Thiết kế và lắp ráp mạch đánh lửa Transistor cho môn học Thực tập Động cơ I

Hướng dẫn thiết kế, lắp ráp mạch đánh lửa transistor (igniter) từ linh kiện tại Việt Nam. Tài liệu kèm sơ đồ, phục vụ môn học thực tập động cơ.

• Người hướng dẫn: GVC.S Nguyễn Kim
• Trường học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí - Động Lực
• Đề tài: Thiết Kế, Lắp Ráp Mạch Đánh Lửa Transistor (Igniter) Với Linh Kiện Tại Thị Trường Việt Nam Dùng Cho Môn Học Thực Tập Động Cơ I
• Loại tài liệu: Công Trình Nghiên Cứu Khoa Học Cấp Trường
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Khái niệm về Mạch Đánh Lửa Transistor Igniter

Mạch đánh lửa transistor là một thiết bị điện tử quan trọng trong hệ thống đánh lửa của động cơ xăng hiện đại. Mạch này sử dụng transistor làm linh kiện chính để điều khiển dòng điện cao áp, tạo ra tia lửa điện cần thiết để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu-không khí trong buồng cháy. So với hệ thống đánh lửa cơ học truyền thống, mạch đánh lửa transistor cung cấp hiệu suất cao hơn, độ ổn định tốt hơn và giảm độ hao mòn của các linh kiện. Nguyên lý hoạt động dựa trên việc sử dụng tín hiệu điều khiển yếu từ cảm biến vị trí để điều khiển dòng điện mạnh trong cuộn sơ cấp, từ đó cảm ứng được điện áp cao cần thiết cho bugi.

1.1. Cấu trúc cơ bản của Igniter

Mạch đánh lửa transistor bao gồm các thành phần chính: transistor công suất, cuộn cảm (cuộn sơ cấp), tụ điện, điện trở, và linh kiện bảo vệ. Các linh kiện này được thiết kế và lắp ráp theo sơ đồ mạch cụ thể để tạo ra một hệ thống hoạt động hiệu quả. Việc chọn lựa linh kiện tại thị trường Việt Nam là ưu điểm lớn, giúp giảm chi phí sản xuất và dễ dàng bảo trì, sửa chữa.

1.2. Ưu điểm của Igniter Transistor

Mạch đánh lửa transistor mang lại nhiều ưu điểm vượt trội: tiêu thụ điện năng thấp, phản ứng nhanh, độ bền cao, và khả năng kiểm soát chính xác thời gian đánh lửa. Transistor cho phép điều khiển dòng điện với độ chính xác cao, tạo ra tia lửa mạnh và ổn định hơn các hệ thống cơ học. Điều này góp phần cải thiện hiệu suất động cơ và giảm khí thải độc hại.

II. Nguyên Lý Hoạt Động của Hệ Thống Đánh Lửa Transistor

Nguyên lý hoạt động của mạch đánh lửa transistor dựa trên việc chuyển đổi tín hiệu điều khiển thành dòng điện mạnh. Khi transistor được bật (ON), dòng điện chạy qua cuộn cảm sơ cấp và tích tụ năng lượng từ trường. Khi transistor tắt (OFF), năng lượng từ trường này được cảm ứng thành điện áp cao ở cuộn cấp hai, tạo ra tia lửa điện vượt qua khe bugi. Quá trình này được kiểm soát bởi tín hiệu từ cảm biến vị trí hoặc bộ điều khiển động cơ, đảm bảo đánh lửa đúng thời điểm tối ưu. Mạch đánh lửa dùng transistor có khả năng điều chỉnh thời gian rất chính xác, từ đó tối ưu hóa hiệu suất cháy.

2.1. Quá trình bật tắt Transistor

Transistor trong mạch đánh lửa hoạt động như một công tắc điều khiển. Khi tín hiệu điều khiển được phát, transistor bật và cho phép dòng điện chạy qua cuộn cảm. Sau khoảng thời gian nhất định, transistor tắt, kết thúc dòng điện. Thời gian bật-tắt này được tính toán và điều khiển để đạt được năng lượng đánh lửa tối ưu phù hợp với điều kiện hoạt động của động cơ.

2.2. Cảm ứng điện từ và tạo Spark

Khi transistor tắt, từ trường trong cuộn cảm sụt giảm nhanh, tạo ra điện áp cảm ứng cao. Điện áp này được biến áp (nếu có) để tăng lên hàng ngàn vôn, đủ để tạo tia lửa giữa hai điện cực bugi. Tia lửa này đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu, bắt đầu chu kỳ nổ trong buồng cháy.

III. Thiết Kế Mạch Đánh Lửa với Linh Kiện Việt Nam

Thiết kế mạch đánh lửa transistor sử dụng linh kiện tại thị trường Việt Nam là một giải pháp thực tiễn và hiệu quả. Các linh kiện điện tử như transistor BJT (ví dụ: 2N3055, BD139), transistor FET, cuộn cảm, tụ điện, và điện trở đều có sẵn tại các cửa hàng điện tử trong nước. Mạch đánh lửa được thiết kế dựa trên nguyên lý điện tử cơ bản, sử dụng sơ đồ mạch rõ ràng và dễ thi công. Việc lắp ráp mạch có thể được thực hiện tại các xưởng kỹ thuật, trường đại học, hoặc các trung tâm đào tạo kỹ nghề. Linh kiện Việt Nam không chỉ rẻ tiền mà còn dễ thay thế khi cần bảo trì, phù hợp với điều kiện kinh tế của nước ta.

3.1. Lựa chọn linh kiện chính

Transistor công suất là linh kiện quan trọng nhất trong mạch đánh lửa. Cần chọn transistor có khả năng chịu dòng điện cao (từ 3-5 Ampe), điện áp bền cao (tối thiểu 40-60V), và tốc độ chuyển mạch nhanh. Transistor BJT loại NPN như 2N3055 hoặc BD139 là những lựa chọn tốt. Cuộn cảm sơ cấp thường có cảm kháng từ 0.5-3 mH. Tụ điện bảo vệ giúp giảm xung động và bảo vệ transistor khỏi điện áp đảo.

3.2. Quy trình lắp ráp và kiểm định

Quá trình lắp ráp bắt đầu bằng việc chuẩn bị bo mạch hoặc lắp ráp trên đế breadboard. Các linh kiện được 焊接 theo sơ đồ mạch, đảm bảo kết nối chính xác. Sau đó, mạch được kiểm định bằng cách đo điện áp, dòng điện, và kiểm tra tín hiệu tại các nút mạch quan trọng. Kiểm tra tia lửa có thể được thực hiện trên bugi hoặc trên mô hình thử nghiệm.

IV. Ứng Dụng Giáo Dục và Hướng Phát Triển

Mạch đánh lửa transistor được xây dựng với mục đích giáo dục, giúp sinh viên và học viên hiểu rõ về hệ thống đánh lửa động cơ xăng. Mô hình thử nghiệm có thể sử dụng trong các môn học thực tập động cơ, giúp rèn luyện kỹ năng kiểm tra, chẩn đoán và bảo dưỡng hệ thống đánh lửa. Ngoài ra, kiến thức về thiết kế mạch cũng có thể áp dụng để tìm hiểu các hệ thống đánh lửa ESA (Electronic Spark Advance) hoặc các hệ thống đánh lửa FET hiện đại hơn. Đề tài nghiên cứu này cung cấp nền tảng vững chắc cho sự phát triển của các công nghệ đánh lửa tiên tiến, đồng thời tiết kiệm chi phí trong công tác đào tạo tại các cơ sở giáo dục Việt Nam.

4.1. Mục tiêu giáo dục và rèn luyện kỹ năng

Mục tiêu chính là giúp sinh viên nắm vững nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa transistor, có khả năng thiết kế, lắp ráp và kiểm tra chẩn đoán mạch. Thông qua thực hành trực tiếp, sinh viên sẽ hiểu sâu hơn về vai trò của transistor trong các mạch điều khiển công suất. Kỹ năng này là nền tảng quan trọng cho công việc bảo dưỡng, sửa chữa động cơ xăng trong tương lai.

4.2. Tiềm năng mở rộng và ứng dụng thực tiễn

Mạch đánh lửa transistor có thể được mở rộng để hỗ trợ các tính năng advanced như điều khiển góc đánh lửa tự động, chẩn đoán lỗi tự động. Nghiên cứu này cũng mở đường cho các ứng dụng khác như hệ thống đánh lửa cho động cơ. Trong tương lai, công nghệ transistor sẽ tiếp tục phát triển với IC điều khiển, vi xử lý, tạo ra những hệ thống đánh lửa thông minh hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ, LẮP RÁP MẠCH ÐÁNH LỬA TRANSISTOR (IGNITER) VỚI LINH KIỆN TẠI THỊ TRƯỜNG VIỆT NAM DÙNG CHO MÔN HỌC THỰC TẬP ÐỘNG CƠ I S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: T2013 – 59 S KC 0 0 5 4 3 0 Tp. Hồ Chí Minh, 2013 Mẫu 1T. Trang bìa của báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Trường BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ, LẮP RÁP MẠCH ĐÁNH LỬA TRANSISTOR (IGNITER) VỚI LINH KIỆN TẠI THỊ TRƯỜNG VIỆT NAM DÙNG CHO MÔN HỌC THỰC TẬP ĐỘNG CƠ I Mã số: T2013 – 59 Chủ nhiệm đề tài: GVC.S NGUYỄN KIM TP. Trang bìa phụ của báo cáo tổng kết đề tài KH&CN cấp Trường TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐƠN VỊ: KHOA CKĐ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ, LẮP RÁP MẠCH ĐÁNH LỬA TRANSISTOR (IGNITER) VỚI LINH KIỆN TẠI THỊ TRƯỜNG VIỆT NAM DÙNG CHO MÔN HỌC THỰC TẬP ĐỘNG CƠ I Mã số: T2013 – 59 Chủ nhiệm đề tài: GVC.S NGUYỄN KIM TP.

HCM, 11 / 2013 Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh NCKH-2013 Mục lục I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: 5 II. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI: 5 III. CÁCH TIẾP CẬN ĐỀ TÀI: 5 IV.

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 5 V. PHẠM VI NGHIÊN CỨU: 6 VI. QUY TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 6 VII. NỘI DUNG ĐỀ TÀI 7 CHƢƠNG I :CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐÁNH LỬA 7 1.

HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN CẢM 7 1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa điện cảm.3 Một vài thông số của hệ thống đánh lửa điện cảm 8 1.4 Lý thuyết đánh lửa điện cảm 10 1.5 Các biện pháp nâng cao đặc tính đánh lửa điện cảm: 13 1.6 Ƣu, nhƣợc điểm của hệ thống đánh lửa điện cảm: 16 2. NĂNG LƢỢNG ĐÁNH LỬA VÀ QUÁ TRÌNH CHÁY TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG DÙNG NHIÊN LIỆU XĂNG 16 2.1 Quá trình cháy trên động cơ đốt trong dùng nhiên liệu xăng: 16 2.2 Phân tích năng lƣợng của tia lửa điện: 17 3. NHỮNG YẾU TỐ TÁC ĐỘNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHÁY 20 3.1 Ảnh hƣởng của đƣờng kính điện cực trung tâm 20 3.2 Ảnh hƣởng của độ rộng khe hở bugi 21 3.3 Ảnh hƣởng của độ nhô bugi trong buồng cháy 22 3.4 Ảnh hƣởng của áp suất nén và điện áp 23 3.5 Ảnh hƣởng của tốc độ và tải đến điện áp đánh lửa 23 3.6 Ảnh hƣởng của sự tăng tốc đến điệp áp đánh lửa 24 3.7 Thời điểm đánh lửa và điện áp yêu cầu.8 Tỉ lệ hoà trộn giữa nhiện liệu và không khí 25 CHƢƠNG 2 : LÝ THUYẾT VỀ BÁN DẪN TRANSISTOR 27 2. Giới thiệu về Transistor trƣờng (JFET) 35 2.

Cấu tạo JFET 35 2. Transistor MOSFET 37 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Igniter và mô hình hệ thốngđánh lửa transistor 1 Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh NCKH-2013 2. MOSFET kênh sẵn 37 2. MOSFET kênh cảm ứng 38 2.

MẠCH PHÂN CỰC VÀ KHUẾCH ÐẠI TÍN HIỆU NHỎ DÙNG FET 40 2. PHÂN CỰC JFET VÀ DE-MOSFET ÐIỀU HÀNH THEO KIỂU HIẾM 40 2. DE-MOSFET ÐIỀU HÀNH KIỂU TĂNG 42 2. MẠCH PHÂN CỰC E-MOSFET 44 2.

MẠCH KẾT HỢP BJT VÀ FET 46 CHƢƠNG 4 : THIẾT KẾ MẠCH ĐÁNH LỬA DÙNG TRANSISTOR 53 4. Thiết kế mạch đánh lửa dùng FET 55 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Igniter và mô hình hệ thốngđánh lửa transistor 2 Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh NCKH-2013 BM 08TĐ.

Thông tin kết quả nghiên cứu TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ĐƠN VỊ: KHOA CKĐ Tp. HCM, Ngày 27 tháng 11 năm 2013 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Thiết kế lắp ráp mạch đánh lửa transistor với linh kiện tại thị trƣờng VN dùng cho môn học thực tập động cơ 1 - Mã số: T2013-59 - Chủ nhiệm: Nguyễn Kim - Cơ quan chủ trì: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 08/3/2013 đến 30/11/2013 2.

Mục tiêu: - Rèn luyện cho sinh viên kỹ năng kiểm tra chẩn đoán hệ thống đánh lửa transistor. - Sinh viên có thể tự nghiên cứu lắp ráp mạch đánh lửa theo các linh kiện sẵn có trên thị trƣờng - Tận dụng đƣợc nguồn vật tƣ rẻ phục vụ tốt cho công tác đào tạo. Tính mới và sáng tạo: - Sinh viên có thể vận dụng lắp ráp mạch đánh lửa khác nhƣ đánh lửa ESA - Cơ sở để sinh viên nghiên cứu các mạch đánh lửa FET 4. Kết quả nghiên cứu: - Ứng dụng tốt sản phẩm vào công tác giảng dạy, học tập.

- Mô hình có tính thẩm mỹ, tăng việc tiếp thu và rèn luyện kỹ năng kiểm tra chẩn đoán 5. Sản phẩm: - Mạch đánh lửa sử dụng transistor BJT và transistor trƣờng FET - Mô hình thử nghiệm hệ thống đánh lửa. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: - Phục vụ tốt công tác đào tạo, áp dụng cho các cơ sở đào tạo nghề, các trƣờng trung cấp chuyên nghiệp, cao đẵng, đại học có đào tạo ngành cơ khí động lực Trƣởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên) (ký, họ và tên) Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Igniter và mô hình hệ thốngđánh lửa transistor 3 Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh NCKH-2013 M 09TĐ. Thông tin kết quả nghiên cứu bằng tiếng Anh INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1.

General information: Project title: Code number: T2013-59 Coordinator: Nguyên Kim Implementing institution: University of Technical Education Ho Chi Minh City Duration: from 08/3/2013 to 30/11/2013 2. Creativeness and innovativeness: 4. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Igniter và mô hình hệ thốngđánh lửa transistor 4 Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh NCKH-2013 I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: - Hiện nay Bộ môn Động cơ thuộc Khoa CKĐ đang hƣớng dẫn thực tập động cơ xăng I và trong đó có phần thực tập kiểm tra hệ thống đánh lửa transistor loại đánh lửa sớm bằng cơ khí, tuy nhiên việc thực hiện các bài tập kèm theo thiết bị ( chủ yếu Igniter ) thƣờng xảy ra hƣ hỏng và thƣờng xuyên phải bổ sung thiết bị đƣợc chế tạo sẵn của các hãng xe nhƣ Toyota, Honda rất đắt tiền và khó tìm kiếm trên thị trƣờng - Nhằm tạo điều kiện cho ngƣời học đƣợc dể dàng tiếp cận với thiết bị trong học tập, và rèn luyện kỹ năng kiểm tra về hệ thống đánh lửa, Ngƣời thực hiện đề tài nghiên cứu thiết kế, lắp ráp mạch đánh lửa transistor loại đánh lửa sớm bằng cơ khí nhằm phục vụ cho sinh viên thực tập rèn luyện kỷ năng kiểm tra các bộ phận chi tiết trong hệ thống đánh lửa.

Xuất phát từ nhu cầu thực tế nhƣ trên ngƣời nghiên quyết định thực hiện đề tài “Thiết kế, lắp ráp mạch đánh lửa transistor(Igniter) với linh kiện tại thị trường Việt Nam dùng cho môn học thực tập động cơ I ” với mong muốn tạo ra một sản phẩm có thể áp dụng vào giảng dạy ngay học phần mà mình đang đảm trách. Sản phẩm đề tài sau khi hoàn thành cung cấp cho ngƣời học một cái nhìn tồng quát về hệ thống đánh lửa căn bản transistor. Qua đó ngƣời học hiểu rõ từng chi tiết về hệ thống này về phƣơng diện cấu tạo, chức năng, nguyên lý hoạt động và phƣơng pháp vận hành, kiểm tra. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI: - Rèn luyện cho sinh viên kỹ năng kiểm tra chẩn đoán hệ thống đánh lửa.

- Sinh viên có thể tự nghiên cứu thiết kế lắp ráp mạch đánh lửa theo các linh kiện thông dụng trên thị trƣờng Việt Nam thông qua các mạch thiết kế cơ bản. - Ngoài ra để mở rộng sinh viên có thể tự nghiên cứu thiết kế lắp ráp mạch đánh lửa ( Igniter ) cho những hệ thống đánh lửa sớm bằng điện tử ( ESA ) III. CÁCH TIẾP CẬN ĐỀ TÀI: Ngƣời nghiên cứu tiếp cận nội dung đề tài thông qua nhu cầu cung cấp kiến thức học tập cho sinh viên về hệ thống đánh lửa transistor ngành cơ khí ôtô, thông qua các mô hình mẫu đã có tại xƣởng và các mô hình đƣợc thiết kế từ các công ty chuyên cung cấp thiết bị đồ dùng dạy học. Thông qua các yếu tố sƣ phạm và khoa học trong giảng dạy nhằm đảm bảo hiệu quả trao đổi kiến thức là hiệu quả nhất, đồng thời tiết kiệm vật tƣ thiết bị trong phục vụ giảng dạy IV.

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Để hoàn thành nội dung đề tài, ngƣời nghiên cứu đã kết hợp nhiều phƣơng pháp nghiên cứu. Trong đó đặc biệt là phƣơng pháp tham khảo tài liệu đặc biệt về lý thuyết đánh lửa, thu thập các thông tin liên quan, học hỏi kinh nghiệm của đồng nghiệp, nghiên cứu các mô hình giảng dạy hiện có, nghiên cứu các mô hình giảng dạy hiện có trên thị trƣờng… từ đó tìm ra những ý tƣởng mới để hình thành đề cƣơng của đề tài, cũng nhƣ cách thiết kế lắp ráp mạch Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Igniter và mô hình hệ thốngđánh lửa transistor 5 Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh NCKH-2013 đánh lửa cũng nhƣ thiết kế, lắp ráp mô hình. Song song với nó, chúng tôi còn kết hợp cả phƣơng pháp kiểm tra, thực nghiệm và kinh nghiệm của bản thân trong quá trình giảng dạy. PHẠM VI NGHIÊN CỨU:  Chế tạo mạch đánh lửa transistor với linh kiện có trên thị trƣờng và mô hình thử nghiệm hệ thống đánh lửa transistor  Nghiên cứu về lý thuyết đánh lửa transistor.

 Nghiên cứu về các linh kiện bán dẫn trên thị trƣờng đáp ứng yêu cầu hoạt động của mạch đánh lửa thực tế. QUY TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI  Tham khảo tài liệu.  Thiết kế và lắp ráp mạch đánh lửa transistor  Thiết kế và lắp ráp mô hình thử nghiệm hệ thống đánh lửa transistor.  Thiết kế các bài giảng cho mô hình.

Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Igniter và mô hình hệ thốngđánh lửa transistor 6 Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh NCKH-2013 VII. NỘI DUNG ĐỀ TÀI CHƢƠNG I :CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐÁNH LỬA 1. HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN CẢM 1. Heä thoáng ñaùnh löûa ñieän caûm laø heä thoáng söû duïng naêng löôïng ñaùnh löûa döôùi daïng töø tröôøng cuûa cuoän daây.

Heä thoáng ñaùnh löûa ñieän caûm ñöôïc söû duïng haàu heát treân caùc xe oâtoâ hieän nay.