Hệ thống đánh lửa chương 5

Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 5.1 Lý thuyết đánh lửa cho động xăng 5.1.1 Các thông số chủ yếu hệ thống đánh lửa Hiệu điện thứ cấp cực đại U2m Hiệu điện thứ cấp cực đại U2m hiệu điện cực đại đo hai đầu cuộn dây thứ cấp tách dây cao áp khỏi bougie Hiệu điện thứ cấp cực đại U2m phải đủ lớn để có khả tạo tia lửa điện hai điện cực bougie, đặc biệt lúc khởi động Hiệu điện đánh lửa l Hiện điện thứ cấp mà trình đánh lửa xảy ra, gọi hiệu điện đánh lửa (l) Hiệu điện đánh lửa hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tuân theo định luật Pashen Trong đó: P: áp suất buồng đốt thời điểm đánh lửa δ: khe hở bougie T: nhiệt độ điện cực trung tâm bougie thời điểm đánh lửa K: số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp hòa khí Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu điện đánh lửa l tăng khoảng 20 đến 30% nhiệt độ điện cực bougie thấp Khi động tăng tốc độ, tiên, l tăng, áp suất nén tăng, sau l giảm từ từ nhiệt độ điện cực bougie tăng áp suất nén giảm trình nạp xấu Hiệu điện đánh lửa có giá trị cực đại chế độ khởi động tăng tốc, có giá trị cực tiểu chế độ ổn định công suất cực đại Trong trình vận hành xe mới, sau 2.000 km đầu tiên, l tăng 20% điện cực bougie bị mài mòn Sau l tiếp tục tăng khe hở bougie tăng Vì vậy, để giảm l phải hiệu chỉnh lại khe hở bougie sau moãi 10.000 km Trang 35 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa Hình 5.1: Sự phụ thuộc hiệu điện đánh lửa theo tốc độ tải động 1-Toàn tải; 2-Nữa tải;3-Tải nhỏ; 4-Khởi động cầm chừng Hệ số dự trữ Kdt Hệ số dự trữ tỷ số hiệu điện thứ cấp cực đại U2m hiệu điện đánh lửa l: Đối với hệ thống đánh lửa thường, U2m thấp nên Kdt thường nhỏ 1,5 Trên động xăng đại với hệ thống đánh lửa điện tử, hệ số dự trữ có giá trị cao (Kdt = 1,5 ÷ 2,0), đáp ứng việc tăng tỷ số nén, tăng số vòng quay tăng khe hở bougie Năng lượng dự trữ Wdt Năng lượng dự trữ Wdt lượng tích lũy dạng từ trường cuộn dây sơ cấp bobine Để đảm bảo tia lửa điện có đủ lượng để đốt cháy hoàn toàn hòa khí, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo lượng dự trữ cuộn sơ cấp bobine giá trị xác định: Trong đó: Wdt : lượng dự trữ sơ cấp L1 : độ tự cảm sơ cấp bobine Ing : cường độ dòng điện sơ cấp thời điểm transistor công suất ngắt Tốc độ biến thiên hiệu điện thứ cấp S Trong đó: S : tốc độ biến thiên hiệu điện thứ cấp Δu2 : độ biến thiên hiệu điện thứ cấp Δt : thời gian biến thiên hiệu điện thứ cấp Trang 36 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa Tốc độ biến thiên hiệu điện thứ cấp S lớn tia lửa điện xuất điện cực bougie mạnh, nhờ dòng không bị rò qua muội than điện cực bougie, lượng tiêu hao mạch thứ cấp giảm Tần số chu kỳ đánh lửa Đối với động kỳ, số tia lửa xảy giây hay gọi tần số đánh lửa, xác định công thức: ( ) Trong đó: f : tần số đánh lửa n : số vòng quay trục khuỷu động (min-1) Z : số xylanh động Chu kỳ đánh lửa T thời gian hai lần xuất tia lửa T = 1/f Tần số đánh lửa f tiû lệ thuận với vòng quay trục khuỷu động số xylanh Khi tăng số vòng quay động số xylanh, tần số đánh lửa f tăng và, chu kỳ đánh lửa T giảm xuống Vì vậy, thiết kế cần ý đến thông số chu kỳ tần số đánh lửa để đảm bảo, số vòng quay cao động cơ, tia lửa mạnh Góc đánh lửa sớm θ Góc đánh lửa sớm góc quay trục khuỷu động tính từ thời điểm xuất tia lửa điện bougie piston lên tới tử điểm thượng Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng lớn đến công suất, tính kinh tế độ ô nhiễm khí thải động Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào nhiều yếu tố: áp suất buồng đốt thời điểm đánh lửa, nhiệt độ buồng đốt, áp suất đường ống nạp, nhiệt độ nước làm mát động cơ, nhiệt độ môi trường, số vòng quay động cơ, số octan xăng Ở đời xe cũ, góc đánh lửa sớm điều khiển theo hai thông số: tốc độ (bộ sớm ly tâm) tải (bộ sớm áp thấp) động Tuy nhiên, hệ thống đánh lửa số xe, có trang bị thêm van nhiệt sử dụng phận đánh lửa sớm theo hai chế độ nhiệt độ Trên xe đời mới, góc đánh sớm điều khiển tối ưu theo chương trình phụ thuộc vào thông số nêu 5.1.2 Lý thuyết đánh lửa ôtô Trong động xăng kỳ, hòa khí, sau đưa vào xylanh trộn nhờ xoáy lốc dòng khí, piston nén lại Ở thời điểm thích hợp cuối kỳ nén, hệ thống đánh lửa cung cấp tia lửa điện cao đốt cháy hòa khí sinh công cho động Để tạo tia lửa điện hai điện cực bougie, trình đánh lửa chia làm ba giai đoạn: trình tăng trưởng dòng sơ cấp hay gọi trình tích lũy lượng, trình ngắt dòng sơ cấp trình xuất tia lửa điện điện cực bougie Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp Trang 37 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa Hình 5.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa Khi transistor công suất T dẫn, mạch sơ cấp có dòng điện i1 từ (+) accu đến Rf → L1 → T → mass Dòng điện i1 tăng từ từ sức điện động tự cảm sinh cuộn sơ cấp L1 chống lại tăng cường độ dòng điện Ở giai đoạn này, mạch thứ cấp hệ thống đánh lửa gần không ảnh hưởng đến trình tăng dòng mạch sơ cấp Hiệu điện cường độ dòng điện xuất mạch thứ cấp không đáng kể nên ta coi mạch thứ cấp hở Như vậy, tốc độ tăng dòng sơ cấp phụ thuộc chủ yếu vào độ tự cảm L1 Hình 5.3: Q trình tăng trưởng dịng sơ cấp Với bobine xe đời cũ với độ tự cảm lớn (đường 1), tốc độ tăng dòng sơ cấp chậm so với bobine xe đời vớiù độ tự cảm nhỏ (đường 2) Chính vậy, lửa yếu tốc độ cao Trên xe đời mới, tượng khắc phục nhờ sử dụng bobine có L1 nhỏ Đồ thị cho thấy độ tự cảm L1 sơ cấp lớn tốc độ tăng trưởng dòng sơ cấp i1 giảm Quá trình ngắt dòng sơ cấp Khi transistor công suất ngắt, dòng điện sơ cấp từ thông sinh giảm đột ngột Trên cuộn thứ cấp bobine sinh hiệu điện vào khoảng từ 15 KV ÷ 40 kV Giá trị hiệu điện thứ cấp phụ thuộc vào nhiều thông số mạch sơ cấp thứ cấp Bỏ qua hiệu điện accu hiệu điện accu nhỏ so với hiệu điện xuất cuộn sơ cấp lúc transistor công suất ngắt Tại thời điểm transistor công suất ngắt, lượng từ trường tích lũy cuộn sơ cấp bobine chuyển thành lượng điện trường Trang 38 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa Qui luật biến đổi dòng điện sơ cấp i1 hiệu điện thứ cấp u2m biểu diễn hình 5.4 Hình 5.4: Quy luật biến đổi dòng điện sơ cấp i1 hiệu điện thứ cấp u2m Khi transistor công suất ngắt, cuộn sơ cấp sinh sức điện động khoảng 100 – 300V Quá trình phóng điện điện cực bougie Khi điện áp thứ cấp u2 đạt đến giá trị l, tia lửa điện cao xuất hai điện cực bougie Bằng thí nghiệm người ta chứng minh tia lửa xuất điện cực bougie gồm hai thành phần thành phần điện dung thành phần điện cảm Thành phần điện dung tia lửa lượng tích lũy mạch thứ cấp qui ước điện dung ký sinh C2 Tia lửa điện dung đặc trưng sụt áp tăng dòng đột ngột Dòng đạt vài chục Ampere a-Thời gian tia lửa điện dung; b- Thời gian tia lửa điện cảm Hình 5.5: Quy luật biến đổi hiệu điện U2m cường độ dịng điện thứ cấp i2 transitor cơng suất ngắt Mặc dù lượng không lớn công suất phát thành phần điện dung tia lửa nhờ thời gian ngắn (1μs) nên đạt hàng chục, có tới hàng trăm kW Tia lửa điện dung có màu xanh sáng kèm theo tiếng nổ lách tách đặc trưng Trang 39 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa Dao động với tần số cao (106÷ 107Hz) dòng lớn, tia lửa điện dung gây nhiễu vô tuyến mài mòn điện cực bougie Để giải vấn đề vừa nêu, mạch thứ cấp (như nắp delco, mỏ quẹt, dây cao áp) thường mắc thêm điện trở Trong ôtô đời mới, người ta dùng dây cao áp có lõi than để tăng điện trơ.û Do tia lửa xuất trước hiệu điện thứ cấp đạt giá trị U2m nên lượng tia lửa điện dung phần nhỏ lượng phóng qua bougie Phần lượng lại hình thành tia lửa điện cảm Dòng qua bougie lúc vào khoảng 20 ÷ 40 mA Hiệu điện hai cực bougie giảm nhanh đến giá trị 400 ÷ 500 V Thời gian kéo dài tia lửa điện cảm gấp 100 đến 1.000 lần thời gian tia lửa điện dung thời gian phụ thuộc vào loại bobine, he hở bougie chế độ làm việc động Thường thời gian tia lửa điện cảm vào khoảng đến 1,5 ms Tia lửa điện cảm có màu vàng tím, gọi đuôi lửa 5.2 Nhiệm vụ, yêu cầu phân loại hệ thống đánh lửa 5.2.1 Nhiệm vụ Hệ thống đánh lửa động có nhiệm vụ biến nguồn điện xoay chiều chiều có hiệu điện thấp (12 24V) thành xung điện cao (từ 15.000 đến 40.000V) Các xung hiệu điện cao phân bố đến bougie xylanh thời điểm để tạo tia lửa điện cao đốt cháy hòa khí 5.2.2 Yêu cầu Một hệ thống đánh lửa làm việc tốt phải bảo đảm yêu cầu sau: - Hệ thống đánh lửa phải sinh sức điện động thứ cấp đủ lớn để phóng điện qua khe hở bougie tất chế độ làm việc động - Tia tửa bougie phải đủ lượng thời gian phóng để cháy bắt đầu - Góc đánh lửa sớm phải chế độ hoạt động động - Các phụ kiện hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt điều kiện nhiệt độ cao độ rung xóc lớn - Sự mài mòn điện cực bougie phải nằm khoảng cho phép 5.2.3 Phân loại Ngày nay, hệ thống đánh lửa trang bị động ôtô có nhiều loại khác Dựa vào cấu tạo, hoạt động, phương pháp điều khiển, người ta phân loại hệ thống đánh lửa theo cách phân loại sau: Phân loại theo phương pháp tích lũy lượng: - Hệ thống đánh lửa điện cảm (TI – Transistor Ignition system) - Hệ thống đánh lửa điện dung (CDI – Capacitor Discharged Ignition system) Phân loại theo phương pháp điều khiển cảm biến - Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa (breaker) Trang 40 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ (electromagnetic sensor) gồm loại: loại nam châm đứng yên loại nam châm quay - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến biến Hall - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến biến quang - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến từ trở… - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến cộng hưởng Phân loại theo phân bố điện cao áp - Hệ thống đánh lửa có chia điện-(delco) (distributor ignition system) - Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay delco (distributorless ignition system) Phân loại theo phương pháp điều khiển góc đánh lửa sớm - Hệ thống đánh lửa với cấu điều khiển góc đánh lửa sớm khí (Mechanical Spark advance) - Hệ thống đánh lửa với điều khiển góc đánh lửa sớm điện tử (ESA– Electronic Spark advance) Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp - Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa (conventional ignition system) - Hệ thống đánh lửa sử dụng Transistor (transistor ignition system) - Hệ thống đánh lửa sử dụng Thyristor (CDI) 5.3 Cấu tạo hệ thống đánh lửa 5.3.1 Sơ đồ cấu tạo Hình 5.6: Sơ đồ cấu tạo hệ thống đánh lửa Những thiết bị chủ yếu HTĐL biến áp đánh lửa (bobine), điện trở phụ, chia điện, bougie đánh lửa, khoá điện nguồn điện chiều (accu máy phát) Sơ đồ hệ thống đánh lửa trình bày hình đây: Trang 41 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa Hình 5.7: Mạch điện hệ thống đánh lửa 5.3.2 Cấu tạo chi tiết Biến áp đánh lửa (bobine) Đây loại biến áp cao đặc biệt nhằm biến xung điện có hiệu điện thấp (6, 12 24V) thành xung điện có hiệu điện cao (12,000 ÷ 40,000V) để phục vụ cho việc tạo tia lửa bougie Lỗ cắm dây cao áp Lò xo nối Cuộn giấy cách điện Lõi thép từ Sứ cách điện Nắp cách điện Vỏ Ống thép từ Cuộn sơ cấp 10 Cuộn thứ cấp 11 Đệm cách điện Hình 5.8: Cấu tạo bobine Lõi thép từ ghép thép biến dầy 0,35mm có lớp cách mặt để giảm ảnh hưởng dòng điện xoáy Lõi thép chèn chặt ống tông cách điện mà người ta quấn cuộn dây thứ cấp, gồm nhiều vòng dây (W2 = 19.000 ÷ 26.000 vòng) đường kính 0,07 ÷ 0,1 mm Giữa lớp dây cuộn W2 có hai lớp giấy cách điện mỏng mà chiều rộng lớp giấy lớn so với khoảng quấn dây để tránh trùng chéo lớp dây tránh bị đánh điện qua phần mặt bên cuộn dây Lớp dây kể từ ống tông bốn lớp dây người ta không quấn vòng dây sát mà quấn cách khoảng ÷ 1,5 mm Đầu vòng dây hàn với lõi thép thông qua lò xo dẫn lên điện cực trung tâm (cực cao ) nắp cách điện Cuộn thứ cấp, sau quấn xong, cố định ống tông cách điện, mà có quấn cuộn dây sơ cấp với số vòng dây không lớn (W1 = 250 ÷ 400 vòng), cỡ dây 0,69 ÷ 0,8 mm Một đầu cuộn sơ cấp hàn vào vít bắt dây khác nắp Trang 42 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa Hai vít bắt dây rỗng to vít thứ (vít gá hộp điện trở phụ) Toàn khối gồm cuộn dây lõi thép đặt ống thép từ, ghép thép biến uốn cong theo mặt trụ hở khe hở thép đặt chệch Cuộn dây ống thép đặt vỏ thép cách điện phía đáy miếng sứ, nắp nắp cách điện làm vật liệu cách điện cao cấp Đa số bobine trước có dầu biến bên giải nhiệt, yêu cầu làm kín tương đối khó Hiện nay, việc điều khiển thời gian ngậm điện điện tử giúp bobine nóng Đồng thời, để đảm bảo lượng đánh lửa lớn tốc độ cao, người ta tăng cường độ dòng ngắt giảm độ tự cảm cuộn dây sơ cấp Chính vậy, bobine ngày có kích thước nhỏ, có mạch từ kín không cần dầu biến áp để giải nhiệt Các bobine loại gọi bobine khô Bộ chia điện Bộ chia điện thiết bị quan trọng hệ thống đánh lửa Nó có nhiệm vụ tạo nên xung điện mạch sơ cấp HTĐL phân phối điện cao đến xy lanh theo thứ tự nổ động thời điểm Bộ chia điện chia làm ba phận: phận tạo xung điện, phận chia điện cao cấu điều chỉnh góc đánh lửa Hình 5.9: Cấu tạo chia điện Bộ phận tạo xung điện Hình 5.10 giới thiệu phận tạo xung kiểu vít lửa, gồm chi tiết chủ yếu như: cam 1, mâm tiếp điểm, tụ điện Trang 43 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa Hình 5.10: Bộ phận tạo xung Cam lắp lỏng trục chia điện mắc vào điều chỉnh ly tâm Mâm tiếp điểm chia điện gồm hai mâm: mâm (mâm di động), mâm (mâm cố định) chúng có ổ bi Trong chia điện số xe có mâm Ở mâm có: giá má vít tónh, cần tiếp điểm (giá má vít động) để tạo nên tiếp điểm; miếng bôi trơn lao cam; chốt để mắc với điều chỉnh góc đánh lửa; giá bắt dây; đặt mâm tiếp điểm Giữa mâm mâm có dây nối mass Mâm quay tương ứng với mâm góc để phục vụ cho việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm Má vít tónh phải tiếp mass thật tốt cần tiếp điểm quay quanh chốt, phải cách điện với mass nối với vít bắt dây phía bên chia điện đoạn dây thông qua lò xo Tiếp điểm bình thường trạng thái đóng nhờ lò xo lá, khe hở má vít, trạng thái mở hết, thường 0,3 ÷ 0,5 mm điều chỉnh cách nới vít hãm, xoay vít điều chỉnh lệch tâm để phần lệch tâm vít điều chỉnh tác dụng lên bên nạng giá má vít tónh làm cho xoay quanh chốt ít, dẫn đến thay đổi khe hở tiếp điểm Khi phần cam quay vấu cam tác động lên gối cách điện cần tiếp điểm làm cho tiếp điểm mở ra, qua vấu cam tiếp điểm lại đóng lại tác dụng lò xo Các cấu điều chỉnh góc đánh lửa: Bộ phận gồm cấu điều chỉnh góc đánh lửa − Bộ điều chỉnh góc đánh lửa ly tâm − Bộ điều chỉnh góc đánh lửa chân không − Bộ điều chỉnh góc đánh lửa theo trị số octan Bộ điều chỉnh góc đánh lửa ly tâm: tên gọi đầy đủ điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo số vòng quay kiểu ly tâm Bộ điều chỉnh làm việc tự động tùy thuộc vào tốc độ động Về cấu tạo, điều chỉnh góc đánh lửa ly tâm gồm: giá đỡ văng lắp chặt với trục chia điện; hai văng đặt giá xoay quanh chốt quay văng đồng thời giá móc lò xo; lò xo đầu mắc vào chốt đầu móc vào giá văng luôn kéo văng phía trục Trên văng có chốt hai chốt điều chỉnh ly tâm gài vào hai rãnh ngang phần cam Bộ điều chỉnh góc đánh lửa chân không: Bộ điều chỉnh góc đánh lửa chân tên gọi đầy đủ điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo phụ tải động cơ, kiểu chân không Cơ cấu làm việc tự động tùy thuộc vào mức tải động Bộ điều chỉnh gồm: hộp kín cách ghép hai nửa lại với Màng đàn hồi ngăn cách hai buồng, buồng luôn thông với khí chịu áp suất khí Trang 44 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa quyển, buồng thông với lỗ phía bướm ga ống nối chịu ảnh hưởng thay đổi áp suất phía bướm ga Hình 5.11: Bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm chân khơng Bộ điều chỉnh góc đánh lửa theo trị số octane nhiên liệu Bộ điều chỉnh có mặt số động ôtô dùng nhiều loại xăng khác vớiù trị số octane tốc độ cháy chúng khác nhau, góc đánh lửa sớm phải thay đổi theo trị số octane Bougie cách chọn lựa bougie Bougie đóng vai trò quan trọng hoạt động động xăng Đó nơi xuất tia lửa ban đầu để đốt cháy hòa khí, vậy, ảnh hưởng trực tiếp đến công suất động cơ, lượng tiêu hao nhiên liệu độ ô nhiễm khí thải Do điện cực bougie đặt buồng đốt nên điều kiện làm việc khắc nghiệt: nhiệt độ kỳ cháy lên đến 2500oC áp suất đạt 50kg/cm2 Ngoài bougie chịu thay đổi đột ngột áp suất lẫn nhiệt độ, dao động khí, ăn mòn hoá học điện cao áp Chính vậy, hư hỏng động xăng thường liên quan đến bougie Hiệu điện cần thiết đặt vào bougie để phát sinh tia lửa tuân theo định luật Pashen Khả xuất tia lửa điện cực bougie hiệu điện cao (khó đánh lửa) hay thấp (dễ đánh lửa) phụ thuộc vào áp suất xy lanh cuối trình nén, khe hở bougie nhiệt độ điện cực trung tâm bougie Áp suất xy lanh cao khó đánh lửa Vì vậy, động có tỷ số nén cao đòi hỏi phải sử dụng hệ thống đánh lửa có điện thứ cấp (của bobine) cao Điều có nghóa thử bougie thấy xuất tia lửa gắn vào động chưa có lửa Khe hở lớn trình cháy tốt khó đánh lửa mau mòn điện cực Trong trường hợp này, ta nghe thấy tiếng “lụp bụp” đặc trưng lên ga cao lửa Nếu khe hở nhỏ quá, diện tích tiếp xúc tia lửa với hoà khí ít, làm giảm công suất động (máy yếu), tăng ô nhiễm tiêu hao nhiên liệu (vì không đốt hết) Khe hở nhỏ làm bougie dễ bị “chết” muội than bám vào điện cực Khe hở cho phép bougie phụ thuộc vào hiệu điện cực đại Trang 45 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa cuộn dây thứ cấp bobine thiết kế cho loại động Vì vậy, ta phải chỉnh khe hở theo thông số nhà chế tạo Các thông số bougie (chủng loại, khe hở…) thường nhà chế tạo cung cấp ghi khoang động Tuy nhiên, số xe nhập từ Mỹ châu Âu, ta không nên sử dụng bougie ghi xe điều kiện làm việc động lẫn điều kiện khí hậu nước ta khác Do điện cực bougie bị mòn trình phóng tia lửa điện (tốc độ mòn trung bình bougie loại thường: 0.01 ÷ 0.02mm/1,000km), ta phải chỉnh lại khe hở định kỳ Thời gian bảo dưỡng bougie phụ thuộc vào loại bougie tình trạng động Bougie có điện cực làm đồng (loại rẻ tiền) phải chỉnh khe hở sau 10.000 km Bougie có điện cực platin (loại đắt tiền) phải bảo dưỡng sau 80.000 km tính từ lúc thay Loại bougie thường sử dụng xe khó mở bougie Đối với bougie platin, bảo dưỡng, chỉnh khe hở mà không đánh điện cực giấy nhám điện cực hàn lớp mỏng kim loại q Cực tính điện áp thứ cấp đặt vào bougie để tạo tia lửa quan trọng Nếu bạn đấu đầu dây cuộn sơ cấp (đầu + nối với điện trở phụ công tắc máy, đầu nối với IC đánh lửa vít lửa), điện đặt vào điện cực trung tâm phải mang dấu âm Trong trường hợp ngược lại, đấu lộn dây, điện áp cần thiết để tạo tia lửa bougie tăng lên khoảng 20%, tức khó đánh lửa Sở dó hạt điện tử trường hợp sau khó xuất phát từ điện cực bìa nhiệt độ thấp điện cực Bougie nóng bougie lạnh Nhiệt độ tối ưu điện cực trung tâm bougie tia lửa bắt đầu xuất thường khoảng 850oC, nhiệt độ này, chất bám vào điện cực bougie muội than tự bốc cháy (nhiệt độ tự làm sạch) Nếu nhiệt độ thấp (< 500oC), muội than tích tụ bougie làm chập điện cực, dễ gây lửa khởi động động vào buổi sáng dư xăng Nhiệt độ cao (> 1000oC) dẫn đến cháy sớm (chưa đánh lửa mà hoà khí bốc cháy) làm hư piston Điều giải thích số xe đời cũ, ta tắt công tắc máy (tức bougie không đánh lửa) mà động nổ (hiện tượng dieseling) Để giữ nhiệt độ tối ưu điện cực trung tâm bougie, người ta thiết kế chiều dài phần sứ cách điện điện cực khác dựa vào điều kiện làm việc động cơ, vậy, bougie chia làm loại: nóng lạnh Trang 46 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa Nếu động làm việc thường xuyên chế độ tải lớn tốc độ cao dẫn tới nhiệt độ buồng đốt cao, nên sử dụng bougie lạnh, với phần sứ ngắn (xem hình) để tải nhiệt nhanh Ngược lại, thường chạy xe tốc độ thấp chở người, bạn sử dụng bougie nóng với phần sứ dài Trong trường hợp chọn sai bougie (bougie mau hư) ví dụ, dùng bougie nóng thay vào động sử dụng bougie lạnh, thấy máy yếu tình trạng cháy sớm, chạy tốc độ cao (Điểm lưu ý dành cho tay đua xe!) Trong trường hợp ngược lại, bougie bám đầy muội than xe thường xuyên chạy tốc độ thấp, dễ gây “mất lửa”) Ta phân biệt bougie nóng bougie lạnh qua số nhiệt bougie Chỉ số (được ghi bougie) thấp bougie “nóng” ngược lại Hình 5.12: Hình dạng khác bugie nóng lạnh 5.3.3 Nguyên lý làm việc hệ thống đánh lửa Cam chia điện quay nhờ truyền động từ trục cam động làm nhiệm vụ mở tiếp điểm KK’, có nghóa ngắt dòng điện sơ cấp biến áp đánh lửa Khi đó, từ thông qua cuộn thứ cấp dòng điện sơ cấp gây nên đột ngột, làm xuất sức điện động cao cuộn thứ cấp W2 Điện áp qua quay chia điện dây cao áp đến bougie đánh lửa theo thứ tự nổ động Khi điện áp thứ cấp đạt giá trị đánh lửa, hai điện cực bougie xuất tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp xylanh Hình 5.13: Sơ đồ ngun lý hệ thống đánh lửa Cũng vào lúc tiếp điểm KK’ chớm mở, cuộn dây sơ cấp W1 sinh sức điện động tự cảm Sức điện động nạp vào tụ C1 nên dập tắt tia lửa vít Khi vít Trang 47 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa mở hẳn, tụ điện xả qua cuộn dây sơ cấp bobine Dòng phóng tụ ngược chiều với dòng tự cảm khiến từ thông bị triệt tiêu đột ngột Như vậy, tụ C1 đóng vai trò gia tăng tốc độ biến thiên từ thông, tức nâng cao hiệu điện cuộn thứ cấp Cấu tạo hệ thống đánh lửa bán dẫn Trong sơ đồ này, cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên (pick-up coil) đựơc lắp chia điện Cảm biến điều khiển trạng thái transistor công suất qua mạch khuyếch đại IC đánh lửa (igniter) để đóng ngắt dòng điện qua cuộn sơ cấp Người ta sử dụng nhiều loại cảm biến khác (điện từ, quang, Hall) Hình 5.14: Mạch điện hệ thống đánh lửa bán dẫn Các biện pháp nâng cao đặc tính đánh lửa Biện pháp sử dụng điện trở phụ Rf Điện trở phụ có hệ số nhiệt điện trở dương mắc nối tiếp vào mạch sơ cấp Đối với loại hệ thống đánh lửa điều khiển điện tử việc mắc Chọn thông số bobine Hiệu điện thứ cấp U2m phụ thuộc vào số vòng quay động Giá trị U2m phần lớn phụ thuộc vào giá trị dòng điện sơ cấp transistor công suất ngắt (Ing) Thêm điện trở phụ cải thiện phần đặc tính đánh lửa tốc độ cao Biện pháp sử dụng tụ điện Một tụ C gắn song song với cuộn sơ cấp bobine, điều có tác dụng tốt giảm xung điện áp máy phát nhiễu sóng điện từ transistor công suất đóng mở trình làm việc hệ thống đánh lửa 5.4 Hệ thống đánh lửa bán dẫn 5.4.1 Phân loại Hiện nay, hầu hết loại ôtô trang bị hệ thống đánh lửa bán dẫn loại có ưu tạo tia lửa mạnh điện cực bougie, đáp ứng tốt chế độ làm việc Trang 48 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa động cơ, tuổi thọ cao … Qua trình phát triển hệ thống đánh lửa điện tử chế tạo, cải tiến với nhiều loại khác nhau, song chia thành hai loại sau: Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp Trong hệ thống này, linh kiện điện tử tổ hợp thành mạch gọi igniter, phận có nhiệm vụ đóng ngắt mạch sơ cấp nhờ tín hiệu đánh lửa từ cảm biến Hệ thống đánh lửa bán dẫn loại chia làm hai loại: - Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển: vít điều khiển có cấu tạo giống hệ thống đánh lửa thường làm nhiệm vụ điều khiển đóng mở transistor - Hệ thống đánh lửa bán dẫn vít: transistor công suất điều khiển cảm biến đánh lửa Hệ thống đánh lửa điều khiển kỹ thuật số Hệ thống đánh lửa điều khiển kỹ thuật số gọi hệ thống đánh lửa theo chương trình Dựa vào tín hiệu như: tốc độ động cơ, vị trí cốt máy, vị trí bướm ga, nhiệt độ động cơ… mà điều khiển (ECU – Electronic Control Unit) điều khiển để Igniter tạo tia lửa mạch thứ cấp vào thời điểm đánh lửa Trong hệ thống đánh lửa loại này, góc đánh lửa sớm tối ưu góc ngậm điện lưu nhớ ECU Vì vậy, chia điện không cấu đánh lửa sớm ly tâm áp thấp Hệ thống đánh lửa điều khiển kỹ thuật số trình bày chương sau 5.4.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển sản xuất Tuy nhiên, Việt Nam nhiều loại xe cũ trước có trang bị hệ thống Hình 5.24 trình bày sơ đồ đơn giản hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển Hình 5.15:Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển Cuộn sơ cấp W1 bobine mắc nối tiếp với transistor T, tiếp điểm K nối với cực gốc transistor T Do có transistor T nên điều kiện làm việc tiếp điểm cải thiện rõ, dòng qua tiếp điểm dòng điều khiển cho transitor nên thường không lớn 1A Nguyên lý làm việc sơ đồ sau Trang 49 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa Khi công tắt máy IGSW đóng cực E transistor T cấp điện dương Còn điện cực C transistor có giá trị âm Khi cam không đội, tiếp điểm K đóng, xuất dòng điện qua cực gốc transistor theo maïch sau: (+) accu → SW → Rf → Wt → cực E → cực B → Rb → K → (-) accu Rb điện trở phân cực tính toán cho dòng Ib vừa đủ để transistor dẫn bão hòa Khi transistor dẫn dòng qua cuộn sơ cấp theo mạch: (+) accu → SW→ Rf → Wt → cực E → cực C → mass (âm accu) Dòng sơ cấp bobine tính tổng dòng điện Ib + Ic transistor T Dòng điện tạo nên lượng tích lũy dạng từ trường cuộn sơ cấp bobine tiếp điểm K mở, dòng Ib = 0, transistor T khóa lại, dòng sơ cấp I1 qua W1 bị ngắt lượng chuyển hóa thành lượng để đánh lửa, phần thành sức điện động tự cảm cuộn W1 bobine Sức điện động tự cảm cuộn W1 hệ thống đánh lửa thường có giá trị khoảng 200 ÷ 400V Do vậy, dùng bobine hệ thống đánh lửa thường cho số sơ đồ đánh lửa bán dẫn transistor không chịu điện áp cao đặt vào cực E – C transistor trạng thái khóa Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn người ta thường sử dụng bobine có hệ số biến áp lớn có độ tự cảm L1 nhỏ loại thường người ta mắc thêm mạch bảo vệ cho transistor 5.4.3 Hệ Thống đánh lửa bán dẫn không vít điều khiển Cảm biến đánh lửa Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn không vít điều khiển, cảm biến đánh lửa thay vít điều khiển làm nhiệm vụ tạo làm tín hiệu điện áp tín hiệu dòng điện vào thời điểm đánh lửa để gởi Igniter điều khiển transistor công suất đóng mở Thông thường, hệ thống đánh lửa người ta thường dùng cảm biến Hall, cảm biến điện từ, cảm biến quang Ngoài công dụng phát tín hiệu, cảm biến dùng để xác định số vòng quay động cơ, vị trí cốt máy, thời điểm phun kim phun Trong phần nghiên cứu cấu tạo, hoạt động loại cảm biến ∗ Cảm biến điện từ Loại nam châm đứng yên Hình 5.16: Cấu tạo cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên Trang 50 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa Cảm biến đặt delco bao gồm rotor có số cảm biến tương ứng với số xylanh động cơ, cuộn dây quấn quanh lõi sắt từ cạnh nam châm vónh cữu Cuộn dây lõi sắt đặt đối diện với cảm biến rotor cố định vỏ delco Khi rotor quay, cảm biến tiến lại gần lùi xa cuộn dây Khe hở nhỏû cảm biến rotor lõi thép từ vào khoảng 0,2 ÷ 0,5 mm Hình 5.17: Các vị trí tương ứng cuộn dây rotor Khi cảm biến rotor đối diện với lõi thép, độ biến thiên từ trường sức điện động cuộn cảm biến nhanh chóng giảm Khi rotor xa lõi thép, từ thông qua lõi thép giảm dần sức điện động xuất cuộn dây cảm biến có chiều ngược lại Sức điện động sinh hai đầu dây cuộn cảm biến phụ thuộc vào tốc độ động Ở chế độ khởi động, sức điện động phát ra, vào khoảng 0,5V Ở tốc độ cao lên đến vài chục volt Cảm biến điện từ loại nam châm quay Hình 5.18: Cảm biến điện từ loại nam châm quay cho động xilanh Đối với loại này, nam châm gắn rotor, cuộn dây cảm biến quấn quanh lõi thép cố định vỏ delco Khi nam châm quay, từ trường xuyên qua cuộn dây biến thiên tạo nên sức điện động sinh cuộn dây Do từ trường qua cuộn dây đổi dấu nên sức điện động sinh cuộn dây lớn Ở chế độ cầm chừng, tín hiệu điện áp khoảng 2V Xung điện áp có dạng hình 5.30 Trang 51 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa Do tín hiệu điện áp chế độ khởi động lớn nên igniter dùng cho loại bị nhiễu Tuy nhiên, xung tín hiệu điện áp không nhọn nên tăng tốc độ động cơ, thời điểm đánh lửa thay đổi * Cảm biến quang Cảm biến quang bao gồm hai loại, khác chủ yếu phần tử cảm quang: - Loại sử dụng cặp LED – photo transistor - Loại sử dụng cặp LED – photo diode Phần tử phát quang (LED – lighting emision diode) phần tử cảm quang (photo transistor photo diode) đặt delco có vị trí tương ứng hình 5.31 Đóa cảm biến gắn vào trục delco có số rãnh tương ứng với số xylanh động Điểm đặc biệt hai loại phần tử cảm quang có dòng ánh sáng chiếu vào, trở nên dẫn điện ngược lại, dòng ánh sáng, không dẫn điện Độ dẫn điện chúng phụ thuộc vào cường độ dòng ánh sáng Hình 5.19: Ngun lý làm việc cảm biến quang Khi đóa cảm biến quay, dòng ánh sáng phát từ LED bị ngắt quãng làm phần tử cảm quang dẫn ngắt liên tục, tạo xung vuông dùng làm tín hiệu điều khiển đánh lửa Cảm biến bao gồm ba đầu dây: đầu dương (Vcc), đầu tín hiệu (Vout) đầu mass Khi đóa cảm biến chắn ánh sáng từ LED qua photo diode D2, D2 không dẫn, điện áp ngõ vào (+) thấp điện áp so sánh Us ngõ vào (- ) Op-Amp A nên ngõ OpAmp A mức thấp làm transistor T ngắt, tức Vout mức cao Khi có ánh sáng chiếu vào D2, D2 dẫn, điện áp ngõ vào (+) lớn điện áp so sánh Us điện áp ngõ OpAmp A mức cao làm transistor T dẫn, Vout chuyển sang mức thấp Đây thời điểm đánh lửa Xung điện áp Vout xung vuông qua igniter điều khiển transistor công suất Do tín hiệu xung vuông nên thời điểm đánh lửa không bị ảnh hưởng thay đổi số vòng quay trục khuỷu động Trang 52 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa Hình 5.20: Sơ đồ mạch điện cảm biến quang Cảm biến đánh lửa kiểu Hall Để khảo sát hoạt động cảm biến Hall, ta xét hai vị trí làm việc rotor ứng với khe hở IC Hall (hình 5-35) Khi cánh chắn khỏi khe hở IC Hall nam châm, từ trường xuyên qua khe hở tác dụng lên IC Hall làm xuất điện áp điều khiển transistor Tr, làm cho Tr dẫn Kết đường dây tín hiệu (cực C), điệp áp giảm xuống 1V Khi cánh chắn vào khe hở nam châm IC Hall, từ trường bị cánh chắn thép khép kín, không tác động lên IC Hall, tín hiệu điện áp từ IC Hall làm transistor Tr ngắt Tín hiệu điện áp lúc điện áp từ igniter nối với ngõ cảm biến Hall Như vậy, làm việc, cảm biến Hall tạo xung vuông làm tín hiệu đánh lửa Bề rộng cánh chắn xác định góc ngậm điện (Dwell Angle) Do xung điều khiển xung vuông nên tốc độ động không ảnh hưởng đến thời điểm đánh lửa Hình 5.21: Ngun lý làm việc cảm biến Hall 5.4.4 Một số sơ đồ hệ thống đánh lửa Cảm biến điện từ loại nam châm đứng n Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ sử dụng phổ biến loại xe ôtô có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo hư hỏng Nó sử dụng chủ yếu xe Nhật Trang 53 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa Hình 5.22: Cảm biến điện từ loại nam châm đứng n số xe Nhật Khi cuộn dây cảm biến tín hiệu điện áp điện áp âm, transistor T1 ngắt nên T2 ngắt, T3 dẫn cho dòng qua cuộn sơ cấp mass Khi rotor cảm biến tiến lại gần cựa cuộn dây cảm biến, cuộn dây xuất sức điện động xoay chiều, nửa bán kỳ dương với điện áp đệm điện trở R2 kích cho transistor T1 dẫn, T2 dẫn theo T3 ngắt Dòng qua cuộn sơ cấp bobine bị ngắt đột ngột tạo nên sức điện động cảm ứng lên cuộn thứ cấp điện áp cao đưa đến chia điện Hệ thống đánh lửa bán dẫn dùng cảm biến từ điện loại nam châm quay Hình 5.23: Hệ thống đánh lửa dùng cảm biến điện từ loại nam châm quay Nguyên lý hoạt động hệ thống đánh lửa Transitor T4 có nhiệm vụ đóng ngắt dòng điện sơ cấp bobine Các transitor T1, T2, T3 có nhiệm vụ khuếch đại xung cảm biến đánh lửa, biên độ điện áp không đủ để điều khiển trực tiếp T3 Khi bật công tắc máy rotor cảm biến không quay T1 khoá điện hai cực E cực B (Ueb = 0) Khi điện cực B T2 cao điện cực E, tức Ueb > 0, nên xuất dòng điện điều khiển: (+) Accu > KÑ > R > D5 >R6 > điểm a > D3 > cực goác T2 > R3 > R9 –> (-)Accu Do T2 mở làm cho T3 mở; đồng thời xuất dòng điện điều khiển T4 chạy qua cực CE T3 kích cho T4 mở Khi T4 dẫn, điện trở nhỏ, toàn dòng điện sơ cấp bobine qua T4 theo mạch: Trang 54 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa (+)Accu > KÑ > cuộn sơ cấp bobine > D6 > tiếp giáp phát – góp T4 > (-)Accu Dòng điện sơ cấp tạo nên từ thông lõi thép bobine Khi rotor cảm biến quay, cuộn dây phát xung điện xoay chiều Nửa xung dương tạo nên dòng điện điều khiển transitor T1 sau: từ cuộn dây cảm biến ->D1 > R7 > tiếp giáp E-B T1 > (-) Accu T1 mở Khi T1 mở, điểm a coi nối với (-) Accu độ sụt áp T1 lúc không đáng kể Khi cực B T2 nối với điện âm qua D3 khiến T2 khoá, đồng thời T3, T4 khoá theo nên dòng điện sơ cấp bobine bị triệt tiêu nhanh chóng, dẫn tới biến thiên từ thông sinh sức điện động lớn (đến 30 kV) cuộn dây thứ cấp bobine Xung điện cao áp tạo nên tia lửa điện bougie để đốt cháy hỗn hợp nổ xylanh động Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến bán dẫn (cảm biến Hall) Igniter hệ thống bao gồm đầu dây, đầu nối mass, ba đầu nối với cảm biến Hall, đầu nối dương sau công tắc (IGSW) đầu nối với aâm bobine Hình 5.24: Sơ đồ hệ thống đánh lửa dùng cảm biến Hall Nguyên lý làm việc hệ thống Khi bật công tắc máy, mạch điện sau công tắc IGSW tách làm hai nhánh, nhánh qua điện trở phụ Rf đến cuộn sơ cấp cực C transistor T3, nhánh qua diode D1 cấp cho igniter cảm biến Hall Nhờ R1, D2 điện áp cung cấp cho cảm biến Hall ổn định Tụ điện C1 có tác dụng lọc nhiễu cho điện áp đầu vào Diode D1 có nhiệm vụ bảo vệ IC Hall trường hợp mắc lộn cực accu, diode D3 có nhiệm vụ ổn áp hiệu điện nguồn cung cấp lớn trường hợp tiết chế máy phát bị hư Khi đầu dây tín hiệu cảm biến Hall có điện áp mức cao, tức lúc cánh chắn thép xen khe hở cảm biến Hall, làm T1 dẫn Khi T1 dẫn, T2 T3 dẫn theo Lúc dòng sơ cấp i1 qua W1, qua T3 mass tăng dần Khi tín hiệu điện từ cảm biến Hall mức thấp, tức lúc cánh chắn thép khỏi khe hở cảm biến Hall, transistor T1 ngắt làm T2, T3 ngắt theo Dòng sơ cấp i1 bị ngắt đột ngột tạo nên sức điện động cuộn thứ cấp W2 đưa đến bougie Tụ điện C2 có tác dụng làm giảm sức điện động tự cảm cuộn sơ cấp W1 đặt vào mạch T2, T3 ngắt Trong trường hợp sức điện động tự cảm lớn sút dây cao áp Trang 55 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa chẳng hạn, R5, R6, D4 khiến transistor T2, T3 mở trở lại để giảm xung điện áp lớn gây hư hỏng cho transistor Diode Zener D5 có tác dụng bảo vệ transistor T3 khỏi bị áp điện áp tự cảm cuộn sơ cấp bobine Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang Hình 5.25: Sơ đồ mạch đánh lửa dùng cảm biến quang Hình 5.25 trình bày sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển cảm biến quang hãng Motorola Cảm biến quang đặt delco phát tín hiệu đánh lửa gởi igniter để điều khiển đánh lửa Khi đóa cảm biến ngăn dòng ánh sáng từ LED D1 sang photo transistor T1 khiến ngắt Khi T1 ngắt, transistor T2, T3, T4 ngắt, T5 dẫn, cho dòng qua cuộn sơ cấp mass Khi đóa cảm biến cho dòng ánh sáng qua, T1 dẫn nên T2, T3, T4 dẫn, T5 ngắt Dòng sơ cấp bị ngắt tạo sức điện động cảm ứng lên cuộn thứ cấp điện áp cao đưa đến chia điện Trang 56 ... loại nam châm quay - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến biến Hall - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến biến quang - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến từ trở… - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến... máy phát) Sơ đồ hệ thống đánh lửa trình bày hình đây: Trang 41 Trang bị điện Ơ tơ Hệ thống đánh lửa Hình 5. 7: Mạch điện hệ thống đánh lửa 5. 3.2 Cấu tạo chi tiết Biến áp đánh lửa (bobine) Đây... - Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa (conventional ignition system) - Hệ thống đánh lửa sử dụng Transistor (transistor ignition system) - Hệ thống đánh lửa sử dụng Thyristor (CDI) 5. 3 Cấu tạo hệ