Chương V Hệ thống đánh lửa
5.5 Hệ thống đánh lửa bán dẫn
5.5.8 Hiệu chỉnh góc ngậm điện trong hệ thống đánh lửa
Như đã biết, thời gian tích lũy năng lượng tđ góc ngậm điện trên cuộn sơ cấp phụ thuộc vào vòng quay n của xylanh và số xylanh Z.
n.Z .120 3 td = 2
Đối với một động cơ bất kì số xylanh Z là cố định, vì vậy thời gian tích lũy năng lượng tđ chủ yếu phụ thuộc vào số vòng quay động cơ. Dựa vào đồ thị hình 5.40 và hình 5.41 ta nhận thấy: ở số vòng quay thấp, thời gian tích luỹ năng lượng tđ rất dài. Cũng từ đồ thị hình 5.41, khi động cơ chạy ở tốc độ thấp, thời gian tđ kéo dài sẽ gây lãng phí một năng lượng khá lớn (phần gạch chéo trên đồ thị) và làm nóng bobine. Ngược lại, ở tốc độ n cao tđ quá nhỏ, không đủ thời gian để dòng cuộn sơ cấp kịp đạt giá trị U/RΣ có nghĩa là năng lượng đánh lửa và hiệu điện thế thứ cấp sẽ giảm.
Hình 5.40: Thời gian ngậm
phụ thuộc tốc độ động cơ. Hình 5.41: Tốc độ tăng trưởng dòng sơ cấp.
Để tiết kiệm năng lượng và tránh gây nóng bobine khi động cơ làm việc ở số vòng quay thấp, người ta đưa vào igniter mạch hiệu chỉnh thời gian tích lũy năng lượng, sao cho đặc tính của nó có dạng gần giống như đường chấm gạch trên hình 5.40. Bộ phận này chỉ làm việc khi số vòng quay động cơ nhỏ hơn 4.000 vòng/phút.
Để tăng giá trị Ing ở tốc độ cao, người ta sử dụng bobine có L1 rất nhỏ (4 ÷ 5 mH), do đó R1 cũng nhỏ (0,5 ÷ 1Ω) nhưng không cần sử dụng điện trở phụ. Vì vậy, trong igniter phải có mạch tự hạn chế cường độ dòng qua cuộn sơ cấp của bobine.
Một igniter được thiết kế có chức năng hiệu chỉnh thời gian tích lũy năng lượng tđ và một vài chức năng khác có sơ đồ khối như sau:
1. Bộ chuyển tín hiệu thành xung vuông.
2. Cụm biến đổi độ hổng xung.
3. Cụm hiệu chỉnh thời gian.
4. Cụm điều khiển ngắt dòng.
5. Ổn áp.
6. Hạn chế biên độ xung điện áp sơ cấp.
7. Cổng ra.
8. Hạn chế dòng sơ cấp.
9. Bảo vệ mạch khi mắc lộn cực ắc quy
Hình 5.42: Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa với mạch điều khiển hiệu chỉnh thời gian tích lũy năng lượng tđ..
Tín hiệu từ cảm biến được đưa vào (1). Tín hiệu đưa vào nếu là xung nhọn thì (1) có nhiệm vụ biến xung nhọn thành xung vuông trước khi biến đổi độ hổng xung (2) tức giảm thời gian tích lũy năng lượng. Cụm hiệu chỉnh thời gian tích lũy năng lượng tđ (3) sẽ nhận tín hiệu từ (2) và điện thế nguồn ắc quy cung cấp để hiệu chỉnh thời gian tđ, sau đó gởi tín hiệu đến cổng ra (7). Cổng ra (7) là transistor công suất nhận tín hiệu xung từ (3), (4), (6), (8) để đóng mở transistor cho dòng sơ cấp tại thời điểm transistor ngắt đạt giá trị mong muốn. Ổn áp (5) có nhiệm vụ ổn áp cho cụm (3) để cụm này làm việc chính xác. Cụm điều khiển ngắt dòng (4) sẽ tự động ngắt dòng qua bobine, nếu như bật cụng tắc mỏy sau 2á 7giõy mà khụng khởi động, để trỏnh tỡnh trạng chỏy bobine. Cụm (9) có tác dụng bảo vệ mạch khi mắc ngược cực ắc quy, đảm bảo cho các linh kiện điện tử trong Igniter không bị hư. Cụm (6) có nhiệm vụ hạn chế biên độ xung điện áp sơ cấp khi xung điện áp tăng quá cao trong trường hợp sút dây cao áp chẳng hạn, để bảo vệ mạch. Bộ hạn chế dòng (8) sẽ hạn chế để dòng điện sơ cấp ở một giá trị nhất định cũng với mục đích là để bảo vệ mạch igniter.
Biên soạn: PGS-TS Đỗ Văn Dũng 5.5.8.2 Hoạt động của mạch hiệu chỉnh thời gian tích lũy năng lượng tđ
Tín hiệu ở đầu ra của cảm biến Hall có dạng xung vuông như trên đồ thị hình 5.43a.
Tín hiệu Ua sau khi qua transistor T1 (T1 đóng vai trò cổng NOT), tại đầu ra b tín hiệu sẽ bị đảo pha (hình 5.43b). Tín hiệu điện áp Ub sẽ điều khiển sự phóng hoặc nạp của tụ C3 của mạch tích phân A1. Tín hiệu sóng vuông Ub từ chân C của transistor T1 sau khi qua mạch tích phân, sẽ biến thành xung răng cưa ở ngõ ra của A1. Xung điện áp tại điểm C có dạng trên đồ thị hình 5.43c.
Tín hiệu này được đưa tới đầu vào không đảo của bộ so sánh A2. Đầu đảo của bộ so sánh A2 (-) được đặt một điện áp không đổi Us. Tại đây Uc sẽ được so sánh với Us. Khi Uc > Us ngõ ra của A2 ở mức cao và ngược lại khi Uc < Us ngõ ra của A2 sẽ ở mức thấp.
Hình 5.43: Hệ thống đánh lửa làm việc khi tốc độ động cơ n = n1.
Khi Uđ ở mức thấp, transistor T2 sẽ ngắt, transistor T3, T4 dẫn, dòng sơ cấp i1 bắt đầu tăng trưởng (hình 5.43e). Khi Ub chuyển sang mức cao (thời điểm đánh lửa), tín hiệu sẽ được gởi qua R22 đến T2 làm T2 dẫn, lúc này T3, T4 ngắt nên dòng sơ cấp i1 ngắt đột ngột tạo nên một sức điện động cảm ứng trên cuộn thứ cấp W2 ở bobine.
Mạch điều chỉnh thời gian tđ còn tác dụng hiệu chỉnh theo điện áp ắc quy. Nếu điện áp ắc quy thấp (lúc khởi động …), tụ C3 sẽ được nạp và xả ở mức điện áp thấp (đường ngắt quãng trong hình vẽ). Thời điểm Uc cắt Us sớm hơn và, nhờ vậy T3, T4 mở sớm nhằm giúp tăng dòng qua cuộn sơ cấp của bobine.
Hình 5.44: Sơ đồ hệ thống đánh lửa với mạch điều khiển hiệu chỉnh thời gian tích lũy năng lượng t đ.
Biên soạn: PGS-TS Đỗ Văn Dũng Trên hình 5.45 trình bày sự thay đổi hiệu điện thế và cường độ dòng trong mạch ở tốc độ cao. Ta thấy ở tốc độ n2 > n1, tđ gần như không đổi.
Khi tốc độ động cơ n > ngh (nng = 4.000 v/ph), do thời gian quá ngắn tụ C3 nạp chưa đạt điện áp Us2, bộ so sánh sẽ bị khóa và lúc này Ue sẽ trùng với tín hiệu Ua, tức hệ thống làm việc bình thường mà không hiệu chỉnh vì số vòng quay động cơ đã đủ lớn (xem hình 5.45).
Hình 5.45: Hệ thống đánh lửa làm việc khi tốc độ động cơ n2 > n1.
Cụm ngắt dòng A3 khi động cơ không làm việc hoạt động tương tự bộ tích phân A1. Khi Ub ở mức thấp, tụ C4 nạp chậm nhờ hằng số thời gian nạp lớn. Hằng số thời gian được lựa chọn lớn hơn chu kỳ liên tiếp của các xung ở đầu cảm biến tương ứng với tốc độ quay nhỏ nhất của động cơ. Do đó, khi các xung từ điểm b vào cụm ngắt A3, ở đầu ra của nó (do tụ C4 nạp chậm) chỉ có một điện áp không ảnh hưởng đến sự làm việc của T2. Khi động cơ không làm việc mà công tắc IGSW vẫn bật, nhờ nạp điện lâu, điện áp ở ngõ ra của cụm A3 sẽ tăng từ từ trong vòng 7s, lúc này T2 sẽ dẫn nên T3, T4 luôn luôn ngắt và dòng sơ cấp sẽ không đi qua cuộn sơ cấp của bobine được. Khi T2 dẫn, tia lửa không xuất hiện trên bougie do T2 mở từ từ.
Cụm hạn chế dòng A4 dùng để hạn chế dòng sơ cấp i1 khi dòng tăng quá cao, vì các bobine loại mới nhằm mục đích tăng Ing ở tốc độ cao nên có giá trị R1, L1 rất nhỏ. Dòng điện sơ cấp i1 đi qua điện trở cảm biến dòng R29 sẽ được so sánh với điện áp chuẩn Us2 ở đầu đảo của A4 (-). Khi điện áp rơi trên R29 (điện áp rơi Ur tỷ lệ với dòng sơ cấp It: UR = R29. it) lớn hơn điện áp so sánh Us4 (xác định dòng cần hạn chế), thì ngõ ra của tụ ở mức điện áp cao làm T2 mở, khiến T3, T4 bị khóa lại, cường độ dòng it giảm khiến độ sụt áp trên R29 giảm và ngõ ra của A4 sẽ xuống mức thấp. Quá trình này lặp đi lặp lại giữ cho dòng sơ cấp không vượt quá giá trị định sẵn. R19 là điện trở hồi tiếp giúp tăng tốc độ đóng mở mạch.
Tụ C1 có tác dụng chống nhiễu cho tín hiệu ra của cảm biến Hall, tụ điện C2 chống nhiễu cho toàn mạch điện. Diode D4, tụ điện C6 và các điện trở R30, R31, R32 có tác dụng bảo vệ transistor công suất T4 khi mạch sơ cấp xuất hiện sức điện động quá lớn, lúc này D4 sẽ mở cho dòng qua làm transistor T4 mở để dập tắt xung điện áp.