BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÂN THƠ
KHOA CƠNG NGHỆ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
THIẾT KÉ, TÍNH TỐN MƠ HÌNH HỆ THONG DIEN DANH LUA HALL
CAN BQ HUONG DAN SINH VIEN THUC HIEN
Nguyễn Nhựt Duy Lê Ngọc Thắng (MSSV:1090546)
Ngành: Cơ khí giao thơng — Khĩa: 35
Trang 2BỘ MƠN: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
xkưwwww*® Cân Thơ, ngày 14 tháng 1 nam 2013
ĐÈ CƯƠNG LUẬN VĂN TĨT NGHIỆP
Học kỳ:II (năm học:2012-2013)
1 Đề tài thực hiện: Thiết kế, tính tốn mơ hình hệ thống điện đánh lửa HALL
2 Cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Nhựt Duy
3 Sinh viên thực hiện: Lê Ngọc Thắng
Ngành: Cơ Khí Giao Thơng MSSV: 1090546 ¬ Khĩa: 35 4 Đặt vân đê:
Hiện nay, ơ tơ cĩ vai trị rất quan trọng trong lĩnh vực giao thơng như: phục vụ việc vận chuyển hàng hĩa và việc đi lại của con người Do yêu cầu về độ an tồn, tính kinh tế, tính thẩm mỹ và việc kiểm sốt khí xả ở hầu hết các quốc gia trên thế giới rất cao, nên kỹ thuật ơ tơ cĩ những bước phát triển vượt bậc Nhất là hệ thống điện và điện tử điều khiển ơ tơ phát triển khơng ngừng Chính vì thế, độ phức tạp của hệ thong dây dẫn trên ơ tơ ngày càng tăng Trên một số loại xe hiện nay, sơ dây dẫn trong bối
dây đã lên đến 1200 dây và cứ sau 10 năm thì số dây tăng lên gấp đơi
Xác xuất hư hỏng cùng với sự khĩ khăn trong quá trình tìm hiểu, cũng như về mặt kỹ thuật bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống điện - điện tử tăng lên theo đà phát triển của cơng nghệ ơ tơ hiện đại Do đĩ sinh viên tại các trường đại học, cao đăng, trung học nghề cần được bổ sung kiến thức về hệ thống này Muốn thực hiện được điều đĩ, ngồi nhân tố con người địi hỏi phải cĩ thiết bị phù hợp để phục vụ cơng tác đào tạo Thiết bị này ngồi việc đáp ứng được những tiêu chí về mặt kỹ thuật cịn phải thỏa mãn được yêu cầu về mức độ tiện ích, dễ thao tác đối với người giảng dạy và tính trực
quan, đễ hiểu đối với sinh viên
Trong những năm qua, việc dạy và học về hệ thống điện - điện tử trên 6 t6 tai khoa Cơng Nghệ - trường Đại Học Cần Thơ cịn gặp nhiều khĩ khăn Các sa bàn hiện
cĩ khơng cĩ sa bàn nào đề cập đến kỹ thuật Hall (Jà một trong những kỹ thuật tiên tiễn
nhất mà nên cơng nghệ ơ tơ hiện đại đang áp dụng) Phần lớn các sa bàn khơng đáp
ứng đủ về số lượng, tính kỹ thuật, tính hiện đại và độ phù hợp với tính chất đặc thù của
Trang 3cơng sức và mức độ truyền đạt chưa cao Mặt khác, số lượng sinh viên tham gia buổi thực tập khá đơng nên dẫn đến việc quan sát, tiếp thu của sinh viên cịn bị hạn chế
Vi vay, dé tai “THIET KE, TINH TOAN MO HINH HE THONG ĐIỆN ĐÁNH
LUA HALL” 1a that su can thiét d6i véi truong, khoa va tao tién dé giup các Thay, Cơ làm cơ sở để chế tạo sa bàn mơ phỏng đáp ứng kịp thời trang thiết bị phục vụ cơng tác
đào tạo và đưa khoa học kỹ thuật hiện đại vào nội dung chương trình giảng dạy cho
sinh viên một cách thực tiễn nhất
5, Mục tiêu của đề tài:
Dé tai: “THIET KE, TINH TOAN MO HINH HE THONG DIEN DANH LUA
HALL” nham tao tién dé, CƠ SỞ để gIÚp các Thây, Cơ thực hiện chế tạo sa bàn mơ hình đáp ứng nhu cầu cấp thiết về trang thiết bị phục vụ cơng tác đào tạo chuyên ngành Cơ Khí Giao Thơng tại khoa Cơng Nghệ - trường Đại Học Cần Thơ
6 Địa điểm và Thời gian thưc hiện:
e Dja diém : Khoa Cong Nghé - Truong Dai Hoc Can Tho e Thoi gian thuc hién: Tu 14/01/2013 dén 27/04/2013
7 Giới thiệu về thực trạng cĩ liên quan đến dé tài:
Hiện nay, trên thị trường cĩ nhiều loại mơ hình về hệ thơng điện, điện tử trên ơ tơ
được sản xuât trong và ngồi nước Tuy nhiên, chưa cĩ mơ hình nào chuyên về hệ thơng điện đánh lửa HALLL trên các loại xe ơ tơ hiện dai (Hall Ford; Hall Mazda; ) Mặc khác giá thành cao và cĩ một sơ yêu tơ chưa phù hợp với tính đặc thù trong cơng tác đào tạo tại khoa Cơng Nghệ - trường đại học Cân Thơ
8 Các nội dung chính của đề tài:
LỜI MỞ ĐẦU
Chương 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến Hall
1.1 Câu tạo và nguyên lý hoạt động của hiệu ứng Hall
1.2 Ưng dụng của hiệu ứng Hall
1.3 Cam bién Hall
Chương 2: Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống đánh lửa
Trang 43.2 Phân tích câu tạo, nguyên lý hoạt động của các hệ thống đánh lửa
3.2.1 Hệ thống đánh lửa thường 3.2.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn
3.2.3 Hệ thống đánh theo chương trình
3.2.4 Hệ thống đánh lửa trực tiếp
Chương 4: Sơ đồ mạch điều khiến, nguyên lý và cầu tạo của các bộ phận chính của hệ thơng đánh lửa bán dân dùng cảm biên Haill
4.1 Sơ đồ các bộ phận chính của hệ thống đánh lửa Hall
4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thơng đánh lửa Haill
Chương 5: Lựa chọn phương án thiết kế
Chương 6: Tính tốn mơ hình hệ thơng điện đánh lứa bán dẫn dùng cảm
biên Hail
6.1 Chọn động cơ điện (Thay thế cho động cơ trên ơ tơ)
6.2 Chọn nguồn điện (Ắc quy)
6.3 Bộ nắn dịng điện
6.4 Bộ chia các đầu dây
6.5 Bộ phận điều chỉnh tốc độ động cơ 6.6 B6 bin
6.7 Bộ chia điện dùng cảm bién Hall (Delco) 6.8 Cac day cao ap
6.9 Cac Bugi
Chương 7: Kết luận và Kiến nghị 7.1 Phương pháp thực hiện đề tài:
7.1.1 Tham khảo tài liệu và cán bộ hướng dẫn
7.1.2 Tham khảo và tìm kiếm từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm: Các đồ án, các tài liệu sửa chữa liên quan, các thơng tin từ Internet, và tham vấn trực tiếp của các giảng viên và các chuyên gia trong ngành
Trang 57.2 Kế hoạch thực hiện: THỜI GIAN ˆ GHI STT NOI DUNG THUC , _ CHU HIEN - : 14/01/2013 1 Việt đê cương và Lời mở đầu 21/01/2013 Câu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm 21/01/2013 2 | Chương Ì , bién Hall 28/01/2013 : , 28/01/2013 3 Nhiệm vụ và yêu câu cua hệ thơng đánh lửa 04/02/2013 Chương 2 , 04/02/2013 4 Phân loại hệ thơng đánh lửa 11/02/2013 , , 11/02/2013 5 Lý thuyêt chung của hệ thơng đánh lửa 18/02/2013 Hệ thơng đánh lửa thường „ „ 18/02/2013 6 Phân tích câu Hệ thơng đánh lửa bán - 25/02/2013 Chương 3 | tạo, nguyên lý dân
Trang 6bán dân ding cam bién Hall 01/04/2013 12 08/04/2013 , , 08/04/2013 13 | Chương 7 Kêt luận và kiên nghị 15/04/2013 lá 15/04/2013 | Tuân dự 22/04/2013 trù 22/04/2013 15 Báo cáo 27/04/2013
SINH VIÊN THỰC HIỆN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Trang 7Loi cam on
LOI CAM ON -000 -
Đề tài “Thiết kế, tính tốn mơ hình hệ thống điện đánh lửa HALL” là một đề tai tương đối khĩ, vì đây là lần đầu thực hiện nên em gặp khơng ít khĩ khăn về tìm
tài liệu, dụng cụ hỗ trợ cũng như kiến thức cịn rất hạn chế, Cuối cùng với sự nỗ lực em đã hồn thành đề tài Tuy rằng đề tài cịn rất nhiều sai sĩt khĩ tránh khỏi
nhưng đây chính là sự thành cơng đối với em
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Nhựt Duy đã tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài này
Cuối cùng em xin cảm ơn quý thầy thuộc bộ mơn Máy nơng nghiệp và khoa Cơng Nghệ đã tin tưởng để em thực hiện đề tài này trong suốt thời gian qua
Trang 8
LOI MO DAU
-0O0 -
Ngày nay, nền cơng nghiệp ơ tơ Thế giới nĩi chung và nền cơng nghiệp ơ tơ Việt Nam nĩi riêng ngày càng lớn mạnh Nhiều hãng xe, thương hiệu với nhiều mẫu mã, chủng loại với kỹ thuật tiên tiến lan lượt được ra đời Bên cạnh đĩ, khoa học kỹ thuật và kinh tế khơng ngừng phat - triển, làm cho mức sống của nguoi dân được nâng lên rõ rệt, thể hiện ở chỗ nhu cầu ngày một tăng cao Đặc biệt, vê nhu cầu đi lại, nhu cầu vận chuyên hàng hĩa, cũng gia tăng chĩng mặt Điều đĩ buộc các nhà sản xuất và cung cấp các phương tiện giao thơng phải cho ra đời nhiều sản phẩm hơn, với những chủng loại mẫu mã đa dạng và hồn thiện hơn
Cùng với những nhu cầu địi hỏi ngày càng cao của con người, thì tính tiện
nghi của ơ tơ ngày càng phải được hồn thiện hơn Trong đĩ phải kê đến tính năng
êm dịu và đặc biệt là vẫn đề khí xả được mọi người quan tâm và đặt lên tam quan
trọng hàng đầu trước sự nĩng lên của trái đất Đối với những xe cĩ khả năng chuyên
chở được nhiều người thì tính êm dịu, thoải mái càng được chú ý đến
Dé cĩ được sự êm diu va thoai mai khi phuong tiện vận hành, thì ngồi những yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt khơng thể thiếu trong quá trình chế tạo lắp ráp, thì hệ thống đánh lửa là một trong những hệ thống đĩng vai trị rất quan trọng nhất (đối với động cơ xăng) trong việc quyết định cơng suất tối ưu của động cơ, giảm lượng khí sĩt chưa được đốt cháy và giảm mức độ độc hại trong khí xả động cơ nhằm giúp động cơ vận hành êm ái, giảm thải ơ nhiễm mơi trường
Hiện nay, thì nền cơng nghệ ơ tơ thế giới đã tiến rất xa trong việc phát triển chế tạo động cơ Dựa trên sự kết hợp giữa khoa học, cơng nghệ cơ bản với sự ứng dụng các thành tựu về điện tử, tin học và kỹ thuật vi điều khiển mà một động cơ ơ tơ hiện nay ngày càng hồn thiện về độ chính xác cũng như khả năng tiết kiệm nhiên liệu, tính êm dịu và thân thiện với mơi trường hơn
Động cơ với hệ thống điều khiển nhiêu liệu điện tử và đánh lửa bán dẫn
chính là xu hướng phát triển của động cơ ơ tơ hiện nay và trong tương lai Nĩ làm việc dựa trên nguyên lý: dùng các cảm biến để thu thập các thơng số trong quá trình vận hành của xe (như cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến oxi trong khí thải ) sau đĩ được mã hĩa và đưa về bộ xử lí trung tâm
(ECU), từ đĩ ECU đưa ra các tín hiệu điều khiển các hệ thống trong động cơ Do
đĩ, việc tìm hiểu, nghiên cứu và khai thác giúp cho em trang bị thêm được kiến thức cũng như củng cơ lại những gì đã được học và làm tiền đề, cơ sở để phục vụ cho chuyên ngành Cơ Khí Giao Thơng để cĩ chất lượng đào tạo cho sinh viên được
tốt hơn Đĩ cũng là lý cho em chọn đề tài tốt nghiệp của mình là: “Thiết kế, tính tốn mơ hình hệ thống điện đánh lửa HALL”
Trang 9
Loi mo dau
Qua đây, cho em kính gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cơ trong
trường mà đặc biệt là các thầy cơ trong Khoa Cơng Nghệ thuộc chuyên ngành Cơ Khí Giao Thơng đã tận tình dạy bảo em trong suốt bốn năm học vừa qua
Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Nhựt Duy đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong thời gian thực hiện luận văn
Trong quá trình làm luận văn, do trình độ và kiến thức thực tế cịn nhiều hạn chế và thời gian cĩ hạn, nên khĩ cĩ thể tránh khỏi những thiếu sĩt Rất mong nhận được sự đĩng gĩp ý kiến và chỉ bảo của các thầy
Trang 10
MỤC LỤC -000 - Trang 0900.) 0017 i 0989062100005 ii MUC LUC - - CC Q31 1 HH HH ni KH vu 855p 1V IM I8 \0:8:7 c8 vii M987 (0:80:01 viii IM.9I28)/19/99-i0A4i51009.000 X CHUONG I
CÂU TAO VA NGUYEN LY HOAT DONG CUA CAM BIEN HALL 1
1.1 Cau tao va nguyén ly hoat déng cua hiéu tmg Hall oc 1 1.2 Ứng dụng của hiệu ứng Hall + ¿+ 2 + +2 E+E+E+EeEeEeEreeereeerees 2
1.3 Cảm biến Hall - + + 2 2tEt2EE22EEEE2E12212E1E1E2errrrrrrrred 4 1.3.1 Sơ đồ cầu tạo c2 H221 1e 4
1.3.2 Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall - 5-5-5 5-55s¿ 5
CHƯƠNG II
NHIỆM VỤ, YÊU CÂU VÀ PHẦN LOẠI HỆ THĨNG ĐÁNH LỬA 7 2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu của hệ thống đánh lửa 2 ¿2+ +cs£ece£szcez 7
QL Tia .n 7
2.1.2 Thời điểm đánh lửa chính xác -. -c+©c+cczzsresrerrree 7 2.1.3 Độ bền của hệ thống . - - Sex HE re 7 2.2 Phân loại hệ thống đánh lửa - - =+EE+ESESEEEEESEEESEEEEErkerrkerrkee 8
2.2.1 Phân loại cơ bản, điển hình - 2+ Sz +8 S*E*E S2 E+E se vEzeeeeeeed 8 2.2.2 Phân loại theo cầu tạo bộ chia điện - + 2 c2 se szxesrerereở 8 2.2.3 Phân loại theo phương pháp tích luỹ năng lượng 9
2.2.4 Phân loại bằng phương pháp điều khiển bằng cảm biến 9
2.2.5 Phân loại theo các phân bố điện cao ƠI TH 10
2.2.6 Phân loại theo phương pháp điều khiến gĩc đánh lửa sớm 11
2.2.7 Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp .-. - - +szsesc: 12
CHƯƠNG II
PHÂN TÍCH CÂU TẠO, NGYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC HỆ THƠNG 0.9000 0010127 14
3.1 Lý thuyết chung về hệ thống đánh lửa .- + + + +£+k+E+E+E+xexzxd 14
3.1.1 Giai doạn tăng dịng sơ cấp khi KK' đĩng -. sc+c<s¿ 14 3.1.2 Quá trình ngắt địng sơ cấp ¿ - 5< + SE Sx cv x re, 17 3.1.3 Quá trình phĩng điện ở điện cực bug1 - - -«««««ss«sssss2 19
Trang 11
Mục lục
3.1.4 Các thống số cơ bản của hệ thống đánh lửa - 2 2 sẻ 21 3.1.4.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại 5-5 << cevsesrsrersrsree 21 3.1.4.2 Hiệu điện thế đánh lửa Uạ; - 2-2 555+s+<+s2 <2 21 3.1.4.3 Gĩc đánh lửa sớm -. + 2E s t+E2SEEE 222132111123 11k 23 3.1.4.4 Hệ số dự trữ Kạx - S ScSc SE re, 24
SP hoc ao 4 24
3.1.4.6 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp - 24 3.1.4.7 Tần số và chu kỳ đánh lửa . - + +2 <zs+xzEzerxeererees 25
3.1.4.8 Năng lượng tia lửa và thời gian phĩng điện 25
3.1.4.9 Các giai đoạn của quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu 26 3.1.4.10 Điều khiến thời điểm đánh lửa - 5-2-5555 +szcsszce2 27 3.1.4.11 Điều khiển theo tốc độ động cơ - - + sscecxeecxcxc: 28
3.1.4.12 Điều khiển theo tải trọng của động cơ - 5s: 29 3.1.4.13 Điều khiển theo tiếng gõ động cơ - scscxcxcxc: 29 3.2 Phân tích câu tạo, nguyên lý hoạt động của các hệ thống đánh lửa 30
3.2.1 Hệ thống đánh lửa thường .- - 2s + E+kk++EsE+EeEekeEeesecse 30
3.2.1.1 Sơ đồ câu tạo của hệ thống đánh lửa thường 30
3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống đánh lửa thường 31
3.2.1.3 Đặc tính, ưu, nhược điểm của hệ thống đánh lửa thường 32
3.2.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn . - ¿5 2 + + +xSxEsEsEeEevekressvse 34 3.2.2.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn cĩ tiếp điểm .-. 34
3.2.2.2 Hệ thơng đánh lửa bán dẫn khơng cĩ tiếp điểm 36 3.2.2.3 Ưu, nhược điểm của hệ thống đánh lửa bán dẫn so với hệ thống đánh lửa thường - - + << k+E+kES+E£E* 2E E311 11 1111131111111 1111 2 39
3.2.3 Hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình - 40
3.2.3.1 Hệ thống đánh lửa điện tử ESA cĩ bộ chia điện 41
3.2.4 Hệ thống đánh lửa trực tiẾp ¿- - 5< + SE cxcrxe re 42 CHƯƠNG IV
SO DO MACH DIEU KHIEN, NGUYEN LY VA CAU TAO CUA CAC BO PHẬN CHÍNH CỦA HỆ THƠNG ĐÁNH LỬA HALL/L 5-5 szs+szs£: 47
4.1 Sơ đồ các bộ phận chính của hệ thống đánh lửa Hall 47 ALL SO 46 ccc cccccscccsescscecscesecsescssescscscscssscsesessescssscscecesetesssesseessees 47 4.1.2 Céc bO phan Chih c.cccccccsesccsesescescscsescessscsesesseseersesssseerscsessees 48 4.1.2.1 Ắ€ Quy - c1 T113 11311 1311131113010501 15171171 g1 re 48 4.1.2.2 Biến áp đánh lửa - - - EkSsS E5 SE 1 1E E erred 52 4.1.2.3 Bộ chia điện và cảm biến Hall - 5 «+52 + se: 53 4.1.2.4 Bugi - Ác 1 12 111211131111 111 1111110111211 01 010011011110 X0 55
4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa Hall - s2 +sz sẻ 64
4.2.1 So 46 CAU ADDDD 64
4.2.2 Nguyén ly lam viéc cua cam bién Hall eee 65 4.2.3 Ung dung cam bién Hall c.cecccceccsscesecssesssesssesesesssesessseeseees 65
4.2.3.1 SO 46 cocccccccccccceccssescscsescsescscsssssscscscsescsesssesessessssessessesseesseseeaes 65
4.2.3.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống - + + s++e+eseeered 66
Trang 12
CHƯƠNG V SỐ
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ - + - + k+*+sE+E£+E+EeE+s£s£+Ezxz 67
5.1 Lựa chọn phương án thiết kế 2-2 2 + E222 E+EeEeEEeEzeeeeeed 67 5.1.1 Các phương án hệ thống đánh lửa lựa chọn 5-5 -5¿ 68 5.1.1.1 Phuong An 1 oe ae 68
5.1.1.2 Phuong An 2 occ eecccccceeeesseacceceeeeeseeeaceeeseseseeaaeeeeseeneteaaaeees 69
5.2 Thiết kế, chế tạo mơ hình - xxx SE S3 9E ket 9v ki 70
5.2.1 Lựa chọn vật liệu chế tạo khung mơ hình - «s55 s5+ 70
5.2.2 Chế tạo bộ khung mơ hình thiết kế .- ¿2 - 52 s52 255: 70
5.2.3 Các vật tư cần thiẾt - «cv 11111 HE ri T1
5.2.4 Chế tạo giá đỡ động cơ điện và delco . - «<< <sss+2 T7 5.2.5 Chế tạo bộ phận liên kết giữa động cơ và delco . - - 78
5.2.6 Quy trình chế tạo mơ hình . 2 - 2 +®+s+*+E+z£z++z+z£z+z£z+zzzcxẻ 78
5.2.7 KẾT luận - Gv 111v 5 111v 1u no 78
CHƯƠNG VI -
TÍNH TỐN MƠ HÌNH HE THONG DIEN DANH LUA BAN DAN DUNG CAM BIEN HALL cccececsecscececssceceecsceceecacecsececececsesacecsesacecsecacecsavacececacaseceeeaees 80
6.1 Chon dOng CO di€n ccceeesssssssccccceccceceeeeseessessnneeceececeeeeeeeseesseessseaees 80
6.2 Chon ngu6n di@n .c.ccceececccccccesscscecesesescsesesescsescsesesesesesssvscsvsneveneseees 80 6.3 BO chia cdc dau GAY eeeececceeccccesesssscssesesesesesesesescsestscscsessstscssansvensseees 80
6.4 BO phan điều chỉnh tốc độ s10 — 81
6.4.1 Nguyên lý điều khiển động cơ điện 1 chiều 5-5-5 5: 81
6.4.1.1 Đặc điểm của động cơ một ChiỀU 52St+cSEE+ESEEEEeEErEvrereerered 8l 6.4.1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 82 6.4.2 Thiết kế các mạch điều khiến tốc độ động cơ điện 1 chiều 85
6.4.2.1 Cầu tạo và nguyên lý của IC 555 - csscscecxcxc: 85 6.4.2.2 Phương pháp điều chế PWM bằng IC 555 89 6.5 Biến áp đánh lửa -. - xxx E3 1 3 113 1131113115112 2E crd 94 6.6 Bộ chia điện cĩ cảm biến Hall - 5c 6s S88 SE SE EE+e£eEzeezezeed 95 6.7 Các dây Cao áp - - cọ ng nh 96 6.8 CAC 0 :11LOỒLỒắắắãắáãáãắã 1 ă.ăăăă Ẽ.ẼỐ.Ố.Ố.ỐỐ.Ốố 97 AM 8v nối 2n 99 6.10 Tính tốn dây dẫn + ¿%2 +2 SE 4E 1E E2 53 3 5 1171 5 1113 1 re cee 99
Trang 13Mục lục bảng biểu
MUC LUC BANG BIEU
, , Trang Bảng 5.1 Kí hiệu, tên gọi và vị trí nơi dây vào ECU trên hệ thơng đánh lửa 75 Bảng 6.1 Nguyên lý làm việc của IC Š5Š - - - - G ng ng ng kh S9
Trang 14
MỤC LỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1 Nguyên lý hoạt động của hiệu ứng HalÌ - 7 - << << «se sesssees 2 Hình 1.2 Delco cĩ gắn IC Hall +2 +2 2 2 E2EEEESE+E£E£E£ESE2 E555 3132k 4
Hình 1.3 Sơ đồ câu tạo cảm biến Hall 2G SE S3 SE Ex SE SE SE EeE te se rezzed 5
Hình 1.4 Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall - 5-2 2 2 +s+s+Ez£z+s+eszze: 5 Hình 1.5 Mạch nguyên lý của cảm biến Hall ¿25+ +52 2+x+E+EzEEceeerees 6 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống đánh lửa AC-CTDI ¿2-22 +2+22+£+£z£z£E£z+Ezsrssesxee 8 Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống đánh lửa DC-CDI . + ¿25+ +2 ££+x+E+Ez£e+ezezzze: 9 Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống đánh lửa cĩ bộ chia điện ¿©5552 252 +x+£+£scx2 10 Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiẾp - ¿+6 s+Sz 2+E£xxeEsrrxrrsrered 11
Hình 2.5 Sơ đỗ 4A-FE và 4A-GE là sơ đồ hệ thống đánh lửa điện tử ESA 12
Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống đánh lửa vít lửa ¿- - + 2 2+6 k+E2E£E£xEeEEczxrrsrered 12 Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống đánh lửa sử dụng transistor - 2 2 5 +52 Sscxcs¿ 13 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa . - + + 2© 2+2 22+E£e+szeezzceee 14 Hình 3.2 Sơ đồ tương đương mạch sơ cấp của hệ thống - - + 5s Ss 55c: 15 Hình 3.3 Quá trình tăng đồng sơ cấp i¡ -. ¿-5- 525cc e‡xceeesrsrered 16 Hình 3.4 Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa .- - sszs+xzscxzxc: 18 Hinh 3.5 Quy luật biến đổi ddng dién so cAp i; va hiéu dién thế thứ cấp U; 19
Hinh 3.6 Su thay đổi hiệu điện thế U; khi phĩng tia lửa điện - - - 20
Hình 3.7 Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa vào tốc độ và tải động cơ 22
Hình 3.8 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa thường .31
Hình 3.9 Đặc tính của hệ thống đánh lửa thường của động cơ 4 và 6 xylanh 33
Hình 3.10 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn cĩ tiếp điểm . - 25 55¿ 35 Hình 3.11 Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên 2s s2 + szxzEzxzSe: 36 Hình 3.12 Cảm biến điện từ nam châm qua . ¿+2 E+EEE£E+EeEeEeEsrecee 37 Hình 3.13 Sơ đồ cầu tạo của cảm biến Hall - - + sE+x+sE*E+E SE EeE£EzEEeeekeecxe 38 Hình 3.14 Cảm biến quangg ¿- - - + ° 6+ +E£EE+E#EEEEEEEE2 13 1 121151121211 x0 39 Hình 3.15 Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa theo chương trình . -55 40
Hình 3.16 Sơ đồ hệ thống đánh lửa điện tử ESA dùng bộ chia điện 42
Hình 3.17 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bơ bin đơn - 2 2 2 6+ 2 s+s£xe£s£scxd 43 Hình 3.18 Hệ thống đánh lửa sử đụng bơ bin đơi . ¿- 2s xxx: 45 Hình 3.19 Hệ thống đánh lửa sử đụng một bơ bin cho 4 xylanh - 46
Hình 4.1 Sơ đồ các bộ phận chính của hệ thống đánh lửa Haill - - 47
Hình 4.2 Ac quy eeseeseeesesseaeseeseseseesesessesessesesnescsesceseenseeansceseseseecsnseseeseaeananeay 48
Hình 4.3 Câu tạo của Ac Quy veccccccccscsessesscsessscscscscssssesssssssessscssssessststseessnseseseseeees 49 Hình 4.4 Câu tạo Bơ bin -¿- ¿E611 E3 S11 3 1 311 1 1111113111111 11110 1y 52
s01: n8; v80 .‹.3 ố 53
Hình 4.6 Câu tạo bộ chia điện ¿S2 2S E21 1115111111115 111111111 x7 54
Hình 4.7 Câu tạo đelco với cảm biến Hall - G68 SE SE E£E£E+E£e£eEzzsezsxz 55
Trang 15
Mục lục hình
Hình 4.8 Cầu tạo bugi - - - Sex TT TT TT TT 0701010101101 ve 56
Hình 4.9 Sơ đồ khối cấu tạo cảm biến Hall 6+ SE SE +x SE SE EeE£EzEe£zkeesxẻ 64
Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lý làm việc của cảm biến Hall - 2 2 5s s55: 64
Hình 4.11 Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall (BOSCH) 66
Hình 5.1 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn khơng cĩ delco . -5-5¿ 69 Hình 5.2 Bảng chọn lựa kích thước và kiểu mơ hình . - 2 + 55555: 71 Hình 5.3 Bảng vẽ chỉ tiết khung của mơ hình: . - + 2 2 2+2 +ss+sz£+£zzzzzcxe: 72 Hình 5.4 Bảng vẽ chỉ tiết khung đế mơ hình . 2 2 2s +2 £2+E£S+E£+£z£zzzcxe: 73 Hình 5.5 Bảng vẽ khố chữ T và đĩa chia độ - - - - - - SG BS HH 73
Hình 5.6 Sơ đồ mạch điều khiển phun xăng và đánh lửa trên động cơ xe
by SP 74
Hình 5.7 Bảng bố trí cơ bản các chỉ tiết trên bảng mơ hình . 2-5-5-5¿ 76 Hình 5.8 Bảng bố trí chỉ tiết các chỉ tiết trên bảng mơ hình . - 76
Is0li nh €8) li⁄ vo a Noi sávoÏ 00 77 Hinh 5.10 Gia d& dOng co Gi n8 ẽ 78
Hình 5.11 Giá đỡ delco và động cơ điện - Ăn ng ko 78 Hình 6.1 Bảng chia các đầu dây trong hệ thống đánh lửa . - - 2 + s5: 81 Hình 6.2 Nguyên lý điều khiển độ rộng xung ¿-¿- + 2 256 S252 2xx cesrzrered 85 00868 055» -.-ỔỶŸỶỔÝŸ£ỂCỔCỔẢẢA 86
Hình 6.4 Đây là một dạng thuộc họ IC Š5Š - - Ă S S5 S11 9 1v 1 133232 86
Hinh 6.5 So d6 cau tao don gian héa ctia IC 555 v.cccccsccscsccsesesesseseseessessescsesessees 88
Hình 6.6 Minh họa sự thay đổi d6 réng XUN oo eececeecceessceceeesescseseseseeeseees 90 Hình 6.7 Mạch nguyên lý tạo xung vuƠng - cọ HH ng ep 9] Hình 6.8 Sơ đồ mạch điều khiến tốc độ động cơ sử dụng IC 55Š 93 Hinh 6.9 Hinh anh that ca BO bn eccccccccesescccccecesecececeseussceseeeaeeeees 95
Hinh 6.10 Anh that của Delo tr@nn 6 t6 oo eeceesecessesseeseeseeseeseesecneseeeseeaeeneeeteneeneeneees 96 Hình 6.11 Ảnh thật dây cao áp - E5 TH HH 0 1 0x re 96 Hình 6.12 Câu tạo của đây cao ấp - -¿- 5c St 2 1 1110121121111 1111117111 te 97 Hình 6.13 Ảnh thật của bugi đánh lửa ¿+ - ++S+S2 E28 xxx rersrees 98
Trang 16
DANH MUC CHU VIET TAT
- AC-CDI - Hệ thong danh lira str dung nguồn điện xoay chiêu - ATDC - Sau điểm chết trên
- BTDC - Trước điểm chết trên
- CB ~ Cảm biến
- CDI (Capacitor Discharge Ignition) — Hệ thống đánh lửa điện dung
- CT - Cơng tắc
- DC-CDI - Hệ thống đánh lửa sử dụng nguồn điện 1 chiều
- ĐHKK - Điều hịa khơng khí
- ECU (Electronic Control Unit) - Là bộ xử lý và điều khiển điện tử trung
- ESA (Electronic Spark Advance) — Hé théng đánh lửa với bộ điều khiển
gĩc đánh lửa sớm bằng điện tử
- HTDL - Hệ thống đánh lửa
- HSTD - Hộp SỐ tự động
- IC (Intergated Circuit) — Là một mạch tổ hợp nhiều linh kiện điện tử dùng để điều khiển hệ thống- mạch điện tử từ đơn giản đến phức tạp
- IGF — Tín hiệu xác nhận đánh lửa
- IGT - Tín hiệu thời điểm đánh lửa
- IGSW - Cơng tắc chính
- Op-Amp (Oprating Amplifier) — Khuéch dai thuat tốn
- PWM (Pulse Width Modulation) — La phuong pháp điều chế điện áp ra tải
Trang 17Chương 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến Hai]
CHƯƠNG I
CAU TAO VA NGUYEN LY HOAT DONG CUA CAM BIEN HALL
1.1 Cầu tạo và nguyên lý hoạt động của hiệu ứng Hall
Hiệu ứng Hall được giải thích dựa vào bản chất của dịng điện chạy trong vật dẫn điện (Hình 1) Dịng điện ï đi qua vật dẫn là dịng chuyên đời của các hạt mang điện tích âm (điện tử) theo hướng ngược chiều dịng điện và điện tích dương theo chiều dịng điện Khi vật dẫn cĩ dịng điện đi qua chịu tắc dụng của một từ trường B vuơng gĩc với chiều địng điện thì các phần tử tải điện sẽ chịu tác dụng của một lực Lorentz hướng vuơng gĩc với hướng vận tốc (hay chiều dịng điện) và từ trường tác dụng:
Fu =avxB]=evB (do vLB) (1.1)
ở đây, v và e là vận tốc chuyển động và điện tích của các hạt mang điện
Dưới tác dụng của lực này, các phan tử tích điện trái dâu nhau sẽ chuyển động theo 2 hướng ngược chiều nhau về 2 mặt của vật dẫn (xem Hình 1), tạo ra ở hai mặt đối diện của mẫu các điện tích trái dấu dẫn đến sự xuất hiện một điện trường E hướng vuơng gĩc với chiều địng điện Lực tĩnh điện do điện trường này gây ra sẽ ngược hướng với lực Lorentz:
—~-
Fe=eE (1.2)
Trạng thái cân bằng nhanh chĩng được hình thành cùng với sự tăng dần của lực tĩnh điện cho đến lúc bù trừ hồn tồn lực từ Khi đạt đến trạng thái cân bằng, luc do từ trường B sẽ cân bằng với lực do điện trường E gây ra:
evB =eE (1.3) Nhu ta da biét, ddng dién chay qua vat dan cé méi liên hệ với nồng độ hạt tải dién n, dién tich tiét dién ngang A va van tốc y qua biéu thức:
l = n.e.A.v = n.e.w.đ.v (1.4)
với w là chiều dày và đ là chiều rộng của vật dẫn
Trang 18V6i Po = RyB la điện trở Hall (thứ nguyên [(O2m]) và R, = — gọi là hằng số
Hall (thứ nguyên [OmT'”]) Ru cĩ thể âm hay dương phụ thuộc vào dấu hạt tải điện
Như vậy, biết hằng số Hall ta cĩ thể tính được nồng độ phần tử tải điện ø Độ linh động của điện tử cũng cĩ thé duoc xác định nếu biết độ dẫn điện ơ thơng qua biểu thức liên hệ: O = Line (v) WY (và WY 2 == 7 = 5 ¬ a 7 = Q - mi Ay sàn \; \ trổ = ? v + E + - - FU? +.⁄⁄ - - E + U = nF 2B i “a 2 2B I : 1 (b)
Hinh 1.1 Nguyén ly hoat dong cua higu ung Hall
a) Trường hợp phân tử tích điện âm b) Trường hợp phân tử tích điện dương 1.2 Ứng dụng của hiệu ứng Hall:
Hiệu ứng Hall được sử dụng chủ yếu trong các thiết bị đo, đầu đị Các thiết
bị này thường phát ra tín hiệu rất yếu và cần được khuếch đại Đầu thế kỷ 20, các
máy khuếch đại dùng bĩng chân khơng quá tốn kém, nên các đầu đo kiểu này chỉ được phát triển từ khi cĩ cơng nghệ vi mạch bán dẫn Ngày nay, nhiều "đầu dị hiệu ứng Hall" chứa sẵn các máy khuếch đại bên trong
s* Đo cường độ dịng điện
Đầu đo dịng điện dùng hiệu ứng Hall, cĩ sẵn
khuếch đại Đường kính 8 mm
Hiệu ứng Hall nhạy cảm với từ trường, mà từ trường được sinh ra từ một dịng điện bất kỳ, do đĩ cĩ thể đo cường độ dịng chạy qua một dây điện
khi đưa dây này gân thiết bị đo Thiết bị cĩ 3 đầu
ra: một dây nối đất, một dây nguồn dé tao dong chạy trong thanh Hall, một dây ra cho biết hiệu thế Hall Phuong pháp đo dịng điện này khơng cần sự tiếp xúc cơ học trực tiếp với
Trang 19
Chương 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến Hai]
mạch điện, hầu như khơng gây thêm điện trở phụ của máy đo trong mạch điện, và khơng bị ảnh hưởng bởi nguơn điện (cĩ thể là cao thế) của mạch điện, tăng tính an
tồn cho phép đo Cĩ vài cách để đưa dây điện mang địng vào gần thiết bị đo như
sau:
s* Cuơn dong can do
Dịng điện cần đo cĩ thể được cuốn quanh thiết bị đo Các độ nhạy ứng với
các cường độ dịng điện khác nhau cĩ thể được thay đổi bằng số vịng cuốn quanh
thiết bị đo Phương pháp này thích hợp cho các ampe kế lắp vĩnh cửu vào cùng mạch điện
Kẹp vào dịng cần đo
Thiết bị được kẹp vào dây dẫn điện Phương pháp này dùng trong kiểm tra đo đạc, khơng lắp vĩnh cửu cùng mạch điện
s* Tính nhân
Về cơ bản ứng dụng này dựa vào cơng thức của hiệu ứng Hall: hiệu thế Hall là tích của cường độ dịng điện (tỷ lệ với hiệu điện thế áp dụng lên thanh Hall, nhờ định luật Ohm) với cường độ từ trường (cĩ thể được sinh ra từ một cuộn cảm, tỷ lệ với hiệu điện thế áp dụng lên cuộn cảm)
s* Đo cơng suât điện
Cơng suất tiêu thụ của một mạch điện là tích của cường độ dịng điện và hiệu điện thê trên mạch Vậy cĩ thê đo cơng suât này băng cách đo dịng điện (như mơ tả ở trên) đơng thời với việc dùng hiệu điện thê của mạch điện đê nuơi dịng qua thanh Hall Phương pháp như vậy cĩ thê được cải tiên đê đo cơng suât dịng điện xoay chiêu trong sinh hoạt dân dụng Nĩ thường chính xác hơn các thiệt bị truyền thơng và ít gây cản trở dịng điện
* Xác định vị trí và chuyển động
Hiệu ứng Hall cĩ thể dùng để xác định vị trí cơ học Các thiết bị kiểu này
khơng cĩ một chi tiêt cơ học chuyên động nào và cĩ thê được chê tạo kín, chịu được bụi, chất bắn, độ âm, bùn lầy Điều này giúp các thiết bị này cĩ thể đo đạc vị trí tiện hơn dụng cụ quang học hay cơ điện
Trang 20
s Khởi động ơ-tơ
Khi quay ỗ khĩa khới động ơ-tơ, một nam châm gắn cùng ỗ khĩa quay theo, gây nên thay đơi từ trường, được cảm nhận bởi thiệt bị dùng hiệu ứng Hall Phương
pháp này tiện lợi vì nĩ khơng gây hao mịn như phương pháp cơ học khác * Dị chuyển động quay
Việc dị chuyển động quay tương tự như trên rất cĩ ích trong chế tạo hệ thơng hãm phanh chơng trượt nhạy bén hơn của ơ-tơ, giúp người điêu khiên xe dê dàng hơn
1.3 Cảm biến Hall
1.3.1 Sơ đồ cầu tạo:
Cảm biến Hall được đặt trong delco, gồm một rơto bằng thép cĩ các cánh
chăn và các cửa sơ cách đêu nhau găn trên trục của delco Sơ cánh chăn sẽ tương
ứng với số xylanh của động cơ Khi rotor quay, các cánh chắn sẽ lần lượt xen vào
khe hở giữa nam châm và IC Hail (hình 2) Miỏ quet Nam cham ~ Canh chan Khe he
Ic - HALL Bé nhan tin
Trang 21Chương 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến Hai] Hình 1.2 Delco cĩ gắn IC Hall Mw re cc | Vout nể 1 3 | 4 7 mass 1 Phan tir Hall; 2 On 4p ; 3 Op — Amp; 4 B6 xu ly tín hiệu
Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo cảm biến Hall
1.3.2 Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall
Để khảo sát hoạt động của cảm biến Hall, ta xét hai vị trí làm việc của rotor ứng với khe hở IC Hall (hình 1.4) Khi cánh chắn ra khỏi khe hở giữa IC Hall và nam châm, từ trường sẽ xuyên qua khe hở tác đụng lên IC Hall làm xuất hiện điện
áp điều khiến transistor Tr, làm cho Tr dẫn Kết quả là trên đường dây tín hiệu (cực
Trang 22Hình 1.4 Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall
Hình 1.5 Mạch nguyên lý của cảm bién Hall Như vậy, khi làm việc cảm bién Hall sẽ tạo ra một xung vuơng làm tín hiệu đánh lửa Bề rộng của cánh chăn xác định gĩc ngậm điện (Dwell Angle) (hinh 4)
Do xung điều khiển là xung vuơng nên khơng ảnh hưởng đến thời điểm đánh lửa
Trang 23
Chương 2: Nhiệm vụ yêu cau va phân loại hệ thống đánh lửa
CHƯƠNG H
NHIEM VU, YEU CAU VA PHAN LOAI HE THONG DANH LUA
2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu của hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa trên ơ tơ cĩ nhiệm vụ tạo ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong buồng đốt của động cơ Nĩ phải tạo ra sự đánh lửa chính xác trong hàng nghìn lần/phút trên mỗi xy lanh của động cơ Nếu sự đánh lửa bị ngưng trệ trong khoảng 1 giây, động cơ sẽ hoạt động yếu đi và thậm chí cĩ thể ngừng hoạt động Vì vậy hệ thong đánh lửa trên ơ tơ cĩ 2 nhiệm vụ chính là tạo ra tia lửa điện
lớn và thời gian đánh lửa phải chính xác trên mỗi xy lanh Bên cạnh đĩ độ bền của hệ thống cũng rất quan trọng giúp xe vận hành Ơn định
2.1.1 Tia lửa
Trong hệ thống đánh lửa tia lửa điện được biến dịng điện một chiều hạ áp 12V trở thành dịng điện cao áp từ 12kV — 24kV, thậm chí cĩ thể cao hơn Tia lửa
được phát ra giữa các điện cực của các bugi để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong
buơng đốt động cơ Vì ngay cả khi nén ép với áp suất cao, khơng khí vẫn cĩ điện trở nên cần phải tạo ra điện thế hàng chục ngàn vơn để đảm bảo phát ra tia lửa đủ mạnh, cĩ thê đốt cháy tốt hỗn hợp nhiên liệu
2.1.2 Thời điểm đánh lửa chính xác
Hệ thống đánh lửa phải luơn luơn cĩ thời điểm đánh lửa chính xác để phù
hợp với sự thay đơi tơc độ và tải trọng của động cơ
2.1.3 Độ bền của hệ thống
Hệ thống đánh lửa phải cĩ 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 cuộn đánh lửa tạo ra nhằm phát ra
tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu đã được nén ép
Hỗn hợp khơng khí nhiệt liệu được nén ép và đốt cháy trong xi lanh Sự bốc
cháy này tạo ra động lực của động cơ
Nhờ cĩ 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 vơn cịn cuộn thứ cấp thì tạo ra điện thế hàng chục ngàn vơn
Trang 24
2.2 Phân loại hệ thống đánh lửa
Ngày nay, hệ thống đánh lửa được trang bị trên ơtơ cĩ rất nhiều loại khác nhau Dựa vào cấu tạo, hoạt động, phương pháp điều khiển, người ta phân loại hệ thống đánh lửa theo các cách phân loại sau :
2.2.1 Phân loại cơ bản, điển hình
- Hệ thơng đánh lửa thường
- Hệ thơng đánh lửa bán dân
+ Loại cĩ tiếp điểm
+ Loại khơng cĩ tiêp điêm
2.2.2 Phân loại theo cầu tạo bộ chia điện
- Hệ thơng đánh lửa thường
- Hệ thơng đánh lửa điện tử - CDI(Capacitor Discharge Igmition) :Đánh lửa dùng nguyên lý phĩng của tụ điện:
+ AC-CDI ( đánh lửa sử dụng nguồn điện xoay chiều)
Ì, Khê» điền 2 BLết 3 Tụ điền-4: Cuĩn đánh la(Bế-biny 5:
Cuẻn kích 6, Cuộn nguồn 7, Bi-ốt 8, SCR (Thyristor) 9, Bugi
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống đánh lửa AC-CDI
Trang 25
Chương 2: Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại hệ thống danh lua + DC-CDI ( đánh lửa sử dụng nguồn điện một chiều)
1, Khĩa điện 2, B khuyếch đại điện áp 3, Tụ điện 4, Biển áp đánh lửa 5, Ác quy 6 Cuồn kích (cuộn điều khiển) 7,
Bi-ðt & SCR (Thyristor) 9, Bugi
Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống đánh lửa DC-CDI - Hệ thống đánh lửa khơng cần bộ chia điện (đánh lửa lập trình)
2.2.3 Phân loại theo phương pháp tích luỹ năng lượng
- Hệ thơng đánh lửa điện cảm (TT — transistor ignition system)
- Hệ thơng đánh lira dién dung (CDI — capacitor discharged ignition system) 2.2.4 Phan loai bang phuong pháp điều khiến bằng cảm biến
Trang 26- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ ( Electromagnetic Sensor ) + Loại nam châm đứng yên
+ Loại nam châm quay
- Hệ thơng đánh lửa sử dụng cảm bién Hall - Hệ thơng đánh lửa sử dụng cảm biến quang
- Hệ thơng đánh lửa sử dụng cảm biến từ trở
- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến cộng hưởng 2.2.5 Phân loại theo các phân bố điện cao áp
- Hệ thống đánh lửa cĩ bộ chia điện delco (Distributor Ignition System) Cảng tắc chính Cầu chì Ae quy —kt-+
Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống đánh lửa cĩ bộ chia điện
- Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay hệ thống đánh lửa khơng sử dụng đelco ( Distributorless Ignition System)
Trang 27Chương 2: Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại hệ thống danh lứa Biển áp Biển khiển đánh lửa đánh lửa Biển áp đánh lửa và điều khiển đánh Cảm biển gĩc 7
Cảm biển gĩc quay trục khuỷu
quay trụe khuýn
Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp 2.2.6 Phân loại theo phương pháp điều khiến gĩc đánh lửa sớm
- Hệ thơng đánh lửa cĩ cơ câu điêu khiên gĩc đánh lửa sớm băng cơ khí (Mechanical Spark Advance) Ộ Ộ
Trang 284A-GE Cơng tắc chính AM2 JG2 Biến áp đánh lửa May do téc do Cầu chì ( 39A Bỏ chia điện vt Ac quy
Hình 2.5 So đồ 4A-EE và 4A-GE là sơ đồ hệ thống đánh lửa điện tử ESA
2.2.7 Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp
- Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa (Conventional Ignition System) Day cao ap Dây cao án Khoả điện ST Bỏ đánh lửa som li tam IB+-¬+L re
Điện trở 86 danh krasdém chan khong ”
Hình 2.6 Sơ đỗ hệ thống đánh lửa vít lửa
Trang 29Chương 2: Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại hệ thống danh lứa
- Hệ thống đánh lửa sử dụng Transistor (Transistor Ignition System) Dây cao áp Dây cao áp Khoả điện Bð đánh lửa sớm litãm lC đánh lửa Tranzito Im cla T = Bugi + + : abl LÌ a F——n II Bé tao tin hiệu ím Bộ đánh lửa sớm chắn khơng =
Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống đánh lửa sử dụng transistor - Hệ thống đánh lira su dung Thyristor ( CDI ) (Hinh 2.1 và 2.2)
Trang 30
CHƯƠNG IH
PHAN TICH CAU TẠO, NGYÊN LY LAM VIEC CUA CAC HE THONG
ĐÁNH LỬA
3.1 Lý thuyết chung về hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa sau khi cĩ nhiệm vụ biến đổi dịng điện một chiều thế hiệu
thấp hoặc xoay chiều với thế hiệu thấp thành dịng điện với thế hiệu cao cĩ năng lượng
đủ lớn thì sẽ sinh ra tia lửa để phĩng qua khe hở giữa hai điện cực của bugi đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu
Trang 31Chương 3: Phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa
Trong sơ đồ trên gồm cĩ:
Re: Điện trở phụ, R;: Điện trở cuộn sơ cấp, Lì, Lạ: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp, T: Transistor cơng suất được điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm biến hoặc vít lửa
Ta cĩ thể chuyển sơ đồ mạch điện sơ cấp thành sơ đồ tương đương như bên dưới
Khi KK' đĩng, sẽ cĩ dịng sơ cấp i¡ chạy theo mạch:
(AQ —> Kạ —> R¿ —> W¡ —> Cần tiếp điểm 2 —›> KK' > (-)AQ ™ 5a U h “ý V @
Hinh 3.2 So đồ tương đương mạch sơ cấp của hệ thống
Dịng điện này tăng từ 0 đến một giá trị giới hạn xác định bởi điện trở của mạch SƠ cấp Mạch thứ cấp lúc này coi như hở Do suất điện động tự cảm, dịng 1¡ khơng thé
tăng tức thời mà tăng dẫn trong một khoảng thời gian nào đĩ Trong giai đoạn gia tăng dịng sơ cấp ta cĩ thể viết phương trình sau:
U, gt er) =11-R; (3 1)
Trong đĩ: Ủ;- Thể hiệu của nguồn điện (ac quy hoac may phat) [V] eL¡ - SĐĐ tự cảm trong cuộn sơ cap [V]
Trang 32
Khi t=0 (tiếp điểm vừa đĩng lại) thì ¡ =0 và #L- T (3.4) Khi t=œ (tiếp điểm đĩng rất lâu) thì:
U
¡— R, & —ọ dt (3.5)
Từ các biểu thức trên ta thay rõ rằng, tốc độ gia tăng dịng sơ cấp phụ thuộc vào giá tri Ung va L; Lị càng lớn thì tốc độ tăng dịng sơ cấp càng giảm Tốc độ này cĩ giá trị cực đại vào thời điểm tiếp điểm bắt đầu đĩng (t=0)
Giá trị nhỏ nhất của tốc độ tăng dịng sơ cin re xác định bởi thời điểm mở tiếp điểm Trong quá trình làm việc của hệ thống đánh lửa, tốc độ này khơng bao giờ giám đến 0 Vì thời gian tiếp điểm đĩng ngăn nên dịng sơ cấp khơng kịp đạt giá trị
én định
Giá trị cực đại mà dịng sơ cấp cĩ thê đạt được (i:„ax) phụ thuộc vào điện trở
Trang 33Chương 3: Phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa
Đường (1) ứng với xe đời cũ cĩ bơ bin độ tự cảm lớn, tốc độ tăng dịng sơ cấp chậm hơn so với bơ bin xe đời mới cĩ độ tự cảm nhỏ đường (2) Chính vì điều này làm
cho lửa yếu lúc xe cĩ tốc độ cao Trên xe đời mới đã được khắc phục nhờ sử dụng bơ bin co do tu cam nhỏ
Trong đĩ: Ting - Gia tri dong so cap khi tiếp điểm mở [A] tạ- Thời gian tiệ điểm ở trạng thái đĩng [s]
Nếu ký hiệu: tT, = tao = rT là thời gian đĩng tiếp điểm tương đối (ở đây:
d + m ck
Tạ, = (t¿ + tạ); tạ - Thời gian tiếp điểm ở trạng thái mở) thì thời gian tiếp điểm đĩng cĩ
thể xác định theo cơng thức: t, =T1ly =T, = (3.7)
n,
Trong đĩ:
n,Z
120 = ƒ - Tần số đĩng mở của tiếp điểm
Biểu thức này cĩ thê chứng minh với lập luận như sau: Trong 2 vịng quay của trục khuỷu, tức là trong thời gian (60/n.)x 2 giây, tiếp điểm phải đĩng mở Z lần để thực hiện đánh lửa Vậy trong thời gian 1 giây tiếp điểm cần phải đĩng mở [Z/(120/n,)] hay f=(n,Z/120))
Z.- Số xy lanh của động cơ 4 kỳ
ne - Số vịng quay của động cơ [vg/phút] Cuối cùng ta cĩ: ¡„ 120 Lịng _ Ung 1-e L, nz) Ry (3.8) Từ biểu thức (3.8) ta rút ra các nhận xét sau:
- Giá trị dong ing phụ thuộc các thơng sỐ của mạch sơ cấp (R¿ và L;) - lịng giảm di khi tang số vịng quay và số xy lanh động cơ
- l¡n„ tang lên khi tăng thời gian đĩng tiếp điểm tương đối, thời gian này được ấn định bởi dạng cam và việc điều chỉnh tiếp điểm Thường tạ khơng thể làm tăng quá 0,63 vì lúc đĩ cam sẽ rất nhọn, gây ra rung động và va đập cần tiếp điểm khi làm việc và mau mịn
3.1.2 Quá trình ngắt dịng sơ cấp
Khi trasisitor cơng suất ngắt, dịng điện sơ cấp và từ thơng do nĩ sinh ra giảm đột ngột Trên cuộn thứ cấp của bơ bin sẽ sinh ra một hiệu điện thế vào khoảng 15kV + 40kV Giá trị của hiệu điện thế thứ cấp phụ thuộc vào rất nhiều thơng số của
mạch sơ cấp và thứ cấp Để tính tốn hiệu điện thế thứ cấp cuc dai ta sử dụng sơ đồ
tương đương sau
Trang 34
R„- Điện trở mất mát [O] R;- Điện trở rị qua điện cực bugi [O] Ry Ro — Lit _| #7 — _ | R, | S| a= \ Ci L 1 L2 ty R a Ca Bougi ougie
Hình 3.4 Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa
Bỏ qua hiệu điện thế ắc quy vì hiệu điện thế ắc quy rất nhỏ so với sức điện động tự cảm xuất hiện trên dong so cap luc transistor cong suất ngắt, năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn sơ câp của bơ bín được chuyên thành năng lượng điện trường trên
tụ điện C¡ và C; và một phần mắt mát Đề xác định hiệu điện thế thứ cấp cực đại Ủ›„ ta
lập phương trình cân bằng lúc transistor cơng suất ngắt:
LI?ng CU, CU,” 5 na + 5 +Q (3.9)
Trong đĩ: C¡ - Điện dung của tụ điện mắc song song với transistor cơng suất [F] C; - Điện dung ký sinh của mạch thứ câp [F]
U¡m, ỦU;„- Hiệu điện thế sơ cấp, thứ cấp lúc transistor cơng suất ngắt [V] Q - Tổn thất dưới dạng nhiệt [J]
U¿m= Kẹp Uin
Kyp= W/W >- Hé sé bién a ap của bơ bm
Trang 35Chương 3: Phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa A iz, A U2m 2m fil \ TH] \ > — <
Hình 3.5 Quy luật biến đổi dịng điện sơ cấp ¡; và hiệu điện thế thứ cấp U;
Transistor cơng suất ngắt, Cuộn SƠ cấp sẽ sinh ra một sức điện động khoảng
100-300 V
3.1.3 Quá trình phĩng điện ở điện cực bugi
Khi thế hiệu U; vừa đạt đến gia tri Ug, du dé xuyên qua khe hở giữa các điện
cực của bugi, thì ở đĩ sẽ xuất hiện tia lửa điện cao thế (hình 3.6) Khi xuất hiện tia lửa
điện thì U; giảm đột ngột trước khi kịp dat gia tri cực đại
Trang 36
Uzm A (kV) 2O en Uai ae 12 Z 1 Ww hl {[\ fA > VA) io, A t 300 3 L li V t > a b t
Hình 3.6 Sự thay đổi hiệu điện thế U; khi phĩng tia lửa điện
a Thời gian tia lửa điện dung, b Thời gian tia lửa điện cảm
Kết quá của nhiều cơng trình nghiên cứu đã xác định được rằng: Tia lửa điện cĩ
hai phần rõ rệt là phần điện dung và phần điện cảm
Phần điện dung xuất hiện trước, vào thời điểm đầu của quá trình phĩng điện Đĩ
là sự phĩng tĩnh điện do năng lượng của điện trường tích luỹ trong điện dung C¡ và C›
của hệ thống đánh lửa, tia lửa điện dung cĩ màu xanh lam và rất chĩi do nhiệt độ của
nĩ cao tới 10000°C Thế hiệu cao và dịng điện phĩng rất lớn nên cơng suất tức thời của nĩ cũng khá lớn (cĩ thể đạt đến hàng chục kW) Tuy nhiên, thời gian tồn tại tia lửa
này rất ngắn (<lus) nên năng lượng điện trường cũng khơng lớn lắm
Đặc trưng của phần tia lửa điện dung là cĩ tiếng nỗ lách tách, tần số dao động lớn tới (10/ 107) Hz, nên gây nhiễu xạ vơ tuyến mạnh
Tia lửa điện dung làm điện thé U, giảm đột ngột, chỉ cịn khoang 1500 2000V Vì tia lửa xuất hiện trước khi U; đạt gia tri 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
W, = aoe [II (3 12)
Trong đĩ: C= ach +c, FF (3 13)
2
Phần năng lượng cịn lại được tiếp tục phĩng qua khe hở bugi dưới dạng tia lửa điện cảm hay cịn gọi là đuơi lửa Do U¿ đã giảm nhiêu nên dịng phĩng lúc này cũng rât nhỏ, chỉ khoảng (80 100)mA Tia lửa điện cảm cĩ màu tím nhạt-vàng, kéo dài
Trang 37
Chương 3: Phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa khống vài us đến vài ms, phụ thuộc vào giá trị năng lượng điện cảm tích luỹ trong mạch sơ câp: 2 hy 2
Trong điều kiện thực tế, tia lửa cĩ thể chỉ cĩ phần điện dung hoặc điện cảm
thuần túy hoặc hỗn hợp cả hai phần, tuỳ thuộc vào các thơng số của hệ thống đánh lửa và các điều kiện vật lý khi xuất hiện tia lửa Nĩi chung các xốy khí hình thành trong buồng cháy ở số vịng quay cao của động cơ, cản trở việc tạo thành phần điện cảm của tia lửa
Đuơi lửa cĩ tác dụng tốt khi khởi động động cơ nguội Vì khi khởi động nhiên
liệu bốc hơi kém, khĩ cháy Nên khi nhiên liệu đã bén lửa của phần điện dung, nĩ sẽ bốc hơi và hồ trộn tiếp, đuơi lửa sau đĩ sẽ đốt cho nhiên liệu cháy hết
W,= [] (3 14)
3.1.4 Các thống số cơ bản của hệ thống đánh lửa 3.1.4.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại
Hiệu điện thế thứ cấp cực đại Uz„, là hiệu điện thế cực đại đo được ở hai đầu
cuộn dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi Hiệu điện thế thứ cấp cực đại phải
đủ lớn để cĩ khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặc biệt lúc
khởi động
3.1.4.2 Hiệu điện thế đánh lửa Uạy
— Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đĩ quá trình đánh lửa xảy ra, được gọi là hiệu điện
thê đánh lửa (Uạ) Hiệu điện thê đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào nhiêu yêu tơ, tuân
theo định luật Pasen
Ua = °K [VỊ (3 15)
Trong đĩ:
Uạ¡— Hiệu điện thế đánh lửa [V]
P - Áp suất hỗn hợp hịa khí tại thời điểm đánh lửa [N/m”]
ư - Khoảng cách giữa các điện cực [m]
T - Nhiệt độ ở điện cực bugi tại thời điểm đánh lửa [ °K ]
K - Hằng số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp hịa khí
Trang 38
n (Vip)
Hinh 3.7 Sưphu thuỗc cua hiểu điển thể đanh lựa va ư tốc độ va ta ¡ đơng cơ 1 Khơng tái, 2 Nửa tại, 3 Toan tai, 4 Khơi đơng va cẩm chưng
Ngồi ra, Uạ cịn hình dạng điện cực bugi, thành phần hỗn hợp, chế độ làm việc
cua dong co,
Khi tăng khoảng cách giữa các điện cực và tăng áp suất hỗn hợp hịa khí thì thế hiệu đánh lửa tăng lên
Sự tăng nhiệt độ trong xy lanh tạo điều kiện ion hĩa hỗn hợp khí, vì vậy thế hiệu
đánh lửa giảm đi
Ở chế độ khởi động lạnh, nhiệt độ thành xy lanh và các điện cực cịn thấp, hỗn hợp hút vào ít bị đốt nĩng và khơng kịp bay hơi hết Những hạt nhiên liệu chưa bay hơi
rơi vào khơng gian giữa các điện cực làm tăng Ưai (15% 20%)
Sự tăng số vịng quay của động cơ, lúc đầu làm tăng một chút Uạ do tăng áp suất nén (lọt khí giảm), nhưng sau đĩ Uại giám vì hệ số nạp giảm và nhiệt độ bugi tăng
Khi tải động cơ tăng, bướm ga mở to ra, do đĩ năng lượng hỗn hợp đi vào xy
lanh nhiều lên làm tăng áp suất nén và cơng suất của động cơ - Yếu tố thứ nhất làm tang Uy
- Yếu tơ thứ 2 làm giảm Ưại (vì cơng suất tăng làm nhiệt độ tăng), nhưng anh
hưởng khơng mạnh bằng yếu tố thứ nhất nên cuối cùng Uạ vẫn tăng khi phụ tải tăng
Sau một thời gian vận hành, điện cực bugi bị mài mịn, làm cho khe hở bugi
tăng, do đĩ Ưại tăng Vì vậy sau một thời gian vận hành, phải hiệu chỉnh lại khe hở bugi
Trang 39
Chương 3: Phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa
3.1.4.3 Gĩc đánh lửa sớm
Gĩc đánh lửa sớm là gĩc quay của trục khuỷu động cơ tính từ thời điểm xuất hiện tia lửa điện tại bugi cho đến khi pít tơng lên đến tận điểm chết trên
Gĩc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến cơng suất, tính kinh tế và độ ơ nhiễm
của khí thải động cơ Gĩc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc rất nhiều yếu tố:
Done =F (Pag stea » Dot ye tm My N ++) (3 16)
Trong đĩ: p„a- Áp suất trong buơng cháy tại thời điểm đánh lửa [Pa]
tọa - Nhiệt độ buồng chay [°C]
p - Áp suất trên đường ống nạp [Pa] tụ¿- Nhiệt độ nước làm mát động cơ [”C] n - Số vịng quay của động cơ [vịng/phút] N, - Chỉ số octan của xăng
Nếu thời điểm đánh lửa xảy ra sớm hơn hay muộn hơn thời điểm tối ưu đều làm
giảm cơng suất và chất lượng của động cơ
- Nếu đánh lửa quá sớm: hỗn hợp cháy hồn tồn trong ký nén Sự tăng áp suất
do khí cháy giãn nở sẽ cản trở chuyên động đi tiếp lên ĐCT của pít tơng, tức là cơng
của khí nén sinh ra ở hành trình này trở thành cơng âm, làm giảm cơng suất và tính kinh tế của động cơ, tăng tải trọng lên nhĩm các chỉ tiết pít tơng thanh truyền Biểu hiện của hiện tượng này: cĩ tiếng gõ kim loại, cơng suất động cơ giảm, làm việc khơng
ổn định
- Nếu đánh lửa quá muộn: quá trình cháy diễn ra trong kỳ giãn nở, thậm chí nhiên liệu cĩ thể khơng kịp cháy hết trong xy lanh mà cịn tiếp tục cháy rớt ở ơng xả Trong trường hợp này động cơ sẽ rất nĩng vì thể tích vùng cháy và nhiệt truyền cho nước làm mát tăng, cơng suất động cơ giảm
Khi số vịng quay của động cơ tăng: thời gian làm việc của chu trình bị rút ngắn, do đĩ gĩc đánh lửa sớm cần phải tăng lên Nếu thời gian cháy của nhiên liệu khơng đổi thì Ø phải tăng tuyến tính theo n Nhưng do n tăng làm tăng áp suất và nhiệt độ trong xy lanh (do giảm lọt khí và thời gian truyền nhiệt), tăng chuyển động lốc xốy của hỗn hợp Vì thế tốc độ cháy tăng lên và thời gian cháy tương ứng giảm đi nên ở số vịng quay cao 6 tăng theo quy luật phi tuyến
Sự tăng tỷ số nén làm tăng áp suất và nhiệt độ ở cuối kỳ nén, đo đĩ làm tăng tốc
độ cháy của hỗn hợp Vì thế sự tăng tỷ số nén làm giám gĩc đánh lửa sớm
Mức tải của động cơ cũng ảnh hưởng lớn đến gĩc đánh lửa sớm Khi mở bướm
ga lớn lượng hỗn hợp đi vào xy lanh nhiều hơn> làm tăng áp suất và nhiệt độ khí nén,
đồng thời cịn làm giảm % khí sĩt dẫn đến tăng tốc độ cháy Vì thế, khi tăng tải trong của động cơ> giảm xuống và ngược lại
Trang 40
3.1.4 4 Hệ số dự trữ Kạ;
Hệ số dự trữ là tỉ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại Uz„ và hiệu điện thế đánh lửa Uại Mục đích cần cĩ hệ số dự trữ dễ đảm bảo rằng hiệu điện thế đánh lửa luơn luơn
đạt trong giới hạn yêu cầu
Un
Ủy
Hệ số dự trữ của những động cơ cĩ hệ thống đánh lửa thường là bé hơn so với
hệ thống đánh lửa của những động cơ xăng hiện đại với hệ thơng đánh lửa điện tử Vì hiệu điện thé Ủz„ của hệ thong đánh lửa thường bé, cịn đối với hệ thống đánh lửa hiện đại cĩ hệ số dự trữ cao nhằm đảm bảo việc đáp ứng việc tăng tỉ số nén, tăng số vịng quay và khe hở bugi
Kạc (3.17)
3.1.4.5 Năng lượng dự trữ Wụy
Năng lượng dự trữ W„ là năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường trong cuộn
dây sơ cấp của bơ bin Để đảm bảo tia lửa cĩ đủ năng lượng đốt cháy hồn tồn khí, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo được năng lượng đánh lửa trên cuộn sơ cấp của bơ bin ở một giá trị xác định
Li?
WwW, =—_ a ( 3.18 )
Trong đĩ: Wa- Nang luong dy tri trén cudn so cấp [W.s]
L, - Độ tự cảm của cuộn sơ câp của bơ bín [HỊ
- Cường độ dịng điện sơ cấp tai thoi diém transistor céng suat
ngắt [A]
Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu điện thế đánh lửa khoảng 20 đến 30% do nhiệt độ
cực bugi thấp
Khi động cơ tăng tốc, Uạ tăng do áp suất nén tăng nhưng sau đĩ nhiệt độ giảm từ từ do nhiệt độ điện cực bugi tăng và áp suất nén giám do quá trình nạp xấu đi
Hiệu điện thế đánh lửa cực đại ở chế độ khởi động và tăng tốc, cĩ giá trị cực
tiểu ở chế độ ổn định khi cơng suất cực đại
3.1.4.6 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp
_ du, Au,
Trong đĩ: 5 - Tơc độ biên thiên của hiệu điện thê thứ câp
Au,- Độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp Ar - thời gian biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp
(3 19)