Thiết kế chế tạo bộ giao tiếp giữa máy tính và mô hình hệ thống đánh lửa điện tử bằng ECU

BẢN NHẬN XÉT
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA CÁN BỘ
HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HÀO THIỆN
MSSV : 48132295
Lớp : 48CTU
Ngành : CƠ - ĐIỆN TỬ
Khoa : CƠ KHÍ
Tên đề tài: “THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ GIAO TIẾP GIỮA MÁY TÍNH VÀ
MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN BẰNG ECU”
Số trang: 72 trang Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 5
Hiện vật: Mô Hình Hệ Thống Đánh Lửa Điều Khiển Bằng ECU

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Nha Trang, ngày… , tháng… , năm 2010
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(ký, ghi rõ họ tên)

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI
TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN HÀO THIỆN

MSSV : 48132295
Lớp : 48CTU
Ngành : CƠ - ĐIỆN TỬ
Khoa : CƠ KHÍ
Tên đề tài: “THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ GIAO TIẾP GIỮA MÁY TÍNH VÀ
MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN BẰNG ECU”
Số trang: 72 trang Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo: 5
Hiện vật: Mô Hình Hệ Thống Đánh Lửa Điều Khiển Bằng ECU

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Nha Trang, ngày… , tháng… , năm 2010
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
(ký, ghi rõ họ tên)



Nha Trang, ngày… , tháng… , năm 2010
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(ký, ghi rõ họ tên)







ĐIỂM PHẢN BIỆN
Bằng số Bằng chữ

ĐIỂM CHUNG
Bằng số Bằng chữ

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT



ESA : Đánh lửa sớm bằng điện tử
DIS : Hệ thống đánh lửa trực tiếp
ECU : Bộ điều khiển điện tử
NE :Tín hiệu cảm biến tốc độ động cơ
G : Tín hiệu cảm biến vị trí pittông
IGT :Tín hiệu thời điểm đánh lửa

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa vào tốc độ và tải động cơ… 5
Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa…………………………………… .9
Hình 1.3: Sơ đồ của hệ thống đánh lửa kiểu ngắt tiếp điểm…………………… . 11
Hình 1.4: Sơ đồ của hệ thống đánh lửa kiểu transitor…………………………… 11
Hình 1.5: Sơ đồ của hệ thống đánh lửa kiểu transitor có ESA………………… 12
Hình 1.6: Sơ đồ của hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS)………………………… 13
Hình 1.7: Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa với mạch điều khiển thời gian
tích lũy năng lượng t
đ
………………………………………………… 15
Hình 1.8: Điều khiển góc đánh lửa sớm ở chế độ khởi động…………………… 16
Hình 1.9: Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ động cơ…………………. 18
Hình 1.10: Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo sự ổn định của động cơ
ở chế độ cầm chừng………………………………………………… 19
Hình 2.1: Mô hình hệ thống đánh lửa điện tử điều khiển bằng ECU …………… 21

Hình 2.2: Sơ đồ bố trí cảm biến G và NE……………………………………… . 22
Hình 2.3: Sơ đồ mạch điện và dạng tín hiệu xung G và NE…………….……… . 23
Hình 2.4: Sự thay đổi từ thông theo tốc độ động cơ……………………… ……. . 23
Hình 2.5: Hình ảnh của igniter trên mô hình ………………………………….… 24
Hình 2.6: Sơ đồ thể hiện quá trình đánh lửa khi có xung IGT………….….…… . 25
Hình 2.7: Tín hiệu IGT và IGF……………………………………………… … 26
Hình 2.8: Hình ảnh của bobine trên mô hình ……………………………… … . 27
Hình 2.9: Cấu tạo bobine…………………………………………………… … 27
Hình 2.10 : Hoạt động của dòng điện trong cuộn sơ cấp………………………… . 28
Hình 2.11: Hình ảnh của bộ chia điện trên mô hình ……………………… … 29
Hình 2.12: Cấu tạo bougie…………………………………………….…… … 30
Hình 2.13: Hình ảnh của ECU trên mô hình……………………………….… 31
Hình 2.14: Sơ đồ khối của các hệ thống trong máy tính với microprocessor… . ….32
Hình 2.15 : Cấu trúc máy tính…………………………………………………… . .33
Hình 2.16 : Cấu trúc CPU………………………………………………….…… . 34
Hình 2.17: Sơ đồ đấu dây trên mô hình hệ thống đánh lửa điều khiển bằng
ECU……………………………………………………………… ….35
Hình 3.1: Sơ đồ khối của phương pháp nghiên cứu…………… …………… …38
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn cho vi điều khiển……………………… 39
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển………………………………… …40
Hình 3.4: Hình ảnh thực của ATmega 32………………… ………………… . …40
Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý khối truyền thông giữa cổng COM với
Vi Điều Khiển…………………………………………………… . … 41
Hình 3.6: Sơ đồ điện hệ thống khởi động điều khiển bằng công tắc
khóa trên mô hình…………………………………….………… …….42
Hình 3.7: Phương án thiết kế hệ thống điều khiển công tắc khóa
bằng máy tính……………………….……………………………… . … 43
Hình 3.8: Sơ đồ điện các nút đánh lỗi trên mô hình…………………………… 44
Hình 3.9: Phương án thiết kế các nút nhấn đánh lỗi được điều khiển
bằng máy tính……………………………………………… …….… . 44

Hình 3.10: Sơ đồ kết nối với vi điều khiển……………………………………… . .45
Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý khối chấp hành…………………….…………… . … 46
Hình 3.12: Lưu đồ chương trình truyền dữ liệu từ máy tính xuống
vi điều khiển………………………………………………….… . ……47
Hình 3.13 : Lưu đồ chương trình nhận dữ liệu từ máy tính …… …………… . …48
Hình 3.14: Sơ đồ xác định tốc độ động cơ…………………………… ………. …49
Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi thành xung vuông……… …… . …49
Hình 3.16: Lưu đồ truyền tốc độ động cơ lên máy tính…………………… … . …51
Hình 3.17: Lưu đồ nhận dữ liệu từ vi điều khiển…………………………… . ….52
Hình 3.18: Phương pháp vẽ đồ thị xung………………………………… …… 53
Hình 3.19: Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển điện áp………………………….… …54
Hình 3.20: Lưu đồ truyền giá trị adc lên máy tính………………………… ……55
Hình 3.21: Chương trình nhận giá trị adc từ vi điều khiển…………………… . .…56
Hình 3.22: Định dạng Frame dữ liệu khi khảo sát mô hình…………………… . 58
Hình 3.23: Giao diện chính của phần hiển thị và điều khiển trên máy tính…… 58
Hình 4.1: Giao diện của phần điều khiển trên máy tính…………………….…… 61
Hình 4.2: Kết quả của phần điều khiển trên máy tính……………………… … 62
Hình 4.3 : Kết quả khi tăng tốc độ động cơ………………………………… … 64
Hình 4.4 : Kết quả khi giảm tốc độ động cơ………………………………… … . 64
Hình 4.5: Kết quả của phần vẽ đồ thị xung NE khi tốc độ động cơ thấp…… … 65
Hình 4.6: Kết quả của phần vẽ đồ thị xung NE Khi tăng tốc độ động cơ……… 65
Hình 4.7: Kết quả khi khảo sát tín hiệu xung NE bằng OSCILLOSCOPE
khi tăng tốc độ động cơ……………………………………………… . 66
Hình 4.8: Kết quả phần vẽ đồ thị xung G khi tốc độ động cơ thấp……………… 67
Hình 4.9: Kết quả phần vẽ đồ thị xung G khi tăng tốc độ động cơ……… …… 67
Hình 4.10: Kết quả khi khảo sát tín hiệu xung G bằng OSCILLOSCOPE
khi tăng tốc độ động cơ………………………………………………. . 68
Hình 4.11: Kết quả phần vẽ đồ thị xung IGT khi tốc độ động cơ thấp 69
Hình 4.12: Kết quả phần vẽ đồ thị xung IGT khi tăng tốc độ 69

MỤC LỤC


LỜI NÓI ĐẦU 1
LỜI CẢM ƠN 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 3
1.1. NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 4
1.2. CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 4
1.2.1. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U
2m
4
1.2.2. Hiệu điện thế đánh lửa U
đl
4
1.2.3. Hệ số dự trữ K
đl
5
1.2.4. Năng lượng dự trữ W
đt
6
1.2.5. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S 6
1.2.6. Tần số và chu kì đánh lửa 7

1.2.7. Góc đánh lửa sớm 7
1.2.8. Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện 8
1.3. LÝ THUYẾT ĐÁNH LỬA TRONG ÔTÔ 9
1.3.1. Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp 9
1.3.2. Quá trình ngắt dòng sơ cấp 10
1.3.3. Quá trình phóng điện ở điện cực bougie 10
1.4. CÁC KIỂU HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 11
1.4.1. Kiểu ngắt tiếp điểm 11
1.4.2. Kiểu transitor 11
1.4.3. Kiểu transitor có ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử) 12
1.4.4. Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) 12
1.5. PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ 13
1.5.1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp 13
1.5.2. Hệ thống đánh lửa bằng kỹ thuật số 13
1.6. ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH ĐÁNH LỬA TRONG HỆ THỐNG 14
1.6.1. Hiệu chỉnh góc ngậm điện trong hệ thống đánh lửa 14
1.6.2. Hiệu chỉnh góc đánh lửa theo các chế độ làm việc của động cơ 16
CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG ĐÁNH
LỬA ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN BẰNG ECU 20
2.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC KHỐI TRÊN HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
ĐIỀU KHIỂN BẰNG ECU 22
2.1.1. Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston 22
2.1.2. Igniter (IC đánh lửa) 24
2.1.3. Biến áp đánh lửa (bobine) 26
2.1.4. Bộ chia điện 29
2.1.5. Bougie 30
2.1.6. Bộ điều khiển điện tử (ECU-electronic control unit) 31
2.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỀU
KHIỂN BẰNG ECU 35
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 37

3.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38
3.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 39
3.2.1. Mạch giao tiếp giữa mô hình và máy tính 39
3.2.2. Nội dung giao tiếp giữa mô hình với máy tính 41
3.2.3. Phương pháp truyền thông 57
CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM – PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 60
4.1. PHẦN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY TÍNH 61
4.2. PHẦN KHẢO SÁT TÍN HIỆU TRONG ECU 64
4.2.1. Tốc độ động cơ 64
4.2.2. Xung cảm biến tốc độ động cơ (NE) 65
4.3.3. Xung cảm biến vị trí pittông 67
4.3.4. Xung tín hiệu IGT 69
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 70
5.1. KẾT LUẬN 71
5.2. ĐỀ XUẤT 71

1

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay kỹ thuật vi điều khiển đã trở nên quen thuộc trong các ngành kĩ
thuật và trong dân dụng. Từ các dây chuyền sản xuất lớn đến các thiết bị gia dụng,
chúng ta đều thấy sự hiện diện của vi điều khiển. Các bộ vi điều khiển có khả năng
xử lý nhiều hoạt động phức tạp mà chỉ cần một chip vi mạch nhỏ, nó đã thay thế các
tủ điều khiển lớn và phức tạp bằng những mạch điện gọn nhẹ, dễ dang thao tác.

Là sinh viên thuộc ngành Cơ - Điện tử, bản thân người làm đề tài từ lâu đã có
mong muốn trước khi ra trường sẽ có cơ hội sử dụng những kiến thức đã học để tạo
ra một sản phẩm có ích cho xã hội cũng như chính bản thân, qua đó cũng là dịp để
mỗi sinh viên chúng ta đánh giá lại kiến thức đã học trong suốt quá trình rèn luyện

trên giảng đường đại học. Luận văn tốt nghiệp có lẽ là cơ hội tốt nhất của mỗi sinh
viên chúng ta, để bản thân người làm có dịp thử thách chính mình trước khi tiếp cận
với thực tế.

Được sự hướng dẫn của thầy Vũ Thăng Long, em đã chọn đề tài “THIẾT KẾ
CHẾ TẠO BỘ GIAO TIẾP GIỮA MÁY TÍNH VÀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN BẰNG ECU” nhằm phục vụ cho quá trình giảng dạy của
trường được sinh động và dễ hiểu hơn.

Do kiến thức thời gian còn hạn chế và khả năng thực tiễn chưa sâu nên tập
luận văn không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy em mong sự góp ý chân thành
của quý Thầy Cô và bạn bè để đề tài ngày càng hoàn thiện hơn.

Nha Trang, ngày… , tháng… , năm 2010
Sinh Viên Thực Hiện


Nguyễn Hào Thiện



2


LỜI CẢM ƠN


Trong thời gian thực hiện đề tài, em đã học hỏi được nhiều điều bổ ích từ
thầy hướng dẫn, các thầy cô và các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn đến các thầy Vũ Thăng Long và thầy Trần Ngọc
Anh trên cương vị là người hướng dẫn đề tài đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện
thuận lợi để em hoàn thành tốt đề tài.

Em cũng xin chân thành cảm ơn đến các thầy trong khoa Cơ Khí, bộ môn Cơ
Điện Tử, bộ môn ÔTô cùng các bạn trong Khoa đã đóng góp ý kiến và kinh nghiệm
quý báu trong quá trình thực hiện đề tài này.
Nha Trang, ngày… , tháng… , năm 2010

Sinh Viên Thực Hiện


Nguyễn Hào Thiện













3

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
ĐÁNH LỬA
4

1.1. NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
Hệ thống đánh lửa trên ô tô có nhiệm vụ biến dòng hạ áp 12V thành xung
điện cao áp 15KV ÷ 40KV để tạo ra tia lửa điện trên bougie nhằm đốt cháy hỗn hợp
xăng - khí trong xi lanh ở cuối kì nén. Nhiệm vụ đó đòi hỏi hệ thống đánh lửa phải
đảm bảo được các yêu cầu chính sau:
- Sức điện động thứ cấp phải đủ lớn để phóng điện qua khe hở của bougie.
- Tia lửa trên bougie phải đủ năng lượng và thời gian phóng để sự cháy bắt
đầu.
- Góc đánh lửa 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.
- Sự mài mòn điện cực bougie phải nằm trong giới hạn cho phép.

1.2. CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
1.2.1. 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 bougie. Hiệu điện thế thứ cấp [U
2m
] phải lớn để có
khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực bougie, đặc biệt là lúc khởi động.

1.2.2. Hiệu điện thế đánh lửa U
đl

Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa 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
P
KU
đl
d
.
=

Trong đó:
P : Là áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa

d

: Là khe hở bougie
T : Là nhiệt độ trung tâm của bougie tại thời điểm đánh lửa.
K : Là hằng số phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp hòa khí
5

Ở chế độ khởi động lạnh hiệu điện thế đánh lửa tăng khoảng 20÷30% do
nhiệt độ hòa khí thấp và hòa khí không được hòa trộn tốt. Khi động cơ tăng tốc độ
[U
đl
] tăng nhưng sau đó [U
đl
] giảm từ từ do nhiệt độ 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. Trong quá trình vận hành xe
mới, sau 2.000 km đầu tiên [U
đl
] tăng 20% do bougie bị mài mòn.







Hình 1.1: Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa vào tốc độ và tải động cơ
Trong đó:
1: Chế độ toàn tải
2: Chế độ nửa tải
3: Chế độ khởi động và cầm chừng

Sau đó [U
đl
] tiếp tục tăng do khe hở bougie ngày một tăng. Vì vậy để giảm
[U
đl
] phải hiệu chỉnh lại khe hở bougie sau mỗi 10.000km.

1.2.3. Hệ số dự trữ K
đl
Hệ số dự trữ [K
đl
] là tỉ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại [U
2m
]và hiệu
điện thế đánh lửa [U
đl
].
6

đl
m
đl
U
U
K
2
=

Đối với hệ thống đánh lửa thường, do [U

2m
] thấp nên [K
đl
] thường nhỏ hơn
1,5. Trên những động cơ xăng hiện đại với hệ thống đánh lửa điện tử, hệ số dự trữ
có khả năng tăng cao (K
đl
= 1,5÷1,8) đáp ứng được việc tăng tỉ số nén, tăng số vòng
quay và tăng khe hở bougie.

1.2.4. Năng lượng dự trữ W
đt
Năng lượng dự trữ 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 được năng lượng dự trữ trên cuộn sơ
cấp của bobine ở một giá trị xác định:


mj
IL
W
ng
đt
7050
2
2
1
¸=
´
=

Trong đó:
W
dt
: Năng lượng dự trữ trên cuôn sơ cấp
L
1
: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bobine
I
ng
:Cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm công suất ngắt.

1.2.5. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S

)/(600300
22
msV
t
U
dt
du
S ¸=
D
D
==

Trong đó:
S : Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp
2
UD : Độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

t
D : 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 tại điện cực bougie càng mạnh nhờ đó năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp
giảm.
7

1.2.6. Tần số và chu kì đánh lửa
- Đối với động cơ 4 kì, số tia lửa xảy ra trong 1 giây được xác định bởi công
thức:
[ ]
HZ
n
f
120
Z
=

- Đối với động cơ 2 kì
[ ]
HZ
n
f
60
Z
=

Trong đó :
ƒ: là tần số đánh lửa
n: là số vòng quay trục khuỷa động cơ

Z: là số xi lanh động cơ
Chu kì đánh lửa: Là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa.
md
tt
f
T +==
1

Trong đó:
t
d
: Thời gian transitor công suất dẫn bão hòa
t
m
: Thời gian transitor công suất ngắt
Tần số đánh lửa f tỉ lệ thuận với vòng quay trục khuỷa động cơ và số vòng
quay xi lanh. Khi tăng số vòng quay của động cơ và số xi lanh, tần số đánh lửa f
tăng và do đó chu kì đánh lửa T giảm. Vì vậy khi thiết kế cần chú ý đến 2 thông số
là: chu kì và tần số đánh lửa để đảm bảo ở số vòng quay cao nhất ở động cơ tia lửa
vẫn mạnh.

1.2.7. Góc đánh lửa sớm
Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷa động cơ từ thời điểm xuất hiện
tia lửa điện tại bougie cho đến khi piston lên tới điểm chết trên.
8

Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế, độ ô nhiễm
của khí thải động cơ. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:
)
,,,,,,(

0
N
R
=
nttptf
mtwtbdbdopt
q

Trong đó:

bd
R : Áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa

bd
T : Nhiệt độ đốt
P : Áp suất trên đường ống nạp

twt
: Nhiệt độ làm mát động cơ
t
mt
: Nhiệt độ môi trường
n : Số vòng quay của động cơ

0
N : Chỉ số octan của xăng
Ở các đời xe cũ, góc đánh lửa sớm được điều chỉnh bởi 2 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 2 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 các thông số nêu trên.

1.2.8. Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện
Thông thường tia lửa điện gồm 2 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
2
2 dl
c
UC
W
´
=
2
2
22
iL
W
l
´
=
9

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 kí sinh của mạch thứ cấp của bougie
U
dl
:hiệu điện thế đánh lửa
L
2
:độ tự cảm của mạch thứ cấp
I
2
:cường độ dòng điện mạch thứ cấp
Tùy thuộc vào loại hệ thống đánh lửa mà năng lượng tia lửa có đủ 2 thành
phần hoặc có 1 thành phần điện cảm hoặc điện dung.
Thời gian phóng điện giữa 2 điện cực của bougie tùy 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 hòa khí ở mọi chế độ hoạt động của
động cơ.

1.3. LÝ THUYẾT ĐÁNH LỬA TRONG ÔTÔ

1.3.1. Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp



Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa
10

Khi transitor công suất T dẫn, trong mạch sơ cấp sẽ có dòng điện từ (+)
ắcquy về mass. Dòng điện tăng từ từ do sức điện động tự cảm sinh ra trong cuộn
dây sơ cấp 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 xuất hiện ở mạch thứ cấp không
đáng kể nên ta có thể coi như mạch thứ cấp hở.

1.3.2. Quá trình ngắt dòng sơ cấp
Khi transitor công suất ngắt, dòng điện sơ cấp và từ thông do nó sinh ra giảm
đột ngột. Trên cuộn dây thứ cấp của bobine sẽ sinh ra một hiệu điện thế vào khoảng
từ 15KV ÷ 40KV. Giá trị của hiệu điện thế thứ cấp phụ thuộc vào rất nhiều thông số
của mạch sơ cấp và thứ cấp. Khi transitor công suất ngắt, cuộn sơ cấp sẽ sinh ra một
sức điện động khoảng 100 ÷ 300V.

1.3.3. Quá trình phóng điện ở điện cực bougie
Khi điện áp thứ cấp đạt đến giá trị [U
đl
] 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 điện cực 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 trên mạch thứ cấp
được qui ước bởi điện dung kí sinh C

2
. Tia lửa điện dung được đặc trưng bởi sự sụt
áp và tăng dòng đột ngột.
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 bougie.
Do tia lửa xuất hiện trước khi hiệu điện thế thứ cấp đạt giá trị cực đại U
2m

nên năng lượng của 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 vào khoảng 20 ÷ 40 mA. Hiệu điện thế giữa hai cực bougie giảm
nhanh đến giá trị 400 ÷ 500 V. Thời gian kéo dài của tia lửa điện cảm gấp 100 đến
1000 lần thời gian tia lửa điện dung. Thường thì thời gian tia lửa điện cảm vào
khoảng 1 đến 1,5ms.

11

1.4. CÁC KIỂU HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
1.4.1. Kiểu ngắt tiếp điểm

Hình 1.3: Sơ đồ của hệ thống đánh lửa kiểu ngắt tiếp điểm
Kiểu hệ thống đánh lửa này có cấu tạo cơ bản nhất. Trong kiểu đánh lửa này,
dòng sơ cấp và thời điểm đánh lửa được điều khiển bằng cơ học. Dòng sơ cấp của
cuộn dây đánh lửa được điều khiển cho chạy ngắt quãng qua tiếp điểm của bộ ngắt
dòng. Bộ điều chỉnh đánh lửa sớm kiểu li tâm và chân không điều khiển thời điểm
đánh lửa. Bộ chia điện sẽ phân phối điện cao áp từ cuộn thứ cấp đến các bougie.

1.4.2. Kiểu transitor

Hình 1.4: Sơ đồ của hệ thống đánh lửa kiểu transitor
12

Trong kiểu hệ thống đánh lửa này transitor điều khiển dòng sơ cấp, để nó
chạy một cách gián đoạn theo đúng các tín hiệu điện được phát ra từ bộ phát tín
hiệu. Thời điểm đánh lửa sớm được điều chỉnh bằng phương pháp cơ học như trong
kiểu hệ thống đánh lửa ngắt tiếp điểm.
1.4.3. Kiểu transitor có ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử)

Hình 1.5: Sơ đồ của hệ thống đánh lửa kiểu transitor có ESA
Trong kiểu hệ thống đánh lửa này không sử dụng bộ đánh lửa sớm kiểu chân
không và li tâm. Thay vào đó chức năng ESA của bộ điều khiển điện tử (ECU) sẽ
điều khiển thời điểm đánh lửa.
1.4.4. Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS)

Hình 1.6: Sơ đồ của hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS)
13

Thay vì sử dụng bộ chia điện, hệ thống này sử dụng bộ đánh lửa đa bội để
cung cấp điện cao áp trực tiếp cho bougie. Thời điểm đánh lửa được điều khiển bởi
ESA của ECU động cơ. Trong các động cơ gần đây, hệ thống đánh lửa này chiếm
ưu thế.

1.5. PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ
Hiện nay, trên hầu hết các loại ô tô đều sử dụng hệ thống đánh lửa bán dẫn vì
loại này có ưu thế là tạo được tia lửa mạnh ở điện cực bougie, đáp ứng tốt các yêu
cầu làm việc của động cơ, tuổi thọ cao…Quá trình phát triển, hệ thống đánh lửa
điện tử được chế tạo, cải tiến với nhiều loại khác nhau, song có thể chia ra làm hai

loại chính như sau:

1.5.1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp
Trong hệ thống này, các linh kiện điện tử được tổ hợp thành một cụm mạch
được gọi là Igniter. Bộ phận này có nhiệm vụ đóng ngắt mạch sơ cấp nhờ các tín
hiệu đánh lửa (tín hiệu điện áp) đưa vào. Hệ thống đánh lửa bán dẫn loại này còn
chia làm hai loại là:
Ø Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển: vít điều khiển có cấu tạo
giống như hệ thống đánh lửa thường nhưng chỉ làm nhiệm vụ điều khiển đóng mở.
Ø Hệ thống đánh lửa không có vít điều khiển: hệ thống được điều khiển
bằng một cảm biến đánh lửa.

1.5.2. Hệ thống đánh lửa bằng kỹ thuật số
Hệ thống đánh lửa bằng kỹ thuật số còn gọi là hệ thống đánh lửa chương
trình. Dựa vào các tín hiệu như: tốc động động cơ, vị trí trục khuỷu, vị trí bướm ga,
nhiệt độ động cơ… mà bộ vi xử lý (ECU – electronic control unit) sẽ điều khiển
thời điểm đánh lửa.
Trong các hệ thống đánh lửa thông thường, tiếp điểm của hệ thống đánh lửa
yêu cầu bảo dưỡng định kỳ vì chúng bị oxy hoá bởi các tia lửa trong quá trình sử
dụng.
Hệ thống đánh lửa điện tử được phát triển để xoá bỏ yêu cầu bảo dưỡng định
kỳ, như vậy giảm được giá thành bảo dưỡng cho người sử dụng. Trong hệ thống
đánh lửa điện tử, bộ phận phát tín hiệu được đặt trong bộ chia điện thay thế cho
14

cam và tiếp điểm, nó sinh ra một điện áp, mở đánh lửa để ngắt dòng điện sơ cấp
trong cuộn dây đánh lửa. Do dùng để đóng mạch điện sơ cấp không có tiếp xúc
giữa kim loại nên nó không mòn hay điện áp không sụt áp.

1.6. ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH ĐÁNH LỬA TRONG HỆ THỐNG

Ngoài chức năng hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm trong việc điều khiển đánh
lửa, một chức năng khác của ECU trong việc điều khiển đánh lửa là sự điều chỉnh
góc ngậm điện (dwell angle control).

1.6.1. Hiệu chỉnh góc ngậm điện trong hệ thống đánh lửa.
Như đã biết, thời gian tích lũy năng lượng t
đ
hay góc ngậm điện trên cuộn sơ
cấp phụ thuộc vào vòng quay n của xylanh và số xylanh Z.
Z
n
t
d
.
120
.
3
2
=

Đối với một động cơ bất kỳ, số xylanh Z là cố định. Vì vậy, thời gian tích lũy
năng lượng t
đ
chủ yếu phụ thuộc vào số vòng quay của động cơ. Ở số vòng quay
thấp, thời gian tích lũy năng lượng t
đ
rất dài, mà thời gian tích lũy năng lượng dài sẽ
gây lãng phí một năng lượng khá lớn và làm nóng bougie. Ngược lại ở tốc độ cao, t
đ

quá nhỏ, không đủ thời gian để dòng cuộn sơ cấp kịp đạt đến giá trị U/R
Σ
, có nghĩa
là năng lượng đánh lửa và hiệu điện thế thứ cấp sẽ giảm.
Để tiết kiệm năng lượng và gây nóng bougie khi động cơ làm việc ở số vòng
quay thấp, người ta đưa vào Igniter mạch hiệu chỉnh thời gian tích lũy năng lượng,
sao cho đặc tính của nó có dạng gần giống như đường đặc tính lý tưởng. Bộ phận
này chỉ làm việc khi số vòng quay động cơ nhỏ hơn 4000 vòng/phút.
Để tăng giá trị I
ng
ở tốc độ cao, người ta sử dụng bobine có L
1
rất nhỏ (4 ÷ 5
mH), do đó R
1
cũng nhỏ (0,5 ÷ 1 Ω) nhưng không cần sử dụng điện trở phụ. Vì vậy,
trong Igniter phải có mạch tự hạn chế cường độ dòng qua cuộn sơ cấp của bobine.
Một Igniter được thiết kế có chức năng hiệu chỉnh thời gian tích lũy năng lượng t
đ

và một vài chức năng khác có sơ đồ khối như sau:


15


Hình 1.7: Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa với mạch điều khiển thời gian
tích lũy năng lượng t
đ

Trong đó:
1: Bộ chuyển tín hiệu thành xung vuông
2: Cụm biến đổi độ hỏng xung
3: Cụm hiệu chỉnh thời gian
4: Cụm điều khiển ngắt dòng
5 : Ổn áp
6: Hạn chế biên độ xung điện áp sơ cấp
7 : Cổng ra
8 : Hạn chế dòng sơ cấp
9 : Bảo vệ mạch khi mắc lộn cực ắcquy
Tín hiệu từ cảm biến được đưa vào (1). Tín hiệu đưa vào nếu là xung nhọn
thì (1) có nhiệm vụ biến xung nhọn thành xung vuông trước khi biến đổi độ hỏng
xung (2) tức giảm bớt thời gian tích lũy năng lượng. Cụm hiệu chỉnh thời gian tích
lũy năng lượng t
đ
(3) sẽ nhận tín hiệu từ (2) và điện thế nguồn ắcquy cung cấp để
hiệu chỉnh thời gian t
đ
, sau đó gởi tín hiệu đến cổng ra (7). Cổng ra (7) là transitor
công suất nhận tín hiệu từ (3), (4), (6), (8) để đóng mở transitor cho dòng sơ cấp tại
thời điểm transitor ngắt đạt giá trị mong muốn. Ổn áp (5) có nhiệm vụ ổn áp cho
cụm (3) để cụm này làm việc chính xác. Cụm điều khiển ngắt dòng (4) sẽ tự động
ngắt dòng qua bobine, nếu như bật công tắc máy sau 2 ÷ 7 giây mà không khởi