为5V左右的方波信号。如果该信号正常，再用示波器检查场效应管IRF540的G极上是否有12V左右的方波信号，以此判断光耦电路是否正常工作。有12V方波信号说明光耦工作正常，反之说明光耦电路故障。如果光耦电路工作正常，则可以判断场效应管IRF540驱动电路出现故障。当检查无故障时，说明整个电路可以使用。
第三部分 设计成果
3.1实物图展示

图3.1 汽油机喷油器PCB电路板
3.2产品介绍
电路模拟汽油机喷油器工作的基本原理。在电路中使用单片机模拟汽车中的ECU控制单元，在按动按键S2、S3、S4时，ECU产生相关的频率方波信号，信号通过光耦由5V方波信号转为12V的方波信号，12V的方波信号使场效应功率管(IRF540)处于不停的导通（12V）和断开（0V）状态，使汽油机喷油器处于工作状态。
在电路板中，按动开关S2、S3、S4可使汽油机喷油器工作在不同的工作频率状态。可使汽油机喷油器在不同工作频率下切换，观察工作状态的变化。
电路同时提供端子AD、AC、AC2。可使用信号发生器调节产生不同脉宽的数字、模拟信号来驱动汽油机喷油器在不同信号下工作。

第四部分 结束语

汽油机喷油器是汽油机电控喷射系统中核心部件之一，其性能的好坏直接影响到发动机的经济性、动力性和排放性能。喷油器的性能是决定电控系统设计的重要因素，直接影响燃油控制单元的精确性。为了进一步研究喷油器，就需要研究和开发能够评价和测试喷油器特性的装置和设备。
本文对喷油器工作过程进行了分析，从理论上对喷油器工作原理进行了分析和研究。同时，完成了该测试系统电子控制单元的设计和汽油机喷油器下线检测系统的设计主要分为硬件电路设计、软件编程、控制面板设计等。以高阻型喷油器为研究对象，对其电阻和电流特性进行测试并对测试结果加以分析总结。
试验结果表明，通过学习本测试电路可以：
1.掌握汽油机喷油器工作电路的组成和工作原理；
2.掌握电路构成主要部件的作用和工作原理；
3.学会电路板工作性能的检测方法；
4.学会电路板常见故障的诊断和维修方法；
5.掌握万用表、数字存储示波器的使用方法。

第五部分 致谢

经过几个月的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白知识是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己。
在这里我感谢我的指导老师；是他赋予我最有意义的收获；是他带领我走进知识殿堂，使我不但丰富了知识；是您给我一个全新的角度去发现美、创造美、欣赏美，给我美的眼睛去发现世界的美，感悟生活的美；是您教会我们珍惜友谊和时间；是您给了我们看世界的眼睛，是您用博大的胸怀，给予我最无私的关怀和奉献。这在这次的设计报告中，发挥了我在学校学到的文化知识和技能的应用，也算是我最后一次做学校的作业了，我还要感谢我的班主任老师，以及任课老师，感谢他们的教诲，让我知道在社会上懂得怎样去做好自己，端正自己的位置，为社会贡献出我自己的力量。

第六部分 参考文献

【1】车电工电子技术.张楠，青岛.中南海洋大学出版社.2011.9
【2】实用汽车电工电子技术.杨屏.北京.机械工业出版社.2008
【3】汽车发动机电控系统结构检修.解国林、吕江毅.天津.天津科学技术出版社.2011
【4】汽车发动机机械系统检修.史雷鸣.哈尔滨.哈尔滨工程大学出版社.2011
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