TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong những năm gần đây, nền khoa học kỷ thuật thế giới đã phát triển cực kỳ mạnh mẽ với nhiều thành công rực rỡ trong tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội, đặc biệt trong lĩnh vực kỹ thuật công nghệ ô tô đã có sự phát triển mạnh mẽ như vũ bão về công nghệ, thiết bị tự động trên ô tô hiện nay đã làm cuộc sống của con người đã càng ngày càng trở nên phong phú và hiện đại hơn. Hệ thống đánh lửa trên ô tô là một trong những hệ thống quan trọng quyết định đến sự hoạt động của một chiếc xe, đặc biệt là khả năng tăng tốc, thay đổi góc đánh lửa, tiết kiệm nhiên liệu làm cho động cơ hoạt động êm ái an toàn cho những người sử dụng xe. Tuy ngành ô tô đã có được những bước phát triển đáng kể nhưng người ta vẫn liên tục tiến hành nhiều thử nghiệm mới với những mục đích khác nhau nhằm phục vụ cho các nhu cầu của xã hội.
Tổng quan về hệ thống đánh lửa
Lý thuyết đánh lửa cho đông cơ xăng
2.1.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại 𝑼 𝟐𝒎 :
Hiệu điện thế cực đại được đo ở hai đầu cuộn dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bougie Để tạo ra tia lửa điện giữa hai điện cực của bougie, hiệu điện thế thứ cấp cực đại cần đủ lớn, đặc biệt là trong quá trình khởi động.
2.1.2 Hiệu điện thế đánh lửa,𝑼 𝒅𝒍
Hiệu điện thế đánh lửa (𝑈 𝑑𝑙) là hiện tượng xảy ra khi quá trình đánh lửa diễn ra ở điện thế thứ cấp Hiệu điện thế này phụ thuộc vào nhiều yếu tố và tuân theo định luật Pashen.
−𝑃: Là áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa
−𝑇: Nhiệt độ ở điện cực trung tâm của bougie tại thời điểm đánh lửa
−𝐾: Hằng số phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp hòa khí
Trong chế độ khởi động lạnh, hiệu điện thế đánh lửa 𝑈 𝑑𝑙 tăng khoảng 20 đến 30% do nhiệt độ điện cực bougie thấp Khi động cơ tăng tốc độ, 𝑈 𝑑𝑙 ban đầu tăng do áp suất nén tăng, nhưng sau đó giảm dần do nhiệt độ điện cực bougie tăng và áp suất nén giảm do quá trình nạp xấu đi Hiệu điện thế đánh lửa đạt giá trị cực đại ở chế độ khởi động và tăng tốc, trong khi giá trị cực tiểu xuất hiện ở chế độ ổn định khi công suất đạt cực đại.
-Trong quá trình vận hành xe mới, sau 2.000 km đầu tiên, 𝑈 𝑑𝑙 tăng 20% do điện cực bougie bị mài mòn
SVTH: Dương Tấn Cường, Trần Văn Vương, Trần Thanh Liêm Chính Trang 4
1 Toàn tải ; 2.nửa tải ;3 tải nhỏ ;4 khởi động và cầm chừng
Hình 5.1 sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa vào tốc độ và tải động cơ
- Sau đó 𝑈 𝑑𝑙 tiếp tục tăng do khe hở bougie tăng Vì vậy để giảm 𝑈 𝑑𝑙 phải hiệu chỉnh lại khe hở bougie sau mỗi 10.000 km
-Hệ số dự trữ là tỷ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại 𝑈 2𝑚 và hiệu điện thế đánh lửa 𝑈 𝑑𝑙
- Đối với hệ thống đánh lửa thường, do 𝑈 2𝑚 thấp nên 𝐾 𝑑𝑡 thường nhỏ hơn 1,5
SVTH: Dương Tấn Cường, Trần Văn Vương, Trần Thanh Liêm Chính Trang 5
Trên các động cơ xăng hiện đại với hệ thống đánh lửa điện tử, hệ số dự trữ có giá trị cao (𝐾 𝑑𝑡 = 1,52,0) cho phép tăng tỷ số nén, nâng cao số vòng quay và mở rộng khe hở bougie.
Năng lượng dự trữ \( W_{dt} \) là năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường trong cuộn dây sơ cấp của bobine Để đảm bảo tia lửa điện có đủ năng lượng để đốt cháy hoàn toàn hòa khí, hệ thống đánh lửa cần duy trì năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp của bobine ở một giá trị xác định.
−𝑊 𝑑𝑡 : Năng lượng dự trữ trên cuộc sơ cấp
−𝐿 1 : Độ tự cảm của cuộc sơ cấp của bobine
−I ng : Cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm transistor công suất ngắt
2.1.5 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S
−𝑆: Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp
− 𝑢2 : Độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp
−∆ 𝑡 : Thời gian biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp
Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S càng lớn thì tia lửa điện tại điện cực bougie càng mạnh, giúp dòng điện không bị rò qua mũi than trên điện cực bougie, từ đó giảm năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp.
SVTH: Dương Tấn Cường, Trần Văn Vương, Trần Thanh Liêm Chính Trang 6
2.1.6 Tần số và chu kỳ đánh lửa
- Đối với động cơ 4 thì, số tia lửa xảy ra trong một giây hay còn gọi là tần số đánh lửa được xác định bởi công thức:
120 (Hz) Đối với động cơ 2 thì
−𝑛: Số vòng quay trục khuỷu động cơ (mi𝑛 −1 )
−𝑍: Số xylanh động cơ
−𝑙: thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa
⁄𝑓 = 𝑡 𝑑 + 𝑡 𝑛 −𝑡 𝑑 : Thời gian vít ngậm hay transistor công suất dẫn bảo hòa
−𝑡 𝑡𝑛 : Thời gian vít hở hay transistor công suất ngắt
Tần số đánh lửa f tỷ lệ thuận với vòng quay trục khuỷu động cơ và số xy lanh Khi số vòng quay của động cơ và số xy lanh tăng, tần số đánh lửa f cũng tăng, dẫn đến chu kỳ đánh lửa T giảm xuống Do đó, trong quá trình thiết kế, cần chú ý đến hai thông số chu kỳ và tần số đánh lửa để đảm bảo rằng ở số vòng quay cao nhất của động cơ, tia lửa vẫn mạnh.
Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ, được tính từ thời điểm xuất hiện tia lửa điện tại bougie cho đến khi piston đạt đến điểm thượng.
Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ, được xác định từ thời điểm tia lửa điện xuất hiện tại bugi cho đến khi piston đạt đến tử điểm thượng Việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu.
SVTH: Dương Tấn Cường, Trần Văn Vương, Trần Thanh Liêm đã chỉ ra rằng góc đánh lửa sớm tối ưu có ảnh hưởng lớn đến công suất, tính kinh tế và độ ô nhiễm của khí thải động cơ Các yếu tố quyết định đến việc tối ưu hóa góc đánh lửa sớm rất đa dạng và phức tạp.
− P bd : Áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa
− P: Áp suấ trên đường ống nạp
− t wt : Nhiệt độ làm mát động cơ
− t mt : Nhiệt độ môi trường
− n: Số vòng quay động cơ
− N o : Chỉ số octan của xăng
Trên các đời xe cũ, góc đánh lửa sớm chỉ được điều khiển dựa trên tốc độ và tải động cơ Tuy nhiên, một số xe như Toyota và Honda được trang bị thêm van nhiệt, cho phép sử dụng bộ phận đánh lửa sớm theo hai chế độ nhiệt độ Đối với các đời xe mới, góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng điện tử, giúp điều chỉnh góc đánh lửa theo các thông số đã nêu.
2.1.8 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện:
Tia lửa điện thường bao gồm hai thành phần chính: thành phần điện dung và thành phần điện cảm Năng lượng của tia lửa điện được tính toán theo một công thức cụ thể.
− 𝑊 𝑃 : Năng lượng của tia lửa
− 𝑊 𝐶 : Năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện dung
− 𝑊 𝐿 : Năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện cảm
− 𝐶 2 : Điện dung ký sinh của mạch thứ cấp của bugi (F)
− 𝑈 𝑑𝑙 : Hiệu điện thế đánh lửa
− 𝐿 2 : Độ tự cảm của mạch thứ cấp (H)
− 𝑖 2 : Cường độ dòngđi ện mạch thú cấp (A)
SVTH: Dương Tấn Cường, Trần Văn Vương, Trần Thanh Liêm Chính Trang 8
Tùy thuộc vào loại hệ thống đánh lửa, năng lượng tia lửa có thể bao gồm cả hai thành phần hoặc chỉ một trong hai thành phần điện cảm hoặc điện dung Thời gian phóng điện giữa hai điện cực của bugi cũng phụ thuộc vào loại hệ thống đánh lửa Tuy nhiên, hệ thống đánh lửa cần đảm bảo năng lượng tia lửa đủ lớn và thời gian phóng điện đủ dài để có thể đốt cháy hòa khí ở mọi chế độ hoạt động của động cơ.
Trong động cơ xăng 4 kỳ, hòa khí được đưa vào xylanh và trộn đều nhờ sự xoáy lốc của dòng khí, sau đó piston nén lại Vào thời điểm thích hợp cuối kỳ nén, hệ thống đánh lửa cung cấp tia lửa điện cao thế để đốt cháy hòa khí, sinh công cho động cơ Quá trình đánh lửa được chia thành ba giai đoạn: tăng trưởng dòng sơ cấp (tích lũy năng lượng), ngắt dòng sơ cấp và xuất hiện tia lửa điện ở điện cực bougie.
Qúa trình tăng trưởng dòng sơ cấp
Trong sơ đồ của hệ thống đánh lửa trên:
R 1 : Điện trở của cuộn sơ cấp
L 1 , L 2 : Độ tự cảm của cuộn sơ cấp và thứ cấp của bobin
T: Transistor công suất được điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm biến hoặc vít lửa
SVTH: Dương Tấn Cường, Trần Văn Vương, Trần Thanh Liêm Chính Trang 9
Hình 5-4: Sơ đồ tương đương của mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa
Khi transistor công suất T dẫn, dòng điện 𝑖1 từ accu đến R𝑓 và L1 sẽ tăng dần do sức điện động tự cảm sinh ra trên cuộn sơ cấp L1, chống lại sự tăng của cường độ dòng điện Trong giai đoạn này, mạch thứ cấp của hệ thống đánh lửa gần như không ảnh hưởng đến quá trình tăng dòng ở mạch sơ cấp Hiệu điện thế và cường độ dòng điện xuất hiện ở mạch thứ cấp không đáng kể, do đó có thể coi mạch thứ cấp như hở.
Nhiêm vụ ,yêu cầu và phân loại hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa trên động cơ có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn điện xoay chiều với hiệu điện thế thấp (12 hoặc 24V) thành các xung điện thế cao từ 15.000 đến 40.000V Những xung điện này được phân phối đến bougie của các xylanh đúng thời điểm, tạo ra tia lửa điện cao thế để đốt cháy hòa khí.
- Một hệ thống đánh lửa làm việc tốt phải bảo đảm các yêu cầu sau:
SVTH: Dương Tấn Cường, Trần Văn Vương, Trần Thanh Liêm Chính Trang 17
Hệ thống đánh lửa cần tạo ra sức điện động thứ cấp đủ lớn để phóng điện qua khe hở bougie trong mọi chế độ làm việc của động cơ.
- Tia tửa trên bougie phải đủ năng lượng và thời gian phóng để đốt cháy hoàn toàn hòa khí
- Góc đánh lửa sớm phải đúng trong mọi chế độ hoạt động của động cơ
- Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ cao và độ rung xóc lớn
- Sự mài mòn điện cực bougie phải nằm trong khoảng cho phép
Hệ thống đánh lửa là bộ phận thiết yếu trong động cơ xăng, đóng vai trò quan trọng trong việc khởi động và vận hành động cơ Với sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô, hệ thống đánh lửa đã trải qua nhiều cải tiến, áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật để nâng cao hiệu suất hoạt động Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại hệ thống đánh lửa cao áp được trang bị cho động cơ ôtô Các hệ thống này được phân loại dựa trên cấu tạo, hoạt động, và phương pháp điều khiển, trong đó có phân loại theo phương pháp tích lũy năng lượng.
- Hệ thống đánh lửa điện cảm (TI – Transistor Ignition System)
- Hệ thống đánh lửa điện dung (CDI – Capacitor Discharged Ignition System) b) Phân loại theo phương pháp điều khiển bằng cảm biến:
- Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa (breaker)
- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ (ElectromagneticSensor)
Gồm 2 loại: loại nam châm đứng yên và 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 …
SVTH: Dương Tấn Cường, Trần Văn Vương, Trần Thanh Liêm Chính Trang 18
- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến cộng hưởng c) Phân loại theo các phân bố điện cao áp:
- Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện-delco (Distributor Ignition System)
- Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay không có delco (Distributorless Ignition System) d) Phân loại theo phương pháp điều khiển góc đánh lửa sớm:
- Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng cơ khí (Mechanical Spark – Advance)
- Hệ thống đánh lửa với bộ điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử (ESA – Electronic Spark Advance) e) 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).
Sơ đồ cấu trúc khối và sơ đồ mạch cơ bản
2.3.1 Sơ đồ cấu trúc khối
SVTH: Dương Tấn Cường, Trần Văn Vương, Trần Thanh Liêm Chính Trang 19
2.3.2 Sơ đồ mạch điện cơ bản
Hệ thống đánh lửa thường
2.4.1 Sơ đồ và cấu tạo phân tử
❖ Sơ đồ chung của hệ thống CI
Những thiết bị chính của hệ thống đánh lửa (HTĐL) bao gồm biến áp đánh lửa (bobine), điện trở phụ, bộ chia điện, bougie đánh lửa, khóa điện và nguồn điện một chiều (accu hoặc máy phát) Sơ đồ hệ thống đánh lửa được trình bày trong hình dưới đây.
SVTH: Dương Tấn Cường, Trần Văn Vương, Trần Thanh Liêm Chính Trang 20
❖ Biến áp đánh lửa ( bobine )
Biến áp cao thế là thiết bị chuyên dụng để chuyển đổi các xung điện có hiệu điện thế thấp (6, 12 hoặc 24V) thành các xung điện có hiệu điện thế cao (12,000 ÷ 40,000V) Thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong hệ thống đánh lửa của ôtô, giúp đảm bảo quá trình khởi động và hoạt động của động cơ.
Mặt cắt dọc của biến áp đánh lửa cho thấy lõi thép từ được ghép bằng các lá thép biến thế dày 0,35mm và có lớp cách điện để giảm ảnh hưởng của dòng điện xoáy Lõi thép được chèn chặt trong ống các tông cách điện, nơi cuốn dây thứ cấp gồm 19000 đến 26000 vòng với đường kính 0,07 đến 0,1mm Giữa các lớp dây của cuộn W2 có hai lớp giấy cách điện mỏng để tránh trùng chéo và hiện tượng đánh điện Các vòng dây được cuốn cách nhau từ 1 đến 1,5mm, và đầu của vòng dây đầu tiên được hàn với lõi thép, dẫn điện lên cực trung tâm của nắp cách điện Cuộn dây thứ cấp sau khi hoàn thành được cố định trong ống các tông cách điện, trên đó có cuộn dây sơ cấp với số vòng dây không lớn.
Cuộn sơ cấp có đường kính 1%0÷400 vòng và cỡ dây từ 0,69 đến 0,8 mm Một đầu của cuộn được hàn vào một vít bắt dây trên nắp, trong khi hai vít bắt dây này lớn hơn và rỗng bên trong.
SVTH: Dương Tấn Cường, Trần Văn Vương, Trần Thanh Liêm mô tả cấu trúc của thiết bị điện với các cuộn dây và lõi thép được đặt trong ống thép từ Các lá thép biến thế được uốn cong theo mặt trụ hở và bố trí chệch nhau để tối ưu hóa hiệu suất Cuộn dây và ống thép được bảo vệ trong vỏ thép, cách điện ở đáy bằng miếng sứ, và nắp được làm từ vật liệu cách điện cao cấp để đảm bảo an toàn và hiệu quả sử dụng.
Các bobine hiện nay được thiết kế với kích thước nhỏ gọn và không cần dầu biến thế để làm mát, nhờ vào việc điều khiển thời gian ngậm điện bằng điện tử, giúp giảm nhiệt độ hoạt động Để đảm bảo năng lượng đánh lửa lớn ở tốc độ cao, các bobine này tăng cường độ dòng ngắt và giảm độ tự cảm của cuộn dây sơ cấp Điều này mang lại tính an toàn cao hơn so với các bobine truyền thống, vốn yêu cầu làm kín khó khăn Các bobine mới này được gọi là bobine khô, với mạch từ kín, mang lại hiệu suất tốt hơn trong việc sử dụng năng lượng.
Bộ chia điện là một thiết bị quan trọng trong hệ thống đánh lửa, có nhiệm vụ tạo ra các xung điện ở mạch sơ cấp và phân phối điện cao thế đến các xy lanh theo thứ tự nổ của động cơ đúng thời điểm quy định Thiết bị này được chia thành ba bộ phận chính: bộ phận tạo xung điện, bộ phận chia điện cao thế và các cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa.
SVTH: Dương Tấn Cường, Trần Văn Vương, Trần Thanh Liêm Chính Trang 22
❖ Bộ phận tạo xung điện: Hình 5-14 giới thiệu bộ phận tạo xung kiểu vít lửa, gồm những chi tiết chủ yếu như: cam 1, mâm tiếp điểm, tụ điện
Cam 1 lắp lỏng trên trục bộ chia điện và mắc vào bộ điều chỉnh ly tâm Mâm tiếp điểm trong các bộ chia điện gồm hai mâm: mâm trên (mâm di động), mâm dưới (mâm cố định) và giữa chúng có ổ bi Trong bộ chia điện của một số nước khác có thể chỉ có một mâm Ở mâm trên có: giá má vít tĩnh, cần tiếp điểm (giá má vít động) để tạo nên tiếp điểm; miếng dạ bôi trơn và lao cam; chốt để mắc với bộ điều chỉnh góc đánh lửa; giá bắt dây; và đôi khi có thể đặt ngay trên mâm tiếp điểm Giữa mâm trên và mâm dưới có dây nối mass Mâm trên có thể quay tương ứng với mâm dưới một góc để phục vụ cho việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm
Má vít tĩnh cần tiếp mass hiệu quả và phải có khả năng quay quanh chốt, với cách điện giữa mass và được kết nối với vít bắt dây bên hông bộ chia điện bằng các đoạn dây qua lò xo Tiếp điểm thường ở trạng thái đóng nhờ lò xo lá, và khe hở giữa các má vít khi mở hết thường từ 0,3 đến 0,5 mm, có thể điều chỉnh bằng cách nới vít hãm và xoay vít điều chỉnh lệch tâm Việc điều chỉnh này tác động lên bên nặng của giá má vít tĩnh, cho phép nó xoay quanh chốt, dẫn đến thay đổi khe hở của tiếp điểm Khi phần cam quay, điều này được truyền động từ trục bộ chia điện qua bộ điều chỉnh ly tâm.
Dương Tấn Cường, Trần Văn Vương, và Trần Thanh Liêm đã nghiên cứu về tác động của các vấu cam lên gối cách điện của cần tiếp điểm, dẫn đến hiện tượng đánh lửa khi tiếp điểm mở ra Khi qua vấu cam, tiếp điểm sẽ đóng lại nhờ tác dụng của lò xo lá Hệ thống này bao gồm ba cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa, giúp tối ưu hóa quá trình hoạt động của thiết bị.
- 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, hay còn gọi là bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo số vòng quay kiểu ly tâm, hoạt động tự động dựa vào tốc độ của động cơ.
Bộ điều chỉnh góc đánh lửa ly tâm có cấu tạo gồm giá đỡ quả văng gắn chặt với trục của bộ chia điện Hai quả văng được đặt trên giá và có khả năng xoay quanh chốt quay của chúng, đồng thời cũng là giá móc của lò xo Các lò xo có một đầu mắc vào chốt và đầu kia móc vào giá trên quả văng, giúp kéo các quả văng về phía trục.
Trên mỗi quả văng có một chốt và bằng hai chốt này bộ điều chỉnh ly tâm được gài vào hai rãnh trên thanh ngang của phần cam
❖ Bộ điều chỉnh góc đánh lửa chân không:
Bộ điều chỉnh góc đánh lửa chân không, hay còn gọi là bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo phụ tải động cơ, hoạt động tự động dựa vào mức tải của động cơ Cấu tạo của bộ điều chỉnh này được trình bày trong hình 5-15, bao gồm một hộp kín được ghép từ hai nửa và một màng đàn hồi ngăn cách giữa hai phần.
Dương Tấn Cường, Trần Văn Vương, và Trần Thanh Liêm đã thiết kế một hệ thống bao gồm hai buồng: một buồng liên tục thông với khí quyển và chịu áp suất khí quyển, trong khi buồng còn lại kết nối với lỗ phía dưới bướm ga qua ống nối và chịu ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất Màng của hệ thống được gắn với cần kéo, đầu kia của cần kéo kết nối với chốt của mâm tiếp điểm (mâm trên) Lò xo luôn ép màng về một phía, và lực căng của lò xo được điều chỉnh bằng các đệm Toàn bộ bộ điều chỉnh được gắn chặt vào thành bên của bộ chia điện bằng hai vít.
❖ Bộ điều chỉnh góc đánh lửa theo trị số octane của nhiên liệu:
Bộ điều chỉnh này được trang bị trên một số động cơ ô tô có khả năng sử dụng nhiều loại xăng khác nhau với trị số octane và tốc độ cháy khác nhau, do đó, góc đánh lửa sơm cần phải điều chỉnh theo trị số octane để tối ưu hiệu suất động cơ.
➢ Bougie và cách chọn lựa bougie
Hệ thống đánh lửa bán dẫn
Hiện nay, hầu hết các loại ôtô đều sử dụng hệ thống đánh lửa bán dẫn, nhờ vào khả năng tạo ra tia lửa mạnh ở điện cực bougie Hệ thống này đáp ứng tốt các chế độ làm việc của động cơ và có tuổi thọ cao, góp phần nâng cao hiệu suất hoạt động của xe.
SVTH: Dương Tấn Cường, Trần Văn Vương, Trần Thanh Liêm Chính Trang 42 đã nghiên cứu và phát triển các loại đánh lửa điện tử, được cải tiến với nhiều mẫu mã khác nhau Các sản phẩm này có thể được phân loại thành hai loại chính.
➢ Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp:
Trong hệ thống này, các linh kiện điện tử được tổ hợp thành một mạch gọi là Igniter, có nhiệm vụ đóng ngắt mạch sơ cấp nhờ các tín hiệu đánh lửa (tín hiệu điện áp) đưa vào Hệ thống đánh lửa bán dẫn này có thể chia thành hai loại.
Hệ thống đánh lửa bán dẫn với vít điều khiển có cấu tạo tương tự như hệ thống đánh lửa truyền thống, nhưng chức năng chính của nó là điều khiển việc đóng mở transistor.
- Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có vít: transistor công suất được điều khiển bằng một cảm biến đánh lửa
➢ Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng kỹ thuật số:
Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng kỹ thuật số, hay còn gọi là hệ thống đánh lửa theo chương trình, sử dụng các tín hiệu như tốc độ động cơ, vị trí cốt máy, vị trí bướm ga và nhiệt độ động cơ để ECU (Electronic Control Unit) điều khiển Igniter tạo ra tia lửa ở mạch thứ cấp vào đúng thời điểm đánh lửa Nội dung chi tiết về hệ thống đánh lửa điều khiển bằng kỹ thuật số sẽ được trình bày ở chương sau.
2.5.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển
Hệ thống đánh lửa bán dẫn với vít điều khiển hiện nay ít được sản xuất, nhưng tại Việt Nam vẫn còn nhiều loại xe cũ trang bị hệ thống này.
Hình 5-24 trình bày một sơ đồ đơn giản của hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển
SVTH: Dương Tấn Cường, Trần Văn Vương, Trần Thanh Liêm Chính Trang 43
Cuộn sơ cấp W1 của bobine được kết nối tiếp với transistor T, trong khi tiếp điểm K được nối với cực gốc của transistor T Nhờ vào transistor T, điều kiện hoạt động của tiếp điểm được cải thiện rõ rệt, vì dòng qua tiếp điểm chỉ là dòng điều khiển cho transistor, thường không lớn hơn 1A.
➢ Nguyên lý làm việc của sơ đồ như sau:
Khi công tắc máy IGSW đóng, cực E của transistor T được cấp điện dương, trong khi cực C và cực B có điện áp âm Khi cam không đổi, tiếp điểm K đóng, dòng điện sẽ đi qua cực gốc của transistor theo mạch: (+) accu → SW → Rf → Wt → cực E → cực B → Rb → K → (-) accu Rb là điện trở phân cực được tính toán để dòng Ib đủ để transistor dẫn bão hòa Khi transistor dẫn dòng qua cuộn sơ cấp, dòng điện đi theo mạch: (+) accu → SW → Rf → Wt → cực E → cực C → mass (âm accu) Dòng sơ cấp của bobine được tính bằng tổng dòng điện Ib + Icc của transistor T, tạo ra năng lượng tích lũy trong từ trường trên cuộn sơ cấp và khi tiếp điểm K mở, dòng Ib = 0, transistor T khóa lại.
Khi I1 qua W1 bị triệt tiêu, năng lượng này được chuyển hóa thành năng lượng để đánh lửa, đồng thời một phần trở thành sức điện động tự cảm trong cuộn W1 của bobine.
Sức điện động tự cảm trong cuộn W1 của hệ thống đánh lửa thường đạt khoảng 200 ÷ 400V hoặc cao hơn Do đó, không thể sử dụng các bobine của hệ thống đánh lửa thông thường cho một số sơ đồ đánh lửa bán dẫn, vì transistor sẽ không chịu nổi điện áp cao tại các cực E – C khi ở trạng thái khóa Trong các hệ thống đánh lửa bán dẫn, người ta thường sử dụng các linh kiện chuyên dụng để đảm bảo hiệu suất và độ bền.
SVTH: Dương Tấn Cường, Trần Văn Vương, Trần Thanh Liêm trên trang 44 cho biết rằng bobinee có hệ số biến áp lớn và độ tự cảm L1 nhỏ hơn loại thường Ngoài ra, người ta có thể lắp thêm các mạch bảo vệ cho transistor để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.
Hệ thống đánh lửa bán dẫn có sơ đồ phức tạp hơn, đặc biệt khi sử dụng transistor loại NPN Người ta có thể áp dụng hai transistor theo sơ đồ của Motorola, hoặc sử dụng các sơ đồ phức tạp hơn như trong các xe Zin 130 và Vonga – M24.
- Sơ đồ hình 5-26 có nguyên lý làm việc tương tự sơ đồ hình 5-25
SVTH: Dương Tấn Cường, Trần Văn Vương, Trần Thanh Liêm Chính Trang 45
- Sơ đồ hình 5-27 bao gồm một hộp điện trở C∋107, Igniter TK 102, bobine 𝜎114 và bộ chia điện
➢ Nguyên lý làm việc như sau:
Khi bật công tắc máy IGSW, điện sẽ được cung cấp đến igniter thông qua 𝑅 𝑓1 và 𝑅 𝑓1 Nếu vít hở, transistor T sẽ ở trạng thái khóa và cuộn sơ cấp sẽ không có dòng điện Khi vít K đóng lại, ba dòng điện sẽ xuất hiện và đi theo các nhánh khác nhau.
Sự tăng dòng qua 𝑊4 tạo ra cảm ứng trên cuộn và 𝑊3, dẫn đến một sức điện động có chiều như hình vẽ, tác động hồi tiếp dương giúp 𝑇4 chuyển nhanh sang trạng thái dẫn bão hòa Đồng thời, dòng qua 𝑊1 tăng lên, thực hiện quá trình tích lũy năng lượng trên bobine.
Khi đến thời điểm đánh lửa, việc mở vit K dẫn đến dòng điện qua W4 của biến áp xung bị ngắt đột ngột, tạo ra một sức điện động trên cuộn W3, làm phân cực ngược mối nối BE của transistor T, khiến nó nhanh chóng chuyển sang trạng thái khóa Dòng điện qua T bị ngắt đột ngột cũng tạo ra một điện thế cao trên cuộn dây W2, gửi tín hiệu đến bộ chia điện Đồng thời, cuộn W1 cũng xuất hiện một sức điện động tự cảm, nhưng sức điện động này được dập tắt bởi mạch R1.