Thuyết minh đồ án trang bị điện và điện tử động lực
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.12 MB, 41 trang )
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 1
MỤC LỤC
Trang
1.Tổng quan về hệ thống đánh lửa 3
1.1. Công dụng của hệ thống đánh lửa 3
1.2. Phân loại hệ thống đánh lửa 3
1.3. Yêu cầu hệ thống đánh lửa 4
1.4. Các hệ thống đánh lửa cơ bản 4
1.4.1. HTĐL thường hay HTĐL kiểu cơ khí 5
1.4.2. Hệ thống đánh lửa Manhêtô 7
1.4.3. HTĐL bán dẫn 10
1.4.4.Hệ thống đánh lửa theo chương trình 21
2. Tính và vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp. 25
2.1. Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa. 25
2.1.1. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U
2m
. 25
2.1.2. Hiệu điện thế đánh lửa U
đl
. 25
2.1.3. Hệ số dự trữ đánh lửa K
dl
: 26
2.1.4. Năng lượng dự trữ W
dt
26
2.1.5. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S 26
2.1.6. Tần số và chu kỳ đánh lửa. 27
2.1.7. Góc đánh lửa sớm. 27
2.1.8. Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện. 28
2.2. Sơ đồ dòng điện qua cuộn sơ cấp 29
2.3.Vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp 31
2.3.1. Công thức tính 31
2.3.2. Lập bảng. 31
2.3.3. Vẽ đồ thị 33
2.3.4. Phân tích đồ thị 33
2.3.5. Kết luận 34
3. Tính toán các thông số cơ bản của dòng điện thứ cấp HTDL 34
3.1. Tính Hiệu Điện Thế Của Biến Áp Thứ Cấp 34
3.2. Tính Hiệu Điện Thế Đánh Lửa 35
3.3. Tính năng lượng tia lửa 36
3.3.1. Phần Điện Dung 36
3.3.2. Phần năng lượng điện cảm 36
3.4. Bugi đánh lửa 37
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 2
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 trên động cơ đốt trong và
môn Trang bị điện và điện tử thân xe. Chúng em được giao đồ án môn học ‘‘Trang
bị điện và điện & 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 Th.s Nguyễn Việt Hải, và đặc biệt
là sự hướng dẫn trực tiếp của TS. Lê Văn Tụy cho nên cuối cùng em cũng 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 01/11/2011
Sinh viên thực hiện
Đỗ Như Ý
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 3
1.Tổng quan về hệ thống đánh lửa
1.1. Công dụng của hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa (HTĐL) trên ôtô có nhiệm vụ biến dòng một chiều thấp
áp(6V,12V, 24V) hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp (trong HTĐL
Manhêtô hay vô lăng Manhêtic) thành xung điện cao thế (12 kV ÷ 24 kV) để tạo
ra tia lửa điện phóng qua khe hở bugi đốt cháy hỗn hợp làm việc 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. Phân loại hệ thống đánh lửa
Theo đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc , HTĐL được chia ra làm:
- HTĐL thường hay HTĐL kiểu cơ khí : được sủ dụng hầu hết trên các ô tô
trước đây, còn gọi là HTĐL cổ điển.
- HTĐL Manhêtô : là HTĐL cao áp độc lập, không cần dùng ắc quy và
máy phát. Do đó có độ tin cậy cao và được dùng trên xe cao tốc và một số
máy công trình trên vùng núi.
- HTĐL bán dẫn có tiếp điểm : là hệ thống đánh lửa bán dẫn kết hợp với cơ
khí, HTĐL loại này vẫn còn được dùng trên 1 số xe hiện nay.
- HTĐL bán dẫn không có tiếp điểm : có nhiều ưu điểm nên được dùng đa
số trên các ô tô hiện nay.
Theo cảm biến đánh lửa, HTĐL bán dẫn được chia ra làm :
- HTĐL sử dụng cảm biến điện từ
- HTĐL sử dụng cảm biến quang
- HTĐL sử dụng cảm biến Hall
Theo năng lượng tích lũy trước khi đánh lửa, HTĐL bán dẫn được chia ra
làm :
- 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 từ trường
của tụ điện.
Theo phương pháp phân bố điện cao áp, HTĐL được chia ra :
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 4
- HTĐL có bộ chia điên
- HTĐL không có bộ chia điện ( Đánh lửa trực tiếp )
Ngày nay trên các ô tô hiện đại, HTĐL được điều khiển theo chương trình.
Bộ điều khiển trung tâm ECU ( Electronic Control Uint ) sẽ thu thập các tín hiệu
như : tốc độ động cơ , vị trí piston, vị trí bướm ga, nhiệt độ động cơ… Từ đó, ECU
sẽ điều khiển thời điểm đánh lửa thích hợp nhất trong mọi chế đọ làm việc của động
cơ.
1.3. Yêu cầu hệ thống đánh lửa
- Tia lửa mạnh
Trong hệ thống đánh lửa, tia lửa được phát ra giữa các điện cực của các bugi để đốt
cháy hỗn hợp hòa khí. Hòa khí bị nén có điện trở lớn, nên cần phải tạo ra điện thế
hàng chục ngàn vôn để đảm bảo phát ra tia lửa mạnh, có thể đốt cháy hỗn hợp hòa
khí.
- Thời điểm đánh lửa chính xác
Hệ thống đánh lửa phải luôn luôn có thời điểm đánh lửa chính xác vào cuối kỳ nén
của các xy lanh và góc đánh lửa sớm phù hợp với sự thay đổi tốc độ và tải trọng của
động cơ.
- Có đủ độ bền
Hệ thống đánh lửa phải có đủ độ tin cậy để chịu đựng được tác động của rung động
và nhiệt của động cơ. Hệ thống đánh lửa sử dụng điện cao áp do bô bin tạo ra nhằm
phát ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hòa khí đã được nén ép. Hỗn hợp hòa khí
được nén ép và đốt cháy trong xi lanh. Sự bốc cháy này tạo ra động lực của động
cơ. Nhờ có hiện tượng tự cảm và cảm ứng tương hỗ, cuộn dây tạo ra điện áp cao
cần thiết cho đánh lửa. Cuộn sơ cấp tạo ra điện thế hàng trăm vôn còn cuộn thứ cấp
thì tạo ra điện thế hàng chục ngàn vôn.
- Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dể dàng, giá thành rẻ…
1.4. Các hệ thống đánh lửa cơ bản
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 5
1.4.1. HTĐL thường hay HTĐL kiểu cơ khí
Hình 1.1 : Hệ thống đánh lửa kiểu cơ khí
Những thiết bị chủ yếu của HTĐL này là: biến áp đánh lửa được cung cấp từ
nguồn một chiều (ắc quy hoặc máy phát), bộ chia điện và các bugi đánh lửa . Biến
áp đánh lửa có hai cuộn dây: cuộn sơ cấp W1 có khoảng 250 400 vòng, cuộn thứ
cấp W2 - 19000 26000 vòng.
Cam của bộ chia điện được dẫn động quay từ trục phân phối, làm nhiệm vụ
đóng mở tiếp điểm , tức là nối ngắt mạch sơ cấp của biến áp đánh lửa.
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 6
Nguyên lý hoạt động :
+/ Khi KK' đóng: trong mạch sơ cấp xuất hiện dòng điện sơ cấp i
1
. Dòng này
tạo nên một từ trường khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa
(hình 1.2 a).
+/ Khi KK' mở: mạch sơ cấp bị ngắt, dòng i
1
và từ trường do nó tạo nên mất
đi. Do đó, trong cả hai cuộn dây sẽ xuất hiện các SĐĐ tự cảm, tỷ lệ thuận với tốc độ
biến thiên của từ thông (hình 1.2 b). Bởi vì cuộn W2 có số vòng dây lớn nên SĐĐ
cảm ứng sinh ra trong nó cũng lớn, đạt giá trị khoảng 12000 24000 V. Điện áp cao
này truyền từ cuộn thứ cấp qua rôto của bộ chia điện và các dây dẫn cao áp đến các
bugi đánh lửa theo thứ tự nổ của động cơ. Khi thế hiệu thứ cấp đạt giá trị U
dl
thì sẽ
xuất hiện tia lửa điện phóng qua khe hở bugi đốt cháy hỗn hợp làm việc trong xi
lanh.
Vào thời điểm tiếp điểm mở, trong cuộn W1 cũng xuất hiện một SĐĐ tự cảm
khoảng 200 300V. Nếu như không có tụ điện C1 mắc song song với tiếp điểm KK'
thì SĐĐ này sẽ gây ra tia lửa mạnh phóng qua tiếp điểm, làm cháy rỗ các má vít,
đồng thời làm cho dòng sơ cấp và từ trường của nó mất đi chậm hơn và vì thế, thế
hiệu thứ cấp cũng sẽ không lớn.
Hình 1.2 : Sơ đồ làm việc của hệ thống đánh lửa thường
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 7
Khi có tụ C1 dòng sơ cấp và SĐĐ tự cảm e1 sẽ được dập tắt nhanh chóng,
không gây ra tia lửa ở tiếp điểm và U2 tăng lên.
Như vậy, quá trình đánh lửa có thể chia làm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn tăng dòng sơ cấp khi KK' đóng lại
- Giai đoạn tăng xuất hiện SĐĐ cao áp trong cuộn thứ cấp khi KK' mở ra
- Giai đoạn xuất hiện tia lửa điện cao thế ở bugi khi U
2
tăng đến giá trị U
đl
1.4.2. Hệ thống đánh lửa Manhêtô
Hình 1.3 : Hệ thống mạch từ của Manhêtô
- Đặc điểm cấu tạo:Về cấu tạo, bất kỳ Manhêtô nào cũng có thể chia ra hai
phần chínhlà: 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
;
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 8
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 1.3a); - Lõi đảo cực từ quay (hình 1.3b);
- Nam châm quay (hình 1.3 c, d).
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.
Hình 1.4: Sơ đồ mạch điện của Manhêtô
1-Lõi thép; 2- Cuộn sơ cấp; 3- Cuộn thứ cấp; 4- Má cực;
5- Kim đánh lửa phụ; 6- Điện cực bộ chia điện; 7- Rôto; 8, 9- Bánh răng
10- Bugi; 11- Rôto nam châm; 12- Cam; 13- Tiếp điểm tĩnh;
14- Tiếp điểm động; 15- Công tắc điện; 16- Cam.
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 9
Hình 1.5 :Hệ thống từ của Man nhê tô với
vòng dẫn từ quay ( nam châm cố định )
Hình 1.6 : Vô lăng Manhêtíc xe máy với bánh
dà – Nam châm quay
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 10
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
- 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…
1.4.3. HTĐL bán dẫn
1.4.3.1. HTĐL bán dẫn có tiếp điểm điều khiển
Hình 1.7. Hệ thống đánh lửa bán dẫn
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 11
R
b
T
W
2
W
1
SW
R
f
I
b
E
C
B
I
e
I
c
K
K’
Nguyên lý làm việc của hệ thống như sau:
Hình 1.8. Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển
- Cực E của Transistor được nối với cuộn sơ cấp W
1
- Cực B của Transistor được nối với cặp tiếp điểm KK
’
- Cực C của Transistor được nối với âm cực
Khi bật công tắt máy IG/SW thì cực E của Transistor được cấp nguồn dương, cực C
của Transistor được nối với nguồn âm.
- Khi tiếp điểm 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 transistor dẫn làm xuất hiện mạch sơ
cấp đi theo nguồn như sau :
(+) Ắc quy => R
f
=>W
1
=>Cực E => Cực B => R
b
=> KK
’
=> (-) Ắc quy
Cực C => (-) Ắc quy
Dòng sơ cấp : I
1
= I
e
= I
b
+ I
c
. Dòng điện này tạo nên từ thông khép mạch
qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa.
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 12
Đầu ra cuộn dây
tín hiệu
Giá bắt
Nam châm vĩnh cửu
Khe hở không
khí
δ
Ro to tín hiệu
- Khi tiếp điểm KK' mở: dòng sơ cấp và từ thông do nó sinh ra bị mất đột
ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp một SĐĐ cao thế và xuất hiện tia lửa.
Tại thời điểm KK
’
mở, trogn cuộn sơ cấp cũng xuất hiện SĐĐ E
1
= (200 –
300)V => làm hỏng Transistor. Để giảm E
1
, người ta phải dùng biến áp có K
ba
lớn
và L
1
nhỏ hoặc dùng các mạch bảo vệ cho Transistor ( tụ điện C và Điot Zener mắc
song song với Transistor).
Trên thực tế, để giảm dòng điện qua tiếp điểm người ta dùng nhiều Transistor
mắc nối tiếp ( theo kiểu Darlington).
Dòng điện sơ cấp lớn nhưng dòng qua tiếp điểm nhỏ ( dòng điều khiển I
b
)
nên điều kiện làm việc của tiếp điểm được cải thiện rỏ rệt.
1.4.3.2. HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ
a) Cảm biến điện từ
Hình 1.9. Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên
Cấu tạo : Cảm biến được đặt bên trong bộ chia điện bao gồm :
- Roto tín hiệu : được dẫn động từ trục của bộ chia điện, trên roto có các
răng, số răng của rto bằng số xi lanh của động cơ.
- Cuộn dây tín hiệu được quấn trên lỏi thép, được gắn trên thanh nam châm
vĩnh cữu. Cuộn dây và lõi thép được đặt đối diện với răng của roto và đặt
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 13
cố định bên trong bộ chia điện. Khe hở không khí giữa răng của roto và
lõi thép là 0,2 – 0,5 mm.
Nguyên lý làm việc :
Từ thông của nam châm vĩnh cửu móc vongfqua roto và cuộn dây tín hiệu.
Khi roto quay, khe hở
δ
sẽ thay đổi, cảm ứng sang cuộn dây tín hiệu một
SĐĐ xoay chiều :
dt
d
kwne
θ
=
(V).
Hình 1.10. Vị trí tương đối của roto và tín hiệu trên cuộn dây
Trong đó : k – Hệ số phụ thuộc vào khe hở
δ
và vật liệu lõi thép
w – Số vòng dây quấn tín hiệu quấn trên lõi thép
n – tốc độ quay của roto
dt
d
θ
- tốc độ biến thiên từ trường
- Khi răng của roto đến gần vị trí đối diện với lõi thép thì
dt
d
θ
cực đại, do
đó e cực đại.
- Khi răng của roto ở xa và đối diện vị trí đối diện với lõi thép thì
dt
d
θ
nhỏ
nhất, do đó e
≈
0.
Tín hiệu từ cuộn dây cảm biến được đưa vào mạch điều khiển đánh lửa.
- Khi n cao thì e lớn và ngược lại. Do đó, tín hiệu ở đầu ra của cuộn dây
cảm biến Transistor có độ nhạy cao.
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 14
Cuộn dây cảm biến
IG/SW
Ắc quy
IC đánh lửa
Bobin
R
2
R
1
R
3
R
4
C
D
T
3
T
2
T
1
R
5
b) Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ :
Hính 1.11. Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ
Khi bật công tắt máy sẽ xuất hiện các dòng điện sau :
- Dòng I
1
: (+) Ắc quy => IG/SW => R
1
=> R
2
=> (-) Ắc quy => tạo ra điện
áp đệm U
R2
trên cực B của T
1
. Tuy nhiên U
R2
chưa đủ để làm T
1
mở.
- Dòng I
2
: (+) Ắc quy => IG/SW => R
4
=> R
5
=> (-) Ắc quy => tạo ra điện
áp đệm U
R5
trên cựa B của T
3
=> T
3
dẫn => xuất hiện dòng điện sơ cấp đi
từ:
(+) AQ => IG/SW => Bobin => T
3
=> (-) AQ. Dòng điện này tạo nên
từ thông khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa.
- Khi trên cuộn dây cảm biến không có tín hiệu điện áp hoặc điện áp âm thì
T
1
ngắt => T
2
ngắt => T
3
vẫn tiếp tục dẫn.
- Khi trên cuộn dây cảm biến có tín hiệu điên áp dương, kết hợp với điện áp
đệm U
R2
làm cho T
1
dẫn => T
2
dẫn => T
3
ngắt. Dòng điện qua cuộn sơ
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 15
cấp và từ thông do nó sinh ra bị mất đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp
một sức điện động cao thế và xuất hiện tia lửa.
1.4.3.3. HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến quang
a) Cảm biến quang :
Cấu tạo : Cảm biến được đặt bên trong bộ chia điện bao gồm :
- Bộ phát quang ( LED_Điôt quang) : biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu
quang, nghĩa là khi có dòng điện đi qua chúng sẽ phát ra ánh sáng.
- Bộ cảm quang gồm 2 loại : LED_Điốt quang và Transistor quang. Biến
tín hiệu quang thành tín hiệu điện, nghĩa là khi có ánh sáng chiếu vào
chúng sẽ dẫn điện. Độ dẫn điện của chúng phụ thuộc vào cường độ ánh
sáng.
- Đĩa cảm biến : được dẫn động từ trục của bộ chia điện. Trên đĩa có các
rãnh, số rãnh trên đĩa bằng số xi lanh động cơ.
Nguyên lý làm việc : khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng phát ra từ bộ phát
quang bị ngắt quãng lien tục làm cho các phần tử cảm quang dẫn ngắt liên tục tạo ra
các xung vuông làm tín hiệu điều khiển đánh lửa.
1
2
1
3
5
4
Hình 1.12.Cảm biến quang
1-LED; 2-Photo Transisto; 3-Photo Diode; 4- Mâm quay; 5-Khe chiếu sang
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 16
b) Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang :
Hình 1.13. Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang
Khi bật công tắc máy sẽ xuất hiện các dòng điện sau :
- Dòng I
1
: (+) Ắc quy => IG/SW => R
6
=> R
1
=> D
1
=> (-) Ắc quy
- Dòng I
2
: (+) Ắc quy => IG/SW => R
7
=> R
8
=> (-) Ắc quy => tạo ra điện
áp đệm U
R8
trên cực B của T
5
=> T
5
dẫn => xuất hiện dòng điện sơ cấp đi
từ.
(+)Ắc quy => IG/SW => R
f
=> Bobin => T
5
=> (-) Ắc quy. Dòng điện
này tạo nên từ thông khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa.
- Khi roto quay, tại vị trí đĩa cảm quang ngăn dòng ánh sáng từ LED D
1
sang Transistor T
1
=> T
1
ngắt =T
2
ngắt => T
3
ngắt => T
4
ngắt => T
5
vẫn
tiếp tục dẫn.
- Tại vị trí đĩa quang cho dòng ánh sáng từ LED D
1
sang Transistor T
1
=>
T
1
dẫn => T
2
dẫn => T
3
dẫn => T
4
dẫn => T
5
ngắt. Dòng điện qua cuộn sơ
Ắc quy
R
1
D
1
R
2
R
3
R
4
T
1
R
5
T
3
D
2
C
1
R
6
D
3
C
2
Bobin
R
7
R
8
T
4
T
5
IG/S
W
T
2
R
f
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 17
cấp và từ thông do nó sinh ra bị mất đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp
một sức điện động cao thế và xuất hiện tia lửa.
1.4.3.4. HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến Hall
a) Cảm biến Hall:
Cấu tạo : Cảm biến được đặc bên trong bộ chia điện, bao gồm :
- Nam châm vĩnh cữu và phần tử Hall được đặt gần nhau và cố định bên
trong bộ chia điện , giữa chúng có các cánh chắn .
Hình 1.14. Cảm biến Hall
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 18
Hình 1.15. Cấu tạo delco với cảm biến Hall
- Rotor tín hiệu : được dẫn động từ trục của delco , trên rotor có các cánh
chắn bằng thép và khoảng hở xen kẽ nhau . Số cánh chắn bằng số xilanh
động cơ.
Nguyên lý làm việc : Khi rotor quay , các cánh chắn lần lượt vào giữa nam châm
và phần tử Hall.
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 19
Hình 1.16. Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall
- Khi cánh chắn ra khỏi vị trí giữa nam châm và phần tử Hall thì từ trường
sẽ xuyên qua khe hở làm xuất hiện điện áp trên phần tử Hall => Transistor
T dẫn => điện áp đầu ra của cảm biến U
ra
≈
0V .
- Khi cánh chắn xen giữa vị trí nam châm và phần tử Hall thì từ trường nam
châm sẽ vòng qua cánh chắn , làm mất điện áp trên phần tử Hall =>
Transistor T ngắn => điện áp đầu ra của cảm biến U
ra
≈
12V.
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 20
b) Sơ đồ mạch điện của hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall
Hình 1.17. Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall
- Khi bật công tắc máy sẽ xuất hiện dòng điện I
1
: (+) AQ => IG/SW => D
1
=> R
1
=> cung cấp điện cho cảm biến Hall.
- Khi rotor quay , tại vị trí cánh chắn xen giữa nam châm và phần tử Hall thì
điện áp đầu ra của cảm biến U
ra
≈
12V => T
1
dẫn => T
2
dẫn =>T
3
dẫn . Lúc này ,
dòng điện sơ cấp đi theo mạch sau :
(+) AQ => IG/SW => R
1
=> Bobin => T
3
=> (-) AQ.Dòng điện này tạo nên
từ thông khép mạch qua lõi thép và 2 cuộn dây của biến áp đánh lửa.
- Khi cánh chắn rời khỏi vị trí giữa nam châm và phần tử Hall thì điện áp
đầu ra của cảm biến U
ra
≈
0V => T
1
ngắt => T
2
ngắt =>T
3
ngắt . Dòng
IG/SW
R
f
Ăc quy
D
1
R
1
R
2
R
3
T
1
C
1
D
2
D
3
R
6
R
7
R
8
T
3
D
5
C
2
Bobin
T
2
HALL
R
4
W
1
W
2
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 21
điện qua cuộn sơ cấp và từ thông do nó sinh ra bị mất đột ngột , cảm ứng
sang cuộn thứ cấp một sức điện động cao thế và xuất hiện tia lửa .
1.4.4.Hệ thống đánh lửa theo chương trình
Hình 1.18. Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa theo chương trình
1 – Tín hiệu tốc độ động cơ NE ; 2 – Tín hiệu vị trí trục khuỷu G;
3 – Tín hiệu vị trí bướm ga ; 4 – Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát
5 – Tín hiệu điện áp ắc quy ; 6 – Tín hiệu kích nổ; 7- Các tín hiệu khác.
1.4.4.1. Hệ thống đánh lửa gián tiếp (có bộ chia điện )
Hệ thống đánh lửa này là một trong số các kiểu hệ thống đánh lửa có góc
đánh lửa điều chỉnh theo một chương trình trong bộ nhớ ECU. Sauk hi nhậ các tín
hiệu từ các cảm biến như : cảm biến tốc độ động cơ (NE) , cảm biến vị trí trục
khuỷu (G) , cảm biến nhiệt độ khí nạp (THA), cảm biến nhiệt độ nước làm mát
(THW)…ECU sẽ tính toán và phát ra tín hiệu đánh lửa tối ưu đến IC đánh lửa để
điều khiển việc đánh lửa . Việc phân phối điện cao thế đến các bugi theo thứ tự làm
việc và các chế độ tương ứng của các xilanh thông qua delco .
ECU
1
IC
đánh
lửa
Bugi
Biến áp
IG/S
W
Ăc quy
2
3
4
5
6
7
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 22
Hình 1.19. Sơ đồ hệ thống đánh lửa gián tiếp
So với hệ thống đánh lửa trước đây thì hệ thống đánh lửa này có nhiều ưu
điểm hơn hẳn (thời điểm dánh lửa chính xác , loại bỏ được các chi tiết dễ bị hư
hỏng như : bộ ly tâm , bộ chân không …) . Tuy nhiên , còn tồn một số nhược điểm
sau:
- Tổn thất nhiều năng lượng qua bộ chia điện và trên dây cao áp .
- Gây nhiễu vô tuyến trên mạch thứ cấp .
- Khi động cơ có tốc độ cao và số xilanh lớn thì dễ xảy ra đánh lửa đồng
thời ở hai dây cao áp kề nhau.
- Bộ chia điện cũng là chi tiết dễ hư hỏng nên cần phải thường xuyên theo
dõi và bảo dưỡng.
1.4.4.2. Hệ thống đánh lửa trực tiếp (không có bộ chia điện )
Hệ thống đánh lửa trực tiếp cũng là hệ thống đánh lửa có góc đánh lửa sớm
được điều khiển bằng một chương trình lưu trong bộ nhớ của ECU. Trong đó , điện
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 23
cao thế được truyền trực tiếp từ các biến áp đánh lửa đến các bugi , không qua bộ
chia điện . Hệ thống đánh lửa này có những ưa điểm sau:
- Không có dây cao áp hoặc dây cao áp rất ngắn nên giảm được năng lượng
mất mát, giảm điện dung ký sinh và giảm nhiễu song vô tuyến .
- Không còn bộ phận phân phối điện cao áp nên không còn khe hở trên
đường dẫn cao áp.
- Bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu cách điện tốt
như : bộ phân phối, chổi than , nắp bộ chia điện (delco).
- Không có sự đánh lửa giữa hai dây cao áp bằng nhau
Hệ thống đánh lửa trực tiếp bao gồm hai loại :
Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng biến áp đánh lửa cho từng cặp bugi
đánh lửa (bobin đôi ).
Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng biến áp đánh lửa cho từng bugi đánh
lửa (bobin đơn ).
a) Hệ thống đánh lửa sử dụng bobbin đôi:
Hình 1.20. Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng Bobin đôi
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 24
Trong hệ thống đánh lửa này bobin đôi phải được gắng vào bugi của hai
xilanh song hành .
Hình vẽ trên thể hiện sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bobin đôi trên
động cơ bốn xilanh có thứ tự nổ : 1-3-4-2 , dùng hai bobin đôi .
- Bobin thứ nhất nối với bugi 1 và 4
- Bobin thứ hai nối với bugi 2 và 3 .
Giả sử đến thời điểm đánh lửa thích hợp cho máy số 1 , piston của máy số 1
và máy số 4 đang trong kỳ thải nén vùng môi chất lúc này chứa nhiều ion , tạo
thành môi trường dẫn điện nên bugi ở máy số 4 sẽ không đánh lửa . Còn máy số 1
đang trong kỳ nén nên sẽ đánh lửa ở bugi của máy số 1 . Việc đánh lửa ở bugi của
máy số 2 và số 3 cũng tương tự.
Với hệ thống đánh lửa này tuy đã có nhiều ưu điểm nhưng vẫn tồn tại dây
cao áp từ bobin đôi đến các bugi .Do đó vẫn còn tổn thất năng lượng trên dây cao áp
b) Hệ thống đánh lửa sử dụng bibin đơn :
Hình 1.21. Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng Bôbin đơn
Đồ án môn học : Trang bị điện & điện tử động lực GVHD : TS. Lê Văn Tụy
SVTH : Đỗ Như Ý – Lớp 07C4B
Trang : 25
Với hệ thống đánh lửa sử dụng bobin đơn mỗi bobin dùng cho một bugi . IC
đánh lửa , bobin , bugi được tích hợp vào một kết cấu gọn nhẹ , không còn dây cao
áp . Điều này làm hạn chế rất nhiều năng lượng mất mát , tránh làm nhiễu sóng vô
tuyến và làm giảm tần số hoạt động của bobin nên hệ thống này được sử dụng rất
nhiều trên những động cơ hiện đại trong thời gian gần đây.
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)
Trong đó : 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)
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
