Đồ án hệ thống đánh lửa xe mazda 52wđ 2015

Mẫu MC :11)
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Đôc lập – Tự do – Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
SỐ :15
Mã sinh viên

Khóa :

Họ Đệm

Lớp : Khoa;Công nghệ ô tô

Giáo viên hướng dẫn :
NỘI DUNG
1
2
3

Tên bản vẽ
Tổng quan hệ thống đánh lửa xe Mazda
52WĐ – 2015
Cấu tạo biến áp đánh lửa xe Mazda 52WĐ
- 2015
Quá trình kiểm tra hệ thống đánh lửa xe
Mazda 52WĐ- 2015

Khổ giấy
A0

Số lượng
01

A0

01

A0

01

PHẦN THUYẾT MINH
1. Chương 1 :Tổng quan về hệ thống đánh lửa trên ô tô
2. Chương 2 :Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa xe Mazda 52WĐ2015
3. Chương 3:Những hư hỏng thường gặp ,cách kiểm tra và sửa chữa hệ thống đánh
lửa xe Mazda 52WĐ-2015
Ngày giao đề:14/02/2017
Duyệt

Ngày hoàn thành:
Giáo Viên Hướng Dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN


.....................................................................................................................
.....................................................................................................................

.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
Hà Nội, ngày ….. tháng …. năm 2017
Giáo viên hướng dẫn

MỤC LỤC


HỆ THỐNG BẢNG BIỂU
Stt
1

Tên bảng
Bảng đặc tính dòng điện sơ cấp

Trang
17

2
3

Bảng thông số cơ bản cảu xe mazda

4

Bảng giá trị của cảm biến vị trí bướm ga

39

5

Bảng thông số đặc tính của cảm biến lưu lượng khí nạp
Những hư hỏng thường gặp của hệ thống
Quy trình tháo lắp
Bảng kiểm tra cuộn dây đánh lửa

Bảng trị số lực xiết bugi

43

6
7
8
9
10

Bảng các loại bugi dùng cho xe

Bảng kiểm tra sửa chữa bugi

25
30

45
46
48
50
53


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình

Tên hình vẽ

Hình 1.1.

Sơ đồ hệ thống đánh lửa cơ khí

Hình.1.2.

Hệ thống mạch từ của manheto

Hình 1.3.

Sơ đồ mạch điện của manheto

Trang
2
2
3
3

Hình.1.4.
Hình.1.5.
Hình.1.6.

Sơ đồ nguyên lý HTĐL bán dẫn không tiếp điểm
Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên

5
6

Hình.1.7.

Vị trí tương đối của rotor với cuộn nhận tín hiệu

7

Hình.1.8.

Cảm biến điện từ loại nam châm quay cho loại động cơ 8
xylanh

Hình.1.9.

HTĐL bán dẫn sử dụng điện từ

Hình 1.10.

Cảm biến quang

Hình.1.11.

Sơ đồ mạch điện HTĐL bán dẫn dùng cảm biến quang

Hình.1.12.

Nguyên lí dòng điện trong cảm biến hall

Hình.1.13.

Sơ đồ cấu tạo cảm biến hall

Hình.1.14.

HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến hall

Hình.1.15.

Sơ đồ nguyên lí HTĐL

Hình.1.16.
Hình.1.17.

Sơ đồ tương đương của mạch sơ cấp HTĐL
Đồ thị đặc tính dòng sơ cấp

8

8
9
9
10
11
11
15
15
18


Hình.1.18.
Hình.2.1.

Cấu tạo bugi
HTĐL trực tiếp

22
26
27

Hình.2.2.

Hệ thống đánh lửa trực tiếp.

Hình.2.3.
Hình.2.4.
Hình.2.5.
Hình.2.6.
Hình.2.7.
Hình.2.8.
Hình.2.9.
Hình.2.10.
Hình.2.11.
Hình.2.12.
Hình.2.13.
Hình.2.14.
Hình.2.15.
Hình.2.16.

Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đánh lửa trực tiếp.
Cấu tạo bugi
Cơ cấu đánh lửa.
Đặc tính phóng điện
Đặc tính đánh lửa
: Nhiệt độ tự làm sạch và tự bén lửa.

Cuộn đánh lửa IC và giắc cắm
sơ đồ khái hệ thống đánh lửa kỹ thuật số
Cấu tạo cảm biến ôxy.
Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga.
Cảm biến vị trí trục cam.
Dạng sóng tín hiệu của cảm biến vị trí trục cam.
Cấu tạo cảm biến lưu lượng khí nạp.
Mạch điện của cảm biến lưu lượng khí nạp.

28
31
32
33
33
34
35
36
38
39
40
41
42
42

Hình.2.17.
Hình.2.18.
Hình.3.1.

Đặc tính của cảm biến lưu lượng khí nạp.

43

Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ
Kiểm tra thời điểm đánh lửa

44
48

Hình.3.2.

Sơ đồ tháo 4 cuộn đánh lửa

48

Hình.3.3.

Tháo rắc cắm kết nối ECM/PCM với vòi phun

49

Hình.3.4.
Hình 3.5.
Hình.3.6.

Kết nối rắc cắm kết nối ECM/PCM với cuộn đánh lửa
Xiết bugi với nắp máy
Kểm tra điện áp cuộn đánh lửa

39
49

Hình.3.7.

Kiểm tra thông cuộn mạch đánh lửa

51
51
52

Hình.3.11.
Hình.3.12.

Kiểm tra chạm mát các chân kết nối với cuộn đánh lửa của
ECM/PCM
Sơ đồ nối dây giữa rắc cắm 3 chân cuộn đánh lửa với mát
Kiểm tra thộng mạch các chân kêt nối với cuộn đánh lửa
ECM/PCM
Đo điện trở cuộn dây đánh lửa
Kiểm tra điện trở sứ cách điện bằng ôm kế

Hình.3.13.

Kiểm tra khe hở điện cực bugi

55

Hình.3.8.
Hình.3.9.
Hình.3.10.

52
53
53
54


Hình.3.14.
Hình.3.15.

Đo điện trở cuộn dây đánh lửa
Kiểm tra điện trở sứ cách điện bằng ôm kế

55
55

Hình.3.16

Kiểm tra khe hở điện cực bugi

56


7

Chương I: Tổng quan về hệ thống đánh lửa trên ô tô
1.1. Tổng quan về hệ thống đánh lửa trên ô tô
1.1.1. 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.
1.1.2. 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…
1.1.3. Phân loại
1.1.3.1. 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.


8

3

W2

W1
R

4

2

C1

1
5

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 W1;
Để nhận được điện áp cao, trên lõi thép của Manhêtô còn được quấn cuộn dây thứ cấp
W2 để kết hợp với W1 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).

Hình 1.2 Hệ thống mạch từ của Manhêtô.


9

Mạch điện: của Manhêtô có nhiệm vụ biến SĐĐ cảm ứng xoay chiều thế hiệu thấp,
xuất hiện trong cuộn dây sơ cấp W1 thành các xung điện cao thế và phân phối nó đến
các bugi theo trình tự cần thiết.

Hình 1.3. 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.

+ 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…
c. HTĐL bán dẫn có tiếp điểm


10

Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm.
1-Bộ ắc quy; 2- Tiếp điểm (cặp má vít); 3- Biếp áp đánh lửa;
4- Điện trở phụ; 5- Khoá điện; 6- Transitor.

+ 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
UEB> 0 làm xuất hiện dòng IB và transitor 6 mở cho dòng I1 đi qua.
- Khi KK' mở: dòng IB 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 Kba lớn hơn để giảm E1 xuống nhỏ hơn 100V.
Nếu E1 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
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.


11

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.

Nguyên lý làm việc:
- Lúc đầu khi khoá điện Kđ 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 T3
(RT3) lúc này rất lớn nên cực gốc B của T 2 được nối với cực (-0 qua R 5, làm T2 mở. Do
T2 mở nên có dòng qua biến áp xung từ (+) đến Đ 2 đến W2' đến W1' đếnEC (T2)
đếnRf1đến Rf2đến (-). Dòng qua biến áp xung tạo điện áp điều khiển tại cực gốc B của
T1 làm T1 mở và cho dòng đi qua cuộn sơ cấp W1 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
T3 có điện áp (-) nên T3 mở. T3 mở thì RT3 giảm nhỏ nên cực gốc B của T2 coi như
được nối với cực (+) nên T2 đóng. T2 đóng làm T1 đóng theo, cắt đột ngột dòng sơ cấp
I1 tạo nên một suất điện độgn tự cảm E2 rất lớn truyền qua bộ chia điện đến các bugi
để tạo tia lửa điện.


12

- Khi khởi động hoặc khi số vòng quay thấp, xung tín hiệu còn yếu thì khi T1
mở nên tụ C2 được nạp, làm cho thế cực gốc B của T 3 âm nên T3 mở. T3 mở làm T2 và
T1 đóng nên cắt dòng I1 để tạo tia lửa điện ở bugi. Sau đó T1 và T2 lại mở, tụ lại được
nạp làm T3 mở còn T1 và T2 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 U2= 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 I1 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.
- 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.

1.1.3.2. 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:


13

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
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


14

Hình 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
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
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


15

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.
Loại sử dụng một cặp Led-Photo Transistor
Loại sử dụng một cặp Led-Photo diode.
1

2

1

4

5

3

Hình 1.10. Cảm biến quang
1-LED; 2-Photo Transisto; 3-Photo Diode; 4- Mâm quay; 5-Khe chiếu sáng

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


16

cho bộ điều khiển đánh lửa. Nguyên lí hoạt động của sơ đồ hệ thống đánh lửa này
như sau:
IG/SW

R1
Acquy

D1

Rf

R3

R2
T1

R4

D3

C1

R6

D2

Biãú
n
aïp

C2

T4

R5

Khi đĩa cảm biến quay đến vị trí đĩa chắn ánh sáng từ LED D1 sang photo

T3

2
R7 T 2, T3, T4 ngắt theo, còn T5 dẫn
Transistor T1 làm T1 bị ngắt,Tlàm
cho các Transistor
cho dòng điện qua cuộn sơ cấp sau đó đến vị trí masse. Khi đĩa cảm biến cho dòng
ánh sáng đi qua T1 sẽ ở trạng thái dẫn, đồng thời T 2, T3, T4 cũng dẫn theo, T5 lúc này ở
Hình
1.11.làm
Sơ đồ
trạng thái
đóng,
chomạch
dòngđiện
sơ HTĐL
cấp bị bán
ngắtdẫn
độtdùng
ngột.cảm
Dobiến
dòngquang
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 EHall(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 :
E Hall = K Hall .

I .B0
δ

Hằng số KHall 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 KHall lớn.
B0- Từ trường qua tấm bán dẫn.
I0- Dòng điện qua tấm bán dẫn.

δ

- Mật độ các hạt điện tử trên tấm bán dẫn

B0
EH
X

i
Y


17

Hình 1.12. 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.

5

4
3

6
T

1
2

Hình:1.13. Sơ đồ cấu tạo của cảm biến Hall
1-cảm biến, 2-nam châm, 3-trục bộp chia điện, 4-roto dạng cánh chắn, 5-khe hở cánh
chắn, 6-mâm gắn cảm biến
*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 U2 trên cuộn dây thứ cấp tạo tia lửa điện
trên các bugi.


18

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

Rf

IG/SW

Acquy

Caímbiãú
n Hall

D1

R1

R2 R3
R4

C1

D2 D3

W1

R5

T1

R6

D4

T2

W2

C2
T3 D5

R7 R8

Hình 1.14. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biếnHall.

Khi bật công tắt máy, một nhánh dòng điện qua điện trở phụ R f→W1→ T3 đồng thời
một nhánh sẽ qua diode D1, qua R1 vào cảm biến Hall, nhờ D 1 và R1 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, D3 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 W1 qua T3 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 T2 và T3 ngắt
theo. Dòng sơ cấp i1 lúc này bị mất đột ngột tạo nên một sức điện động cảm ứng trên
cuộn thứ cấp W2, 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 C2 có tác dụng làm giảm sức điện động tự cảm trên cuộn dây sơ cấp W 1 đặt vào
mạch khi T2 và T3 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, R6, D4 thì T2, T3 mở trở lại để giảm xung
điện áp quá lớn có thể gây hư hỏng cho Transito.
Diode Zenner D5 có tác dụng bảo vệ T3 khỏi bị quá áp vì điện áp tự cảm trên cuộn sơ
cấp của biến áp đánh lửa.
1.1.3.3. 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.


19

- HTĐL điện dung: Năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong điện trường
của tụ điện đánh lửa.
1.1.3.4. 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).
1.2. Tính và vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp.
1.2.1. Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa.
1.2.2. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m.
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.
U2m được xác định bằng công thức:

U 2 m = I1ng .

L1

C1
+ C2

2
K ba

.η
[V]

(2.1-1)

Với : I1ng - dòng điện của cuộn sơ cấp tại thời điểm Transitor công suất ngắt
L1 - độ tự cảm của cuộn sơ cấp
C1 - điện dung của cuộn sơ cấp
C2 - điện dung của cuộn thứ cấp
Kba - hệ số biến áp
η - hiệu suất của bôbin.
1.2.3. Hiệu điện thế đánh lửa Uđl.
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.

U đl =

k .P.δ
T

[V)]

Với: P - áp suất buồng cháy tại thời điểm đánh lửa
δ - khe hở bugi

(2.1-2)

20

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.
1.2.3. Hệ số dự trữ đánh lửa.
Là tỷ số giữa hiệu điện thế U2m và Uđl :

K đl =

U 2m
= (1,5 ÷ 2 )
U đl

(2.1-3)

1.2.4. Năng lượng dự trữ.
Năng lượng dữ trữ Wdt 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.

Wdt =

L1 .I1ng
2

= (50 ÷ 150)[ mJ ]
(2.1-4)

1.2.5. Tần số và chu kỳ đánh lửa.

f =
Tần số đánh lửa: động cơ 4 kỳ

f =
động cơ 2 kỳ

n.Z
120
n.Z
60

[Hz]

(2.1-5)

[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:

T=

1

=t d +t m
f
[s]

Với : td - thời gian vít ngậm hay Transitor bão hòa
tm - thời gian vít hở hay Transitor công suất ngắt.
1.2.6. Góc đánh lửa sớm.

(2.1-7)


21

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:
θopt = f(Pbđ, tbđ,p, twt, tmt, n, No…)

(1-8)

1.2.7. 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:
WP = WC + WL [J]

Với :

(2.1-9)

C 2 .U đl2
WC =
2
L2 .I 22
WL =
2

[J]

(2.1-10)

[J]

(2.1-11)

WC - năng lượng của điện dung
WL - năng lượng của điện cảm
I2 - dòng điện đánh lửa.
1.3. Sơ đồ dòng điện qua cuộn sơ cấp

3

2
Rf
L1
r1

1

4

L2
r2

5
6
Hình 1.15. 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;


22

f

1

1

2

R : điện trở phụ; r , r2 : điện trở của cuộn sơ cấp và thứ cấp; L , L : độ tự cảm của
cuuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của Bobin.

R1

U1

i1(t)

L1

Hình 1.16. 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
f

từ (+) accu đến R

1

đến L đến T đến mass. Dòng điện i

1

1

tăng từ từ do sức điện

1

động tự cảm sinh ra trên cuộn sơ cấp L 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:
f

1

R1 = r + R .
Ta có thể lập được phương trình vi phân sau:
1

i .R1 + L

1

di1
dt

= U1 .

Giải phương trình vi phân ( 2.1 ) ta được :

Gọi

là hằng số điện từ của mạch.
(2.2.2).

( 2.2.1).


23

ng

d

Gọi t là thời gian Transistor dẫn bão hoà thì cường độ dòng điện sơ cấp I

thời điểm đánh lửa khi Transitor công suất ngắt là :

tại

(2.2.3)
Trong đó:
U1 - hiệu điện thế ngoài cung cấp (Ắc quy), U1 = 12 [V]
R1 - 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.
L1 - độ tự cảm của cuộn sơ cấp, L1=(1 ÷ 5).10-3 [H], chọn L1 = 2.10-3 [H], vì L1 tăng
cao quá sẽ làm giảm I1ng và gây tia lửa điện ở tiếp điểm.
chọn :

hiệ suất
chọn = 0,8

[1]
C1, C2 tụ điện của mạch sơ cấp và thứ cấp
C1= 0,7.10-6 [F]

Chọn
[1]

C2=10-10
[1]
[s]
(2.2.4)
T:

chu kỳ đánh lửa (s).

−1

n = 5100 [vòng/phút] : số vòng quay trục khuỷu động cơ. (min

)

Z=6 : số xylanh của động cơ.
τđ

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

τđ

= 0,6

Thế vào (2.4):
[s]
Thế tất cả vào (2.3):

[1]

[F]


24
−0 , 00235

⇒

−3

12
=
(1 − e) 3,33 .10 = 10,127
0,6

I ng

[A]

(2.2.5)

1.4. Vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp
1.4.1. Công thức tính

1.4.2. Lập bảng.
Chọn tỷ lệ xích,
Giá trị thực

1.4.3. Vẽ đồ thị

Giá trị biểu diễn

it(A)

t(s)

it(mm)

t(mm)

0,000
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
0,007
0,008
0,009
0,010
0,011
0,012
0,013
0,014
0,015
0,016
0,017
0,018
0,019
0,020
0,000
0,001

0,000
5,184
9,024
11,869
13,976
15,537

16,694
17,551
18,186
18,656
19,004
19,262
19,454
19,595
19,700
19,778
19,835
19,878
19,910
19,933
19,950
0,000
5,184

0,000
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
0,006
0,007
0,008
0,009
0,010
0,011

0,012
0,013
0,014
0,015
0,016
0,017
0,018
0,019
0,020
0,021
0,022

0,000
5,184
9,024
11,869
13,976
15,537
16,694
17,551
18,186
18,656
19,004
19,262
19,454
19,595
19,700
19,778
19,835
19,878

19,910
19,933
19,950
19,963
19,973


25
i [A]

25

20

15

Ing=10,127

10

5

µt=1000[mm/s]
t [s]

0

td =0,00235

0,005

0,010

0,015

0,02

0,025

Hình 1.17. Đồ thị đặc tính dòng sơ cấp
1.4.4 phân tích đồ thị
Khi tiếp điểm KK’ đóng dòng điện tăng từ i1=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 (0-10-2s),tăng nhanh trong khoảng (0-5.10-3).
Dòng sơ cấp i1(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 i1=0.
i1 =
Khi t=∞ (đã đóng rất lâu),

U ng

di
vµ 1 = 0
R1
dt

.

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 td và τđ phụ thuộc vào biên dạng cam.
Giá trị i1 đạt cực đại thực tế phụ thuộc vào điện trở R1 và thời gian
đóng tiếp điểm.