Đồ án trang bị điện và điện tử động lực

Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
LỜI NÓI ĐẦU
Trong động cơ xăng nhiên liệu được đốt cháy cưỡng bức nên hệ thống đánh
lửa là bộ phận không thể thiếu để duy trì hoạt động cũng như tính ổn định trong quá
trình làm việc.
Sau khi học xong môn Trang Bị Điện và Điện Tử Động Lực. Chúng em
được giao đồ án môn học ‘‘Trang bị điện tử động lực’’ nhằm củng cố kiến thức đã
học và hiểu hơn các Hệ thống đánh lửa thường sử dụng trong các động cơ hiện nay.
Trong quá trình làm đồ án, em đã được sự hướng dẫn tận tình của thầy Th. Phạm
Quốc Thái, và đặc biệt là sự hướng dẫn trực tiếp của thầy TS. Lê Văn Tụy để em
hoàn thành đồ án Trang Bị Điện và Điện Tử Động Lực này.
Cuộc sống càng ngày càng hiện đại hơn, đầy dủ hơn nên yêu cầu về HTĐL
ngày càng nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng, hiệu suất cao…đảm bảo đánh lửa đúng
với mọi trường hợp hoạt động của động cơ. Chính vì vậy sự phát triển của HTĐL
cũng rất nhanh để phù hợp với mọi yêu cầu của cuộc sống. Nên càng ngày càng có
nhiều HTĐL khác nhau, nhưng chúng vẫn dựa trên cơ sở chung để tạo ra được tia
lửa điện.
Trong quá trình làm đồ án do thời gian hạn hẹp và kiến thức còn nhiều hạn
chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót mong nhận được những lời đóng góp của
quý thầy cô và bạn bè.
Em xin chân thành
cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày
2/12/2010
Sinh Viên
Tôn Thất Lâm
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 1
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
1.Tổng quan
1.1. Công dụng
Hệ thống đánh lửa(HTDL) trên ôtô có nhiệm vụ biến dòng một chiều thấp

áp(12V, 24V) hoặc dòng điện xoay chiều thấp áp(trong HTĐL Manheto hay vô lăng
Manheto) thành xung điện cao áp (12 kV ÷ 24 kV) và tạo ra tia lửa điện phóng
qua khe hở bugi đốt cháy hỗn hợp cháy (khí – xăng) trong xylanh ở thời điểm thích
hợp và tương ứng với thứ tự làm việc của xilanh, chế độ làm việc của động cơ.
1.2. Yêu cầu
đó đòi hỏi hệ thống đánh lửa phải bảo đảm được các yêu cầu chính sau:
- Phải đảm bảo tạo ra điện áp đủ lớn (12kV ÷ 24kV) để tạo ra tia lửa điện
phóng qua khe hở giữa các điện cực bugi.
- Tia lửa phải có năng lượng và thời gian tồn tại đủ lớn để đốt cháy hỗn hợp
làm việc trong mọi điều kiện làm việc của động cơ.
- HTĐL phải có khả năng tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm để thời điểm
đánh lửa tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lý nhất ở mọi chế độ làm việc của
động cơ.
- Độ tin cậy của hệ thống đánh lửa phải tương ứng với độ tin cậy làm việc
của động cơ.
- Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải đảm bảo làm việc tốt trong môi trường
nhiệt độ cao và rung xóc lớn.
- Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ…
1.3. Phân loại
1.3.1. Theo đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc
HTĐL chia ra làm các loại sau:
a. HTĐL kiểu cơ khí(loại thường):Được sử dụng trên hầu hết các loại ô tô trước
đây.
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 2

Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
1
2
3
4

5
C1
W
1
W
2
R
Hình 1.1.Sơ đồ hệ thống đánh lửa kiểu cơ khí
1- Trục cam; 2- Cần tiếp điểm; 3- Boobin đánh lửa;
4- Bộ chia điện; 5- Bugi
b. HTĐL Manhêtô
- Đặc điểm cấu tạo:Về cấu tạo, bất kỳ Manhêtô nào cũng có thể chia ra hai
phần chính là: hệ thống mạch từ và mạch điện.
-Hệ thống mạch từ: của Manhêtô thực chất là mạch từ của một máy phát và
một biến thế kết hợp lại:
Để phát ra điện, tạo ra được dòng sơ cấp, hệ thống từ của Manhêtô có: nam
châm vĩnh cửu, khung từ (lõi thép) trên có quấn cuộn dây sơ cấp W
1
;
Để nhận được điện áp cao, trên lõi thép của Manhêtô còn được quấn cuộn
dây thứ cấp W
2
để kết hợp với W
1
thành một biến thế cao áp.
Theo cấu tạo, hệ thống từ của Manhêtô có thể chia ra một số loại sau:
- Phần ứng (cuộn dây) quay (hình 1.2a); - Lõi đảo cực từ quay (hình 1.3b);
- Nam châm quay (hình 1.4c, d).
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 3
.

 !"#$%& !"#$'& !()*!
+,)  /!01*2$!345!6789):;
<9#!45=!"!>? @A!
(>? @$!+"B!0"
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
Mạch điện: của Manhêtô có nhiệm vụ biến SĐĐ cảm ứng xoay chiều thế
hiệu thấp, xuất hiện trong cuộn dây sơ cấp W
1
thành các xung điện cao thế và phân
phối nó đến các bugi theo trình tự cần thiết.
+ Nguyên lý làm việc:
Nguyên lý tạo nên điện cao thế tương tự như ở HTĐL thường dùng ắc quy,
chỉ khác là dòng điện trong cuộn dây sơ cấp sinh ra là do SĐĐ cảm ứng xuất hiện
trong cuộn dây khi nam châm quay tương tự như ở máy phát xoay chiều kích thích
bằng nam châm vĩnh cửu (chứ không phải được cung cấp từ ắc quy hoặc máy phát).
Các quá trình vật lý (điện từ) xảy ra trong Manhêtô cũng tương tự như trong HTĐL
thường
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 4
(.#C-D) 2)EFGH? @
9$BI#C!>? @JK )LMN!9? ) ) !
(1:O /!+,5)!0>:%5:
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
- Manhêtô là hệ thống dánh lửa cao áp độc lập, có công suất không lớn mà
nguồn điện, biến thế cao áp và bộ chia điện được bố trí gọn trong một kết cấu.
-HTĐL Manhêtô có độ tin cậy cao và làm việc độc lập không phụ thuộc vào
ắc quy và máy phát. nên được dùng nhiều trên xe cao tốc và một số máy công trình
trên vùng núi…
c. HTĐL bán dẫn có tiếp điểm
+ Nguyên lý làm việc của hệ thống như sau:
- Khi KK' đóng: cực gốc B của transitor được nối với cực âm của nguồn nên

U
EB
> 0 làm xuất hiện dòng I
B
và transitor 6 mở cho dòng I
1
đi qua.
- Khi KK' mở: dòng I
B
bị ngắt nên transitor đóng và ngắt đột ngột dòng I
1
.
Do đó trong các cuộn dây của biến áp đánh lửa xuất hiện các suất điện động tự cảm.
Trong hệ thống đánh lửa thường E1 = 200 400V hoặc lớn hơn. Bởi vậy không thể
lấy biến áp đánh lửa tiêu chuẩn (dùng cho hệ thống đánh lửa thường) sang dùng cho
hệ thống đánh lửa bán dẫn, vì transitor không chịu được điện áp cao như vậy mà
phải dùng biến áp riêng có K
ba
lớn hơn để giảm E
1
xuống nhỏ hơn 100V.
Nếu E
1
đòi hỏi phải lớn hơn 100V để đảm bảo nhận được U
2
cao, thì có thể
mắc nối tiếp các transitor hoặc áp dụng các biện pháp bảo vệ. Nếu vẫn dùng biến áp
đánh lửa tiêu chuẩn thì hệ thống đánh lửa bán dẫn sẽ không phát huy được ưu điểm
gì trừ vấn đề tăng tuổi thọ cho tiếp điểm.
d. HTĐL bán dẫn không có tiếp điểm

Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 5
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm, thời điểm đánh lửa được
điều khiển bằng bộ cảm biến đặc biệt có liên hệ cơ khí với trục khuỷu động cơ.
Các bộ cảm biến có thể chia ra hai loại:
- Cảm biến thông số: Tín hiệu được tạo thành bằng cách thay đổi các thông
số của mạch điện như: điện trở, điện cảm, hỗ cảm, điện dung,
- Cảm biến phát điện: Tín hiệu là giá trị suất điện động do bộ cảm biến tạo
ra.
Một yêu cầu quan trọng đối với các bộ cảm biến không tiếp điểm là phải
đảm bảo độ tin cậy làm việc ở số vòng quay thấp của trục khuỷu.
Cấu tạo của hệ thống gồm:
- Bộ ắc quy 1; Bộ cảm biến (phát lệnh) 2 lắp trong bộ chia điện; Biến áp
đánh lửa 3; Bộ cắt nối bán dẫn I và hộp điện trở phụ II; Bộ chia điện (không thể
hiện trên hình vẽ); Transitor T3: đóng tích cực nhờ nửa kỳ điện áp dương của bộ
phát lệnh; Transitor T2 đóng tích cực nhờ Đ2 và R1 (mạch hồi tiếp); Transitor T1
đóng tích cực nhờ biến áp xung.
Để đảm bảo chất lượng đánh lửa khi khởi động (lúc độ dốc của tín hiệu không đủ
lớn) , trong sơ đồ có mạch liên hệ ngược (hồi tiếp) qua R3 và C2 từ cực góp K của
T1 đến cực gốc của T3.
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 6
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
Nguyên lý làm việc:
- Lúc đầu khi khoá điện K
đ
đóng: bộ phát lệnh chưa quay, cực gốc B của T
3
nối với cực (+) của nguồn qua R
4
và cuộn dây của bộ PL, nên T

3
đóng, điện trở của
T
3
(R
T3
) lúc này rất lớn nên cực gốc B của T
2
được nối với cực (-0 qua R
5
, làm T
2
mở. Do T
2
mở nên có dòng qua biến áp xung từ (+) đến Đ
2
đến W
2
' đến W1' đếnEC
(T
2
) đếnR
f1
đến R
f2
đến (-). Dòng qua biến áp xung tạo điện áp điều khiển tại cực gốc
B của T1 làm T
1
mở và cho dòng đi qua cuộn sơ cấp W
1

của biến áp đánh lửa.
- Khi bộ PL quay, ở nửa chu kỳ (-) của điện áp do nó phát ra thì cực gốc B
của T
3
có điện áp (-) nên T
3
mở. T
3
mở thì R
T3
giảm nhỏ nên cực gốc B của T
2
coi
như được nối với cực (+) nên T
2
đóng. T
2
đóng làm T
1
đóng theo, cắt đột ngột dòng
sơ cấp I
1
tạo nên một suất điện độgn tự cảm E
2
rất lớn truyền qua bộ chia điện đến
các bugi để tạo tia lửa điện.
- Khi khởi động hoặc khi số vòng quay thấp, xung tín hiệu còn yếu thì khi T1
mở nên tụ C
2
được nạp, làm cho thế cực gốc B của T

3
âm nên T
3
mở. T
3
mở làm T
2
và T
1
đóng nên cắt dòng I
1
để tạo tia lửa điện ở bugi. Sau đó T
1
và T
2
lại mở, tụ lại
được nạp làm T
3
mở còn T
1
và T
2
đóng. Quá trình cứ lặp lại theo một chu kỳ nhất
định, tạo nên hàng loạt tia lửa điện ở bugi hỗ trợ cho khởi động động cơ.
Ưu nhược điểm của hệ thống đánh lửa bán dẫn so với hệ thống đánh lửa
thường:
 Ưu điểm:
- Có thể đồng hoá hệ thống đánh lửa chung cho các loại động cơ ôtô khác
nhau.
- Điện thế thứ cấp U

2
= 25÷50kV ở mọi chế độ làm việc của động cơ.
- Nếu là loại tiếp điểm điều khiển thì dòng điện qua tiếp điểm điều khiển khi
ngắt mạch không quá 1A, do đó tiếp điểm làm việc được bảo đảm, còn dòng điện sơ
cấp I
1
ngắt có thể đạt đến 7÷ 25 A và hơn nữa.
- Với hệ thống đánh lửa bán dẫn động cơ tăng tốc rất nhanh và điều hoà,
không có sự ngắt quãng trong làm việc.
- Khả năng tăng tốc của ôtô tăng lên 10÷30% so với khi ôtô sử dụng hệ thống
đánh lửa thường.
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 7
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
- Nhiên liệu được đốt cháy hết ở cả số vòng quay thấp và số vòng quay cao,
do đó tiết kiệm nhiên liệu được 10%.
- Ít phải chăm sóc bảo dưỡng.
 Nhược điểm:
- Giá thành còn khá cao vì sử dụng nhiều linh kiện bán dẫn.
- Đôi khi sơ đồ phức tạp và suất tiêu hao năng lượng riêng cho hệ thống
đánh lửa lớn (khoảng gấp đôi hệ thống đánh lửa thường).
Tuy còn những nhược điểm như vậy nhưng hệ thống đánh lửa bán dẫn vẫn
được ưa chuộng và ngày càng được phát triển rộng rãi, đặc biệt trong các loại xe đời
mới hiện nay.
1.3.2. Theo cảm biến đánh lửa: (HTĐL bán dẫn không tiếp điểm)
a. HTĐL sử dụng cảm biến điện từ: Có hai loại:
- Loại nam châm đứng yên:
Hình 1.6. Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên
Cảm biến được đặt trong delco bao gồm một rotor có số răng cảm biến tương
ứng với số xy lanh động cơ, một cuộn dây quấn quanh một lõi sắt từ cạnh một thanh
nam châm vĩnh cữu. 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 sẽ lần lượt
tiến lại gần và lùi ra xa cuộn dây. Khi rotor ở vị trí như hình 2a, 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
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 8
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
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 2c).
Khi rotor đi xa ra 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 2d). Hiệu điện thế sinh ra ở
hai đầu dây cuộn cảm biến phụ thuộc vào tốc độ của động cơ.
Sự tạo từ trường của cuộn nam châm đứng yên
H.ình 1.7. Vị trí tương đối của rotor với cuộn nhận tín hiệu
Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên có ưu điểm là rất bền, xung tín
hiệu có dạng nhọn nên ít ảnh hưởng đến 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.
Cảm biến điện từ loại nam châm quay:
Hình 1.8. Cảm biến điện từ loại nam chân quay cho loại động cơ 8 xylanh
1-Rôto nam châm ; 2-Lõi thép từ; 3- Cuộn dây cảm biến
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 9
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
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 trường xuyên qua cuộn
dây biến thiên tạo nên một sức điện động sinh ra trong cuộn dây. Do từ trường qua
cuộn dây đổi dấu nên sức điện động sinh ra trong cuộn dây lớn.
Hệ thống đánh lửa bán dẫn dùng cảm biến từ điện loại nam châm đứng yên
Hình 1.9. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng điện từ (HONDA)
Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ được sử dụng phổ biến

trên các loại xe ôtô vì nó có cấu tạo khá đơn giản, dễ chế tạo và ít hư hỏng.
Sơ đồ mạch điện loại này được trình bày trên hình 4
Khi cuộn dây cảm biến không có tín hiệu điện áp hoặc điện áp âm, transistor
T1 ngắt nên T2 ngắt, T3 dẫn cho dòng qua cuộn sơ cấp về mass.
Khi răng của rotor cảm biến tiến lại gần cuộn dây cảm biến, trên cuộn dây sẽ
xuất hiện một sức điện động xoay chiều, nửa bán kỳ dương cùng với điện áp rơi
trên điện trở R2 sẽ kích cho transistor T1 dẫn, T2 dẫn theo và T3 sẽ ngắt. Dòng qua
cuộn sơ cấp ở bobine bị ngắt đột ngột tạo nên một sức điện động cảm ứng lên cuộn
thứ cấp một điện áp cao và được đưa đến bộ chia điện.
b. HTĐL sử dụng cảm biến quang
- Cảm biến quang gồm hai loại, chúng chỉ khác nhau ở phần tử cảm biến
quang.
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 10
1
2
1
3
5
4
<"P2?I#
QR!S55>:%%5!S55R5ET!(=I#C!+,T?#%)
 >12)EFEUP2?I#
R
1
R
2
R
3
R
4

R
5
R
6
R
7
T
1
T
2
T
3
T
4
C
1
C
2
D
1
D
2
D
3
Acquy
Biãún
aïp
IG/SW
R
f

Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
Loại sử dụng một cặp Led-Photo Transistor
Loại sử dụng một cặp Led-Photo diode.
Phần tử cảm quang (Led-Lighting Emision Diode) và phần tử cảm quang
(Photo Transistor hoặc photo diode) được đặt trong bộ chia điện. Đĩa của cảm biến
được gắn trên trục bộ chia điện, số rãnh tương ứng với xilanh của động cơ.
Hoạt động của cảm biến quang như sau:
Khi có ánh sáng chiếu vào giữa hai phần tử này thì nó sẽ trở nên dẫn điện và
ngược lại khi không có ánh sáng đi qua nó sẽ không dẫn điện. Độ dẫn điện của nó
phụ thuộc vào cường độ ánh sáng và hiệu điện thế giữa hai đầu cực của phần tử cảm
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 để dùng làm tín hiệu đánh lửa .
Hình 2.16 là sơ đồ đánh lửa bán dẫn được điều khiển bằng cảm biến quang
của hãng Motorola. Cảm biến quang được đặt trong bộ chia điện, gửi tín hiệu đánh
lửa về cho bộ điều khiển đánh lửa. Nguyên lí hoạt động của sơ đồ hệ thống đánh lửa
này như sau:
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 11
V

W
9<
Q
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
Khi đĩa cảm biến quay đến vị trí đĩa chắn ánh sáng từ LED D
1
sang photo
Transistor T
1
làm T

1
bị ngắt, làm cho các Transistor T
2
, T
3
, T
4
ngắt theo, còn T
5
dẫn
cho dòng điện qua cuộn sơ cấp sau đó đến vị trí masse. Khi đĩa cảm biến cho dòng
ánh sáng đi qua T
1
sẽ ở trạng thái dẫn, đồng thời T
2
, T
3
, T
4
cũng dẫn theo, T
5
lúc này
ở trạng thái đóng, làm cho dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột. Do dòng sơ cấp bị ngắt đột
ngột nên trên cuộn thứ cấp xuất hiện một hiệu điện thế có giá trị 25÷35Kv, hiệu
điện thế này qua bộ chia điện để đến các bugi sinh ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn
hợp khí -nhiên liệu theo đúng thứ làm việc của các xilanh.
c. HTĐL sử dụng cảm biến Hall:
Cảm biến này làm việc theo nguyên lí hiệu ứng Hall như sau:
Nếu đặt một tấm bán dẫn vào trong từ trường B
0

( tác dụng theo phương Z), khi
cho dòng điện đi theo phương X thì theo phương Y vuông góc với nó sẽ xuất hiện
một sức điện động E
Hall
(gọi là sức điện động Hall) có trị số phụ thuộc vào vật liệu,
chiều dày của tấm cảm biến. Theo tài liệu ta có :
δ
0
.
.E
BI
K
HallHall
=
Hằng số K
Hall
phụ thuộc vào loại vật liệu. Các loại vật liệu bán dẫn như
Bisimut thường được sử dụng làm cảm biến loại này vì chúng có hệ số K
Hall
lớn.
B
0
- Từ trường qua tấm bán dẫn.
I
0
- Dòng điện qua tấm bán dẫn.
δ
- Mật độ các hạt điện tử trên tấm bán dẫn
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 12
.&#5P2?

"P2?!X=!>:/2$ !(5E)B!+,TO)B70=BP2?
4
3
5
T
2

0
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
Hình 2.12. Nguyên lý dòng điện trong cảm biến hall
*Cấu tạo:
Cảm biến kiểu Hall như hình 2.13 gồm có roto 4 có kết cấu chụp rỗng dạng
cánh chắn, bên trong lòng rôto có 1 nam châm vĩnh cửu 2. Cảm biến 1 được gắn
trên mâm 6 có 3 đầu dây dẫn đưa ra ngoài. Một đầu dây nối với dòng điện từ Acquy
qua khoá đánh lửa, một đầu lấy tín hiệu điện áp của hiệu ứng Hall để điều khiển các
Transistor, một đầu dây nối masse.
*Hoạt động của cảm biến Hall:
Khi khe hở của cánh chắn nằm giữa cảm biến Hall và nam châm thì từ
trường sẽ xuyên qua khe hở làm xuất hiện một hiệu điện thế U
H
, hiệu điện thế này
sẽ điều khiển Transistor mở để cho dòng điện từ cuộn dây sơ cấp đi qua. Khi khe hở
đi qua giữa cảm biến và nam châm làm từ trường B sẽ mất đi khi đó thì hiệu điện
thế U
H
gần bằng 0, điện thế này làm cho Transistor đóng lại, việc đóng Transistor
làm dòng sơ cấp mất đi đột ngột và xuất hiện hiệu điện thế U
2
trên cuộn dây thứ cấp
tạo tia lửa điện trên các bugi.

Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 13
() 2)EF%.E/P2? 
IG/SW
R
f
R
1
R
2
R
3
R
4
R
6
R
7
R
8
R
5
T
1
T
2
T
3
D
1
D

2
D
3
D
4
D
5
C
2
W
1
W
2
C
1
Caím biãún Hall
Acquy
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
Bề rộng của tấm chắn dùng để xác định góc độ ngậm điện (Dwell Angel), số
cánh của tấm chắn bằng số xilanh động cơ. Hình 2.14 là sơ đồ mạch điện hệ thống
đánh lửa bán dẫn dùng cảm biến Hall
Khi bật công tắt máy, một nhánh dòng điện qua điện trở phụ R
f
→W
1
→ T
3
đồng thời một nhánh sẽ qua diode D
1
, qua R

1
vào cảm biến Hall, nhờ D
1
và R
1
nên
điện áp của cảm biến Hall luôn ổn định. Tụ điện C
1
có tác dụng lọc nhiễu và đảm
bảo cho bộ điều khiển đánh lửa hoạt động chính xác. Diode D
2
, D
3
có tác dụng bảo
vệ cảm biến Hall khi điện áp cung cấp quá cao (khi bộ điều chỉnh điện của máy phát
hỏng). Khi đầu dây của tín hiệu cảm biến Hall có điện áp ở mức cao (khe hở của
cánh chắn nằm giữa nam châm và cảm biến) làm T
1
dẫn. Lúc này dòng sơ cấp qua
cuộn dây sơ cấp i
1
của biến áp đánh lửa W
1
qua T
3
và về masse tăng dần. Khi tínhiệu
điện của cảm biến Hall ở mức thấp (cánh chắn ở giữa nam châm và cảm biến) làm
T
1
ngắt, nên T

2
và T
3
ngắt theo. Dòng sơ cấp i
1
lúc này bị mất đột ngột tạo nên một
sức điện động cảm ứng trên cuộn thứ cấp W
2
, sức điện động nàysinh ra một điện thế
cao áp và qua bộ chia điện đến khe hở của bugi để sinh ra tia lử điện.
Tụ C
2
có tác dụng làm giảm sức điện động tự cảm trên cuộn dây sơ cấp W
1
đặt vào mạch khi T
2
và T
3
ngắt. Trong trường hợp sức điện động tự cảm quá lớn, ví
dụ như rút dây dẫn cao áp ra quá xa chẳng hạn thì R
5
, R
6
, D
4
thì T
2
, T
3
mở trở lại để

giảm xung điện áp quá lớn có thể gây hư hỏng cho Transito.
Diode Zenner D
5
có tác dụng bảo vệ T
3
khỏi bị quá áp vì điện áp tự cảm trên
cuộn sơ cấp của biến áp đánh lửa.
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 14
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
1.3.3. Theo năng lượng tích lũy trước khi đánh lửa: HTĐL bao gồm:
- HTĐL điện cảm: Năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong từ trường
của cuộn dây biến áp đánh lửa.
- HTĐL điện dung: Năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong điện trường
của tụ điện đánh lửa.
1.3.4. Theo phương pháp phân bố điện cao áp: HTĐL chia ra:
- HTĐL có bộ chia điện.
- HTĐL không có bộ chia điện(đánh lửa trực tiếp).
2. Tính và vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp.
2.1. Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa.
2.1.1. 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 bugi, đặc biệt lúc khởi động.
U

2m
được xác định bằng công thức:
η

2
2
1
1
12
C
K
C
L
IU
ba
ngm
+
=
[V] (2.1-1)
Với : I
1ng
- dòng điện của cuộn sơ cấp tại thời điểm Transitor công suất ngắt
L
1
- độ tự cảm của cuộn sơ cấp
C
1
- điện dung của cuộn sơ cấp
C
2

- điện dung của cuộn thứ cấp
K
ba
- hệ số biến áp
η - hiệu suất của bôbin.
2.1.2. Hiệu điện thế đánh lửa U
đl
.
Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa được xảy ra được
gọi là hiệu điện thế đánh lửa (U
đl
). Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào
nhiều yếu tố, theo định luật Pashen.
T
Pk
U
đl
δ

=
[V)] (2.1-2)
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 15
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
Với: P - áp suất buồng cháy tại thời điểm đánh lửa
δ - khe hở bugi
T - nhiệt độ điện cực trung tâm của bugi tại thời điểm đánh lửa
k - hệ số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp hòa khí.
2.1.3. Hệ số dự trữ đánh lửa.
Là tỷ số giữa hiệu điện thế U
2m

và U
đl
:
( )
25,1
2
÷==
đl
m
đl
U
U
K
(2.1-3)
2.1.4. Năng lượng dự trữ.
Năng lượng dữ trữ W
dt
là năng lượng tích luỹ dưới dạng từ trường trong cuộn
dây sơ cấp của bôbin. 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 bôbin ở một giá trị xác định.
])[15050(
2
.
11
mJ
IL
W
ng
dt

÷==
(2.1-4)
2.1.5. Tần số và chu kỳ đánh lửa.
Tần số đánh lửa: động cơ 4 kỳ
120
.Zn
f =
[Hz] (2.1-5)
động cơ 2 kỳ
60
.Zn
f
=
[Hz] (2.1-6)
Với : f - tần số đánh lửa
n - số vòng quay trục khuỷu
Z - số xilanh động cơ.
Chu kỳ đánh lửa:
md
tt
f
T +==
1
[s] (2.1-7)
Với : t
d
- thời gian vít ngậm hay Transitor bão hòa
t
m
- thời gian vít hở hay Transitor công suất ngắt.

2.1.6. Góc đánh lửa sớm.
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 16
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
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 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:
θ
opt
= f(P
bđ
, t
bđ
,p, t
wt
, t
mt
, n, N
o
…) (1-8)
2.1.7. 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
điện cảm. Năng lượng của tia lửa được tính theo công thức:
W
P
= W
C
+ W
L
[J] (2.1-9)

Với :
2
.
2
2 đl
C
UC
W =
[J] (2.1-10)
2
.
2
22
IL
W
L
=
[J] (2.1-11)
W
C
- năng lượng của điện dung
W
L
- năng lượng của điện cảm
I
2
- dòng điện đánh lửa.
2.2. Sơ đồ dòng điện qua cuộn sơ cấp
R
f

L
1
r
1
L2
r2
1
2
3
5
4
6
Hình 2.2.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa.
1-Ắc qui; 2- Công tắc; 3- Bô bin ; 4- Bugi; 5- IC đánh lửa; 6-Transistor
công suất được điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm biến hoặc vít lửa;
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 17
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
R
f
: điện trở phụ; r
1
, r
2
: điện trở của cuộn sơ cấp và thứ cấp; L
1
, L
2
: độ tự
cảm của cuuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của Bobin.

U
1
i
1
(t)
R
1
L
1
Hình 2.2.2. Sơ đồ tương đương của mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa
Khi Transistor công suất T dẫn, trong mạch sơ cấp sẽ có dòng điện
i
1
từ (+) accu đến R
f
đến L
1
đến T đến mass. Dòng điện i
1
tăng từ từ do sức điện
động tự cảm sinh ra trên cuộn sơ cấp L
1
chống lại sự tăng của cường độ dòng
điện.Ở giai đoan này, mạch thứ cấp của hệ thống đánh lửa hầu 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 trình bày như trên hình 2.2. Trên sơ
đồ , giá trị điện trở trong của accu được bỏ qua trong đó:
R
1

= r
1
+ R
f
.
Ta có thể lập được phương trình vi phân sau:
i
1
.R
1
+ L
1
dt
di
1
= U
1
. ( 2.2.1).
Giải phương trình vi phân ( 2.1 ) ta được :
Gọi là hằng số điện từ của mạch.
(2.2.2).
Gọi t
d
là thời gian Transistor dẫn bão hoà thì cường độ dòng điện sơ cấp I
ng
tại
thời điểm đánh lửa khi Transitor công suất ngắt là :
(2.2.3)
Trong đó:
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 18

Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
U
1
- hiệu điện thế ngoài cung cấp (Ắc quy), U
1
= 12 [V]
R
1
- điện trở của cuộn sơ cấp, R
1
= (0,5 ÷ 1) [Ω], [1] chọn R
1
= 0,6 [Ω] vì điện
trở trong cuộn sơ cấp càng nhỏ thì giá thành chế tạo càng cao.
L
1
- độ tự cảm của cuộn sơ cấp, L
1
=(1 ÷ 5).10
-3
[H], chọn L
1
= 2.10
-3
[H], vì L
1
tăng cao quá sẽ làm giảm I
1ng
và gây tia lửa điện ở tiếp điểm.
chọn :

η − hiệ suất
chọn η= 0,8 [1]
C
1,
C
2 tụ
điện của mạch sơ cấp và thứ cấp
Chọn C
1
= 0,7.10
-6
[F] [1]
C
2
=10
-10
[F] [1]
[s]
(2.2.4)
T : chu kỳ đánh lửa (s).
n = 5100 [vòng/phút] : số vòng quay trục khuỷu động cơ. (min
1−
)
Z=6 : số xylanh của động cơ.

đ
τ
: thời gian tích luỹ năng lượng tương đối, chọn:
đ
τ

= 0,6 [1]
Thế vào (2.4):
[s]
Thế tất cả vào (2.3):

⇒
127,10)1(
6,0
12
3
10.33,3
00235,0
=−=
−
−
eI
ng
[A] (2.2.5)
2.3. Vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp
2.3.1. Công thức tính
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 19
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
2.3.2. Lập bảng.
Chọn tỷ lệ xích,
Giá trị thực Giá trị biểu diễn
i
t
(A) t(s) i
t
(mm) t(mm)

0,000 0,000 0,000 0,000
0,001 5,184 0,001 5,184
0,002 9,024 0,002 9,024
0,003 11,869 0,003 11,869
0,004 13,976 0,004 13,976
0,005 15,537 0,005 15,537
0,006 16,694 0,006 16,694
0,007 17,551 0,007 17,551
0,008 18,186 0,008 18,186
0,009 18,656 0,009 18,656
0,010 19,004 0,010 19,004
0,011 19,262 0,011 19,262
0,012 19,454 0,012 19,454
0,013 19,595 0,013 19,595
0,014 19,700 0,014 19,700
0,015 19,778 0,015 19,778
0,016 19,835 0,016 19,835
0,017 19,878 0,017 19,878
0,018 19,910 0,018 19,910
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 20
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
0,019 19,933 0,019 19,933
0,020 19,950 0,020 19,950
0,000 0,000 0,021 19,963
0,001 5,184
0,022 19,973
2.3.3. Vẽ đồ thị
0,0050
5
0,0150,010 0,0250,02

10
15
20
25
Ing=10,127
i [A]
t [s]
t
d
=0,00235
µ
t=1000[mm/s]
Hình 2.3. Đồ thị đặc tính dòng sơ cấp
2.3.4 phân tích đồ thị
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 21
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
Khi tiếp điểm KK’ đóng dòng điện tăng từ i
1
=0 đến giá trị tới hạn
xác định bởi điện trở của mạch sơ cấp, dòng điện i1 không tăng tức thời mà tăng
dần trong khoảng thời gian nào đó , khoảng từ (0-10
-2
s),tăng nhanh trong khoảng (0-
5.10
-3
).
Dòng sơ cấp i
1
(t) tăng theo quy luật đường tiệm cận và có giá trị tới
hạn tiệm cận U1/R1=20 [A].

Khi t=0, tiếp điểm vừa đóng thì i
1
=0.
Khi t=∞ (đã đóng rất lâu),
0
dt
di
vµ
R
U
i
1
1
ng
1
==
.
Tốc độ tăng dòng sơ cấp rất nhanh ở giai đoạn đầu (từ lúc đóng tiếp
điểm t=0) sau đó giảm dần.
Ing tăng khi t
d
và τ
đ
phụ thuộc vào biên dạng cam.
Giá trị i
1
đạt cực đại thực tế phụ thuộc vào điện trở R
1
và thời gian
đóng tiếp điểm.

2.3.5. Kết luận
Quá trình đánh lửa được chia làm 3 giai đoạn và giai đoạn tăng
trưởng dòng sơ cấp là giai đoạn I của quá trình đánh lửa.
Tốc độ đánh lửa nhanh ở đầu giai đoạn I và giảm dần về sau.
Trên thực tế trong quá trình làm việc tốc độ dòng sơ cấp sẽ không
bao giờ trở về 0 vì thời gian tiếp điểm đóng ngắt thì dòng điện i
1
chưa kịp ổn định.
Giá trị i
1
max phụ thuộc vào R
1
và t
d
.
Dòng Ing phụ thuộc vào mạch sơ cấp R
1
và L
1
I
ng
sẽ giảm khi số vòng quay ne tăng và số xi lanh Z tăng.
3. Tính toán các thông số cơ bản của dòng điện thứ cấp HTDL
3.1. Tính Hiệu Điện Thế Của Biến Áp Thứ Cấp
Tại thời điểm đánh lửa, năng lượng đã được tích luỹ trong cuộn dây
sơ cấp dưới dạng từ trường :
W
dt
=
2

.
2
1 ng
IL
=
2
/
2
1
2
1
)1(.
2
τ
d
t
e
R
UL
−
−
. (3.1.1)
Trong đó :
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 22
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
W
dt
: năng lương tích luỹ trong dong sơ cấp.
Khi tiếp điểm mở ra (chưa xuất hiện dòng cao thế )thì W
dt

được tích lũy trong
C1,C2 và một phần biến thành nhiệt tiêu tán Q.
Q
UCUCIL
W
ng
NL
++==
222
2
22
2
11
1
2
1
1
Mà:
QUC
W
W
CIL
W
W
UU
2
22
2
2
1

1
ng1
2
1
2
1
21
+








+








=⇒=
(3.2.2)
Với K
ba
= W

1
/W
2
chọn số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ câp:
W1 = 350 [vong] [1]
W2=19000[vòng] [1]
K
ba
= W
1
/W
2
=350/19000=0,018
Sau khi biến đổi ta nhận được:
'
2
2
2
1
1
1
12
η
C
W
W
C
L
IU
ng

+








=
(3.1.3)
86,20623.
10.1018,0.10.7
7,0.10.2
.127,10
1027
3
2
=
+
=
−−
−
U
[V] = 20,624 [kV]
Trong đó:
C
1
- Điện dung của mạch sơ cấp (tụ điện);
C

2
- Điện dung của mạch thứ cấp;
Q - Tổn thất dưới dạng nhiệt;
η' - Hệ số tính đến sự giảm U
2
do tổn thất năng lượng dưới dạng nhiệt
trong cả hai mạch sơ cấp và thứ cấp (η'=0,75 0,85).
3.2. Tính Hiệu Điện Thế Đánh Lửa
Giai đoạn xuất hiện tia lửa điện cao thế ở bugi khi U
2
tăng đến giá trị U
đl
khi
thế hiệu U
2
vừa đạt đến giá trị U
đl
, đủ để xuyên qua khe hở giữa các điện cực của
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 23
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
bugi, thì ở đó sẽ xuất hiện tia lửa điện cao thế. Khi xuất hiện tia lửa điện thì U
2
giảm
đột ngột trước khi kịp đạt giá trị cực đại.
(3.2.1)
Trong đó:
Kđl: Hệ số dự trữ Kđl= (1,5-2)
Chọn Kđl =1,5.
Vậy [V] =13,749 [kV]
3.3. Tính năng lượng tia lửa

Năng lượng Tia lửa điện gồm hai phần: phần điện dung và phần điện cảm.
3.3.1 Phần Điện Dung
Xuất hiện trước, vào thời điểm đầu của quá trình phóng điện. Đó là sự phóng tĩnh
điện do năng lượng của điện trường tích luỹ trong điện dung C
1
và C
2
của HTĐL,
tia lửa điện dung có màu xanh lam và rất chói do nhiệt độ của nó cao tới 10000
O
C.
Thời gian tồn tại tia lửa này rất ngắn (<10
-6
S) và điện lượng dịch chuyển qua không
đáng kể. Nhưng do thế hiệu cao và điện trở kênh phóng điện nhỏ, nên dòng điện
phóng và công suất tức thời của nó khá lớn. Giá trị i
2
đạt tới vài trăm, thậm chí vài
nghìn ampe.
Đặc trưng của phần tia lửa điện dung là có tiếng nổ lách tách, tần số dao động
lớn tới (10
6
10
7
) Hz, nên gây nhiễu xạ vô tuyến mạnh.
Tia lửa điện dung làm điện thế U
2
giảm đột ngột, chỉ còn khoảng 1500 2000
V. Vì tia lửa xuất hiện trước khi U
2

đạt giá trị cực đại, nên phần tia lửa điện dung
chỉ tiêu tốn một phần năng lượng của từ trường tích luỹ trong biến áp đánh lửa là

===
−
2
1,13749.10.375,3
2
.
210
2
dl
C
UC
W
0,1 [j]=100 [mmj]
(3.3.1)
trong đó:
1027
2
2
2
1
1
10.1)
19000
350
(10.7)(
−−
+=+= C

W
W
CC
.=3,375.10
-10
3.3.2. Phần năng lượng điện cảm
Được tiếp tục phóng qua khe hở bugi dưới dạng tia lửa điện cảm hay còn gọi
là đuôi lửa. Do U
2
đã giảm nhiều nên dòng phóng lúc này cũng rất nhỏ, chỉ khoảng
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 24
Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
(80 100)mA. Tia lửa điện cảm có màu tím nhạt-vàng, kéo dài khoảng vài micro
giây đến vài mili giây, phụ thuộc vào giá trị năng lượng điện cảm tích luỹ trong
mạch sơ cấp:
103,0
2
127,10.10.2
2
23
2
11
===
−
ng
L
IL
W
[j]= 103 [mmj].
4. Bugi đánh lửa

Bugi là bộ phận tạo tia lửa điện cao thế để đốt cháy hỗn hợp làm việc trong xi
lanh, khi nhận được các xung điện cao thế từ bộ chia điện truyền đến.
Bugi là chi tiết khá đơn giản song điều kiện làm việc lại đặc biệt khắc nghiệt.
Khi làm việc nó chịu tác dụng của ba loại tải trọng là:
- Tải trọng cơ khí: do các xung áp suất của khí cháy sinh ra trong xi lanh
(với giá trị có thể tới 5 6 MPa), do rung xóc của bản thân động cơ gây ra;
- Tải trọng nhiệt: sinh ra do sự thay đổi đột ngột nhiệt độ trong xi lanh: từ
40
O
60
O
trong kỳ hút tới 500
O
C 700
O
C trong kỳ xả và 1800
O
C 2500
O
C trong kỳ
nổ;
- Tải trọng điện: do các xung điện cao thế truyền đến trong thời điểm đánh
lửa.
Vì vậy, về mặt kết cấu và vật liệu của bugi cũng có những yêu cầu đặc biệt.
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 25