thiết kế, tính toán mô hình hệ thống điện đánh lửa hall

Dé có được sự êm diu va thoai mai khi phuong tiện vận hành, thì ngoài những yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt không thể thiếu trong quá trình chế tạo lắp ráp, thì hệ thống đánh lửa là một tro

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÂN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THIẾT KÉ, TÍNH TOÁN MÔ HÌNH HỆ THONG DIEN DANH LUA HALL

CAN BQ HUONG DAN SINH VIEN THUC HIEN

Ngành: Cơ khí giao thông — Khóa: 35

Tháng 4/2013

BỘ MÔN: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

ĐÈ CƯƠNG LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP

Học kỳ:II (năm học:2012-2013)

1 Đề tài thực hiện: Thiết kế, tính toán mô hình hệ thống điện đánh lửa HALL

2 Cán bộ hướng dẫn: Nguyễn Nhựt Duy

3 Sinh viên thực hiện: Lê Ngọc Thắng

Ngành: Cơ Khí Giao Thông MSSV: 1090546

¬ Khóa: 35

4 Đặt vân đê:

Hiện nay, ô tô có vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực giao thông như: phục vụ việc vận chuyển hàng hóa và việc đi lại của con người Do yêu cầu về độ an toàn, tính kinh tế, tính thẩm mỹ và việc kiểm soát khí xả ở hầu hết các quốc gia trên thế giới rất cao, nên kỹ thuật ô tô có những bước phát triển vượt bậc Nhất là hệ thống điện và điện tử điều khiển ô tô phát triển không ngừng Chính vì thế, độ phức tạp của hệ thong dây dẫn trên ô tô ngày càng tăng Trên một số loại xe hiện nay, sô dây dẫn trong bối

dây đã lên đến 1200 dây và cứ sau 10 năm thì số dây tăng lên gấp đôi

Xác xuất hư hỏng cùng với sự khó khăn trong quá trình tìm hiểu, cũng như về mặt kỹ thuật bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống điện - điện tử tăng lên theo đà phát triển của công nghệ ô tô hiện đại Do đó sinh viên tại các trường đại học, cao đăng, trung học nghề cần được bổ sung kiến thức về hệ thống này Muốn thực hiện được điều đó, ngoài nhân tố con người đòi hỏi phải có thiết bị phù hợp để phục vụ công tác đào tạo Thiết bị này ngoài việc đáp ứng được những tiêu chí về mặt kỹ thuật còn phải thỏa mãn được yêu cầu về mức độ tiện ích, dễ thao tác đối với người giảng dạy và tính trực

quan, đễ hiểu đối với sinh viên

Trong những năm qua, việc dạy và học về hệ thống điện - điện tử trên 6 t6 tai khoa Công Nghệ - trường Đại Học Cần Thơ còn gặp nhiều khó khăn Các sa bàn hiện

có không có sa bàn nào đề cập đến kỹ thuật Hall (Jà một trong những kỹ thuật tiên tiễn

nhất mà nên công nghệ ô tô hiện đại đang áp dụng) Phần lớn các sa bàn không đáp

ứng đủ về số lượng, tính kỹ thuật, tính hiện đại và độ phù hợp với tính chất đặc thù của

phương pháp giảng dạy tích cực Chính vì thế, có những bài thực hành giáo viên hướng dẫn phải giảng dạy, thao tác mẫu trực tiếp trên xe ô tô nên tốn nhiều thời gian,

công sức và mức độ truyền đạt chưa cao Mặt khác, số lượng sinh viên tham gia buổi thực tập khá đông nên dẫn đến việc quan sát, tiếp thu của sinh viên còn bị hạn chế

Vi vay, dé tai “THIET KE, TINH TOAN MO HINH HE THONG ĐIỆN ĐÁNH

LUA HALL” 1a that su can thiét d6i véi truong, khoa va tao tién dé giup các Thay, Cô làm cơ sở để chế tạo sa bàn mô phỏng đáp ứng kịp thời trang thiết bị phục vụ công tác

đào tạo và đưa khoa học kỹ thuật hiện đại vào nội dung chương trình giảng dạy cho

sinh viên một cách thực tiễn nhất

5, Mục tiêu của đề tài:

Dé tai: “THIET KE, TINH TOAN MO HINH HE THONG DIEN DANH LUA

HALL” nham tao tién dé, CƠ SỞ để gIÚp các Thây, Cô thực hiện chế tạo sa bàn mô hình đáp ứng nhu cầu cấp thiết về trang thiết bị phục vụ công tác đào tạo chuyên ngành Cơ Khí Giao Thông tại khoa Công Nghệ - trường Đại Học Cần Thơ

6 Địa điểm và Thời gian thưc hiện:

e Dja diém : Khoa Cong Nghé - Truong Dai Hoc Can Tho

e Thoi gian thuc hién: Tu 14/01/2013 dén 27/04/2013

7 Giới thiệu về thực trạng có liên quan đến dé tài:

Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại mô hình về hệ thông điện, điện tử trên ô tô

được sản xuât trong và ngoài nước Tuy nhiên, chưa có mô hình nào chuyên về hệ thông điện đánh lửa HALLL trên các loại xe ô tô hiện dai (Hall Ford; Hall Mazda; ) Mặc khác giá thành cao và có một sô yêu tô chưa phù hợp với tính đặc thù trong công tác đào tạo tại khoa Công Nghệ - trường đại học Cân Thơ

8 Các nội dung chính của đề tài:

LỜI MỞ ĐẦU

Chương 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến Hall

1.1 Câu tạo và nguyên lý hoạt động của hiệu ứng Hall

1.2 Ưng dụng của hiệu ứng Hall

1.3 Cam bién Hall

Chương 2: Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống đánh lửa

2.1 Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống đánh lửa

2.2 Phan loai hé thong danh lta

3.2 Phân tích câu tạo, nguyên lý hoạt động của các hệ thống đánh lửa

3.2.1 Hệ thống đánh lửa thường 3.2.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn

3.2.3 Hệ thống đánh theo chương trình

3.2.4 Hệ thống đánh lửa trực tiếp Chương 4: Sơ đồ mạch điều khiến, nguyên lý và cầu tạo của các bộ phận chính của hệ thông đánh lửa bán dân dùng cảm biên Haill

4.1 Sơ đồ các bộ phận chính của hệ thống đánh lửa Hall

4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thông đánh lửa Haill

Chương 5: Lựa chọn phương án thiết kế

Chương 6: Tính toán mô hình hệ thông điện đánh lứa bán dẫn dùng cảm

biên Hail

6.1 Chọn động cơ điện (Thay thế cho động cơ trên ô tô)

6.2 Chọn nguồn điện (Ắc quy)

6.3 Bộ nắn dòng điện

6.4 Bộ chia các đầu dây

6.5 Bộ phận điều chỉnh tốc độ động cơ

6.6 B6 bin

6.7 Bộ chia điện dùng cảm bién Hall (Delco)

6.8 Cac day cao ap

6.9 Cac Bugi

Chương 7: Kết luận và Kiến nghị

7.1 Phương pháp thực hiện đề tài:

7.1.1 Tham khảo tài liệu và cán bộ hướng dẫn

7.1.2 Tham khảo và tìm kiếm từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm: Các

đồ án, các tài liệu sửa chữa liên quan, các thông tin từ Internet, và tham vấn trực tiếp của các giảng viên và các chuyên gia trong ngành

7.1.3 Tổng hợp, chỉnh sửa và biên soạn thành tài liệu hoàn chỉnh

3 Nhiệm vụ và yêu câu cua hệ thông đánh lửa

5 Lý thuyêt chung của hệ thông đánh lửa

7 hoạt động của | Hệ thông đánh lửa theo 25/02/2013

27/04/2013

Loi cam on

LOI CAM ON -000 -

Đề tài “Thiết kế, tính toán mô hình hệ thống điện đánh lửa HALL” là một đề tai tương đối khó, vì đây là lần đầu thực hiện nên em gặp không ít khó khăn về tìm

tài liệu, dụng cụ hỗ trợ cũng như kiến thức còn rất hạn chế, Cuối cùng với sự nỗ lực em đã hoàn thành đề tài Tuy rằng đề tài còn rất nhiều sai sót khó tránh khỏi

nhưng đây chính là sự thành công đối với em

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Nhựt Duy đã tận tình hướng dẫn,

giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài này

Cuối cùng em xin cảm ơn quý thầy thuộc bộ môn Máy nông nghiệp và khoa Công Nghệ đã tin tưởng để em thực hiện đề tài này trong suốt thời gian qua

SVTH: Lê Ngoc Thang i

LOI MO DAU

-0O0 -

Ngày nay, nền công nghiệp ô tô Thế giới nói chung và nền công nghiệp ô

tô Việt Nam nói riêng ngày càng lớn mạnh Nhiều hãng xe, thương hiệu với nhiều mẫu mã, chủng loại với kỹ thuật tiên tiến lan lượt được ra đời Bên cạnh đó, khoa học kỹ thuật và kinh tế không ngừng phat - triển, làm cho mức sống của nguoi dân được nâng lên rõ rệt, thể hiện ở chỗ nhu cầu ngày một tăng cao Đặc biệt, vê nhu cầu đi lại, nhu cầu vận chuyên hàng hóa, cũng gia tăng chóng mặt Điều đó buộc các nhà sản xuất và cung cấp các phương tiện giao thông phải cho ra đời nhiều sản phẩm hơn, với những chủng loại mẫu mã đa dạng và hoàn thiện hơn

Cùng với những nhu cầu đòi hỏi ngày càng cao của con người, thì tính tiện

nghi của ô tô ngày càng phải được hoàn thiện hơn Trong đó phải kê đến tính năng

êm dịu và đặc biệt là vẫn đề khí xả được mọi người quan tâm và đặt lên tam quan

trọng hàng đầu trước sự nóng lên của trái đất Đối với những xe có khả năng chuyên

chở được nhiều người thì tính êm dịu, thoải mái càng được chú ý đến

Dé có được sự êm diu va thoai mai khi phuong tiện vận hành, thì ngoài những yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt không thể thiếu trong quá trình chế tạo lắp ráp, thì hệ thống đánh lửa là một trong những hệ thống đóng vai trò rất quan trọng nhất (đối với động cơ xăng) trong việc quyết định công suất tối ưu của động cơ, giảm lượng khí sót chưa được đốt cháy và giảm mức độ độc hại trong khí xả động cơ nhằm giúp động cơ vận hành êm ái, giảm thải ô nhiễm môi trường

Hiện nay, thì nền công nghệ ô tô thế giới đã tiến rất xa trong việc phát triển chế tạo động cơ Dựa trên sự kết hợp giữa khoa học, công nghệ cơ bản với sự ứng dụng các thành tựu về điện tử, tin học và kỹ thuật vi điều khiển mà một động cơ ô

tô hiện nay ngày càng hoàn thiện về độ chính xác cũng như khả năng tiết kiệm nhiên liệu, tính êm dịu và thân thiện với môi trường hơn

Động cơ với hệ thống điều khiển nhiêu liệu điện tử và đánh lửa bán dẫn

chính là xu hướng phát triển của động cơ ô tô hiện nay và trong tương lai Nó làm việc dựa trên nguyên lý: dùng các cảm biến để thu thập các thông số trong quá trình vận hành của xe (như cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến oxi trong khí thải ) sau đó được mã hóa và đưa về bộ xử lí trung tâm

(ECU), từ đó ECU đưa ra các tín hiệu điều khiển các hệ thống trong động cơ Do

đó, việc tìm hiểu, nghiên cứu và khai thác giúp cho em trang bị thêm được kiến thức cũng như củng cô lại những gì đã được học và làm tiền đề, cơ sở để phục vụ cho chuyên ngành Cơ Khí Giao Thông để có chất lượng đào tạo cho sinh viên được

tốt hơn Đó cũng là lý cho em chọn đề tài tốt nghiệp của mình là: “Thiết kế, tính toán mô hình hệ thống điện đánh lửa HALL”

SVTH: Lê Ngọc Thắng ii

Loi mo dau

Qua đây, cho em kính gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong

trường mà đặc biệt là các thầy cô trong Khoa Công Nghệ thuộc chuyên ngành Cơ Khí Giao Thông đã tận tình dạy bảo em trong suốt bốn năm học vừa qua

Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Nhựt Duy đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong thời gian thực hiện luận văn

Trong quá trình làm luận văn, do trình độ và kiến thức thực tế còn nhiều hạn chế và thời gian có hạn, nên khó có thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến và chỉ bảo của các thầy

MỤC LỤC -000 -

Trang

0900.) 0017 i 0989062100005 ii

MUC LUC - - CC Q31 1 HH HH ni KH vu 855p 1V

IM I8 \0:8:7 c8 vii M987 (0:80:01 viii IM.9I28)/19/99-i0A4i51009.000 X

CHUONG I

CÂU TAO VA NGUYEN LY HOAT DONG CUA CAM BIEN HALL 1

1.1 Cau tao va nguyén ly hoat déng cua hiéu tmg Hall oc 1 1.2 Ứng dụng của hiệu ứng Hall + ¿+ 2 + +2 E+E+E+EeEeEeEreeereeerees 2

1.3 Cảm biến Hall - + + 2 2tEt2EE22EEEE2E12212E1E1E2errrrrrrrred 4 1.3.1 Sơ đồ cầu tạo c2 H221 1e 4

1.3.2 Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall - 5-5-5 5-55s¿ 5

2.2.1 Phân loại cơ bản, điển hình - 2+ Sz +8 S*E*E S2 E+E se vEzeeeeeeed 8 2.2.2 Phân loại theo cầu tạo bộ chia điện - + 2 c2 se szxesrerereở 8 2.2.3 Phân loại theo phương pháp tích luỹ năng lượng 9

2.2.4 Phân loại bằng phương pháp điều khiển bằng cảm biến 9

2.2.5 Phân loại theo các phân bố điện cao ƠI TH 10

2.2.6 Phân loại theo phương pháp điều khiến góc đánh lửa sớm 11

2.2.7 Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp .-. - - +szsesc: 12

CHƯƠNG II

PHÂN TÍCH CÂU TẠO, NGYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC HỆ THÔNG 0.9000 0010127 14 3.1 Lý thuyết chung về hệ thống đánh lửa .- + + + +£+k+E+E+E+xexzxd 14

3.1.1 Giai doạn tăng dòng sơ cấp khi KK' đóng -. sc+c<s¿ 14 3.1.2 Quá trình ngắt đòng sơ cấp ¿ - 5< + SE Sx cv x re, 17 3.1.3 Quá trình phóng điện ở điện cực bug1 - - -«««««ss«sssss2 19

SVTH: Lê Ngọc Thắng 1V

Mục lục

3.1.4 Các thống số cơ bản của hệ thống đánh lửa - 2 2 sẻ 21 3.1.4.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại 5-5 << cevsesrsrersrsree 21 3.1.4.2 Hiệu điện thế đánh lửa Uạ; - 2-2 555+s+<+s2 <2 21 3.1.4.3 Góc đánh lửa sớm -. + 2E s t+E2SEEE 222132111123 11k 23 3.1.4.4 Hệ số dự trữ Kạx - S ScSc SE re, 24

SP hoc ao 4 24

3.1.4.6 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp - 24 3.1.4.7 Tần số và chu kỳ đánh lửa . - + +2 <zs+xzEzerxeererees 25

3.1.4.8 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện 25

3.1.4.9 Các giai đoạn của quá trình đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu 26 3.1.4.10 Điều khiến thời điểm đánh lửa - 5-2-5555 +szcsszce2 27 3.1.4.11 Điều khiển theo tốc độ động cơ - - + sscecxeecxcxc: 28

3.1.4.12 Điều khiển theo tải trọng của động cơ - 5s: 29 3.1.4.13 Điều khiển theo tiếng gõ động cơ - scscxcxcxc: 29 3.2 Phân tích câu tạo, nguyên lý hoạt động của các hệ thống đánh lửa 30

3.2.1 Hệ thống đánh lửa thường .- - 2s + E+kk++EsE+EeEekeEeesecse 30

3.2.1.1 Sơ đồ câu tạo của hệ thống đánh lửa thường 30

3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống đánh lửa thường 31

3.2.1.3 Đặc tính, ưu, nhược điểm của hệ thống đánh lửa thường 32

3.2.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn . - ¿5 2 + + +xSxEsEsEeEevekressvse 34 3.2.2.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm .-. 34

3.2.2.2 Hệ thông đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm 36 3.2.2.3 Ưu, nhược điểm của hệ thống đánh lửa bán dẫn so với hệ thống đánh lửa thường - - + << k+E+kES+E£E* 2E E311 11 1111131111111 1111 2 39

3.2.3 Hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình - 40

3.2.3.1 Hệ thống đánh lửa điện tử ESA có bộ chia điện 41

3.2.4 Hệ thống đánh lửa trực tiẾp ¿- - 5< + SE cxcrxe re 42 CHƯƠNG IV

SO DO MACH DIEU KHIEN, NGUYEN LY VA CAU TAO CUA CAC BO PHẬN CHÍNH CỦA HỆ THÔNG ĐÁNH LỬA HALL/L 5-5 szs+szs£: 47 4.1 Sơ đồ các bộ phận chính của hệ thống đánh lửa Hall 47 ALL SO 46 ccc cccccscccsescscecscesecsescssescscscscssscsesessescssscscecesetesssesseessees 47 4.1.2 Céc bO phan Chih c.cccccccsesccsesescescscsescessscsesesseseersesssseerscsessees 48 4.1.2.1 Ắ€ Quy - c1 T113 11311 1311131113010501 15171171 g1 re 48 4.1.2.2 Biến áp đánh lửa - - - EkSsS E5 SE 1 1E E erred 52 4.1.2.3 Bộ chia điện và cảm biến Hall - 5 «+52 + se: 53 4.1.2.4 Bugi - Ác 1 12 111211131111 111 1111110111211 01 010011011110 X0 55

4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa Hall - s2 +sz sẻ 64

CHƯƠNG V SỐ

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ - + - + k+*+sE+E£+E+EeE+s£s£+Ezxz 67

5.1 Lựa chọn phương án thiết kế 2-2 2 + E222 E+EeEeEEeEzeeeeeed 67 5.1.1 Các phương án hệ thống đánh lửa lựa chọn 5-5 -5¿ 68 5.1.1.1 Phuong An 1 oe ae 68

5.1.1.2 Phuong An 2 occ eecccccceeeesseacceceeeeeseeeaceeeseseseeaaeeeeseeneteaaaeees 69

5.2 Thiết kế, chế tạo mô hình - xxx SE S3 9E ket 9v ki 70

5.2.1 Lựa chọn vật liệu chế tạo khung mô hình - «s55 s5+ 70

5.2.2 Chế tạo bộ khung mô hình thiết kế .- ¿2 - 52 s52 255: 70

6.1 Chon dOng CO di€n ccceeesssssssccccceccceceeeeseessessnneeceececeeeeeeeseesseessseaees 80

6.2 Chon ngu6n di@n .c.ccceececccccccesscscecesesescsesesescsescsesesesesesssvscsvsneveneseees 80 6.3 BO chia cdc dau GAY eeeececceeccccesesssscssesesesesesesesescsestscscsessstscssansvensseees 80

6.4 BO phan điều chỉnh tốc độ s10 — 81

6.4.1 Nguyên lý điều khiển động cơ điện 1 chiều 5-5-5 5: 81

6.4.1.1 Đặc điểm của động cơ một ChiỀU 52St+cSEE+ESEEEEeEErEvrereerered 8l 6.4.1.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 82 6.4.2 Thiết kế các mạch điều khiến tốc độ động cơ điện 1 chiều 85

6.4.2.1 Cầu tạo và nguyên lý của IC 555 - csscscecxcxc: 85

6.4.2.2 Phương pháp điều chế PWM bằng IC 555 89

6.5 Biến áp đánh lửa -. - xxx E3 1 3 113 1131113115112 2E crd 94

6.6 Bộ chia điện có cảm biến Hall - 5c 6s S88 SE SE EE+e£eEzeezezeed 95 6.7 Các dây Cao áp - - cọ ng nh 96 6.8 CAC 0 :11LOỒLỒắắắãắáãáãắã 1 ă.ăăăă Ẽ.ẼỐ.Ố.Ố.ỐỐ.Ốố 97

AM 8v nối 2n 99 6.10 Tính toán dây dẫn + ¿%2 +2 SE 4E 1E E2 53 3 5 1171 5 1113 1 re cee 99

6.10.1 Tính toán dây nguÖn - 2© +E+E+E+E SE rec 99

Mục lục bảng biểu

MUC LUC BANG BIEU

, , Trang Bảng 5.1 Kí hiệu, tên gọi và vị trí nôi dây vào ECU trên hệ thông đánh lửa 75 Bảng 6.1 Nguyên lý làm việc của IC Š5Š - - - - G ng ng ng kh S9

SVTH: Lê Ngoc Thang Vil

MỤC LỤC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Nguyên lý hoạt động của hiệu ứng HalÌ - 7 - << << «se sesssees 2 Hình 1.2 Delco có gắn IC Hall +2 +2 2 2 E2EEEESE+E£E£E£ESE2 E555 3132k 4

Hình 1.3 Sơ đồ câu tạo cảm biến Hall 2G SE S3 SE Ex SE SE SE EeE te se rezzed 5

Hình 1.4 Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall - 5-2 2 2 +s+s+Ez£z+s+eszze: 5 Hình 1.5 Mạch nguyên lý của cảm biến Hall ¿25+ +52 2+x+E+EzEEceeerees 6 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống đánh lửa AC-CTDI ¿2-22 +2+22+£+£z£z£E£z+Ezsrssesxee 8 Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống đánh lửa DC-CDI . + ¿25+ +2 ££+x+E+Ez£e+ezezzze: 9 Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống đánh lửa có bộ chia điện ¿©5552 252 +x+£+£scx2 10 Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiẾp - ¿+6 s+Sz 2+E£xxeEsrrxrrsrered 11

Hình 2.5 Sơ đỗ 4A-FE và 4A-GE là sơ đồ hệ thống đánh lửa điện tử ESA 12

Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống đánh lửa vít lửa ¿- - + 2 2+6 k+E2E£E£xEeEEczxrrsrered 12 Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống đánh lửa sử dụng transistor - 2 2 5 +52 Sscxcs¿ 13 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa . - + + 2© 2+2 22+E£e+szeezzceee 14 Hình 3.2 Sơ đồ tương đương mạch sơ cấp của hệ thống - - + 5s Ss 55c: 15 Hình 3.3 Quá trình tăng đồng sơ cấp i¡ -. ¿-5- 525cc e‡xceeesrsrered 16 Hình 3.4 Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa .- - sszs+xzscxzxc: 18 Hinh 3.5 Quy luật biến đổi ddng dién so cAp i; va hiéu dién thế thứ cấp U; 19

Hinh 3.6 Su thay đổi hiệu điện thế U; khi phóng tia lửa điện - - - 20

Hình 3.7 Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa vào tốc độ và tải động cơ 22

Hình 3.8 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa thường .31

Hình 3.9 Đặc tính của hệ thống đánh lửa thường của động cơ 4 và 6 xylanh 33

Hình 3.10 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm . - 25 55¿ 35 Hình 3.11 Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên 2s s2 + szxzEzxzSe: 36 Hình 3.12 Cảm biến điện từ nam châm qua . ¿+2 E+EEE£E+EeEeEeEsrecee 37 Hình 3.13 Sơ đồ cầu tạo của cảm biến Hall - - + sE+x+sE*E+E SE EeE£EzEEeeekeecxe 38 Hình 3.14 Cảm biến quangg ¿- - - + ° 6+ +E£EE+E#EEEEEEEE2 13 1 121151121211 x0 39 Hình 3.15 Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa theo chương trình . -55 40

Hình 3.16 Sơ đồ hệ thống đánh lửa điện tử ESA dùng bộ chia điện 42

Hình 3.17 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bô bin đơn - 2 2 2 6+ 2 s+s£xe£s£scxd 43 Hình 3.18 Hệ thống đánh lửa sử đụng bô bin đôi . ¿- 2s xxx: 45 Hình 3.19 Hệ thống đánh lửa sử đụng một bô bin cho 4 xylanh - 46

Hình 4.1 Sơ đồ các bộ phận chính của hệ thống đánh lửa Haill - - 47

Hình 4.2 Ac quy eeseeseeesesseaeseeseseseesesessesessesesnescsesceseenseeansceseseseecsnseseeseaeananeay 48

Hình 4.3 Câu tạo của Ac Quy veccccccccscsessesscsessscscscscssssesssssssessscssssessststseessnseseseseeees 49 Hình 4.4 Câu tạo Bô bin -¿- ¿E611 E3 S11 3 1 311 1 1111113111111 11110 1y 52

s01: n8; v80 .‹.3 ố 53

Hình 4.6 Câu tạo bộ chia điện ¿S2 2S E21 1115111111115 111111111 x7 54

Hình 4.7 Câu tạo đelco với cảm biến Hall - G68 SE SE E£E£E+E£e£eEzzsezsxz 55

SVTH: Lê Ngoc Thang Vili

Mục lục hình

Hình 4.8 Cầu tạo bugi - - - Sex TT TT TT TT 0701010101101 ve 56

Hình 4.9 Sơ đồ khối cấu tạo cảm biến Hall 6+ SE SE +x SE SE EeE£EzEe£zkeesxẻ 64

Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lý làm việc của cảm biến Hall - 2 2 5s s55: 64

Hình 4.11 Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall (BOSCH) 66

Hình 5.1 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn không có delco . -5-5¿ 69 Hình 5.2 Bảng chọn lựa kích thước và kiểu mô hình . - 2 + 55555: 71 Hình 5.3 Bảng vẽ chỉ tiết khung của mô hình: . - + 2 2 2+2 +ss+sz£+£zzzzzcxe: 72 Hình 5.4 Bảng vẽ chỉ tiết khung đế mô hình . 2 2 2s +2 £2+E£S+E£+£z£zzzcxe: 73 Hình 5.5 Bảng vẽ khoá chữ T và đĩa chia độ - - - - - - SG BS HH 73

Hình 5.6 Sơ đồ mạch điều khiển phun xăng và đánh lửa trên động cơ xe

00868 055» -.-ỔỶŸỶỔÝŸ£ỂCỔCỔẢẢA 86

Hình 6.4 Đây là một dạng thuộc họ IC Š5Š - - Ă S S5 S11 9 1v 1 133232 86

Hinh 6.5 So d6 cau tao don gian héa ctia IC 555 v.cccccsccscsccsesesesseseseessessescsesessees 88

Hình 6.6 Minh họa sự thay đổi d6 réng XUN oo eececeecceessceceeesescseseseseeeseees 90 Hình 6.7 Mạch nguyên lý tạo xung vuÔng - cọ HH ng ep 9] Hình 6.8 Sơ đồ mạch điều khiến tốc độ động cơ sử dụng IC 55Š 93 Hinh 6.9 Hinh anh that ca BO bn eccccccccesescccccecesecececeseussceseeeaeeeees 95

Hinh 6.10 Anh that của Delo tr@nn 6 t6 oo eeceesecessesseeseeseeseeseesecneseeeseeaeeneeeteneeneeneees 96 Hình 6.11 Ảnh thật dây cao áp - E5 TH HH 0 1 0x re 96 Hình 6.12 Câu tạo của đây cao ấp - -¿- 5c St 2 1 1110121121111 1111117111 te 97 Hình 6.13 Ảnh thật của bugi đánh lửa ¿+ - ++S+S2 E28 xxx rersrees 98

SVTH: Lê Ngọc Thắng 1X

DANH MUC CHU VIET TAT

- AC-CDI - Hệ thong danh lira str dung nguồn điện xoay chiêu

- ATDC - Sau điểm chết trên

- BTDC - Trước điểm chết trên

- CB ~ Cảm biến

- CDI (Capacitor Discharge Ignition) — Hệ thống đánh lửa điện dung

- CT - Công tắc

- DC-CDI - Hệ thống đánh lửa sử dụng nguồn điện 1 chiều

- ĐHKK - Điều hòa không khí

- ECU (Electronic Control Unit) - Là bộ xử lý và điều khiển điện tử trung

- ESA (Electronic Spark Advance) — Hé théng đánh lửa với bộ điều khiển

góc đánh lửa sớm bằng điện tử

- HTDL - Hệ thống đánh lửa

- HSTD - Hộp SỐ tự động

- IC (Intergated Circuit) — Là một mạch tổ hợp nhiều linh kiện điện tử dùng

để điều khiển hệ thống- mạch điện tử từ đơn giản đến phức tạp

- IGF — Tín hiệu xác nhận đánh lửa

- IGT - Tín hiệu thời điểm đánh lửa

- IGSW - Công tắc chính

- Op-Amp (Oprating Amplifier) — Khuéch dai thuat toán

- PWM (Pulse Width Modulation) — La phuong pháp điều chế điện áp ra tải

- SCR (Slicon Controlled Rectifier) — Con goi 1a Thyristor

Chương 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến Hai]

CHƯƠNG I

CAU TAO VA NGUYEN LY HOAT DONG CUA CAM BIEN HALL

1.1 Cầu tạo và nguyên lý hoạt động của hiệu ứng Hall

Hiệu ứng Hall được giải thích dựa vào bản chất của dòng điện chạy trong vật dẫn điện (Hình 1) Dòng điện ï đi qua vật dẫn là dòng chuyên đời của các hạt mang điện tích âm (điện tử) theo hướng ngược chiều dòng điện và điện tích dương theo chiều dòng điện Khi vật dẫn có dòng điện đi qua chịu tắc dụng của một từ trường B vuông góc với chiều đòng điện thì các phần tử tải điện sẽ chịu tác dụng của một lực Lorentz hướng vuông góc với hướng vận tốc (hay chiều dòng điện) và từ trường tác dụng:

ở đây, v và e là vận tốc chuyển động và điện tích của các hạt mang điện

Dưới tác dụng của lực này, các phan tử tích điện trái dâu nhau sẽ chuyển động theo 2 hướng ngược chiều nhau về 2 mặt của vật dẫn (xem Hình 1), tạo ra ở hai mặt đối diện của mẫu các điện tích trái dấu dẫn đến sự xuất hiện một điện trường E hướng vuông góc với chiều đòng điện Lực tĩnh điện do điện trường này gây ra sẽ ngược hướng với lực Lorentz:

—~-

Trạng thái cân bằng nhanh chóng được hình thành cùng với sự tăng dần của lực tĩnh điện cho đến lúc bù trừ hoàn toàn lực từ Khi đạt đến trạng thái cân bằng, luc do từ trường B sẽ cân bằng với lực do điện trường E gây ra:

evB =eE (1.3) Nhu ta da biét, ddng dién chay qua vat dan cé méi liên hệ với nồng độ hạt tải dién n, dién tich tiét dién ngang A va van tốc y qua biéu thức:

với w là chiều dày và đ là chiều rộng của vật dẫn

Thay (1.4) vào (1.3) ta thu được:

Uy = = R,, 1B = p,1

SVTH: Lé Ngoc Thang 1

V6i Po = RyB la điện trở Hall (thứ nguyên [(O2m]) và R, = — gọi là hằng số

Hall (thứ nguyên [OmT'”]) Ru có thể âm hay dương phụ thuộc vào dấu hạt tải điện

Như vậy, biết hằng số Hall ta có thể tính được nồng độ phần tử tải điện ø Độ linh động của điện tử cũng có thé duoc xác định nếu biết độ dẫn điện ơ thông qua biểu thức liên hệ:

- FU? +.⁄⁄ -

Hinh 1.1 Nguyén ly hoat dong cua higu ung Hall

a) Trường hợp phân tử tích điện âm b) Trường hợp phân tử tích điện dương

1.2 Ứng dụng của hiệu ứng Hall:

Hiệu ứng Hall được sử dụng chủ yếu trong các thiết bị đo, đầu đò Các thiết

bị này thường phát ra tín hiệu rất yếu và cần được khuếch đại Đầu thế kỷ 20, các

máy khuếch đại dùng bóng chân không quá tốn kém, nên các đầu đo kiểu này chỉ được phát triển từ khi có công nghệ vi mạch bán dẫn Ngày nay, nhiều "đầu dò hiệu

ứng Hall" chứa sẵn các máy khuếch đại bên trong

s* Đo cường độ dòng điện

Đầu đo dòng điện dùng hiệu ứng Hall, có sẵn

khuếch đại Đường kính 8 mm

Hiệu ứng Hall nhạy cảm với từ trường, mà

từ trường được sinh ra từ một dòng điện bất kỳ, do

đó có thể đo cường độ dòng chạy qua một dây điện

khi đưa dây này gân thiết bị đo Thiết bị có 3 đầu

ra: một dây nối đất, một dây nguồn dé tao dong chạy trong thanh Hall, một dây ra cho biết hiệu thế Hall Phuong pháp đo dòng điện này không cần sự tiếp xúc cơ học trực tiếp với

SVTH: Lê Ngọc Thắng 2

Chương 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến Hai]

s* Cuôn dong can do

Dòng điện cần đo có thể được cuốn quanh thiết bị đo Các độ nhạy ứng với

các cường độ dòng điện khác nhau có thể được thay đổi bằng số vòng cuốn quanh

thiết bị đo Phương pháp này thích hợp cho các ampe kế lắp vĩnh cửu vào cùng mạch điện

Kẹp vào dòng cần đo

Thiết bị được kẹp vào dây dẫn điện Phương pháp này dùng trong kiểm tra

đo đạc, không lắp vĩnh cửu cùng mạch điện

s* Tính nhân

Về cơ bản ứng dụng này dựa vào công thức của hiệu ứng Hall: hiệu thế Hall

là tích của cường độ dòng điện (tỷ lệ với hiệu điện thế áp dụng lên thanh Hall, nhờ định luật Ohm) với cường độ từ trường (có thể được sinh ra từ một cuộn cảm, tỷ lệ với hiệu điện thế áp dụng lên cuộn cảm)

s* Đo công suât điện

Công suất tiêu thụ của một mạch điện là tích của cường độ dòng điện và hiệu điện thê trên mạch Vậy có thê đo công suât này băng cách đo dòng điện (như mô tả

ở trên) đông thời với việc dùng hiệu điện thê của mạch điện đê nuôi dòng qua thanh Hall Phương pháp như vậy có thê được cải tiên đê đo công suât dòng điện xoay chiêu trong sinh hoạt dân dụng Nó thường chính xác hơn các thiệt bị truyền thông

và ít gây cản trở dòng điện

* Xác định vị trí và chuyển động

Hiệu ứng Hall có thể dùng để xác định vị trí cơ học Các thiết bị kiểu này

không có một chi tiêt cơ học chuyên động nào và có thê được chê tạo kín, chịu được bụi, chất bắn, độ âm, bùn lầy Điều này giúp các thiết bị này có thể đo đạc vị trí tiện hơn dụng cụ quang học hay cơ điện

SVTH: Lê Ngọc Thắng 3

1.3 Cảm biến Hall

1.3.1 Sơ đồ cầu tạo:

Cảm biến Hall được đặt trong delco, gồm một rôto bằng thép có các cánh

chăn và các cửa sô cách đêu nhau găn trên trục của delco Sô cánh chăn sẽ tương

ứng với số xylanh của động cơ Khi rotor quay, các cánh chắn sẽ lần lượt xen vào

khe hở giữa nam châm và IC Hail (hình 2)

Miỏ quet

Khe he

hiéu cam biển

Chương 1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến Hai]

1 Phan tir Hall; 2 On 4p ; 3 Op — Amp; 4 B6 xu ly tín hiệu

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo cảm biến Hall

1.3.2 Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall

Để khảo sát hoạt động của cảm biến Hall, ta xét hai vị trí làm việc của rotor ứng với khe hở IC Hall (hình 1.4) Khi cánh chắn ra khỏi khe hở giữa IC Hall và nam châm, từ trường sẽ xuyên qua khe hở tác đụng lên IC Hall làm xuất hiện điện

áp điều khiến transistor Tr, làm cho Tr dẫn Kết quả là trên đường dây tín hiệu (cực

C), điệp áp sẽ giảm xuống chỉ còn 1V (hình 1.4) Khi cánh chắn đi vào khe hở giữa nam châm va IC Hall (hình 1.4) từ trường bị cánh chan bằng thép khép kín, không tac dong lén IC Hall, tín hiệu điện áp từ IC Hall mất làm transistor Tr ngắt Tín hiệu điện áp ra lúc này bằng điện áp từ Igniter nối với ngõ ra của cảm biến Hall

Hình 1.4 Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall

Hình 1.5 Mạch nguyên lý của cảm bién Hall

Như vậy, khi làm việc cảm bién Hall sẽ tạo ra một xung vuông làm tín hiệu đánh lửa Bề rộng của cánh chăn xác định góc ngậm điện (Dwell Angle) (hinh 4)

Do xung điều khiển là xung vuông nên không ảnh hưởng đến thời điểm đánh lửa

SVTH: Lê Ngọc Thắng 6

Chương 2: Nhiệm vụ yêu cau va phân loại hệ thống đánh lửa

CHƯƠNG H

NHIEM VU, YEU CAU VA PHAN LOAI HE THONG DANH LUA

2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu của hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa trên ô tô có nhiệm vụ tạo ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong buồng đốt của động cơ Nó phải tạo ra sự đánh lửa chính xác trong hàng nghìn lần/phút trên mỗi xy lanh của động cơ Nếu sự đánh lửa bị ngưng trệ trong khoảng 1 giây, động cơ sẽ hoạt động yếu đi và thậm chí có thể ngừng hoạt động Vì vậy hệ thong đánh lửa trên ô tô có 2 nhiệm vụ chính là tạo ra tia lửa điện

lớn và thời gian đánh lửa phải chính xác trên mỗi xy lanh Bên cạnh đó độ bền của

hệ thống cũng rất quan trọng giúp xe vận hành Ôn định

2.1.1 Tia lửa

Trong hệ thống đánh lửa tia lửa điện được biến dòng điện một chiều hạ áp 12V trở thành dòng điện cao áp từ 12kV — 24kV, thậm chí có thể cao hơn Tia lửa

được phát ra giữa các điện cực của các bugi để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong

buông đốt động cơ Vì ngay cả khi nén ép với áp suất cao, không khí vẫn có điện trở nên cần phải tạo ra điện thế hàng chục ngàn vôn để đảm bảo phát ra tia lửa đủ mạnh, có thê đốt cháy tốt hỗn hợp nhiên liệu

2.1.2 Thời điểm đánh lửa chính xác

Hệ thống đánh lửa phải luôn luôn có thời điểm đánh lửa chính xác để phù

hợp với sự thay đôi tôc độ và tải trọng của động cơ

2.1.3 Độ bền của hệ thống

Hệ thống đánh lửa phải có đủ độ tin cậy để chịu đựng được tác động của rung động và nhiệt của động cơ

Hệ thống đánh lửa sử dụng điện cao áp do cuộn đánh lửa tạo ra nhằm phát ra

tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu đã được nén ép

Hỗn hợp không khí nhiệt liệu được nén ép và đốt cháy trong xi lanh Sự bốc

cháy này tạo ra động lực của động cơ

Nhờ có hiện tượng tự cảm và cảm ứng tương hỗ, cuộn dây tạo ra điện áp cao cần thiết cho đánh lửa

Cuộn sơ cấp tạo ra điện thế hàng trăm vôn còn cuộn thứ cấp thì tạo ra điện thế hàng chục ngàn vôn

SVTH: Lê Ngọc Thắng 7

2.2 Phân loại hệ thống đánh lửa

Ngày nay, hệ thống đánh lửa được trang bị trên ôtô có rất nhiều loại khác nhau Dựa vào cấu tạo, hoạt động, phương pháp điều khiển, người ta phân loại hệ thống đánh lửa theo các cách phân loại sau :

2.2.1 Phân loại cơ bản, điển hình

- Hệ thông đánh lửa thường

- Hệ thông đánh lửa bán dân

+ Loại có tiếp điểm

+ Loại không có tiêp điêm

2.2.2 Phân loại theo cầu tạo bộ chia điện

- Hệ thông đánh lửa thường

- Hệ thông đánh lửa điện tử - CDI(Capacitor Discharge Igmition) :Đánh lửa dùng nguyên lý phóng của tụ điện:

+ AC-CDI ( đánh lửa sử dụng nguồn điện xoay chiều)

Ì, Khê» điền 2 BLết 3 Tụ điền-4: Cuón đánh la(Bế-biny 5:

Cuẻn kích 6, Cuộn nguồn 7, Bi-ốt 8, SCR (Thyristor) 9, Bugi

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống đánh lửa AC-CDI

SVTH: Lê Ngọc Thắng 8

Chương 2: Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại hệ thống danh lua

1, Khóa điện 2, B khuyếch đại điện áp 3, Tụ điện 4, Biển

áp đánh lửa 5, Ác quy 6 Cuồn kích (cuộn điều khiển) 7,

Bi-ðt & SCR (Thyristor) 9, Bugi

Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống đánh lửa DC-CDI

- Hệ thống đánh lửa không cần bộ chia điện (đánh lửa lập trình)

2.2.3 Phân loại theo phương pháp tích luỹ năng lượng

- Hệ thông đánh lửa điện cảm (TT — transistor ignition system)

- Hệ thông đánh lira dién dung (CDI — capacitor discharged ignition system) 2.2.4 Phan loai bang phuong pháp điều khiến bằng cảm biến

- Hệ thống đánh lửa có sử dụng vít lửa (Breaker)

SVTH: Lê Ngọc Thắng

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ ( Electromagnetic Sensor )

+ Loại nam châm đứng yên + Loại nam châm quay

- Hệ thông đánh lửa sử dụng cảm bién Hall

- Hệ thông đánh lửa sử dụng cảm biến quang

- Hệ thông đánh lửa sử dụng cảm biến từ trở

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến cộng hưởng

2.2.5 Phân loại theo các phân bố điện cao áp

- Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện delco (Distributor Ignition System)

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống đánh lửa có bộ chia điện

- Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay hệ thống đánh lửa không sử dụng đelco ( Distributorless Ignition System)

SVTH: Lé Ngoc Thang 10

Chương 2: Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại hệ thống danh lứa

Biển áp Biển khiển đánh lửa đánh lửa Biển áp đánh lửa

và điều khiển đánh

Cảm biển góc quay trục khuỷu

quay trụe khuýn

Hình 2.4 Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp 2.2.6 Phân loại theo phương pháp điều khiến góc đánh lửa sớm

- Hệ thông đánh lửa có cơ câu điêu khiên góc đánh lửa sớm băng cơ khí (Mechanical Spark Advance) Ộ Ộ

- Hệ thông đánh lửa với bộ điêu khiên góc đánh lửa sớm băng điện tử ESA - Electronic Spark Advance

Hình 2.5 So đồ 4A-EE và 4A-GE là sơ đồ hệ thống đánh lửa điện tử ESA

2.2.7 Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp

- Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa (Conventional Ignition System)

Điện trở 86 danh krasdém chan khong ”

Hình 2.6 Sơ đỗ hệ thống đánh lửa vít lửa

SVTH: Lê Ngoc Thang 12

Chương 2: Nhiệm vụ yêu cầu và phân loại hệ thống danh lứa

- Hệ thống đánh lửa sử dụng Transistor (Transistor Ignition System)

Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống đánh lửa sử dụng transistor

- Hệ thống đánh lira su dung Thyristor ( CDI ) (Hinh 2.1 và 2.2)

SVTH: Lé Ngoc Thang 13

CHƯƠNG IH

PHAN TICH CAU TẠO, NGYÊN LY LAM VIEC CUA CAC HE THONG

ĐÁNH LỬA

3.1 Lý thuyết chung về hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa sau khi có nhiệm vụ biến đổi dòng điện một chiều thế hiệu

thấp hoặc xoay chiều với thế hiệu thấp thành dòng điện với thế hiệu cao có năng lượng

đủ lớn thì sẽ sinh ra tia lửa để phóng qua khe hở giữa hai điện cực của bugi đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu

Để tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, quá trình đánh lửa được chia làm ba giai đoạn: Quá trình tăng trưởng của dong so cap hay con goi 1a qua trinh tích luỹ năng lượng, quá trình ngắt dòng sơ cấp và quá trình xuất hiện tia lửa điện ở cực bugi

3.1.1 Giai doạn tăng dòng sơ cấp khi KK? đóng

Đến bộ L_} chia dién

Chương 3: Phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa

Trong sơ đồ trên gồm có:

Re: Điện trở phụ, R;: Điện trở cuộn sơ cấp, Lì, Lạ: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp, T: Transistor công suất được điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm biến hoặc vít lửa

Ta có thể chuyển sơ đồ mạch điện sơ cấp thành sơ đồ tương đương như bên dưới

Khi KK' đóng, sẽ có dòng sơ cấp i¡ chạy theo mạch:

(AQ —> Kạ —> R¿ —> W¡ —> Cần tiếp điểm 2 —›> KK' > (-)AQ

Hinh 3.2 So đồ tương đương mạch sơ cấp của hệ thống

Dòng điện này tăng từ 0 đến một giá trị giới hạn xác định bởi điện trở của mạch

SƠ cấp Mạch thứ cấp lúc này coi như hở Do suất điện động tự cảm, dòng 1¡ không thé

tăng tức thời mà tăng dẫn trong một khoảng thời gian nào đó Trong giai đoạn gia tăng dòng sơ cấp ta có thể viết phương trình sau:

U, gt er) =11-R; (3 1)

Trong đó: Ủ;- Thể hiệu của nguồn điện (ac quy hoac may phat) [V]

eL¡ - SĐĐ tự cảm trong cuộn sơ cap [V]

R¡- Điện trở thuần của mach sơ cap [Q]

Khi t=0 (tiếp điểm vừa đóng lại) thì ¡ =0 và #L- T (3.4)

Khi t=œ (tiếp điểm đóng rất lâu) thì:

Từ các biểu thức trên ta thay rõ rằng, tốc độ gia tăng dòng sơ cấp phụ thuộc vào giá tri Ung va L; Lị càng lớn thì tốc độ tăng dòng sơ cấp càng giảm Tốc độ này có giá trị cực đại vào thời điểm tiếp điểm bắt đầu đóng (t=0)

Giá trị nhỏ nhất của tốc độ tăng dòng sơ cin re xác định bởi thời điểm

mở tiếp điểm Trong quá trình làm việc của hệ thống đánh lửa, tốc độ này không bao giờ giám đến 0 Vì thời gian tiếp điểm đóng ngăn nên dòng sơ cấp không kịp đạt giá trị

én định

Giá trị cực đại mà dòng sơ cấp có thê đạt được (i:„ax) phụ thuộc vào điện trở

mạch sơ cấp và thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng Thay giá trị t= tạ vào phương

Chương 3: Phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa

Trong đó: Ting - Gia tri dong so cap khi tiếp điểm mở [A]

tạ- Thời gian tiệ điểm ở trạng thái đóng [s]

Nếu ký hiệu: tT, = tao = rT là thời gian đóng tiếp điểm tương đối (ở đây:

d + m ck

Tạ, = (t¿ + tạ); tạ - Thời gian tiếp điểm ở trạng thái mở) thì thời gian tiếp điểm đóng có

thể xác định theo công thức: t, =T1ly =T, = (3.7)

Z.- Số xy lanh của động cơ 4 kỳ

ne - Số vòng quay của động cơ [vg/phút]

(3.8)

Từ biểu thức (3.8) ta rút ra các nhận xét sau:

- Giá trị dong ing phụ thuộc các thông sỐ của mạch sơ cấp (R¿ và L;)

- lịng giảm di khi tang số vòng quay và số xy lanh động cơ

- l¡n„ tang lên khi tăng thời gian đóng tiếp điểm tương đối, thời gian này được ấn định bởi dạng cam và việc điều chỉnh tiếp điểm Thường tạ không thể làm tăng quá 0,63 vì lúc đó cam sẽ rất nhọn, gây ra rung động và va đập cần tiếp điểm khi làm việc

và mau mòn

3.1.2 Quá trình ngắt dòng sơ cấp

Khi trasisitor công suất ngắt, dòng điện sơ cấp và từ thông do nó sinh ra giảm đột ngột Trên cuộn thứ cấp của bô bin sẽ sinh ra một hiệu điện thế vào khoảng 15kV + 40kV Giá trị của hiệu điện thế thứ cấp phụ thuộc vào rất nhiều thông số của

mạch sơ cấp và thứ cấp Để tính toán hiệu điện thế thứ cấp cuc dai ta sử dụng sơ đồ

tương đương sau

SVTH: Lé Ngoc Thang 17

Hình 3.4 Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa

Bỏ qua hiệu điện thế ắc quy vì hiệu điện thế ắc quy rất nhỏ so với sức điện động

tự cảm xuất hiện trên dong so cap luc transistor cong suất ngắt, năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn sơ câp của bô bín được chuyên thành năng lượng điện trường trên

tụ điện C¡ và C; và một phần mắt mát Đề xác định hiệu điện thế thứ cấp cực đại Ủ›„ ta

lập phương trình cân bằng lúc transistor công suất ngắt:

Trong đó: C¡ - Điện dung của tụ điện mắc song song với transistor công suất [F]

C; - Điện dung ký sinh của mạch thứ câp [F]

U¡m, ỦU;„- Hiệu điện thế sơ cấp, thứ cấp lúc transistor công suất ngắt [V]

Q - Tổn thất dưới dạng nhiệt [J]

U¿m= Kẹp Uin

Kyp= W/W >- Hé sé bién a ap của bô bm

Wj,W;- Số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp [vòng]

Chương 3: Phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa

Hình 3.5 Quy luật biến đổi dòng điện sơ cấp ¡; và hiệu điện thế thứ cấp U;

Transistor công suất ngắt, Cuộn SƠ cấp sẽ sinh ra một sức điện động khoảng

100-300 V

3.1.3 Quá trình phóng điện ở điện cực bugi

Khi thế hiệu U; vừa đạt đến gia tri Ug, du dé xuyên qua khe hở giữa các điện

cực của bugi, thì ở đó sẽ xuất hiện tia lửa điện cao thế (hình 3.6) Khi xuất hiện tia lửa

điện thì U; giảm đột ngột trước khi kịp dat gia tri cực đại

SVTH: Lé Ngoc Thang 19

Hình 3.6 Sự thay đổi hiệu điện thế U; khi phóng tia lửa điện

a Thời gian tia lửa điện dung, b Thời gian tia lửa điện cảm

Kết quá của nhiều công trình nghiên cứu đã xác định được rằng: Tia lửa điện có

hai phần rõ rệt là phần điện dung và phần điện cảm

Phần điện dung xuất hiện trước, vào thời điểm đầu của quá trình phóng điện Đó

là sự phóng tĩnh điện do năng lượng của điện trường tích luỹ trong điện dung C¡ và C›

của hệ thống đánh lửa, tia lửa điện dung có màu xanh lam và rất chói do nhiệt độ của

nó cao tới 10000°C Thế hiệu cao và dòng điện phóng rất lớn nên công suất tức thời của nó cũng khá lớn (có thể đạt đến hàng chục kW) Tuy nhiên, thời gian tồn tại tia lửa

này rất ngắn (<lus) nên năng lượng điện trường cũng không lớn lắm

Đặc trưng của phần tia lửa điện dung là có tiếng nỗ lách tách, tần số dao động lớn tới (10/ 107) Hz, nên gây nhiễu xạ vô tuyến mạnh

Tia lửa điện dung làm điện thé U, giảm đột ngột, chỉ còn khoang 1500 2000V

Vì tia lửa xuất hiện trước khi U; đạt gia tri cực đại, nên phần tia lửa điện dung chỉ tiêu

tốn một phần năng lượng của từ trường tích luỹ trong biến áp đánh lửa là:

SVTH: Lé Ngoc Thang 20

Chương 3: Phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa

thuần túy hoặc hỗn hợp cả hai phần, tuỳ thuộc vào các thông số của hệ thống đánh lửa

và các điều kiện vật lý khi xuất hiện tia lửa Nói chung các xoáy khí hình thành trong buồng cháy ở số vòng quay cao của động cơ, cản trở việc tạo thành phần điện cảm của tia lửa

Đuôi lửa có tác dụng tốt khi khởi động động cơ nguội Vì khi khởi động nhiên

liệu bốc hơi kém, khó cháy Nên khi nhiên liệu đã bén lửa của phần điện dung, nó sẽ bốc hơi và hoà trộn tiếp, đuôi lửa sau đó sẽ đốt cho nhiên liệu cháy hết

3.1.4 Các thống số cơ bản của hệ thống đánh lửa

3.1.4.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại

Hiệu điện thế thứ cấp cực đại Uz„, là hiệu điện thế cực đại đo được ở hai đầu

cuộn dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi Hiệu điện thế thứ cấp cực đại phải

đủ lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặc biệt lúc

khởi động

3.1.4.2 Hiệu điện thế đánh lửa Uạy

— Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa xảy ra, được gọi là hiệu điện

thê đánh lửa (Uạ) Hiệu điện thê đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào nhiêu yêu tô, tuân

theo định luật Pasen

Trong đó:

Uạ¡— Hiệu điện thế đánh lửa [V]

P - Áp suất hỗn hợp hòa khí tại thời điểm đánh lửa [N/m”]

ö - Khoảng cách giữa các điện cực [m]

T - Nhiệt độ ở điện cực bugi tại thời điểm đánh lửa [ °K ]

K - Hằng số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp hòa khí

SVTH: Lé Ngoc Thang 21

n (Vip)

Hinh 3.7 Sưphu thuỗc cua hiểu điển thể đanh lựa va ö tốc độ va ta ¡ đông cơ

1 Không tái, 2 Nửa tại, 3 Toan tai, 4 Khơi đông va cẩm chưng

Ngoài ra, Uạ còn hình dạng điện cực bugi, thành phần hỗn hợp, chế độ làm việc

cua dong co,

Khi tăng khoảng cách giữa các điện cực và tăng áp suất hỗn hợp hòa khí thì thế hiệu đánh lửa tăng lên

Sự tăng nhiệt độ trong xy lanh tạo điều kiện ion hóa hỗn hợp khí, vì vậy thế hiệu

đánh lửa giảm đi

Ở chế độ khởi động lạnh, nhiệt độ thành xy lanh và các điện cực còn thấp, hỗn hợp hút vào ít bị đốt nóng và không kịp bay hơi hết Những hạt nhiên liệu chưa bay hơi

rơi vào không gian giữa các điện cực làm tăng Ưai (15% 20%)

Sự tăng số vòng quay của động cơ, lúc đầu làm tăng một chút Uạ do tăng áp suất nén (lọt khí giảm), nhưng sau đó Uại giám vì hệ số nạp giảm và nhiệt độ bugi tăng Khi tải động cơ tăng, bướm ga mở to ra, do đó năng lượng hỗn hợp đi vào xy

lanh nhiều lên làm tăng áp suất nén và công suất của động cơ

- Yếu tố thứ nhất làm tang Uy

- Yếu tô thứ 2 làm giảm Ưại (vì công suất tăng làm nhiệt độ tăng), nhưng anh

hưởng không mạnh bằng yếu tố thứ nhất nên cuối cùng Uạ vẫn tăng khi phụ tải tăng

Sau một thời gian vận hành, điện cực bugi bị mài mòn, làm cho khe hở bugi

tăng, do đó Ưại tăng Vì vậy sau một thời gian vận hành, phải hiệu chỉnh lại khe hở bugi

SVTH: Lé Ngoc Thang 22

Chương 3: Phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa

3.1.4.3 Góc đánh lửa sớm

Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ tính từ thời điểm xuất hiện tia lửa điện tại bugi cho đến khi pít tông lên đến tận điểm chết trên

Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế và độ ô nhiễm

của khí thải động cơ Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc rất nhiều yếu tố:

Done =F (Pag stea » Dot ye tm My N ++) (3 16)

Trong đó: p„a- Áp suất trong buông cháy tại thời điểm đánh lửa [Pa]

tọa - Nhiệt độ buồng chay [°C]

p - Áp suất trên đường ống nạp [Pa]

tụ¿- Nhiệt độ nước làm mát động cơ [”C]

n - Số vòng quay của động cơ [vòng/phút]

N, - Chỉ số octan của xăng

Nếu thời điểm đánh lửa xảy ra sớm hơn hay muộn hơn thời điểm tối ưu đều làm

giảm công suất và chất lượng của động cơ

- Nếu đánh lửa quá sớm: hỗn hợp cháy hoàn toàn trong ký nén Sự tăng áp suất

do khí cháy giãn nở sẽ cản trở chuyên động đi tiếp lên ĐCT của pít tông, tức là công

của khí nén sinh ra ở hành trình này trở thành công âm, làm giảm công suất và tính kinh tế của động cơ, tăng tải trọng lên nhóm các chỉ tiết pít tông thanh truyền Biểu hiện của hiện tượng này: có tiếng gõ kim loại, công suất động cơ giảm, làm việc không

ổn định

- Nếu đánh lửa quá muộn: quá trình cháy diễn ra trong kỳ giãn nở, thậm chí nhiên liệu có thể không kịp cháy hết trong xy lanh mà còn tiếp tục cháy rớt ở ông xả Trong trường hợp này động cơ sẽ rất nóng vì thể tích vùng cháy và nhiệt truyền cho nước làm mát tăng, công suất động cơ giảm

Khi số vòng quay của động cơ tăng: thời gian làm việc của chu trình bị rút ngắn, do đó góc đánh lửa sớm cần phải tăng lên Nếu thời gian cháy của nhiên liệu không đổi thì Ø phải tăng tuyến tính theo n Nhưng do n tăng làm tăng áp suất và nhiệt

độ trong xy lanh (do giảm lọt khí và thời gian truyền nhiệt), tăng chuyển động lốc xoáy của hỗn hợp Vì thế tốc độ cháy tăng lên và thời gian cháy tương ứng giảm đi nên ở số vòng quay cao 6 tăng theo quy luật phi tuyến

Sự tăng tỷ số nén làm tăng áp suất và nhiệt độ ở cuối kỳ nén, đo đó làm tăng tốc

độ cháy của hỗn hợp Vì thế sự tăng tỷ số nén làm giám góc đánh lửa sớm

Mức tải của động cơ cũng ảnh hưởng lớn đến góc đánh lửa sớm Khi mở bướm

ga lớn lượng hỗn hợp đi vào xy lanh nhiều hơn> làm tăng áp suất và nhiệt độ khí nén,

đồng thời còn làm giảm % khí sót dẫn đến tăng tốc độ cháy Vì thế, khi tăng tải trong của động cơ> giảm xuống và ngược lại

SVTH: Lê Ngoc Thang 23

Hệ số dự trữ của những động cơ có hệ thống đánh lửa thường là bé hơn so với

hệ thống đánh lửa của những động cơ xăng hiện đại với hệ thông đánh lửa điện tử Vì hiệu điện thé Ủz„ của hệ thong đánh lửa thường bé, còn đối với hệ thống đánh lửa hiện đại có hệ số dự trữ cao nhằm đảm bảo việc đáp ứng việc tăng tỉ số nén, tăng số vòng quay và khe hở bugi

Kạc (3.17)

3.1.4.5 Năng lượng dự trữ Wụy

Năng lượng dự trữ W„ là năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường trong cuộn

dây sơ cấp của bô bin Để đảm bảo tia lửa có đủ năng lượng đốt cháy hoàn toàn khí, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo được năng lượng đánh lửa trên cuộn sơ cấp của bô bin ở một giá trị xác định

Li?

WwW, =—_ a ( 3.18 )

Trong đó: Wa- Nang luong dy tri trén cudn so cấp [W.s]

L, - Độ tự cảm của cuộn sơ câp của bô bín [HỊ

- Cường độ dòng điện sơ cấp tai thoi diém transistor céng suat

ngắt [A]

Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu điện thế đánh lửa khoảng 20 đến 30% do nhiệt độ

cực bugi thấp

Khi động cơ tăng tốc, Uạ tăng do áp suất nén tăng nhưng sau đó nhiệt độ giảm

từ từ do nhiệt độ điện cực bugi tăng và áp suất nén giám do quá trình nạp xấu đi

Hiệu điện thế đánh lửa cực đại ở chế độ khởi động và tăng tốc, có giá trị cực

tiểu ở chế độ ổn định khi công suất cực đại

3.1.4.6 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

_ du, Au, Trong đó: 5 - Tôc độ biên thiên của hiệu điện thê thứ câp

Au,- Độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

Ar - thời gian biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

(3 19)

SVTH: Lé Ngoc Thang 24