Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

Công dụng của hệ thống đánh lửa Hệ thống đánh lửa HTĐL trên ôtô có nhiệm vụ biến dòng một chiều thế hiệuthấp 6, 12 hay 24 [V] hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp trong HTĐLbằng M

LỜI NÓI ĐẦUĐối với sinh viên các khối ngành kỹ thuật, sau khi học xong học phần lý thuyếtsinh viên sẽ bắt đầu vào việc thực hiện đồ án môn học, đối với đồ án “Thiết kế hệthống điện tử ô tô” cũng vậy.

Đồ án thiết kế hệ thống điện tử ô tô là một trong những đồ án quan trọng, khôngthể thiếu trong chương trình đào tạo kỹ sư chuyên ngành động lực Ở đồ án này sinhviên phải vận dụng những kiến thức đã học ở các môn như: Vật lý đại cương, Kỹthuật điện, Trang bị điện và điện tử động cơ đốt trong,… để giải quyết một vấn đềthực tế Trong đồ án này em được giao nhiệm vụ “Tính toán thiết kế hệ thống đánhlửa” Đây là một công việc bổ ích, nó giúp em cũng cố lại những kiến thức lý thuyết

đã học và đồng thời tạo điều kiện để em tiếp xúc với những hệ thống thực tế Quađây giúp em trao dồi khả năng tính toán và thiết kế một hệ thống liên quan đến cơkhí động lực, phục vụ cho công việc sau này

Qua đây em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo TS Phạm Quốc Thái và các thầytrong Khoa Cơ khí Giao thông đã giúp em hoàn thành đồ án này Trong quá trìnhhoàn thiện đồ án do kinh nghiệm chưa nhiều và sự tiếp xúc thực tế còn hạn chế, do

đó thiếu sót là không thể tránh khỏi Em rất mong nhận được sự chỉ bảo thêm từ cácthầy để đồ án này được tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2017

Sinh viên thực hiện

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ

1.1 Công dụng và yêu cầu của hệ thống đánh lửa

1.1.1 Công dụng của hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa (HTĐL) trên ôtô có nhiệm vụ biến dòng một chiều thế hiệuthấp (6, 12 hay 24 [V]) hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp (trong HTĐLbằng Manhêtô và Vô lăng manhêtic) thành xung điện cao thế (12000 ÷ 24000 [V])

đủ để tạo ra tia lửa điện (phóng qua khe hở bugi) đốt cháy hỗn hợp làm việc trongcác xy lanh của động cơ vào thời điểm thích hợp, tương ứng với trình tự xy lanh vàchế độ làm việc của động cơ

1.1.2 Yêu cầu của hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa phải đáp ứng các yêu cầu chính sau:

- Phải đảm bảo tạo ra điện áp đủ lớn để tạo ra tia lửa điện phóng qua khe hởgiữa các điện cực của bugi Theo [1] điện áp đánh lửa phải đạt khoảng (12000 ÷

24000 [V])

- Tia lửa điện phải có năng lượng đủ lớn để đốt cháy được hỗn hợp làm việctrong mọi điều kiện làm việc của động cơ Theo [1] khi động cơ làm việc bìnhthường, để châm lửa hỗn hợp cháy tia lửa điện cần có một năng lượng khoảng0,003[J] là đủ

- Thời điểm đánh lửa phải tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lý nhất ở mọi chế

độ làm việc của động cơ Theo [1] giá trị góc đánh lửa sớm tối ưu dao động trongkhoảng 20 ÷ 50 (theo góc quay trục khuỷu) ở số vòng quay và tải trọng định mức.Với các động cơ hiện đại, hệ thống đánh lửa phải có khả năng tự động điều chỉnhgóc đánh lửa sớm để đạt được góc đánh lửa sớm hợp lý nhất, theo chương trình đãđược nạp sẵn trong bộ nhớ của ECU (Electronic Control Unit) theo mọi chế độ làmviệc của động cơ

- Độ tin cậy của hệ thống đánh lửa phải tương ứng với độ tin cậy làm việc củađộng cơ

- Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ

1.2 Phân loại hệ thống đánh lửa

- Theo đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc, hệ thống đánh lửa được chiathành các loại sau:

+ Hệ thống đánh lửa thường hay hệ thống đánh lửa kiểu cơ khí: đây là loại hệthống đánh lửa thông dụng, được dùng trên hầu hết các ô tô thời gian trước đây, vìthế nó còn được gọi là hệ thống đánh lửa cổ điển

+ Hệ thống đánh lửa bằng Manhêtô hoặc Vôlăng manhêtíc: đây là loại hệ thốngđánh lửa cao áp độc lập, không cần đến ắc quy và máy phát Do đó, hệ thống đánhlửa này có độ tin cậy cao và được dùng trên các xe cao tốc và một số máy côngtrình trên vùng núi

+ Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm: là hệ thống đánh lửa bán dẫn kết hợp

cơ khí, hệ thống đánh lửa loại này vẫn còn dùng trên một số xe hiện nay

+ Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm: là hệ thống đánh lửa bán dẫn vớithời điểm đánh lửa được điều khiển bằng tín hiệu nhận từ các cảm biến có liên hệ

cơ khí với trục khuỷu

- Theo loại cảm biến đánh lửa, hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm đượcchia thành các loại sau:

+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ Theo loại cảm biến điện từ sửdụng hệ thống đánh lửa này được chia thành hai loại là: loại nam châm đứng yên vàloại nam châm quay

+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang

+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall

- Theo dạng năng lượng được tích lũy trước khi đánh lửa, hệ thống đánh lửađược chia ra hai loại sau:

+ Hệ thống đánh lửa điện cảm: bao gồm các hệ thống đánh lửa thường, đánhlửa bán dẫn dùng transistor và hệ thống đánh lửa Manhêtô Ở loại này, năng lượngđánh lửa được tích lũy trong từ trường của biến áp đặc biệt gọi là biến áp đánh lửa.+ Hệ thống đánh lửa điện dung: loại này là loại hệ thống đánh lửa mới vềnguyên lý và có rất nhiều ưu điểm, nên hiện nay được sử dụng nhiều trên các ôtô,

xe máy hiện đại Ở loại này năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong từtrường của một tụ điện gọi là tụ tích.

- Theo phương pháp phân bố điện cao áp, hệ thống đánh lửa được chia thànhhai loại sau:

+ Hệ thống đánh lửa gián tiếp (có bộ chia điện)

+ Hệ thống đánh lửa trực tiếp (không có bộ chia điện) Theo số lượng bôbin bốtrí cho các xy lanh, hệ thống đánh lửa này được chia thành hai loại là: loại sử dụngbôbin đôi và loại sử dụng bôbin đơn

1.3 Sơ đồ, cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại hệ thống đánh lửa

1.3.1 Hệ thống đánh lửa thường

a Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa thường

1 2

K'

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa thường

1 Trục cam; 2 Cần tiếp điểm; 3 Biếp áp đánh lửa;

4 Bộ chia điện; 5 Bugi.

b Cấu tạo của hệ thống đánh lửa thường

Trên hình 1.1 là sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa thường Những thiết bị chủyếu của hệ thống đánh lửa này là: (1) cam của bộ chia điện được dẫn động quay từtrục phân phối, làm nhiệm vụ nâng hạ cần (2) để đóng mở tiếp điểm KK’ (tức là nối

ngắt mạch sơ cấp của biến áp đánh lửa) Nguồn điện một chiều (từ ắc quy hoặc máyphát) cung cấp đến biến áp đánh lửa (3), nhờ biến áp đánh lửa để tạo ra dòng điệncao áp, thông qua bộ chia điện (4) cung cấp đến các bugi đánh lửa (5).

Biến áp đánh lửa có hai cuộn dây: cuộn sơ cấp W1 có khoảng (250 ÷ 400[vòng]), cuộn thứ cấp W2 có khoảng (19000 ÷ 26000 [vòng])

c Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa thường

Khi KK’ đóng: trong mạch sơ cấp xuất hiện dòng điện sơ cấp i1 Dòng này tạonên một từ trường khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa.Khi KK’ mở: mạch sơ cấp bị ngắt, dòng i1 và từ trường do nó tạo nên mất đi.

Do đó, trong cả hai cuộn dây sẽ xuất hiện các suất điện động tự cảm, tỷ lệ thuận vớitốc độ biến thiên từ thông Bởi vì cuộn W2 có số vòng dây lớn nên suất điện độngcảm ứng sinh ra trong nó cũng lớn, đạt giá trị khoảng (12000 ÷ 24000 [V]) Điện ápcao này truyền từ cuộn thứ cấp qua rotor của bộ chia điện (4) và các dây dẫn cao ápđến các bugi đánh lửa (5) theo thứ tự nổ của động cơ Khi thế hiệu thứ cấp đạt giátrị Uđl thì sẽ xuất hiện tia lửa điện phóng qua khe hở bugi đốt cháy hỗn hợp làm việctrong xy lanh

Vào thời điểm tiếp điểm mở, trong cuộn W1 cũng xuất hiện một suất điện động

tự cảm khoảng (200 ÷ 300 [V]) Nếu như không có tụ điện C1 mắc song song vớitiếp điểm KK’ thì suất điện động này sẽ gây ra tia lửa mạnh phóng qua tiếp điểm,làm cháy rỗ các má vít, đồng thời làm cho dòng sơ cấp và từ trường của nó mất đichậm hơn và vì thế, thế hiệu thứ cấp cũng sẽ không lớn

- Tiếp điểm có khối lượng nên hệ thống đánh lửa có độ nhạy không cao

1.3.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm

a Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm

1 Ắc quy; 2 Tiếp điểm (cặp má vít); 3 Biếp áp đánh lửa;

4 Điện trở phụ; 5 Khoá điện; 6 Transistor.

b Cấu tạo của hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm

Cấu tạo của hệ thống đánh lửa này cũng tương tự như kiểu hệ thống đánh lửathường Nhưng hệ thống đánh lửa này không có tụ điện C1 mà có transistor (6).Dòng sơ cấp là dòng IE còn dòng qua tiếp điểm KK’ là dòng cực gốc IB << IE

c Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm

Khi KK' đóng: cực gốc B của transistor được nối với cực âm của nguồn nên UEB

> 0 làm xuất hiện dòng IB và transistor (6) mở cho dòng I1 đi qua

Khi KK' mở: dòng IB bị ngắt nên transistor đóng và ngắt đột ngột dòng I1 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 ÷ 400 [V]) hoặc lớn hơn Bởi vậy khôngthể lấy biến áp đánh lửa tiêu chuẩn (dùng cho hệ thống đánh lửa thường) sang dùngcho hệ thống đánh lửa bán dẫn, vì transistor không chịu được điện áp cao như vậy

mà phải dùng biến áp riêng có Kba lớn hơn để giảm E1 xuống nhỏ hơn 100 [V]

* Ưu điểm

- Giảm được dòng điện qua tiếp điểm nên làm tăng tuổi thọ của tiếp điểm và độtin cậy của hệ thống đánh lửa

- Tiếp điểm ít bị mòn nên thời điểm đánh lửa chính xác hơn.

1.3.3 Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm

a Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm

1 Ắc quy; 2 Bộ phát lệnh; 3 Biến áp đánh lửa;

4 Công tắc khởi động; 5 Biến áp xung.

b Cấu tạo của hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm

Bộ ắc quy (1); Bộ cảm biến (phát lệnh) (2) lắp trong bộ chia điện; Biến áp đánhlửa (3); Bộ cắt nối bán dẫn I và hộp điện trở phụ II; Bộ chia điện (không thể hiệntrên hình vẽ); Transistor T3 (T3 đóng tích cực nhờ nửa chu kỳ điện áp dương của bộphát lệnh); Transistor T2 đóng tích cực nhờ Đ2 và R1 (mạch hồi tiếp); Transistor T1đóng 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 củaT1 đến cực gốc của T3

c Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm

Lúc đầu khi khoá điện Kđ đóng: bộ phát lệnh chưa quay, cực gốc B của T3 nối

với cực (+) của nguồn qua R4 và cuộn dây của bộ phát lệnh nên T3 đóng, điện trởcủa T3 (RT3) lúc này rất lớn nên cực gốc B của T2 được nối với cực (-) qua R5, làm T2

mở Do T2 mở nên có dòng qua biến áp xung từ (+) đến Đ2 đến W2' đến W1' đến EK(T2) đến Rf1 đến Rf2 đến (-) Dòng qua biến áp xung tạo điện áp điều khiển tại cựcgốc B của T1 làm T1 mở và cho dòng đi qua cuộn sơ cấp W1 của biến áp đánh lửa.Khi bộ phát lệnh quay, ở nửa chu kỳ (-) của điện áp do nó phát ra thì cực gốc Bcủa T3 có điện áp (-) nên T3 mở T3 mở thì RT3 giảm nhỏ nên cực gốc B của T2 coinhư 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 động tự cảm E2 rất lớn truyền qua bộ chia điện đếncác bugi để tạo tia lửa điện

Khi khởi động hoặc khi số vòng quay thấp, xung tín hiệu còn yếu thì khi T1 mở, tụC2 được nạp, làm cho thế cực gốc B của T3 âm nên T3 mở T3 mở làm T2 và T1 đóngnên cắt dòng I1 để tạo tia lửa điện ở bugi Sau đó T1 và T2 lại mở, tụ lại được nạplàm T3 mở còn T1 và T2 đóng Quá trình cứ lặp lại theo một chu kỳ nhất định, tạonên hàng loạt tia lửa điện ở bugi hỗ trợ cho khởi động động cơ

* Ưu điểm

- Không còn tiếp điểm nên loại bỏ được hoàn toàn hiện tượng mòn tiếp điểm

- Tăng được độ nhạy của hệ thống đánh lửa

- Thời điểm đánh lửa được điều khiển chính xác hơn

* Nhược điểm

- Cấu tạo và yêu cầu khắt khe do hệ thống sử dụng nhiều linh kiện điện tử

- Giá thành cao hơn các loại trên

1.3.4 Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ

1.3.4.1 Loại nam châm đứng yên

a Sơ đồ hệ HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ

loại nam châm đứng yên

1 Ắc quy; 2 Khóa điện; 3 Dây cao áp tới bộ chia điện; 4 Bôbin;

5 Cuộn dây cảm biến.

b Cấu tạo của HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên

Bộ ắc quy (1); Bộ cảm biến (5) lắp trong bộ chia điện; Biến áp đánh lửa (4); Bộchia điện (không thể hiện trên hình vẽ); Dây cao áp tới bộ chia điện (3); TransistorT1 (T1 đóng tích cực nhờ nửa chu kỳ điện áp dương của bộ cảm biến); Transistor T2đóng tích cực nhờ R3 (mạch hồi tiếp); Transistor T3 đóng tích cực nhờ R5 (mạch hồitiếp)

c Nguyên lý làm việc của HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên

Khi cuộn dây cảm biến không có tín hiệu điện áp hoặc điện áp âm, transistor T1ngắt nên T2 ngắt, T3 dẫn cho dòng qua cuộn sơ cấp về mass

Khi răng của rotor cảm biến tiến lại gần cựa của cuộn dây cảm biến, trên cuộndây sẽ xuất hiện một sức điện động xoay chiều, nửa bán kỳ dương cùng với điện áp

đệm trên điện trở R2 sẽ kích cho transistor T1 dẫn, T2 dẫn theo và T3 sẽ ngắt Dòngqua cuộn sơ cấp ở bôbin bị ngắt đột ngột tạo nên một sức điện động cảm ứng lêncuộn thứ cấp (với điện áp cao) và sau đó được đưa đến bộ chia điện.

1.3.4.2 Loại nam châm quay

a Sơ đồ HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm quay

Hình 1.5 Sơ đồ HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm quay

1 Ắc quy; 2 Khóa điện; 3 Dây cao áp tới bộ chia điện; 4 Bôbin;

5 Cảm biến điện từ.

b Cấu tạo của HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm quay

Bộ ắc quy (1); Bộ cảm biến (5) lắp trong bộ chia điện; Biến áp đánh lửa (4); Bộchia điện (không thể hiện trên hình vẽ); Dây cao áp tới bộ chia điện (3); TransistorT1 (T1 đóng tích cực nhờ nửa chu kỳ điện áp dương của bộ cảm biến); Transistor T2đóng tích cực nhờ R1 (mạch hồi tiếp); Transistor T3 đóng tích cực nhờ R3 (mạch hồitiếp)

Transistor T4 có nhiệm vụ đóng ngắt dòng điện sơ cấp của bôbin Các transistorT1, T2, T3 có nhiệm vụ khuếch đại các xung của cảm biến đánh lửa, vì biên độ điện

áp của nó không đủ để điều khiển trực tiếp T4

c Nguyên lý làm việc của HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm quay

Khi bật công tắc máy và rotor của cảm biến không quay thì T1 khoá vì điện thế

ở hai cực E và cực B bằng nhau (Ueb = 0) Khi đó điện thế ở cực B của T2 cao hơnđiện thế ở cực E, tức là Ueb > 0, nên xuất hiện dòng điện điều khiển: (+) ắc quy →

KĐ → R → D5 → R6 → điểm a → D3 → cực gốc T2 → R3 → R9 → (-) ắc quy Dovậy T2 mở làm cho T3 mở, đồng thời xuất hiện dòng điện điều khiển T4 chạy quacực CE của T3 kích cho T4 mở Khi T4 dẫn, điện trở của nó rất nhỏ, do đó hầu nhưtoàn bộ dòng điện sơ cấp của bôbin sẽ qua T4 theo mạch: (+) ắc quy → KĐ → cuộn

sơ cấp bôbin → D6 → tiếp giáp phát - góp của T4 → (-) ắc quy Dòng điện sơ cấptạo nên từ thông trong lõi thép của bôbin

Khi rotor cảm biến quay, trong cuộn dây của nó phát ra những xung điện xoaychiều Nửa xung dương sẽ tạo nên dòng điện điều khiển transistor T1 như sau: từcuộn dây cảm biến → D1 → R7 → tiếp giáp E-B của T1 → (-) ắc quy và T1 mở KhiT1 mở, điểm a coi như được nối với (-) ắc quy vì độ sụt áp trên T1 lúc này khôngđáng kể Khi đó cực B của T2 được nối với điện thế âm qua D3 khiến T2 khoá, đồngthời T3, T4 cũng khoá theo nên dòng điện sơ cấp của bôbin bị triệt tiêu nhanh chóng,dẫn tới sự biến thiên từ thông và sinh ra sức điện động lớn (đến 30 [kV]) trong cuộndây thứ cấp của bôbin Xung điện cao áp này tạo nên tia lửa điện ở bugi để đốt cháyhỗn hợp nổ trong xy lanh động cơ

1.3.5 Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang

a Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang

Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang

1 Ắc quy; 2 Đĩa cảm biến; 3 Bôbin.

b Cấu tạo của hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang

Bộ ắc quy (1); Bộ cảm biến (2) lắp trong bộ chia điện; Biến áp đánh lửa (3); Bộchia điện (không thể hiện trên hình vẽ); Transistor T1 (T1 đóng tích cực nhờ nửa chu

kỳ điện áp dương của bộ cảm biến);

Transistor T5 có nhiệm vụ đóng ngắt dòng điện sơ cấp của bôbin Các transistorT1, T2, T3, T4 có nhiệm vụ khuếch đại các xung của cảm biến đánh lửa, vì biên độđiện áp của nó không đủ để điều khiển trực tiếp T5

c Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang

Khi đĩa cảm biến quay đến vị trí chắn dòng ánh sáng từ LED D1 sang phototransistor T1, làm T1 bị ngắt nên các transistor T2, T3, T4 ngắt theo, còn T5 dẫn chodòng điện qua cuộn sơ cấp sau đó đến mass Khi đĩa cảm biến quay đến vị trí chodòng ánh sáng đi qua, T1 dẫn làm cho T2, T3, T4 cũng dẫn theo, T5 lúc này ngắt, làmcho dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột Do dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột nên trên cuộn thứcấp xuất hiện một suất điện động cảm ứng với hiệu điện thế cao, dòng điện này qua

bộ chia điện, đến các bugi sinh ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hòa khí, theođúng thứ tự làm việc của các xy lanh

1.3.6 Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall

a Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall

Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall

1 Ắc quy; 2 Phần tử Hall; 3 Bôbin; 4 Đầu dây đến bộ chia điện.

b Cấu tạo của hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall

Bộ ắc quy (1); Bộ cảm biến (2) lắp trong bộ chia điện; Biến áp đánh lửa (3); Bộchia điện (không thể hiện trên hình vẽ); Đầu dây đến bộ chia điện (4); Transistor T1(T1 đóng tích cực nhờ nửa chu kỳ điện áp dương của bộ cảm biến); Transistor T2đóng tích cực nhờ R7 (mạch hồi tiếp); Transistor T3 đóng tích cực nhờ R8 (mạch hồitiếp)

Tụ điện C2 có tác dụng làm giảm sức điện động tự cảm trên cuộn sơ cấp W1 đặtvào mạch khi T2, T3 ngắt Trong trường hợp sức điện động tự cảm quá lớn do sútdây cao áp chẳng hạn, R5, R6, D4 sẽ khiến transistor T2, T3 mở trở lại để giảm xungđiện áp quá lớn có thể gây hư hỏng cho transistor Diode Zener D5 có tác dụng bảo

vệ transistor T3 khỏi bị quá áp vì điện áp tự cảm trên cuộn sơ cấp của bôbin

c Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall

Khi bật công tắc máy (IG/SW), mạch điện sau công tắc máy được tách làm hainhánh, một nhánh qua điện trở phụ Rf đến cuộn sơ cấp và cực C của transistor T3,một nhánh sẽ qua diode D1 cấp cho igniter và cảm biến Hall Nhờ R1, D2 điện ápcung cấp cho cảm biến Hall luôn ổn định Tụ điện C1 có tác dụng lọc nhiễu cho điện

áp đầu vào Diode D1 có nhiệm vụ bảo vệ IC Hall trong trường hợp mắc lộn cực ắc

quy, còn diode D3 có nhiệm vụ ổn áp khi hiệu điện thế nguồn cung cấp quá lớn nhưtrường hợp tiết chế của máy phát bị hư

Khi đầu dây tín hiệu của cảm biến Hall có điện áp ở mức cao, tức lúc cánh chắnbằng thép xen giữa khe hở trong cảm biến Hall, làm T1 dẫn Khi T1 dẫn, T2 và T3dẫn theo Lúc này dòng sơ cấp i1 qua W1, qua T3 về mass tăng dần Khi tín hiệu điện

từ cảm biến Hall ở mức thấp, tức là lúc cánh chắn bằng thép ra khỏi khe hở trongcảm biến Hall, transistor T1 ngắt làm T2, T3 ngắt theo Dòng sơ cấp i1 bị ngắt độtngột tạo nên một sức điện động ở cuộn thứ cấp W2 đưa đến các bugi

1.3.7 Hệ thống đánh lửa gián tiếp

a Sơ đồ hệ thống đánh lửa gián tiếp

G2

VTA3

4

Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống đánh lửa gián tiếp

1 Cảm biến vị trí trục khuỷu; 2 Cảm biến vị trí trục cam; 3 Cảm biến vị trí bướm ga; 4 Các cảm biến khác; 5 ECU; 6 Ắc quy; 7 Công tắc máy; 8 Bôbin;

9 IC đánh lửa; 10 Bộ chia điện; 11 Bugi đánh lửa.

b Cấu tạo của hệ thống đánh lửa gián tiếp

Hệ thống các cảm biến gồm: cảm biến vị trí trục khuỷu (1), cảm biến vị trí trụccam (2), cảm biến vị trí bướm ga (3) và các cảm biến khác; Bộ điều khiển trung tâm

ECU (5); Bộ ắc quy (6); Biến áp đánh lửa (8); IC đánh lửa (9); Bộ chia điện (10);Bugi đánh lửa (11)

c Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa gián tiếp

Hệ thống đánh lửa này là một trong số các kiểu hệ thống đánh lửa có góc đánhlửa được điều chỉnh theo một chương trình trong bộ nhớ của ECU (ElectronicControl Unit)

Khi bật công tắc máy thì sẽ có dòng điện sơ cấp chạy qua cuộn W1 của bôbin.Sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến như: cảm biến vị trí trục khuỷu NE, cảmbiến vị trí trục cam G, cảm biến vị trí bướm ga VTA,… ECU sẽ tính toán và phát ratín hiệu đánh lửa tối ưu (tín hiệu IGT) tới IC đánh lửa để điều khiển việc đánh lửa.Việc phân phối điện cao áp đến các bugi theo thứ tự làm việc của động cơ, thôngqua bộ chia điện Khi ECU nhận được tín hiệu phản hồi (tín hiệu IGF) thì quá trìnhđánh lửa xảy ra bình thường, còn nếu ECU không nhận được tín hiệu IGF tại mộtmáy nào đó thì chứng tỏ đã có vấn đề trong hệ thống đánh và ECU sẽ điều khiểnngừng cung cấp nhiên liệu tại máy đó ở chu trình tiếp theo

* Ưu điểm

- Góc đánh lửa sớm được điều chỉnh tối ưu ở mọi chế độ làm việc của động cơ

- Góc ngậm điện luôn được điều chỉnh theo tốc độ động cơ và hiệu điện thế ắcquy, đảm bảo hiệu điện thế thứ cấp và năng lượng đánh lửa thích hợp ở mọi thờiđiểm làm việc của động cơ

- Động cơ khởi động dễ dàng, chạy không tải êm, tiết kiệm được nhiên liệu vàgiảm độc hại cho khí thải

- Làm tăng công suất và hiệu suất của động cơ

- Có khả năng điều chỉnh góc đánh lửa sớm để chống kích nổ cho động cơ

- Ít hư hỏng, tuổi thọ cao và ít cần bảo dưỡng

- Chuẩn đoán hư hỏng nhanh chóng và chính xác

- Loại bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng như: bộ ly tâm, bộ chân không

* Nhược điểm

- Tổn thất nhiều năng lượng qua bộ chia điện và trên dây cao áp.

- Gây nhiễu xạ vô tuyến trên mạch thứ cấp

- Khi động cơ có tốc độ cao và số xy lanh lớn thì dễ xảy ra đánh lửa đồng thời ởhai dây cao áp kề nhau

- Bộ chia điện cũng là chi tiết dễ hư hỏng nên cần phải thường xuyên theo dõi

và bảo dưỡng

- Cấu tạo phức tạp, giá thành cao, yêu cầu làm việc khắc khe

- Yêu cầu kỹ thuật viên phải có trình độ chuyên môn cao trong bảo dưỡng vàsửa chữa

1.3.8 Hệ thống đánh lửa trực tiếp

1.3.8.1 Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi

a Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi

IGT2

8 6

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi

1 Cảm biến vị trí trục khuỷu; 2 Cảm biến vị trí trục cam; 3 Cảm biến vị trí bướm ga; 4 Các cảm biến khác; 5 ECU; 6 Bôbin; 7 IC đánh lửa; 8 Bugi đánh lửa.

b Cấu tạo của hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi

Hệ thống các cảm biến gồm: cảm biến vị trí trục khuỷu (1), cảm biến vị trí trụccam (2), cảm biến vị trí bướm ga (3) và các cảm biến khác; Bộ điều khiển trung tâmECU (5); Biến áp đánh lửa (6); IC đánh lửa (7); Bugi đánh lửa (8)

Trong hệ thống đánh lửa này, bôbin đôi phải được gắn vào các bugi của 2 xylanh song hành Trên hình 1.12 là hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi trênđộng cơ 4 xy lanh, có thứ tự nổ là: 1-3-4-2 Bôbin thứ nhất được nối với bugi máy

số 1 và 4, bôbin thứ hai nối với máy số 2 và 3

c Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi

Khi bật công tắc máy thì sẽ có dòng điện sơ cấp chạy qua cuộn W1 của bôbin.Sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến như: cảm biến vị trí trục khuỷu NE, cảmbiến vị trí trục cam G, cảm biến vị trí bướm ga VTA,… ECU sẽ tính toán và phát ratín hiệu đánh lửa tối ưu (tín hiệu IGT1 hoặc IGT2) tới IC đánh lửa để điều khiển việcđánh lửa Khi một IC ngắt thì quá trình đánh lửa sẽ xảy ra tại 2 xy lanh song hành.Tuy nhiên chỉ có 1 bugi đánh lửa, bởi vì 2 bugi này được gắn vào cặp xy lanh songhành nên khi 1 xy lanh ở cuối quá trình nén sẽ đánh lửa thì xy lanh còn lại sẽ là cuốiquá trình thải nên sẽ không xuất hiện tia lửa (vì sản phẩm đã bị đốt cháy nên chứaion tạo môi trường dẫn điện) Việc đánh lửa ở các cặp xy lanh song hành còn lạidiễn ra tương tự như cặp trên

* Ưu điểm

- Dây cao áp ngắn nên giảm được năng lượng mất mát, giảm được điện dung kísinh và giảm nhiễu xạ vô tuyến

- Không còn bộ chia điện nên không còn khe hở trên đường dẫn

- Bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu cách điện tốtnhư: chổi than, bộ chia điện

* Nhược điểm

- Vẫn còn tồn tại dây cao áp nên vẫn có tổn thất năng lượng trên dây cao áp

- Một bôbin được gắn với hai bugi nên làm tăng tần số làm việc của bôbin

- Cấu tạo phức tạp, giá thành cao, yêu cầu làm việc khắc khe

- Yêu cầu kỹ thuật viên phải có trình độ chuyên môn cao trong bảo dưỡng vàsửa chữa

1.3.8.2 Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đơn

a Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đơn

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đơn

1 Cảm biến vị trí trục khuỷu; 2 Cảm biến vị trí trục cam; 3 Cảm biến vị trí bướm ga; 4 Các cảm biến khác; 5 ECU; 6 Bôbin; 7 IC đánh lửa; 8 Bugi đánh lửa.

b Cấu tạo của hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đơn

Hệ thống các cảm biến gồm: cảm biến vị trí trục khuỷu (1), cảm biến vị trí trụccam (2), cảm biến vị trí bướm ga (3) và các cảm biến khác; Bộ điều khiển trung tâmECU (5); Biến áp đánh lửa (6); IC đánh lửa (7); Bugi đánh lửa (8)

Với hệ thống đánh lửa này mỗi bôbin dùng cho một bugi IC đánh lửa, bôbin vàbugi được tích hợp vào một kết cấu gọn nhẹ, không còn dây cao áp

c Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đơn

Khi bật công tắc máy thì sẽ có dòng điện sơ cấp chạy qua cuộn W1 của bôbin.Sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến như: cảm biến vị trí trục khuỷu NE, cảmbiến vị trí trục cam G, cảm biến vị trí bướm ga VTA,… ECU sẽ tính toán và phát ratín hiệu đánh lửa tối ưu (tín hiệu IGTi) tương ứng với xy lanh thứ i Khi tín hiệuIGTi được tạo ra thì transistor Ti sẽ bị ngắt lúc này dòng điện chạy trong cuộn sơcấp của bôbin ở máy thứ i bị mất đột ngột Do đó, sẽ tạo ra một suất điện động cao

áp ở cuộn dây thứ cấp gửi đến bugi tương ứng để đánh lửa

• Ưu điểm

Ngoài những ưu điểm như trong hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi,

hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đơn còn có một số ưu điểm sau:

- Mỗi bôbin dùng cho một bugi IC đánh lửa, bôbin và bugi được tích hợp vàomột kết cấu gọn nhẹ, không còn dây cao áp Điều này làm hạn chế rất nhiều nănglượng mất mát, tránh làm nhiễu sóng vô tuyến và làm giảm tần số hoạt động củabôbin

* Nhược điểm

- Cấu tạo phức tạp, giá thành cao, yêu cầu làm việc khắc khe

- Yêu cầu kỹ thuật viên phải có trình độ chuyên môn cao trong bảo dưỡng vàsửa chữa

1.4 Cơ sở lý thuyết đánh lửa

1.4.1 Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa

1.4.1.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U 2m

Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là hiệu điện thế ở hai đầu cuộn

dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi Hiệu điện thế cực đại U2m

phải lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi,

đặc biệt lúc khởi động

1.4.1.2 Hiệu điện thế đánh lửa U dl

Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa được xảy ra

được gọi là hiệu điện thế đánh lửa (Udl) Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm

phụ thuộc vào nhiều yếu tố, theo định luật Pashen

P: là áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa

δ: khe hở bugi

T: nhiệt độ ở điện cực trung tâm của bugi tại thời điệnđánh lửa

K: hằng số phụ vào thành phần của hỗn hợp hoà khí

Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu thế đánh lửa Udl tăng khoảng 20 ÷ 30%

do nhiệt độ hoà khí thấp và hoà khí không được hoà trộn tốt

Khi động cơ tăng tốc độ, Udl tăng nhưng sau đó Udl giảm từ từ do nhiệt

độ cực bugi tăng và áp suất nén giảm do quá trình nạp xấu đi

Hiệu điện thế đánh lửa có giá trị cực đại ở chế độ khởi động và tăng tốc,

có giá trị cực tiểu ở chế độ ổn định khi công suất cực đại.Trong quá trình

vận hành xe mới, sau 2.000 km đầu tiên, Udl tăng 20% do điện cực bằng

bugi bị mài mòn

Hình 1.11 Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa theo tốc độ và tải động cơ.

1 Toàn tải; 2 Nửa tải; 3.Tải nhỏ ; 4 Khởi động và cầm chừng.

Sau khi đó Udl tiếp tục tăng do khe hở bugi tăng Vì vậy để giảm Udl

phải hiệu chỉnh lại khe hở bugi sau mỗi 10.000 km

1.4.1.3 Hệ số dự trữ Kdt

Hệ số dự trữ là tỷ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m và hiệu

điện thế đánh lửa Udl:

2 d d

m l l

U K U

=

(1.4.2)Đối với hệ thống đánh lửa thường, do U2m thấp nên Kdt thường nhỏ

hơn 1,5 Trên những động cơ xăng hiện đại với với hệ thống đánh lửa điện

tử hệ số dự trữ có khả năng tăng cao (Kdt = 1,5 ÷ 1,8) đáp ứng được việc

tăng tỷ số nén, tăng số vòng quay và tăng khe hở bugi

1.4.1.4 Năng lượng dự trữ W dt

Năng lượng dữ trữ Wdt là năng lượng tích luỹ dưới dạng từ trường

trong cuộn dây sơ cấp của bobin Để đảm bảo tia ửla 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 bobin ở một giá trị xác định

2 1 d

.

2

ng l

L I

= = ÷

Trong đó:

Wdl: Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp

L1: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bobin

Ing: Cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm công suất ngắt

1.4.1.5 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S

S: tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

ΔU2: độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

Δt: Thời gian biến thiên của hiệu thế thứ cấp

Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế cấp S càng lớn thì tia lửa điện

xuất hiện tại điện cực bugi càng mạnh nhờ đó dòng không bị rò qua có

muội than trên cực bugi, năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm

1.4.1.6 Tần số và chu kỳ đánh lửa

Đối với động cơ 4 thì, số tia lửa xảy ra trong một giây được xác

định bởi công thức:

Z120

n

f =

Đối với động cơ 2 thì:

Z60

td : thời gian công suất dẫn

tm : thời gian công suất ngắt

Tần số đánh lửa f tỷ lệ thuận với quay trục khuỷu động cơ và số vòng

quay xylanh Khi tăng số vòng quay của động cơ và số xylanh, tần số đánh

lửa f tăng và do đó chu kỳ đánh lửa T giảm xuống Vì vậy, khi thiết kế cần

chú ý đến 2 thông số chu kỳ và tần số đánh lửa để đảm bảo ở số vòng quay

cao nhất của động cơ tia lửa vẫn mạnh

1.4.1.7 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 thành phần điện cảm Năng lượng của tia lửa được tính theo công

thức:

(

2 2 C

L

L i

)Trong đó:

WP: Năng lượng của tia lửa

WC: Năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện dung

WL: Năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện cảm

C2: Điện dung ký sinh của mạch thứ cấp của bugi (F).

Uđl : Hiệu điện thế đánh lửa

L2: Độ tự cảm của mạch thứ cấp (H)

i2: Cường độ dòng điện mạch thú cấp (A)

Tuỳ thuộc vào loại hệ thống đánh lửa mà tăng

năng lượng tia lửa có đủ

hai thành phần hoặc chỉ có một thành phần điện cảm

hoặc điện dung

Thời gian phóng điện giữa hai điện cực của bugi tuỳ

thuộc vào loại hệ

thống đánh lửa Tuy nhiên hệ thống đánh lửa phải

đảm bảo năng lượng tia

lửa đủ lớn và thời gian phóng điện đủ dài để đốt

cháy được hoà khí ở mọi

chế độ hoạt động của động cơ

1.4.2 Vấn đề đánh lửa sớm

1.4.2.1 Quá trình cháy của hòa khí

Quá trình cháy của hòa khí tính từ khi tia lửa xuất hiện ở bugi được chia thànhhai giai đoạn: giai đoạn cháy trể và giai đoạn cháy lan truyền ngọn lửa

• Giai đoạn cháy trễ

Sự bốc cháy của hổn hợp không khí –nhiên liệu

không phải xuất hiện ngay sau khi đánh lửa Thoạt đầu,

một khu vực nhỏ ở sát ngay tia lửa bắt đầu cháy, và quá

trình bắt cháy này lan sang khu vực xung quanh Quãnh

thời gian từ khi hổn hợp không khí –nhiên liệu được

đánh lữa cho đến khi nó bốc cháy được gọi là giai đoạn

cháy trễ (khoảng A đến B trong sơ đồ ) Giai đoạn cháy

trễ đó gần như không thay đổi và nó không bị ảnh

hưởng bởi điều kiện làm việc của động cơ

Hình 1.12.1 Giai đoạn cháy trễ

• Giai đoạn lan truyền ngọn lửa

Sau khi hạt nhân ngọn lửa hình thành , ngọn lửa nhanh chóng lan truyền ra xungquanh Tốc độ lan truyền này được gọi là tốc độ lan truyền ngọn lửa, và được gọi làthời kì la truyền ngọn lửa (B-C-D trong sơ đồ hình 1.12.2)

Khi có một lượng lớn không khí được nạp vào, hỗn hợp không khí nhiên liệu trởnên có mật độ cao hơn Vì thế, khoảng cách giữa các hạt trong hổn hợp không khí –nhiên liệu giảm xuống nhờ thế tốc độ lan truyền ngọn lửa tăng lên

Ngoài ra luồng hổn hợp không khí – nhiên liêu

xoáy lốc càng mạnh thì tốc độ lan truyền ngọn lửa

càng cao, cần phải xác định thời điểm đánh lửa sớm

Do đó cần phải điều khiển thời điểm đánh lửa theo điều kiện làm việc của động cơ

1.4.2.2 Góc đánh lửa sớm

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 thượng

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 vào rất

No : Chỉ số octan của xăng

Ở các đời xe cũ, góc đánh lửa sớm chỉ số được điều khiển theo hai

thông số: tốc độ và tải động cơ.Tuy nhiên, hệ số đánh lửa ở một số xe

Hình 1.12.2 Giai đoạn lan

truyền ngọn lửa

(Toyota, honda…),có trang bị thêm van nhiệt và sử dụng bộ phận đánh lửa

sớm theo hai chế độ nhiệt độ Trên các đời xe mới, góc đánh lửa sớm được

điều khiển bằng điện tử nên góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh theo thông

số nêu trên

Hình 1.13 Bản đồ góc đánh lửa sớm và góc ngậm điện

1.4.3 Các giai đoạn đánh lửa.

Trong động cơ xăng 4 kỳ , hòa khí sau khi được đưa vào trong xylanh và đượchòa trộn đều nhờ sự xoáy lốc của dòng khí ,sẽ được piston nén lại.Ở một thời điểmthích hợp cuối kì nén , hệ thống đánh lửa sẽ cấp một tia lửa điện cao thế đốt cháyhòa khí và sinh công cho động cơ Để tạo được tia lửa giữa hai điện cực của bugi,quá trình đánh lửa được chia làm 3 giai đoạn : quá trình tăng trưởng của dòng sơcấp hay còn gọi là quá trình tích lũy năng lượng ,quá trình ngắt dòng sơ cấp và quátrình xuất hiện tia lửa ở điện cực bugi

a Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp.

Trong sơ đồ hệ thống đánh lửa:

- R1 : điện trở của cuộn sơ cấp

- L1,L2 : độ tự cảm của cuộn sơ cấp và thứ cấp của bobbin

- T : transistor công suất được điều khiển nhờ tín hiệu từ ECU

Hình 1.14 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa

Hình 1.15 Sơ đồ tương đương của mạch sơ cấp hệ thống đánh lửa

Khi transistor công suất T dẫn, trong mạch sơ cấp sẽ có dòng điện từ (+) ắc quy

→R1→L1→T→mát Dòng i1 tăng từ từ do sức điện động tự cảm sinh ra trên cuộn

sơ cấp L1 chống lại sự tăng của cường độ dòng điện Ở giai đoạn này , mạch thứcấp của hệ thống đánh lửa không ảnh hưởng đến quá trình tăng dòng 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 mạch thứ cấp hở Vì vậy , ở giai đoạn này ta có sơ đồ tương đươngtrình bày trên hình 1.16 Trên sơ đồ, giá trị điện trở của ắc quy được bỏ qua , trongđó:

RΣ=R1

U=Ua - ∆UT

Ua : hiệu điện thế của ắc quy

∆UT : độ sụt áp trên transistor công suất ở trạng thái dẫn bảo hòa

Từ sơ đồ hình 1.16 ta có thể thiết lập được phương trình vi phân sau :

1

R t L

L R

từ cảm L1

Hình 1.16 Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp

Với bobin xe đời củ độ tự cảm lớn đường 1, tốc độ tăng trưởng dòng sơ cấpchậm hơn so với bobin xe đời mới với độ tự cảm nhỏ đường 2 Chính vì vậy tia lửa

sẽ càng yếu khi tốc độ càng cao Trên xe đời mới hiện tượng này được khắc phụcnhờ sự dụng bobin có L1 nhỏ

Đồ thị cho thấy độ từ cảm của cuộn sơ cấp càng lớn khi tốc độ tăng trưởng dòngi1 càng giảm

Gọi tđ là thời gian transistor công suất dẫn bão hòa thì cường độ dòng điện sơcấp Ing tại thời điểm đánh lửa khi transistor công suất ngắn là :

d / 1 (1 t )

= −

(1.4.9)Trong đó :

n : số vòng quay trục khuỷu động cơ ( vòng/phút)

Z : số xilanh của động cơ

d

γ

: thời gian tích lũy năng lượng tương đối

Trên các xe đời củ thời gian tích lũy năng lượng tương đối d

γ

=2/3 ,còn các xe đời mới nhờ cơ cấu hiệu chỉnh thời gian tích lũy năng lượng (góc ngấm điện ) nên

−

Σ

(1.4.10)

Từ công thức 1.4.10 ta thấy Ing phụ thuộc vào tổng trở của mạch sơ cấp (RΣ), độ

tự cảm của cuộn dây sơ câp (L1), số vòng quay trục khuỷu động cơ (nđc), và số

xilanh (Z) Nếu RΣ,L1,Z không đổi khi tăng số vòng quay trục khuỷu của động cơ,cường độ dòng điện Ing sẽ giảm.

b Quá trình ngắt dòng sơ cấp.

Khi transistor công suất ngắt , dòng điện sơ cấp và từ thong nó sinh ra giảm độtngột Trong cuộn thứ cấp của bobin sẽ sinh ra một hiệu điện thế khoảng 15÷40 kV Giá trị của suất điện động cao áp này có thể xác định từ phương trình cân bằng vàbiến đổi năng lượng trong hệ thống đánh lửa

Ta có suất điện động cao áp U2 (Tr 93,TLTK 2) :

' 1

2

2 1

2

W ( ) W

C1 : Điện dung của mạch sơ cấp (tụ điện )

C2 : Điện dung mạch thứ cấp

'

η

: Hệ số tính đến sự giảm U2 do tổn thất năng lượng dưới dạng nhiệt

trong cả hai mạch sơ cấp và thứ cấp (

Hình 1.17 Sự thay đổi dòng i 1 và U 2 khi hệ thống đánh lửa làm việc

Quá trình phóng điện của bugi:

Khi điện thứ cấp U2 đạt điến giá trị Udl , tia lửa điện cao thế sẽ suất hiện giữa haiđiện cực của bugi Bằng thí ghiệm người ta đã chứng được rằng tia lửa xuất hiện ởđiện cực bugi gồm hai thành phần : Thành phần điện dung và thành phần điện cảmThành phần điện dung xuất hiện trước vào đầu quá trình đánh phóng điện Đó là sựphóng tĩnh điện do điện trường tích lũy trong điện dung C của hệ thống đánh lửa ,tia lửa điện dug có màu xanh lam và rất chói do nhiệt độ của nó cao tới 10000

0C.Thời gian tồn tại của tia lửa này rất ngắn (<10-6 s) và điện lương dịch chuyểnkhông đáng kể Đặc trưng của phần tia lửa điện dung là có tiếng nổ lách tách , tần

số giao động lớn (106 107)Hz , nên gây nhiễu xạ vô tuyến mạnh

Tia lửa điện dung làm điện thế U2 giảm đột ngột chỉ còn khoảng 1500…2000V.Vì tia lửa xuất hiện trước khi U2 đạt giá trị cực đại ,nên phần tia lửa điệndung chỉ tiêu tốn một phần năng lượng của từ trường tích lũy trong biến áp đánh lửa

2

W( )W

Hình 1.18 Quy luật biến đổi hiệu điện thế U 2 và cường độ dòng điện thứ

cấp i 2 khi transitor công suất ngắt a-Thời gian tia lửa điện dung; b- Thời gian tia lửa điện cảm

Thành phần điện cảm là phần năng lượng còn lại được tiếp tục phóng qua khe

hở bugi hay còn gọi là đuôi lửa Do U2 đã giảm nhiều nên dòng phóng lúc nàycũng rất nhỏ , chỉ khoảng (80 100)mA Tia lửa điện cảm có màu tím nhạc vàng ,kéodài khoảng vài micro giây đến vài mili giây ,phụ thuộc vào năng lượng điện cảm

tích lũy trong mạch sơ cấp :

2 1

W

2

ng L

L I

=

Đuôi lửa có tacs dụng tốt khi khởi động động cơ nguội Vì khi khởi động nhiênliệu bốc hơi kém và khó cháy Nên khi nhiên liệu đã bén lửa của phần điện dung nó

sẽ bốc hơi và hòa trộn tiếp ,đuôi lửa sau đó sẽ đốt cho nhiên liệu cháy hết

Chương 2 CÁC BỘ PHẬN DÙNG TRONG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

• Hệ thống đánh lửa được yếu cầu thiết kế là hệ thống đánh lửa trực tiếp bobinđôi nên ta sẽ tiến hành tìm hiểu các bộ phận dùng trong hệ thống đánh lửatrực tiếp bobin đôi

• Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa theo chương trình sử dụng bôbin đôi chođộng cơ 4 xy lanh:

Hình 2.1- Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi

cho động cơ 4 xylanh

1 Cảm biến vị trí trục khuỷu; 2 Cảm biến vị trí trục cam; 3 Cảm biến vị trí bướm ga; 4 Các cảm biến khác; 5 ECU; 6 Bôbin; 7 IC đánh lửa; 8 Bugi đánh lửa.

2.1 Bugi đánh lửa

2.1.1 Điều kiện làm việc của bugi

Bugi là bộ phận tạo tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp làm việc trong xy lanh, khinhận được các xung điện cao thế từ bộ chia điện truyền đến

Bugi là chi tiết khá đơn giản song điều kiện làm việc lại đặc biệt khắc nghiệt.Khi làm việc nó chịu tác dụng của ba loại tải trọng là:

- Tải trọng cơ khí: do các xung áp suất của khí cháy sinh ra trong xy lanh (vớigiá trị có thể tới (5 ÷ 6 [MPa]), do rung xóc của bản thân động cơ gây ra

- Tải trọng nhiệt: sinh ra do sự thay đổi đột ngột nhiệt độ trong xy lanh: từ(40OC ÷ 60OC) trong kỳ hút, tới (500OC ÷ 700OC) trong kỳ xả và (1800OC ÷

2500OC) trong kỳ nổ

- Tải trọng điện: do các xung điện cao thế truyền đến trong thời điểm đánh lửa

2.1.2 Cấu tạo bugi

Hình 2.2 Kết cấu bugi IK20

1 Đầu nối; 2 Gân vỏ; 3 Điện cực giữa; 4 Sứ cách điện; 5,9 Chất làm kín dẫn điện;6 Đệm làm kín; 7 Vỏ bugi; 8 Điện trở; 10 Vòng làm kín; 11 Đệm đồng;

12 Lõi điện cực; 13 Phần ren vặn vào thân máy; 14 Điện cực trung tâm;

15 Điện cực bên.

2.1.3 Vật liệu bugi

Vật liệu các điện cực phải đảm bảo chịu được tác động hoá học của khí cháy vàkhông được han rỉ trong điều kiện nhiệt độ cao, nên: