4.4.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn dùng cảm biến điện từ. 4.4.1.1 Cấu tạo
71 Trong hệ thống đánh lửa cĩ tranzitor, bộ phận phát tín hiệu được đặt trong bộ chia điện thay thế cho cam và tiếp điểm sinh ra 1 giá điện áp, mở tranzitor đánh lửa để ngắt dịng điện sơ cấp trong cuộn đánh lửa (Hình 4.31).
Do tranzitor dùng để ngắt dịng điện sơ cấp khơng cĩ tiếp xúc giữa kim loại và kim loại nên khơng bị mịn hay điện áp thứ cấp sụt áp.
Bộ phát tín hiệu bao gồm nam châm vĩnh cửu để từ hồ cuộn nhận tín hiệu, cuộn nhân tín hiệu dùng để phát dịng xoay chiều, và rơ to tín hiệu cảm ứng điện áp xoay chiều trong cuộn nhân tín hiệu cĩ số răng bằng số xy lanh của động cơ (ví dụ cĩ động cơ 4 xy lanh cĩ 4 răng, động cơ 6 xy lanh cĩ 6 răng).
4.4.1.2 Nguyên lý sinh ra điện áp xoay chiều (EMF)
Từ thơng của nam châm vĩnh cửu chạy từ rơ to tín hiệu qua cuộn nhận tín hiệu. Do khe hở khơng khí thay đổi theo vị trí của răng rơ to tương đối so với cuộn nhận tín hiệu, mật độ từ thơng qua cuộn nhận tín hiệu thay đổi, mật độ từ thơng thay đổi này sinh ra sức điện động (điện áp) trong cuộn tín hiệu.
Trên hình 4.32 chỉ ra vị trí của rơ to tín hiệu, từ thơng tương ứng thay đổi và sinh ra EMF trong cuộn nhận tín hiệu. Khi răng rơto đặt ở vị trí (A) (hình 4.33), khe hở khơng khí so với cuộn nhận tín hiệu là lớn
nhất, vì vậy mật độ từ thơng yếu. Cũng như vậy, tỷ lệ thay đổi từ thơng bằng 0, thì khơng sinh ra điện áp xoay chiều.
Hình 4.33. Thay đổi từ thơng trong cuộn nhận tín hiệu và sức điện động
72 Vì rơ to tín hiệu quay thêm từ vị trí này, nên khe hở khơng khí giảm xuống và mật độ từ thơng tăng lên.
Tại vị trí (B), thay đổi từ thơng là nhiều nhất và sinh ra sức điện động lớn nhất. Giữa vị trí (B) và (C), sự thay đổi từ thơng giảm và sinh ra suất điện động giảm.
Do EMF trong cuộn thu tín hiệu được cảm ứng theo hướng chống lại sự thay đổi từ thơng, cực của EMF bị đảo chiều khi răng rơ to tín hiệu tới cuộn thu tín hiệu ở điểm (B) (khi khe hở khơng khí giảm xuống để tăng từ thơng) và khi răng rơto tín hiệu chuyển động xa dần so với cuộn thu tín hiệu chỉ ra ở điểm (D) (khi đo khe hở khơng khí tăng và từ thơng giảm), vì vậy sinh ra sịng xoay chiều. Vì điện áp sinh ra tăng khi sự biến thiên từ thơng trên 1 đơn vị thời gian tăng, nên điện áp sinh ra tăng khi tốc độ động cơ tăng.
Do EMF trong cuộn thu tín hiệu được cảm ứng theo hướng chống lại sự thay đổi từ thơng, cực của EMF bị đảo chiều khi răng rơ to tín hiệu tới cuộn thu tín hiệu ở điểm (B) (khi khe hở khơng khí giảm xuống để tăng từ thơng) và khi răng rơto tín hiệu chuyện động xa dần so với cuộn thu tín hiệu chỉ ra ở điểm (D) (khi đĩ khe hở khơng khí tăng và từ thơng giảm), vì vậy sinh ra sịng xoay chiều. Vì điện áp sinh
ra tăng khi sự biến thiên từ thơng trên 1 đơn vị thời gian tăng, nên điện áp sinh ra tăng khi tốc độ động cơ tăng.
4.4.2 Hệ thống đánh lửa dùng CBĐL hoạt động theo nguyên lý hiệu ứng Hall. 4.4.2.1 Cấu tạo
Hình 4.34. Vị trí tương đối của Rơ to với cuộn nhận tín hiệu
73
4.4.2.2 Nguyên lý làm việc
Nếu đặt một tấm bán dẫn vào trong từ trường B0 (tác dụng theo phương z).
Khi cho dịng điện I đi qua vật dẫn theo phương x thì phương y (y x và y B0) sẽ xuất hiện một sđđ EHall (sđđ Hall) cĩ trị số phụ thuộc vật liệu, chiều dày của tấm.
EHall = KHall
0
IB
Hằng số KHall phụ thuộc vào vật liệu bán dẫn. Rơto 2 của cảm biến cĩ kết cấu chụp rỗng, trong lịng cĩ đặt nam châm vĩnh cửu. Tấm cảm biến gắn trên mâm 3 cĩ 3 đầu dây dẫn đưa ra ngồi: Một đầu được nối với dịng điện được cấp từ khố điện, một đầu để lấy tín hiệu điện áp của hiệu ứng Hall, một đầu dây nối mát.
4.4.2.3 Sơ đồ mạch điện dùng cảm biến đánh lửa kiểu Hall
Hình 4.36. CBĐL kiểu Hall
1. Con quay; 2. Rơ to; 3. Tấm gắn cảm biến; 4. Cơ cấu điều chỉnh chân khơng; 5. Trục rơ to
74 Khi rơto của bộ chia điện quay, cảm biến 2 lần lượt cấp tín hiệu điều khiển tới cực bazơ của transitor T1, khi T1 thơng mạch điện thế đặt vào bazơ của transitor T2 là dương, T2 thơng, dịng đi qua T2 lúc đĩ là It (qua cuộn W1 bơ bin) của mạch sơ cấp. Khi T1 bị khố, T2 sẽ bị khố, dịng It mất đi đột ngột nhờ đĩ xuất hiện sức điện động cao áp qua cuộn W2 của bơ bin.
4.4.3 Hệ thống đánh lửa bán dẫn dùng cảm biến quang 4.4.3.1 Sơ đồ cấu tạo
Phần tử chính của CBĐL kiểu quang điện là phần tử quang điện gồm: Điốt phát quang (LED) và điốt quang (hoặc transitor quang), hai linh kiện trên được lắp trên giá đỡ hai (hình 4.38) làm bằng vật liệu cách điện cĩ khe hở ở giữa hai linh kiện trên.
Hình 4.39 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý của bộ CBĐL kiểu quang điện
Hình 4.39a: 1. Đĩa xoay; 2,5. Điốt phát quang (LED); 3,4. Lỗ trên đĩa xoay; 6. Dây dẫn điện; 7. Con quay chia điện; 8. Nắp bộ chia điện; 9. Trục bộ chia điện.
Hình 4.39b:1. Con quay chia điện; 2. Điốt phát quang (LED; 3. Đĩa quay; 4. Trục bộ chia điện
Đĩa quay 3 (hình 4.38b) bắt chặt với trục quay và con quay 1(hình 4.41b) của bộ chia điện, đĩa quay được dập thành các rãnh. Số răng hoặc số rãnh trên đĩa ( tùy thuộc vào cách mắc bộ cảm biến đánh lửa trong sơ đồ nguyên lý của HTĐL) tương ứng với số xi lanh của động cơ ơ tơ. Khi đĩa 3 quay, trên điốt quang (hoặc transitor quang) sẽ tạo thành các xung
Hình 4.38. Sơ đồ mạch đánh lửa sử dụng CBĐL kiểu Hall
75 điện áp đưa đến điều khiển chế độ làm việc của transitor cơng suất trong HTĐL kiểu bán dẫn khơng cĩ tiếp điểm.
4.4.3.2 Nguyên lý làm việc
Khi đĩng khĩa khởi động K và một rãnh của đĩa quay 3 của CBĐL nằm đúng vào giữa khe của phần tử cảm biến 2, ánh sáng do điốt phát quang ĐF phát ra chưa bị che khuất, nên transitor thu quang TT thơng, transitor T1 khĩa, các transitor T2, T3 và T4 thơng , trong cuộn dây sơ cấp W1 của BAĐL cĩ dịng điện chạy qua theo mạch: Từ cực (+) của ắc quy → khĩa khởi động K → cuộn dây sơ cấp W1 của biến áp đánh lửa → điốt Đ4 → tiếp giáp C, E của transitor T4 → mát (vỏ máy).
Khi một răng của đĩa quay 3 của CBĐL nằm đúng vào giữa khe của phần tử cảm biến 2. Ánh sáng do điốt phát quang bị che khuất, nên transitor thu quang TT khĩa, transitor T1 thơng, các transitor T2, T3 và T4 khĩa, dịng điện trong mạch sơ cấp của BAĐL giảm nhanh về khơng, trong cuộn dây thứ cấp W2 của BAĐL xuất hiện điện áp cao áp U2 phĩng điện qua khe hở của bu gi.
4.4.4 Các cảm biến dùng trong hệ thống đánh lửa khơng dùng bộ chia điện 4.4.4.1 Cảm biến gĩc quay trục khuỷu
Tín hiệu của cảm biến gĩc quay trục khuỷu được dùng để tính tốn thời điểm đánh lửa. Cảm biến gĩc quay trục khuỷu nhận biết gĩc trục khuỷu bằng “cảm biến hiệu ứng hall” hoặc cảm biến từ tính hình 8-5
Hình 4.40. Sơ đồ nguyên lý của HTĐL kiểu bán dẫn khơng cĩ tiếp điểm dùng CBĐL kiểu quang điện
Hình 4.41. Tín hiệu điện của một cảm biến gĩc quay trục khuỷu
76 Mạch điện của một cảm biến gĩc quay trục khuỷu. Sự hoạt động của mạch điện này cĩ thể được kiểm tra bằng cách nối một đồng hồ vơn
kế hoạc máy hiện sĩng giữa mỗi ba đầu cực và cực mát.
4.4.4.2 Cảm biến vị trí trục cam
Cảm biến vị trí trục cam được sử dụng để xác định thời điểm đánh lửa. Cảm biến gĩc quay trục cam là “cảm biến hiệu ứng hall” hoặc cảm biến từ tính.
4.4.4.3 Cảm biến kích nổ
- Khi sự kích nổ xảy ra trong động cơ xăng, thì tạo ra sự rung động làm tăng sự truyền nhiệt. Nếu tình trạng này tiếp tục xảy ra trong một
thời gian dài thì các bu gi và pít tơng cĩ thể bị nĩng quá và bắt đầu chảy ra dẫn đến làm hư hỏng động cơ.
- Sự kích nổ liên quan mật thiết đến thời điểm đánh lửa. Thời điểm đánh lửa sớm làm tăng áp suất tĩnh của xi lanh vào hành trình cháy và sự kích nổ sẽ xảy ra.
- Sự kích nổ được nhận biết bởi cảm biến kích nổ. Cảm biến này sử dụng hiệu ứng áp điện, được bắt vào thân xilanh.
Nhờ đĩ tạo ra các tín hiệu tương ứng với sự dao động do kích nổ tạo ra của thân máy.