hệ thống điện điện tử ôtô hiện đại - Hệ thống điện động

Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Chương 5: HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 5.1 Lý thuyết đánh lửa cho động xăng 5.1.1 Các thông số chủ yếu hệ thống đánh lửa Hiệu điện thứ cấp cực đại U2m Hiệu điện thứ cấp cực đại U2m hiệu điện cực đại đo hai đầu cuộn dây thứ cấp tách dây cao áp khỏi bougie Hiệu điện thứ cấp cực đại U2m phải đủ lớn để có khả tạo tia lửa điện hai điện cực bougie, đặc biệt lúc khởi động Hiệu điện đánh lửa l Hiện điện thứ cấp mà trình đánh lửa xảy ra, gọi hiệu điện đánh lửa (Uđl) Hiệu điện đánh lửa hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tuân theo đònh luật Pashen U đt = K P.δ T Trong đó: P: Là áp suất buồng đốt thời điểm đánh lửa δ: Khe hở bougie T: Nhiệt độ điện cực trung tâm bougie thời điểm đánh lửa K: Hằng số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp hòa khí Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu điện đánh lửa Uđl tăng khoảng 20 đến 30% nhiệt độ điện cực bougie thấp Khi động tăng tốc độ, tiên, Uđl tăng, áp suất nén tăng sau Uđl giảm từ từ nhiệt độ điện cực bougie tăng áp suất nén giảm trình nạp xấu Hiệu điện đánh lửa có giá trò cực đại chế độ khởi động tăng tốc, có giá trò cực tiểu chế độ ổn đònh công suất cực đại (hình 5-1) Trong trình vận hành xe mới, sau 2.000 km đầu tiên, Uđl tăng 20% điện cực bougie bò mài mòn Sau Uđl tiếp tục tăng khe hở bougie tăng Vì để giảm Uđl phải hiệu chỉnh lại khe hở bougie sau 10.000 km Trang : Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động 3000 2000 1000 16 n (min-1) Uđl (KV) Toàn tải; Nửa tải; Tải nhỏ; Khởi động cầm chừng; Hình 5-1: Sự phụ thuộc hiệu điện đánh lửa vào tốc độ tải động Hệ số dự trữ Kdt Hệ số dự trữ tỷ số hiệu điện thứ cấp cực đại U2m hiệu điện đánh lửa l: K dt = U 2m U đl Đối với hệ thống đánh lửa thường, U2m thấp nên Kdt thường nhỏ 1,5 Trên động xăng đại với hệ thống đánh lửa điện tử, hệ số dự trữ có Trang : Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động giá trò cao (Kdt = 1,5 ÷ 2,0), đáp ứng việc tăng tỷ số nén, tăng số vòng quay tăng khe hở bougie Năng lượng dự trữ Wdt Năng lượng dự trữ Wdt lượng tích lũy dạng từ trường cuộn dây sơ cấp bobine Để đảm bảo tia lửa điện có đủ lượng để đốt cháy hoàn toàn hòa khí, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo lượng dự trữ sơ cấp bobine giá trò xác đònh: Wdt = L1 × I ng 2 = 50 ÷ 150 mJ Trong đó: Wdt: Năng lượng dự trữ sơ cấp L1 : Độ tự cảm sơ cấp bobine Ing: Cường độ dòng điện sơ cấp thời điểm transistor công suất ngắt Tốc độ biến thiên hiệu điện thứ cấp S S= du ∆u = = 300 ÷ 600 dt ∆t V / ms Trong đó: S : Tốc độ biến thiên hiệu điện thứ cấp ∆u2 : Độ biến thiên hiệu điện thứ cấp ∆t : Thời gian biến thiên hiệu điện thứ cấp Tốc độ biến thiên hiệu điện thứ cấp S lớn tia lửa điện xuất điện cực bougie mạnh nhờ dòng không bò rò qua muội than điện cực bougie, lượng tiêu hao mạch thứ cấp giảm Tần số chu kỳ đánh lửa Đối với động thì, số tia lửa xảy giây hay gọi tần số đánh lửa xác đònh công thức: f = nZ 120 ( Hz) Đối với động thì: f = nZ 60 ( Hz) Trang : Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Trong đó: f: Tần số đánh lửa n: Số vòng quay trục khuỷu động (min-1) Z: Số xylanh động Chu kỳ đánh lửa T: thời gian hai lần xuất tia lửa T = 1/f = tđ + tm tđ : Thời gian vít ngậm hay transistor công suất dẫn bão hòa ttn : Thời gian vít hở hay transistor công suất ngắt Tần số đánh lửa f tỷ lệ thuận với vòng quay trục khuỷu động số xylanh Khi tăng số vòng quay động số xylanh, tần số đánh lửa f tăng chu kỳ đánh lửa T giảm xuống Vì vậy, thiết kế cần ý đến thông số chu kỳ tần số đánh lửa để đảm bảo số vòng quay cao động tia lửa mạnh Góc đánh lửa sớm θ Góc đánh lửa sớm góc quay trục khuỷu động tính từ thời điểm xuất tia lửa điện bougie piston lên tới tử điểm thượng Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng lớn đến công suất, tính kinh tế độ ô nhiễm khí thải động Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào nhiều yếu tố: θopt = f(pbđ, tbđ, p, twt, tmt, n, No …) Trong đó: pbđ : áp suất buồng đốt thời điểm đánh lửa tbđ : nhiệt độ buồng đốt p : áp suất đường ống nạp twt : nhiệt độ nước làm mát động Tmt : nhiệt độ môi trường n : số vòng quay động No : số octan xăng Ở đời xe cũ, góc đánh lửa sớm điều khiển theo hai thông số: tốc độ (bộ sớm ly tâm) tải (bộ sớm áp thấp) động Tuy nhiên, hệ thống đánh lửa số xe (TOYOTA, HONDA …), có trang bò thêm van nhiệt sử dụng phận đánh lửa sớm theo hai chế độ nhiệt độ (hình 5-2) Trên xe đời mới, góc đánh sớm điều khiển điện tử nên góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh theo thông số nêu Trang : Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Hình 5-2: Điều khiển góc đánh lửa sớm theo hai chế độ nhiệt độ (Honda) Năng lượng tia lửa thời gian phóng điện Thông thường, tia lửa điện bao gồm hai thành phần thành phần điện dung thành phần điện cảm Năng lượng tia lửa tính công thức: W P = W C + WL Trong đó: C U đ2l Wc = WL = L2 i 22 WP: Năng lượng tia lửa WC: Năng lượng thành phần tia lửa có tính điện dung WL: Năng lượng thành phần tia lửa có tính điện cảm C2: Điện dung ký sinh mạch thứ cấp bougie (F) l: Hiệu điện đánh lửa Trang : Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động L2: Độ tự cảm mạch thứ cấp (H) i2 : Cường độ dòng điện mạch thứ cấp (A) Tùy thuộc vào loại hệ thống đánh lửa mà lượng tia lửa có đủ hai thành phần điện cảm (thời gian phóng điện dài) điện dung (thời gian phóng điện ngắn) có thành phần Thời gian phóng điện hai điện cực bougie tùy thuộc vào loại hệ thống đánh lửa Tuy nhiên, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo lượng tia lửa đủ lớn thời gian phóng điện đủ dài để đốt cháy hòa khí chế độ hoạt động động 5.1.2 Lý thuyết đánh lửa ôtô Trong động xăng kỳ, hòa khí sau đưa vào xylanh trộn nhờ xoáy lốc dòng khí piston nén lại Ở thời điểm thích hợp cuối kỳ nén, hệ thống đánh lửa cung cấp tia lửa điện cao đốt cháy hòa khí sinh công cho động Để tạo tia lửa điện hai điện cực bougie, trình đánh lửa chia làm ba giai đoạn: trình tăng trưởng dòng sơ cấp hay gọi trình tích lũy lượng, trình ngắt dòng sơ cấp trình xuất tia lửa điện điện cực bougie Rf R1 L1 L2 T SW Đến Chia điện Bô bin IC đánh lửa accu Cảm biến Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp Trang : Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Hình 5-3: Sơ đồ hệ thống đánh lửa U S L1 R∑ Trong sơ đồ hệ thống đánh lửa trên: Rf: Điện trở phụ R1: Điện trở cuộn sơ cấp L1, L2: Độ tự cảm cuộn sơ cấp thứ cấp bobin T: Transistor công suất điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm biến vít lửa Hình 5-4: Sơ đồ tương đương mạch sơ cấp hệ thống đánh lửa Khi transistor công suất T dẫn, mạch sơ cấp có dòng điện i1 từ (+) accu đến Rf → L1 → T → mass Dòng điện i1 tăng từ từ sức điện động tự cảm sinh cuộn sơ cấp L1 chống lại tăng cường độ dòng điện Ở giai đoạn này, mạch thứ cấp hệ thống đánh lửa gần không ảnh hưởng đến trình tăng dòng mạch sơ cấp Hiệu điện cường độ dòng điện xuất mạch thứ cấp không đáng kể nên ta coi mạch thứ cấp hở Vì vậy, giai đoạn ta có sơ đồ tương đương trình bày hình 5-4 Trên sơ đồ, giá trò điện trở accu bỏ qua, đó: R∑ = R + R f U = Ua - ∆ UT Ua: Hiệu điện accu ∆ UT: Độ sụt áp transistor công suất trạng thái dẫn bão hòa độ sụt áp vít lửa Trang : Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Từ sơ đồ hình 5-4, ta thiết lập phương trình vi phân sau: i1 R∑ + L1 di1 =U dt (5-1) Giải phương trình vi phân (5-1) ta được: i1 (t ) = U (1 − e −( R ∑ / L1 )t ) R∑ Gọi τ1 = L1/R∑ số điện từ mạch (5-2) i1(t) = (U/R∑) (1 – e-t/t1) Lấy đạo hàm (5-2) theo thời gian t, ta tốc độ tăng trưởng dòng sơ cấp (hình 5-5) di1 U −t / τ1 = e dt L1 di1 dt t =0 = U L1 di1 dt t =∞ =0 U i1(t) R∑ L1 L1’ > L1 t Hình 5-5: Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp i1 Đồ thò cho thấy độ tự cảm L1 sơ cấp lớn tốc độ tăng trưởng dòng sơ cấp i1 giảm Gọi tđ thời gian transistor công suất dẫn cường độ dòng điện sơ cấp Ing thời điểm đánh lửa transistor công suất ngắt là: I ng = U (1 − e −t đ / τ1 ) R∑ (5-3) Trong đó: tđ = γđ.T = γđ.120/ (n.Z) (5-3a) Trang : Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động T: Chu kỳ đánh lửa (s) n: Số vòng quay trục khuỷu động (min-1) Z: Số xylanh động γđ: Thời gian tích lũy lượng tương đối Trên xe đời cũ, tỷ lệ thời gian tích lũy lượng γđ = 2/3, xe đời nhờ cấu hiệu chỉnh thời gian tích lũy lượng (góc ngậm) nên γđ < 2/3 ⇒ I ng γđ U = (1 − e R∑ −120 nZ τ ) (5-4) Từ biểu thức (5-4), ta thấy Ing phụ thuộc vào tổng trở mạch sơ cấp (R∑), độ tự cảm cuộn sơ cấp (L1), số vòng quay trục khuỷu động (n), số xylanh (Z) Nếu R∑, L1, Z không đổi tăng số vòng quay trục khuỷu động (n), cường độ dòng điện Ing giảm Tại thời điểm đánh lửa, lượng tích lũy cuộn dây sơ cấp dạng từ trường: Wđt = Wđt = I ng L = L1 U × (1 − e tđ / τ1 ) 2 R∑ L1 U L1 U = × (1 − 2e −a + e −2 a ) R∑ R∑2 (5-5) Trong đó: Wđt: Năng lượng tích lũy cuộn sơ cấp a= t đ R∑ = tđ τ L1 Hàm Wđt = f(a) (5-5) đạt giá trò cực đại, tức nhận lượng từ hệ thống cấp điện nhiều khi: a= R∑ t đ = 1,256 L1 (5-6) Đối với hệ thống đánh lửa thường hệ thống đánh lửa bán dẫn loại mạch hiệu chỉnh thời gian tích lũy lượng tđ, điều kiện (5-6) thực tđ giá trò thay đổi phụ thuộc vào tốc độ n động (5-3a) Sau đạt giá trò U/R∑ , dòng điện qua cuộn sơ cấp gây tiêu phí lượng vô ích, tỏa nhiệt cuộn sơ cấp điện trở phụ Trên xe đời mới, nhược điểm loại trừ nhờ mạch hiệu chỉnh thời gian tích lũy lượng tđ (Dwell Control) Trang : Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Lượng nhiệt tỏa cuộn sơ cấp bobine Wn xác đònh công thức sau: td Wn = ∫ i 21 R1 dt tđ U2 Wn = ∫ R1 (1 − 2e −t / τ1 + e −2t / τ1 )dt R∑ [ Wn = U2 R1 t đ + 2τ (1 − e −2t / τ1 ) + (τ / 2)(1 − e −2τ / t1 ) R∑ Wn = U2 R1 (t + 2τ 1e −t / τ1 − (τ / 2)e −2t / τ1 R∑ ] td td u (5-7) Công suất tỏa nhiệt Pn cuộn dây sơ cấp bobine: t đ Pn = ∫ i12 R1 dt T Pn = τ τ U  tđ  R1  − (1 − e −tđ / τ1 ) + (1 − e −2tđ / τ1 ) T 2T R∑  T  (5-8) Khi công tắc máy vò trí ON mà động không hoạt động, công suất tỏa nhiệt bobine lớn nhất: Pn max ≈ U2 R1 R∑2 Thực tế thiết kế, Pnmax phải nhỏ 30 W để tránh tình trạng nóng bobine Vì Pnmax ≥ 30W, nhiệt lượng sinh cuộn sơ cấp lớn nhiệt lượng tiêu tán Trong thời gian tích lũy lượng, cuộn thứ cấp xuất sức điện động tương đối nhỏ, xấp xỉ 1.000 V e2 = K bb L1 di1 dt Trong đó: e2: Sức điện động cuộn thứ cấp Kbb: Hệ số biến áp bobine Sức điện động dòng điện sơ cấp đạt giá trò U/R∑ 10 Trang : 10 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động cảm biến quang hãng Motorola Cảm biến quang đặt delco phát tín hiệu đánh lửa gởi igniter để điều khiển đánh lửa Khi đóa cảm biến ngăn dòng ánh sáng từ LED D1 sang photo transistor T1 ngắt Khi T1 ngắt, transistor T2, T3, T4 ngắt, T5 dẫn, cho dòng qua cuộn sơ cấp mass Khi đóa cảm biến cho dòng ánh sáng qua, T1 dẫn nên T2, T3, T4 dẫn, T5 ngắt Dòng sơ cấp bò ngắt tạo sức điện động cảm ứng lên cuộn thứ cấp điện áp cao đưa đến chia điện 5.5.8 Hiệu chỉnh góc ngậm điện hệ thống đánh lửa Như biết, thời gian tích lũy lượng tđ cuộn sơ cấp phụ thuộc vào vòng quay n xylanh số xylanh Z 120 td = n.Z Đối với động bất ky,ø số xylanh Z cố đònh Vì vậy, thời gian tích lũy lượng tđ chủ yếu phụ thuộc vào số vòng quay động Dựa vào đồ thò hình 5-40 hình 5-41 ta nhận thấy: số vòng quay n thấp, thời gian tích lũy lượng tđ dài Cũng từ đồ thò hình 5-41 động chạy số vòng quay thấp, thời gian tđ kéo dài gây lãng phí lượng lớn (phần gạch chéo đồ thò) làm nóng bobine Ngược lại, tốc độ n cao tđ nhỏ, không đủ thời gian để dòng cuộn sơ cấp kòp đạt giá trò U/R∑ có nghóa lượng đánh lửa hiệu điện thứ cấp giảm t1 tđ tđhc 4000 n(min)-1 i1 t R∑ U 60 Trang : 60 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Hình 5-40: Thời gian ngậm điện phụ thuộc số vòng quay động Hình 5-41: Thời gian tăng trưởng dòng sơ cấp tốc độ thấp Để tiết kiệm lượng tránh gây nóng bobine động làm việc số vòng quay thấp thời gian dài, người ta thiết kế igniter với mạch hiệu chỉnh thời gian tích lũy lượng cho đặc tính có dạng gần giống đường chấm gạch hình 5-40 Bộ phận làm việc số vòng quay động nhỏ 4.000 vòng/phút Để tăng giá trò Ing tốc độ cao người ta sử dụng bobine có L1 nhỏ (4 ÷ mH), R1 nhỏ (0,5 ÷ Ω) không cần sử dụng điện trở phụ Vì vậy, Igniter phải có mạch tự hạn chế cường độ dòng qua cuộn sơ cấp bobine + Accu Bobine Đến chia điện Một Igniter thiết kế có chức hiệu chỉnh thời gian tích lũy lượng tđ vài chức khác có sơ đồ khối sau: Hình 5-42: Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa với mạch điều khiển hiệu chỉnh thời gian tích lũy lượng tđ 61 Trang : 61 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Bộ chuyển tín hiệu thành xung vuông Cụm biến đổi độ hổng xung Cụm hiệu chỉnh thời gian Cụm điều khiển ngắt dòng Ổn áp Hạn chế biên độ xung điện áp sơ cấp Cổng Hạn chế dòng sơ cấp Bảo vệ mạch mắc cực ngược cực accu Tín hiệu từ cảm biến đưa vào (1) Tín hiệu đưa vào xung nhọn (1) có nhiệm vụ biến xung nhọn thành xung vuông trước biến đổi độ hổng xung (2) tức giảm thời gian tích lũy lượng Cụm hiệu chỉnh thời gian tích lũy lượng tđ (3) nhận tín hiệu từ (2) điện nguồn accu cung cấp để hiệu chỉnh thời gian tđ sau gởi tín hiệu đến cổng (7) Cổng (7) transistor công suất nhận tín hiệu xung từ (3), (4), (6), (8) để đóng mở transistor cho dòng sơ cấp thời điểm transistor ngắt đạt giá trò mong muốn Ổn áp (5) có nhiệm vụ ổn áp cho cụm (3) để cụm làm việc xác Cụm điều khiển ngắt dòng (4) tự động ngắt dòng qua bobine bật công tắc máy sau ÷ s mà không khởi động để tránh tình trạng cháy bobine Cụm (9) có tác dụng bảo vệ mạch mắc ngược cực accu, đảm bảo cho linh kiện điện tử Igniter không bò phá hủy Cụm (6) có nhiệm vụ hạn chế biên độ xung điện áp sơ cấp xung điện áp tăng cao trường hợp rút dây cao áp chẳng hạn để bảo vệ mạch Khi cường độ dòng sơ cấp tăng cao, hạn chế dòng (8) hạn chế để dòng điện sơ cấp tăng đến giá trò đònh với mục đích để bảo vệ mạch igniter Sơ đồ thực tế : Bộ Igniter với chức tự động điều khiển thời gian tích lũy lượng hạn chế dòng sơ cấp mạch điện hình 5-44 bao gồm đầu dây: ba đầu dây nối với cảm biến Hall, đầu dây dương sau công tắc IGSW, đầu dây nối với âm bobine đầu dây nối với mass Hoạt động mạch hiệu chỉnh thời gian tích lũy lượng tđ sau: Tín hiệu đầu cảm biến Hall có dạng xung vuông đồ thò hình 5-43a Tín hiệu Ua sau qua transistor T1 (T1 đóng vai trò cổng NOT), đầu b tín hiệu bò đảo pha (hình 5-43b) Tín hiệu điện áp Ub điều khiển phóng nạp tụ C3 mạch tích phân A1 Tín hiệu sóng vuông Ub từ chân C transistor T1 sau qua mạch tích phân biến thành xung cưa 62 Trang : 62 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động ngõ A1 Xung điện áp điểm C có dạng đồ thò hình 5-43c Tín hiệu đưa tới đầu vào không đảo so sánh A2 Đầu đảo so sánh A2 (-) đặt điện áp không đổi Us Tại Uc so sánh với Us Khi Uc > Us ngõ A2 mức cao ngược lại Uc < Us ngõ A2 mức thấp Ua Ub Uc Us Ud i1 t Uc1 t t t t Uc1 > Uc2 (a) (b) (c) (d) (e) Hình 5-43: Hệ thống đánh lửa làm việc số vòng quay động n = n 63 Trang : 63 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Hình 5-44: Sơ đồ hệ thống đánh lửa với mạch điều khiển hiệu chỉnh thời gian tích lủy lượng tđ 64 Trang : 64 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Khi mức thấp, transistor T2 ngắt, transistor T3, T4 dẫn, dòng sơ cấp i1 bắt đầu tăng trưởng (hình 5-43e) Khi Ub chuyển sang mức cao (thời điểm đánh lửa), tín hiệu gởi qua R22 đến T2 làm T2 dẫn, lúc T3, T4 ngắt nên dòng sơ cấp i1 ngắt đột ngột tạo nên sức điện động cảm ứng cuộn thứ cấp W2 bobine Mạch điều chỉnh thời gian tđ tác dụng hiệu chỉnh theo điện áp accu Nếu điện áp accu thấp (lúc khởi động … ) tụ C3 nạp xả mức điện áp thấp (đường ngắt quãng hình vẽ) Thời điểm Uc cắt Us sớm nhờ T3, T4 mở sớm nhằm giúp tăng dòng qua cuộn sơ cấp bobine Trên hình 5-45 trình bày thay đổi hiệu điện cường độ dòng mạch tốc độ cao Ta thấy tốc độ n2 > n1, tđ gần không đổi Khi số vòng quay động n > ngh (nng = 4000 v/ph), tụ C3 nạp chưa đạt điện áp Us2, so sánh bò khóa lúc Ue trùng với tín hiệu Ua, tức hệ thống làm việc bình thường mà không hiệu chỉnh số vòng quay động đủ lớn (xem hình 5-45) Ua Ub Uc Us Ud i1 t t t t t (a) (b) (c) (d) (e) 65 Trang : 65 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Hình 5-45: Hệ thống đánh lửa làm việc số vòng quay động n2 > n1 Cụm ngắt dòng A3 động không làm việc hoạt động tương tự tích phân A1 Khi Ub mức thấp, tụ C4 nạp chậm nhờ số thời gian nạp lớn Hằng số thời gian lựa chọn lớn chu kỳ liên tiếp xung đầu cảm biến tương ứng với tốc độ quay nhỏ động Do đó, xung từ điểm b vào cụm ngắt A3, đầu (do tụ C4 nạp chậm) có điện áp không ảnh hưởng đến làm việc T2 Khi động không làm việc mà công tắc IGSW đóng, nhờ nạp điện lâu, điện áp ngõ cụm A3 tăng từ từ vòng ÷ 7s, lúc T2 dẫn nên T3, T4 luôn ngắt dòng sơ cấp không qua cuộn sơ cấp bobine Khi T2 dẫn, tia lửa không xuất bougie T2 mở từ từ Cụm hạn chế dòng A4 dùng để hạn chế dòng sơ cấp i1 dòng tăng cao, bobine loại nhằm mục đích tăng Ing tốc độ cao nên có giá trò R1, L1 nhỏ Dòng điện sơ cấp i1 qua điện trở cảm biến dòng R29 so sánh với điện áp chuẩn Us2 đầu đảo At (-) Khi điện áp rơi R29 (điện áp rơi Ur tỷ lệ với dòng sơ cấp It: UR = R29 it) lớn điện áp so sánh Us2 (xác đònh dòng cần hạn chế), ngõ tụ mức điện áp cao làm T2 mở, khiến T3, T4 bò khóa lại, cường độ dòng it giảm khiến độ sụt áp R29 giảm ngõ A4 xuống mức thấp Quá trình lặp lặp lại giữ cho dòng sơ cấp không vượt giá trò đònh sẵn R19 điện trở hồi tiếp giúp tăng tốc độ đóng mở mạch Tụ C1 có tác dụng chống nhiễu cho tín hiệu cảm biến Hall, tụ điện C2 chống nhiễu cho toàn mạch điện Diode D4, tụ điện C6 điện trở R30, R31, R32 có tác dụng bảo vệ transistor công suất T4 mạch sơ cấp xuất hiện, sức điện động lớn, lúc D4 mở cho dòng qua làm transistor T4 mở để dập tắt xung điện áp 5.5.9 Hệ thống đánh lửa điện dung (CDI – Capacitor Discharged Ignition) 66 Trang : 66 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Sơ đồ nguyên lý làm việc: Hệ thống đánh lửa điện dung thường sử dụng xe thể thao, xe đua, động có piston tam giác xe môtô Hệ thống đánh lửa điện dung chia làm hai loại: loại có vít điều khiển loại vít điều khiển phân loại theo cách tạo điện áp nạp tụ: xoay chiều (CDI –AC) chiều (CDI - DC) Đối với hệ thống đánh lửa điện dung, lượng mạch sơ cấp bobine tích lũy dạng điện trường: Wc = C.U 2 Trong đó: C: điện dung tục điện (F); U: Là điện áp tụ điện (V) Thông thường người ta chọn tụ điện C có giá trò nằm khoảng từ 0,5 ÷ 3µF, theo tính toán thực nghiệm, điện dung tụ C lớn tốc độ cao không đủ thời gian để tụ C nạp đầy Còn điện dung nhỏ ảnh hưởng đến lượng đánh lửa Hiệu điện nạp tụ thường nhỏ 400V, lớn gây tượng rò điện mạch thứ cấp bobine Quá trình tích lũy lượng tụ điện thực dạng xung điện liên tục Trong trường hợp lượng tích lũy dạng xung tụ điện nạp xung điện chiều thời gian trước lúc đánh lửa Trong trường hợp lại, lượng tích lũy tụ nhờ xung chiều biến thiên nhờ nguồn điện chiều suốt thời gian hai lần đánh lửa Hình 5-46 trình bày sơ đồ đơn giản hệ thống đánh lửa điện dung xe gắn máy SCR D1 D2 D3 D4 R1 R2 C1 W1 W2 N K (a) Đến 67 Trang : 67 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động chia điện Hình 5-46: Sơ đồ hệ thống đánh lửa CDI xe gắn máy (với D2//SCR) Khi SCR ngắt, tụ điện C1 nạp nhờ nguồn điện N chỉnh lưu qua diode D1 Khi có tín hiệu đánh lửa từ cuộn dây điều khiển K, SCR dẫn, tụ điện C1 xả theo chiều mũi tên (a): (+) tụ điện C1 → SCR → mass → W1 → (-) tụ điện C1 Sự biến thiên dòng điện đột ngột cuộn sơ cấp W1 cảm ứng lên cuộn thứ cấp W2, sức điện động cao áp đưa tới bougie đánh lửa Tuy nhiên, sau tụ điện C1 xả hết, sức điện động tự cảm cuộn dây W1, tụ C1 nạp theo chiều ngược lại Nhờ điện áp ngược (điện áp tụ), SCR đóng lại Khi C1 xả ngược, D2 có nhiệm vụ dập tắt điện áp ngược bảo vệ cho SCR t i1 Uc Uc1 Uc i1 68 Trang : 68 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Hình 5-47: Hiệu điện tụ cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp bobine (D2 // SCR) Trong trường hợp mắc D2 song song SCR, dòng qua cuộn sơ cấp lệch pha với hiệu điện tụ Hiệu điện cường độ dòng điện có dạng dao động tắt dần thời gian mở SCR lớn thời gian phóng điện Trong trường hợp ngược lại dao động thường kết thúc vào khoảng t1 ÷ t2 (hình 5-49) Trên số mạch để giảm thời gian nạp tụ người ta mắc D2 song song với cuộn dây sơ cấp (hình 5-48) D2 C SCR Bobine Hình 5-48: Hệ thống đánh lửa điện dung với diode D2 mắc song song cuộn sơ cấp Mạch cho phép chuyển đổi gần toàn lượng chứa tụ sang mạch thứ cấp nên ngày sử dụng rộng rãi Đường biểu diễn hiệu điện cường độ dòng điện trình bày hình 5-49 Hiệu điện thứ cấp cực đại hệ thống đánh lửa CDI xác đònh công thức: U m = U cl C1 ×η C2 UC1: Hiệu điện tụ lúc bắt đầu phóng C1: Điện dung tụ điện C2: Điện dung ký sinh mạch dao động η: Hệ số phụ thuộc vào dạng dao động Như hiệu điện thứ cấp phụ thuộc vào C1 mà phụ thuộc vào hiệu điện nạp C1 nhiều t t1 69 Trang : 69 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động t2 Uc, i1 Uc i1 CDI TI CI 10 20 30 40 10 20 U2(KV) t (µs) Hình 5-49: Hiệu điện tụ cường độ dòng điện qua cuộn sơ cấp bobine (với D2 mắc song song cuộn sơ cấp) Hình 5-50: So sánh thời gian tăng trưởng hiệu điện thứ cấp hệ hống đánh lửa CDI, TI hệ thống đánh lửa thường Đồ thò hình 5-50 biểu diễn thời gian tăng trưởng hiệu điện thứ cấp hệ thống đánh lửa bán dẫn loại điện dung (CDI), loại điện cảm (TT) hệ 70 Trang : 70 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động thống đánh lửa thường Ở hệ thống đánh lửa điện dung, thời gian hiệu điện thứ cấp đạt 20KV vào khoảng 10 µs Một điểm khác biệt hệ thống đánh lửa điện dung hệ thống đánh lửa điện cảm thời gian tồn tia lửa bougie loại điện dung ngắn, vào khoảng 0,1 ÷ 0,4 ms, loại điện cảm từ ÷ 2ms Nếu so sánh hai cách mắc diode thấy cách mắc thứ hai làm tăng thời gian phóng điện bougie Sơ đồ thực tế Sơ đồ hệ thống đánh lửa CDI điều khiển vít có mạch chống rung BOSCH: Sơ đồ sử dụng xe Porche, Alfa-Romeo, Mazerati (hình 5-51) Với mục đích tăng lượng đánh lửa (CU2/2), hệ thống đánh lửa điện dung ôtô người ta trang bò đổi điện để tăng điện áp mạch sơ cấp từ 12 VDC lên 300 ÷ 400 VDC Khi bật công tắc máy, qua cầu phân R1, R2, điện R2 đưa đến cực B thông qua W2 làm T1 bắt đầu mở Dòng qua T1 tăng dần cảm ứng lên W2 sức điện động khiến T1 dẫn bảo hòa làm tăng nhanh dòng qua W1 Khi dòng qua W1 đạt giá trò bão hòa, tốc độ biến thiên dòng giảm cảm ứng lên W2 sức điện động có chiều ngược lại làm đóng T1 Sau trình tiếp tục lặp lại Sự thay đổi dòng qua W1 cảm ứng lên W3 sức điện động dạng sóng vuông có biên độ xấp xỉ 400 V nạp cho tụ C qua diode D2 Nguyên lý làm việc mạch đổi điện sau: Ở hệ thống đánh lửa vít, tốc độ cao thường xảy tượng rung vít làm giảm thời gian tích lũy lượng tđ Trên sơ đồ có mạch điện tử chống rung vít hiệu R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 W1 W2 W4 W3 W5 T1 T2 T3 71 Trang : 71 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động D1 D2 C C2 SCR Vít Đến chia điện Hình 5-51: Sơ đồ hệ thống đánh lửa CDI điều khiển vít có mạch chống rung BOSCH Khi vít đóng, dòng qua R3 → R4 làm T2 mở Dòng cực góp T2 qua R5 nạp tụ C2 qua R6 phân cực nghòch cực B-E T3 làm đóng Khi vít mở, T2 đóng, tụ C2 phóng điện qua R6 R5 phân cực thuận cực BE T3 làm T3 dẫn Lúc đó, tụ C2 phóng điện qua T3 R7, R8 kích cho SCR mở tụ C phóng điện qua cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp bobine xuất sức điện động cao Nếu xảy tượng rung vít, tức lặp lại trình mở vít rung lò xo vít búa, T3 mở thời gian ngắn hiệu điện tụ C2 thời điểm không kòp đạt giá trò phóng điện qua R7, R8 SCR đóng tụ C không xả Sơ đồ hệ thống đánh lửa CDI không vít có đảo điện sử dụng transistor 72 Trang : 72 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Hình 5-52 trình bày sơ đồ hệ thống đánh lửa điện dung có đảo điện sử dụng hai transistor Nguyên lý làm việc hệ thống sau: Khi bật công tắc máy, dòng điện cung cấp đến cuộn sau: (+) → w1 → w2 → R1 → R2 → mass w2 → w4 → R3 → R4 → mass W3 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 R2 R1 R4 R3 R5 SCR C IG/SW W1 W2 W4 W5 + + W6 W7 K_ cuộn cảm biến 300V DC 73 Trang : 73 U OE1 [ R1 ( RZ + R2 ) + R2 RZ ] + RE1 (1 + B1 ) Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động + [(U D1 + U D )(1 + B1 ) RE1 − B1 R3U OE1 ] A R1 R2 R C = ( R1 + R2 )U OZ − D = R1 RE1 (1 + B1 ) A B1 R3 R  RZ R    R A = ( R1 + R2 )  + R + RZ  + R1 R2  + 1  RE1 (1 + B1 )   RE1 (1 + B1 )  Hình 5-52: Sơ đồ hệ thống đánh lửa CDI không vít có đảo điện sử dụng transistor Lúc đầu transistor T1 T2 chớm mở sai số chế tạo nên có transistor mở trước (giả sử T1 mở trước) Lúc dòng điện qua W1 tăng nhanh, cảm ứng lên cuộn W3 sức điện động có chiều hình vẽ, đồng thời cảm ứng lên cuộn W4 sức điện động có chiều ngược lại (do cuộn dây W3 W4 quấn ngược chiều nhau) làm transistor T2 đóng hòan toàn Khi transistor T1 dẫn bảo hòa, tốc độ biến thiên dòng điện qua giảm, làm sức điện động cuộn W3 đổi chiều, sức điện động cuộn W4 có chiều ngược lại làm T2 dẫn nhanh khiến T1 đóng nhanh Quá trình tiếp diễn biến thiên dòng điện hai cuộn W1 W2 cảm ứng lên cuộn thứ cấp W5 đảo điện điện áp xoay chiều khoảng 300 V chỉnh lưu thành dòng chiều cung cấp cho tụ Quá trình đánh lửa hệ thống hoạt động tương tự trình bày sơ đồ hình 5-46 Ưu nhược điểm hệ thống đánh lửa điện dung Qua trình phân tích hoạt động đặc tính đặc trưng hệ thống đánh lửa điện dung, ta thấy hệ thống có ưu điểm sau: Đặc tính hệ thống đánh lửa gần không phụ thuộc vào số vòng quay động thời gian nạp điện ngắn tụ điện thiết kế cho số vòng quay cao nhất, tụ điện nạp đầy hai lần đánh lửa Hiệu điện thứ cấp cao, tăng trưởng nhanh nên tăng độ nhạy đánh lửa, không phụ thuộc vào điện trở rò bougie Tuy nhiên, thời gian xuất tia lửa bougie ngắn (0,3 ÷ 0,4 ms) nên điều kiện đònh hòa khí buồng đốt tia lửa không đốt cháy hòa khí Vì vậy, hệ thống đánh lửa CDI phải sử dụng bougie với khe hở điện cực lớn để tăng diện tích tiếp xúc tia lửa nên bougie mau mòn 74 Trang : 74 [...]... chia điện 16 Trang : 16 Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên ôtô hiện đại - Hệ thống điện động cơ Điện trở phụ Công tắc chính Bougie Hình 5-9 : Sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống đánh lửa 5.3.2 Sơ đồ mạch điện cơ bản Hình 5-1 0 : Sơ đồ mạch điện cơ bản của hệ thống đánh lửa bán dẫn 5.4 Hệ thống đánh lửa thường (hệ thống CI-Conventional Ignition) 5.4.1 Sơ đồ và cấu tạo phần tử Sơ đồ chung của hệ thống. .. đích hoàn thiện sự hoạt động của động cơ Ngày nay, hệ thống đánh lửa cao áp được trang bò trên động cơ ôtô có rất nhiều loại khác 15 Trang : 15 Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên ôtô hiện đại - Hệ thống điện động cơ 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: Phân loại theo phương pháp tích lũy năng lượng: - Hệ thống đánh... CI 17 Trang : 17 Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên ôtô hiện đại - Hệ thống điện động cơ Những thiết bò chủ yếu của HTĐL này là biến áp đánh lửa (bobine), điện trở phụ, bộ chia điện, bougie đánh lửa, khoá điện và nguồn điện một chiều (accu hoặc máy phát) Sơ đồ của hệ thống đánh lửa này trình bày trên hình dưới đây: Hình 5-1 1 : Sơ đồ hệ thống đánh lửa CI Cấu tạo phần tử * Biến áp đánh lửa ( bobine... trình hệ thống điện và điện tử trên ôtô hiện đại - Hệ thống điện động cơ 2 R 1 > > Σ L1C e 4 L1 Vì f ≈ Nên ( 1 2 2Π L1 C1 + K bb C 2 ) ( 5-1 6) Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp: S = du 2 ∆U 2 ≈ dt ∆t ( 5-1 7) Chọn ∆U2 = Udt: Hiệu điện thế cần thiết để tạo ra tia lửa trên bougie (hình 523) U U dl = K dl Kdt: Hệ số dự trữ của hiệu điện thế thứ cấp trên hệ thống đánh lửa Để đảm bảo cho hệ thống. .. của hệ thống đánh lửa W2 C1 W1 Kkđ Kđiện Accu 2 1 KK’ 26 Trang : 26 Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên ôtô hiện đại - Hệ thống điện động cơ Rf 5 4 + Cam 1 của bộ chia điện quay nhờ truyền động từ trục cam của động cơ và làm nhiệm vụ mở tiếp điểm KK’, cũng có nghóa là ngắt dòng điện sơ cấp của biến áp đánh lửa 3 Khi đó từ trường do dòng điện sơ cấp gây nên sẽ mất đi đột ngột, làm cảm ứng ra sức điện. .. η C1 + K bb2 C 2 ( 5-9 ) η: Hệ số tính đến sự mất mát trong mạch dao động, η = 0,7 ÷ 0,8 12 Trang : 12 Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên ôtô hiện đại - Hệ thống điện động cơ 1 Ing U R I t U 2m U đl U2m t Hình 5-7 : Qui luật biến đổi của dòng điện sơ cấp i1 và hiệu điện thế thứ cấp U2m Qui luật biến đổi dòng điện sơ cấp i1 và hiệu điện thế thứ cấp U2m được biểu diễn trên hình 5-7 Khi transistor công... thông qua điện dung tương đương Ce = C1 + K2bbC2 Trong đó: C1: Điện dung của tụ điện mắc song song với transistor công suất Kbb: hệ số biến áp của bobinee Khi đó, sơ đồ thay thế tính toán hệ thống đánh lửa tại thời điểm transistor công suất đóng sẽ có dạng được trình bày như hình 5-2 3 Ce R∑ L1 i1 33 Trang : 33 Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên ôtô hiện đại - Hệ thống điện động cơ Hình 5-2 3: Sơ... những xung điện có hiệu điện thế thấp (6, 12 hoặc 24V) thành các xung điện có hiệu điện thế cao (12,000 ÷ 40,000V) để phục vụ cho vấn đề đánh lửa trong ôtô 1 – Lỗ cắm dây cao áp 2 – Lò xo nối 3 – Cuộn giấy cách điện 4 – Lõi thép từ 5 – Sứ cách điện 6 – Nắp cách điện 7 – Vỏ 8 – Ống thép từ 9 – Cuộn sơ cấp 18 Trang : 18 Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên ôtô hiện đại - Hệ thống điện động cơ 10... được qui ước bởi điện dung ký sinh C2 Tia lửa điện dung được đặc trưng bởi sự sụt áp và tăng dòng đột ngột Dòng có thể đạt vài chục Amper (hình 5-8 ) 13 Trang : 13 Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên ôtô hiện đại - Hệ thống điện động cơ U2m (KV) 20 12 U2m l 1 Iđc l 2, A 300 Iđl t a t b a Thời gian tia lửa điện dung b Thời gian tia lửa điện cảm Hình 5-8 : Qui luật biến đổi hiệu điện thế thứ cấp U2m... tạo của hệ thống đánh lửa bán dẫn loại dùng cảm biến điện từ được trình bày trên hình 5.17 Trong sơ đồ này, một cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên (pick-up coil) đựơc lắp trong bộ chia điện Cảm biến này sẽ điều khiển trạng thái đóng mở của transistor công suất qua mạch khuyếch đại trong IC đánh lửa (igniter) 27 Trang : 27 Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên ôtô hiện đại - Hệ thống điện động ... - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến biến quang - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến từ trở … - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến cộng hưởng Phân loại theo phân bố điện cao áp: - Hệ thống đánh. .. Igniter tạo tia lửa mạch thứ cấp vào thời điểm đánh lửa Hệ thống đánh lửa điều khiển kỹ thuật số trình bày chương sau 5.5.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển Hệ thống đánh lửa bán dẫn có... transistor - Hệ thống đánh lửa bán dẫn vít: transistor công suất điều khiển cảm biến đánh lửa Hệ thống đánh lửa điều khiển kỹ thuật số: 39 Trang : 39 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống