桑塔纳汽车电气系统设计

本科生毕业设计（论文）摘 要本设计的主要内容包括：汽车起动机的选择和起动机保护电路设计；蓄电池容量的确定和选择；汽车发电机容量的确定及其保护电路；电子电压调节电路设计及器件的选择；汽车点火系统设计；汽车照明系统设计；汽车信号系统设计等。选择起动机时，从起动机功率、起动机与发动机曲轴的传动比以及蓄电池的容量等方面选择了QD1225型号的起动机。QD1225型汽车的起动机驱动保护电路是一起动符合继电器，由起动继电器和保护继电器两部分组成。经过计算确定蓄电池的容量为54(Ah)。通过交流发电机各类调节器的比较及其计算，选择内装集成电路调节器。在汽车点火系统选择上，通过对比传统点火系和电子点火系的优缺点后，选用电子点火系中的霍尔效应式。汽车的照明系统和信号系统是在国家规定的安全基础上，选择经济、耐用、美观的器件。通过计算汽车上用电设备的用电量，汽车发电机的工作电流为50A，额定电压为12V，型号为JF152。发电机的保护电路为稳压管加继电器保护电路。关键词：蓄电池；发电机；点火系统；照明系统；AbstractThis designs primary content includes: The car starts the choice of machine with start a machine protection electric circuit a design;The storage battery capacity really settles with choose;The car generator capacity really settles and its protection electric circuit;The electronics electric voltage regulates electric circuit design and the choice of spare part;The car lights fire system a design;The car illuminates a system design;The system design of the car signal and so on.When choice started machine, from start machine power and start machine with launched capacity etc. of move the ratio and storage battery of the machine song spread of stalk to choose the QD1225 start of model numberses machine.Start of car of the QD1225 type machines driving protection electric circuit is to move to match together after the electric appliances, from start after the electric appliances and the protection after the electric appliances two part constitute.Through calculation assurance storage battery of capacity is 54(Ah).Pass each kind of comparison of modulator and its calculation of the alternator, choose inside pack integrated circuit modulator.Light fire system a choice in the car up, pass a contrast tradition to light fire to fasten with the electronics after lighting the merit and shortcoming that the fire fasten choose to light fire to fasten a medium Huo Er effect type with the electronics.Car of lighting system and signal system be prescriptive in the nation of safe foundation up, choice economy, enduring, beauty of spare part.Pass a calculation car to up use electricity the use of equipments electricity quantity, the work electric current of car generator is 50 As, sum settle electric voltage is 12 Vs, model number is JF152.The protection electric circuit of generator for steady press a tube to add electric circuit after the electric appliances protection.Key words：battery；generator； ignition system；lighting systems目 录摘 要I第1章 绪 论11.1 汽车电气设备的发展11.2汽车电器与电子按功能分类21.3汽车电系的特点3第2章 汽车起动系统42.1起动机的概述42.2汽车起动转矩52.2.1转矩与电枢电流及磁极磁通的关系52.2.2直流电动机转矩自动调节原理62.3起动机的选择82.3.1起动机功率的选择82.3.2传动比的选择102.4起动机保护电路的设计11第3章 电源系统133.1概述133.2蓄电池容量的确定和选择143.3整流电路的设计和器件的选择153.4汽车发电机相关内容设计173.4.1汽车发电机容量的确定173.4.2汽车用电设备用电量的计算173.5汽车电源系统的保护电路203.5.1汽车电源系统过电压的危害203.5.2汽车电源系统过电压保护电路213.6电子电压调节电路的设计213.6.1 电压调节器的工作原理213.6.2 电压调节器的分类223.6.3 器件的选择23第4章 点火系统264.1 点火系统的概述264.1.1 点火系的功能264.1.2点火系的总类264.1.3要求264.2桑塔纳汽车点火系284.2.1 传统点火系存在的缺点284.2.2电子点火系的优点284.2.3 霍尔效应式电子点火系294.2.4点火系的工作过程31第5章 汽车照明与信号系统325.1 汽车照明设备总类与用途325.2 前照灯335.2.1 对前照灯的照明要求335.2.2 前照灯的结构335.2.3前照灯的防炫目335.2.4 灯光开关与前照灯电路345.2.5 汽车灯光系统的保险装置355.3 信号装置355.3.1灯光信号装置365.3.2声响信号装置385.4 汽车仪表405.4.1 概述405.4.2 仪表40第6章 结 论42参考文献43致 谢44附 录45附 录 1IV第1章 绪 论1.1 汽车电气设备的发展汽车是一种现代化的交通工具。为了适应交通运输现在化的发展的需要，对汽车提出了高速、灵活、专用、可靠、自动、安全、省油和减少废气污染等方面的要求。随着汽车机构的改进和性能的不断提高，汽车传统电气设备正面临着巨大的冲击。随着电子工业的发展，电子技术在汽车上的应用日益广泛，汽车电子装置的新产品不断涌现，特别是微型计算机的应用，极大地推动了汽车工业的发展，同时也给汽车的控制装置带来了巨大的变革。例如：MF铅蓄电池的推广应用，不仅大大延长了铅蓄电池的使用寿命，而且在使用中无需维护，自放电少；硅二极管整流的交流发电机已普遍用于各种车型；电子点火系统也已经普及；电控燃油喷射系统，计算机控制的防抱死制动系统、自动变速系统、导航系统、自动检测、故障自动诊断等新技术已用于现代汽车。此外，在仪表、照明、信号、以及防爆、报警、取暖、通风、抗干扰等方面电器设备更显其小巧灵活、可靠、自动的优越性。汽车电器将更向轻量化、小型化、自动化的方向发展，其使用寿命和性能也将进一步提高。电子技术在解决汽车所面临的能源、安全、污染等问题方面正起着及其重要的作用。例如电控燃油喷射装置和电子点火系统的应用不仅可节油5%10%，同时，对排气净化也十分有利；电子控制的防抱制动装置的应用不但可以使汽车在泥泞的道路上告诉行驶，而且紧急制动可防止侧滑，保证汽车安全制动。在实现汽车操动自动化和提高舒适性等方面亦与先进电气设备的使用密切相关。可见，随着现代汽车技术的不断发展，汽车上装用的各种电器的数量将会日益增长，性能和质量也将日益提高，所起作用也必将越来越大。电子技术不仅用来改善和提高传统汽车电器的性能、降低成本、实现传统汽车电器的电子化，而且大大的丰富了汽车电器的内容，实现了汽车电器的全面创新。由于汽车行驶条件的变化加之驾驶员使用不当，很容易使电器设备损坏。据统计，汽车电器方面出现的故障占汽车全部故障的30%左右。由此可见，为了提高汽车的完好率，不仅要求电器设备有完善合理的结构，良好的工作性能，而且要掌握正确的使用、维修和调整技能。因此，掌握有关电器和电子设备的结构、原理、性能以及设计计算和使用维修方面的知识是非常重要的。综上所述，可见电气、电子控制系统能在汽车上广泛使用是发展的必然。主要原因是：1.电子技术在解决汽车所面临的能源、安全、污染等问题方面正起着非常重要的作用。2.电子装置运行十分准确，汽车产生的误差会非常小，而且维修周期短。3.电子技术不仅用来改善和提高传统汽车电器的性能、降低成本、实现传统汽车电器的电子化，而且大大的丰富了汽车电器的内容。1.2汽车电器与电子按功能分类现在汽车上所装的电器与电子设备虽然种类繁多功能各异，但按其功能可分为电源和用电设备两大部分：1电源部分电源部分包括蓄电池，发电机及调节器，其中发电机为主要电源。当发电机工作时，由发电机向全车用电设备供电同时给蓄电池充电。蓄电池的作用是起动发电机时向起动机供电，同时当发电机不工作时向用电设备供电。电压调节器的作用时使发电机输出电压保持恒定。 （1）蓄电池 启动发电机时，蓄电池是汽车上供给起动机电流的唯一电源。当发电机不工作或者转数较低时，由蓄电池向全车用电设备供；当用电设备接入较多时，可协助发电机向外供电。（2）发电机及其调节器 当发电机达到一定转数时，其电压高于蓄电池电压时，发电机向全车用电系统供电（起动机除外），并向蓄电池充电。它是汽车运行中的主要电源。为使各种汽车电气都能稳定工作，三相交流发电机必须设置电压调节器，以使电压维持在某一允许的相对稳定的范围之内。2.用电设备部分用电设备部分包括点火系统、起动装置、照明及其信号设备、仪表及显示系统、辅助电器设备及电子控制装置等。（1）点火系统 点火系统是汽油机不可缺少的组成部分，其功能是按发动机工作顺序产生高电压并通过火花塞跳火，保证适时、准确地点燃汽缸内的可燃混合气。有蓄电池点火系统和电子点火系两大类。（2）启动装置 它由蓄电池供电，将电能转变为机械能带动发动机转动。完成启动任务后，立即停止工作。（3）照明及其信号系统 照明装置包括车内外各种照明灯及提供夜间安全行驶必要的灯光，其中前照灯最为重要。信号系统包括电喇叭、闪光器、蜂鸣器及各种信号灯，主要用来提供安全行车所必须的信号。（4）仪表、报警与电子显示系统 仪表包括机油液压表、水温表、燃油表和车速里程表等仪表。报警及其电子显示装置是用来监测汽车各系统的工况，比仪表更方便、直观。（5）电器设备 包括电动刮水器、电动玻璃升降器、空调、采暖、音响视听设备等，以提高汽车行驶的安全性、经济性和舒适性。（6）电子控制系统 包括电子控制的燃油喷射装置、点火装置、防抱死制动装置3配电装置包括中央接线盒、电路开关、保险装置、插件器和导线等。1.3汽车电系的特点（1）电压低压 汽车电系的额定电压有6V、12V、24V三种。汽油车普遍采用12V电源，柴油车多采用24V电源。汽车运行中的电压，一般12V系统的为14V，24V的为28V。（2）直流电 汽车发动机是靠电力起动机启动的，直流串激式电动机必须由蓄电池供给直流电，而向蓄电池充电又必须用直流电，所以汽车电系为一直流系统。这主要是从蓄电池充电来考虑的。（3）单线并联 电源到用电设备只用一根导线连接，而用金属机件作为另一根公共回路线的连接方式称单线制。由于单线制导线用量少，线路清晰接线方便，因此广为现代汽车所采用。汽车上所有用电设备都是并联于电源的。汽车使用中，当某一支路用电设备损坏时，并不影响其它支路用电设备的正常工作。（4）负极搭铁 采用单线制时蓄电池的一个电极须接至车架上，俗称“搭铁”。蓄电池的负极接车架就称之为负极搭铁，反之则为正极搭铁。我国标准规定统一采用负极搭铁。第2章 汽车起动系统2.1起动机的概述1. 起动机的作用发动机是靠外力起动的。通常把汽车发动机曲轴在外力作下，从开始转动到怠速运转的全过程。称为发电机的起动。起动机的作用是将电能转变成机械能，带动发电机曲轴旋转，使发动机启动。完成启动任务后立即停止工作。2. 发动机的启动方式发动机的起动方式有，人力启动、辅助汽油机启动和电力起动机启动。人力启动是用手摇或绳拉，属于最简单的一种。如手扶拖拉机用人手摇起动。现在汽车上仍有部分车型将人力手摇启动作为后背方式保留。电子起动机启动是由直流电动机通过传动机构将发电机启动。它具有能源方便，操作简单、体积小、质量轻、安全可靠、启动容易而且迅速，又具有重复启动的能力，所以在现代汽车上已广泛适用。3起动机的组成起动机都是有直流串激式电动机、传动机构和控制装置三大部分组成。（1）直流串激式电动机 其作用是将蓄电池的电能转换为机械能，产生转矩。（2）传动机构 传动机构或称离合器，其作用是在发动机启动时使起动机小齿轮入飞轮齿环，将起动机的转矩传递给发动机曲轴；在发电机启动后又能使起动机小齿轮与飞轮齿环，将起动机的转矩传递给发动机曲轴；在发动机启动后又能使起动机小齿轮与飞轮齿环自动脱开。传动机构分滚柱式、弹簧式、摩擦片式等。（3）控制装置 控制装置即开关，其作用式接通和切断电动机与蓄电池之间的电路。有些汽车上的控制开关，还具有接入和除去点火线圈附加电阻的作用。4、对起动机的要求（1）起动机小齿轮与发动机飞轮齿环啮合要更容易，不发生冲击。（2）发动机启动后，起动机小齿轮应自动退出，不得再与发动机飞轮啮合。因为起动机齿轮与发动机飞轮齿环运转速比很大，一般为15或更大，所以发动机启动后，小齿轮应自动打滑脱离啮合，以免发动机带动起动机电枢高速旋转，造成起动机“飞散”事故。（3）结构应简单，工作要可靠，使用方便，启动迅速。发动机能否迅速、方便、可靠的启动，是评价一台发动机性能好坏的重要标准之一。2.2汽车起动转矩2.2.1转矩与电枢电流及磁极磁通的关系当直流电动机接上直流电源时，由于载流导体载磁场中受到电磁力的作用，产生电磁转矩使电枢旋转。由安培定律可知，作用在电枢上每根导线上的平均电磁力为： （2-1）式中 每一磁极下的平均磁感应强度； 导体内的电流； 导体的有效长度。设电动机中有2P个磁极（P为磁极对数），每个磁极的磁通为，电枢的直径为D，则每一磁极下的电枢表面为DL/2P。每一磁极下的平均磁感应强度则为： （2-2）导体内的电流I为： （2-3）式中 电枢电流； 电枢绕组的支路对数，当采用波绕法时，=1。将（2-2）式、（2-3）式代入（2-1）式，则得作用在电枢上每根导线的平均电磁力 （2-4）作用在电枢上的电磁转矩为： （2-5）式中Z为电枢导体总数。 将（2-4）式代入（2-5）式，则得： （2-6）式中取决于电动机的构造，为一常数，故称为电机常数。由以上推到可知，电磁转矩的大小与电枢电流及磁极的磁通成正比。2.2.2直流电动机转矩自动调节原理直流电动机接入直流电源后，产生电磁转矩，使电枢旋转，但是，当电枢旋转时，由于电枢绕组又切割磁力线，则其中又产生了感应电动势，其方向按右手定律判断，恰与电枢电流方向相反，故称为反电动势。其大小为： （2-7）式中 电动常数； 电枢旋转。 这样外加与电枢上的电压，一部分消耗在电枢电阻上，另一部分则用来平衡电动机的电动势。即： （2-8）公式（2-8）是电动机运转时，必须满足的一个基本条件，称为电压平衡方程式。由（2-8）式可知电枢电流为： （2-9）当负荷增大时，转轴上阻力矩也增大，电枢转速降低，而使反电动势E随之减小，电枢电流增大，所以电磁转矩M（）也增大。直至电动机的电磁转矩增加到与阻力矩相等为止。这时电动机将在新的较低的转数平稳运转。反之，当负荷减小时，电枢转速升高，反电动势增大，电枢电流减小，电磁转矩也减小，直至与阻力矩相等为止。电动机将在较高的转数下平稳运转。可见，当负载变化时，电动机的转速，电流和转矩将会自动作相应变化，以满足负载的需要，这就是直流电动机转矩的自动调节原理。2.2.3 起动机的特性1. 转矩特性电动机电磁转矩随电枢电流变化的关系，称为转矩特性。即 （2-10）由于磁场绕组与电枢绕组串联，电枢电流与磁场电流相同。在磁路未饱和时，由于磁通与电枢电流成正比，即，故电动机的电磁转矩为： （2-11）式中 有公式（2-11）可知，串激式直流电动机的电磁转矩在磁路未饱和时与电枢电流的平方成正比，只有在磁路饱和后，几乎不变，电磁转矩方于电枢电流成直线关系。在电枢电流相同的情况下，串激式电动机的转矩比并激式电动机转矩大得多。这时由于，采用并激式时，当电源电压U和磁场绕组不变时，因不变，所以它产生的磁通也不变，为一常数，可见电磁转矩只与电枢电流的一次方成正比。特别时启动的瞬间，由于发动机的阻力矩很大，起动机处于完全制动的情况下，n=0,故反电动势E=0。此时电枢电流将达到最大值，称为制动电流，产生最大转矩，称为制动转矩，从而使发动机易于启动。这是起动机采用串激电动机的主要原因。由以上分析可知，直流串激式电动机的特点是启动转矩大，适宜作起动机。2. 转速特性串激直流电动机具有软的机械特性，即轻载转速高，重载转速低的机械特性，能保证发动机即安全又可靠的启动，这是汽车起动机采用直流串激式电动机作为动力的又一重要原因。3. 功率特性 串激直流发动机的电磁功率和电枢电流的关系是一对称的抛物线，起动机运转时间很短，每次工作时间绝不可以超过5S，重复启动应停歇1Min2Min，连续第3次启动应在检查的基础上停歇15Min。启动时，允许以最大功率运转，所以常常将起动机最大输出作为起动机的额定功率。综上所述：（1） 当完全制动时，相当于刚接入起动机的情况，这时n=0，电枢电流 达到最大值，转矩M也达到最大，称为制动转矩。此时功率P=0（2） 在起动机空转时，电流最小，转数达到最大值，称为空载转速。（3） 在电枢电流接近制动电流的一半时，起动机的功率达到最大值。2.3起动机的选择在选择起动机时，必须确定的基本参数是：起动机功率、起动机与发动机曲轴的传动比以及蓄电池的容量。2.3.1起动机功率的选择为了使发动机能迅速、可靠的启动，起动机必须有足够的功率。它主要取决于发动机的最低转数和发动机的启动阻力矩，并可按下列公式计算： 式中： 发动机的启动阻力矩； 最低启动转速。 1.发动机的启动最低转数发动机的启动最低转速是指保证发电机可靠启动的曲轴最低转速。对于汽油机来说，要使其可靠启动，需要满足三个条件：（1）缸内吸入可燃混合气。（2）压缩行程终了时，混合气要具有一定的压力和温度，使第一次暴发后发动机继续工作。（3）点火装置能发出足够能量的电火花。以上条件都直接与曲轴转速有关，其中第一个条件对转速起着决定性的作用。因转数低时，汽油流速小，雾化不良，热损失多，不易着火。因此据汽油的雾化条件，当汽车在0度到20度时其最小转速一般为3540。为了在更低温度下能顺利启动，常取最低启动转速为5070.2.发动机的启动阻力矩 发动机的启动阻力矩是指在最低启动转速时的发动机阻力矩。它包括三部分：（1）摩擦力矩。主要是活塞与缸壁摩擦，曲轴轴承的摩擦以及润滑油的粘度等造成摩擦阻力矩。摩擦阻力矩一般占全部阻力矩的60%左右，温度越低，摩擦阻力矩也越大。（2）压缩损失力矩。压缩损失力矩主要取决于汽缸容积和压缩比的大小。汽缸容积和压缩比越大，则压缩损失力矩越大，一般占全部阻力矩的25%。（3）驱动发电机附件的驱动阻力矩。用于驱动发动机附件，如发电机、分电器、汽油泵、机油泵、风扇、水泵等所消耗的力矩，约占全部阻力矩的15%。综上可知，发动机的阻力矩主要取决于汽缸的工作容积、缸数、压缩比、转速和温度。目前，汽车种类繁多，起动机形式各异。在此基础上，通常采用下述经验公式来选择确定起动机功率。当环境温度为时，发动机的阻力矩可由下述经验公式计算，即 （2-12）式中发动机起动阻力矩（）； 发动机汽缸的工作容积（）； 系数，不同发动机的阻力矩计算系数如下表2.1所示 表2.1 发电机阻力矩计算系数发动机技术参数阻力矩计算系数汽缸数468汽油发动机压缩比=533.53.8汽油发动机压缩比=73.544.2柴油发动机压缩比=1577.27.4本设计采用的是汽油发电机，根据相应公式： 已知汽缸的工作容积是4.8L所以选起动机额定功率为：0.96KW起动机选择QD1225型。2.3.2传动比的选择1.传动比所谓最佳传动比，就是起动机工作在最大功率所对应的传动比。在选择传动比时，应使起动机工作在最大功率则最为有利，即最佳传动比是与起动机最大功率相对应的。2. 实际传动比的选择传动比的实际选择往往比最佳值稍小。这时虽然起动机的工作电流有所增加，功率也有所减小，但起动机的转矩增大较多，对启动有利。实际上，传动比的选择要受飞轮齿环的限制。这是因为 （2-13）式中：飞轮齿轮的齿数； 起动机驱动齿轮的齿数 （2-14） 式中 D飞轮齿环的节圆直径; M齿轮模数。模数M由强度决定，不能任意减小，飞轮齿数的节圆直径D由发动机总布置决定，不能任意增大，而起动机驱动齿轮的齿数受根切的限制，齿数的减少也是有限的，故通常起动机驱动齿轮数一般为913个。汽油机中，起动机与发动机曲轴的传动比为1317。本设计选择15个2.4起动机保护电路的设计 图2.1 桑塔纳轿车起动机保护电路起动机的保护电路所起的作用是在发动机起动后，应能使起动机自动停止工作。还有就是发动机运转时，即使错误的接通了启动开关，起动机也不会工作。起动机的保护电路对起动机十分重要，因为发动机起动后，若驾驶员未及时释放起动开关，就会造成单项离合器的磨损和蓄电池能量的消耗。又如发电机运转时，不慎将起动开关再次接通，就会造成起动机驱动齿轮与飞轮齿圈的撞击，所以为了防止上述错误操作，必须采用保护电路，以提高起动机的可靠性并延长起动机的使用寿命。桑塔纳QD1225型汽车的起动机驱动保护电路是一起动符合继电器，由起动继电器和保护继电器两部分组成。其电路如图所示。起动机继电器的触电是常开的，他的作用是控制起动机电磁开关的工作。保护继电器的触电是常闭的，它的磁化线圈一端搭铁，一端接至发电机三项定子绕组的中性点，承受硅整流发电机中性点电压，的固定触电经磁轭搭铁，串联在充电指示灯和起动继电器磁化线圈的搭铁回路中 ，其作用是保护起动机并控制充电指示灯。起动时，将点火开关旋至起动挡，则起动继电器触电闭合，充电指示灯点亮。起动机电磁开关控制起动机工作。发动机起动后，如驾驶员没有及时松开点火开关，由于硅整流发电机输出电压升高，当中性点电压达到5V时，在保护继电器磁化线圈的电磁吸力作用下，使打开，切断了充电指示灯的电路，充电指示灯熄灭，同时又将起动继电器磁化线圈的电路切断，于是打开，则起动机电磁开关释放，切断了蓄电池与起动机间的电路，起动机便会自动停止工作。发动机运转时，在硅整流发电机中性点电压控制下，保护继电器触电一直处于打开状态，起动机电路不能接通。即使驾驶员操作失误，在发动机运转时又将点火开关旋至起动挡时，起动机也不会工作。第3章 电源系统3.1概述1.蓄电池是汽车上的两个电源之一，它是一种可逆直流电源，在汽车上与发电机并联，其作用是：（1）发动机起动时，向起动机和点火系统供电。（2）发电机不发电或电压较低时，向用电设备供电。（3）当用电设备同时接入较多使得发电机超载时，协助发电机供电（4）当发电机的端电压高于蓄电池的电动势时，它可将电能转化为化学能储存起来。此外，蓄电池还相当于一个容量很大的电容器，在发电机转数和用电负荷发生较大变化时，可保持汽车电网电压相对稳定。蓄电池还可吸收电网中随时出现的瞬间过电压，以保护用电设备尤其是电子元件不被损坏，这一点对装有大量电子系统的现代新型汽车时非常重要的。发电机绝不允许脱开蓄电池运转。汽车上使用的蓄电池必须能满足起动发电机的需求，即短时间内（5s10s）可供给起动机强大的电流（一般为200A600A），这种蓄电池常称为起动型蓄电池。蓄电池种类很多，根据电解液的不同，有酸性和碱性之分。铅酸蓄电池构造简单、内阻小、电压稳定、起动性好、且价格低廉，因此在汽车上得到广泛应用。 2. 汽车上虽然装有蓄电池，但这储存的电能非常有限。比如启动发电机时，起动机要消耗蓄电池大量的电能，若不及时对其进行补充充电，就不能满足汽车上不断增多的用电设备的需求，也就很难保证汽车频繁启动与正常运行。所以可以说发电机是汽车电气系统的主要电源。发电机的作用是将发动机的部分机械能变成电能，向除起动机以外的所有用电设备供电，并及时对蓄电池进行补充充电。长期以来，汽车上所采用的是直流发电机，由于靠整流子换向的直流发电机已不能适应现代汽车的要求，而逐渐被交流发电机所替代。交流发电机的采用是汽车电器的一大突破，汽车上所用的交流发电机多为三相交流发电机，主要由三相同步交流发电机和硅二极管整流器组成，所以又称其为硅整流发电机，简称交流发电机。3.2蓄电池容量的确定和选择蓄电池的容量是指在放电允许的范围内蓄电池输出的电量，它标志着蓄电池对外的供电能力，即： （3-1）式中：C蓄电池容量，Ah放电电流，A放电持续时间，h蓄电池的容量与放电电流，电解液温度等因素有关，因此，蓄电池的标称容量是在一定的放电电流，一定的终止电压和一定的电解液温度下确定的，标称容量有以下2种：（1）额定容量，指完全充足点的蓄电池，在电解液温度为25度，以20H放电至单体电压降到1.75V时所输出的电量。（2）储备容量，国际蓄电池协会和美国汽车工程师协会规定了另外一种蓄电池容量的表示法，即储备容量表示法，我国GB5008.1-91标准也对储备容量的定义和试验做了有关规定蓄电池的额定储备容量是指完全充足的蓄电池，在电解液温度为25左右，以25A电流放电至12V蓄电池端电压达到10.5左右，6V蓄电池达到5.25左右时，放电所持续的时间，用表示，单位为MIN。他说明当汽车充电系统失效时，汽车尚能持续提供25A电流的能力。蓄电池的容量标志着蓄电池对外供电的能力。蓄电池的容量是一个不固定的数，而且与很多因素有关，一类为产品结构因素，另一类时使用条件。1.产品的结构因素（1）极板上活性物质的数量，国家蓄电池极板数量已统一 每极板的容量为7.5h。（2）极板的厚度（3）活性物质的孔率（4）极板中心孔2.使用条件（1）放电电流（2）电解液温度（3）电解液密度综上所述：在选择蓄电池时，一方面要考虑蓄电池瞬时能提供的最大电流，还要考虑蓄电池在汽车充电失效的时候能持续供电的时间。在发动机功率确定后，可以按下列经验公式求得蓄电池容量： （3-2）式中： 蓄电池的额定容量 起动机的额定功率 起动机的额定电压桑塔纳系列轿车装用的是上海蓄电池厂按德国DIN标准生产的12V蓄电池。由（3-2）以及桑塔纳轿车的起动机功率为0.96KW 所以: 即： 根据有关规定，选择蓄电池容量为54（Ah）。3.3整流电路的设计和器件的选择 汽车上的用电设备使用的都是直流电，所以交流发电机产生的交流电必须经过整流才能被车上的用电设备使用。二极管具有单项导电性。当给二极管加上正向电压时导通，即呈现低电阻状态；当给二极管加上反向电压时（正极电位低于负极电位）时截止，呈现高电阻状态。利用二极管这种的这种导电特性，就可以把交流电变为直流电。三相桥式整流电路原理如图所示。图3.1 三相桥式整流电路在三相桥式整流电路中，3只正极管子VD1,VD3,VD5的负极连接在一起，在某一瞬间，正极电位最高的管子导通。而3只负极管子VD2,VD4,VD6的正极连接在一起，在某一瞬间，负极电位最低的管子导通。根据上述原理，其整流过程如下：在t=0时，=0，为负值，为正值。则二极管VD5,VD4处于正向电压作用下而导通。电流从C相流出，经VD5、负载、VD4回到B相构成回路。由于极管内阻很小，所以此时B，C之间的线电压几乎都加在负载上。在t1t2时间内，A相电压最高，而B相电压最低，VD1、VD4处于正向电压而导通，A,B之间线电压加在负载上。在t2t3时间内，A相电压仍最高，而C相电压为最低，VD1、VD6导通。A,C之间的线电压加在负载上。在t3t4时间内，VD3,VD6导通。依次下去，周而复始，在负载上得到一个比较平稳的直流脉动电压，其电压波形图见图（c）。发电机输出直流电压平均值为：（星形连接）（三角形连接）式中：线电压的有效值，V； 相电压的有效值，V。 星型连接的三相绕组;三角形连接的三相绕组。由于三相桥式整流电路中，在交流电的每个周期内，每支二极管只用1/3时间导通，所以每只二极管的平均电流为负载电流I的1/3，即 =1/3I每支二极管所承受的最高反向电压=1.414=1.05U实际上，汽车硅整流发电机中所选的二极管其最高反向工作电压要高得多，这是因为考虑到汽车电路中由其它电气设备产生的自感电动势可能会作用于发电机的二极管，所以反向电压必须有一定的安全系数。三相定子绕组采用星型接法时，三相绕组3个末端的公共接点称为三相绕组的中性点，中性点对发电机的搭铁端是有电压的，称为中性点电压。它是通过3个负极管子整流后得到的直流电压，故该点的直流电压等于发电机直流输出电压的一半，即： （3-3）式中：中性点直流电压，V发电机直流输出电压，V有些硅整流发电机用导线将中性点引出，接线柱标记为“N”。中性点通常用来控制各种用途的继电器；如磁场继电器，充电指示灯继电器。励磁方法：发电机不接外电源时，也能自激发电，但必须有剩磁并且发电机转数要足够高才行，为了克服发电机在低速时不能很快建立电压的缺点，在发电机转数较低，发电机电压低于蓄电池电压时，由蓄电池通过电源开关供给磁场电流，进行他励，使电压很快上升。当发电机转数升高，发电机电压超过蓄电池电压时，进行自激，并对外输出。桑塔纳轿车选择十一管硅整流发电机。整流器具有3只正极管子，3只负极管子，3只磁场二极管和2只中性点二极管的硅整流发电机。3.4汽车发电机相关内容设计3.4.1汽车发电机容量的确定交流发电机的容量大小标志着其对外供电能力的大小，其中，交流发电机的输出功率可以用输出电流来衡量。在发电机对车用电设备供电时，如果发电机的容量小于用电设备所需要的电量，一方面会导致用电设备得不到充足的电能，使其无法正常工作，或者工作效率低，长此以往会影响用电设备的寿命，另一方面，发电机容量过小会使蓄电池得不到充足的电能，从而影响汽车正常的供电。如果发电机容量过大会造成体积大，占用空间和资金浪费等等。所以，在选择发电机时，要计算用电设备所需要的电流。3.4.2汽车用电设备用电量的计算汽车用电设备的用电量并不是把所有用电设备在额定功率下的所消耗的电流简单的相加而得。因为汽车上的许多用电设备并不是同时或者始终工作的，如汽车的空调系统是通过人为认定才决定其工作时间，雨刷等只有在雨天才被开启，汽车的远近光是随着路径的变化才变化的。所以在计算用电设备的能耗时要考虑其工作性质和运行条件。汽车用电设备按其运行条件不同可分为，晴天雨天，白天和黑夜，夏天和冬天。按其工作性质可分为长期用电负荷、连续用电负荷和短时间歇用电负荷。所以，要想计算各个用电设备的用电量，必须知道各个设备的负载电流权值。权值如下： 汽车用电设备的负载电流权值长期工作： 汽车仪表 权值：1.0夜间长期工作： 前照等远光灯 权值：0.9 前照灯近光灯 权值：1.0 牌照等 权值：1.0 辅助照明灯 权值：0.3 小灯 权值：1.0连续工作: 空调系统 权值：1.0 音响系统 权值：0.5短时间歇工作： 电喇叭 权值：0.1 转向信号灯 权值：0.1 制动灯 权值：0.1 点火系统 权值：0.1用电设备电流可用下列公式求得： 式中：M整车用电设备数量第i个用电设备的额定功率。U交流发电机实际输出电压。用电设备的额定电压。用电设备电压系数。第i个用电设备的负载电流权值。根据这些公式确定发电机平均输出电流和用电设备的负载电流后，使I=，为了保证交流发电机具有足够的输出电流对蓄电池补充充电，通常取一个蓄电池充电系数=0.15。用电设备电压系数.汽车用电设备的数量及其功率：前大灯： 2个 功率40前侧灯： 2个 功率28转向灯： 2个 功率20会车灯： 2个 功率20制动灯： 2个 功率20后转向灯： 2个 功率20后照明灯： 2个 功率8后照灯： 1个 功率28顶灯： 1个 功率5发动机罩下灯： 1个 功率8仪表照明灯： 10个 功率2工作灯： 1个 功率20照明设备的电流计算：前大灯（远光）：前大灯（近光）：前侧灯 ：会车灯 ：转向灯（前） ：制动灯 ：转向灯（后） ：照明灯（后） ：后照灯 ：顶灯 ：仪表照明 ：发动机罩下灯 ：工作灯 ：其它用电设备的电流：水刷的电动机功率为50瓦所以电流为： 2.5电喇叭的额定电压为12V，额定电流为7.5A，所以P为90W。所以电流为： 0.9桑塔纳汽车空调系统和音响系统是用电量较大的设备，大约为17A=照明设备+其它用电设备=19+17=36所以发电机额定电流选择50A。其额定电压为12伏。发电机型号为JF152。3.5汽车电源系统的保护电路3.5.1汽车电源系统过电压的危害电子元器件如三极管等对于过电压十分敏感，轻则影响正常工作，重则损坏元器件。另外过电压对其他电器也十分有害，例如12V车灯，当以13.5V电压工作时其寿命为100%，若在15V电压下工作其寿命只有28%。过电压包括瞬变性和非瞬变性过电压。非瞬变性过电压主要是由于调节器失控造成发电机电压过高。在12V蓄电池的电源系统中电压上升到17V，使蓄电池充电电流过大而导致蓄电池早期损坏；如果此时蓄电池连接断开，发电机电压会升高到80V，使汽车电器很快烧坏。瞬变过电压根据过电压的方向与电源电压方向相同与否，又分为正向瞬变和反向瞬变过电压两种。由于交流发电机定子绕组有一定电感，如果发电机突然断开负载，定子绕组中的电流发生突变会产生自感电动势，该自感电动势附加在原绕组电动势上，便使发电机的端电压产生正向瞬变过电压。发电机转数越高、失去负载越快，产生的过电压幅值越大，最大峰值可达120V，升压时间为100。又如点火系统触电反复闭合和打开，相当于一个负载不断地接通与断开，也会产生28V以上的瞬变电压。反向瞬变过电压的产生，例如点火开关突然断开或磁场电路因故障突然断开，在磁场绕组两端也会产生峰值为126V，衰减时间为200ms的反向瞬变过电压。发电机磁场绕组保护 汽油机通常利用点火开关对硅整流发电机的磁场电路和电压调节器磁化线圈的电路进行控制。熄火时关断点火开关，即可切断上述两个电路防止蓄电池对它们长期放电而将它们烧坏。3.5.2汽车电源系统过电压保护电路为了防止汽车电源系统过电压对电子设备造成的危害，除了提高电子元件的耐过电压和过载能力，使之具有自身保护能力外，还必须在电源系统中设置相应的保护电路。目前国内外采用的过电压保护电路有以下几种。（1）稳压管保护电路这是目前应用最广泛而且电路最简单的一种。国产的JFT106型调节器采用的稳。这种保护具有反应迅速、线路简单可靠、且在备用状态下不消耗功率等优点。可将其直接装在电子调节器中，但是，这种保护方式不具备非瞬变过电压保护功能，并且对于大功率发电机的保护必须采用功率很大的稳压管。（2）稳压管加继电器保护电路 大功率发电机常采用稳压管加继电器的保护电路，在保护继电器的磁化线圈电路中反向串联一个稳压管，当电源系统发生过电压时，稳压管反向导通，使继电器触电闭合，过电压就会被分流搭铁，同时也使磁场电流减小，使得发电机电压下降。过电压消失后，稳压管截止，保护继电器触电打开。此外，相对于电压高的发电机。还有可控硅、瞬变、非瞬变等过电压保护电路。3.6电子电压调节电路的设计由于交流发电机的转子是由发动机通过皮带旋转的，且发动机和交流发电机的速比为1.7：3，因此交流发电机转子的转数变化范围非常大，这样将引起发电机输出电压发生较大变化，无法满足汽车用电设备的工作要求。为了满足用电设备恒定电压的要求，交流发电机必须配用电压调节器，使其输出电压在发动机所有工况下基本保持恒定。3.6.1 电压调节器的工作原理交流发电机的三相绕组产生的相电动势的有效值，这样，交流发电机每项绕组电动势有效值可写成： 这里C为发电机的结构常数，n为转子转数，为转子的磁极磁通，也就是说交流发电机所产生的感应电动势与转子转数和磁极磁通成正比。当转数升高时，要想使发电机的输出电压保持恒定，只能通过减小磁通来实现。又磁极磁通与励磁电流成正比，减小磁通也就是减小励磁电流。所以，交流发电机调节器的工作原理是：当交流发电机的转速提高时，调节器通过减小发电机的励磁电流来减小磁通，使发电机的输出电压保持不变。3.6.2 电压调节器的分类交流发电机的调节器可分为：触点式电压调节器、晶体管调节器和集成电路调节器。三种调节器的基础都是以转数为基础，通过改变励磁电流，来维持发电机输出电压保持恒定。（1）触点式电压调节器应用较早，这种调节器触电震动频率慢，存在机械惯性和电磁惯性，电压调节精度低，触电易产生火花，对无线电干扰大，可靠性差，寿命短，现已被淘汰。（2）随着半导体技术的发展采用了晶体管调节器。其优点是：三极管的开关频率高，且不产生火花，调节精度高，还具有重量轻，体积小，寿命长，可靠性高，电波干扰小等优点。（3）集成电路调节器除具有晶体管调节器优点外，还具有超小型，安装于发电机的内部，减少了外接线，并且冷却效果得到了改善。桑塔纳轿车使用集成电路调节器。集成电路调节器也叫IC调节器，是根据使用需要，将电路中的若干元件集成在同一个基片上，制成一个独立的电子芯片。集成电路调节器装于发动机内部，构成整体式交流发电机。发电机外部有2个或3个接线柱。集成电路调节器的工作原理与晶体管调节器的工作原理完全一样，都通过稳压管感应发电机的输出电压信号，利用三极管的开关特性控制发电机的励磁电流，使发电机的输出电压保持恒定。图3-2为内装集成电路调节器的整体式交流发电机的电路图。其为蓄电池电压检测法。其工作台过程如下：（1）闭合点火开关S，需电池电压经二极管V11加到分压器R2,R3上，由于电压小于稳压管V12的方向击穿电压，晶体管截止，而,导通，励磁电路为： 蓄电池正极点火开关S充电指示灯发电机励磁绕组蓄电池负极。这时，充电指示灯亮。（2）当发动机起动后，发电机的输出电压高于蓄电池电压，发电机开始向蓄电池充电，励磁电流由他励变成自励。 图3.2 内装集成电路调节器的整体式交流发电机电路图（3）当发电机的输出电压达到调整值时，R3到E点的电压大于稳压管V12的反向击穿电压，稳压管V12导通，导通，截止。这时，励磁电流迅速下降，发电机的输出电压迅速下降。（4）接着V12和又重新截止，又重新导通，产生励磁电流。如此循环，反复导通和截止，控制励磁电流，使发电机的输出电压保持恒定。其它元件的作用：在此电路中，增加了一个分压器R2,R3串联的二极管V11，同时在V11负极和发电机B段之间接入电阻R5，这样可以防止当蓄电池正极与接线有短路现象时，发电机失控。为了减小流经“S”接线柱的电流，增大了电阻R2,R3的阻值，这样在电路中增加了晶体管，起放大作用。 3.6.3 器件的选择器件选择计算： 已知发电机额定电流为50安，励磁回路的电流应为额定电流的10%，所以励磁电流为。应能承受5安的电流，故选为3DD102，其最大允许电流。取放大系数。应能承受250mA的电流。故选为3DG182B，其最大允许电流，取为5欧。取的放大系数，则，则，取为255欧。因为1120-255=865，选为1000欧。故选为3DG182A，其最大允许电流、为分压器。取，上分得的电压12伏电源系电压规定值为13.5V14.5V。13.5V时，14.5V时， 电压变化范围3.38V3.73V选稳压管为2CW1，稳压范围为3.38V3.73V。元器件表如图3.1所示 图3.1 电阻与二极管元件表元器件代号型号及规格元器件代号型号及规格1K，0.5W10W40255，1W2CZ82C3.6K，0.5W2CZ82C255，1W2CZ85D1K，9.5W3DG182A3DD1023DG182B第4章 点火系统4.1 点火系统的概述4.1.1 点火系的功能在汽油发动机中，汽缸内的混合气是由高压电火花点燃的，而产生电火花的功能是由点火系来完成的。点火系将汽车电源的低电位变为高电压，在按发动机点火顺序轮流送至各汽缸，点燃压缩混合器；并能适应发动机工况和使用条件变化，自动调节点火时刻，实现可靠而准确的点火；还能在更换燃油或安装分电器时进行人工校准点火时刻。4.1.2点火系的总类点火系按采用的电源不同，可分为蓄电池点火系和电机点火系两大类。蓄电池点火系按是否采用电子元件控制可分为传统点火系和电子点火系。（1）传统点火系汽车上的蓄电池或发电机向点火系统提供电能，机械触电控制点火时刻，点火时刻的调节采用机械式自动化调节机构，储能方式为电感储能。传统点火系结构简单，成本低，是一种应用较早、较普遍的点火系。但该点火系工作可靠性差，点火状况受转速。触电技术状况影响较大，需要经常维修、调整。随着汽车技术的发展，传统点火系越来越不适合现代发动机对点火的要求，正日趋被新的电子点火系所取代。（2）电子点火系蓄电池或发电机向点火系统提供能量，晶体管控制点火时刻，点火时刻的调节采用机械式调节机构或电子调节机构，储能方式有电感储能和电容储能两种。电子