Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.03 MB, 69 trang )
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
1.2. Phân loại hệ thống đánh lửa
– Theo đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc, hệ thống đánh lửa được chia
thành các loại sau:
+ Hệ thống đánh lửa thường hay hệ thống đánh lửa kiểu cơ khí: đây là loại hệ
thống đánh lửa thông dụng, được dùng trên hầu hết các ô tô thời gian trước đây, vì
thế nó còn được gọi là hệ thống đánh lửa cổ điển.
+ Hệ thống đánh lửa bằng Manhêtô hoặc Vôlăng manhêtíc: đây là loại hệ thống
đánh lửa cao áp độc lập, không cần đến ắc quy và máy phát. Do đó, hệ thống đánh
lửa này có độ tin cậy cao và được dùng trên các 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
cơ khí, hệ thống đánh lửa loại này vẫn còn dùng trên một số xe hiện nay.
+ Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm: là hệ thống đánh lửa bán dẫn với
thời điểm đánh lửa được điều khiển bằng tín hiệu nhận từ các cảm biến có liên hệ
cơ khí với trục khuỷu.
– Theo loại cảm biến đánh lửa, hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm được
chia thành các loại sau:
+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ. Theo loại cảm biến điện từ sử
dụng hệ thống đánh lửa này được chia thành hai loại là: loại nam châm đứng yên và
loại nam châm quay.
+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang.
+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall.
– Theo dạng năng lượng được tích lũy trước khi đánh lửa, hệ thống đánh lửa
được chia ra hai loại sau:
+ Hệ thống đánh lửa điện cảm: bao gồm các hệ thống đánh lửa thường, đánh
lửa bán dẫn dùng transistor và hệ thống đánh lửa Manhêtô. Ở loại này, năng lượng
đánh lửa được tích lũy trong từ trường của biến áp đặc biệt gọi là biến áp đánh lửa.
+ Hệ thống đánh lửa điện dung: loại này là loại hệ thống đánh lửa mới về
nguyên lý và có rất nhiều ưu điểm, nên hiện nay được sử dụng nhiều trên các ôtô,
-3-
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
xe máy hiện đại. Ở loại này năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong từ
trường của một tụ điện gọi là tụ tích.
– Theo phương pháp phân bố điện cao áp, hệ thống đánh lửa được chia thành
hai loại sau:
+ Hệ thống đánh lửa gián tiếp (có bộ chia điện).
+ Hệ thống đánh lửa trực tiếp (không có bộ chia điện). Theo số lượng bôbin bố
trí cho các xy lanh, hệ thống đánh lửa này được chia thành hai loại là: loại sử dụng
bôbin đôi và loại sử dụng bôbin đơn.
1.3. Sơ đồ, cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại hệ thống đánh lửa
1.3.1. Hệ thống đánh lửa thường
a. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa thường
W2
3
W1
R
C1
2
1
4
K
K’
5
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa thường
1. Trục cam; 2. Cần tiếp điểm; 3. Biếp áp đánh lửa;
4. Bộ chia điện; 5. Bugi.
b. Cấu tạo của hệ thống đánh lửa thường
Trên hình 1.1 là sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa thường. Những thiết bị chủ
yếu của hệ thống đánh lửa này là: (1) cam của bộ chia điện được dẫn động quay từ
trục phân phối, làm nhiệm vụ nâng hạ cần (2) để đóng mở tiếp điểm KK’ (tức là nối
-4-
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
ngắt mạch sơ cấp của biến áp đánh lửa). Nguồn điện một chiều (từ ắc quy hoặc máy
phát) cung cấp đến biến áp đánh lửa (3), nhờ biến áp đánh lửa để tạo ra dòng điện
cao áp, thông qua bộ chia điện (4) cung cấp đến các bugi đánh lửa (5).
Biến áp đánh lửa có hai cuộn dây: cuộn sơ cấp W 1 có khoảng (250 ÷ 400
[vòng]), cuộn thứ cấp W2 có khoảng (19000 ÷ 26000 [vòng]).c. Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa thường
Khi KK’ đóng: trong mạch sơ cấp xuất hiện dòng điện sơ cấp i 1. Dòng này tạo
nên một từ trường khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa.
Khi KK’ mở: mạch sơ cấp bị ngắt, dòng i 1 và từ trường do nó tạo nên mất đi.
Do đó, trong cả hai cuộn dây sẽ xuất hiện các suất điện động tự cảm, tỷ lệ thuận với
tốc độ biến thiên từ thông. Bởi vì cuộn W 2 có số vòng dây lớn nên suất điện động
cảm ứng sinh ra trong nó cũng lớn, đạt giá trị khoảng (12000 ÷ 24000 [V]). Điện áp
cao này truyền từ cuộn thứ cấp qua rotor của bộ chia điện (4) và các dây dẫn cao áp
đến các bugi đánh lửa (5) theo thứ tự nổ của động cơ. Khi thế hiệu thứ cấp đạt giá
trị Uđl thì sẽ xuất hiện tia lửa điện phóng qua khe hở bugi đốt cháy hỗn hợp làm việc
trong xy lanh.
Vào thời điểm tiếp điểm mở, trong cuộn W 1 cũng xuất hiện một suất điện động
tự cảm khoảng (200 ÷ 300 [V]). Nếu như không có tụ điện C 1 mắc song song với
tiếp điểm KK’ thì suất điện động này sẽ gây ra tia lửa mạnh phóng qua tiếp điểm,
làm cháy rỗ các má vít, đồng thời làm cho dòng sơ cấp và từ trường của nó mất đi
chậm hơn và vì thế, thế hiệu thứ cấp cũng sẽ không lớn.
* Ưu điểm
– Các chi tiết chủ yếu là cơ khí nên chế tạo, sửa chữa và thay thế dễ dàng.
– Giá thành rẻ.
* Nhược điểm
– Do việc đóng mở bằng tiếp điểm (má vít) nên gây tia lửa, làm mòn bề mặt các
tiếp điểm. Sau một thời gian sử dụng do bề mặt tiếp điểm mòn nên thời điểm đánh
lửa không còn chính xác, cần phải điều chỉnh lại.
– Tiếp điểm có khối lượng nên hệ thống đánh lửa có độ nhạy không cao.
-5-
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
1.3.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm
a. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm
Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm
1. Ắc quy; 2. Tiếp điểm (cặp má vít); 3. Biếp áp đánh lửa;
4. Điện trở phụ; 5. Khoá điện; 6. Transistor.
b. Cấu tạo của hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm
Cấu tạo của hệ thống đánh lửa này cũng tương tự như kiểu hệ thống đánh lửa
thường. Nhưng hệ thống đánh lửa này không có tụ điện C 1 mà có transistor (6).
Dòng sơ cấp là dòng IE còn dòng qua tiếp điểm KK’ là dòng cực gốc IB << IE.
c. Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm
Khi KK’ đóng: cực gốc B của transistor được nối với cực âm của nguồn nên U EB
> 0 làm xuất hiện dòng IB và transistor (6) mở cho dòng I1 đi qua.
Khi KK’ mở: dòng IB bị ngắt nên transistor đóng và ngắt đột ngột dòng I 1. Do
đó trong các cuộn dây của biến áp đánh lửa xuất hiện các suất điện động tự cảm.
Trong hệ thống đánh lửa thường E1 = (200 ÷ 400 [V]) hoặc lớn hơn. Bởi vậy không
thể lấy biến áp đánh lửa tiêu chuẩn (dùng cho hệ thống đánh lửa thường) sang dùng
cho hệ thống đánh lửa bán dẫn, vì transistor không chịu được điện áp cao như vậy
mà phải dùng biến áp riêng có Kba lớn hơn để giảm E1 xuống nhỏ hơn 100 [V].
* Ưu điểm
– Giảm được dòng điện qua tiếp điểm nên làm tăng tuổi thọ của tiếp điểm và độ
tin cậy của hệ thống đánh lửa.
-6-
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
– Tiếp điểm ít bị mòn nên thời điểm đánh lửa chính xác hơn.
* Nhược điểm
– Vẫn còn tiếp điểm nên vẫn xảy ra hiện tượng phóng điện tại tiếp điểm, gây
mòn tiếp điểm. Do đó, sau một thời gian phải điều chỉnh lại góc đánh lửa.
– Không thể điều chỉnh góc đánh lửa tối ưu theo mọi chế độ làm việc của động
cơ.
1.3.3. Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm
a. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm
Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm
1. Ắc quy; 2. Bộ phát lệnh; 3. Biến áp đánh lửa;
4. Công tắc khởi động; 5. Biến áp xung.
b. Cấu tạo của hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm
Bộ ắc quy (1); Bộ cảm biến (phát lệnh) (2) lắp trong bộ chia điện; Biến áp đánh
lửa (3); Bộ cắt nối bán dẫn I và hộp điện trở phụ II; Bộ chia điện (không thể hiện
trên hình vẽ); Transistor T3 (T3 đóng tích cực nhờ nửa chu kỳ điện áp dương của bộ
phát lệnh); Transistor T2 đóng tích cực nhờ Đ2 và R1 (mạch hồi tiếp); Transistor T 1
đóng tích cực nhờ biến áp xung.
Để đảm bảo chất lượng đánh lửa khi khởi động (lúc độ dốc của tín hiệu không
đủ lớn), trong sơ đồ có mạch liên hệ ngược (hồi tiếp) qua R 3 và C2 từ cực góp K của
T1 đến cực gốc của T3.
-7-
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
c. Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm
Lúc đầu khi khoá điện K đ đóng: bộ phát lệnh chưa quay, cực gốc B của T 3 nối
với cực (+) của nguồn qua R 4 và cuộn dây của bộ phát lệnh nên T 3 đóng, điện trở
của T3 (RT3) lúc này rất lớn nên cực gốc B của T 2 được nối với cực (-) qua R 5, làm T2
mở. Do T2 mở nên có dòng qua biến áp xung từ (+) đến Đ 2 đến W2′ đến W1′ đến EK
(T2) đến Rf1 đến Rf2 đến (-). Dòng qua biến áp xung tạo điện áp điều khiển tại cực
gốc B của T1 làm T1 mở và cho dòng đi qua cuộn sơ cấp W1 của biến áp đánh lửa.
Khi bộ phát lệnh quay, ở nửa chu kỳ (-) của điện áp do nó phát ra thì cực gốc B
của T3 có điện áp (-) nên T 3 mở. T3 mở thì RT3 giảm nhỏ nên cực gốc B của T 2 coi
như được nối với cực (+) nên T2 đóng. T2 đóng làm T1 đóng theo, cắt đột ngột dòng
sơ cấp I1 tạo nên một suất điện động tự cảm E 2 rất lớn truyền qua bộ chia điện đến
các bugi để tạo tia lửa điện.
Khi khởi động hoặc khi số vòng quay thấp, xung tín hiệu còn yếu thì khi T 1 mở, tụ
C2 được nạp, làm cho thế cực gốc B của T 3 âm nên T3 mở. T3 mở làm T2 và T1 đóng
nên cắt dòng I1 để tạo tia lửa điện ở bugi. Sau đó T 1 và T2 lại mở, tụ lại được nạp
làm T3 mở còn T1 và T2 đóng. Quá trình cứ lặp lại theo một chu kỳ nhất định, tạo
nên hàng loạt tia lửa điện ở bugi hỗ trợ cho khởi động động cơ.
* Ưu điểm
– Không còn tiếp điểm nên loại bỏ được hoàn toàn hiện tượng mòn tiếp điểm.
– Tăng được độ nhạy của hệ thống đánh lửa.
– Thời điểm đánh lửa được điều khiển chính xác hơn.
* Nhược điểm
– Cấu tạo và yêu cầu khắt khe do hệ thống sử dụng nhiều linh kiện điện tử.
– Giá thành cao hơn các loại trên.
1.3.4. Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ
1.3.4.1. Loại nam châm đứng yên
-8-
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
a. Sơ đồ hệ HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên
Hình 1.4. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ
loại nam châm đứng yên
1. Ắc quy; 2. Khóa điện; 3. Dây cao áp tới bộ chia điện; 4. Bôbin;
5. Cuộn dây cảm biến.
b. Cấu tạo của HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên
Bộ ắc quy (1); Bộ cảm biến (5) lắp trong bộ chia điện; Biến áp đánh lửa (4); Bộ
chia điện (không thể hiện trên hình vẽ); Dây cao áp tới bộ chia điện (3); Transistor
T1 (T1 đóng tích cực nhờ nửa chu kỳ điện áp dương của bộ cảm biến); Transistor T 2
đóng tích cực nhờ R3 (mạch hồi tiếp); Transistor T3 đóng tích cực nhờ R 5 (mạch hồi
tiếp).
c. Nguyên lý làm việc của HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm
đứng yên
Khi cuộn dây cảm biến không có tín hiệu điện áp hoặc điện áp âm, transistor T 1
ngắt nên T2 ngắt, T3 dẫn cho dòng qua cuộn sơ cấp về mass.
Khi răng của rotor cảm biến tiến lại gần cựa của cuộn dây cảm biến, trên cuộn
dây sẽ xuất hiện một sức điện động xoay chiều, nửa bán kỳ dương cùng với điện áp
-9-
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
đệm trên điện trở R2 sẽ kích cho transistor T1 dẫn, T2 dẫn theo và T3 sẽ ngắt. Dòng
qua cuộn sơ cấp ở bôbin bị ngắt đột ngột tạo nên một sức điện động cảm ứng lên
cuộn thứ cấp (với điện áp cao) và sau đó được đưa đến bộ chia điện.
1.3.4.2. Loại nam châm quay
a. Sơ đồ HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm quay
Hình 1.5. Sơ đồ HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm quay
1. Ắc quy; 2. Khóa điện; 3. Dây cao áp tới bộ chia điện; 4. Bôbin;
5. Cảm biến điện từ.
b. Cấu tạo của HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm quay
Bộ ắc quy (1); Bộ cảm biến (5) lắp trong bộ chia điện; Biến áp đánh lửa (4); Bộ
chia điện (không thể hiện trên hình vẽ); Dây cao áp tới bộ chia điện (3); Transistor
T1 (T1 đóng tích cực nhờ nửa chu kỳ điện áp dương của bộ cảm biến); Transistor T 2
đóng tích cực nhờ R1 (mạch hồi tiếp); Transistor T3 đóng tích cực nhờ R 3 (mạch hồi
tiếp).
Transistor T4 có nhiệm vụ đóng ngắt dòng điện sơ cấp của bôbin. Các transistor
T1, T2, T3 có nhiệm vụ khuếch đại các xung của cảm biến đánh lửa, vì biên độ điện
áp của nó không đủ để điều khiển trực tiếp T4.
c. Nguyên lý làm việc của HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm
quay
-10-
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Khi bật công tắc máy và rotor của cảm biến không quay thì T1 khoá vì điện thế
ở hai cực E và cực B bằng nhau (Ueb = 0). Khi đó điện thế ở cực B của T2 cao hơn
điện thế ở cực E, tức là Ueb > 0, nên xuất hiện dòng điện điều khiển: (+) ắc quy →
KĐ → R → D5 → R6 → điểm a → D3 → cực gốc T2 → R3 → R9 → (-) ắc quy. Do
vậy T2 mở làm cho T3 mở, đồng thời xuất hiện dòng điện điều khiển T 4 chạy qua
cực CE của T3 kích cho T4 mở. Khi T4 dẫn, điện trở của nó rất nhỏ, do đó hầu như
toàn bộ dòng điện sơ cấp của bôbin sẽ qua T4 theo mạch: (+) ắc quy → KĐ → cuộn
sơ cấp bôbin → D6 → tiếp giáp phát – góp của T4 → (-) ắc quy. Dòng điện sơ cấp
tạo nên từ thông trong lõi thép của bôbin.
Khi rotor cảm biến quay, trong cuộn dây của nó phát ra những xung điện xoay
chiều. Nửa xung dương sẽ tạo nên dòng điện điều khiển transistor T 1 như sau: từ
cuộn dây cảm biến → D1 → R7 → tiếp giáp E-B của T1 → (-) ắc quy và T1 mở. Khi
T1 mở, điểm a coi như được nối với (-) ắc quy vì độ sụt áp trên T1 lúc này không
đáng kể. Khi đó cực B của T2 được nối với điện thế âm qua D3 khiến T2 khoá, đồng
thời T3, T4 cũng khoá theo nên dòng điện sơ cấp của bôbin bị triệt tiêu nhanh chóng,
dẫn tới sự biến thiên từ thông và sinh ra sức điện động lớn (đến 30 [kV]) trong cuộn
dây thứ cấp của bôbin. Xung điện cao áp này tạo nên tia lửa điện ở bugi để đốt cháy
hỗn hợp nổ trong xy lanh động cơ.
1.3.5. Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang
a. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang
-11-
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Hình 1.6. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang
1. Ắc quy; 2. Đĩa cảm biến; 3. Bôbin.
b. Cấu tạo của hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang
Bộ ắc quy (1); Bộ cảm biến (2) lắp trong bộ chia điện; Biến áp đánh lửa (3); Bộ
chia điện (không thể hiện trên hình vẽ); Transistor T 1 (T1 đóng tích cực nhờ nửa chu
kỳ điện áp dương của bộ cảm biến);
Transistor T5 có nhiệm vụ đóng ngắt dòng điện sơ cấp của bôbin. Các transistor
T1, T2, T3, T4 có nhiệm vụ khuếch đại các xung của cảm biến đánh lửa, vì biên độ
điện áp của nó không đủ để điều khiển trực tiếp T5.
c. Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang
Khi đĩa cảm biến quay đến vị trí chắn dòng ánh sáng từ LED D1 sang photo
transistor T1, làm T1 bị ngắt nên các transistor T2, T3, T4 ngắt theo, còn T5 dẫn cho
dòng điện qua cuộn sơ cấp sau đó đến mass. Khi đĩa cảm biến quay đến vị trí cho
dòng ánh sáng đi qua, T1 dẫn làm cho T2, T3, T4 cũng dẫn theo, T5 lúc này ngắt, làm
cho dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột. Do dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột nên trên cuộn thứ
cấp xuất hiện một suất điện động cảm ứng với hiệu điện thế cao, dòng điện này qua
bộ chia điện, đến các bugi sinh ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hòa khí, theo
đúng thứ tự làm việc của các xy lanh.
1.3.6. Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall
a. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall
-12-
Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa
Hình 1.7. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall
1. Ắc quy; 2. Phần tử Hall; 3. Bôbin; 4. Đầu dây đến bộ chia điện.
b. Cấu tạo của hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall
Bộ ắc quy (1); Bộ cảm biến (2) lắp trong bộ chia điện; Biến áp đánh lửa (3); Bộ
chia điện (không thể hiện trên hình vẽ); Đầu dây đến bộ chia điện (4); Transistor T 1
(T1 đóng tích cực nhờ nửa chu kỳ điện áp dương của bộ cảm biến); Transistor T 2
đóng tích cực nhờ R7 (mạch hồi tiếp); Transistor T3 đóng tích cực nhờ R 8 (mạch hồi
tiếp).
Tụ điện C2 có tác dụng làm giảm sức điện động tự cảm trên cuộn sơ cấp W1 đặt
vào mạch khi T2, T3 ngắt. Trong trường hợp sức điện động tự cảm quá lớn do sút
dây cao áp chẳng hạn, R5, R6, D4 sẽ khiến transistor T2, T3 mở trở lại để giảm xung
điện áp quá lớn có thể gây hư hỏng cho transistor. Diode Zener D5 có tác dụng bảo
vệ transistor T3 khỏi bị quá áp vì điện áp tự cảm trên cuộn sơ cấp của bôbin.
c. Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall
Khi bật công tắc máy (IG/SW), mạch điện sau công tắc máy được tách làm hai
nhánh, một nhánh qua điện trở phụ Rf đến cuộn sơ cấp và cực C của transistor T3,
một nhánh sẽ qua diode D1 cấp cho igniter và cảm biến Hall. Nhờ R1, D2 điện áp
cung cấp cho cảm biến Hall luôn ổn định. Tụ điện C1 có tác dụng lọc nhiễu cho điện
áp đầu vào. Diode D1 có nhiệm vụ bảo vệ IC Hall trong trường hợp mắc lộn cực ắc
-13-
