Đồ án trang bị điện và điện tử động lực

Tính toán các thông số cơ bản của dòng thứ cấp hệ thống đánh lửa: ...  Theo cả biến đánh lửa, hệ thống đánh lửa bán dẫn được chia thành: - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ..

1.1 Công dụng, yêu cầu: 2

1.2 Phân loại: 2

1.2.1 Hệ thống đánh lửa thường: 3

1.2.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn: 4

1.2.3 Hệ thống đánh lửa theo chương trình: 12

1.3 Các thông số cơ bản của hệ thống đánh lửa: 16

1.3.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U 2m: 16

1.3.2 Hiệu điện thế đánh lửa U dl : 16

1.3.3 Hệ số dự trữ K : 17 dt 1.3.4 Năng lượng dự trữ W dt: 18

1.3.5 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thê thứ cấp S: 18

1.3.6 Tần số và chu kỳ đánh lửa: 19

1.3.7 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện: 20

1.4 Ắc quy: 21

1.4.1 Công dụng của ắc quy: 21

1.4.2 Phân loại: 21

1.4.3 Yêu cầu: 22

PHẦN 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 24

2.1 Tính và vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp: 24

2.1.1 Tính dòng điện qua cuộn sơ cấp: 24

2.1.2 Vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp của biến áp đánh lửa: 26

2.2 Tính toán các thông số cơ bản của dòng thứ cấp hệ thống đánh lửa: 29

2.2.1 Tính hiệu điện thế thứ cấp biến áp đánh lửa: 29

2.2.2 Tính thế hiệu đánh lửa U dl: 30

2.2.3 Tính năng lượng tia lửa: 31

2.3 Bugi đánh lửa: 32

2.3.1 Vật liệu chế tạo: 32

PHẦN 3: PHÂN TÍCH KẾT CẤU CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG

ĐÁNH LỬA 35

Phân tích chọn hệ thống đánh lửa thiết kế: 35

Các bộ phận chính của hệ thống đánh lửa thiết kế: 37

3.1 IC đánh lửa: 37

3.3 Bugi đánh lửa: 39

3.4 Bộ điều khiển trung tâm (ECU): 41

3.4.1 Tổng quan: 41

3.4.2 Các bộ phận trong ECU 41

3.5 Các cảm biến: 42

3.5.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu (tốc độ động cơ NE) 42

3.5.2 Cảm biến vị trí trục cam (vị trí piston G) 44

3.5.3 Cảm biến kích nổ (KNK) 45

3.5.4 Cảm biến vị trí bướm ga (VTA) 46

3.5.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (TWH) 47

3.5.6 Cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF) 48

KẾT LUẬN 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, có 2 loại động cơ đốt trong được sử dụng phổ biến nhất, là động cơ xăng và động cơ Diesel Đối với động cơ Diesel, nhiên liệu tự bốc cháy khi đạt đến

áp suất nhất định Còn đối với động cơ xăng, nhiệm vụ đốt cháy hòa khí được thực hiện bởi hệ thống đánh lửa, đây là một hệ thống vô cùng quan trọng trong động cơ xăng

Sau khi học xong môn “Trang bị điện và điện tử động cơ đốt trong” Chúng

em được giao đồ án môn học “Trang bị điện và điện tử động lực” nhằm củng cố

kiến thức đã học và hiểu hơn các hệ thống đánh lửa thường sử dụng trong các động

cơ hiện nay

Trong quá trình làm đồ án, em đã tìm tòi, đọc kĩ các tài liệu liên quan để hiểu rõ hơn hệ thống đánh lửa, biết được cách tính toán, thiết kế hệ thống đánh lửa, tích lũy được các kiến thức cần thiết để có thể hoàn thành đồ án này một cách nhanh chóng

và chính xác Bên cạnh đó, em còn nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy TS

Nguyễn Việt Hải để em hoàn thành đồ án “Trang bị điện và điện tử động lực”

này

Trong quá trình làm đồ án, do kiến thức còn nhiều hạn chế nên em không thể tránh khỏi những sai sót Vậy nên, em rất mong nhận được thêm sự góp ý của các thầy để em có thêm kinh nghiệm cho việc học sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

để tạo nên tia lửa điện (phóng điện qua khe hở buji) đốt cháy hỗn hợp làm việc trong các xylanh của động cơ vào những thời điểm thích hợp và tương ứng với trình

tự xylanh và các chế độ làm việc của động cơ

 Yêu cầu:

Hệ thống đánh lửa phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Phải đảm bảo thế hiệu đủ lớn để tạo ra tia lửa điện phóng điện qua khe hở giữa các điện cực bugi

- Tia lửa phải có năng lượng đủ lớn để đốt cháy hỗn hợp trong mọi điều kiện làm việc của động cơ

- Thời điểm đánh lửa phải tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lý nhất ở mọi chế độ làm việc của động cơ

- Độ tin cậy làm việc của hệ thống đánh lửa phải tương ứng với độ tin cậy làm việc của động cơ

- Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ

- Hệ thống đánh lửa Manheto: là hệ thống đánh lửa cao áp độc lập, không cần dùng acquy và máy phát, do đó, có độ tin cậy cao, được dùng trên xe cao tốc

và một số máy công trình trên vùng núi

- Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm: là hệ thống đánh lửa bán dẫn kết hợp với cơ khí, hệ thống đánh lửa loại này vẫn còn dùng trên một số xe ô tô hiện nay

- Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm: là hệ thống đánh lửa bán dẫn hoàn toàn, có nhiều ưu điểm nên được dùng trên đa số các xe ô tô hiện nay

 Theo cả biến đánh lửa, hệ thống đánh lửa bán dẫn được chia thành:

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall

 Theo năng lượng tích lũy trước khi đánh lửa, hệ thống đánh lửa bao gồm:

- Hệ thống đánh lửa điện cảm: năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong từ trường cuộn dây biến áp đánh lửa

- Hệ thống đánh lửa điện dung: năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong điện trường của tụ điện

 Theo phương pháp phân bố điện cao áp, hệ thống đánh lửa được chia ra:

- Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện

- Hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện (đánh lửa trực tiếp)

Ngày nay trên các ô tô hiện đại sử dụng hệ thống đánh lửa theo chương trình

1.2.1 Hệ thống đánh lửa thường:

 Cấu tạo:

Những thiết bị chủ yếu của hệ thống đánh lửa này là: biến áp đánh lửa được cung cấp từ nguồn một chiều (ắc quy hoặc máy phát), bộ chia điện và các bugi đánh lửa

Hình 1.1 – Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa thường Chú thích: 1- Cam 2- Cần tiếp điểm 3- Biến áp đánh lửa

4- Bộ chia điện 5- Buji 6- Má vít

C 1 - Tụ điện R- Điện trở W 1 , W 2 - Cuộn sơ cấp và thứ cấp BAĐL

Biến áp đánh lửa có 2 cuộn dây: cuộn sơ cấp W1 có khoảng 250 – 400 vòng, cuộn thứ cấp W2 có khoảng 19000 – 26000 vòng

Cam của bộ chia điện được dẫn động quay từ trục phân phối, làm nhiệm vụ đòn

mở tiếp điểm KK’, tức là nối ngắt mạch sơ cấp của biến áp đánh lửa

- Khi KK’ đóng: trong mạch sơ cấp xuất hiện dòng điện sơ cấp i Dòng này 1

tạo nên một từ thông khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa

- Khi KK’ mở: mạch sơ cấp bị ngắt dòng i1 và từ trường do nó tạo ra mất đi

Do đó, trong cả hai cuộn dây xuất hiện suất điện động tự cảm, tỷ lệ với biến thiên của từ thông Bởi vì cuộn W2 có số vong dây lớn nên suất ddienj động

tự cảm sinh ra trong nó cũng lớn, khoảng 12000 – 24000V điện áp cao này truyền từ cuộn thứ cấp qua roto của bộ chia điện và các dây dẫn đến bugi đánh lửa theo thứ tự nổ của động cơ Khi thế hiệu thứ cấp đạt giá trị U dl sẽ xuất hiện tia lửa điện phóng qua khe hở bugi đốt cháy hỗn hợp

1.2.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn:

 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển:

Hình 1.2 – Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm Chú thích: 1- Buji đánh lửa 2- Biến áp đánh lửa 3- Tiếp điểm KK’ T- Transistor K- Tiếp điểm R b , R f – Các điện trở

W 1 , W 2 – Cuộn sơ cấp và thứ cấp biến áp đánh lửa

 Nguyên lý làm việc:

Khi bật công tắc máy SW thì cực E của Transistor được cấp nguồn dương, cực

C của Transistor nối với nguồn âm

- Khi tiếp điểm KK’ đóng: cực B của Transistor được nối với nguồn âm ->

Dòng sơ cấp: I1I e  I b I c Dòng điện này Transistorạo Transistorừ thông khép mạch qua lõi thép và 2 cuộn dây của biến áp đánh lửa

- Khi tiếp điểm KK’ mở: dòng sơ cấp và từ thông do nó sinh ra bị biến mất đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp một suất điện động cao thế và xuất hiện tia lửa tại bugi

Tại thời điểm KK’ mở, cuộn sơ cấp cũng xuất hiện suất điện động

a Cảm biến điện từ:

Hình 1.3 – Cảm biến điện từ Chú thích:

1- Nam châm vĩnh cửu 2- Giá bắt và lõi sắt từ 3- Roto tín hiệu 4- Cuộn dây tín hiệu 5- Nguồn điện cấp cho cuộn dây

6- Răng cảm biến 7- Trục quay cảm biến

ω- Tốc độ góc trục cảm biến δ- Khe hở không khí

 Cấu tạo: Cảm biến điện từ đặt trong bộ chia điện, bao gồm:

- Roto tín hiệu: được dẫn động từ trục của bộ chia điện, trên roto có các răng,

số răng của roto bằng sô xy lanh của động cơ

- Cuộn dây tín hiệu được quấn trên lõi thép, được gắn trên thanh nam châm vĩnh cửu cuộn dây và lõi thép được đặt đối diện với răng của roto và đặt cố định bên trong bộ chia điện khe hở không khí giữa răng của roto và lõi thép

là 0,2 – 0,5 mm

 Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall:

Từ thông của nam châm vĩnh cửu móc vòng qua roto và cuộn dây tín hiệu Khi roto quay, khe hở  sẽ thay đổi, cảm ứng sang cuộn dây tín hiệu một sức điện động xoay chiều:

: tốc độ biến thiên từ thông

+ Khi răng của roto đến gần vị trí đối diện với lõi thép thì d

dt



cực đại, do đó e cực đại

+ Khi răng của roto ở xa và đối diện vị trí đối diện với lõi thép thì

b Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ:

Hình 1.4– Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ

Khi bật công tắc máy sẽ xuất hiện các dòng điện sau:

- Dòng I1 : (+) ắc quy -> IG/SW -> R1 -> R2 -> (-) ắc quy -> tạo ra điện áp đệm U R2 trên cực B của T1 Tuy nhiên U R2 chưa đủ lớn để làm cho T1 mở

- Dòng I2 : (+) ắc quy -> IG/SW -> R4 -> R5 -> (-) ắc quy -> tạo ra điện áp đệm U R5 trên cực B của T3 -> T3 dẫn -> xuất hiện dòng điện sơ cấp đi từ: (+) ắc quy -> IG/SW -> Bobin -> T3 -> (-) ắc quy

Dòng điện này tạo từ thông khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến

Chú thích:

1- Led phát quang 2- Đĩa cảm biến

3- Transistor cảm quang 4- Led cảm quang

 Cấu tạo:

Cảm biến quang đặt trong bộ chia điện, gồm:

- Bộ phát quang (LED – Diot quang): biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang, ngĩa là khi có dòng điện đi qua chúng sẽ phát ra ánh sáng

- Bộ cảm quang gồm hai loại: LED – Diot quang và Transistor quang Biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện, nghĩa là khi có ánh sáng chiếu vào chúng sẽ dẫn điện độ dẫn điện của chúng phụ thuộc vào cường độ của dòng ánh sáng

- Đĩa cảm biến: được dẫn động từ trục của bộ chia điện trên đĩa có các rãnh,

số rãnh trên đĩa bằng số xy lanh động cơ

 Nguyên lý làm việc của cảm biến quang:

Khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng phát ra từ bộ phát quang bị ngắt quãng liên tục làm cho phần tử cảm quang dẫn ngắt liên tục tao ra các xung vuông làm tín hiệu điều khiển dánh lửa

b Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang:

Hình 1.6 – Sơ đồ hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang

Chú thích:

T 1 , T 2 , T 3 , T 4 , T 5 – Các transistor D 1 , D 2 , D 3 – Các diode

R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R f – Các điện trở IG/SW – Công tắc

1 - Ắc quy 2 – Bô bin 3 – Đến buji

 Nguyên lý làm việc:

Khi bật công tắc máy sẽ suất hiện các dòng:

- Dòng I1 : (+) ắc quy -> IG/SW -> R6 -> R1 -> D1 -> (-) ắc quy : D1 phát sáng

- Dòng I2 : (+) ắc quy -> IG/SW -> R7 -> R8 -> (-) ắc quy : tạo ra điện áp đệm U R8 trên cực B của T5 -> T5 dẫn : xuất hiện dòng sơ cấp đi từ:

(+) ắc quy -> IG/SW -> R -> Bobin -> f T5 -> (-) ắc quy Dòng điện này tạo nên từ thông khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa

- Khi roto quay, tại vị trí đĩa cảm quang ngăn dòng ánh sáng từ LED D sang 1

Transistor T1 , T1 ngắt -> T2 ngắt -> T3 ngắt -> T4 ngắt -> T5 vẫn tiếp tục dẫn

- Tại vị trí đĩa cảm quang cho dòng ánh sáng từ LED D1 sang Transistor T1 ,

1

T dẫn -> T2 dẫn -> T3 dẫn -> T4 dẫn -> T5 ngắt Dòng điện qua cuộn sơ cấp

và từ thông do nó sinh ra bị mất đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp một sức điện động cao thế và xuất hiện tia lửa điện ở bugi

 Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall:

a Cảm biến Hall:

 Cấu tạo:

Cảm biến được đặt bên trong bộ chia điện, bao gồm:

- Nam châm vĩnh cửu và phần tử Hall đặt gần nhau và cố định bên trong bộ chia điện, giữa chúng có các cánh chắn

- Roto tín hiệu: được dẫn động từ trục của bộ chia điện, trên roto có các cánh chắn bằng thép và các khoảng hở xen kẽ nhau Số cánh chắn bằng số xy lanh của động cơ

 Nguyên lý làm việc:

Khi roto quay, các cánh chắn lần lượt vào giữa nam châm và phần tử Hall

- Khi cánh chắn ra khỏi vị trí giữa nam châm và phần tử Hall thì từ trường sẽ

xuyên qua khe hở làm xuất hiện điện áp trên phần tử Hall -> Transistor T

dẫn -> điện áp đầu ra của cảm biến U  ra 0

- Khi cánh chắn xen giữa vị trí của nam châm và phần tử Hall thì từ trường sẽ vòng qua tấm chắn, làm mất điện áp trên phần tử Hall -> Transistor ngắt,

12

ra

Tín hiệu U ra đưa về mạch điều khiển đánh lửa

b Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall:

Hình 1.7 – Sơ đồ hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall Chú thích:

IG/SW – Công tắc C 1 , C 2 – Các tụ điện T 1 , T 2 , T 3 – Các transistor

R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R f – Các điện trở

D 1 , D 2 , D 3 , D 4 , D 5 – Các diode 1 - Ắc quy

2 – Bobin 3 – Đến buji

 Nguyên lý làm việc:

Khi bật công tắt máy, sẽ xuất hiện dòng điện I1 :

(+) ắc quy -> IG/SW -> D1 -> R1 -> cung cấp điện cho cảm biến Hall

- Khi roto quay, tại vị trí cánh chắn xen giữa nam châm và phần tử Hall thì điện áp đầu ra của cảm biến U  ra 12V -> T1 dẫn -> T2 dẫn -> T3 dẫn Lúc này dòng điện sơ cấp đi theo mạch sau:

(+) ắc quy -> IG/SW -> R -> Bobin -> f T3 -> (-) ắc quy

Dòng điện này tạo nên từ thông khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa

- Khi cánh chắn rời khỏi vị trí giữa nam châm và phần tử Hall thì điện áp đầu

ra của cảm biến U  ra 0V -> T1 ngắt -> T2 ngắt -> T3ngắt Dòng điện qua cuộn sơ cấp và từ thông dó nó sinh ra bị mất đi đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp một sức điện động cao thế và xuất hiện tia lửa ở điện cực bugi

1.2.3 Hệ thống đánh lửa theo chương trình:

Hình 1.8 – S ơ đồ hệ thống đánh lửa gián tiếp Chú thích:

T1, T2 – Các transistor W1, W2 – Cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp

G – Cảm biến vị trí trục khuỷu NE – Cảm biến tốc độ động cơ

1 - Ắc quy 2 – Công tắc 3 – Tín hiệu phản hồi

4 – Kiểm soát góc ngậm điện 5 – Các cảm biến khác 6 – Đến buji

 Nguyên lý làm việc:

Góc đánh lửa được chỉnh theo một chương trình của ECU Sau khi nhận được tín hiệu từ các cảm biến, ECU sẽ tính toán và phát ra tín hiệu tối ưu đến IC để điều khiển việc đánh lửa Việc phân phối điện cao thế đến các bugi theo thứ tự làm việc thông qua bộ chia điện

 Ưu điểm:

Thời điểm đánh lửa chính xác, loại bó được các chi tiết dễ hư hỏng như: bộ

ly tâm, bộ chân không,…

 Nhược điểm:

- Vẫn còn tổn thất năng lượng trên bộ chia điện và dây cao áp

- Gây nhiễu vô tuyến trên mạch thứ cấp

6

- Khi động cơ có tốc độ cao và số xy lanh lớn, dễ xảy ra hiện tượng đánh lửa đồng thời ở hai dây cao áp gần nhau

- Phải thường xuyên theo dõi, bảo dưỡng bộ chia điện

 Hệ thống đánh lửa trực tiếp:

a Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bobin đôi:

Hình 1.9 – Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bobin đôi

Bobin đôi được gắn vào bugi của hai xy lanh song hành

Giả sử đối với động cơ 4 xy lanh Đến thời điểm đánh lửa của máy số 1, piston của máy 1 và 4 đều ở điểm chết trên, nhưng do máy số 4 đang ở ký thải nên vùng môi chất chứa nhiều ion -> không thể đánh lửa, chỉ máy số 1 đánh lửa Tương tự đối với máy số 2 và máy số 3

- Bỏ được các chi tiết dễ hư hỏn như bộ chia điện, chổi than, nắp bộ chia điện

- Không có sự đánh lửa đồng thời giữa hai dây cao áp gần nhau

 Nhược điểm:

Nhược điểm của hệ thống đánh lửa này là vẫn còn dây cao áp gây tổn thất

b Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bobin đơn:

Hình 1.10 – Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bobin đơn

Chú thích:

G – Cảm biến vị trí trục khuỷu Ne – Cảm biến tốc độ động cơ

T1, T2, T3 – Các transistor 1- Tín hiệu cảm biến khác

2 – Biến áp đánh lửa 3- Đến buji

B+

B+

B+

E C U

T 1

T2

T3

2 3

1

G

Ne

 Ưu điểm:

Ngoài các ưu điểm như loại dùng bobbin đôi, loại này còn có các ưu điểm sau:

- Kết cấu gọn nhẹ vì tích hợp luôn IC đánh lửa và bobin cho từng xylanh

- Tổn thất năng lượng ít nhất vì không còn dây cao áp

- Không còn gây nhiều sóng vô tuyến và không làm giảm tần số hoạt động của bobin

 Nhược điểm:

- Hệ thống này phức tạp và đắt tiền

- Yêu cầu tay nghề cao đối với nhân viên sửa chữa, bảo dưỡng

1.3 Các thông số cơ bản của hệ thống đánh lửa:

1.3.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U 2m:

Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là hiệu điện thế cực đại đo được ở hai đầu cuộn dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi buji Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m

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

là lúc khởi động

1.3.2 Hiệu điện thế đánh lửa U dl :

Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa xảy ra, được gọi là hiệu điện thế đánh lửa Uđl Hiệu điện thế đánh lửa là hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tuân theo định luật Pason

Uđl – Thế hiệu đánh lửa [V]

P – áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa [N/m2]

δ – khe hở buji [m]

T – nhiệt độ ở điện cực trung tâm của buji tại thời điểm đánh lửa [0C]

K – hằng số phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp hòa khí

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

do nhiệt độ điện cực buji thấp

Khi động cơ tăng tốc, thoạt tiên Uđl tăng, do áp suất nén tăng, nhưng sau đó Uđl

giảm từ từ do nhiệt độ điện cực buji tăng và áp suất nén giảm do quá trình nạp xấu

Uđl phải hiệu chỉnh lại khe hở buji sau mỗi 10000km

Hình 1.11 - Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa vào tốc độ và tải động cơ [2]

1 – Toàn tải; 2 – Nửa tải; 3 – Tải nhỏ; 4 – khởi động và cầm chừng

1.3.3 Hệ số dự trữ K dt :

Hệ số dự trữ là tỷ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m và hiệu điện thế đánh lửa Uđl

2

l đl

m đ

U K U



(2.2) Trong đó:

U2m – Hiệu điện thế thứ cấp cực đại [V]

Uđl – Hiệu điện thế đánh lửa [V]

Đối với hệ thống đánh lửa thường, do U2m thấp nên Kđl thường nhỏ hơn 1,5 Trên những động cơ xăng hiện đại với hệ thống đánh lửa điện tử, hệ số dự trữ có giá trị khá cao (Kđl = 1,5 ÷ 2), đáp ứng được việc tăng tỷ số nén, tăng số vòng quay và tăng khe hở buji

1.3.4 Năng lượng dự trữ W dt:

Năng lượng dự trữ Wdt là năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường trong cuộn dây sơ cấp của bobin Để đảm bảo tia lửa điện đủ năng lượng để đốt cháy hoàn toàn hòa khí, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo được năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp của bobin một giá trị xác định

2

1 W

2

ng dt

L I



(2.3) Trong đó:

Wdt : năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp [mJ]

Wdt = 50 – 150 [mJ]

L1 : độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bobin [mH]

Ing:cường độ dòng điện sơ cấp thời điểm transistor công suất ngắt [A]

1.3.5 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thê thứ cấp S:

Trong đó: S – tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

ΔU2 – độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

Δt – thời gian biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp càng lớn thì tia lửa điện sinh ra càng mạnh, nhờ đó dòng không bị rò qua muội than trên điện cực bugi, năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm

60

nZ

f  [Hz] (2.6) Trong đó:

tđ – thời gian vít ngậm hay transistor công suất dẫn bão hòa

tm – thời gian vít hở hay transistor công suất ngắt

Tần số đánh lửa f tỉ lệ thuận với số vòng quay trục khuỷu động cơ và số xy lanh khi tăng số vòng quay của động cơ và số xy lanh, tần số đánh lửa f tăng, do đó chu

kỳ đánh lửa T giảm xuống Vì vậy, khi thiết kế cần chú ý đến hai thông số chu kỳ

và tần số đánh lửa để đảm bảo ở số vòng quay cao nhất của động cơ, tia lửa vẫn mạnh

1.3.7 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện:

Thông thường tia lửa điện bao gồm hai thành phần là thành phần điện dung và thành phần điện cảm Năng lượng tia lửa được tính bằng công thức:

2

2 W

Wp – năng lượng của tia lửa

Wc – năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện dung

WL – năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện cảm

C2 – điện dung ký sinh của mạch thứ cấp của bugi

Uđl – hiệu điện thế đánh lửa

L2 – độ tự cảm của mạch thứ cấp

1.4 Ắc quy:

1.4.1 Công dụng của ắc quy:

Trong hệ thống điện của ô tô máy kéo, ắc quy là nguồn năng lượng phụ, dùng để:

- Cung cấp năng lượng cho máy khởi động khi khởi động động cơ

- Cung cấp năng lượng cho tất cả các phụ tải khi động cơ không làm việc, hoặc làm việc ở số vòng quay nhỏ

- Nếu phụ tải mạch ngoài lớn hơn công suất của máy phát, thì ắc quy sẽ cùng với máy phát cung cấp cho phụ tải

1.4.2 Phân loại:

Ắc quy ô tô máy kéo là ắc quy khởi động

- Theo tính chất dung dịch điện phân, ắc quy được chia ra thành:

+ Ắc quy axit: dung dịch điện phân là axit H SO2 4

+ Ắc quy kiềm: dung dịch điện phân là KOH hoặc NaOH

So sánh hai loại thì ắc quy axit có suất điện động mỗi ngăn cao hơn (khoảng 2V), điện trở trong nhỏ hơn, nên khi phóng với dòng lớn, độ sụt thế ít, chất lượng khởi động tốt hơn Ắc quy kiềm có suất điện động mỗi ngăn khoảng 1,38V, giá thành cao hơn (2 – 3 lần) do phải sử dụng các loại vật liệu quý

hiếm như bạc, niken, cađimi, điện trở trong lớn hơn Tuy vậy, ắc quy kiềm

có độ bền cơ học và tuổi thọ cao hơn (4 – 5 lần), làm việc tin cậy hơn

- Các ắc quy axit, theo vật liệu vỏ bình chia ra: vỏ bằng ebonit, cao su cứng hay các loại vật liệu tổng hợp

- Các ắc quy kiềm, theo vật liệu chế tạo bản cực chia ra các loại:

- Phải có khả năng trong thời gian ngắn từ 5 – 10s, cung cấp một dòng phóng lớn ( tương ứng với dòng khởi động) mà sau đó trạng thái kỹ thuật của chúng hầu như không thay đổi

- Có điện trở trong nhỏ, để khi phóng với dòng lớn độ sụt thế sẽ bé, đảm bảo

có thể khởi động dễ dàng động cơ trong mọi điều kiện sử dụng

Các ắc quy có những đặc điểm trên gọi là ắc quy khởi động

Ngoài ra, ắc quy còn phải:

- Có điện dung lớn với khối lượng và kích thước tương đối nhỏ

- Có điện thế ổn định, hiện tượng tự phóng điện không đáng kể

- Làm việc tin cậy khi nhiệt độ mối trường dao động trong giới hạn rộng

- Phục hồi nhanh chóng điện dung khi được nạp trong các điều kiện sử dụng khác nhau

- Đơn giản trong bảo dưỡng và sửa chữa

- Có độ bền cơ học cao, chịu được rung sóc, thời hạn phục vụ lớn và giá thành

rẻ

1.4.4 Phân tích chọn ắc quy cho ô tô:

Sau khi phân tích các yêu cầu của ắc quy cho ô tô, ta thấy ắc quy axit có thể đáp ứng tất cả các yêu cầu đó, với các ưu điểm:

- Suất điện động mỗi ngăn cao (khoảng 2V), điện trở trong nhỏ, nên khi phóng điện độ sụt thế thấp, chất lượng khởi động tốt hơn

- Giá thành rẻ

Tham khảo các xe có cùng thông số kỹ thuật, chọn ắc quy khô GS MF75D23L 12V-65Ah

PHẦN 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

2.1 Tính và vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp:

2.1.1 Tính dòng điện qua cuộn sơ cấp:

Hình 2.1 – Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa 1-Ắc qui; 2- Công tắc; 3- Bô bin ; 4- Bugi; 5- IC đánh lửa; 6-Transistor công suất được điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm biến hoặc vít lửa;

R f : điện trở phụ; r1, r 2 : điện trở của cuộn sơ cấp và thứ cấp;

L1, L2: độ tự cảm của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của Bobin

Ta có sơ đồ tương đương mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa:

Khi Transistor công suất T dẫn, trong mạch sơ cấp sẽ có dòng điện i1 từ (+) ắc quy đến Rf đến L1 đến T đến mass Dòng điện i1 tăng từ từ do sức điện động tự cảm sinh ra trên cuộn sơ cấp L1 chống lại sự tăng của cường độ dòng điện.Ở giai