ВВЕДЕНИЕ

Задачей курсового проекта является освоение методов расчета и конструирования электронного блока автомобильного экономайзера.

Цель – научиться использовать нормативно-техническую документацию при разработке изделия, ознакомиться с порядком построения, изложения и оформления конструкторской документации.

Бурный рост автомобильного парка приводит к тому, что вопрос снижения расхода топлива и уменьшения токсичности отработавших газов автомобильных двигателей становится с каждым годом все более острым. В связи с этим специалисты уделяют большое внимание разработке различных устройств, в том числе и электронных, способствующих улучшению работы двигателя внутреннего сгорания. К числу таких устройств относится и экономайзер, вступающий в действие на режиме принудительного холостого хода.

Описанные ранее электронные блоки управления автомобильным экономайзером (1 и 2) построены на цифровых микросхемах, которые имеют малую помехозащищенность и приобретение которых составляет некоторые трудности.

Представленный электронный блок автомобильного экономайзера собран в основном из транзисторов, прост по схеме, имеет высокую помехозащищенность, а также защиту выходного ключа от случайного замыкания цепи нагрузки. Блок полностью заменяет БУЭМ – 2 на автомобиле с экономайзером и может работать с карбюратором, оснащенным противокалильным клапаном.

Преимущество экономайзера с описанным блоком – экономия топлива на междугородных трассах 20 %, на городских дорогах –

4 … 7 %.

1. Расширенное техническое задание

1.1. Назначение электронного блока – повышение экономии топлива.

Область применения – автомобильный транспорт.

1.2. Состав изделия:

• основной модуль.

1.3. Технические требования:

• категория размещения – транспортируемая аппаратура, устанавливаемая и эксплуатируемая в автомобилях;

• условия эксплуатации:

температура, ⁰С – 30 – + 60;

влажность, % 98;

атмосферное давление, Па до 133;

• напряжение питания постоянного тока 12 В.

1.4. Требования по надежности:

• наработка на отказ, ч 10000 – 15000;

• интенсивность отказа, ч^-1 10^-4;

• срок сохраняемости, лет 12.

1.5. Конструктивные требования:

• использование интегральной и дискретной элементной базы;

• форма и габариты корпуса устанавливаются в процессе проектирования;

• масса не более, кг 2;

• окраска корпуса в любой цвет.

1.6. Ориентировочная номенклатура конструкторской документации:

• схема электрическая принципиальная формата А3;

• спецификация формата А4;

• печатный узел формата А2;

• печатная плата формата А2.

2. Анализ технического задания, электрической схемы, оценка элементной базы

2.1. Сравнительный анализ аналогов.

Отличие разрабатываемого устройства от известных аналогов – простота конструкции, наличие подавителя импульсных помех на входе, транзисторный ключевой усилитель на выходе, высокая помехозащищенность, а также не требуется никакого налаживания после установки его на автомобиль.

Аналог, описанный в (1), имеет низкую помехозащищенность и более сложную элементную базу, не имеет подавителя импульсных помех.

Достоинством аналога, описанного в (2), является наличие узла ввода “гистерезиса” по частоте.

Преимуществами разрабатываемого электронного блока автомобильного экономайзера являются простота конструкции и наличие защиты выходного ключа от случайного замыкания цепи нагрузки.

2.2. Анализ работы электрической схемы.

Принципиальная схема электронного блока автомобильного экономайзера представлена в приложении А. Устройство состоит из формирователя импульсов, преобразователя частоты в напряжение, сравнивающего устройства и электронного ключа, управляющего клапаном.

Формирователь собран на транзисторах VT1 – VT3. Его запускают импульсы с емкостного датчика, установленного на высоковольтном проводе катушки зажигания. Входная цепь R1R2 вместе с емкостным сопротивлением датчика представляет собой делитель импульсного напряжения. Формирователь выдает прямоугольные импульсы постоянной длительности и амплитуды с частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала двигателя. Длительность импульсов можно изменить подборкой конденсатора С2.

Далее эти импульсы поступают в преобразователь, выполненный на диодах VD4, VD5, резисторе R9 и конденсаторе С5. Здесь частота преобразуется в пропорциональное значение постоянного напряжения. Зависимость напряжения на нагрузочном резисторе R9 от частоты следования импульсов и частоты вращения вала показана в таблице.

Частота импульсов, Гц	33,3	50	66,6	100	133,3	166,6	266,6
Частота вращения вала, мин-1	1000	1500	2000	3000	4000	5000	8000
Постоянное напряжение преобразователя, В	1,3	1,7	2,1	2,7	3,1	3,4	5,5

Преобразователь характеризуется сравнительно малой инерционностью и малыми пульсациями выходного напряжения.

Сравнивающее устройство представляет собой компаратор на ОУ DA1, на один вход которого подано напряжение с преобразователя, а на второй – образцовое. Источником образцового напряжения служит параметрический стабилизатор VD6, R10, C6 и делитель, состоящий из резисторов R11 – R13. Выходной сигнал компаратора управляет работой электронного ключа, собранного на транзисторе VT5 и диоде VD7.

Электронный ключ предназначен для коммутации напряжения питания обмотки электромагнитного клапана, установленного в карбюраторе. Если выходное напряжение преобразователя ниже образцового, то есть при частоте вращения коленчатого вала ниже определенного значения, на выходе компаратора сигнал будет отсутствовать, электронный ключ открыт и открыт электромагнитный клапан на карбюраторе. При этом состояние ключа не зависит от того нажата или опущена педаль привода дроссельной заслонки. При напряжении выше образцового, что соответствует большей частоте вращения коленчатого вала двигателя, электронный ключ и клапан закроются, но при условии, что педаль акселератора будет опущена. При нажатой педали контакты SF1 замкнуты и электронный ключ и клапан будут открыты независимо от сигнала компаратора.

Ключ снабжен системой защиты от замыкания в цепи обмотки клапана. Система состоит из резистора R18, транзистора VT4. Сопротивление R18 определяет ток срабатывания системы. При указанных на схеме типономеналах он равен 0,3 … 0,5 А.

Динамически экономайзер почти безынерционен, то есть при резком закрывании дросселя на большой частоте вращения вала двигателя клапан закрывается моментально, без заметной задержки. Однако двигатель еще продолжает работать 3 – 4 секунды на оставшемся в карбюраторе топливе, и этого времени достаточно, чтобы успеть переключить передачу.

2.3. Оценка элементной базы.

В разрабатываемом устройстве применяется операционный усилитель средней точности К553УД1А со следующими электрическими и предельными эксплуатационными характеристиками:

• максимальная рассеиваемая мощность 300 мВ.

Транзисторы:

а) типа КТ315Б – кремниевые эпитаксиально-планарные n-p-n усилительные высокочастотные маломощные; предназначены для работы в схемах усилителей высокой, промежуточной и низкой частоты, у которых следующие предельные эксплутационные данные:

• постоянная рассеиваемая мощность 150 мВт;

• температура окружающей среды – 55 ... + 100 С;

б) типа КТ361Г – кремниевые эпитаксиально-планарные p-n-p усилительные высокочастотные; предназначены для работы в усилителях высокой частоты, у которых следующие предельные эксплутационные данные:

• постоянная рассеиваемая мощность коллектора 150 мВт;

• температура окружающей среды – 60 ... + 100 С;

в) типа КТ814Г – кремниевые меза-эпитаксиально-планарные n-p-n универсальные низкочастотные мощные; предназначены для работы в усилителях низкой частоты, операционных и дифференциальных усилителях, преобразователях, импульсных схемах, у которых следующие предельные эксплутационные данные:

• постоянная рассеиваемая мощность коллектора:

с теплоотводом 10 Вт;

без теплоотвода 1 Вт;

• температура окружающей среды – 40 ... + 100 С.

В БУЭМ применены резисторы МЛТ с металлодиэлектрическим проводящем слоем, предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока в качестве элементов навесного монтажа. МЛТ относятся к неизолированным. Номинальная мощность 0,5 Вт.

Предельные эксплутационные данные:

• температура окружающей среды – 60 … + 70 С;

• относительная влажность до 98 %;

• пониженное атмосферное давление до 133 Па;

• минимальная наработка 25000 ч;

• срок сохраняемости 25 лет.

Достоинством данного типа резисторов является широкий диапазон номинальных сопротивлений (1,0 – 5,1х10⁶ Ом), малые габаритные размеры, большой срок сохранности, широкий диапазон рабочих температур.

В разрабатываемом устройстве применяется подстроечный одинарный однооборотный с круговым перемещением подвижной системы резистор R12 типа СП3-38б.

Предельные эксплутационные данные:

• диапазон номинальных сопротивлений 47 – 10000000 Ом;

• номинальная мощность 0,125 Вт;

• температура окружающей среды – 45 … + 70 ⁰С;

• относительная влажность воздуха 98 %;

• пониженное атмосферное давление до 83993 Па;

• износоустойчивость 500 циклов;

• угол поворота подвижной системы 230 ⁰;

• срок сохраняемости 12 лет;

• минимальная наработка 20000 ч.

Также применяются конденсаторы следующих типов: К22У1, К22-5,

К50-31, К53-30.

Таблица 1

Тип конд.	Группа ТКЕ	Ном. напр., В	Диап. раб. темп., 0С	Номин. емкость	Срок сохр., лет
К22У1	М47	35	– 60 … + 125	1000 – 1500 пФ	12
К22У1	М47	35	– 60 … + 125	3300 – 3900 пФ	12
К22-5	Н10	25	– 60 … + 85	470 – 120000 пФ	12
К50-31		16	– 40 … + 70	10 – 2200 мкФ	15
К53-30		20	– 60 … + 85	0,22 – 2,2 мкФ	15

Стабилитроны:

а) типа КС156А; предельные эксплуатационные данные:

• максимально допустимая рассеиваемая мощность стабилизации 300 мВт;

• температура окружающей среды – 55 … + 100 ⁰С;

б) типа Д814А; предельные эксплуатационные данные:

• относительная влажность до 98 %;

• атмосферное давление – 2,7х10⁴ – 3х10⁵ Па;

• температура окружающей среды – 55 … + 100 ⁰С;

• гарантийная наработка 8000 ч;

• постоянные ускорения до 150 g;

• многократные удары с ускорением до 100 g.

Диоды:

а) типа КД103А; предельные эксплуатационные данные:

• атмосферное давление – 2,7х10⁴ – 3х10⁵ Па;

• температура окружающей среды – 55 … + 100 ⁰С;

• относительная влажность до 98 %;

• линейные нагрузки с ускорением до 25 g;

• ударные многократные нагрузки с ускорением до 75 g;

б) типа КД105Б; предельные эксплуатационные данные:

• атмосферное давление – 2,7х10⁴ – 3х10⁵ Па;

• температура окружающей среды – 55 … + 85 ⁰С.