ĐỒ ÁN ĐIỆN Ô TÔ , HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ( CAD + THUYẾT MINH )

Tính tốn thiết kế hệ thống đánh lửa GVHD: PGS.TS Phạm Quốc Thái MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ơ TƠ 1.1 Cơng dụng, yêu cầu, phân loại 1.1.1 Công dụng 1.1.2 Yêu cầu 1.1.3 Phân loại 2 1.2 Hệ thống đánh lửa thường 1.2.1 Cấu tạo 1.2.2 Nguyên lý hoạt động 4 1.3 HTĐL bán dẫn 1.3.1 HTĐL bán dẫn có tiếp điểm 1.3.2 HTĐL sử dụng cảm biến điện từ 1.3.3 HTĐL sử dụng cảm biến quang 1.3.4 HTĐL sử dụng cảm biến Hall 5 1.4 HTĐL theo chương trình 1.4.1 HTĐL gián tiếp (HTĐL có chia điện ) 1.4.2 HTĐL trực tiếp (khơng có chia điện) 1.4.2.1 HTĐL sử dụng bôbin đôi 1.4.2.2 Hệ thống đánh lửa sử dụng bôbin đơn 9 11 12 13 CHƯƠNG 2: CÁC BỘ PHẬN DÙNG TRONG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐÁNH LỬA 14 2.1 Phương án thiết kế 14 2.2 Các phận dùng hệ thống đánh lửa 2.2.1 Bugi đánh lửa 2.2.2 Biến áp đánh lửa (bobin) 2.2.3 IC đánh lửa 2.2.4 Cấu tạo ECU 2.2.5 Một số loại cảm biến 2.2.5.1 Cảm biến tốc độ động –NE vị trí piston-G 2.2.5.2 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát-THW 2.2.5.3 Cảm biến nhiệt độ khí nạp -THA 2.2.5.4 Cảm biến lưu lượng khí nạp-VS 2.2.5.5 Cảm biến vị trí bướm ga-VTA 2.2.5.6 Cảm biến kích nổ-KNK 16 16 18 19 20 21 21 22 23 23 25 27 2.3 Quá trình điều khiển đánh lửa 2.3.1 Điều khiển đánh lửa khởi động 2.3.2 Điều chỉnh đánh lửa sau khởi động 28 29 29 SVTH: Trần Quốc Huy 17C4C Trang Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa GVHD: PGS.TS Phạm Quốc Thái 2.3.3 Hiệu chỉnh theo nhiệt độ động 2.3.4 Hiệu chỉnh ổn định không tải 2.3.5 Hiệu chỉnh phản hồi tỉ lệ khí – nhiên liệu 2.3.6 Hiệu chỉnh tránh kích nổ 2.3.7 Hiệu chỉnh góc ngậm điện 31 31 32 32 33 CHƯƠNG 3: TÍNH VÀ VẼ ĐẶC TÍNH DỊNG ĐIỆN QUA CUỘN SƠ CẤP 34 3.1 Tính dịng điện qua cuộn sơ cấp 34 3.2 Vẽ đặc tính dịng điện qua cuộn sơ cấp biến áp đánh lửa 37 3.3 Phân tích đặc tính dịng sơ cấp 39 3.4 Kết luận 40 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA DỊNG THỨ CẤP 41 4.1 Tín hiệu điện thế đánh lửa 41 4.2 Tính hiệu điện thế cuộn thứ cấp 41 4.3 Tần số chu kỳ đánh lửa 42 4.4 Tính lượng tia lửa 4.4.1 Tính lượng tia lửa điện dung 4.4.2 Tính lượng tia lửa điện cảm 43 43 43 4.5 Tính tốn thơng số bobbin đánh lửa 4.5.1 Tính tốn phần dây thứ cấp 4.5.1.1 Tính số vịng dây cuộn thứ cấp bobin đánh lửa 4.5.1.2 Tính đường kính dây cuộn thứ cấp 4.5.1.3 Tính số lớp quấn dây cuộn thứ cấp 4.5.1.4 Tính chiều dài dây quấn cuộn thứ cấp 4.5.2 Tính tốn phần dây quấn sơ cấp 4.5.2.1 Tính đường kính dây quấn cuộn sơ cấp 4.5.2.2 Tính số lớp quấn dây cuộn sơ cấp 4.5.2.3 Tính chiều dài dây quấn cuộn sơ cấp 44 44 44 44 46 47 48 48 48 49 4.6 Tính chọn Bugi 49 4.7 Kết luận 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 SVTH: Trần Quốc Huy 17C4C Trang Tính tốn thiết kế hệ thống đánh lửa GVHD: PGS.TS Phạm Quốc Thái CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ 1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại 1.1.1 Cơng dụng Hệ thống đánh lửa (HTĐL) có nhiệm vụ biến đổi dòng điện chiều hiệu thấp (6, 12 hay 24V) xung điện xoay chiều hiệu thấp (trong HTĐL Manheto hay Volang Manhetic) thành xung điện cao (12000 … 24000V) đủ để tạo nên tia lửa điện (phóng điện qua khe hở bugi) đốt cháy hỗn hợp làm việc xylanh động vào thời điểm thích hợp tương ứng với trình tự xylanh chế độ làm việc động Trong số trường hợp, hệ thống đánh lửa dùng để hỗ trợ khởi động tạo điều kiện khởi động động dễ dàng nhiệt độ thấp 1.1.2 Yêu cầu Hệ thống đánh lửa phải đáp ứng yêu cầu sau: - Phải đảm bảo hiệu đủ để tạo tia lửa điện phóng qua khe hở điện cực bugi - Tia lửa điện phải có lượng đủ lớn để đốt cháy hỗn hợp làm việc điều kiện làm việc động - Thời điểm đánh lửa phải tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lý chế độ làm việc động - Độ tin cậy làm việc hệ thống đánh lửa phải tương ứng với độ tin cậy làm việc động - Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ 1.1.3 Phân loại Theo đặc điểm cấu tạo nguyên lý làm việc, HTĐL chia thành loại sau: - Loại đánh lửa dùng ắc-quy: Đây loại HTĐL thông dụng, dùng hầu hết ô tơ thời gian trước đây, cịn gọi hệ thống đánh lửa thường hay HTĐL cổ điển - Loại bán dẫn hay điện tử: Với có mặt linh kiện bán dẫn thành phần cấu tạo Đây loại HTĐL mới, có nhiều ưu điểm hẳn loại HTĐL thường có xu hướng thay dần HTĐL thường - Loại đánh lửa Manheto Vô lăng Manhetic: Là loại HTĐL cao áp độc lập, không cần đến acquy máy phát có độ tin cậy cao SVTH: Trần Quốc Huy 17C4C Trang Tính tốn thiết kế hệ thống đánh lửa GVHD: PGS.TS Phạm Quốc Thái - Loại nhiều tia lửa điện liên tục: Là loại cấu đánh lửa dùng để sấy nóng mơi chất, hỗ trợ khởi động cho động diesel động máy bay Theo cảm biến đánh lửa, HTĐL bán dẫn chia làm: - HTĐL sử dụng cảm biến điện từ - HTĐL sử dụng cảm biến quang - HTĐL sử dụng cảm biến Hall 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 điện trường tụ điện Theo phương pháp phân bố điện cao áp: - HTĐL có chia điện (đánh lửa gián tiếp) - HTĐL khơng có chia điện (đánh lửa trực tiếp) 1.2 Hệ thống đánh lửa thường 1.2.1 Cấu tạo Hệ thống đánh lửa thường gồm thiết bị chủ yếu như: biến áp đánh lửa 3, chia điện bu-gi đánh lửa mô tả hình 1.1 Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa thường 1: Cam; 2: Cần tiếp điểm; 3: Biến áp đánh lửa; 4: Bộ chia điện; 5: Bugi; 6: Má vít 1.2.2 Nguyên lý hoạt động SVTH: Trần Quốc Huy 17C4C Trang Tính tốn thiết kế hệ thống đánh lửa GVHD: PGS.TS Phạm Quốc Thái Khi KK’ đóng: mạch sơ cấp xuất dịng 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 i từ trường tạo nên Do đó, hai cuộn dây xuất sức điện động tự cảm tỷ lệ thuận với tốc độ biến thiên từ thơng Bởi cuộn W có số vịng dây lớn nên sức điện động cảm ứng sinh lớn, đạt giá trị khoảng 12000 ÷ 24000V Điện áp cao truyền từ cuộn thứ cấp qua rô to chia điện dây dẫn cao áp đến bugi đánh lửa theo thứ tự nổ động Khi hiệu thứ cấp đạt giá trị U dl xuất tia lửa điện phóng qua khe hở bugi đốt cháy hỗn hợp làm việc xylanh Vào thời điểm tiếp điểm mở, cuộn W xuất SĐĐ tự cảm khoảng 200 … 300V Nếu khơng có tụ điện C mắc song song với tiếp điểm KK’, SĐĐ gây tia lửa mạnh phóng qua tiếp điểm, làm cháy rỗ má vít, đồng thời làm cho dịng sơ cấp từ trường chậm thế hiệu thứ cấp khơng lớn Hình 1.2 Sơ đồ làm việc HTĐL thường Khi có tụ C1 dòng sơ cấp sức điện động tự cảm e dập tắt nhanh chóng, khơng gây tia lửa tiếp điểm U2 tăng lên 1.3 HTĐL bán dẫn 1.3.1 HTĐL bán dẫn có tiếp điểm SVTH: Trần Quốc Huy 17C4C Trang Tính tốn thiết kế hệ thống đánh lửa GVHD: PGS.TS Phạm Quốc Thái HTĐL bán dẫn có tiếp điểm HTĐL bán dẫn kết hợp với khí, có cấu tạo tương tự HTĐL thường việc đóng ngắt dịng sơ cấp thực Transistor, điều khiển Transistor thực nhờ phận tạo xung (KK’ cam) hình 1.3 Hình 1.3: Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển B, C, E: Các cực Transistor; SW: Công tắc; W1, W2: Cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp; Rb, Rf: Các điện trở; K: Khóa điện; →: Chiều dòng điện; Z: Đến bugi Khi bật cơng tắc máy IG/SW cực E Transistor cấp nguồn dương, cực C Transistor nối trực tiếp với nguồn âm Khi tiếp điểm KK’ đóng: cực B Transistor nối với nguồn âm, U BE < 0, xuất dòng Ib, Transistor dẫn làm xuất dòng sơ cấp theo mạch: Từ (+) ắc quy đến Rf đến W1 đến cực E đến cực B đến Rb đến KK’ sau đến (-) ắc quy Dòng sơ cấp: I1 = Ic + Ib = Ie Dịng điện tạo nên từ thơng khép mạch qua lõi thép hai cuộn dây biến áp đánh lửa Khi tiếp điểm KK’ mở dòng sơ cấp từ thơng sinh bị đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp sức điện động cao xuất tia lửa Tại thời điểm KK’ mở, cuộn sơ cấp xuất sức điện động E1 = (200 ÷ 300)V, làm hỏng Transistor Để giảm E người ta phải dùng biến áp có Kba lớn L1 nhỏ dùng mạch bảo vệ cho Transistor Trên thực tế, để giảm dòng điện qua tiếp điểm người ta dùng nhiều Transistor mắc nối tiếp 1.3.2 HTĐL sử dụng cảm biến điện từ SVTH: Trần Quốc Huy 17C4C Trang Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa GVHD: PGS.TS Phạm Quốc Thái HTĐL sử dụng cảm biến điện từ có cấu tạo tương tự HTĐL bán dẫn có tiếp điểm, nhiên HTĐL việc điều khiển Transistor thực cảm biến điện từ đặt chia điện Sơ đồ mạch điện HTĐL sử dụng cảm biến điện từ mô tả hình 1.4 Hình 1.4 Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ T1, T2, T3: Các Transistor; R1, R2, R3, R4, R5: Các điện trở; C: Tụ điện; D: Diode; W1: Cuộn sơ cấp; W2: Cuộn thứ cấp; IG/SW: Công tắc; 1: Ắc quy; 2: Cuộn dây cảm biến; 3: Bobin; 4: Đến bugi Khi bật công tắc máy xuất dòng điện sau: - Dòng I1: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R đến R2 đến (-) AQ, tạo điện áp đệm UR2 cực B T1 Tuy nhiên UR2 chưa đủ để làm cho T1 mở - Dòng I2: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R đến R5 đến (-) AQ, tạo điện áp đệm UR5 cực B T3, T3 dẫn, xuất dòng điện sơ cấp từ (+) AQ đến IG/SW đến bobin đến T3 đến (-) AQ Dịng điện tạo nên từ thơng khép kín mạch qua lõi thép hai cuộn dây biến áp đánh lửa - Khi cuộn dây cảm biến khơng có tín hiệu điện áp điện áp âm T1 ngắt, T2 ngắt, T3 tiếp tục dẫn - Khi cuộn dây cảm biến có tín hiệu điện áp dương, kết hợp với điện áp đệm UR2, làm cho T1 dẫn, T2 dẫn, T3 ngắt Dịng điện qua cuộn sơ cấp từ thơng sinh bị đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp sức điện động cao xuất tia lửa 1.3.3 HTĐL sử dụng cảm biến quang SVTH: Trần Quốc Huy 17C4C Trang Tính tốn thiết kế hệ thống đánh lửa GVHD: PGS.TS Phạm Quốc Thái HTĐL sử dụng cảm biến quang có cấu tạo tương tự HTĐL sử dụng cảm biến điện từ Ở HTĐL này, cảm biến quang thay cho cảm biến điện từ để điều khiển Transistor Sơ đồ mạch điện HTĐL sử dụng cảm biến quang mơ tả hình 1.5 Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang T1, T2, T3, T4, T5: Các Transistor; R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, Rf: Các điện trở; D1, D2, D3: Các diode; IG/SW; Công tắc; 1: Ắc quy; 2: Bô bin; 3: Đến bugi Khi bật công tắc máy xuất dòng điện sau: - Dòng I1: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R6 đến R1 đến D1 - Dòng I2: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R đến R8 đến (-) AQ, tạo điện áp đệm UR8 cực B T5, T5 dẫn, xuất dòng sơ cấp từ: (+) AQ qua IG/SW đến Rf đến bobin đến T5 đến (-) AQ Dịng điện tạo nên từ thơng khép mạch qua lõi thép hai cuộn dây biến áp đánh lửa Khi rotor quay, vị trí đĩa cảm quang ngăn dòng ánh sáng tử LED D sang Transistor T1, T1 ngắt, T2 ngắt, T3 ngắt, T4 ngắt, T5 tiếp tục dẫn Tại vị trí đĩa cảm quang cho dòng ánh sáng tử LED D sang Transistor T1, T1 dẫn, T2 dẫn, T3 dẫn, T4 dẫn, T5 ngắt Dòng điện qua cuộn sơ cấp từ thơng sinh bị đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp sức điện động cao xuất tia lửa 1.3.4 HTĐL sử dụng cảm biến Hall SVTH: Trần Quốc Huy 17C4C Trang Tính tốn thiết kế hệ thống đánh lửa GVHD: PGS.TS Phạm Quốc Thái Tương tự HTĐL sử dụng cảm biến quang HTĐL sử dụng cảm biến Hall điều khiển việc đóng ngắt dịng sơ cấp Transitstor điều khiển tín hiệu từcảm biến Hall đặt chia điện Sơ đồ mạch điện HTĐL sử dụng cảm biến quang mô tả hình 1.6 Khi bật cơng tắc máy xuất dòng điện I từ (+) AQ qua IG/SW đến D1 đến R1, cung cấp điện cho cảm biến Hall Khi rotor quay vị trí cánh chắn xen nam châm phần tử Hall điện áp đầu cảm biến Ura ≈ 12V, T1 dẫn,T2 dẫn, T3 dẫn Lúc dòng sơ cấp theo mạch sau: (+) AQ qua IG/SW đến R f đến bobin đến T3 đến (-) AQ Dòng điện tạo nên từ thông khép mạch qua lõi thép hai cuộn dây biến áp đánh lửa Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall IG/SW: Công tắc; C1, C2: Các tụ điện; T1, T2, T3: Các Transistor; R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, Rf: Các điện trở; D1, D2, D3, D4, D5: Các diode; 1: Ắc quy; 2: Bobin; 3: Đến bugi Khi cánh chắn rời khỏi vị trí nam châm phần tử Hall điện áp đầu cảm biến Hall U ra≈ 0V, T1 ngắt, T2 ngắt, T3 ngắt Dòng điện qua cuộn sơ cấp từ thơng sinh bị đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp sức điện động cao xuất tia lửa 1.4 HTĐL theo chương trình SVTH: Trần Quốc Huy 17C4C Trang Tính tốn thiết kế hệ thống đánh lửa GVHD: PGS.TS Phạm Quốc Thái 1.4.1 HTĐL gián tiếp (HTĐL có chia điện ) Hệ thống đánh lửa số kiểu hệ thống đánh lửa điều chỉnh theo chương trình nhớ ECU Sau nhận tín hiệu từ cảm biến cảm biến tốc độ động NE, cảm biến vị trí trục khuỷu G, cảm biến nhiệt độ khí nạp,cảm biến nhiệt độ nước làm mát,… ECU tính tốn phát tín hiệu đánh lửa tối ưu đến IC đánh lửa để điều khiển việc đánh lửa Việc phân phối điện cao đến bugi theo thứ tự làm việc chế độ tương ứng xi lanh thông qua chia điện - Ưu điểm: + Thời điểm đánh lửa xác, + Loại bỏ chi tiết dễ hư hỏng như: ly tâm, chân không - Nhược điểm: + Tổn thất nhiều lượng qua chia điện dây cao áp + Gây nhiễu vô tuyến mạch thứ cấp + Khi động có tốc độ cao số xi lanh lớn dễ xảy đánh lửa đồng thời hai dây cao áp kề + Bộ chia điện chi tiết dễ hư hỏng nên cần phải thường xuyên theo dõi bảo dưỡng SVTH: Trần Quốc Huy 17C4C Trang 10 ... chia điện (? ?ánh lửa gián tiếp) - HTĐL khơng có chia điện (? ?ánh lửa trực tiếp) 1.2 Hệ thống đánh lửa thường 1.2.1 Cấu tạo Hệ thống đánh lửa thường gồm thiết bị chủ yếu như: biến áp đánh lửa 3, chia... tốn thiết kế hệ thống đánh lửa GVHD: PGS.TS Phạm Quốc Thái CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ơ TƠ 1.1 Cơng dụng, u cầu, phân loại 1.1.1 Cơng dụng Hệ thống đánh lửa (HTĐL) có nhiệm vụ... biến điện từ đặt chia điện Sơ đồ mạch điện HTĐL sử dụng cảm biến điện từ mô tả hình 1.4 Hình 1.4 Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ T 1, T 2, T3: Các Transistor; R 1, R 2, R 3, R 4, R5: Các điện