hệ thống đánh lửa trên xe

Tóm lại, để bảo đảm đốt cháy nhiên liệu động cơ mộtcách tin cậy và đúng thời điểm, hệ thống đánh lửa cần thoảmãn các yêu cầu sau đây: - Phải tạo ra xung điện áp cao đủ lớn để bảo đảm sựp

Chơng 5

Hệ thống đánh lửa

5.1 Giới thiệu chung

5.1.1 Công dụng và yêu cầu đối với hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa là một bộ phận không thể thiếu đợccủa các động cơ đốt trong đốt cháy cỡng bức Nó biến điện ápthấp từ đầu cực máy phát hoặc ắcquy thành điện áp cao tạo

ra sự phóng điện ở các điện cực của nến điện vào các thời

điểm thích hợp để đốt cháy nhiên liệu động cơ

Phơng pháp đốt cháy hỗn hợp cháy trong buồng đốt của

động cơ xăng bằng tia lửa điện do hệ thống đánh lửa tạo ra có

u điểm là:

- Có thể khống chế và điều chỉnh chính xác thời điểm

đánh lửa

- Thời gian phóng điện ngắn

- Đốt cháy hỗn hợp một cách tin cậy

- Giá thành các phần tử của hệ thống đánh lửa không cao

- Trọng lợng và kích thớc không lớn

Quá trình phóng điện giữa các điện cực của nến điện

là quá trình phóng điện trong chất khí mà bản chất của nó là

sự ion hóa mạnh của chất khí do va chạm dới tác dụng của điệntrờng mạnh Đặc tính Vôn - Ampe (V - A) của quá trình phóng

điện trong chất khí đã đợc xét trong các giáo trình vật lý Đặctính có dạng hình 5-1

O a b

c

d

e f

Đoạn Oab tơng ứng với quá trình phóng điện đợc tạo ra do

sự chuyển động của các điện tích tự do tạo thành dới tác dụngcủa môi trờng ngoài (tia phóng xạ, tia tử ngoại….) ở giai đoạnnày, khi điện áp tăng thì dòng điện tăng không đáng kể và

đạt giá trị bão hoà, khi điện áp tiếp tục tăng thì tốc độchuyển động của các phần tử mang điện cũng tăng lên Đếnmột giá trị nào đó của điện áp (gọi là giá trị ban đầu Ubd) xảy

ra quá trình ion hóa do va chạm

Các ion và điện tử mới đợc tạo ra cũng chuyển động vớitốc độ lớn va chạm vào các phần tử trung hoà và ion hóa chúng.Quá trình ion hóa có tính chất dây chuyền và xảy ra rất mãnhliệt Do điện cực có cấu tạo dạng nhọn nên điện trờng giữa các

điện cực rất không đều, khi điện áp tiếp tục tăng lên ta quansát thấy hiện tợng phóng điện hình nấm Sự phóng điện cục

bộ đầu tiên xảy ra ở nơi có cờng độ điện trờng mạnh nhất saulan toả dần Đến một lúc nào đó lợng ion và điện tử trongkhoảng không giữa các điện cực tăng rất lớn (điểm c) bắt đầuquá trình phóng tia lửa điện giữa các điện cực Điện áp tơngứng với điểm c gọi là điện áp xuyên hay điện áp phóng Up Quátrình phóng tia lửa điện kèm theo tiếng nổ nhỏ do sự dãn nởcủa không khí, nhiệt độ tăng cao tới 6.0000C đến 10.0000C

Khi đã xảy ra phóng điện, điện trở khe hở không khígiảm rất nhiều và điện áp trên các điện cực giảm theo Sựphóng điện chuyển sang giai đoạn phóng điện toả sáng (đoạnde) Nếu nguồn điện có công suất lớn và điện trở nhỏ thì sựphóng điện toả sáng chuyển sang thành hồ quang (đoạn ef).Trong hệ thống đánh lửa do nguồn công suất nhỏ và điện trởlớn nên không quan sát thấy hồ quang

Đặc tính V - A và quá trình mô tả trên tơng ứng với quátrình tăng một cách từ từ điện áp trên 2 cực của nến điện

Trong thực tế điện áp đặt lên điện cực của nến là xungcao áp Dạng xung, độ rộng và độ dốc sờn trớc của xung có ảnhhởng rất lớn đến toàn bộ quá trình phóng điện Nếu đặt vào

điện cực của nến điện một xung điện áp có độ rộng nhất

định và có giá trị vợt quá điện áp phóng thì sự phóng điệncũng không xảy ra tức thời ngay khi đặt điện áp vào mà chậmsau một khoảng nào đó Đó là do từ khi bắt đầu sự ion hóa vachạm đến khi bắt đầu phóng tia lửa điện cần một thời giannhất định để diễn ra quá trình ion hóa mãnh liệt chất khí.Trên hình 5-2 chỉ ra 3 xung điện áp có độ rộng nh nhau vàbiên độ khác nhau Từ hình vẽ ta thấy độ dốc của sờn trớc củaxung càng lớn thì điện áp khi bắt đầu phóng càng lớn: UA > UB

> UC> U0 (điện áp phóng tĩnh) và thời gian giữ chậm khi phóngcàng giảm: tA< tB < tC Để đặc trng cho sự phụ thuộc trên ngời

ta dùng hệ số xung

0

pU

U

Hệ số xung là tỷ số giữa điện áp phóng khi có xung điện

áp và điện áp phóng tĩnh khi tăng điện áp một cách từ từ

Trong thực tế, khi nến điện nguội β = 1,4 ữ 1,5; khi nến

Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ phụ thuộc rấtnhiều vào thời điểm đánh lửa Trên hình 5-3 chỉ ra giản đồcông của động cơ khi thời điểm đánh lửa khác nhau Quátrình đánh lửa xảy ra ở cuối thời kỳ nén trớc điểm chết trên

để bảo đảm cho áp suất hỗn hợp khí sau khi pittông qua điểmchết trên sẽ có giá trị lớn nhất vì nhiên liệu không thể cháy hếttức thời khi có tia lửa mà phải sau một thời gian nhất định.Diện tích phần trên của giản đồ công biểu thị công hữu ích,diện tích phần dới biểu thị công tổn hao cho hút và xả Côngsuất của động cơ tỷ lệ với hiệu các diện tích này

Công suất cực đại của động cơ sẽ phát ra khi áp suất cực

đại trong xilanh đạt đợc ở thời điểm sau điểm chết trên 10

-150 ứng với góc quay của trục khuỷu Nếu đánh lửa sớm quá(hình 5-3a) thì quá trình cháy sẽ xảy ra gọn trong kỳ nén của

động cơ Pittông chịu một lực va đập mạnh ngợc chiều chuyển

động do áp suất khí cháy gây ra Diện tích của giản đồ công

sẽ giảm, công suất động cơ cũng giảm Dấu hiệu của hiện tợng

đánh lửa sớm là công suất của động cơ giảm, có tiếng gõ máy

ĐCD: điểm chết

d ới

Nếu đánh lửa muộn (hình 5-3b) thì quá trình cháy xảy

ra trong thời kỳ xả, nhiên liệu không cháy hết và còn có thểcháy rớt ở ống xả Trong trờng hợp này động cơ sẽ rất nóng vàcông suất giảm

Thời điểm đánh lửa đợc đặc trng bằng góc đánh lửasớm Góc đánh lửa sớm đợc tính bằng góc quay của trục khuỷu

động cơ kể từ khi bắt đầu xuất hiện tia lửa ở nến cho đếnkhi pittông đến điểm chết trên

Trên hình 5-4 trình bày đặc tính công suất và mức tiêuhao nhiên liệu riêng ge của động cơ phụ thuộc vào góc đánhlửa sớm Từ đồ thị ta thấy công suất cực đại và mức tiêu haonhiên liệu nhỏ nhất chỉ có thể có đợc ở một góc đánh lửa sớmhợp lý đối với từng loại động cơ và đợc xác định theo thời gianhỗn hợp nổ cháy hết và tốc độ cháy của hỗn hợp

Thời gian cháy của hỗn hợp phụ thuộc vào số vòng quaycủa trục khuỷu, tốc độ cháy phụ thuộc vào thành phần của hỗnhợp và tỷ số nén của dộng cơ

Ne

(mã lực)

Góc đánh lửa sớm (độ) 10

20 100 200 300 400 500 600 700 800 900

100 0 40

Hình 5-4 ảnh h ởng của thời điểm đánh lửa đến

công suất và tiêu hao nhiên liệu

Số vòng quay của trục khuỷu càng tăng thì trong cùng mộtkhoảng thời gian trục khuỷu quay đợc một góc lớn hơn Nếu tốc

độ cháy của nhiên liệu không đổi thì sự phụ thuộc hợp lý nhấtgiữa góc đánh lửa sớm và tốc độ quay trục khuỷu là sự phụthuộc tuyến tính Nhng thực tế do nhiệt độ và áp suất trongxilanh có tăng lên và do hiện tợng xoáy lốc nên khi tốc độ tăngtốc độ cháy của hỗn hợp tăng lên nhiều hơn và sự phụ thuộc trên

là phi tuyến (hình 5-5)

Tốc độ cháy xác định bởi thành phần của hỗn hợp nổ,

đặc trng bằng hệ số d lợng không khí  (với các hệ số d lợngkhông khí khác nhau thì tốc độ cháy khác nhau và góc đánhlửa sớm cũng thay đổi tơng ứng (hình 5-6a)

550 600 650 700

n (v/ph)

Hình 5-5 Sự phụ thuộc của tốc độ cháy hỗn hợp vào tốc

θ

(độ )

εb)

a)

Từ hình vẽ ta thấy tốc độ cháy đạt giá trị lớn nhất khi  =0,8  0,9 và góc đánh lửa hợp lý có giá trị nhỏ nhất Đối với hỗnhợp giàu ( = 0,7) hoặc nghèo ( > 1,15) góc đánh lửa sớm cầnphải tăng để bảo đảm sự cháy hợp lý.

Góc đánh lửa sớm phụ thuộc vào tỷ số nén khi tăng tỷ sốnén góc đánh lửa sớm phải giảm (hình 5-6b)

Tải của động cơ ảnh hởng lớn đến góc đánh lửa sớm Khi

mở bớm ga lớn, lợng hỗn hợp cháy sẽ vào trong xilanh nhiều Nhiệt

độ và áp suất trong khí nén tăng, tốc độ cháy cũng tăng góc

đánh lửa sớm phải giảm đi Hình 5-7 biểu diễn sự phụ thuộccủa góc đánh lửa sớm theo tải của động cơ các vòng quay khácnhau

Tóm lại, để bảo đảm đốt cháy nhiên liệu động cơ mộtcách tin cậy và đúng thời điểm, hệ thống đánh lửa cần thoảmãn các yêu cầu sau đây:

- Phải tạo ra xung điện áp cao đủ lớn để bảo đảm sựphóng điện qua khe hở giữa các điện cực của nến điện ở mọichế độ làm việc của động cơ kể cả chế độ khởi động

- Tia lửa điện phải có năng lợng đủ lớn để đốt cháy hỗnhợp khí trong mọi chế độ Năng lợng này khoảng 0,1J

- Bảo đảm khả năng hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa

t-ơng ứng với chế độ làm việc của động cơ và trị số ốctan củanhiên liệu

Hình 5-7 Sự phụ thuộc của góc đánh lửa sớm vào tải

động cơ.

10 20 30 40

n = 1800 v/ph

- Nhiễu vô tuyến do hệ thống đánh lửa tạo ra phải dới mứccho phép.

- Các phần tử của hệ thống đánh lửa cần phải làm việc tincậy thuận tiện trong sử dụng, trọng lợng kích thớc nhỏ

Ngoài ra ở các động cơ xăng hiện đại tỷ số nén đợc tăngcao, số vòng quay và số xilanh của trục khuỷu cũng tăng Yêucầu hệ thống đánh lửa phải có hệ số dự trữ điện áp:

1,2 1,8

U

UK

dl

2max

(5.2)

ở đây, Umax: hiệu thế thứ cấp lớn nhất của biến áp đánh lửa

Udl: điện áp cần để tạo nên tia lửa ở nến điện

5.1.2 Phân loại hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa thực chất là một thiết bị biến đổi:biến điện áp thấp thành các xung cao áp Ta có thể phân loạitheo các dấu hiệu sau đây:

 Theo tính chất của nguồn sơ cấp, chia hệ thống đánh lửathành 2 loại:

- Hệ thống đánh lửa dùng bình điện: nguồn nuôi sơ cấp

là bình điện

- Hệ thống đánh lửa dùng máy từ điện: nguồn nuôi là cácmáy phát từ điện Loại này sử dụng rộng rãi trên môtô xe máy,các động cơ xăng cỡ nhỏ

 Theo dạng của phần của phần tử chuyển mạch, chia hệ thống

5.2 hệ thống đánh lửa dùng bình điện

5.2.1 Sơ đồ nguyên lý và quá trình làm việc

Hệ thống đánh lửa dùng bình điện có nguồn nuôi sơ cấp

là bình điện Nó biến đổi điện áp một chiều của bình điện(12V hoặc 24V) thành các xung cao áp Sơ đồ hệ thống đánhlửa bằng bình điện chỉ ra trên hình 5-8 Các phần tử cơ bảncủa hệ thống là: nguồn điện, khoá điện, bộ chia điện và ngắt

điện, biến áp đánh lửa, nến điện

Nguyên lý làm việc tổng quát của hệ thống đánh lửa nhsau: Khi cam ngắt của bộ chia điện ở vị trí đóng dòng điện

đi vào cuộn sơ cấp của biến áp đánh lửa Khi cam ngắt của bộchia điện quay nhờ truyền động từ trục phối khí của động cơ

sẽ mở tiếp điểm KK’ trong mạch sơ cấp của biến áp đánh lửa.Dòng điện sơ cấp bị ngắt sẽ gây ra sự biến thiên đột ngộtcủa từ trờng trong cuộn dây của biến áp đánh lửa Trong cuộndây thứ cấp W2 của biến áp đánh lửa xuất hiện sức điện độngcảm ứng với giá trị rất lớn Sức điện động này qua con quaychia điện và dây dẫn cao áp đến các nến đánh lửa theo thứ

tự của động cơ Khi điện thế thứ cấp đạt giá trị đủ để phóng

điện thì giữa 2 điện cực của nếu đánh lửa sẽ xuất hiện tialửa điện đốt cháy hỗn hợp khí trong xilanh

Để xét chi tiết quá trình làm việc của hệ thống đánh lửa

ta chia quá trình làm 3 giai đoạn

2

38

- Giai đoạn 1: tiếp điểm đóng, dòng điện sơ cấp trongbiến áp đánh lửa tăng dần.

- Giai đoạn 2: tiếp điểm mở gây ra sự biến thiên từ trờngtrong biến áp đánh lửa

- Giai đoạn 3: phóng điện giữa các điện cực của nến

Sơ đồ mạch điện của hệ thống đánh lửa cho ở hình 5-9

Khi tiếp điểm đóng, dòng điện đi từ bình điện vàocuộn sơ cấp của biến áp đánh lửa tăng dần Theo định luậtKirkhốp 2 ta viết đợc phơng trình cân bằng điện áp cho mạchsơ cấp

0

dt

diLRi

1 1 1

GND GND GND GND GND

Tr C1

ng ng

tg: thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng

Sự biến thiên của dòng điện sơ cấp biểu diễn trên hình5-10

Ta thấy rằng dòng điện trong mạch sơ cấp biến thiên theoquy luật hàm số mũ tốc độ tăng của dòng sơ cấp phụ thuộc vàocác thông số (R1, L1) của mạch sơ cấp Giá trị dòng điện sơ cấp

ở thời điểm ngắt phụ thuộc vào thời gian tiếp điểm ở trạngthái đóng Thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng phụ thuộc vàonhiều thông số nh: tốc độ quay của trục khuỷu (nđc), số xilanhcủa động cơ (z)

Gọi

T

t

τ d

d  là thời gian đóng tơng đối của tiếp điểm

T = td + tm là tổng thời gian tiếp điểm đóng và mở

1

ng

d 1 1

điều chỉnh tiếp điểm Thông thờng d 0,63

b Giai đoạn 2

Ta xét các quá trình xảy ra trong mạch sơ cấp và thứ cấp.Khi tiếp điểm của bộ chia điện mở ra, dòng điện sơ cấp

và từ thông do nó sinh ra trong lõi thép của biến áp đánh lửagiảm đi nhanh chóng Trong cuộn thứ cấp W2 của biến áp đánhlửa sẽ xuất hiện sức điện động cảm ứng với giá trị rất lớn,khoảng từ 15 - 20kV Giá trị điện áp cao này phụ thuộc vào mộtloạt các thông số của mạch sơ cấp và thứ cấp

Để thiết lập đợc biểu thức xác định giá trị của cao áp bênmạch thứ cấp ta xét sự cân bằng năng lợng trong các phần tửcủa hệ thống đánh lửa

Hình 5-10 Quy luật biến thiên của dòng điện và điện áp

trong thời gian làm việc của hệ thống đánh lửa

Năng lợng điện từ tích luỹ trong từ trờng của cuộn sơ cấplúc tiếp điểm mở là:

2

.ILW

2 ng 1

e 

(5.7)

Khi cha xuất hiện tia lửa điện thì năng lợng này sẽ biếnthành năng lợng của điện trờng tích luỹ trong tụ điện C1 củamạch sơ cấp và tụ kí sinh C2 của mạch thứ cấp Một phần nhỏbiến thành nhiệt năng và mất đi Ta có phơng trình cân bằngnăng lợng sau:

A

2

UC2

UC2

I

2 2

2 1 1

2 1ng 1

WC

LI

U

2 2

2

1 1

1 1ng

Khi tiếp điểm bắt đầu đóng, do sự biến thiên của dòngsơ cấp nên trong cuộn sơ cấp có một sức điện động tự cảmnhỏ và bên thứ cấp cũng cảm ứng một sức điện động giá trịnhỏ Khi tiếp điểm mở do dòng điện sơ cấp giảm nhanh độtngột, trong mạch sơ cấp xuất hiện một sức điện động tự cảmlớn hơn (khoảng 200 - 300V) Sức điện động này đợc dập tắt

do tụ C1 mắc song song với tiếp điểm nhờ vậy không gây ratia lửa dữ dội ở tiếp điểm Tụ C1 cũng giúp cho i1 giảm nhanhlàm U2 có giá trị lớn

Quy luật biến thiên của điện áp thứ cấp U2 cho ở hình 10.

5-c Giai đoạn 3

Khi điện áp U2 đạt đợc giá trị Up đủ để phóng điện quakhe hở không khí giữa các điện cực nến đánh lửa thì ở đó sẽxuất hiện tia lửa điện Nhiều nghiên cứu thí nghiệm cho thấytia lửa có 2 phần rõ rệt: phần điện dung và phần điện cảm

Phần điện dung do năng lợng tích luỹ trong điện trờngcủa điện dung ký sinh C2 của mạch thứ cấp Tia lửa có màuxanh lơ, rất chói và xuất hiện trong khoảng thời gian 10-6s Tialửa này làm cho điện thế U2 giảm đột ngột, xung cờng độdòng điện của tia lửa đạt tới giá trị I2 = 300A và đặc trng bằngtiếng nổ tách tách Tần số dao động của mạch lớn (106 - 107Hz)nên nó gây nhiễu vô tuyến mạnh

Vì sự phóng điện xảy ra trớc khi điện áp thứ cấp U2 đạtgiá trị cực đại nên phần phóng điện có tính điện dung chỉtiêu tốn một phần năng lợng của từ trờng tích luỹ trong biến áp

đánh lửa Phần năng lợng còn lại tiếp tục tạo ra sự phóng điệnqua khe hở giữa các cực của nến dới dạng đuôi lửa Đây là phầnphóng điện điện cảm, tia lửa có màu tím vàng nhạt và cóxung cờng độ dòng điện 80  100mA Thời gian phóng điện

điện cảm kéo dài hơn phần điện dung 2 đến 3 lần Đuôi lửanày có tác dụng lớn khi khởi động động cơ nguội vì khởi động

động cơ nguội, nhiên liệu khó cháy hơn, đuôi lửa sẽ hỗ trợ choquá trình bén lửa và cháy hết Khi làm việc bình thờng, nhiênliệu bốc hơi tốt, hoà trộn đều với không khí nên cháy hết trongthời gian ngắn và quá trình cháy chủ yếu do năng lợng phần tialửa điện dung

5.2.2 Đặc tính của hệ thống đánh lửa tiếp điểm và các yếu tố ảnh hởng đến điện áp thứ cấp

a Đặc tính hệ thống đánh lửa

Đặc tính của hệ thống đánh lửa là sự phụ thuộc của điện

áp thứ cấp U2 vào tốc độ quay của trục khuỷu động cơ Đặctính của hệ thống đánh lửa xác định bằng phơng pháp thực

nghiệm Trên hình 5-11 biểu diễn đặc tính của hệ thống

đánh lửa đối với động cơ 4 và 6 xilanh

Từ biểu thức của dòng điện I1ng và điện áp thứ cấp U2 tathấy khi số vòng quay của trục khuỷu tăng thì thời gian tiếp

điểm ở trạng thái đóng giảm làm cho dòng điện i1 ở thời điểmngắt tiếp điểm giảm và U2 giảm Đây là nhợc điểm lớn của hệthống đánh lửa thờng ở tốc độ cao

Theo lý thuyết tính ở các biểu thức trên thì ở tốc độ thấp

U2 phải có giá trị lớn nhng thực tế ở trong vùng này U2 có giá trịnhỏ Sở dĩ nh vậy là vì ở vùng này tiếp điểm mở chậm nên cóhiện tợng phóng hồ quang qua khe hở không khí giữa hai mávít trong một thời gian sau khi tiếp điểm mở nên tốc độ biếnthiên của dòng sơ cấp giảm, tốc độ biến thiên của từ thông do

nó sinh ra cũng giảm làm cho U2 giảm Thực chất là phần năng ợng của từ trờng ở lõi thép của biến áp đánh lửa mất mát cho tialửa hồ quang cha đợc kể đến khi lập công thức U2

l-b Các yếu tố ảnh hởng đến điện áp thứ cấp

Phân tích các công thức của dòng điện I1ng và điện ápthứ cấp U2 ta thấy có các yếu tố sau đây ảnh hởng đến điện

áp thứ cấp

- ảnh hởng của số xilanh động cơ Nếu các điều kiệnkhác nh nhau thì khi tăng số xilanh của động cơ sẽ làm cho thời

U2(V)

4 xilanh

6 xilanh20.000

10.000

0 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000

n (v/ph)

Hình 5-11 Đặc tính của hệ thống đánh lửa

gian tiếp điểm đóng giảm và U2 giảm đặc biệt ở tốc độ cao(hình 5-12) ở tốc độ thấp với động cơ ít xilanh (4 xilanh)

điện áp U2 giảm nhiều hơn ở động cơ nhiều xilanh (6 xilanh)vì ở bộ chia điện 4 máy tiếp điểm mở chậm hơn ở loại 6 máynên phần năng lợng tiêu tốn cho tia lửa hồ quang ở tiếp điểmcũng lớn hơn

- ảnh hởng của tụ C1 Tụ C1 ảnh hởng đến tốc độ biếnthiên của dòng sơ cấp i1 và sự đánh lửa ở tiếp điểm Khi C1giảm thì U2 tăng (hình 5-12), nhng khi C1 giảm qua một mứcnào đó thì U2 giảm vì khi đó khả năng dập tia lửa điện ở tiếp

điểm giảm rõ rệt Tia lửa mạnh và phần năng lợng tiêu tốn chotia lửa tăng Thông thờng chọn C1 = 0,17  0,35F

- ảnh hởng của điện dung ký sinh C2 ở mạch thứ cấp Điệndung C2 gồm điện dung ký sinh của từng phần mạch thứ cấp

C2 = C2W2 + C2d + C2c + C2n

ở đây, C2W2: điện dung ký sinh của cuộn dây thứ cấp của biến

áp W2 đối với mát Nó phụ thuộc vào kích thớc và các thông sốcủa cuộn dây Thông thờng C2W2 = 30  60pF

C2d: điện dung ký sinh của các đoạn dây cao thế từ biến

áp đánh lửa đến nắp bộ chia điện và từ nắp bộ chia điện

đến các nến đánh lửa Nó phụ thuộc vào chiều dài và vị trí

đặt các dây cao áp Thông thờng C2d = 8  11pF

U2 (kV)

C1 (μF)0,17 0,30

Hình 5-12 ảnh h ởng của tụ C 1 đến điện áp thứ

cấp

C2n: điện dung ký sinh của nến đánh lửa Thông thờng C2n

= 30  60pF

Giá trị tổng cộng của C2 nằm trong khoảng tối thiểu từ 40

 70pF và không thể giảm thấp hơn Nếu trên xe có bọc kim đểchống nhiễu xạ vô tuyến thì C2 có thể tăng tới 150pF Khi C2tăng làm U2 giảm đáng kể và có tác động xấu đến toàn bộ

- ảnh hởng của dòng điện sơ cấp ở thời điểm ngắt tiếp

điểm (I1ng) Khi tăng I1ng làm cho U2 tăng Nhng khả năng tăng I1ngphụ thuộc vào khả năng tải của tiếp điểm Nó không cho phép

I1ng lớn đối với hệ thống đánh lửa thờng Đây là một hạn chế lớn

- ảnh hởng của điện trở rò (hình 5-14) Trong trờng hợp lýtởng, nến đánh lửa đợc cách điện hoàn toàn giữa 2 điện cực(Rr =) Khi nến bị ẩm ớt hoặc bị bám muội nhiều, điện trởcách điện giảm xuống, một phần dòng điện i2 sẽ rò qua các

điện cực của nến trớc khi tia lửa xuất hiện làm cho điện thế U2giảm Điều trở rò chính là điện trở cách điện giữa 2 điện cực

của nến Khi nến bị muội, Rr có giá trị nhỏ, U2 có thể giảm tới35% và có thể gây hiện tợng bỏ lửa

- ảnh hởng của hệ số biến áp

1

2 baW

W

K  (hình 5-15): hệ sốbiến áp của biến áp đánh lửa tăng thì điện áp thứ cấp tăngtheo, nhng nó chỉ đợc phép tăng đến một giá trị quy định(Kba = 55  95) Khi tăng quá U2 không những không tăng mà còngiảm nhất là trong trờng hợp có điện trở rò

5.3 Các biện pháp nâng cao chất lợng làm việc của hệ thống đánh lửa

5.3.1 Cải thiện đặc tính của hệ thống đánh lửa

Nhợc điểm cơ bản của hệ thống đánh lửa là: ở tốc độ cao

điện áp thứ cấp bị giảm, đặc biệt là ở động cơ nhiều xilanh

Do vậy phần lớn các biện pháp cải thiện đặc tính của hệ thống

đánh lửa đều nhằm khắc phục nhợc điểm này

- Sử dụng điện trở biến thiên: biện pháp này cho phépthay đổi thông số mạch sơ cấp

Ngời ta mắc nối tiếp vào mạch sơ cấp của biến áp đánhlửa một điện trở có điện trở thay đổi trong giới hạn lớn phụthuộc vào dòng điện qua nó

ở tốc độ thấp, dòng điện sơ cấp trung bình có giá trị lớn,

điện trở biến thiên có giá trị lớn do đó tổng trở mạch sơ cấplớn Khi tốc độ tăng, dòng điện sơ cấp trung bình giảm nêntổng trở mạch sơ cấp giảm, điện áp rơi trên điện trở biếnthiên giảm và do đó ở tốc độ cao điện áp đặt vào cuộn sơcấp của biến áp đánh lửa vẫn có giá trị lớn

Vật liệu thích hợp để làm điện trở phụ biến thiên này làsắt có hệ số nhiệt điện trở dơng và lớn

- Tăng thời gian đóng của tiếp điểm bằng cách điềuchỉnh để giảm khe hở giữa 2 má tiếp điểm , chọn hình dạngbiến hình cam ngắt một cách thích hợp, làm bộ chia điện cóhai cặp tiếp điểm

Trớc đây để tăng thời gian đóng tiếp điểm ngời ta sửdụng bộ chia điện với 2 cặp tiếp điểm, loại này kết cấu và

điều chỉnh phức tạp ngày nay rất ít dùng nên không trình bày

ở đây

Các biện pháp nêu trên đã khắc phục đợc phần nào nhữngnhợc điểm của hệ thống đánh lửa thờng có tiếp điểm và mởrộng phạm vi sử dụng của chúng trên các xe, song đây cha phải

là các giải pháp tối u có thể đáp ứng đợc các yêu cầu phát triểncủa ngành xe về mặt đánh lửa Hệ thống đánh lửa kiểu điện

tử ra đời cách đây không lâu nhng đã phát triển khá mạnhnhờ có nhiều u điểm nổi nật Việc sử dụng hệ thống đánh

kiểu điện tử đã cải thiện rõ nét đặc tính của hệ thống đánhlửa và mở ra các giải pháp để giải quyết vấn đề đốt cháy cỡngbức nhiên liệu trong các động cơ cao tốc.

5.3.2 Phơng pháp điều chỉnh góc đánh lửa sớm

Để điều chỉnh góc đánh lửa sớm tơng ứng với chế độ làmviệc của động cơ trong những điều kiện sử dụng khác nhau,ngời ta sử dụng các bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm tự độnghoặc không tự động Trên xe hiện nay sử dụng rộng rãi 3 cơ cấu

điều chỉnh góc đánh lửa sớm sau

- Bộ tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm kiển ly tâm

để điều chỉnh tự động góc đánh lửa sớm theo tốc độ quaytrục khuỷu

- Bộ điều chỉnh chân không để tự động điều chỉnhgóc đánh lửa sớm theo tải

- Bộ điều chỉnh trị số ốctan để điều chỉnh bằng taygóc đánh lửa sớm theo thành phần nhiên liệu (trị số ốctannhiên liệu)

Sau đây ta xét quá trình làm việc của các bộ điềuchỉnh

a Bộ điều chỉnh góc đánh lửa kiểu ly tâm

Đây là bộ điều chỉnh thời điểm đánh lửa (thời điểm mởtiếp điểm) theo tốc độ quay của trục khuỷu Khi tốc độ trụckhuỷu tăng cần tăng góc đánh lửa sớm và ngợc lại

Về cấu tạo bộ điều chỉnh ly tâm gồm: giá đỡ quả văng

11 đợc lắp chặt với trục của bộ chia điện và đợc truyền động

từ trục khuỷu Hai quả văng 4,8 đợc đặt trên giá và có thể quayquanh chốt 2,6 Lò xo 3 một đầu mắc vào chốt 2 còn đầu kiamóc trên quả văng và luôn kéo ghì quả văng về phía trục(hình 5-16) Trên mỗi quả văng có chốt 1,5 và bằng hai chốtnày quả văng đợc gài vào hai rãnh trên thanh ngang 10 của phầncam

Bộ điều chỉnh làm việc nh sau: khi tốc độ thấp, lực lytâm của 2 quả văng còn nh cha thắng đợc lực lò xo 3, chốt 5nằm ở phía đầu rãnh sát trục của thanh 10, cam quay cùng vớitrục bộ chia điện mà cha có chuyển động tơng đối của cam

so với trục bộ chia Khi tốc độ động cơ tăng cao lực ly tâm của

2 qủa văng tăng, chúng văng ra Các chốt 1,5 làm xoay thanh 10

và cam một góc theo chiều quay của trục bộ chia Do vậy cam

sẽ mở tiếp điểm sớm hơn làm tăng góc đánh lửa sớm

Để tăng khoảng điều chỉnh và làm cho đặc tính của bộ

điều chỉnh ly tâm tiệm cận với đặc tính yêu cầu theo lýthuyết Ngời ta sử dụng 2 lò xo kéo quả văng Một lò xo đợc lắpvới độ căng nhỏ quay từ đầu, còn 1 lò xo lắp có độ dơ cho mộthành trình tự do nhất định

Để giảm ma sát giữa cam và trục bộ chia điện ở đầu trêncủa phần cam, chỗ có đệm và vòng hãm ngời ta đặt miếng dạlót và tẩm dầu để bôi trơn Trong quá trình sử dụng cần chú ýtra dầu vào đây Sau một thời gian làm việc nếu lò xo bị rão cóthể tăng sức căng của lò xo bằng cách uốn cong móc vào quảvăng

b Bộ điều chỉnh chân không

Đây là bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo tải của

động cơ Khi tải tăng, độ mở bớm ga lớn cần phải giảm góc

đánh lửa và ngợc lại

Cấu tạo của bộ điều chỉnh (hình 5-17) gồm: một hộp kíntrong có 2 ngăn A, B cách nhau bởi màng đàn hồi 7, cần kéo 8

có 1 đầu nối với màng 7 và 1 đầu nối với chốt trên mâm tiếp

điểm Đối diện với cần 8, phía bên kia màng có lò so 6 luôn ép

màng về phía khoang B; sức căng của lò xo 6 đợc điều chỉnhbằng ốc 5 Toàn bộ bộ điều chỉnh đợc bắt bằng vít vào thànhbên của bộ chia điện Nh vậy khoang b luôn thông với khí trời

và chịu áp suất khí quyển Khoang A thông với lỗ ở phía bớm gacủa bộ chế hoà khí bằng ống nối 4 và chịu ảnh hởng của sựthay đổi áp suất phía dới bớm ga

Nguyên lý làm việc của bộ điều chỉnh chân không nhsau: Khi động cơ cha làm việc áp suất ở 2 khoang A, B nh nhau.Dới tác dụng của lò xo 6 màng 7 bị ép sát về phía khoang A.Cần 8 nằm ở vị trí nào đó và mâm tiếp điểm cũng nằm ởmột vị trí tơng ứng với vị trí của cam, ở vị trí này ta có góc

đánh lửa sớm ban đầu tùy theo việc đặt lửa

Khi động cơ làm việc, áp suất ở phía dới bớm ga thay đổi.Trờng hợp động cơ chạy với tải nhỏ, độ mở bớm ga nhỏ, áp suấtdới bớm ga thấp (độ chân không lớn) dới tác dụng của áp suất khíquyển với độ chêch áp của 2 khoang lớn, màng 7 bị ép nhiều vềphía khoang A Cần 8 dịch chuyển kéo theo mâm tiếp điểm

Hình 5-17 Bộ điều chỉnh chân không

dịch chuyển quay ngợc chiều quay của cam làm tiếp điểm đợc

mở sớm hơn và góc đánh lửa sớm tăng

Khi tải động cơ tăng, bớm ga mở lớn hơn, độ chân khôngsau bớm ga giảm, độ chênh áp giữa 2 khoang A và B giảm, cầntiếp điểm sẽ đẩy mâm tiếp điểm quay theo chiều quay củacam làm giảm góc đánh lửa sớm

Khi chạy không tải bớm ga đóng hẳn, lỗ thông với đờngống 4 bây giờ ở vị trí phía trên bớm ga, do đó độ chênh ápsuất giữa 2 khoang không đáng kể, màng 7 bị lò xo 6 ép về vịtrí ban đầu

Trong quá trình làm việc của động cơ có chế độ cả 2 bộ

điều chỉnh đồng thời làm việc Đặc tính kết hợp của 2 bộ

điều chỉnh biểu diễn trên hình 5-18 Đặc tính 1, 2, 3 ứng với

sự làm việc đồng thời của 2 bộ điều chỉnh

Đặc tính 4 ứng với trờng hợp chỉ có bộ điều chỉnh lytâm Góc đánh lửa sớm do cả 2 bộ điều chỉnh tạo nên phụthuộc vào tốc độ động cơ và mức tải động cơ Khi bớm ga đã

mở hết (ứng với tải 100%) góc đánh lửa sớm chỉ phụ thuộc vàotốc độ (bộ điều chỉnh ly tâm)

c Bộ điều chỉnh ốctan

Đây là bộ điều chỉnh bằng tay góc đánh lửa sớm theo trị

số ốctan của xăng Bộ điều chỉnh này cần thiết vì một độngcơ ôtô có thể dùng 1 số loại xăng khác nhau Các loại xăng có trị

n (vòng/phút)

Hình 5-18 Đặc tính làm việc đồng thời của 2 bộ

điều chỉnh

số ốctan và tốc độ cháy khác nhau ở nhiều nớc nh Liên Xô cũ,xăng đợc phân theo trị số ốctan, ví dụ nh: A66, A72, A76, A80,A90…, ở đây các số biểu thị trị số ốctan, trị số ốctan càngcao tốc độ cháy càng chậm Xăng A80, A90 dùng cho máy bay,

ôtô thờng dùng xăng A66, A72, A76 Do ôtô sử dụng nhiều loạixăng nh vậy nên cần có bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm theothành phần nhiên liệu để đặt góc đánh lửa phù hợp

Bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo thành phần nhiênliệu (trị số ốctan) có cấu tạo khá đơn giản (hình 5-19) Nó gồmhai tấm thép 5 và 7 Tấm 5 đợc bắt chặt vào thân bộ chia

điện 9 bằng ốc 6 Tấm 5 và tấm 7 đợc bắt giữ với nhau nhờ vít

3 (đợc tán vào tấm 7), hai êcu đặc biệt 4 và vít 8 Khi nối 1 êcu

và vặn êcu kia của êcu đặc biệt 4, thì tấm 5 sẽ trợt trên tấm 7trong khoảng giới hạn của rãnh chỗ vít 8 Trên tấm 5 có phần mũinhọn chỉ vào khoảng khắc độ (+10, 0, - 10) trên tấm 7

Khi đặt lửa ngời ta xoay êcu 4 sao cho mũi nhọn trên tấm

5 chỉ vào vạch 0, sau đó đặt bộ chia điện vào động cơ theogóc đánh lửa sớm quy định rồi hãm chặt bộ chia điện lại bằng

ốc xuyên qua rãnh 2 và vít 8 Nh vậy bộ chia điện đợc bắtchặt vào thân động cơ.

Khi thay xăng có trị số ốctan khác, chỉ cần nới vít 8 ra rồixoay êcu 4 (nới 1 bên, xiết 1 bên) Làm nh vậy tấm 5 sẽ di trợt trêntấm 7 kéo theo vỏ bộ chia điện quay đi một góc tơng đối sovới trục bộ chia điện Nếu cần đánh lửa sớm lên (trờng hợp thayloại xăng có trị số ốctan lớn hơn) thì phải quay để mũi nhọnchỉ về phía dơng tức là tăng góc đánh lửa sớm

Trên đây đã trình bày một số cơ cấu điều chỉnh góc

đánh lửa sớm trên các xe của Liên Xô Trong thực tế, có thể gặpnhiều kết cấu khác nhau của các bộ điều chỉnh góc đánh lửa;

điểm Trong hệ thống đánh lửa điện tử vai trò của các rơle cơkhí nói trên đợc thay bằng các rơ le bán dẫn Hệ thống đánhlửa điện tử khắc phục đợc các nhợc điểm của hệ thống đánhlửa thờng và cho phép sử dụng trên các động cơ cao tốc nhiềuxilanh

Các hệ thống đánh lửa điện tử có thể phân loại theo cácdấu hiệu khác nhau

- Theo đặc tính của phần tử điều khiển chia ra 2 nhómlớn

Nhóm thứ nhất gồm các hệ thống đánh lửa mang tên: Hệthống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển Trong đóvẫn tồn tại phần từ tiếp điểm nh trong hệ thống đánh lửa th-ờng Nhng tiếp điểm ở đây chỉ làm nhiệm vụ điều khiển

chế độ chuyển mạch của phần tử bán dẫn lực Do vậy chế độlàm việc của tiếp điểm đợc cải thiện và tuổi thọ của chúngcũng tăng lên.

Nhóm thứ 2 gồm các hệ thống đánh lửa không tiếp điểm

ở hệ thống này không còn thấy cơ cấu cam - tiếp điểm Thời

điểm đánh lửa đợc điều khiển nhờ các bộ cảm biến đánh lửavới các nguyên lý khác nhau

- Theo phơng pháp tích luỹ năng lợng đánh lửa cũng cóthể chia các hệ thống đánh lửa điện tử thành 2 nhóm

Loại điện cảm: Năng lợng đánh lửa trớc lúc xuất hiện tia lửa

điện ở nến điện đợc tích luỹ trong từ trờng của biến áp đánhlửa

Loại điện dung: Năng lợng đánh lửa trớc lúc xuất hiện tialửa đợc tích luỹ trong điện trờng của một tụ điện gọi là tụtích, ở thời điểm đánh lửa năng lợng này đợc phóng qua biến

áp đánh lửa với tốc độ cực nhanh

Trong các hệ thống đánh lửa điện tử, các rơle bán dẫn

đóng vai trò quan trọng Các rơle này thờng là các transistorhoặc tiristor làm việc ở chế độ chuyển mạch

Đối với các transistor làm nhiệm vụ chuyển mạch trong hệthống đánh lửa các thông số chính cần xét là:

- Điện áp đánh thủng transistor trong trờng hợp cực gốc bị

hở mạch Giá trị này phải không nhỏ hơn 120V  150V

- Hệ số khuếch đại theo dòng điện lớn hơn 10

- Điện áp cho phép giữa 2 cực phát - góp Uec trong chế độkhoá

- Dòng điện của góp lớn nhất cho phép (Ic max)

- Nhiệt độ cực đại của tiếp giáp phát - góp

5.4.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm

a Sơ đồ tổng quát

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

điểm điều khiển loại điện cảm đợc trình bày trên hình 5-20

Đây là sơ đồ đơn giản nhất

Hình 5-20 Sơ đồ đơn giản hệ thống đánh lửa bán dẫn - tiếp

điểm

Sơ đồ này chỉ khác sơ đồ hệ thống đánh lửa thờng xéttrên kia là có thêm 1 transistor ở đây cuộn sơ cấp của biến áp

đánh lửa đợc nối tiếp với transistor 6 Tiếp điểm 2 của bộ chia

điện đợc nối vào mạch cực gốc của transistor Điều kiện làmviệc của tiếp điểm đợc cải thiện rõ rệt vì dòng điện qua nóchỉ là dòng điều khiển của transistor

Nguyên lý làm việc: Khi đóng khoá điện 5 của hệ thống

đánh lửa, nếu tiếp điểm 2 của bộ ngắt điện đóng thì đốivới transistor 6 điện áp Ueb > 0 xuất hiện dòng điện cực gốc lớnlàm cho transistor ở trạng thái bão hoà, nó mở hoàn toàn nhờ vậydòng điện sơ cấp tăng nhanh và đạt giá trị lớn Cũng nh ở hệthống đánh lửa thờng, dòng điện này tạo nên năng lợng tíchluỹ trong từ trờng của biến áp đánh lửa

Khi tiếp điểm 2 của bộ ngắt mở ra dòng điện cực gốc Ibtriệt tiêu, transistor chuyển nhanh sang trạng thái khoá, điệntrở của transistor trở nên rất lớn dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột.Quá trình đánh lửa xảy ra giống nh trong hệ thống đánh lửathờng đã xét ở trên

Ta có những nhận xét sau đây:

- Dòng điện đi qua tiếp điểm chỉ là dòng điện điềukhiển transistor, thờng nhỏ hơn hàng chục lần so với dòng điệnsơ cấp Điện áp đặt lên tiếp điểm cũng có giá trị nhỏ do vậykhông cần có tụ điện mắc song song với tiếp điểm và điều

kiện làm việc của tiếp điểm đợc cải thiện nhiều, độ bền, tuổithọ tăng.

- Tốc độ chuyển mạch của transistor rất lớn Khả năng tảicủa transistor lớn hơn nhiều so với tiếp điểm, điều đó chophép chọn biến áp đánh lửa với thông số R1, L1 hợp lý để đạt đ-

ợc dòng điện sơ cấp ở thời điểm ngắt tiếp điểm có giá trị lớn

Do vậy có thể cải thiện rõ rệt đặc tính của hệ thống đánhlửa

- Cũng giống ở hệ thống đánh lửa thờng, thời điểm đánhlửa ở đây cũng quyết định bởi thời điểm ngắt tiếp điểm.Vì thế việc chỉnh đúng thời điểm đánh lửa giống ở hệ thống

đánh lửa thờng

- Từ sơ đồ nguyên lý cho thấy sức điện động tự cảmtrong cuộn sơ cấp của biến áp đánh lửa hoàn toàn đặt lên tiếpgiáp phát- góp của transistor Với các biến áp đánh lửa của hệthống đánh lửa thờng do L1 có giá trị lớn nên sức điện động tựcảm này ở thời điểm ngắt tiếp điểm có thể đạt tới (200 400V) Sức điện động này gây đánh hỏng transistor Vì vậytrong các hệ thống đánh lửa bán dẫn ngời ta phải sử dụng mộtloại biến áp đánh lửa riêng có hệ số biến áp lớn và điện cảm L1nhỏ Trong một số trờng hợp phải có thêm các mạch bảo vệ quá

áp cho transistor

Trên đây đã xét sơ đồ nguyên lý đơn giản nhất của hệthống đánh lửabán dẫn có tiếp điểm điều khiển Trong các hệthống thực tế thờng có thêm các mạch bảo vệ và mạch tạo ra quátrình chuyển mạnh nhanh và tin cậy cho các transistor

Sau đây xét một hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp

điểm thực tế với phần tử chuyển mạnh TK-102, dùng khá phổbiến trên các ôtô vận tải của Liên Xô (ЗИЛ-130, ГАЗ-66 )

Hệ thống gồm các khối cơ bản sau: hộp điện trở phụ 2,khối chuyển mạch bán dẫn 3 kí hiệu TK-102, biến áp đánh lửa 4(Б114), bộ chia điện 5 (4.Ä) đã bỏ tụ điện (hình 5-21)

Hộp điện trở phụ CЭ107 gồm 2 nửa Rf1 và Rf2, trong đó Rf2

đợc nối tắt nhờ tiếp điểm phụ KKd trong hộp công tắc khởi

động khi khởi động động cơ

Khối chuyển mạch TK - 102 gồm 1 transistor gecmaniГT701A loại p - n - p công suất lớn (Icmax = 12A , Uecmax = 120V ).Biến áp xung BAX có tác dụng tạo nên 1 điện thế nghịch đặtvào tiếp giáp phát - gốc của transistor giúp cho transistor khoánhanh và tin cậy Mạch R1 - C1 có tác dụng giảm tải cho transistortrong quá trình chuyển mạch do nó tạo thành một mạnh nhánhsong song với transistor Điốt ổn áp 817B đấu nối tiếp với điốt

 có tác dụng bảo vệ quá áp cho transistor Tụ C2 có điệndung lớn nhằm bảo vệ quá áp cho các linh kiện do sự thay đổi

đột biến của điện áp nguồn Các linh kiện có trị số nh sau:

C1=1F , C2 = 50F , R1 = 20

Khối chuyển mạch TK- 102 có một đầu nối “mát” và 3 đầunối với mạch ngoài nh hình vẽ (một đầu kí hiệu chữ K, một

đầu kí hiệu chữ P và một đầu không ghi kí hiệu)

Khác với biến áp đánh lửa của hệ thống đánh lửa thờng,biến áp đánh lửa Б114 có 2 cuộn dây tách rời nhau (W1 = 180vòng, W2 = 41.000 vòng) Một đầu cuộn thứ cấp W2 nối với vỏbiến áp đánh lửa, do đó nó cần đợc tiếp mát tốt khi bắt giữtrên ôtô

Nguyên lý làm việc nh sau: Khi khoá điện K đóng và tiếp

điểm KK’ của bộ chia điện cũng ở trạng thái đóng thì sẽ códòng điện Io chạy qua nhánh song song R2, W2' (cuộn thứ cấpbiến áp xung) qua KK’ xuống “mát” Do sụt áp trên R2 nên Ueb > 0xuất hiện dòng điện cực gốc Ib Dòng Ib đợc tính sao cho có giátrị xấp xỉ Ib bh , vì vậy transistor làm việc ở trạng thái bão hoà,mạch sơ cấp của biến áp đánh lửa có điện tải nhỏ Dòng điệnsơ cấp tăng lên theo quy luật nh khi tiếp điểm đóng ở hệthống đánh lửa thờng nhng tốc độ tăng nhanh hơn vì luônluôn có giá trị nhỏ

Khi tiếp điểm KK’ mở ra dòng điện I0 + Ib mất đi độtngột làm cảm ứng trong cuộn W2' của BAX một sức điện động

es đặt vào tiếp giáp phát - gốc theo chiều ngợc làm chotransistor lập tức chuyển sang trạng thái khoá Dòng điện sơcấp i1 trong cuộn sơ cấp của biến áp đánh lửa giảm đột ngột

Trong cuộn thứ cấp của biến áp đánh lửa xuất hiện một sức

điện động cảm ứng lớn 20 30kV, qua bộ chia điện 5 truyền

đến các nến đánh lửa Sự giảm đột ngột của ii cũng gây rasức điện động tự cảm eS khoảng 100  120V (nếu để tự do).Sức điện động này đợc hạn chế nhờ mạch bảo vệ St - D mắcsong song với W1 Khi eS đạt gần giá trị nguy hiểm cho transistorthì điện áp trên SA đạt giá trị ổn định, nó sẽ thông và giữ cho

điện áp không tăng tiếp

Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển vớimột transistor xét ở trên có u điểm là:

- Cấu trúc tin cậy, đơn giản, chắc chắn

- Giữ nguyên hầu nh tất cả các phần tử của hệ thống đánhlửa thờng mà không có thay đổi nhiều về cấu trúc (chỉ thay

đổi số vòng các cuộn dây ở biến áp đánh lửa và bỏ tụ điện ở

bộ chia điện)

- Khối chuyển mạnh bán dẫn là 1 khối riêng, trong quátrình sử dụng hầu nh không phải bảo dỡng

- Dòng điện qua tiếp điểm nhỏ, tiếp điểm ít bị ăn mòn

và phá hỏng nên rất ít phải lau chùi điều chỉnh

Trên hình 5-22 trình bày đặc tính đánh lửa của hệthống đánh lửa thờng và hệ thống đánh lửa bán dẫn - tiếp

điểm Ta thấy khi Rr = ∞ các đờng đặc tính của hệ thống

đánh lửa bán dẫn - tiếp điểm (đờng nét đứt) cao hơn các ờng đặc tính của hệ thống đánh lửa thờng khoảng 3  3,5kV.Khi điện trở rò Rr = 3M thì ở tốc độ thấp chúng không khácnhau mấy, ở tốc độ cao chỉ lớn hơn 2 - 2,5kV

đ-Đặc tính của hệ thống đánh lửa bán dẫn tiếp điểm hầu

nh không đổi khi tốc độ tăng ở tốc độ cao hệ thống nhạy cảmnhiều hơn với điện trở rò

Để cải thiện đặc tính của hệ thống đánh lửa bán dẫn tiếp điểm ngay khi có điện trở rò có thể tăng dòng điện sơcấp của biến áp đánh lửa Đối với hệ thống dùng 1 transistor loạigecmani ta xét ở trên khả năng này bị hạn chế bởi điện áp chophép cực đại của tiếp giáp phát - góp Để có đợc điện áp thứcấp lớn ngời ta có thể mắc nhiều transistor gecmani nối tiếpnhau nhng khi đó sơ đồ trở nên phức tạp

-Cách tốt nhất để giải quyết mâu thuẫn trên là việc sửdụng các sơ đồ với một transistor silic Nó có khả năng chịunhiệt độ cao (tcp = 1500C) và điện áp cao Uecm = 500V Nhợc

điểm cơ bản của transistor silic là nó có điện trở bão hoà lớn.Với trình độ công nghệ sản xuất linh kiện ngày càng cao, ngàynay ngời ta đã chế tạo đợc các transistor silic chịu điện áp cao

và điện trở bão hoà nhỏ

160

n (vòng/phút)

UkV

5.4.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm

Điểm khác biệt cơ bản của hệ thống đánh lửa không tiếp

điểm so với hệ thống đánh lửa có tiếp điểm là ở đây thời

điểm đánh lửa đợc điều khiển bằng một bộ cảm biến đặcbiệt thay cho tiếp điểm Chức năng cơ bản của các cảm biến

đánh lửa là biến góc quay của trục khuỷu thành tín hiệu điện.Các bộ cảm biến không tiếp xúc có thể chia 2 loại: cảm biếnthông số và cảm biến phát điện

Trong loại cảm biến thông số, tín hiệu ra là những thay

đổi thông số mạch điện nh điện cảm, điện dung… Trong loạicảm biến phát điện tín hiệu ra là sức điện động sinh ra trong

Các loại cảm biến thông số thông dụng hơn cả là:

- Cảm biến hỗ cảm (hình 5-23g) dựa trên sự thay đổi hỗcảm cuộn dây

- Cảm biến kiểu điện trở quang điện, dựa trên sự thay

đổi điện trở của chất bán dẫn cảm quang dới tác dụng của ánhsáng

Các bộ cảm biến phát điện thờng dùng là các loại sau:

- Các bộ cảm biến điện từ sử dụng hiện tợng cảm ứng

điện từ (hình 5-23 a, b, c, d, e)

Bộ cảm biến gồm các cuộn dây cố định với số vòng nhất

định đặt trong khung từ 2 và 1 nam châm vĩnh cửu (rôto 1)lắp đặt với trục bộ chia điện Số cực hoặc số đôi cực của namchâm phải bằng số xilanh của động cơ Loại cảm biến này gọi

là cảm biến từ điện với nam châm quay (hình 5-23 a, b, c)

Một dạng cảm biến từ điện khác cũng thờng đợc dùng làcảm biến dựa trên sự thay đổi từ trở của mạch từ Đối với cảmbiến này, cuộn dây đặt trong khung từ và cả nam châm đều

cố định Rôto làm bằng vật liệu sắt từ mềm và có cấu tạo

đặc biệt Khi quay nó sẽ khép kín mạch từ làm hở mạch từ củastato (hình 5-23d, e)

- Các bộ cảm biến quang điện: hoạt động dựa trên sự phátsinh sức điện động khi có tác dụng của ánh sáng Trong trờnghợp đơn giản (hình 5-24), nó gồm nguồn sáng cố định 1, đĩaquay trên đó có các lỗ và phần tử cảm quang 2

Khi đĩa quay, ánh sáng từ nguồn sáng 1 lúc tới đợc phần tửcảm quang 2, lúc bị che khuất do đó điện áp ra của phần tửcảm quang nó sẽ thay đổi Phần tử cảm quang có thể làfôtôđiốt, fôtôtransistor, hoặc phần tử cảm biến quang điện.Nguồn sáng sử dụng ở đây phải có độ ổn định rất cao, khôngthể sử dụng nguồn sợi đốt Hiện nay thích hợp hơn cả là dùngcác điốt phát quang.

Để hiện rõ hơn về quá trình làm việc của các cảm biến,

ta xét quá trình hình thành điện áp điều khiển ở 1 cảm biếnphát điện Hình 5-25 trình bày sơ đồ nguyên lý của 1 cảmbiến phát điện

Rôto có cấu tạo hình sao và đợc dẫn động từ trục bộ chia

điện Khi rôto quay, răng của nó tiến gần đến cuộc dây stato,

điện áp của cảm ứng trong cuộn dây tăng dần lên và đạt cực

Đĩa quay

Trục quayLỗ

Nguồn sáng

Bộ cảm quang

Hình 5-24 Cảm biến quang điện

đại khi răng rôto trùng với trục cuộc dây sau đó điện áp nhanhchóng đổi chiều và tăng theo chiều ngợc lại Đồ thị thay đổi

điện áp chỉ ra trên hình vẽ Ta thấy rằng điện áp giảm rấtnhanh từ giá trị cực đại đến 0 và đổi dấu (đặc tích có độdốc lớn) vì vậy điểm 0 này có thể chọn để điều khiển hệthống đánh lửa Số lợng răng của rôto phụ thuộc vào số xilanh và

số kì của động cơ Khi thiết kế chế tạo cần tính sao cho xung

ra bảo đảm sự làm việc tin cậy của hệ thống đánh lửa khi tốc

độ thấp

Trên đây đã tìm hiểu về các cảm biến đánh lửa, sau

đây sẽ xét 1 hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm cụthể với bộ chuyển mạch TK-200 của Liên Xô

Hệ thống đánh lửa này gồm: bộ chuyển mạch bán dẫn

TK-200, bộ chia điện có cảm biến đánh lửa P351(hoặc P352),biến áp đánh lửa Б118, hộp điện trở phụ СЭ32В và bộ rung dựphòng PC331

Biến áp đánh lửa Б118 và bộ chia điện P351 đợc bọc kínchống nớc và chống nhiễu, các đầu nối dây có kết cấu làm kín,

đặc biệt Biến áp đánh lửa Б118 đợc nối vào sơ đồ đánh lửa

t-ơng tự Á114 nên vỏ của nó cần đợc tiếp mát thật tốt trên ôtô

Bộ chuyển mạch bán dẫn TK-200 là 1 khối riêng có vỏ bằngnhôm Hộp TK-200 có 4 đầu dây: hai dầu BK-12 để nối vàomạch sau điện trở phụ, và đầu BK của biến áp đánh lửa đầuK3 để nối với đầu ra cuộn sơ cấp của biến áp đánh lửa Đầu Ä

để nối với đầu của cảm biến đánh lửa trong bộ chia P351, đầu

M để nối với “Mát” của xe

Bộ chia điện P351 (hình 5-26) là loại 8 tia lửa Bộ chia

điện P351 không có bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm chânkhông Cảm biến đánh lửa là loại cảm biến phát điện Cảmbiến gồm rôto 13 đợc lắp chặt trên bạc 11, stato 12 bắt chặtvào vỏ bộ chia điện bằng 2 vít Bạc đồng 11 đợc ép chặt vàotấm dẫn 26 Tấm dẫn 26 đợc gài vào 2 chốt trên 2 quả văng 27của bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm ly tâm

Rôto gồm nam châm vĩnh cửu 24 đặt giữa 2 chùm điệncực bằng thép non 23, các tấm của 2 phần cực đợc lắp xen kẽ