Chương I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 1. Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống đánh lửa 1. Nhiệm vụ - Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ tạo ra dòng điện đủ mạnh (khoảng trên 20.000V) để có thể phóng qua khe hở đánh lửa bugi và thực hiện quá trình đốt cháy hỗn hợp khí – nhiên liệu. - Làm nhiệm vụ đánh lửa đúng thời điểm mà động cơ cần để đốt cháy hòa khí một cách triệt để, tạo công suất lớn nhất, từ đó ngăn ngừa cặn cacbon xuất hiện và làm giảm khí thải có thể sinh ra gây ô nhiễm môi trường.
Đây là nhiệm vụ chính của hệ thống đánh lửa. Nếu không có quá trình phát tia lửa thì hỗn hợp nhiên liệu không được đốt cháy và động cơ không thể khởi động. Đây là lý do vì sao nói hệ thống đánh lửa đóng vai trò vô cùng quan trọng. Yêu cầu Hệ thống đánh lửa phải đáp ứng các yêu cầu chính sau đây: - Phải đảm bảo điện áp đủ để tạo tia lửa điện phóng qua khe hở giữa các điện cực của bugi - Tia lửa điện phải có năng lượng đủ lớn để đốt cháy hỗn hợp làm việc trong mọi điều kiện 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 1.
Phân loại hệ thống đánh lửa 1. Hệ thống đánh lửa bằng má vít 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 1 của bộ chia điện được dẫn động quay từ trục phân phối, làm nhiện vụ đóng mở tiếp điểm KK’ tức là nắt nối mạc sơ cấp của biến áp đánh lửa.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đánh lửa má vít - Khi KK’ đóng: trong mạch sơ cấp suất hiện dòng điện sơ cấp 𝑖1. 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 điện sơ cấp bị ngắt, dòng 𝑖1 và từ trường do nó tạo ra mất đi. Vì vậy trong cả hai cuộn dây sẽ suất hiện các sức điện động tự cảm tỷ lệ thuận với tốc độ biến thiên của từ thông.
Bởi vì cuộn 𝑊2 có số vòng dây lớn nên sức điện động cảm ứng sinh ra trong nó cũng lớn, đạt giá trị khoảng 12000-24000V. Điện áp cao này truyền từ cuộn thứ cấp đến roto đến bộ chia điện 4 và các dây cao áp đến bugi đánh lửa 5 theo thứ tự nổ của động cơ. Khi điện áp đạt giá trị 𝑈𝑑𝐼 thì sẽ suất hiện tia lửa điện phóng qua khe hở bugi đốt cháy hỗn hợp làm việc trong xi lanh Vào thời điểm tiếp điểm mở, trong cuộn 𝑊1 cũng suất hiện một sức điện động tự cảm khoảng 200-300V. Nếu như không có tụ điện C mắc song song với tiếp điểm KK’ thì sức điện động 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 điện áp thứ cấp cũng không lớn Khi có tụ C dòng sơ cấp và sức điện động tự cảm 𝑒1 được dập tắt nhanh chóng, không gây ra tia lửa điện ở tiếp điểm và 𝑈2 tăng lên.
Hệ thống đánh lửa Manheto Hình 1.2 Hệ thống mạch từ của manheto Hình 1.3 Sơ đồ mạch điện của manheto 1 − 𝑙õ𝑖 𝑡ℎé𝑝; 2 − 𝑐𝑢ộ𝑛 𝑠ơ 𝑐ấ𝑝; 3 − 𝑐𝑢ộ𝑛 𝑡ℎứ 𝑐ấ𝑝; 4 − 𝑚á 𝑐ự𝑐; 5 − 𝑘𝑖𝑚 đá𝑛ℎ 𝑙ử𝑎 𝑝ℎụ; 6 − đ𝑖ệ𝑛 𝑐ự𝑐 𝑏ộ 𝑐ℎ𝑖𝑎 đ𝑖ệ𝑛; 7 − 𝑟ô 𝑡𝑜; 8,9 − 𝑏á𝑛ℎ 𝑟ă𝑛𝑔; 10 − 𝑏𝑢𝑔𝑖; 11 − 𝑟ô 𝑡𝑜 𝑛𝑎𝑚 𝑐ℎâ𝑚; 12 − 𝑐𝑎𝑚; 13 − 𝑡𝑖ế𝑝 đ𝑖ể𝑚 𝑐ℎí𝑛ℎ; 14 − 𝑡𝑖ế𝑝 đ𝑖ể𝑚 độ𝑛𝑔; 15 − 𝑐ô𝑛𝑔 𝑡ắ𝑐 đ𝑖ệ𝑛; 16 − 𝑐𝑎𝑚 Nguyên lý tạo nên điện cao thế tương tự như ở hệ thống đánh lửa thường dùng ắc quy, chỉ khác là dòng điện trong cuộn dây sơ cấp sinh ra do sức điện 4 động cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây khi nam châm quay tương tự như máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu Các quá trình vật lý sảy ra trong manheto cũng tương tự như trong hệ thống đánh lửa má vít, tức là cũng có thể chia làm ba giai đoạn và mô tả bằng phương trình toán học giống nhau 1. Hệ thống đánh bán dẫn 1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển Hình 1.4 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển 𝐵, 𝐶, 𝐸 − 𝑐á𝑐 𝑐ự𝑐 𝑐ủ𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑠𝑡𝑜𝑟; 𝑆𝑊 − 𝑐ô𝑛𝑔 𝑡ắ𝑐; 𝑊1 , 𝑊2 − 𝑐𝑢ộ𝑛 𝑠ơ 𝑐ấ𝑝, 𝑐𝑢ộ𝑛 𝑡ℎứ 𝑐ấ𝑝; 𝑅𝑏 , 𝑅𝑓 − 𝑐á𝑐 đ𝑖ệ𝑛 𝑡𝑟ở; 𝐾 − 𝑘ℎó𝑎 đ𝑖ệ𝑛; 𝑍 − Đế𝑛 𝑏𝑢𝑔𝑖 Khi bật công tắc IG/SW thì cực E của transistor được cung cấp nguồn dương, cực C của transistor được nối trực tiếp với nguồn âm Khi tiếp điểm KK’ đóng: cực B của transistor được nối với nguồn âm, 𝑈𝐵𝐸 < 0 xuất hiện dòng 𝐼𝑏 , transistor dẫn làm xuất hiện dòng sơ cấp đi theo mạch: Từ (+) ắc quy đến 𝑅𝑓 đến 𝑊1 đến cực E đến cực B đến 𝑅𝑏 đến KK’ và sau đó đến (-) ắc quy Dòng sơ cấp: 𝐼1 = 𝐼𝑐 + 𝐼𝑏 = 𝐼𝑒. Dòng điện này tạo nên từ thông khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa 5 Khi tiếp điểm KK’ mở dòng 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 suất hiện tia lửa Tại thời điểm KK’ mở, trong cuộn sơ cấp cũng suất hiện sức điện động 𝐸1 = (200 − 300)𝑉, làm hỏng transistor.
Để giảm 𝐸1 người ta phải dùng biến áp có 𝐾𝑏𝑎 𝑙ớ𝑛 𝑣à 𝐿1 nhỏ hoặc dùng các mạch bảo vệ cho transistor Trên thực tế, để giảm dòng điện qua tiếp điểm người ta dùng nhiều transistor mắc nối tiếp 1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm a, Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến điện tử Hình 1.5 Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện tử 𝑇1 , 𝑇2 , 𝑇3 − 𝐶á𝑐 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑠𝑡𝑜𝑟 𝑅1 , 𝑅2 , 𝑅3 , 𝑅4 , 𝑅5 − 𝐶á𝑐 đ𝑖ệ𝑛 𝑡𝑟ở 𝐶 − 𝑇ụ đ𝑖ệ𝑛; 𝐷 − 𝐷𝑖𝑜𝑑𝑒; 𝑊1 − 𝐶𝑢ộ𝑛 𝑠ơ 𝑐ấ𝑝 𝐼𝐺 𝑊2 − 𝐶𝑢ộ𝑛 𝑡ℎứ 𝑐ấ𝑝; − 𝐶ô𝑛𝑔 𝑡ắ𝑐. 𝑆𝑊 Khi bật công tắc máy xuất hiện các dòng điện sau: Dòng 𝐼1 : Từ (+) AQ qua IG/SW đến 𝑅1 đến 𝑅2 đến (-) AQ, tạo ra điện áp 𝑈𝑅2 trên cực B của 𝑇1. Tuy nhiên 𝑈𝑅2 chưa đủ để làm cho 𝑇1 mở.
6 Dòng 𝐼2 : Từ (+)AQ qua IG/SW đến 𝑅1 đế𝑛 𝑅2 đến (-)AQ, tạo ra điện áp đệm 𝑈𝑅5 trên cực B của 𝑇3 , 𝑇3 𝑑ẫ𝑛, xuất hiện dòng điện sơ cấp đi từ(+)AQ đến IG/SW đến bobin đến 𝑇3 đến (-)AQ. Dòng điện này tạo nên từ thông khéo kín mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa. Khi trên cuộn dây cảm biến không có tín hiệu điện áp hoặc điện áp âm thì 𝑇1 𝑛𝑔ắ𝑡, 𝑇2 𝑛𝑔ắ𝑡, 𝑇3 vẫn tiếp tục dẫn Khi trên cuộn cảm biến có tín hiệu điện áp dương, kết hợp với điện áp đệm 𝑈𝑅2 , làm cho 𝑇1 𝑑ẫ𝑛, 𝑇2 𝑑ẫ𝑛, 𝑇3 𝑛𝑔ắ𝑡. Dòng điện qua cuộn sơ cấp và từ thông do nó sinh ra bị mất đột ngột, cảm ứng cuộn thứ cấp một sức điện động cao thế và suất hiện tia lửa b.
Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang 𝑇1 , 𝑇2 , 𝑇3 , 𝑇4 , 𝑇5 − 𝐶á𝑐 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑠𝑡𝑜𝑟 𝑅1 , 𝑅2 , 𝑅3 , 𝑅4 , 𝑅5 , 𝑅6 , 𝑅7 , 𝑅8 , 𝑅𝑓 − 𝑐á𝑐 đ𝑖ệ𝑛 𝑡𝑟ở 𝐷1 , 𝐷2 , 𝐷3 − 𝐶á𝑐 𝑑𝑖𝑜𝑑𝑒 𝐼𝐺𝑆𝑊 − 𝐶ô𝑛𝑔 𝑡ắ𝑐; 1 − Ắ𝑐 𝑞𝑢𝑦; 2 − 𝐵ô𝑏𝑖𝑛; 3 − Đế𝑛 𝑏𝑢𝑔𝑖 Khi bật công tắc máy sẽ xuất hiện các dòng điện sau Dòng 𝐼1 : Từ (+)AQ qua IG/SW đến 𝑅6 đế𝑛 𝑅1 đế𝑛 𝐷1 Dòng 𝐼2 : Từ (+) AQ qua IG/SW đến 𝑅7 đế𝑛 𝑅8 đến (-)AQ, tạo ra điện áp 𝑈𝑅8 trên cực B của 𝑇5 , 𝑇5 dẫn, xuất hiện dòng sơ cấp đi từ: (+)AQ qua IG/SW 7 đến 𝑅𝑓 đến bobin đến 𝑇5 đến (-)AQ. Dòng điện này tạo nên từ thông tin 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 𝐷1 sang 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 , 𝑇1 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. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall 𝐼𝐺 ⁄𝑆𝑊 − 𝑐ô𝑛𝑔 𝑡ắ𝑐; 𝐶1 , 𝐶2 − 𝑐á𝑐 𝑡ụ đ𝑖ệ𝑛; 𝑇1 , 𝑇2 , 𝑇3 − 𝑐á𝑐 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑠𝑡𝑜𝑟 𝑅1 , 𝑅2 , 𝑅3 𝑅4 , 𝑅5 , 𝑅6 , 𝑅7 , 𝑅8 , 𝑅𝑓 − 𝑐á𝑐 điện trở 𝐷1 , 𝐷2 , 𝐷3 , 𝐷4 , 𝐷5 − 𝑐á𝑐 𝑑𝑖𝑜𝑑𝑒; 1 − ắ𝑐 𝑞𝑢𝑦; 2 − 𝑏𝑜𝑏𝑖𝑛; 3 − đế𝑛 𝑏𝑢𝑔𝑖 Khi bật công tắc sẽ xuất hiện dòng điện 𝐼1 đi từ (+)AQ qua IG/SW đến 𝐷1 đến 𝑅1 , cung cấp điện cho cảm biến Hall. Khi rotor quay tại vị trí cánh chắn xen giữa nam châm và phần tử Hall thì điện áp đầu ra của cảm biến 𝑈𝑟𝑎 ≈ 12𝑉, 𝑇1 𝑑ẫ𝑛, 𝑇2 𝑑ẫ𝑛, 𝑇3 𝑑ẫ𝑛. Lúc này 8 dòng sơ cấp đi theo mạch sau: (+)AQ qua IG/SW đến 𝑅𝑓 đến bobin đến 𝑇3 đến (-)AQ.
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 Hall 𝑈𝑟𝑎 ≈ 0𝑉, 𝑇1 𝑛𝑔ắ𝑡, 𝑇2 𝑛𝑔ắ𝑡, 𝑇3 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 suất hiện tia lửa. Hệ thống đánh lửa điện tử 1.
Hệ thống đánh lửa gián tiếp Hình 1.