Xem mẫu
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
LỜI NÓI ĐẦU
Trong động cơ xăng nhiên liệu được đốt cháy cưỡng bức nên hệ thống
đánh lửa là bộ phận không thể thiếu để duy trì hoạt động cũng như tính ổn định
trong quá trình làm việc.
Sau khi học xong môn Trang Bị Điện và Điện Tử Động Lực. Chúng em
được giao đồ án môn học ‘‘Trang bị 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 được sự hướng dẫn tận tình của thầy Th.
Phạm Quốc Thái, và đặc biệt là sự hướng dẫn trực tiếp của thầy TS. Lê Văn Tụy
để em hoàn thành đồ án Trang Bị Điện và Điện Tử Động Lực này.
Cuộc sống càng ngày càng hiện đại hơn, đầy dủ hơn nên yêu cầu về
HTĐL ngày càng nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng, hiệu suất cao…đảm bảo đánh
lửa đúng với mọi trường hợp hoạt động của động cơ. Chính vì vậy sự phát tri ển
của HTĐL cũng rất nhanh để phù hợp với mọi yêu cầu của cuộc sống. Nên càng
ngày càng có nhiều HTĐL khác nhau, nhưng chúng vẫn dựa trên cơ sở chung để
tạo ra được tia lửa điện.
Trong quá trình làm đồ án do thời gian hạn hẹp và kiến thức còn nhiều
hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót mong nhận được những lời đóng góp
của quý thầy cô và bạn bè.
Em xin chân thành
cảm ơn!
Đà Nẵng, ngày
2/12/2010
Sinh Viên
Tôn Thất Lâm
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 1
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
1.Tổng quan
1.1. Công dụng
Hệ thống đánh lửa(HTDL) trên ôtô có nhiệm vụ biến dòng một chiều thấp
áp(12V, 24V) hoặc dòng điện xoay chiều thấp áp(trong HTĐL Manheto hay vô lăng
Manheto) thành xung điện cao áp (12 kV ÷ 24 kV) và tạo ra tia l ửa điện phóng
qua khe hở bugi đốt cháy hỗn hợp cháy (khí – xăng) trong xylanh ở thời điểm thích
hợp và tương ứng với thứ tự làm việc của xilanh, chế độ làm việc của động cơ.
1.2. Yêu cầu
đó đòi hỏi hệ thống đánh lửa phải bảo đảm được các yêu cầu chính sau:
- Phải đảm bảo tạo ra điện áp đủ lớn (12kV ÷ 24kV) để tạo ra tia l ửa
điện phóng qua khe hở giữa các điện cực bugi.
- Tia lửa phải có năng lượng và thời gian tồn tại đủ lớn để đốt cháy hỗn
hợp làm việc trong mọi điều kiện làm việc của động cơ.
- HTĐL phải có khả năng tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm để thời
điểm đánh lửa tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lý nhất ở mọi chế đ ộ làm
việc của động cơ.
- Độ tin cậy của hệ thống đánh lửa phải tương ứng với độ tin cậy làm việc
của động cơ.
- Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải đảm bảo làm việc tốt trong môi
trường nhiệt độ cao và rung xóc lớn.
- Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ…
1.3. Phân loại
1.3.1. Theo đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc
HTĐL chia ra làm các loại sau:
a. HTĐL kiểu cơ khí(loại thường):Được sử dụng trên hầu hết các loại ô tô
trước đây.
Hình 1.1.Sơ đồ hệ thống đánh lửa kiểu cơ khí
1- Trục cam; 2- Cần tiếp điểm; 3- Boobin đánh lửa;
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 2
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
4- Bộ chia điện; 5- Bugi
b. HTĐL Manhêtô
- Đặc điểm cấu tạo:Về cấu tạo, bất kỳ Manhêtô nào cũng có thể chia ra
hai phần chính là: hệ thống mạch từ và mạch điện.
-Hệ thống mạch từ: của Manhêtô thực chất là mạch từ của một máy phát
và một biến thế kết hợp lại:
Để phát ra điện, tạo ra được dòng sơ cấp, hệ thống từ của Manhêtô có:
nam châm vĩnh cửu, khung từ (lõi thép) trên có quấn cuộn dây sơ cấp W1;
Để nhận được điện áp cao, trên lõi thép của Manhêtô còn được quấn cuộn
dây thứ cấp W2 để kết hợp với W1 thành một biến thế cao áp.
Theo cấu tạo, hệ thống từ của Manhêtô có thể chia ra một số loại sau:
- Phần ứng (cuộn dây) quay (hình 1.2a); - Lõi đảo cực từ quay (hình 1.3b);
- Nam châm quay (hình 1.4c, d).
Mạch điện: của Manhêtô có nhiệm vụ biến SĐĐ cảm ứng xoay chiều thế
hiệu thấp, xuất hiện trong cuộn dây sơ cấp W 1 thành các xung điện cao thế và
phân phối nó đến các bugi theo trình tự cần thiết.
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 3
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
+ Nguyên lý làm việc:
Nguyên lý tạo nên điện cao thế tương tự như ở HTĐL thường dùng ắc quy,
chỉ khác là dòng điện trong cuộn dây sơ cấp sinh ra là do SĐĐ cảm ứng xuất hiện
trong cuộn dây khi nam châm quay tương tự như ở máy phát xoay chiều kích thích
bằng nam châm vĩnh cửu (chứ không phải được cung cấp từ ắc quy hoặc máy
phát). Các quá trình vật lý (điện từ) xảy ra trong Manhêtô cũng tương tự như trong
HTĐL thường
- Manhêtô là hệ thống dánh lửa cao áp độc lập, có công suất không lớn mà
nguồn điện, biến thế cao áp và bộ chia điện được bố trí gọn trong một kết cấu.
-HTĐL Manhêtô có độ tin cậy cao và làm việc độc lập không phụ thuộc
vào ắc quy và máy phát. nên được dùng nhiều trên xe cao tốc và một số máy công
trình trên vùng núi…
c. HTĐL bán dẫn có tiếp điểm
+ Nguyên lý làm việc của hệ thống như sau:
- Khi KK' đóng: cực gốc B của transitor được nối với cực âm của nguồn
nên UEB> 0 làm xuất hiện dòng IB và transitor 6 mở cho dòng I1 đi qua.
- Khi KK' mở: dòng IB bị ngắt nên transitor đóng và ngắt đột ngột dòng I1.
Do đó trong các cuộn dây của biến áp đánh lửa xuất hiện các suất điện đ ộng tự
cảm. Trong hệ thống đánh lửa thường E1 = 200...400V 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 transitor không chịu được điện áp cao
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 4
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
như vậy mà phải dùng biến áp riêng có Kba lớn hơn để giảm E1 xuống nhỏ hơn
100V.
Nếu E1 đòi hỏi phải lớn hơn 100V để đảm bảo nhận được U2 cao, thì có
thể mắc nối tiếp các transitor hoặc áp dụng các biện pháp bảo vệ. Nếu vẫn dùng
biến áp đánh lửa tiêu chuẩn thì hệ thống đánh lửa bán dẫn sẽ không phát huy được
ưu điểm gì trừ vấn đề tăng tuổi thọ cho tiếp điểm.
d. HTĐL bán dẫn không có tiếp điểm
Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm, thời điểm đánh lửa
được điều khiển bằng bộ cảm biến đặc biệt có liên hệ cơ khí với trục khuỷu
động cơ.
Các bộ cảm biến có thể chia ra hai loại:
- Cảm biến thông số: Tín hiệu được tạo thành bằng cách thay đổi các thông
số của mạch điện như: điện trở, điện cảm, hỗ cảm, điện dung, ...
- Cảm biến phát điện: Tín hiệu là giá trị suất điện động do bộ cảm biến
tạo ra.
Một yêu cầu quan trọng đối với các bộ cảm biến không tiếp điểm là phải
đảm bảo độ tin cậy làm việc ở số vòng quay thấp của trục khuỷu.
Cấu tạo của hệ thống gồm:
- 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); Transitor T3: đóng tích cực nhờ nửa kỳ điện áp dương của bộ
phát lệnh; Transitor T2 đóng tích cực nhờ Đ2 và R1 (mạch hồi tiếp); Transitor T1
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 R3 và C2 từ cực góp K
của T1 đến cực gốc của T3.
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 5
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
Nguyên lý làm việc:
- Lúc đầu khi khoá điện Kđ đóng: bộ phát lệnh chưa quay, cực gốc B của T 3
nối với cực (+) của nguồn qua R4 và cuộn dây của bộ PL, nên T3 đóng, điện trở
của T3 (RT3) lúc này rất lớn nên cực gốc B của T2 được nối với cực (-0 qua R5, làm
T2 mở. Do T2 mở nên có dòng qua biến áp xung từ (+) đến Đ2 đến W2' đến W1'
đếnEC (T2) đếnRf1đến Rf2đến (-). 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 PL quay, ở nửa chu kỳ (-) của điện áp do nó phát ra thì cực gốc B
của T3 có điện áp (-) nên T3 mở. T3 mở thì RT3 giảm nhỏ nên cực gốc B của T2 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 độgn tự cảm E2 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
T1 mở nên tụ C2 được nạp, làm cho thế cực gốc B của T3 âm nên T3 mở. T3 mở
làm T2 và T1 đóng nên cắt dòng I1 để tạo tia lửa điện ở bugi. Sau đó T1 và T2 lại
mở, tụ lại được nạp làm T3 mở còn T1 và T2 đóng. Quá trình cứ lặp lại theo một
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 6
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
chu kỳ nhất định, tạo nên hàng loạt tia lửa điện ở bugi hỗ trợ cho khởi động động
cơ.
Ưu nhược điểm của hệ thống đánh lửa bán dẫn so với hệ thống đánh
lửa thường:
Ưu điểm:
- Có thể đồng hoá hệ thống đánh lửa chung cho các loại động cơ ôtô khác
nhau.
- Điện thế thứ cấp U2= 25÷50kV ở mọi chế độ làm việc của động cơ.
- Nếu là loại tiếp điểm điều khiển thì dòng điện qua tiếp điểm điều khiển
khi ngắt mạch không quá 1A, do đó tiếp điểm làm việc được bảo đảm, còn dòng
điện sơ cấp I1 ngắt có thể đạt đến 7÷ 25 A và hơn nữa.
- Với hệ thống đánh lửa bán dẫn động cơ tăng tốc rất nhanh và điều hoà,
không có sự ngắt quãng trong làm việc.
- Khả năng tăng tốc của ôtô tăng lên 10÷30% so với khi ôtô sử dụng hệ
thống đánh lửa thường.
- Nhiên liệu được đốt cháy hết ở cả số vòng quay thấp và số vòng quay cao,
do đó tiết kiệm nhiên liệu được 10%.
- Ít phải chăm sóc bảo dưỡng.
Nhược điểm:
- Giá thành còn khá cao vì sử dụng nhiều linh kiện bán dẫn.
- Đôi khi sơ đồ phức tạp và suất tiêu hao năng lượng riêng cho hệ thống
đánh lửa lớn (khoảng gấp đôi hệ thống đánh lửa thường).
Tuy còn những nhược điểm như vậy nhưng hệ thống đánh lửa bán dẫn vẫn
được ưa chuộng và ngày càng được phát triển rộng rãi, đặc biệt trong các loại xe
đời mới hiện nay.
1.3.2. Theo cảm biến đánh lửa: (HTĐL bán dẫn không tiếp điểm)
a. HTĐL sử dụng cảm biến điện từ: Có hai loại:
- Loại nam châm đứng yên:
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 7
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
Hình 1.6. Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên
Cảm biến được đặt trong delco bao gồm một rotor có số răng cảm biến
tương ứng với số xy lanh động cơ, một cuộn dây quấn quanh một lõi sắt từ cạnh
một thanh nam châm vĩnh cữu. Cuộn dây và lõi sắt được đặt đối diện với các răng
cảm biến rotor và được cố định trên vỏ delco. Khi rotor quay, các răng cảm biến
sẽ lần lượt tiến lại gần và lùi ra xa cuộn dây. Khi rotor ở vị trí như hình 2a, điện
áp trên cuộn dây cảm biến bằng 0. Khi răng cảm biến của rotor tiến lại gần cực
từ của lõi thép, khe hở giữa rotor và lõi thép giảm dần và từ trường mạnh dần lên.
Sự biến thiên của từ thông xuyên qua cuộn dây
Khi răng cảm biến của rotor đối diện với lõi thép, độ biến thiên của từ
trường bằng 0 và sức điện động trong cuộn cảm biến nhanh chóng giảm về 0
(hình 2c).
Khi rotor đi xa ra lõi thép, từ thông qua lõi thép giảm dần và sức điện động xuất
hiện trong cuộn dây cảm biến có chiều ngược lại (hình 2d). Hiệu điện thế sinh ra
ở hai đầu dây cuộn cảm biến phụ thuộc vào tốc độ của động cơ.
Sự tạo từ trường của cuộn nam châm đứng yên
H.ình 1.7. Vị trí tương đối của rotor với cuộn nhận tín hiệu
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 8
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên có ưu điểm là rất bền, xung tín
hiệu có dạng nhọn nên ít ảnh hưởng đến sự sai lệch về thời điểm đánh l ửa. Tuy
nhiên, xung điện áp ra ở chế độ khởi động nhỏ, vì vậy ở đầu vào của Igniter phải
sử dụng transistor có độ nhạy cao và phải chống nhiễu cho dây tín hiệu.
Cảm biến điện từ loại nam châm quay:
Hình 1.8. Cảm biến điện từ loại nam chân quay cho loại động cơ 8 xylanh
1-Rôto nam châm ; 2-Lõi thép từ; 3- Cuộn dây cảm biến
Nam châm được gắn trên rotor, còn cuộn dây cảm biến được quấn quanh
một lõi thép và cố định trên vỏ delco. Khi nam châm quay, từ trường xuyên qua
cuộn dây biến thiên tạo nên một sức điện động sinh ra trong cuộn dây. Do từ
trường qua cuộn dây đổi dấu nên sức điện động sinh ra trong cuộn dây lớn.
Hệ thống đánh lửa bán dẫn dùng cảm biến từ điện loại nam châm đứng yên
Hình 1.9. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng điện từ (HONDA)
Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ được sử dụng phổ
biến trên các loại xe ôtô vì nó có cấu tạo khá đơn giản, dễ chế tạo và ít hư hỏng.
Sơ đồ mạch điện loại này được trình bày trên hình 4
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 9
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
Khi cuộn dây cảm biến không có tín hiệu điện áp hoặc điện áp âm,
transistor T1 ngắt nên T2 ngắt, T3 dẫn cho dòng qua cuộn sơ cấp về mass.
Khi răng của rotor cảm biến tiến lại gần cuộn dây cảm biến, trên cuộn dây
sẽ xuất hiện một sức điện động xoay chiều, nửa bán kỳ dương cùng với điện áp
rơi trên điện trở R2 sẽ kích cho transistor T1 dẫn, T2 dẫn theo và T3 sẽ ngắt. Dòng
qua cuộn sơ cấp ở bobine bị ngắt đột ngột tạo nên một sức điện động cảm ứng
lên cuộn thứ cấp một điện áp cao và được đưa đến bộ chia điện.
b. HTĐL sử dụng cảm biến quang
- Cảm biến quang gồm hai loại, chúng chỉ khác nhau ở phần tử cảm biến
quang.
Loại sử dụng một cặp Led-Photo Transistor
Loại sử dụng một cặp Led-Photo diode.
1 1 5
4
2 3
Phần tử cảm quang (Led-Lighting Emision Diode) và phần tử cảm quang
(Photo Transistor hoặc photo diode) được đặt trong bộ chia điện. Đĩa của cảm
biến được gắn trên trục bộ chia điện, số rãnh tương ứng với xilanh của động cơ.
Hoạt động của cảm biến quang như sau:
Khi có ánh sáng chiếu vào giữa hai phần tử này thì nó sẽ trở nên dẫn điện và
ngược lại khi không có ánh sáng đi qua nó sẽ không dẫn điện. Độ dẫn điện của nó
phụ thuộc vào cường độ ánh sáng và hiệu điện thế giữa hai đầu cực của phần tử
cảm quang.
Khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng phát ra từ LED sẽ bị ngắt quãng làm
phần tử cảm quang dẫn ngắt liên tục, tạo ra các xung vuông để dùng làm tín hiệu
đánh lửa .
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 10
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
Hình 2.16 là sơ đồ đánh lửa bán dẫn được điều khiển bằng cảm biến quang
của hãng Motorola. Cảm biến quang được đặt trong bộ chia điện, gửi tín hiệu
đánh lửa về cho bộ điều khiển đánh lửa. Nguyên lí hoạt động của sơ đồ hệ thống
đánh lửa này như sau:
IG/SW Rf
R 2 R3 C1D3 R6 D2 C2 Biãún
R1 aïp
D 1
Acq uy R4T1 T 4
R5
T2 T 3
R 7
Khi đĩa cảm biến quay đến vị trí đĩa chắn ánh sáng từ LED D1 sang photo
Transistor T1 làm T1 bị ngắt, làm cho các Transistor T2, T3, T4 ngắt theo, còn T5 dẫn
cho dòng điện qua cuộn sơ cấp sau đó đến vị trí masse. Khi đĩa cảm biến cho dòng
ánh sáng đi qua T1 sẽ ở trạng thái dẫn, đồng thời T2, T3, T4 cũng dẫn theo, T5 lúc
này ở trạng thái đóng, 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 hiệu điện thế có giá tr ị
25÷ 35Kv, hiệu điện thế này qua bộ chia điện để đến các bugi sinh ra tia lửa điện
để đốt cháy hỗn hợp khí -nhiên liệu theo đúng thứ làm việc của các xilanh.
c. HTĐL sử dụng cảm biến Hall:
Cảm biến này làm việc theo nguyên lí hiệu ứng Hall như sau:
Nếu đặt một tấm bán dẫn vào trong từ trường B0 ( tác dụng theo phương Z), khi
cho dòng điện đi theo phương X thì theo phương Y vuông góc với nó sẽ xuất hiện
một sức điện động EHall(gọi là sức điện động Hall) có trị số phụ thuộc vào vật
liệu, chiều dày của tấm cảm biến. Theo tài liệu ta có :
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 11
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
Hằng số KHall phụ thuộc vào loại vật liệu. Các loại vật liệu bán dẫn như
Bisimut thường được sử dụng làm cảm biến loại này vì chúng có hệ số KHall lớn.
B0- Từ trường qua tấm bán dẫn.
I0- Dòng điện qua tấm bán dẫn.
- Mật độ các hạt điện tử trên tấm bán dẫn
Hình 2.12. Nguyên lý dòng điện trong cảm biến hall
*Cấu tạo:
Cảm biến kiểu Hall như hình 2.13 gồm có roto 4 có kết cấu chụp r ỗng
dạng cánh chắn, bên trong lòng rôto có 1 nam châm vĩnh cửu 2. Cảm biến 1 đ ược
gắn trên mâm 6 có 3 đầu dây dẫn đưa ra ngoài. Một đầu dây nối với dòng điện từ
Acquy qua khoá đánh lửa, một đầu lấy tín hiệu điện áp của hiệu ứng Hall để điều
khiển các Transistor, một đầu dây nối masse.
4
5
3
T
2
*Hoạt động của cảm biến Hall:
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 12
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
Khi khe hở của cánh chắn nằm giữa cảm biến Hall và nam châm thì từ
trường sẽ xuyên qua khe hở làm xuất hiện một hiệu điện thế U H, hiệu điện thế
này sẽ điều khiển Transistor mở để cho dòng điện từ cuộn dây sơ cấp đi qua. Khi
khe hở đi qua giữa cảm biến và nam châm làm từ trường B sẽ mất đi khi đó thì
hiệu điện thế UH gần bằng 0, điện thế này làm cho Transistor đóng lại, việc đóng
Transistor làm dòng sơ cấp mất đi đột ngột và xuất hiện hiệu điện thế U 2 trên
cuộn dây thứ cấp tạo tia lửa điện trên các bugi.
IG/ SW
D 1
Rf
R 1R 2R3
T1
R4 D4
R5
C 2W1
T2 T3
W 2
Bề rộng của tấm chắn dùng để xác định góc độ ngậm điện (Dwell Angel),
C aímbiãún Hal
Acq uy D 5
C1 D2 R3 6
R7 8
số cánh của tấm chắn bằng số xilanh động cơ. Hình 2.14 là sơ đồ mạch điện hệ
thống đánh lửa bán dẫn dùng cảm biến Hall
Khi bật công tắt máy, một nhánh dòng điện qua điện trở phụ R f→W1→ T3
đồng thời một nhánh sẽ qua diode D1, qua R1 vào cảm biến Hall, nhờ D1 và R1 nên
điện áp của cảm biến Hall luôn ổn định. Tụ điện C 1 có tác dụng lọc nhiễu và đảm
bảo cho bộ điều khiển đánh lửa hoạt động chính xác. Diode D 2, D3 có tác dụng
bảo vệ cảm biến Hall khi điện áp cung cấp quá cao (khi bộ điều chỉnh điện của
máy phát hỏng). Khi đầu dây của tín hiệu cảm biến Hall có điện áp ở mức cao
(khe hở của cánh chắn nằm giữa nam châm và cảm biến) làm T 1 dẫn. Lúc này
dòng sơ cấp qua cuộn dây sơ cấp i 1 của biến áp đánh lửa W1 qua T3 và về masse
tăng dần. Khi tínhiệu điện của cảm biến Hall ở mức thấp (cánh chắn ở giữa nam
châm và cảm biến) làm T1 ngắt, nên T2 và T3 ngắt theo. Dòng sơ cấp i1 lúc này bị
mất đột ngột tạo nên một sức điện động cảm ứng trên cuộn thứ cấp W2, sức điện
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 13
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
động nàysinh ra một điện thế cao áp và qua bộ chia điện đến khe hở của bugi đ ể
sinh ra tia lử điện.
Tụ C2 có tác dụng làm giảm sức điện động tự cảm trên cuộn dây sơ cấp W 1
đặt vào mạch khi T2 và T3 ngắt. Trong trường hợp sức điện động tự cảm quá lớn,
ví dụ như rút dây dẫn cao áp ra quá xa chẳng hạn thì R5, R6, D4 thì T2, T3 mở trở lại
để giảm xung điện áp quá lớn có thể gây hư hỏng cho Transito.
Diode Zenner D5 có tác dụng bảo vệ T3 khỏi bị quá áp vì điện áp tự cảm trên
cuộn sơ cấp của biến áp đánh lửa.
1.3.3. Theo năng lượng tích lũy trước khi đánh lửa: HTĐL bao gồm:
- HTĐL điện cảm: Năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong từ trường
của cuộn dây biến áp đánh lửa.
- HTĐL điện dung: Năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong điện
trường của tụ điện đánh lửa.
1.3.4. Theo phương pháp phân bố điện cao áp: HTĐL chia ra:
- HTĐL có bộ chia điện.
- HTĐL không có bộ chia điện(đánh lửa trực tiếp).
2. Tính và vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp.
2.1. Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa.
2.1.1. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m.
Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là hiệu điện thế ở hai đầu cuộn dây thứ
cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi. Hiệu điện thế cực đại U2m phải lớn để có
khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặc biệt lúc khởi
động.
U2m được xác định bằng công thức:
[V] (2.1-1)
Với : I1ng - dòng điện của cuộn sơ cấp tại thời điểm Transitor công suất
ngắt
L1 - độ tự cảm của cuộn sơ cấp
C1 - điện dung của cuộn sơ cấp
C2 - điện dung của cuộn thứ cấp
Kba - hệ số biến áp
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 14
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
η - hiệu suất của bôbin.
2.1.2. Hiệu điện thế đánh lửa Uđl.
Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa được xảy ra được
gọi là hiệu điện thế đánh lửa (Uđl). Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ thuộc
vào nhiều yếu tố, theo định luật Pashen.
[V)] (2.1-2)
Với: P - áp suất buồng cháy tại thời điểm đánh lửa
δ - khe hở bugi
T - nhiệt độ điện cực trung tâm của bugi tại thời điểm đánh lửa
k - hệ số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp hòa khí.
2.1.3. Hệ số dự trữ đánh lửa.
Là tỷ số giữa hiệu điện thế U2m và Uđl :
(2.1-3)
2.1.4. Năng lượng dự trữ.
Năng lượng dữ trữ Wdt là năng lượng tích luỹ dưới dạng từ trường trong
cuộn dây sơ cấp của bôbin. Để đảm bảo tia lửa điện có đ ủ năng l ượng đ ể đ ốt
cháy hoàn toàn hoà khí. Hệ thống đánh lửa phải đảm bảo được năng lượng dự trữ
trên cuộn sơ cấp của bôbin ở một giá trị xác định.
(2.1-4)
2.1.5. Tần số và chu kỳ đánh lửa.
Tần số đánh lửa: động cơ 4 kỳ [Hz] (2.1-5)
động cơ 2 kỳ [Hz] (2.1-6)
Với : f - tần số đánh lửa
n - số vòng quay trục khuỷu
Z - số xilanh động cơ.
Chu kỳ đánh lửa:
[s] (2.1-7)
Với : td - thời gian vít ngậm hay Transitor bão hòa
tm - thời gian vít hở hay Transitor công suất ngắt.
2.1.6. Góc đánh lửa sớm.
Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ từ thời điểm xuất
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 15
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
hiện tia lửa điện tại bugi cho đến khi piston lên đến tử 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:
θopt = f(Pbđ, tbđ,p, twt, tmt, n, No…) (1-8)
2.1.7. 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 điện cảm. Năng lượng của tia lửa được tính theo công thức:
WP = WC + WL [J] (2.1-9)
Với : [J] (2.1-10)
[J] (2.1-11)
WC - năng lượng của điện dung
WL - năng lượng của điện cảm
I2 - dòng điện đánh lửa.
2.2. Sơ đồ dòng điện qua cuộn sơ cấp
3
2
Rf
1 L1
r1
L2
r2 4
5
6
Hình 2.2.1. 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: điện trở phụ; r, r2 : điện trở của cuộn sơ cấp và thứ cấp; L, L: độ tự cảm
của cuuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của Bobin.
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 16
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
R1
i1(t)
U1
L1
Hình 2.2.2. Sơ đồ tương đương của mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa
Khi Transistor công suất T dẫn, trong mạch sơ cấp sẽ có dòng
điện i từ (+) accu đến R đến L đến T đến mass. Dòng điện ităng t ừ từ do s ức
điện động tự cảm sinh ra trên cuộn sơ cấp L chống lại sự tăng của cường độ
dòng điện.Ở giai đoan này, mạch thứ cấp của hệ thống đánh lửa hầu 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 nên ta có thể coi như mạch
thứ cấp hở. Vì vậy, ở giai đoạn này ta có sơ đồ tương đương trình bày như trên
hình 2.2. Trên sơ đồ , giá trị điện trở trong của accu được bỏ qua trong đó:
R1 = r + R.
Ta có thể lập được phương trình vi phân sau:
i.R1 + L = U1. ( 2.2.1).
Giải phương trình vi phân ( 2.1 ) ta được :
Gọi là hằng số điện từ của mạch.
(2.2.2).
Gọi t là thời gian Transistor dẫn bão hoà thì cường độ dòng điện sơ cấp I tại
thời điểm đánh lửa khi Transitor công suất ngắt là :
(2.2.3)
Trong đó:
U1 - hiệu điện thế ngoài cung cấp (Ắc quy), U1 = 12 [V]
R1 - điện trở của cuộn sơ cấp, R1 = (0,5 ÷ 1) [Ω], [1] chọn R1 = 0,6 [Ω] vì
điện trở trong cuộn sơ cấp càng nhỏ thì giá thành chế tạo càng cao.
L1 - độ tự cảm của cuộn sơ cấp, L1=(1 ÷ 5).10-3 [H], chọn L1 = 2.10-3 [H], vì
L1 tăng cao quá sẽ làm giảm I1ng và gây tia lửa điện ở tiếp điểm.
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 17
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
chọn :
η − hiệ suất
chọn η= 0,8 [1]
C1, C2 tụ điện của mạch sơ cấp và thứ cấp
Chọn C1= 0,7.10-6
[F] [1]
C2=10-10
[F] [1]
[s]
(2.2.4)
T: chu kỳ đánh lửa (s).
n = 5100 [vòng/phút] : số vòng quay trục khuỷu động cơ. (min )
Z=6 : số xylanh của động cơ.
: thời gian tích luỹ năng lượng tương đối, chọn: = 0,6 [1]
Thế vào (2.4):
[s]
Thế tất cả vào (2.3):
[A] (2.2.5)
2.3. Vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp
2.3.1. Công thức tính
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 18
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
2.3.2. Lập bảng.
Chọn tỷ lệ xích,
Giá trị thực Giá trị biểu diễn
it(A) t(s) it(mm) t(mm)
0,000 0,000 0,000 0,000
0,001 5,184 0,001 5,184
0,002 9,024 0,002 9,024
0,003 11,869 0,003 11,869
0,004 13,976 0,004 13,976
0,005 15,537 0,005 15,537
0,006 16,694 0,006 16,694
0,007 17,551 0,007 17,551
0,008 18,186 0,008 18,186
0,009 18,656 0,009 18,656
0,010 19,004 0,010 19,004
0,011 19,262 0,011 19,262
0,012 19,454 0,012 19,454
0,013 19,595 0,013 19,595
0,014 19,700 0,014 19,700
0,015 19,778 0,015 19,778
0,016 19,835 0,016 19,835
0,017 19,878 0,017 19,878
0,018 19,910 0,018 19,910
0,019 19,933 0,019 19,933
0,020 19,950 0,020 19,950
0,000 0,000 0,021 19,963
0,001 5,184 0,022 19,973
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 19
- Đồ án môn học: Trang bị điện và điện tử động lực
2.3.3. Vẽ đồ thị
i [A]
25
20
15
10
Ing=10,127
5
µt=1000[mm/s]
t [s]
0 td =0,00235 0,005 0,010 0,015 0,02 0,025
Hình 2.3. Đồ thị đặc tính dòng sơ cấp
2.3.4 phân tích đồ thị
Khi tiếp điểm KK’ đóng dòng điện tăng từ i1=0 đến giá trị tới hạn
xác định bởi điện trở của mạch sơ cấp, dòng điện i1 không tăng tức thời mà tăng
dần trong khoảng thời gian nào đó , khoảng từ (0-10-2s),tăng nhanh trong khoảng
(0-5.10-3).
Dòng sơ cấp i1(t) tăng theo quy luật đường tiệm cận và có giá trị
tới hạn tiệm cận U1/R1=20 [A].
Khi t=0, tiếp điểm vừa đóng thì i1=0.
Khi t=∞ (đã đóng rất lâu), .
Tốc độ tăng dòng sơ cấp rất nhanh ở giai đoạn đầu (từ lúc đóng
tiếp điểm t=0) sau đó giảm dần.
Sinh viên : Tôn Thất Lâm_Lớp: 06C4A Trang 20
nguon tai.lieu . vn
