Đồ án TKHTĐT Ô TÔ

Tính tốn thiết kế hệ thống đánh lửa MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .1 Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ơ TƠ 1.1 Cơng dụng 1.2 Yêu cầu .2 1.3 Phân loại 1.3.1 HTĐL thường 1.3.2 HTĐL bán dẫn .11 1.3.2.1 HTĐL bán dẫn có tiếp điểm 11 1.3.2.2 HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ 12 1.3.2.3 HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến quang 14 1.3.2.4 HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến Hall: 17 1.3.3 Hệ thống đánh lửa theo chương trình 19 1.3.3.1 Hệ thống đánh lửa gián tiếp (HTĐL có chia điện) .20 1.3.3.2 Hệ thống đánh lửa trực tiếp (khơng có chia điện) 22 1.4 Các thông số hệ thống đánh lửa 24 1.4.1 Thế hiệu đánh lửa (điện áp đánh lửa) 24 1.4.2 Thời điểm đánh lửa 25 1.4.3 Góc đánh lửa sớm .27 Chương CÁC BỘ PHẬN DUNG TRONG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 31 2.1 Phân tích phương án thiết kế 31 2.2 Điều khiển đánh lửa 32 2.2.1 Điều khiển đánh lửa khởi động 32 2.2.2 Điều chỉnh đánh lửa sau khởi động .33 2.2.3 Hiệu chỉnh góc ngậm điện 34 2.3 Các phận hệ thống đánh lửa 35 2.3.1 Biến áp đánh lửa 35 2.3.2 IC đánh lửa 35 2.3.3 Bộ chia điện 37 GVHD: T.S Lê Minh Tiến SVTH:Lê Q Trọng Tính tốn thiết kế hệ thống đánh lửa 2.3.4 Bugi đánh lửa 38 2.3.5 Bộ điều khiển trung tâm ECU 41 2.3.6 Các cảm biến .43 2.3.6.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu 43 2.3.6.2 Cảm biến vị trí bướm ga 45 2.3.6.3 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 46 2.3.6.4 Cảm biến đo lưu lượng khí nạp 47 Chương TÍNH VÀ VẼ ĐẶC TÍNH DỊNG ĐIỆN QUA CUỘN SƠ CẤP 49 3.1 Tính dòng điện qua cuộn sơ cấp .49 3.2 Vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp 49 3.3 Phân tích đồ thị 51 Chương TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA DÒNG THỨ CẤP HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 53 4.1 Tín hiệu điện cuộn thứ cấp 53 4.2.Tính hiệu đánh lửa Udl .53 4.3 Tính lượng tia lửa 54 4.3.1 Tính lượng tia lửa điện dung 54 4.3.2 Tính lượng tia lửa điện cảm 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 GVHD: T.S Lê Minh Tiến SVTH:Lê Q Trọng Tính tốn thiết kế hệ thống đánh lửa LỜI NÓI ĐẦU Trong động xăng nhiên liệu đốt cháy cưỡng nên hệ thống đánh lửa phận thiếu để trì hoạt động tính ổn định trình làm việc Sau học xong môn Trang Bị Điện Điện Tử Động Lực Chúng em giao đồ án môn học ‘‘Trang bị điện -điện tử tử động lực’’nhằm củng cố kiến thức học hiểu Hệ thống đánh lửa thường sử dụng động Trong trình làm đồ án, em hướng dẫn tận tình thầy TS Lê Minh Tiến để em hồn thành đồ án “Thiết kế hệ thống điện tô” Cuộc sống ngày đại hơn, đầy dủ nên yêu cầu HTĐL ngày nhỏ gọn, tiết kiệm lượng, hiệu suất cao…đảm bảo đánh lửa với trường hợp hoạt động động Chính phát triển HTĐL rất nhanh để phù hợp với yêu cầu sống Nên ngày có nhiều HTĐL khác nhau, chúng dựa sở chung để tạo tia lửa điện Trong trình làm đồ án thời gian hạn hẹp kiến thức còn nhiều hạn chế nên tránh khỏi thiếu sót mong nhận lời đóng góp quý thầy cô bạn bè Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 29/03/2019 Sinh Viên Lê Quý Trọng GVHD: T.S Lê Minh Tiến SVTH:Lê Quý Trọng Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ 1.1 Công dụng hệ thống đánh lửa Hệ thống đánh lửa (HTDL) ơtơ có nhiệm vụ biến dòng chiều thấp áp (12V, 24V) dòng điện xoay chiều thấp áp (trong HTĐL Manheto hay vô lăng Manheto) thành xung điện cao áp (12 kV ÷ 24 kV) tạo tia lửa điện phóng qua khe hở bugi đốt cháy hỗn hợp cháy (khí - xăng) xilanh thời điểm thích hợp tương ứng với thứ tự làm việc xilanh, chế độ làm việc động 1.2 Yêu cầu Do đòi hỏi hệ thống đánh lửa phải bảo đảm yêu cầu sau: - Phải đảm bảo tạo điện áp đủ lớn (12kV ÷ 24kV) để tạo tia lửa điện phóng qua khe hở điện cực bugi - Tia lửa phải có lượng thời gian tồn đủ lớn để đốt cháy hỗn hợp làm việc điều kiện làm việc động - HTĐL phải có khả tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm để thời điểm đánh lửa tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lý nhất chế độ làm việc động - Độ tin cậy hệ thống đánh lửa phải tương ứng với độ tin cậy làm việc động - Các phụ kiện hệ thống đánh lửa phải đảm bảo làm việc tốt môi trường nhiệt độ cao rung xóc lớn - Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành hợp lý 1.3 Phân loại  Theo đặc điểm cấu tạo nguyên lý làm việc: - HTĐL kiểu khí (HTĐL thường): sử dụng hầu hết oto trước khơng còn sử dụng - HTĐL Manheto - HTĐL bán dẫn có tiếp điểm - HTĐL bán dẫn không tiếp điểm  Theo cảm biến đánh lửa, HTĐL bán dẫn chia làm: - HTĐL sử dụng cảm biến từ - HTĐL sử dụng cảm biến quang - HTĐL sử dụng cảm biến Hall GVHD: T.S Lê Minh Tiến SVTH:Lê Q Trọng Tính tốn thiết kế hệ thống đánh lửa  Theo lượng tích lũy trước đánh lửa: - HTĐL điện cảm: lượng đánh lửa tích lũy bên từ trường - cuộn dây biến áp đánh lửa HTĐL điện dung: lượng đánh lửa tích lũy bên điện trường tụ điện  Theo phương pháp phân bố điện cao áp: - HTĐL có chia điện - HTĐL khơng có bơ chia điện (HTĐL trực tiếp) 1.3.1 Hệ thống đánh lửa thường  Sơ đồ cấu tạo nguyên lý Hình 1.1- Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hệ thống đánh lửa thường 1- Trục cam 2- Cần tiếp điểm 3- Bobin đánh lửa 4- Bộ chia điện 5- Bugi R- điện trở; C- tụ điện; W1- cuộn sơ cấp; W2- cuộn thứ cấp GVHD: T.S Lê Minh Tiến SVTH:Lê Q Trọng Tính tốn thiết kế hệ thống đánh lửa Hình 1.2- Sơ đồ làm việc hệ thống đánh lửa thường Khi KK’ đóng: mạch sơ cấp xuất dòng điện sơ cấp i Dòng tạo nên từ thông khép mạch qua lõi thép hai cuộn dây biến áp đánh lửa Khi KK’ mở: mạch sơ cấp bị ngắt, dòng i1 từ trường tạo nên mất Do hai cuộn dây xuất SĐĐ tự cảm, tỷ lệ thuận với tốc độ biến thiên từ thơng (hình 1.2b) Bởi cuộn W2 có số vòng dây lớn nên SĐĐ cảm ứng sinh lớn, đạt giá trị khoảng 12KV….24KV Điện áp cao truyền từ cuộn thứ cấp qua roto chia điện (4) dây dẫn cao áp đến bugi đánh lửa (5) theo thứ tự nổ động Khi hiệu thứ cấp đạt giá trị Uđl xuất tia lửa phóng điện qua khe hở bugi đốt cháy hỗn hợp làm việc xilanh Cam (1) dẫn động quay từ trục phân phối làm nhiệm vụ đóng mở tiếp điểm KK’, tức ngắt nối mạch sơ cấp biến áp đánh lửa Vào thời điểm tiếp điểm mở, cuộn W1 xuất SĐĐ tự cảm khoảng 200…300V gây tia lửa mạnh phóng qua tiếp điểm, làm cháy rỗ má vít, đồng thời làm cho dòng sơ cấp từ trường mất chậm thế, hiệu thứ cấp khơng lớn Khi có tụ C1 dòng sơ cấp suất điện động e1 dập tắt nhanh chóng, khơng gây tia lửa tiếp điểm U2 tăng lên  Ưu điểm: GVHD: T.S Lê Minh Tiến SVTH:Lê Q Trọng Tính tốn thiết kế hệ thống đánh lửa - Giá thành rẻ - Làm việc độ tin cậy cao  Nhược điểm: - Khi n tăng thời gian đóng tiếp điểm td giảm nên Ing giảm → U2 giảm  Các giai đoạn q trình đánh lửa: Giai đoạn tăng dịng sơ cấp KK’ đóng lại: Khi KK’ đóng có dòng sơ cấp i1 chạy theo mạch: (+)AQ→ Kđ → Rf → W1 → cần tiếp điểm → KK’ → (-) AQ Dòng điện tăng từ đến giá trị giới hạn xác định điện trở mạch sơ cấp Mạch thứ cấp lúc sơi hở Do SĐĐ tự cảm, dòng i1 tăng tức thời mà tăng dần khoảng thời gian Trong giai đoạn gia tăng dòng sơ cấp ta viết phương trình sau[2] : Ung + eL1 = i1 R1 Trong đó: Ung Mà: (1.1) - Thế hiệu nguồn điện [V] eL1 - SĐĐ tự cảm cuộn sơ cấp [V] R1 - Điện trở mạch sơ cấp [Ω] eL1 =  L1 di1 di  L1 dt � Ung = dt = i1 R1 (1.2) Giải phương trình vi phân (1.2) ta xác định : t U ng � d1 � I1  1 e � � R1 � � � � Trong đó: td 1  (1.3) - Thời gian tiếp điểm đóng [s] R1 L1 - Hằng số thời gian mạch sơ cấp Biểu thức (1.3) cho thấy dòng sơ cấp tăng theo quy luật đường tiệm cận (hình 1.1) - di1 U ng  i1 dt L1 Khi t=0 (tiếp điểm vừa đóng lại) =0 U di1 i1  ng R Khi t=∞ (tiếp điểm đóng rất lâu) dt = GVHD: T.S Lê Minh Tiến SVTH:Lê Quý Trọng Tính tốn thiết kế hệ thống đánh lửa Hình 1.3- Qúa trình tăng dịng sơ cấp với điện trở R1 khác Từ biểu biểu thức ta thấy rõ rằng, tốc độ tăng dòng sơ cấp phụ thuộc vào vị trí Ung L1 L1 lớn tốc độ tăng dòng sơ cấp giảm Tốc độ có giá trị cực đại vào thời điểm tiếp điểm bắt đầu đóng (t=0) Theo [2] giá trị cực đại mà dòng sơ cấp đạt phụ thuộc vào điện trở mạch sơ cấp, thời gian tiếp điểm trạng thái đóng Thay giá trị t =t d vào phương trình (1.3), ta xác định đươc: i1max  I1ng (1.4) R U ng �  L11 td �  1 e � � R1 � � � � I1ng Trong : - giá trị dòng sơ cấp tiếp điểm mở [A] U - hiệu điện nguồn [V] td -Thời gian tiếp điểm đóng [s] Theo tài liệu tham khảo [2] thời gian tiếp điểm đóng xác định theo cơng td   d thức : Với: 120 ne z (1.5) - thời gian đóng tiếp điểm tương đối n - số vòng quay động [vòng/phút] Z - số xilanh động kỳ Cuối ta có : GVHD: T.S Lê Minh Tiến SVTH:Lê Quý Trọng Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa I1ng R 120 U ng �  ( L11  d ne Z �  1 e � � R1 � � � � (1.6) Từ biểu thức (1.6) ta rút nhận nhận xét sau : I1ng phụ thuộc vào thông số mạch sơ cấp ( R1 L1 ) - Giá trị dòng - I1ng giảm tăng số vòng quay số xi alnh động - I1ng tăng lên tăng thời gian đóng tiếp điểm tương đối, thời gian ấn định dạng cam việc điều chỉnh tiếp điểm Thường khơng thể làm tăng q 0,63 lúc cam rất nhọn, gây rung động va đập cần tiếp điểm làm việc mau mòn Giai đoạn tăng xuất SĐĐ cao áp cuộn thứ cấp KK’ mở: Khi tiếp điểm KK’ chia điện mở ra, dòng sơ cấp từ thơng sinh giảm rất nhanh thời gian ngắn Do cuộn thứ cấp W2 biến áp đánh lửa xuất SĐĐ cảm ứng có giá trị rất lớn (12000…24000V ) Giá trị SĐĐ cáo áp xác định từ phương trình cân biến đổi lượng hệ thống đánh lửa : - Ngay trước tiếp điểm mở, mạch từ biến áp đánh lửa tích lũy lượng điện từ là: Wđt  I n2g L (1.7) [2] - Khi tiếp điểm mở (nhưng chưa xuất tia lửa điện cao thế) lượng biến thành lượng tĩnh điện tích lũy điện dung C1 mạch sơ cấp C2 mạch thứ cấp, còn phần nhỏ biến thành nhiệt tiêu tán môi trường Như vậy, theo [2] phương trình cân lượng lúc tiếp điểm bắt đầu mở viết sau : I ng2 L1 Mà: U1  U  C1.U12 C2 U 22  Q 2 (1.8) W1 w I12ng L1  [C1  ( )  C2 ].U 22  Q W2 � w2 GVHD: T.S Lê Minh Tiến (1.9) SVTH:Lê Q Trọng Tính tốn thiết kế hệ thống đánh lửa Sau biến đổi ta nhận được: U  I1ng L1  ' W1 C1  C2 W2 (1.10) Trong đó: C1 - điện dung mạch sơ cấp ( tụ điện) C2 - điện dung mạch thứ cấp (tụ điện) Q - Tổn thất dạng nhiêt  ’ - hệ số tính đến giảm U tổn thất lượng dạng nhiệt hai mạch sơ cấp thứ cấp (  ’ = 0,75…) Quy luật thay đổi dòng i1 điện U giai đoạn hệ thống đánh lửa biểu diễn hình (1.4) Hình 1.4- Sự thay đổi dòng điện điện U hệ thống đánh lửa làm việc I I Để tăng U tăng L1 hay 1ng Tuy vậy, việc tăng L1 làm giảm 1ng , còn gây tia lửa mạnh tiếp điểm Thường thường L1 =(6…10) mH Còn việc GVHD: T.S Lê Minh Tiến SVTH:Lê Quý Trọng ... đổi từ thơng không (từ thông cực tiểu) b-Sự thay đổi từ thông lớn nhất (từ thông tăng) c-Sự thay đổi từ thông không (từ thông cực đại) d-Sự thay đổi từ thông lớn nhất (từ thông giảm) + Cảm... thống đánh lửa 1.3.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn 1.3.2.1 Hệ thống đánh lữa bán dẫn có tiếp điểm HTĐL bán dẫn có tiếp điểm HTĐL bán dẫn kết hợp với khí, HTĐL loại còn dùng số xe Hình 1.6- Sơ đồ nguyên... thống đánh lửa thống đánh lửa thep chương trình; IC đánh lửa, bobin bugi tích hợp vào kết cấu gọn nhẹ 1.3.3.1 Hệ thống đánh lửa gián tiếp (HTĐL có chia điện) Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống đánh lửa gián