thiết kế chế tạo mô hình học cụ hệ thống đánh lửa ecu cho phòng thực tập điện chuyên ngành bộ môn kỹ thuật ô tô đại học nha trang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Khoa Cơ khí






Phạm Văn Thành
CK43-ĐLOT


Đề tài :

T
T
H
H
I
I
Ế
Ế
T
T


K
K
Ế

Ế


C
C
H
H
Ế
Ế


T
T
Ạ
Ạ
O
O


M
M
Ô
Ô


H
H
Ì
Ì
N

N
H
H


H
H
Ọ
Ọ
C
C


C
C
Ụ
Ụ


H
H
Ệ
Ệ


T
T
H
H
Ố

Ố
N
N
G
G


Đ
Đ
Á
Á
N
N
H
H


L
L
Ử
Ử
A
A


E
E
C
C
U

U


C
C
H
H
O
O


P
P
H
H
Ò
Ò
N
N
G
G


T
T
H
H
Ự
Ự
C

C


T
T
Ậ
Ậ
P
P


Đ
Đ
I
I
Ệ
Ệ
N
N




C
C
H
H
U
U
Y

Y
Ê
Ê
N
N


N
N
G
G
À
À
N
N
H
H


B
B
Ộ
Ộ


M
M
Ô
Ô
N

N


K
K
Ỹ
Ỹ


T
T
H
H
U
U
Ậ
Ậ
T
T


Ô
Ô


T
T
Ô
Ô

Đ
Đ
Ạ
Ạ
I
I


H
H
Ọ
Ọ
C
C


N
N
H
H
A
A


T
T
R
R
A

A
N
N
G
G




ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành : KỸ THUẬT Ô TÔ


Hướng dẫn khoa học:
Th.s: Mai Sơn Hải


NHA TRANG - 06/2007




NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên : Phạm Văn Thành. Lớp : CK43-DLOT
Chuyên ngành : Kỹ thuật Ô tô. Mã ngành : 18.02.10
Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình học cụ Hệ thống đánh lửa ECU
cho phòng thực tập điện chuyên ngành Bộ môn Kỹ thuật ô tô Đại học Nha
Trang.
Số trang :84 Số chương : 4 Số tài liệu tham khảo : 6

NHẬN XÉT









Kết luận:

Nha Trang, ngày tháng năm 2007
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN



Th.s. Mai Sơn Hải






PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Phạm Văn Thành. Lớp : CK43-DLOT
Chuyên ngành : Kỹ thuật Ô tô. Mã ngành : 18.02.10
Tên đề tài : Thiết kế chế tạo mô hình học cụ Hệ thống đánh lửa ECU
cho phòng thực tập điện chuyên ngành Bộ môn Kỹ thuật ô tô Đại học

Nha Trang.
Số trang : 84 Số chương :04 Số tài liệu tham khảo : 06

NHẬN XÉT






Điểm phản biện :

Nha Trang, ngày tháng năm2007

CÁN BỘ PHẢN BIỆN


Nha Trang, ngày tháng ….năm 2007
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

(Ký và ghi rõ họ tên)
ĐIỂM CHUNG
Bằng số

Bằng chữ

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã không ngừng thúc đẩy
việc tìm tòi nghiên cứu. Việc áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật cao
vào ngành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp ô tô nói riêng, đã đạt
được những kết quả mỹ mãn, đặc biệt là lĩnh vực kỹ thuật điện tử đóng vai
trò quan trọng trong công cuộc đổi mới của ngành công nghiệp này.
Qua quá trình học tập ở trường với những kiến thức đã học và đặc biệt
qua các đợt đi thực tập: thợ cơ khí, thực tập chuyên ngành và thực tập tổng
hợp. Em cảm thấy mình sử dụng các kiến thức đã tích luỹ để có thể thiết kế
chế tạo mô hình học cụ hệ thống đánh lửa ECU. Đây cũng là mong muốn của
em đóng góp một phần nhỏ bé của mình vào sự nghiệp đào tạo của nhà
trường.
Có thể nói sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô mà đặc biệt là lĩnh
vực điện - điện tử trên ôtô là sự phát triển không ngừng, luôn luôn đổi mới để
đáp ứng nhu cầu và thị hiếu của người sử dụng. Việc tìm hiểu nghiên cứu hệ
thống đánh lửa điện tử trên ôtô trong học tập của sinh viên ngành cơ khí Kỹ
thuật ôtô, cũng như của sinh viên học nghề sửa chữa ôtô là không thể thiếu
được. Đồng thời để nâng cao kiến thức, nắm vững cả lý thuyết và thực hành
thì việc tạo điều kiện cho sinh viên tiếp xúc với mô hình hệ thống đánh lửa là
hết sức cần thiết.
Để đáp ứng phần nào cho việc giảng dạy cũng như thực hành. Em
được khoa Cơ khí trường đại học Nha Trang giao cho đề tài:” Thiết kế chế
tạo mô hình học cụ Hệ thống đánh lửa ECU cho phòng thực tập điện chuyên
ngành Bộ môn Kỹ thuật ô tô Đại học Nha Trang”.
Mục đích vận dụng kiến thức đã học vào thực tế để hàon chỉnh và nâng
cao chuyên môn của người thực hiện đồng thới góp phần nâng cao hiệu quả
sử dụng thiết bị.
Nội dung thực hiện đề tài:
1. Nội dung thực hành hệ thống đánh lửa ô tô.

2. Lựa chọn phương án thiết kế.
3. Thiết kế chế tạo.
4. Thử nghiệm.
Trong quá trình hoàn thành đề tài này, mặc dù được sự hướng dẫn tận
tình của thầy Mai Sơn Hải cũng như các thầy trong khoa cơ khí và xưởng cơ
khí cũng như các bạn trong khoa. Song do thời gian hoàn thành đề tài có hạn,
việc tìm hiểu các phương án và thiết bị lắp đặt mô hình, cũng như khả năng
trình độ và kinh nghiệm còn thiếu sót. Rất mong sự góp ý và phê bình của quí
thầy cô, các bạn sinh viên và các bạn đọc để đề tài hoàn chỉnh hơn.
Qua đây em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy
Mai Sơn Hải và thầy Huỳnh Trọng Chương trong suốt quá trình hoàn thành
đề tài này, cũng như quí thầy cô trong khoa Cơ Khí trường Đại Học Nha
Trang đã truyền đạt cho em những kiến thức cần thiết trong suốt thòi gian
học tập tại trường.

Nha Trang, Tháng 06 năm 2007.
Sinh viên thực hiện:


Phạm Văn Thành

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Thuật ngữ đầy đủ Ký hiệu
Hệ thống đánh lửa HTDL
Electronic Control Unit ECU
Battery B
Ignition/swich IG/SW
Group(crankshafr Angle Signal G
Number Of Engine Revolution Signal Ne
Ignititon Timing Signal IGT
Earth. (Ground) E
Tachomater EXT
Coil C
Điện trở R
Diode
Hình vẽ H
Light Emitting Diode LED
Tài liệu tham khảo TL

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. PGS. TS: ĐỖ VĂN DŨNG
TRANG BỊ ĐIỆN VÀ ĐIỆN ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ HIỆN ĐẠI (TẬP I)
ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
2. TOYOTA
CẨM NANG SỬA CHỮA TẬP I
NXB – 08/2000
3. NGUYỄN OANH
CƠ SỞ DẠY NGHỀ MÁY NỔ AN PHÚ
KỸ THUẬT SỬA CHỮA Ô TÔ VÀ ĐỘNG CƠ NỔ HIỆN ĐẠI (TẬP I)
NXB – TỔNG HỢP ĐỒNG NAI
4. LÝ DĨ HẰNG
CẨM NANG ĐỘNG CƠ CHẠY XĂNG
NXB - HẢI PHÒNG 03/2001
5. NGUYỄN TẤN LỘC
GIÁO TRÌNH CẤU TẠO ĐỘNG CƠ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Tp.HCM
6. CƠ SƠ SẢN XUẤT TRANG THIẾT BỊ DẠY HỌC THỊNH ĐẠT
12/82 KP5 P. TĂNG NHƠN PHÚ A, 09 TP HCM
NXB TP HCM – 01/2004.

Trang -8-
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
I.1. CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
I.1.1. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U
2m
:
Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U
2m
là hiệu điện thế ở hai đầu cuộn
dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi. Hiệu điện thế cực đại
U
2m
phải lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực
của buj, đặc biệt lúc khởi động.
I.1.2. Hiệu điện thế đánh lửa U
dl
:
Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa được xảy ra
được gọi là hiệu điện thế đánh lửa (U
dl
). Hiệu điện thế đánh lửa là một
hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, theo định luật Pashen.

T
P
KU
dl
δ.

=
Trong đó:
 P: là áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa.
 δ: khe hở bugi.
 T: nhiệt độ ở điện cực trung tâm của bugi tại thời điện
đánh lửa.
 K: hằng số phụ vào thành phần của hỗn hợp hoà khí.
Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu thế đánh lửa U
dl
tăng khoảng 20 ÷ 30%
do nhiệt độ hoà khí thấp và hoà khí không được hoà trộn tốt.
Khi động cơ tăng tốc độ, U
dl
tăng nhưng sau đó U
dl
giảm từ từ do nhiệt
độ cực bugi 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.Trong quá trình
vận hành xe mới, sau 2.000 km đầu tiên, U
dl
tăng 20% do điện cực bằng
bugi bị mài mòn.



Trang -9-

H. I -1. Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa và tốc độ và tải động cơ.
1. Toàn tải; 2. Nửa tải; 3. Khởi động và cầm chừng.
Sau khi đó U
dl
tiếp tục tăng do khe hở bugi tăng. Vì vậy để giảm U
dl

phải hiệu chỉnh lại khe hở bugi sau mỗi 10.000 km.
I.1.3. Hệ số dự trữ K
dt:
Hệ số dự trữ là tỷ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại U
2m
và hiệu
điện thế đánh lửa U
dl
:

dl
m
dl
U
U
K
2
=
Đối với hệ thống đánh lửa thường, do U

2m
thấp nên K
dt
thường nhỏ
hơn 1,5. Trên những động cơ xăng hiện đại với với hệ thống đánh lửa điện
tử hệ số dự trữ có khả năng tăng cao (K
dt
= 1,5 ÷ 1,8) đáp ứng được việc
tăng tỷ số nén, tăng số vòng quay và tăng khe hở bugi.
I.1.4. Năng lượng dự trữ W
dt
:
Năng lượng dữ trữ W
dt
là năng lượng tích luỹ dưới dạng từ trường
trong cuộn dây sơ cấp của bobin. Để đảm bảo tia lửa điện có đủ năng
lượng để đốt cháy hoàn toàn hoà khí. Hệ thống đánh lửa phải đảm bảo
được năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp của bobin ở một giá trị xác định.
mj
IL
ng
70÷50=
2
×
=W¦
2
1
dt

Trong đó:

 W
dl
: Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp.
U
KV
16
8
1000 2000 3000 n(v/p)
4
1
2
3


Trang -10-
 L
1
: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bobin.
 I
ng
: Cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm công suất ngắt.
I.1.5. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S:

[ ]
msV
t
U
dt
du
S /600÷300=

Δ
Δ
==
22

Trong đó:
 S: tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp.
 ΔU
2
độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp.
 Δt: Thời gian biến thiên của hiệu thế thứ cấp.
Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế cấp S càng lớn thì tia lửa điện xuất
hiện tại điện cực bugi càng mạnh nhờ đó dòng không bị rò qua có muội
than trên cực bugi, năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm.
I.1.6. Tần số và chu kỳ đánh lửa:
Đối với động cơ 4 thì, số tia lửa xảy ra trong một giây được xác
định bởi công thức:

[ ]
Hz
nZ
f
120
=
Đối với động cơ 2 thì:

[ ]
Hz
Zn
f

60
=
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 : là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa.

md
tt
f
T +==
1

 t
d
: thời gian công suất dẫn.
 t
m
: thời gian công suất ngắt.


Trang -11-
Tần số đánh lửa f tỷ lệ thuận với quay trục khuỷu động cơ và số vòng
quay 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 thông số chu kỳ và tần số đánh lửa để đảm bảo ở số vòng quay
cao nhất của động cơ tia lửa vẫn mạnh.

I.1.7. Góc đánh lửa sớm :
Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ từ thời điểm
xuất hiện tia lửa điện tại bugi cho đến khi piston lên đến tử điểm thượng.
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:
θ
opt
= f(P
bđ,
t
bđ
,p, t
wt
, t
mt
, n, N
o
…)
Trong đó:
 P
bđ
: Áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa.
 t
bđ
: Nhiệt độ đốt.
 P: Áp suất trên đường ống nạp.
 t
wt
: Nhiệt độ làm mát động cơ.

 t
mt
: Nhiệt độ môi trường.
 n: Số vòng quay động cơ.
 N
o
: Chỉ số octan của xăng.
Ở các đời xe cũ, góc đánh lửa sớm chỉ số được điều khiển theo hai
thông số: tốc độ và tải động cơ.Tuy nhiên, hệ số 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 đời xe mới, góc đánh lửa sớm được
điều khiển bằng điện tử nên góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh theo thông
số nêu trên.





Trang -12-
I.1.8. 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:
W
P
= W
C
+ W
L

Trong đó:

2
W
2
2
C
dl
UC


2
W
2
22
L
iL
=
 W
P
: Năng lượng của tia lửa.
 W
C
: Năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện dung.
 W
L
: Năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện cảm.
 C
2
: Điện dung ký sinh của mạch thứ cấp của bugi (F).

 U
đl
: Hiệu điện thế đánh lửa.
 L
2
: Độ tự cảm của mạch thứ cấp (H).
 i
2
: Cường độ dòng điện mạch thú cấp (A).
Tuỳ thuộc vào loại hệ thống đánh lửa mà tăng năng lượng tia lửa có đủ
hai thành phần hoặc chỉ có một thành phần điện cảm hoặc điện dung.
Thời gian phóng điện giữa hai điện cực của bugi tuỳ thuộc vào loại hệ
thống đánh lửa. Tuy nhiên hệ thống đánh lửa phải đảm bảo năng lượng tia
lửa đủ lớn và thời gian phóng điện đủ dài để đốt cháy được hoà khí ở mọi
chế độ hoạt động của động cơ.
I.2. LÝ THUYẾT VỀ ĐÁNH LỬA TRÊN ÔTÔ
Trong động cơ xăng, hoà khí sau được đưa vào trong xylanh và
được trộn đều nhờ sự xoáy lốc của dòng khi sẽ được piston nén lại.Ở một
thớ điểm thích hợp cuối thì nén, HTĐL sẽ cung cấp một tia lửa cao thế sẽ
đốt cháy hoà khí và sinh công cho động cơ. Để tạo được tia lửa điện giữa
hai cực của bugi. Quá trình đánh lửa được chia ra làm ba giai đoạn là quá


Trang -13-
trình tăng trưởng của dòng sơ cấp, quá trình ngắt dòng sơ cấp và thời kỳ
xuất hiện tia lửa điện ở cực bugi.
I.2.1. Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp:
- Sơ đồ hệ thống:

H.I -2. Sơ đồ của hệ thống đánh lửa.
Trong đó:
 R
f
: điện trở phụ.
 R
1
: điện trở của cuộn sơ cấp.
 L
1,
L
2
: độ tự cảm của cuộn sơ cấp và thứ cấp của bôbin.
 T: transistor công suất được điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm
biến hoặc vít lửa.
Khi transistor công suất T dẫn, trong mạch sơ cấp sẽ có dòng điện i
1
từ
(+) accu đến R
1
→ L
1
→ T → mass. Dòng điện i lúc đầu tăng nhanh sau
đó tăng chậm lại do sức điện động tự cảm sinh ra trên cuộn sơ cấp L

1
. 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 xuất hiện ở mạch thứ cấp không đáng kể nên ta có thể coi như
mạch thứ cấp
hở. Vì vậy ở giai đoạn này ta có sơ đồ tương đương được trình bày
trên. Trên sơ đồ giá trị điện trở trong của acquy được bỏ qua.

SW R
f
Đến bộ
chia
L
1
R
L
2
Bobin
IC đánh lửa
T
Acquy
Cảm biến


Trang -14-
Trong đó:
R
Σ
= R

1
+ R
f
U = U
a
- ΔU
t



H. I – 3. Sơ đồ tương đương của mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa.
Với:
 U
a
: là hiệu điện thế của acquy
 ΔU
t
: là độ sụt áp trên transistor công suất ở trạng thái dẫn
bão hoà hoặc độ sụt áp trên vít lửa.
Qua quá trình tăng trưởng của dòng sơ cấp i
1
ta thiết lập được
phương trình vi phân sau:
U
dt
di
LR =+
Σ 1

Giải phương trình vi phân ta được:

( )
( )
te
U
ti
LR
1Σ
/-
Σ
1
-1
R
= (1.1)
Gọi =
Σ
1
1
1
1
τ
τ
t
e
R
L
(1.2)
Lấy đạo hàm (1.2) theo thời gian t, ta được tốc độ tăng trưởng của
dòng sơ cấp.
Đồ thị cho thấy độ tự cảm L

1
của cuộn sơ cấp càng lớn thì tốc độ tăng
trưởng của dòng sơ cấp i
1
càng giảm. Gọi t
d
là thời gian transistor công suất
dẫn thì cường độ dòng điện sơ cấp I
ng
tại thời điểm đánh lửa khi transistor
công suất ngắt là:




R
Σ
i
1
U

K

L



Trang -15-

H. I - 4. Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp i
1


( )
1
/
1
R
tt
ng
d
e
U
I =
Σ
(1.3)
Trong đó: t
d
= γ
d
. T = γ
d
. 120/ (n.Z) (1.3a)

Với:
 T: l;à chu kỳ đánh lửa (s)
 n: là số vòng quay trục khuỷu động cơ (min
-1
)
 γ
d
: thời gian tích luỹ năng lượng tương đối.
Trên các xe đời cũ, tỷ lệ thời gian tích luỹ năng lượng γ
d
= 2/3
còn ở các xe đời mới nhờ cơ cấu hiệu chỉnh thời gian tích luỹ năng lượng
nên γ
d
<< 2/3:
te
U
I
tzn
ng
) 1(
R
=
1
d

120
Σ
γ
(1.4)

Từ biểu thức (1.4) ta thấy I
ng
phụ thuộc vào tổng trở của mạch sơ cấp
( R

). Độ tự cảm của cuộn sơ cấp (L
1
), số vòng quay trục khuỷu động cơ
(n), và số xylanh (z). Nếu R
Σ
, L
1
, Z là không đổi thì khi tăng số vòng quay
trục khuỷu động cơ (n) cường độ dòng điện I
ng
sẽ giảm.Tại thời điểm đánh
lửa, năng lượng đã được tích luỹ trong cuộn dây sơ cấp dưới dạng từ
trường:
I
1
(t)
R
U

L
a

L
b
> L

a
t


Trang -16-

2
2
2
1
1
2
ng
dt
)-1(
R
.
22
.I
=W
1
t
t
d
e
U
L
L
Σ
=

)2-1(
R
.
2
=W
2
2
Σ
2
1
dt
aa
ee
U
L
+
Trong đó:
 W
dt
: năng lượng tích luỹ trong cuộn dây sơ cấp.

d
d
t
L
R
t
t
a
11

Σ
==
Hàm W
dt
= f(a) đạt được giá trị cực đại, tức nhận được năng
lượng điện từ hệ thống cung cấp điện nhiều nhất khi:
256,1=
1
Σ
=
d
t
L
R
a
I.2.2. Quá trình ngắt dòng sơ cấp:
Khi transistor công suất ngắt, dòng điện sơ cấp và từ thông do đó sinh
ra giảm đột ngột. Trên cuộn thứ cấp của bobin sẽ sinh ra một hiệu điện thế
vào khoảng từ 15 KV đến 35 KV. 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 cực đại ta sử dụng sơ đồ tương đương trên hình sau (H I - 5).







H. I - 5. Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa.
R

m
: điện trở mất mát. R
r
: điện trở rò qua điện cực bugi.
Bỏ qua hiệu điện thế của acquy vì hiệu điện thế của acquy rất nhỏ so
với hiệu điện thế trên cuộn sơ cấp lúc transistor công suất ngắt, ta xét
R
1
R
2
R
m
i
1
i
2
R
r
Bugi

C
2
L
1
C
1
L
2
S

Trang -17-
trường hợp không có tải có nghĩa là dây cao áp được tách ra khỏi bugi. Tại
thời điểm transistor công suất ngắt, năng lượng từ trường tích luỹ trong
cuộn sơ cấp của bobin được chuyển thành năng lượng điện trường chứa
trên tụ điện C
1
và C
2
và một phần bị mất mát. Để xác định hiệu điện thế thứ
cấp cực đại U
2m
ta lập phương trình cân bằng năng lượng lúc transistor
công suất ngắt:
A
UCUC
LI
mm
ng
++=
222
.
2
22
2
21
1
2

Trong đó:
 C
1
: là điện dung của tụ điện lúc mắc song song với vít lửa
hoặc transistor công suất
 C
2
: là điện dung ký sinh trên mạch thứ cấp.
 U
1m
, U
2m
: là hiệu điện thế trên mạch sơ cấp và thứ cấp lúc
transistor công suất ngắt.
 A: là năng lượng mất mát do dòng rò, dòng fuco trong lõi thép
của bobin…
 U
2m
= K
bb
. U
1m

 K
bb
= W
2
/W
1
: hệ số biến áp của bobin.

 W
1
, W
2
: số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp.
η
η
.
C
W2
.
2
2
1
tl
2
2
2
1
1
2
22
1
1
2
2
222
2
2
11

2
CK
KU
CKC
L
IKU
C
K
C
L
IU
UC
K
U
CLI
bb
bbm
bb
ngbbm
bb
ngm
m
bb
m
ng
+
=⇒
+
=⇒
+

=⇒
+=⇒

η: hệ số tính đến sự mất mát trong mạch dao động, η = 0,7 ÷0,8.


Trang -18-
Quy luật biến đổi dòng điện i
1
và hiệu điện thế thứ cấp U
2m
được biểu
diễn trên hình (H. I -7) khi transistor công suất ngắt, cuộn sơ cấp sẽ sinh ra
một sức điện động khoảng 200 ÷ 300V.
I.2.3. Quá trình phóng điện cực ở bugi
Khi điện áp thứ cấp U
2
đạt đến giá trị U
dl
, tia lửa điện cao thế sẽ xuất
hiện giữa hai điện cực của bugi. Bằng thí nghiệm người ta chứng minh
được rằng tia lửa điện xuất hiện ở bugi gồm hai thành phần: thành phần
điện dung và thành phần điện cảm.
Thành phần điện dung của tia lửa do năng lượng tích luỹ trên mạch
thứ cấp được qui ước bởi điện dung ký sinh C
2
. Tia lửa điện dung được
đặc trưng bởi sự sụt áp và tăng dòng đột ngột. Dòng điện có thể đạt vài
chục Ampe (H.I – 8).
Mặc dù năng lượng không lớn lắm (C

2
. U
2
dl
)/2 nhưng công suất phát ra
bởi thành phần điện dung của tia lửa nhờ thời gian rất ngắn (1s) nên có
thể đạt hàng chục, hàng trăm kV. Tia lửa điện dung có màu xanh xám 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 mài mòn điện cực
bugi. 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. Do tia lửa điện xuất
hiện trước khi hiệu điện thế thứ cấp đạt giá trị U
2m
nên năng lượng của tia
lửa điện dung chỉ là một phần nhỏ của năng lượng tích luỹ trong bugi.
Phần năng lượng còn lại sẽ hình thành tia lửa điện cảm. Dòng điện qua
bugi lúc này chỉ vào khoảng 20 ÷ 40 mA. Hiệu điện thế giữa hai cực bugi
giảnm nhanh đến giá trị 400 ÷ 500V. Thời gian kéo dài của tia lửa điện cảm
gấp 100 đến 1000 lần thời gian tia lửa điện dung và thời gian này phụ thuộc
vào loại bobin, khe hở bugi và chế độ làm việc của động cơ. Thường thì
thời gian tia lửa điện cảm vào khoảng 1÷ 1,5 ms. Tia lửa điện cảm có màu
vàng tím, còn được gọi là đuôi lửa.


Trang -19-
Trong thời gian xuất hiện tia lửa điện, năng lượng tia lửa W

P
được tính
bởi công thức:

( )
dttiU
p
t
dt 2
0
p
W
∫
=
Với: – t
p
: thời gian xuất hiện tia lửa điện trên cực bugi.
Trên thực tế, người ta sử dụng công thức gần đúng:
W
P
≈ 0,5 . I
ptb
. U
ptb
. t
ptb
Trong đó:
I
ptb
, U

ptb
, t
ptb
: lần lượt là cường độ dòng điện trung bình, hiệu điện
thế trung bình và thời gian xuất hiện tia lửa điện trung bình giữa hai điện
cực bugi. Kết quả tính toán thực nghiệm cho thấy rằng ở tốc độ thấp của
động cơ, W
P
có giá trị khoảng 20 ÷ 50 mJ.
I.3. HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ
I.3.1. HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA BÁN DẪN ĐIỀU KHIỂN KIỂU
TRỰC TIẾP.
a. Hệ thống đáng lửa bán dẫn có vít điều khiển.
- Sơ đồ cấu tạo:







H. I - 6. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển.
Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển hiện nay rất ít được sản
xuất. Tuy nhiên, ở Việt nam vẫn còn nhiều loại xe cũ trước kia trang bị hệ
thống này.
K
I
b
I
c

I
e
E
C
T
B
R
b
W
1
W
2
R
f

SW
Đến bộ chia
điện


Trang -20-
Cuộn sơ cấp W
1
của bobin được mắc nối tiếp với transistor
Transistor T, còn tiếp điểm K được nối với cực gốc của transistor. Do có
transistor T nên điều kiện của tiếp điểm rõ bởi vì dòng điện qua tiếp điểm
chỉ là dòng điều khiển cho transistor nên thường không lớn hơn 1A.
- Nguyên lý hoạt động:
Khi công tắc máy SW đóng thì cực E của transistor T được cấp điện
dương. Còn điện áp ở cực C và cực B của transistor có giá trị âm. Khi cam

không đội, tiếp điểm K đóng, sẽ xuất hiện dòng điện qua cực gốc qua
transistor theo mạch sau:
(+) accu→ SW → R
f
→ W
1
→ cực E → cực B → R
b
→ K → (-) accu. R
b

là điện trở điện cực tính toán cho dòng I
b
vừa đủ để transistor dẫn bão hòa.
Khi transistor
dẫn dòng qua cuộn sơ cấp đi theo mạch: (+)accu → SW → R
f
→ W
1
→ cự
E → cực C → mass (- Accu). Dòng sơ cấp của bobin có thể tính bằng tổng
dòng điện I
b
+ I
c
của transistor T. dòng điện này tạo nên một năng lượng
tích lũy trong từ trường trên cuộn dây sơ cấp của bobin khi tiếp điểm K mở,
dòng I
b
= 0, transistor T khóa lại sơ cấp I

1
qua W
1
cũng bị triệt tiêu thì năng
lượng này chuyển hóa thành năng lượng đánh lửa và một phần thành sức
điện động tự cảm trong cuộn W
1
cuả bobin.
Sức điện động tự cảm trong cuộn W
1
ở hệ thống đánh lửa thườnh có
giá trị khoảng 200 ÷ 400 V hoặc hơn nữa. do vậy không thể dùng bobin của
hệ thống đánh lửa thường cho một sơ đồ đánh lửa bán dẫn vì transistor
không chịu nổi điện áp cao như vậy đặt vào các cực E – C của nó khi
transistor ở trạng thái khóa. Trong các hệ thống đánh lửa bán dẫn người ta
thường sử dụng các bobin có điện áp lớn và có độ tự cảm L
1

nhỏ hơn loại
thường hoặc người ta có thể mắc thêm các mạch bảo vệ cho transistor .





Trang -21-
b. Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có vít điều khiển.
Một số loại cảm biến đánh lửa
Trong hệ thống đánh lửa không có vít điều khển, cảm biến đánh lửa
sẽ thay thế vít điều khiển và làm nhiệm vụ tạo ra hoặc làm mất tín hiệu điện

áp hoặc tín hiệu dòng điện vào đúng thời điểm đánh lửa để gửi về Igniter
điều khiển các transistor.
Công suất đóng hoặc mở. Thông thường, trong hệ thống đánh lửa
người ta dùng cảm biến Hall, cảm biến điện từ, cảm biến quang, cảm biến
từ trở trong đó ba loại cảm biến hay được dùng phổ biến nhất là: cảm biến
Hall, cảm biến điện từ, cảm biến quang.
Ngoài công dụng phát yín hiệu đánh lửa, các cảm biến nay còn có
thể dùng để xác định số vòng quay động cơ, vị trí trục khuỷu, thời điểm
phun của kim xăng.
- Sử dụng loại cảm biến điện từ:
+ Loại nam châm đứng yên:
Cảm biến được đặt trong delco bao gồm một số roto có răng cảm
biến tương ứng với số xylanh động cơ, một cuộn dây cuốn quanh lõi sắt từ
(hoặc một thanh nam châm).









H. I - 7. Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên.
Đ
i
ện

áp
ra d

òng

xoay chiều
Tốc độ thấp Tốc độ cao
Mật độ từ thông
Khe h
ở

không khí
S ức điịên d òng
Cu
ộn
nh
ậ
n

tín hiệu
Giá bắt
0
Nam ch
â
m
vĩnh cửu
0
U
s
Ф

Trang -22-
Cuộn dây và lõi thép được đặt đối diện với răng cảm biến của roto và
được cố định trên vỏ delco. Khi roto quay, các răng cảm biến sẽ tiến lại
gần và lùi xa cuộn dây. Khe hở nhỏ nhất giữa răng cảm biến của roto và
lõi thép từ vào khoảng (0,2 ÷ 0,5) mm.
Khi roto ở vị trí như H.I -7, điện áp trên cuộn dây cảm biến bằng
không. Khi răng cảm biến của roto, tiến lại gần cực của lõi thép, khe hở
giữa roto và lõi thép giảm dần và từ trường mạnh lên. Sự biến thiên của từ
thông xuyên qua cuộn dây sẽ tạo nên một sức điện động e.
Công thức



d
d
nke 
Trong đó:
 k: là hệ số phụ thuộc chất liệu từ của lõi thép và khe hở
giữa lõi thép và răng cảm biến của roto.
 ω: số vòng dây quấn trên lõi thép từ.
 n: Tốc độ quay của roto.



d
d
: Độ biến thiên của từ thông trong lõi thép.
- Loại cảm biến Hall:
Sử dụng loại nam châm quay.

H. I- 8. Cảm biến điện từ loại nam châm quay.
Đối với loại này nam châm được gắn trên roto còn cuộn dây cảm
biến được quấn quanh một lõi thép và cố định trên vỏ Delco. Khi nam
N
N
S
S
S
S
N
N
α

φ

U
s
(V)

α

α

max







du
d


min






du
d




Trang -23-
châm quay, từ trường xuyên qua cuộn dây cảm biến biến thiên tạo nên một
sức điện động trong cuộn dây. Do đó 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 là khoảng 2V.
Do tín hiệu điện áp ở chế độ khởi động lớn nên loại này ít bị nhiễu,
xung tín hiệu điện áp là không được nhọn nên khi tăng tốc động cơ thời

điểm đánh lửa sẽ sớm hơn.
Cảm biến Hall do có điện áp rất nhỏ nên trong thực tế, để điều
khiển đánh lửa người ta phải xử lý và khuyếch đại tín hiệu trước khi đưa
vào Igniter, cảm biến Hall được đặt trong Delco, gồm roto bằng thép có
các cánh chắn và các cửa sổ cách đều nhau gắn trên trục của delco, số cánh
chắn tương ứng với số xylanh của động cơ. Khi roto quay các cánh chắn
lần lượt xen vào khe hở nam châm.
- Sử dụng loại 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 emision diode) và phần tử cảm
quang (photo transistor hoặc photo diode) được đặt trong delco có vị trí
tương ứng như trong H I. - 9. Đĩa cảm biến được gắn vào trục của delco và
có số tương ứng với số xylanh động cơ.
Điểm đặc biệt của hai loại phần tử cảm quang này là khi có dòng ấnh
sáng chiếu vào, nó sẽ trở nên có khả năng dẫn điện và ngược lại, khi không
có dòng ánh sáng chiếu vào nó sẽ không dẫn điện. Độ dẫn điện của chúng
phụ thuộc vào cường độ dòng ánh sáng và hiệu điện thế giữa hai đầu của
phần tử cảm quang.




Trang -24-

H.I -9. Cảm biến quang.
Khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng phát ra từ LED sẽ bị ngắt
quãng làm phần tử cảm quang dẫn ngắt liên tục tạo ra các xung vuông làm
tín hiệu điều khiển đánh lửa.







H.I-10. Sơ đồ nguyên lý làm việc của cảm biến quang.
Hình I - 10 là sơ đồ mạch của một loại cảm biến quang. Cảm biến
bao gồm hai đầu dây: một đầu dương (v
cc
), một đầu tín hiệu(V
out
) và một
đầu mass. Khi đĩa cảm biến chắn ánh sáng từ LED qua photo diode D
2
. D
2
không dẫn điện áp tại điểm b (U
b
) sẽ thấp hơn điện áp U
s
trên Op –ampA,
nên Op - amp A không phát tín hiệu làm transistor T ngắt, tức V

out
đang ở
mức cao. Khi có ánh sáng chiếu vào D
2
, D
2
dẫn điện áp U
b
sẽ lớn hơn điện
áp so sánh U
s
, điện thế ngõ ra của Op - amp A ở mức cao làm transistor
dẫn, V
out
lập tức chuyển sang mức thấp. Đây chính là thời điểm đánh lửa,
xung điện áp tại V
out
sẽ là xung vuông gửi tới Igniter điều khiển transistor
công suất. Do xung vuông nên thời điểm đánh lửa cũng không bị ảnh
hưởng khi thay đổi số vòng quay của trục khuỷu động cơ.
Đ
ĩa cảm
biến
Photo diode Photo transistor
LED LED
R
2
R
1
LED

D
1
D
1
R
3
R
5
R
4
-
U
s
+

T

A

V
cc
Mass

V
OUT


Trang -25-
Bugi

Bobin
IG/SW
Accu
Tín hiệu vào
ECU

1

2


3


4

5


6


7

Igniter
I.4. ĐIỀU KHIỂN GÓC ĐÁNH LỬA SỚM BẰNG KỸ THUẬT SỐ.
I.4.1.Sơ đồ khối và đặc điểm của hệ thống đánh lửa với cơ cấu
điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử.
Để ECU có thể xác định được chính xác thời điểm đánh lửa cho từng
xylanh của động cơ theo thứ tự thì nổ, ECU cần phải nhận được các tín

hiệu cần thiết như số vòng quay động cơ, vị trí cốt máy, lượng gió nạp,
nhiệt độ động cơ… Tín hiệu vào càng nhiều thì việc xác định góc đánh lửa
sớm tối ưu càng chính xác. Sơ đồ hệ thống đánh lửa sớm bằng điện tử có
thể chia làm ba phần: tín hiệu vào (input signal), ECU và tín hiệu từ ECU
ra điều khiển Igniter (output signal)










H.I -11. Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc
đánh lửa sớm bằng điện tử.
1.Tín hiệu số vòng quay động cơ (NE).
2.Tín hiệu vị trí cốt máy (G)
3. Tín hiệu tải.
4. Tín hiệu từ cảm biến vị trí cánh bướm ga.
5. Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát.
6. Tín hiệu điện acquy.
7. Tín hiệu kích nổ.