đồ án đánh lửa lập trình

Đồ án
Đánh lửa lập trình
MỤC LỤC
CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 3
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐN ĐÁNH LỬA 3
CÔNG DỤNG , YÊU CẦU, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 3
LÝ THUYẾT ĐÁNH LỬA 5
CHƯƠNG II : HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH 16
SF 16
NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH 16
CẤU TẠO HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH 18
HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA SỚM ESA 62
PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH 71
PHẦN II: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI
CHƯƠNG I : KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐN ĐÁNH LỬA
CÔNG DỤNG , YÊU CẦU, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
1.1.1 Công dụng
Hệ thống đánh lửa trên động cơ có nhiệm vụ biến nguồn điện xoay chiều hoặc
một chiều có hiệu điện thế thấp (12 hoặc 24 V) thành các xung điện thế cao (từ 15.000
đến 40.000 V). Các xung hiệu điện thế cao này sẽ được phân bố đến bougie của các
xylanh đứng thời điểm để tạo tia lửa điện cao thế đốt cháy hòa khí.
1.1.2 Tổng quan hệ thống đánh lửa.
Trong động cơ xăng, hỗn hợp
không khí – nhiên liệu được đánh
lửa để đốt cháy và áp lực sinh ra từ
sự bốc cháy sẽ đẩy piston xuống.
Năng lượng nhiệt được biến thành
động lực có hiệu quả cao nhất khi áp
lực nổ cực đại được phát sinh vào

thời điểm trục khuỷu ở vị trí 10
0
sau
điểm chết trên (ATDC- After Top
dead center) . Vì vậy phải đánh lửa
sớm sao cho áp lực nổ cực đại được
tạo ra vào thời điểm 10
0
sau TDC .
Thời điểm đánh lửa để động cơ có thể sinh ra áp lực nổ cực đại thường xuyên thay đổi
tùy thuộc vào điều kiện làm việc của động cơ .
Góc đánh lửa sớm
opt
θ
là góc quay của trục khuỷu động cơ tính từ thời điểm
xuất hiện tia lửa tại bougie cho đến khi piston lên tới TDC .
Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế và độ ô nhiễm
của khí thải động cơ. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:

),,,,,,(
omtwtbđbđopt
Nnttptpf=
θ
Trong đó:
-
bđ
p
:Áp suất buồng đốt tại thời điểm đánh lửa.
-
bđ

t
: nhiệt độ buồng đốt.
-
P
: Áp suất trên đường ống nạp.
-
wt
t
: nhiệt độ nước làm mát động cơ.
-
mt
t
: nhiệt độ môi trường.
-
n
: số vòng quay của động cơ.
-
0
N
: chỉ số octan của động cơ xăng.
a. Quá trình cháy của hòa khí.
Hình 1.1 : Góc đánh lửa sớm
• Giai đoạn cháy trễ
Sự bốc cháy của hỗn hợp không khí – nhiên
liệu không phải xuất hiện ngay sau khi đánh lửa .
Thoạt đầu , một khu vực nhỏ ( hạt nhân) ở sát ngay
tia lửa bắt đầu cháy, và quá trình bắt cháy này lan ra
khu vực xung quanh. Quãng thời gian từ khi hỗn hợp
không khí - nhiên liệu được đánh lửa cho đến khi nó
bốc cháy được gọi là giai đoạn cháy trễ ( khoảng A

đến B trong sơ đồ) . Giai đoạn cháy trễ đo gần như
không thay đổi và nó không bị ảnh hưởng của điều
kiện làm việc của động cơ.
• Giai đoạn lan truyền ngọn lửa
Sau khi hạt nhân ngọn lửa hình thành , ngọn
lửa nhanh chóng lan truyền ra xung quanh. Tốc độ
lan truyền này được gọi là tốc độ lan truyền ngọn
lửa, và thời kỳ này được gọi là thời kỳ lan truyền
ngọn lửa ( B-C-D trong sơ đồ) .
Khi có một lượng lớn không khí được nạp
vào, hỗn hợp không khí- nhiên liệu trở nên có mật
độ cao hơn . Vì thế, khoảng cách giữa các hạt trong
hỗn hợp không khí – nhiên liệu giảm xuống, nhờ thế
tốc độ lan truyền ngọn lửa tăng lên.
Ngoài ra, luồng hỗn hợp không khí- nhiên
liệu xoáy lốc càng mạnh thì tốc độ lan truyền ngọn
lửa càng cao. Khi tốc độ lan truyền ngọn lửa cao,
cần phải định thời đánh lửa sớm. Do đó cần phải điều khiển thời điểm đánh lửa theo
điều kiện làm việc của động cơ.
1.1.3 Yêu cầu
Một hệ thống đánh lửa làm việc tốt phải đảm bảo các yêu cầu sau :
- Hệ thống đánh lửa phải sinh ra sức điện động thứ cấp đủ lớn để phóng
điện qua khe hở bougie trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ.
- Tia lửa trên bougie phải đủ năng lượng và thời gian phóng để sự cháy
bắt đầu.
- Góc đánh lửa sớm phải đúng trong mọi chế độ hoạt động của động cơ.
- Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt trong điều kiện
nhiệt độ cao và độ rung xóc lớn.
- Sự mài mòn điện cực bougie phải nằm trong khoảng cho phép.
LÝ THUYẾT ĐÁNH LỬA

1.1.4 Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa.
a. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U
m2
Hiệu điện thế thứ cấp cực đại
m
U
2
là hiệu điện thế cực đại đo được ở hai đầu
cuộn dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bougie. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại
m
U
2
phải đủ lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bougie, đặc
biệt là lúc khởi động.
b. Hiêu điện thế đánh lửa U
đl
.
Hiệu điện thế thứ cấp mà ở đó quá trình đánh lửa xảy ra, được gọi là hiệu điện
thế đánh lửa
đl
U
. Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tuân
theo định luật Pashen.
đl
U
=
K
T
P
δ

.
Trong đó:
P
: là áp suất buồng đốt tại thời điểm đánh lửa.
δ
: khe hở bougie.

T
: nhiệt độ ở điện cực trung tâm của bougie tại thời điểm đánh lửa.

K
: hằng số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp hòa khí.
Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu điện thế đánh lửa
đl
U
tăng khoảng 20 đến 30 %
do nhiệt độ điện cực bougie thấp.
Khi độn-g cơ tăng tốc độ, thoạt tiên,
đl
U
tăng, do áp suất nén tăng nhưng sau đó
U
đl
giảm từ từ do nhiệt độ điện cực bougie tăng và áp suất nén giảm do quá trình nạp
xấu đi.
Hiệu điện thế đánh lửa có giá trị cực đại ở chế độ khởi động và tăng tốc, có giá
trị cực tiểu ở chế độ ổn định khi công suất cực đại ( hình 1.1).
Trong quá trình vận hành xe mới, sau 2.000 km đầu tiên, U
đl
tăng 20% do điện

cực bougie bị mài mòn. Sau đó
đl
U
tiếp tục tăng do khe hở bougie tăng. Vì vậy để
giảm
đl
U
phải hiệu chỉnh lại khe hở bougie sau mỗi 10.000 km (đối với loại bougie
điện cực thường).
1.Toàn tải ; 2. Nửa tải ; 3. Tải nhỏ ; 4. Khởi động và cầm chừng
Hình 1.2 : Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa vào tốc độ và tải
của động cơ.
c. Hệ số dự trữ K
dt
Hệ số dự trữ là tỷ số giữa hiệu điện thế cực đại
m
U
2
và hiệu điện thế đánh lửa
đl
U
:
dt
K
=
đl
m
U
U
2

Đối với hệ thống đánh lửa thường, do
m
U
2
thấp nên
dt
K
thường nhỏ hơn 1,5.
Trên những động cơ xăng hiện đại với hệ thống đánh lửa điện tử, hệ số dự trữ đánh lửa
có giá trị khá cao (
0,25,1 ÷=
dt
K
), đáp ứng được việc tăng tỷ số nén, tăng số vòng quay
và tăng khe hở bougie.
d. Năng lượng dự trữ W
dt
.
Năng lượng dự trữ
dt
W
là năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường trong cuộn
dây sơ cấp của bobine. Để đảm bảo tia lửa điện có đủ năng lượng để đốt cháy hoàn
toàn hòa khí, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp của
bobine ở một giá trị xác định:

dt
W
=
15050

2
1
÷=
×
ng
IL
mJ
Trong đó:
-
dt
W
: Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp.
-
1
L

: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bobine.
-
ng
I
: Cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm transistor công suất
ngắt.
e. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S.
S
=
dt
du
2
=
t

u
∆
∆
2
=
600300
÷
V/
s
µ
Trong đó:
- S : Là tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp
-
2
u∆
: Độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp.
-
t
∆
:Thời gian biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp.
Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S càng lớn thì tia lửa điện xuất hiện
ở điện cực bougie càng mạnh nhờ đó dòng không bị rò qua muội than trên điện cực
bougie, năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm.
f. Tần số và chu kỳ đánh lửa.
Đối với động cơ xăng 4 kỳ, số tia lửa trong một giây hay còn gọi là tần số đánh
lửa được xác định bởi công thức:

)(
120
Hz

nZ
f
=
Đối với động cơ 2 kỳ:

)(
60
Hz
nZ
f
=
Trong đó:
-
f
: Tần số đánh lửa.
-
n
: Số vòng quay trục khuỷu động cơ (min
1
)
- Z : Số xylanh động cơ
Chu kỳ đánh lửa
T
: là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa.
T
=
1
/
f
=

mđ
tt +
Trong đó:
-
đ
t
: Thời gian vít ngậm hay transistor công suất bão hòa.
-
m
t
: Thời gian vít hở hay transistor công suất ngắt.
Tần số đánh lửa
f
tỷ lệ thuận với vòng quay trục khuỷu động cơ và số xylanh.
Khi tăng số vòng quay của động cơ và số xylanh, tần số đánh lửa
f
tăng và do đó chu
kỳ đánh lửa T giảm xuống. Vì vậy, khi thiết kế cần chú ý đến 2 thống số là chu kỳ và
tần số đánh lửa để đảm bảo ở số vòng quay cao nhất của động cơ tia lửa vẫn mạnh.
g. Góc đánh lửa sớm
opt
θ
.
Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ tính từ thời điểm xuất
hiện tia lửa điện tại bougie cho đến khi piston lên tới điểm chết trên.
Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế và độ ô nhiễm
của khí thải động cơ. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc rất nhiều yếu tố:
),,,,,,(
omtwtbđbđopt
Nnttptpf=

θ
Trong đó:
-
bđ
P
: Áp suất buồng đốt tại thời điểm đánh lửa.
-
bđ
t
: nhiệt độ buồng đốt.
-
P
: Áp suất trên đường ống nạp.
-
wt
t
: nhiệt độ nước làm mát động cơ.
-
mt
t

: nhiệt độ môi trường.
-
n
: số vòng quay của động cơ.
-
0
N
: chỉ số octan của động cơ xăng.
Ở các xe đời cũ, góc đánh lửa sớm chỉ được điều khiển theo hai thông số: tốc

độ ( bộ sớm ly tâm) và tải( bộ sớm áp thấp) của động cơ. Tuy nhiên, hệ thống đánh lửa
ở một số xe( TOYOTA, HONDA…), có trang bị thêm van nhiệt và sử dụng bộ phận
đánh lửa sớm theo hai chế độ nhiệt độ. Trên các xe đời mới, góc đánh lửa sớm được
điều khiển bằng điện tử nên góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh theo các thống số nêu
trên. Trên hình 1.3 trình bày bản đồ góc đánh lửa sớm theo tốc độ và tải động cơ trên
xe đời mới.
Hình 1.3:Bản đồ góc đánh lửa sớm theo tốc độ và tải động cơ trên ô tô đời mới
h. Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện.
Thông thường, tia lửa điện bao gồm hai thành phần là thành phần điện dung và
thành phần điện cảm. Năng lượng của tia lửa được tính theo công thức:
LCP
WWW +=
Trong đó:

2
.
2
2 đl
C
UC
W =

2
.
2
22
iL
W
L
=

-
P
W
: năng lượng tia lửa.
-
C
W
: năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện dung.
-
L
W
:năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện cảm.
-
2
C
:điện dung ký sinh của mạch thứ cấp của bougie.
-
đl
U
: hiệu điện thế đánh lửa.
-
2
L
: độ tự cảm của mạch thứ cấp.
-
2
i
:cường độ dòng điện mạch thứ câp.
Tùy loại hệ thống đánh lửa mà năng lượng tia lửa có đủ cả hai thành phần điện
cảm ( thời gian phóng điện dài) và điện dung ( thời gian phóng điện ngắn) hoặc chỉ có

một thành phần.
Thời gian phóng điện giữa hai điện cực của bougie tùy theo vào loại hệ thống
đánh lửa. Tuy nhiên, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo năng lượng của tia lửa phải đủ
lớn và thời gian phóng đủ dài để đốt cháy được hòa khí ở mọi chế độ hoạt động của
động cơ.
1.1.5 Lý thuyết đánh lửa trong ô tô.
Trong động cơ xăng 4 kỳ, hòa khí, sau khi được đưa vào trong xylanh và được
hòa trộn đều nhờ sự xoáy lốc của dòng khí, sẽ được piston nén lại. Ở một thời điểm
thích hợp cuối kỳ nén, hệ thống đánh lửa sẽ cung cấp một tia lửa điện cao thế đốt cháy
hòa khí và sinh công cho động cơ. Để tạo được tia lửa giữa hai điện cực của bougie,
quá trình đánh lửa được chia làm 3 giai đoạn: quá trình tăng trưởng của dòng sơ cấp
hay còn gọi là quá trình tích lũy năng lượng, quá trình ngắt dòng sơ cấp và quá trình
xuất hiện tia lửa ở điện cực bougie.
a. Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp.
Hinh 1.4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa.
Trong sơ đồ hệ thống đánh lửa trên:
-
f
R
: điện trở phụ.
-
1
R
: điện trở của cuộn sơ cấp.
-
21
, LL
: độ tự cảm của cuộn sơ cấp và thứ cấp của bobine.
-
T

: transistor công suất được điều khiển nhờ tín hiệu của
cảm biến hoặc vít lửa.

Hình 1.5 : Sơ đồ tương đương của mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa.
Khi transistor công suất dẫn, trong mạch sơ cấp sẽ có dòng điện
1
i
từ (+) accu
→
massTLR →→→
11
. Dòng
1
i
tăng từ từ do sức điện động tự cảm sinh ra trên cuộn
sơ cấp
1
L
chống lại sự tăng của cường độ dòng điện. Ở giai đoạn này, mạch thứ cấp
của hệ thống đánh lửa gần như không ảnh hưởng đến quá trình tăng dòng ở mạch sơ
cấp. Hiệu điện thế và cường độ dòng điện suất hiện ở mạch thứ cập không đánh kể nên
ta có thể coi mạch thứ cấp hở. Vì vậy, ở giai đoạn này ta có sơ đồ tương đương trình
bày trên hình 1.5. Trên sơ đồ, giá trị điện trở của accu được bỏ qua, trong đó:

f
RRR +=
Σ 1

Ta
UUU ∆−=

a
U
: hiệu điện thế của accu.
T
U∆
:độ sụt áp trên transistor công suất ở trạng thái dẫn bão hòa hoặc độ
sụt áp trên vít lửa.
Từ sơ đồ hình 1.5 ta có thể thiết lập được phương trình vi phân sau:

U
dt
di
LRi =+Σ
1
11
.
(2.1)
Giải phương trình vi phân (2.1) ta được:









−=
Σ
−

Σ
t
L
R
e
R
U
ti
1
1)(
1
Gọi
Σ
= RL /
11
τ
là hằng số điện từ của mạch.
)1)(/()(
1
/
1
τ
t
eRUti
−
Σ
−=
(2.2)
Lấy đạo hàm (2.2) theo thời gian t , ta được tốc độ tăng trưởng của dòng sơ cấp
(hình 1.5). Như vậy, tốc độ tăng dòng sơ cấp phụ thuộc chủ yếu vào độ tự cảm

1
L
.
Hình 1.6 : Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp
Với bobine xe đời cũ với độ tự cảm lớn ( đường 1) , tốc độ tăng dòng sơ cấp
chậm hơn so với bobine xe đời mới với độ tự cảm nhỏ ( đường 2). Chính vì vậy, lửa sẽ
càng yếu khi tốc độ càng cao. Trên xe đời mới, hiện tượng này được khắc phục nhờ sử
dụng bobine có
1
L
nhỏ.
Đồ thị cho thấy độ tự cảm
1
L
của cuộn sơ cấp càng lớn thì tốc độ tăng trưởng
dòng
1
i
càng giảm.
Gọi t
đ
là thời gian transistor công suất dẫn bão hòa thì cường độ dòng điện sơ
cấp
ng
I
tại thời điểm đánh lửa khi transistor công suất ngắt là:

)1(
1
/

τ
đ
t
ng
e
R
U
I
−
−
Σ
=
(2.3)
Trong đó:
) /(120 ZnTt
đđđ
γγ
==

T
: chu kỳ đánh lửa (s)

n
: số vòng quay trục khuỷu động cơ (min
-1
)

Z
: số xylanh của động cơ.

đ
γ
: thời gian tích lũy năng lượng tương đối.
Trên các xe đời cũ, thời gian tích lũy năng lượng tương đối
3/2=
đ
γ
, còn các
xe đời mới nhờ cơ cấu hiệu chỉnh thời gian tích lũy năng lượng (góc ngậm) nên
3/2<
đ
γ
.
1
1
.
120
1(
τ
γ
nZ
ng
đ
e
R
U
I
−
Σ
−=⇒

) (2.4)
Từ công thức (2.4), ta thấy
ng
I
phụ thuộc vào tồng trở của mạch sơ cấp (
Σ
R
),
độ tự cảm của cuộn dây sơ cấp(
1
L
), số vòng quay trục khuỷu động cơ(
n
), và số xylanh
(
Z
). Nếu
ZLR ,,
1Σ
không đổi thì khi tăng số vòng quay trục khủy động cơ (
n
), cường
độ dòng điện
ng
I
sẽ giảm.
Tại thời điểm đánh lửa, năng lượng đã được tích lũy trong cuộn sơ cấp dưới
dạng từ trường:
2
/

2
2
1
2
)1(
22
.
1
τ
đ
t
ng
dt
e
R
U
L
LI
W
−
Σ
−×==

)21(
2
2
2
2
1
aa

dt
ee
R
U
L
W
−−
Σ
+−×=
(2.5)
Trong đó:
-
dt
W
: Năng lượng tích lũy trong cuộn sơ cấp.
-
đ
đ
t
L
R
t
a
11
Σ
==
τ
Hàm
)(afW
dt

=
(2.5) đạt được giá trị cực đại, tức nhận được năng lượng từ hệ
thống cấp điện nhiều nhất khi:

256,1
1
==
∑
ñ
t
L
R
a
(2.6)
Đối với hệ thống đánh lửa thường và đối với hệ thống đánh lửa bán dẫn không
có mạch hiệu chỉnh thời gian tích lũy năng lượng
đ
t
, điều kiện (2.6) không thể thực
hiện được vì
đ
t
là giá trị thay đổi phụ thuộc và tốc độ n của động cơ. Sau khi đạt được
giá trị
ΣRU /
, dòng điện qua cuộn sơ cấp sẽ gây tiêu phí năng lượng vô ích, tỏa nhiệt
trên cuộn sơ cấp và điện trở phụ. Trên các xe đời mới, nhược điểm trên được loại trừ
nhờ mạch hiệu chỉnh thời gian tích lũy năng lượng
đ
t

( dwell control ) hay còn gọi là
kiểm soát góc ngậm.
Lượng nhiệt tỏa ra trên cuộn sơ cấp của bobine
n
W
được xác định bởi công thức
sau:

∫
=
d
t
n
dtRiW
0
1
1
2


dteeR
R
U
W
tt
t
n
)21(
11
/2/

1
0
2
2
ττ
−−
∑
+−=
∫
ñ


(2.7)

Công suất tỏa nhiệt
n
P
trên cuộn dây sơ cấp của bobine:

dtRi
T
P
t
n 1
0
2
1
1
∫
=

ñ







−+−−=
−−
∑
)1(
2
)1(2
11
/2
1
/
1
1
2
2
ττ
ττ
ññ
ñ
tt
n
e
T

e
TT
t
R
R
U
P
(2.8)
Khi công tắc máy ở vị trí ON mà động cơ không hoạt động, công suất tỏa nhiệt
trong bobine là lớn nhất:
11
/2
1
/
11
2
2
)2/(2(
ττ
ττ
tt
n
eetR
R
U
W
−−
∑
−+=

1
2
2
max
R
R
U
P
n
∑
≈
Thực tế khi thiết kế,
maxn
P
phải nhỏ hơn 30W để tránh tình trạng nóng bobine.
Vì nếu
WP
n
30
max
≥
, nhiệt lượng sinh trên cuộn sơ cấp lớn hơn nhiệt lượng tiêu tán.
Trong thời gian tích lũy năng lượng, trên cuộn thứ cấp cũng suất hiện một sức
điện động tương đối nhỏ, chỉ xấp xỉ 1.000 V.

dt
di
LKe
bb
1

12
=
Trong đó:
-
2
e
: sức điện động cuộn thứ cấp.
-
bb
K
: hệ số biến áp của bobine.
Sức điện động này bằng 0 khi dòng điện sơ cấp đạt giá trị
Σ
RU /
.
b. Quá trình ngắt dòng sơ cấp.
Khi transistor công suất ngắt, dòng sơ cấp và từ thông do nó sinh ra giảm đột
ngột. Trên cuộn thứ cấp của bobine sẽ sinh ra một hiệu điện thế vào khoảng từ
KVKV 4015 ÷
. Giá trị của hiệu điện thế thứ cấp phụ thuộc vào rất nhiều thông số của
mạch sơ cấp và thứ cấp. Để tính toán hiệu điện thế thứ cấp cực đại, ta sử dụng sơ đồ
tương đương được trình bày trên hình 1.6.
Trong sơ đồ này:
-
m
R
: điện trở mất mát.
-
r
R

: điện trở dò qua điện cực của bougie.
Hình 1.7: Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa
Bỏ qua hiệu điện thế accu vì hiệu điện thế của accu rất nhỏ so với sức điện
động tự cảm trên cuộn sơ cấp lúc transistor công suất ngắt. Ta xét trường hợp không
tải, tức là dây cao áp được tách ra khỏi bougie. Tại thời điểm transistor công suất ngắt,
năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn sơ cấp của bobine được chuyển thành năng
lượng điện trường chứa trên tụ điện C1 và C2 và một phần mất mát. Để xác định hiệu
điện thế thứ cấp cực đại
m
U
2
ta lập phương trình năng lượng lúc transistor công suất
ngắt:

A
UCUC
LI
mm
ng
++=
2
.
2
.
2
.
2
22
2
11

1
2
Trong đó:

1
C
: điện dung của tụ điện mắc song song với vít lửa hoặc
transistor công suất

2
C
: điện dung ký sinh trên mạch thứ cấp.

mm
UU
21
,
: hiệu điện thế trên mạch sơ cấp và thứ cấp lúc transistor
công suất ngắt.

A
:năng lượng mất mát do dòng rò, dòng fucô trong lõi thép
của bobine.

mbbm
UKU
12
.=

12

/WWK
bb
=
: hệ số biến áp của bobine.

21
,WW
: số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp.

2
22
2
2
2
11
2
.
.
.
m
bb
m
ng
UC
K
U
CLI
++=⇒

1

2
2
2
1
2
2
.LIC
K
C
U
ng
bb
m
=








+×

η
.
.
2
2
1

1
2
CKC
L
IKU
bb
ngbbm
+
=

η
.
.
.
2
2
1
2
1
2
CKC
IL
KU
bb
ng
bbm
+
=
η
: Hệ số tính đến sự mất mát trong mạch dao động,

.8,07,0 ÷=
η
Hình 1.8: Quy luật biến đổi của dòng điện sơ cấp
1
i
và hiệu điện thế thứ cấp
m
U
2
Quy luật biến đổi dòng điện sơ cấp
1
i
và hiệu điện thế thứ cấp
m
U
2
, được biểu
diễn trên hình 1.8.
Khi transistor công suất ngắt, cuộn sơ cấp sẽ sinh ra một sức điện động tự cảm
khoảng 100÷300 (V).
c. Quá trình phóng điện ở điện cực bougie
Khi điện áp thứ cấp U
2m
đạt đến giá trị U
dl
tia lửa điện cao thế sẽ xuất hiện giữa
hai điện cực của bougie. Bằng thí nghiệm người ta chứng minh được rằng tia lửa xuất
hiện ở bougie gồm hai thành phần là thành phần điện dung và thành phần điện cảm.
Thành phần điện dung của tia lửa do năng lượng tích lũy trong mạch thứ cấp
được quy ước bởi điện dung ký sinh C

2
. Tia lửa được đặc trung bởi sự sụt áp và tăng
dòng đột ngột . Dòng có thể đạt vài chục Ampere hình(1.9)
(KV)
t
U
2
m
U
ñl
I
ñl
I
ñc
a
b
U
2
m
20
12
1
l
2
, A
300
t
Hình 1.9 : Quy luật biến đổi hiệu điện thế U
m2
là cường độ dòng điện thứ cấp i

2
khi transistor công suất ngắt
Mặc dù năng lượng không lớn lắm
2/).(
2
2 đl
UC
nhưng công suất phát ra bởi
thành phần điện dung của tia lửa nhờ thời gian rất ngắn (1µs) nên có thể đạt hàng
chục, có khi tới hàng trăm KW. Tia lửa điện dung có màu xanh sáng kèm theo tiếng nổ
lách tách đặc trưng.
Dao động với tần số cao (10
6
÷ 10
7
Hz) và dòng lớn, tia lửa điện dung gây nhiễu
vô tuyến và làm mòn điện cực bougie. Để giải quyết vấn đề vừa nêu, trên mạch thứ
cấp ( như nắp delco, mỏ quẹt, dây cao áp) thường được mắc thêm các điện trở. Trong
ô tô đời mới, người ta dùng dây cao áp có lõi bằng than để tăng điện trở.
Do tia lửa xuất hiện trước khi hiệu điện thế thứ cấp đạt giá trị U
2m
nên năng
lượng tia lửa điện dung chỉ là một phần nhỏ của năng lượng phóng qua bougie. Phần
năng lượng còn lại sẽ hình thành tia lửa điện cảm. Dòng qua bougie lúc này chỉ rơi vào
khoảng 20÷40mA. Hiệu điện thế giữa hai điện cực bougie giảm nhanh đến giá trị
400÷500 V .Thời gian kéo dài của tia lửa điện cảm gấp 100 đến 1.000 lần thời gian tia
lửa điện dung và thời gian này phụ thuộc vào loại bobine, khe hở bougie và chế độ
làm việc của động cơ. Thường thì thời gian tia lửa điện cảm vào khoảng 1 đến 1,5 ms.
Tia lửa điện cảm có màu vàng tím, còn gọi là đuôi lửa. Trong thời gian xuất hiện tia
lửa, năng lượng tia lửa W

p
được tính bởi công thức:

dttiUW
tp
lp
)(
2
0
∫
=
ñ
p
t
: thời gian suất hiện tia lửa trên điện cực bougie
Trên thực tế, ta có thể sử dụng công thức gần đúng:

PtbPtbPtbP
tUIW 5,0≈
Trong đó:
PtbPtb
UI ,
và
Ptb
t
: lần lượt là cường độ dòng điện trung bình, hiệu điện thế
trung bình và thời gian xuất hiện tia lửa trung bình giữa hai điện cực của
bougie
Kết quả tính toán và thực nghiệm cho thấy rằng, ở tốc độ thấp của động cơ,
P

W
có giá trị khoảng 20÷50 mJ.
CHƯƠNG II : HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH
SF
NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH
Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo chung
Khi ECU động cơ nhận được tín hiệu gửi về, trong đó quan trọng nhất là các
xung G ( vị trí trục cam), xung NE (vị trí trục khuỷu) và tín hiệu của cảm biến đo gió,
bộ sử lý của ECU sẽ tính toán và chọn ngay ra một điểm trên bề mặt lập trình, tức là
chọn ngay một góc đánh lửa sớm tối ưu ở tốc độ và mức tải đó ( chương trình đánh lửa
sớm ESA- Electronic Spark Advance) . Rồi thông qua một bóng điều khiển trong ECU
xuất xung IGT (ignition timing) sang IC đánh lửa. Khi IC đánh lửa nhận được xung
IGT ở đầu vào mạch transisitor , mạch này điều khiển bóng Transistor ON để nối
mass cho cuộn sơ cấp W1 của bobine qua chân C của IC đánh lửa. Khi đó xuất hiện
dòng sơ cấp, tạo từ trường ∅ trong bobine và từ trường ∅ này tồn tại trong bobine
cho đến khi xung IGT mất, bóng Transistor trong IC đánh lửa OFF, khi đó từ trường
∅ biến thiên cực nhanh và cảm ứng ra xung cao áp ở cuộn dây thứ cấp W2 của
bobine. Xung cao áp này được bộ chia điện đưa đến bougie theo thứ tự nổ của động cơ
(hoặc tới thẳng bougie) , tạo tia lửa điện đốt cháy hòa khí.
Hình 2.2: Bản đồ bề mặt lập trình và thời điểm đánh lửa.
Như vậy, thời điểm mất xung IGT chính là thời điểm đánh lửa. Do đó, trước
TDC của mỗi máy, ECU phải gửi ra một xung IGT và xung đó phải mất trước TDC để
tạo ra góc đánh lửa sớm .
Khi chế độ làm việc của động cơ thay đổi, muốn tạo góc đánh sớm hơn nữa thì
ECU chỉ việc dịch xung IGT về trước TDC xa hơn.
Xung phản hồi IGF ( ignition feedback) sẽ được gửi trở lại bộ sử lý trung tâm
trong ECU để báo rằng hệ thống đánh lửa đang hoạt động nhằm phục vụ công tác
chuẩn đoán và điều khiển phun xăng. Trong trường hợp không có xung IGF, các kim
phun xăng sẽ ngừng phun sau thời gian vài giây.
Trong trường hợp hệ thống đánh lửa không có IC đánh lửa mà chỉ có bóng Tr

điều khiển, thì ECU phải xuất xung IGT điều khiển bóng Tr để thông mạch và ngắt
mạch sơ cấp của bobine ( Mitsubishi Lanser CC4G92, 4G93)
Trong trường hợp hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện (loại hai
bougie chung 1 bobine hoặc mỗi bobine ngồi trên đầu 1 bougie) thì ECU còn phải xuất
xung IGT đến từng IC đánh lửa theo thứ tự nổ của động cơ.
Hệ thống ESA phát hiện các điều kiện hoạt động của đông cơ căn cứ vào tín
hiệu của các cảm biến cung cấp, ESA điều khiển chính xác thời điểm đánh lửa để động
cơ có thể tăng công suất, làm sạch khí xả và ngăn chặn kích nổ một cách hiệu quả.
Hình 2.3 : So sánh hệ thống đánh lửa lập trình và hệ thống đánh lửa cơ khí
dùng bộ điều chỉnh đánh lứa sớm kiểu ly tâm và kiểu chân không
CẤU TẠO HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH
Hình 2.4 : Vị trí lắp đặt các cụm chi tiết
Hình 2.5 : Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa lập trình.

1.1.6 Cảm biến góc quay trục cam (G) và tốc độ động cơ (NE).
1.1.6.1 Nguyên lý chung để xác định tín hiệu G và NE
Trong hệ thống đánh lửa lập trình, tín hiệu G và NE là hai tín hiệu chính quyết
định thời điểm đánh lửa cơ bản. Để xác định hai tín hiệu này mỗi hãng lại có những
cách khác nhau nhưng đều dựa trên nguyên lý của 3 loại cảm biến sau:
1.Tín hiệu tốc độ động cơ.
2. Tín hiệu vị trí cốt máy
3. tín hiệu tải.
4. Tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga
5. Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát
6. Tín hiệu điện áp accu.
7. Tín hiệu kích nổ.
a. Cảm biến từ điện.
• Loại nam châm đứng yên.
Hình 2.6 : Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên.
Cảm biến bao gồm một rotor có số răng cảm biến tương ứng với số xylanh

động cơ ( cũng có loại 1 ,2 hoặc 3 răng), một cuộn dây cuốn quanh một lõi sắt từ cạnh
một thanh nam châm vĩnh cửu. Cuộn dây và lõi sắt được đặt đối diện với các răng cảm
biến rotor và được cố định trên vỏ delco. Khi rotor quay, các răng cảm biến lần lượt
tiến lại gần và lùi ra xa cuộn dây. Khe hở nhỏ nhất giữa răng cảm biến của rotor và lõi
thép từ vào khoảng 0,2÷0,5 mm.
Khi rotor ở vị trí như hình 2.7a , điện áp trên cuộn dây cảm biến bằng 0. Khi
răng cảm biến của rotor tiến lại gần cực từ của lõi thép, khe hở giữa rotor và lõi thép
giảm dần và từ trường mạnh dần lên. Sự biến thiên của từ thông xuyên qua cuộn dây
sẽ tại ra sức điện động e ( hình 2. 7 b).

α
ω
d
d
nke
Φ
=
Trong đó:
- k : hệ số phụ thuộc chất liệu từ của lõi thép và khe hở giữa lõi thép và
răng cảm biến của rotor.
-
ω
: số vòng dây quấn trên lõi thép từ.
- n: tốc độ quay của rotor.
-
α
φ
d
d
: độ biến thiên của từ thông trong lõi thép từ.

Khi răng cảm biến của rotor đối diện với lõi thép, độ biến thiên của từ trường
bằng 0 và sức điện động trong cuộn cảm biến nhanh chóng giảm về 0 ( hình 2.7 C).
Khi rotor đi xa lõi thép, từ thông qua lõi thép giảm dần và sức điện động xuất
hiện trong cuộn dây cảm biến có chiều ngược lại ( hình 2.7 D). Sức điện động sinh ra
ở hai đầu dây cuộn cảm biến phụ thuộc và tốc độ của động cơ.
Ở chế độ khởi động, sức điện động phát ra rất nhỏ, chỉ vào khoảng 0,5 (v). Ở
tốc độ cao lên khoảng vài chục Volt.
Hình 2.7 : Vị trí tương đối của rotor và cuộn dây nhận tín hiệu.
Hình 2.8 : Nguyên lý làm việc của cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên
Hình 2. 8 mô tả quá trình biến thiên của từ thông lõi thép và xung điện áp ở hai
đầu ra của cuộn dây cảm biến. Chú ý rằng, xung tín hiệu này khá nhọn.
Cảm biến từ điện loại nam châm đứng yên có ưu điểm là rất bền, xung tín hiệu
có dạng nhọn nên ít ảnh hưởng tới sự sai lệch về thời điểm đánh lửa. Tuy nhiên, xung
điện áp ra ở chế độ khởi động nhỏ, vì vậy ở đầu vào của igniter phải sử dụng
transistor có độ nhạy cao và phải chống nhiễu cho dây tín hiệu.
 Loại nam châm quay.
Hình 2. 9 : Cảm biến điện từ loại nam châm quay cho loại động cơ 8 xylanh.
1 . Rotor nam châm ; 2. Lõi thép từ ; 3.Cuộn dây cảm biến.
Đối với loại này, nam châm được gắn trên rotor, còn cuộn dây cảm biến được
quấn quanh một lõi thép và cố định trên vỏ delco. Khi nam châm quay, từ thông
xuyên qua cuộn dây biến thiên tạo nên một sức điện động sinh ra trong cuộn dây. Do
từ thông qua cuộn dây đổi dấu nên sức điện động sinh ra trong cuộn dây lớn. Ở chế độ
cầm chừng, tín hiệu điện áp ra khoảng 2(v) . Xung điện áp có dạng trên hình 2.9.
Do tín hiệu điện áp ở chế độ khởi động lớn nên igniter dùng cho loại này ít bị
nhiễu. Tuy nhiên, xung tín hiệu điện áp không nhọn nên khi tăng tốc động cơ, thời
điểm đánh lửa sẽ thay đổi.
b. Cảm biến quang
Cảm biến quang bao gồm hai loại, khác nhau chủ yếu ở phần tử cảm quang :
- Loại sử dụng một cặp LED - photo transistor.
- Loại sử dụng một cặp LED – photo diode.

Phần tử phát quang ( LED – lighting emission diode ) và phần tử cảm quang (
photo transistor hoặc photo diode ) được đặt trong delco có vị trí tương ứng như hình
2.10 . Đĩa cảm biến được gắn vào trục delco và có số rãnh tương ứng với số xylanh
động cơ.
Điểm đặc biệt của hai loại phần tử cảm quang này là khi có dòng ánh sáng
chiếu vào nó sẽ trở nên dẫn điện và ngược lại, khi không có dòng ánh sáng, nó sẽ
không dẫn điện. Độ dẫn điện của chúng phụ thuộc vào dòng ánh sáng.
Hình 2. 10 : Nguyên lý làm việc của cảm biến quang.
Khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng ra từ led sẽ bị ngắt quãng làm phần tử
cảm quang dẫn ngắt liên tục, tạo ra các xung vuông dùng làm tín hiệu điều khiển đánh
lửa.
Hình 2.11: Sơ đồ mạch điện cảm biến quang.
Hình 2.11 là sơ đồ của một loại cảm biến quang. Cảm biến bao gồm 3 đầu dây:
một đầu dương Vcc, một đầu tín hiệu Vout, và một đầu Mass. Khi đĩa cảm biến chắn
ánh sáng từ LED qua Photo diode D2, D2 không dẫn, điện áp tại ngõ vào (+) sẽ thấp
hơn điện áp so sánh Us ở ngõ vào (-) trên Op-Amp nên ngõ ra của Op-Amp ở mức
thấp làm transistor T ngắt, tức Vout đang ở mức cao. Khi có ánh sáng chiếu vào D2,
D2 dẫn, điện áp ngõ vào (+) sẽ lớn hơn điện áp so sánh Us và điện áp ngõ ra của Op-
Amp ở mức cao làm transistor T dẫn, Vout lập tức chuyển sang mức thấp.
Xung điện áp tại Vout sẽ là xung vuông qua igniter điều khiển transistor công
suất . Do tín hiệu ra là xung vuông nên thời điểm đánh lửa không bị ảnh hưởng khi
thay đổi số vòng quay của trục khuỷu động cơ.
c. Cảm biến Hall.
Hiệu ứng Hall

Một tấm bán dẫn loại n có khích thước như hình vẽ được đặt trong từ trường
đều B sao cho vector cường độ từ trường vuông góc với bề mặt của tấm bán dẫn ( hình
2.12 ) . Khi cho dòng điện Iv đi qua tấm bán dẫn có chiều từ trái qua phải , các hạt
điện tử dịch chuyển với tốc độ
V

trong tấm bán dẫn sẽ bị tác dụng bởi lực Lawrence là
tích có hướng của hai vector
V
và
B
có chiều hướng từ dưới lên trên.

F
=q .
[ ]
VB.
Vector
B
vuông góc với vector
V
ta có thể viết:
F
L
= q.B.v
Trong đó: q là điện tích của hạt.
Như vậy, dưới tác dụng của lực Lawrence, các hạt điện tử sẽ bị dịch lên phía
trên của tấm bán dẫn khiến giữa hai bề mặt A
1
và A
2
xuất hiện hai lớp điện tích trái
dấu. Sự xuất hiện hai lớp điện tích trái dấu này tạo ra một điện trường E giữa hai bề
mặt giữa A
1
và A

2
, ngăn cản quá trình dịch chuyển của các hạt điện tử, do chúng bị tác
dụng bởi lực Coulomb F
c.
F
c
= q.E
Khi đạt trạng thái cân bằng, giữa hai bề mặt A
1
và A
2
của tấm bán dẫn sẽ xuất
hiện một hiệu điện thế ổn định U
H
Khi cân bằng ta có:
F
L
= F
C

⇒
q. E = q.B.v

⇒
E = B.v
⇒
a
U
H
= B.v

⇒
U
H
= B.v.a (2.1)
Từ định nghĩa cường độ dòng điện ta có :
I
v
= j.S
I
v
= q.
ρ
.v.a.d
Hình 2.12: Hiệu ứng Hall

⇒
v =
d.a.v q
I
v
ρ
(2.2)
Trong đó:
- j: vectơ mật độ dòng điện.
-
ρ
: mật độ của hạt điện tử.
- d: bề dầy của tấm bán dẫn.
- a : chiều cao của tấm bán dẫn.

Thế (2.2) vào (2.1) ta được:

dq
IB
U
H

.
ρ
=
Điện áp U
H
chỉ vào khoảng vài trăm mV. Nếu dòng điện I
v
được giữ không đổi
thì khi thay đổi từ trường B, điện thế U
H
sẽ thay đổi. Sự thay đổi từ trường làm thay
đổi điện áp U
H
tạo ra các xung điện áp được ứng dụng trong cảm biến Hall. Hiện
tượng vừa trình bày trên được gọi là hiệu ứng Hall ( tên của người đã khám phá ra hiện
tượng này).
Do điện áp U
H
rất nhỏ nên trong thực tế, để điều khiển đánh lửa người ta phải
khuếch đại và sử lý trước khi đưa đến ECU. Hình 2.13 a là sơ đồ khối của một cảm
biến Hall. Cảm biến Hall được đặt trong declo, gồm một rotor bằng thép có các cánh
chắn và các cửa sổ cách đều nhau gắn trên trục của delco. Số cánh chắn sẽ tương ứng
với số xylanh của động cơ. Khi rotor quay, các cánh chắn sẽ lần lượt xen vào giữa khe

hở của nam châm và IC hall ( hình 2.13 b).
Hình 2.13 a : Sơ đồ cấu tạo cảm biến Hall
1 . Phần tử Hall ; 2. Ổn áp ; 3. Op- Amp ;4. Bộ sử lý tín hiệu