Tên đề tài:

“ Nghiên cứu hệ thống đánh lửa điện tử trên các xe hiện đại’’

Giáo viên hướng dẫn:  

Các thông số cho trước: Tham khảo các loại xe có hệ thống đánh lửa điện tử

Nội dung thuyết minh:

-        Tổng quan hệ thống đánh lửa

-        Nghiên cứu hệ thống đánh lửa điện tử trên các xe hiện đại

-        Kết luận

Số lượng và kích thước bản vẽ:

          Sơ đồ hệ thống đánh lửa điện tử: 1 bản A₀

MỤC LỤC

Chương 1 : Tổng quan về hê thống đánh lửa  trên ô tô

1.1.         Nhiệm vụ , yêu cầu và phân loại

      1.1.1. Nhiệm vụ

      1.1.2. Yêu cầu

      1.1.3. Phân loại

1. 2. Hệ thống đánh lửa thường

             1.2.1. Sơ đồ cấu tạo

             1.2.2. Nguyên lý làm việc

1.3. Hệ thống đánh lửa bán dẫn .

             1.3.1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển

             1.3.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có vít điều khiển

             1.3.2.1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn dùng cảm biến từ điện loại nam châm đứng yên.

             1.3.2.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn dùng cảm biến điện từ loại nam châm quay

             1.3.2.3. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall

             1.3.2.4. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang

 

             1.3.3. Hệ thống đánh lửa điện dung (CDI-Capacitor Discharged Ignition)

Chương 2 :   Hệ thống đánh lửa trên ô tô hiện đại .

               2.1. Khái quát về hệ thốngđánh lửa theo chương trình (ESA).

               2.1.1. Phân loại

               2.1.2. Ưu điểm

               2.1.3. Sơ đồ hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển đánh lửa sớm bằng điện tử

               2.1.4. Các loại cảm biến được sử dụng trên hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển đánh lửa sớm bằng điện tử

               2.1.5. Quá trình điều khiển và chức năng của ECU

 

                2.2. Các loại  hệ thống đánh lửa thường gặp

                2.2.1. Hệ thống đánh lửa lập trình có bộ chia điện:

                2.2.2. Hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện (Hệ thống đánh lửa trực tiếp).

Kết luận.

  TÀI  LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyên lý động cơ đốt trong _ PGS.TS Phạm Minh Tuấn

2. Nguyên lý động cơ đốt trong _ Trường ĐHKTCN Thái Nguyên

3 . Trang bị điện trên ô tô _TS . Đinh Ngọc Ân

4. Trang bị điện và điện tử trên ô tô hiện đại _ PGS.TS Đỗ Văn Dũng

5. Các tài liệu trên mạng internet

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ  HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ

Động cơ đốt trong gồm nhiều hệ  thông phụ trợ như hệ thống làm mát , hệ thống nhiên liệu , hệ thống  phân phối khí…Riêng đối với động cơ xăng thì  hệ thống đánh lửa là  một trong những thành phần quan trọng nhất . Trải  qua hơn 100 năm phát triển của  động cơ . Từ  khi ra đời đến nay các nhà sản xuất luôn tìm cách để cải tiến, tăng hiệu xuât làm việc , giảm mức tiêu hao nhiên liệu và giảm mức độc hại trong khi xả của động cơ . Vì vậy hệ thống đánh lửa đã không ngừng được cải tiến áp dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật nhằm mục đích hoàn thiện động cơ . Hệ thống đánh lửa  điều khiển theo chương trình ( ESA _ E lectronic Spark Advance ) đã được đưa vào sử dụng từ những năm đầu thập kỷ 80 . Sau đó vào đầu những năm 90 hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS _ Direct Ignition System ) đã ra đời cho phép không sử dụng delco và hệ thống này đã có mặt hầu hết trên các xe thế hệ mới .

1.1. Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống đánh lửa

1.1.1. Nhiệm vụ:

Hệ thống đánh lửa trên động cơ có nhiệm vụ biến nguồn điện một chiều có điện thế thấp (12 hoặc 14V) thành các xung điện thế cao từ (15.000 đến 40.000V) các xung này sẽ được phân bố đều đến bougie của các xylanh đúng thời điểm để tạo tia lửa điện cao thế đốt cháy hoà khí

1.1.2. Yêu cầu:

          Một hệ thống đánh lửa làm việc tốt phải đảm bảo các yêu cầu sau:

          - Hệ thống đánh lửa phải sinh ra sức điện động thứ cấp đủ lớn để phóng điện qua khe hở bougie trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ.

          - Tia lửa điện trên bougie phải đủ năng lượng và thời gian phóng để đốt cháy hoàn toàn hoà khí.

          - Góc đánh lửa sớm phải đúng trong mọi chế độ hoạt động của động cơ.

          - Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ cao và độ rung xóc lớn.

          - Sự mài mòn điện cực bougie phải nằm  trong khoảng cho phép.

1.1.3. Phân loại:

          Dựa vào cấu tạo, hoạt động, phương pháp điều khiển người ta phân loại hệ thống đánh lửa theo các cách phân loại sau:

+ Phân loại theo phương pháp tích luỹ năng lượng :

          * Hệ thống đánh lửa điện cảm (TI – Transistor Ignition System)

          * Hệ thống đánh lửa điện dung (CDI – Câpcitor Dir charged Ignition System)

+ Phân loại theo phương pháp điều khiển bằng cảm biến:

          * Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa (Breaker)

          * Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ (Electromaynetic Sensor) gồm 2 loại: nam châm quay và nam  châm đứng yên.

          * Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall.

          * Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang

* Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến từ trở

* Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến cộng hưởng

+ Phân loại theo cách phân bố điện cao áp:

* Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện – delco (Dirtributor Igniton System)

*Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay không có delco (Dirtributorless Igniton System)

+ Phân loại theo phương pháp đìều khiển góc đánh lửa

* Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển đánh lửa sớm bằng cơ khí (Mechanical Sprark – Advance)

* Hệ thống đánh lửa với bộ điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện (ESA – Electronic Sprak Advance)

+ Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp:

* Hệ thống đánh lửa sử dụng Transitor (Transitor  Igniton System)

* Hệ thống đánh lửa sử dụng Thysistor (CDI)

1.2. Hệ thống đánh lửa thường (đánh lửa má vít)

1.2.1. Sơ đồ cấu tạo:

1- ắc quy, 2- khóa điện(I-vị trí khởi động, II- vị trí làm việc bình thường, 0- vị trí ngắt động cơ), 3- điện trở, 4- biến áp đánh lửa, 5- cơ cấu ngắt mạch sơ cấp gồm tiếp điểm K, cam C và tụ điện T, 6- nắp bộ chia điện với các vấu V, 7- con quay, 8- các bugi, G- mát( nối với thân động cơ)

Hình 1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống đánh lửa thường

1.2.2. Nguyên lý làm việc

Khi tiếp điểm K đóng, trong cuộn sơ cấp W1 của biến áp đánh lửa 4 có dòng sơ cấp chạy qua cực dương ắc quy 1 ® khóa điện 2 ® điện trở 3 ® cuộn W1 ® tiếp điểm K ® mát G ® cực âm của ắc quy và khép kín mạch. Khi một vấu nào đó của cam C mở tiếp điểm K, dòng điện sơ cấp trong cuộn W1 bị ngắt làm từ trường đột ngột giảm. Sự biến thiên của từ trường gây ra trong cuộn thứ cấp W2 của biến áp 4 một suất điện động cảm ứng. Do số lượng vòng dây của cuộn thứ cấp lớn gấp nhiều lần so với số vòng dây của cuộn sơ cấp nên suất điện động cảm ứng của cuộn thứ cấp lên đến 20 - 40 KV. Lúc này con quay 7 quay đến một vấu chia của bộ chia điện và dòng điện cao áp từ cuộn thứ cấp được dẫn qua dây cao áp đến bugi để bật tia lửa điện đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong xilanh động cơ. Để điều chỉnh góc đánh lửa sớm ta chỉ việc điều chỉnh thời điểm mở tiếp điểm K ( thời điểm ngắt dòng sơ cấp).

1.3. Hệ thống đánh lửa bán dẫn

          Hiện nay trên hầu hết các loại ôtô đều sử dụng hệ thống đánh lửa bán dẫn vì loại này có ưu thế là tạo được tia lửa mạnh ở điện cực bobine, đáp ứng tốt các chế độ làm việc của động cơ, tuổi thọ cao. Qua quá trình phát triển hệ thống đánh lửa điện tử được chế tạo cải tiến với nhiều loại khác nhau song có thể chia thành 2 loại chính như sau:

          - Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp:

Trong hệ thống này các linh kiện điện tử được tổ hợp thành một mạch được gọi là Igniter, bộ phận này có nhiệm vụ đóng ngắt mạch sơ cấp nhờ các tín hiệu đánh lửa (tín hiệu điện ảo) đưa vào. Hệ thống đánh lửa bán dẫn loại này có thể chia thành 2 loại

+ Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển: Vít điều khiển có cấu tạo giống như trong hệ thống đánh lửa thường nhưng chỉ làm nhiệm vụ điều khiển đóng mở Transitor.

+ Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có vít: Transitor công suất được điều khiển bằng cảm biến đánh lửa

- Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng kỹ thuật số còn được gọi là hệ thống đánh lửa theo chương trình. Dựa vào các tín hiệu như tốc độ động cơ, vị trí cốt máy, vị trí bướm ga, nhiệt độ động cơ.  Mà hệ thống vi xử lý (ECU – Electronic Control Unit) sẽ điều khiển để Igniter tạo ra tia lửa ở mạch thứ cấp vào đúng thời điểm đánh lửa. Hệ thống đánh lửa kỹ thuật số sẽ trình bày ở phần sau.

 

                   Hình 2: Sơ đồ mạch điện cơ bản của hệ thống đánh lửa bán dẫn

1.3.1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển

Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển hiện nay rất ít được sản xuất. Tuy nhiên ở Việt Nam có rất nhiều xe cũ trước kia có trang bị hệ thống này

Sơ đồ nguyên lý

Hình 3

 

Nguyên lý hoạt động

Cuộn sơ cấp W₁ cảu bobine được mắc nối tiếp với Transitor T, còn tiếp điểm K được nối với cực gốc của Transitor T. Do có Transitor T nên điều kiện làm việc của tiếp điểm được cải thiện rất rõ bởi vì dòng qua tiếp điểm chỉ là dòng điều khiển Transitor nên thường không lớn hơn 1Ampe.

          Khi công tắc máy IGSW đóng thì cực E của Transitor T được cấp điện dương còn điện áp ở cực C và cực B của Transitor có giá trị âm. Khi cam không đội tiếp điểm K đóng sẽ xuất hiện dòng điện qua cực gốc của Transitor theo mạch sau: (+) acquy " SW " R_f " W₁ " cực E " cực B " R_b " K " (-) acquy. R_b là điện trở phân cực được tính toán sao cho dòng I_b vừa đủ để Transitor dẫn bão hoà. Khi Transitor dẫn dòng qua cuộn sơ cấp đi theo mạch : (+) acquy " SW " R_f " W₁ " cực E " cực C" mát. Dòng sơ cấp của bobine có  thể được tính bằng tổng dòng điện I_b + I_c dòng điện này tạo nên một năng lượng tích luỹ trong từ trường trên cuộn sơ cấp của bobine và khi tiếp điểm K mở dòng I_b Transitor T khoá lại dòng sơ cấp I₁ qua cuộn W₁ cũng bị triệt tiêu thì năng lượng này được chuyển hoá thành năng lượng đánh lửa và một phần suất điện động tự cảm trong cuộn W₁ của bobine.

          Suất điện động tự cảm trong cuộn W₁  thường có giá trị khoảng 200-400V hoặc cao hơn. Do vậy không thể dùng bobine của hệ thống đánh lửa thường cho một số sơ đồ đánh lửa bán dẫn vì Transitor sẽ không chịu nổi điện áp cao như vậyđặt vào các cực E – C của Transitor khi nó ở trạng thái khoá. Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn người ta thường sử dụng các bobine có hệ số biến áp lớn và có độ tự cảm L₁ nhỏ hơn loại thường hoặc người ta có thể mắc thêm các mạch bảo vệ Transitor.

1.3.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có vít điều khiển

1.3.2.1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn dùng cảm biến từ điện loại nam châm đứng yên.

a. Cấu tạo hoạt động cảm biến từ loại nam châm đứng yên

Hình 4

Cảm biến được đặt trong delco bao gồm 1 roto có số răng cảm biến tương ứng với xilanh động cơ, một cuộn dây cuốn quanh một lõi sắt từ cạnh 1 thanh nam châm vĩnh cửu. Cuộn dây và lõi sắt được đặt đối diện với các răng cảm biến roto và được cố định trên vỏ delco. Khi roto quay các răng cảm biến sẽ lần lượt tiến lại gần và lùi xa cuộn dây. Khe hở nhỏ nhất giữa răng cảm biến của roto và lõi thép từ vào khoảng 0,2 – 0,5mm. Khi rôto ở vị trí như hình vẽ, điện áp trên cuộn dây cảm biến bằng 0. Khi răng cảm biến của rôto tiến lại gần cực từ của lõi thép, khe hở giữa rôto và lõi thép giảm dần và từ trường mạnh dần lên. Sự biến thiên của từ thông qua cuộn dây sẽ tạo nên suất điện động e.

Khi răng cảm biến của rôto đối diện với lõi thép, độ biến thiên của từ trường bằng 0 và suất điện động trong cuộn cảm biến nhanh chóng giảm về 0. Khi rôto đi xa lõi thép từ thông qua lõi thép giảm dần và suất điện động xuất hiện trong cuộn dây cảm biến có chiều ngược lại như (hình 4) hiệu điện thế sinh ra ở hai đầu cuộn dây cảm biến phụ thuộc vào tốc độ của động cơ.

1. Sơ đồ và nguyên lý của  hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên (Honda)

Hình 6

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, ít hư hỏng.

Khi cuộn dây cảm biến không có tín hiệu điện áp hoặc điện áp âm ta T₁ ngắt nên T₂ ngắt, T₃ dẫn cho dòng qua cuộn sơ cấp về mát.

Khi răng của rôto cảm biến tiến lại gần cuộn dây cảm biến, trên cuộn dây sẽ xuất hiện một suất điện động xoay chiều, nửa chu kỳ dương cùng với điện áp rơi trên điện trở R₂ sẽ kích cho Transitor T₁ dẫn, T₂ dẫn theo và T₃ sẽ ngắt dòng qua cuộn sơ cấp của bobine bị ngắt đột ngột tạo nên 1 suất điện động cảm ứng lên cuộn thứ cấp một điện áp cao và được đưa đến bộ chế điện.

1.3.2.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn dùng cảm biến điện từ loại nam châm quay.

Cấu tạo, nguyên lý của cảm biến loại nam châm quay

Hình 7

Đối với loại này nam châm được gắn trên rôto còn cuộn dây cảm biến được quấn quanh một lõi thép cố định trên vỏ delco khi nam châm quay từ trường xuyên qua cuộn dây biến thiên tạo nên một suất điện động sinh ra trong cuộn dây. Do từ trường qua cuộn dây đổi dấu nên súat điện động sinh ra trong cuộn dây lớn. Ở chế độ cầm chừng, tín hiệu điện áp ra khoảng 2V. Xung điện áp có dạng như trên hình vẽ 7.

Do tín hiệu điện áp ở chế độ khởi động lớn nên loại này ít bị nhiễu. Tuy nhiên, xung tín hiệu điện áp không nhỏ khi tăng tốc động cơ thời điểm đánh lửa sẽ sớm hơn.

Sơ đồ và nguyên lý của Hệ thống đánh lửa bán dẫn dùng cảm biến điện từ loại nam châm quay:

Transitor T₄ có nhiệm vụ đóng ngắt dòng sơ cấp của bobine. Các Transitor T₁ T₂ T₃ có nhiệm vụ khuyéch đại các xung của cảm biến đánh lửa, vì biến đổi điện áp của nó không đủ điều khiển trực tiếp T₃.

Khi khóa điện KD đóng và rôto của cảm biến không quay thì T_{1 –}khoá vì điện thế ở hai cực phát và gốc bằng nhau (U_eb=0) khi đó điện thế ở điện cực gốc T₂ cao hơn điện thế ở cực phát, tức là U_eb >0, nên xuất hiện dòng điện điều khiển:

(+) acquy " KD " R " D₅ " R₆  " điểm a " D₃ " cực gốc của T₂ " R₃ " R₉ " (-)acquy. Do vậy, T₂ mở làm cho T₃ mở; đồng thời xuất hiện dòng điện điều khiển T₄ chạy qua tiếp giáp phát – góp 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 biến áp dánh lửa sẽ qua T₄ theo mạch: (+) acquy " KD " cuộn sơ cấp của bobine " D₆ " đến tiếp giáp phát góp của T₄   " (-)acquy. Dòng điện sơ cấp tạo nên từ thông trong lõi thép của bobine. Khi rôto cảm biến quay, trong cuộn dây của nó phát ra những xung điện xoay chiều, nửa xung điện dương sẽ tạo nên dòng điều khiển Transitor T₁ như sau: từ cuộn dây cảm biến " D₁ " R₇ " tiếp giáp E-B của T₁ đến (-) acquy và T₁ mở. Khi T₁ mở, điểm a coi như được nối với (-)acquy 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 nên T₂ khoá đồng thời T₃ T₄ cũng khoá theo nên dòng điện sơ cấp của bobine bị triệt tiêu nhanh chóng dẫn tới sự biến thiên từ thông và sinh suất điện động lớn (đến 30KV) trong cuộn dây thứ cấp của bobine. Xung điện áp cao này tạo nên xung điện ở bugi tạo nên tia lửa điện ở bugi để đốt cháy hỗn hợp nổ trong xilanh động cơ.

1.3.2.3. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall

Cấu tạo và nguyên lý cảm biến Hall

Hình 8

Hiệu ứng Hall: Một tấm bán dẫn loại P  (hoặc N) có kích thước như hình vẽ được đặt trong từ trường đều B sap cho véctơ từ trường vuông góc với bề mặt của tấm bán dẫn. Khi cho dòng điện I_v đi qua tấm bán dẫn có chiều từ trái sang phải các hạt điện tử đang dịch chuyển với vận tốc v trong tấm bán dẫn sẽ bị tác dụng bởi lực Loren có chiều hướng từ dưới lên trên.

 

Hình 9: Sơ đồ cấu tạo cảm biến Hall

Chú thích: 1. Phần tử Hall         2. ổn áp       

                    3. Op-Amp            4. Bộ xử lý tín hiệu

Cảm biến Hall: Do điện áp U_H rất nhỏ nên trong thực tế để điều khiển đánh lửa người ta phải khuyếch đại và xử lý tín hiệu trước khi đưa đến Igniter như hình 8 là sơ đồ khối của một cảm biến Hall. Cảm biến Hall được đặt trong delco gồm 1 rôto bằng thép có các cánh chắn và các cửa sổ cách đều nhau gắn trên trục của delco, số cánh chắn sẽ tương ứng với số xilanh của động cơ. Khi rôto quay cánh chắn sẽ lần lượt xen vào khe hở giữa nam châm và IC Hall.

          Để khảo sát hoạt động của cảm biến Hall ra xét 2 vị trí làm việc của rôto ứng với khe hở IC Hall hình 10. Khi cánh chắn ra khỏi khe hở giữa IC Hall và nam châm, từ trường sẽ xuyên qua khe hở tác dụng lên IC Hall làm xuất hiện điện áp điều khiển Transitor T_r làm cho T_r dẫn. Kết quả là trên đường dây tín hiệu (cực C) điện áp sẽ giảm xuống còn 1V (hình 10). Khi cánh chắn đi vào giữa khe hở nam châm và IC Hall từ trường bị cánh chắn bằng thép khép kín không tác động lên IC Hall tín hiệu điện áp từ IC Hall mất làm Transitor T_r ngắt. Tín hiệu điện áp ra lúc này bằng điện áp từ Igniter nối với ngõ ra của càm biến Hall.

Hình 10: Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall

Như vậy việc cảm biến Hall sẽ tạo ra một xung vuông làm tín hiệu đánh lửa. Bề rộng của cánh chắn xác định góc ngậm điện. Do xung điều khiển và xung vuông nên không ảnh hưởng đến thời điểm đánh lửa.

Sơ đồ nguyên lý của Hệ thống đánh lửa bán dẫn sẻ dụng cảm biến Hall

Hình 11

Igniter của hệ thống bao gồm 6 đầu dây, một đầu nối mát, ba đầu nối với cảm biến Hall, một đầu nối với (+) sau công tắc chính (IGSW)

Sơ đồ mạch điện biểu thị sự tương quan giữa tín hiệu xung điện áp của cảm biến Hall và sự tăng trưởng của dòng sơ cấp qua bobine và được trình bày như hình vẽ 11.

Khi bật công tắc máy dòng điện sau công tắc (IGSW) được tách ra làm 2 nhánh một nhánh qua điện trở phụ R_f qua cuộn sơ cấp và chờ ở cực C của Transitor T₃ , một nhánh sẽ đi qua điốt D₁ qua R₁ và vào 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 đảm bảo cho Igniter làm việc chính xác. Diốt D₁ có nhiệm vụ bảo vệ IC Hall trong trường hợp mắc lộn cực accquy còn Diốt D₃ có nhiệm vụ ổn áp khi hiệu điện thế nguồn cung cấp quá lớn như trường hợp tiết chế của máy phát bị hư.

Khi đầu dây tín hiệu của cảm biến Hall có điện áp ở mức cao, tức lúc đó cánh chắn bằng thép xen giữa khe hở trong cảm biến Hall, làm T₁ dẫn. Khi T₁ dẫn T₂, T₃ dẫn theo. Lúc này dòng sơ cấp I₁ qua W₁, qua T₃  về mát tăng dần. Khi tín hiệu điện từ cảm biến Hall ở mức thấp, tức là lúc cánh chắn bằng thép ra khỏi khe hở trong cảm biến Hall , Transitor T₁ ngắt làm T₂, T₃ ngắt theo. Dòng sơ cấp I₁ bị ngắt đột ngột tạo nên sức điện động cảm ứng trên cuộn T₂ một điện áp cao tạo tia lửa điện ở bugi.

Tụ C₂ có tác dụng làm giảm sức điện động tự cảm trên cuộn sơ cấp W₁ đặt vào mạch khi T_2,T₃ ngắt. Trong trường hợp xuất điện động tự cảm quá lớn do rút dây cao áp ra quá xa chẳng hạn, R₅, R₆, D₄ sẽ khiến Transitor T₂, T₃ mở trở lại để giảm xung điện áp quá lớn có thể gây hư hỏng các Transitor. Diốt Zener D có tác dụng bảo vệ T₃ khỏi bị quá áp vì điện áp tự cảm trên cuộn sơ cấp của bobine.

1.3.2.4. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang:

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của cảm biến quang

Hình 12

          Cảm biến quang gồm 2 loại khác nhau chủ yếu ở phần tử cảm quang:

          - Loại sử dụng 1 cặp LED: photo transitor

          - Loại sử dụng 1 cặp LED: photo diode

          Phần tử phát quang LED (lighting Emision Diode) và phần tử cảm quang (photo transitor và photo Diode) được đặt trong delco có vị trí tương ứng như hình vẽ. Đĩa cảm biến được gắn vào trục của delco và có số rãnh tương ứng với số xilanh động cơ.

Đặc điểm của  2 loại phần tử cảm quang này là khi có dòng ánh sáng chiếu vào, nó sẽ trở nên dẫn điện và ngược lại khi không có dòng ánh sáng nó sẽ không dẫn điện. Độ dẫn điện của chúng phụ thuộc vào cường độ dòng ánh sáng và hiệu điện thế giữa hai đầu 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 làm tín hiệu điều khiển đánh lửa.

Hình b là sơ đồ mạch của một loại cảm biến quang. biến quay bao gồm 3 đầu dây: 1 đầu dương V_cc và 1 đầu tín hiệu V_out và 1 đầu mát. Khi đĩa biến quay chắn ánh sáng từ LED qua photo diode D₂, D₂ không dẫn, điện áp tại ngõ vào dương sẽ thấp hơn điện áp so sánh U­_s ở ngõ vào âm Op-Amp A nên ngõ ra của Op-Amp A không có tín hiệu làm transitor T ngắt tức là V_out đang ở mức cao. Khi có ánh sáng chiếu vào D_2­, D₂ dẫn, điện áp ở ngõ vào dương sẽ lớn hơn điện áp so sánh U­_s và điện áp ngõ ra của Op­-Amp A ở mức cao làm Transitor T dẫn, V_out lập tức chuyển sang mức thấp. Đây chính là thời điểm đánh lửa. Xung điện áp V_out sẽ là xung vuông gửi đến Igniter điều khiển Transitor công suất. Do tín hiệu ra là xung vuông nên thời điểm đánh lửa cũng không bị ảnh hưởng khi thay đổi số vòng quay của trục khuỷu động cơ.

 

Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa bán dẫn

 sử dụng cảm biến quang:

Hình 13

Hình vẽ 13 trình bày sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn được điều khiển bằng cảm biến quang của hãng Motorola. Cảm biến quang đặt trong delco phát tín hiệu đánh lửa gửi về Igniter để điều khiển đánh lửa.

Khi đĩa biến quay ngăn dòng ánh sáng từ LED D₁ sang photo Transitor 1 sẽ ngắt. Khi T₁ ngắt các Transitor T₂,T₃,  T₄ ngắt, T₅ dẫn cho dòng qua cuộn sơ cấp về mát. Khi đĩa biến quay cho dòng ánh sáng đi qua T₁ dẫn nên T₂,T₃,  T₄ dẫn, T₅ ngắt. Dòng sơ cấp bị ngắt sẽ tạo một sức điện động cảm ứng lên cuộn thứ cấp 1 điện áp cao và được đưa đến bộ chia điện.

Ưu điểm của hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển.

- Ưu điểm: không còn các tiếp điểm cơ khí vì vậy đã triệt tiêu được độ trễ do các cơ cấu cơ khí tạo ra. Việc điều khiển góc đánh lửa sớm không vào bộ điều chỉnh ly tâm chân không mà dựa vào cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến tốc độ của động cơ, cảm biến vị trí bướm ga. Quá trình điều chỉnh tức thời hơn và chính xác hơn dẫn đến quá trình đánh lửa tối ưu hơn.

1.3.3. Hệ thống đánh lửa điện dung (CDI-Capacitor Discharged Ignition)

          Hệ thống đánh lửa điện dung hiện nay thường được sử dụng trên xe thể thao, xe đua, động cơ pítông tam giác và trên xe môtô. Hệ thống đánh lửa điện dung có thể được chia làm 2 loại: Loại có vít điều khiển và loại không có vít điều khiển hoặc có thể phân loại theo cách tạo ra điện áp nạp tụ: xoay chiều (CDI – AC) và một chiều: (CDI-DC).

          Ưu nhược điểm của hệ thống đánh lửa điện dung

          Ưu điểm:

          - Đặc tính của hệ thống đánh lửa gần như không phụ thuộc vào hệ số vòng quay của động cơ vì thời gian nạp điện rất ngắn do tụ điện đã được thiết kế sao cho số vòng quay cao nhất, tụ điện vẫn nạp đầy giữa hai lần đánh lửa

          - Hiệu điện thế thứ cấp cao, tăng trưởng nhanh nên tăng được độ nhạy đánh lửa, không phụ thuộc vào điện trở dò trên bugi.

          Nhược điểm: Do thời gian xuất hiện tia lửa ở bugi ngắn (0,3-0,4ms) nên trong điều kiện nhất định nào đó của hoà khí trong buồng đốt có tia lửa không đốt cháy được hoà khí. Vì vậy đối với Hệ thống đánh lửa CDI phải sử dụng với khe hở điện cực lớn để tăng diện tích tiếp xúc của tia lửa nên bugi sẽ rất nhanh mòn.

Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa CDI trên xe gắn máy:

Hình 14

Nguyên lý hoạt động:

          Khi SCR ngắt, tụ C₁ sẽ nạp nhờ nguồn điện N đã chỉnh lưu qua diốt D­­­₁. Khi có tín hiệu đánh lửa từ cuộn dây điều khiển K, SCR dẫn tụ điện C₁ sẽ phóng theo chiều mũi tên (a): (+) tụ điện " SCR " mass " W₁ " (-) tụ điện C₁. Sự biến thiên dòng điện đột ngột trên cuộn sơ cấp W₁ sẽ cảm ứng lên cuộn thứ cấp W₂ một sức điện động cao áp đưa tới bugi đánh lửa. Tuy nhiên sau khi tụ C₁ đã phóng hết, do sức điện động tự cảm trong cuộn dây W₁, tụ C₁ sẽ được nạp theo chiều ngược lại. Nhờ điện áp ngược (điện áp trên tụ), SCR sẽ được đóng lại. Khi C_1­ phóng ngược D_­2 có nhiệm vụ dập tắt điện áp ngược bảo vệ cho SCR.

          CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ÔTÔ HIỆN ĐẠI

(ESA - ELECTRONIC SPARK ADVANCE)

2.1. khái quát về hệ thống đánh lửa theo chương trình (ESA)

          Trên các ôtô hiện đại, kỹ thuật số đã được áp dụng vào trong hệ thống đánh lửa từ nhiều năm nay. Việc điều khiển góc đánh lửa sớm và góc ngậm điện sẽ đựơc máy tính đảm nhận. Các thông số như tốc độ động cơ, tải, nhiệt độ được các cảm biến mã hoá tín hiệu đưa vào ECU (Electronic Control Unit) xử lý và tính toán để đưa ra góc đánh lửa sớm tối ưu cho từng chế độ hoạt động của động cơ:

2.1.1. Phân loại

          Nếu phân theo cấu tạo ta có:

          - Hệ thống đánh lửa theo chương trình có delco

          - Hệ thống đánh lửa theo chương trình không có delco.

2.1.2. Ưu điểm

          So với Hệ thống đánh lửa trước đó Hệ thống đánh lửa theo chương trình có những ưu điểm sau:

          - Góc đánh lửa được điều chỉnh tối ưu theo từng chế dộ hoạt động của động cơ.

          - Góc ngậm điện luôn được điều chỉnh theo tốc độ của động cơ và theo hiệu điện thế ácquy, đảm bảo điện áp thứ cấp có giá trị cao trong mọi thời điểm.

          - Động cơ khởi động dễ dàng, cầm chừng êm dịu, tiết kiệm nhiên liệu và giảm độc hại khí thải.

          - Công suất của động cơ và đặc tính động học của động cơ được cải thiện rõ rệt.

          - Có khả năng điều khiển chống kích nổ cho động cơ.

          - ít bị hư hỏng, tuổi thọ cao mà không cần bảo dưỡng.

          Với những ưu điểm nổi bật như vậy ngày nay Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử kết hợp với hệ thống phun xăng đã thay thế hoàn toàn Hệ thống đánh lửa bán dẫn thông thường, giải quyết yêu cầu ngày càng cao về độ độc hại của khí thải.

2.1.3. Sơ đồ hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển đánh lửa sớm bằng điện tử.

Hình 15

Chú thích:

1- Tín hiệu tốc độ của động cơ (NE)

2- Tín hiệu vị trí của píttông

3- Tín hiệu tải

4- Tín hiệu cảm biến vị trí cánh bướm ga

5- Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát

6- Tín hiệu acquy

7- Tín hiệu kích nổ

2.1.4. Các loại cảm biến được sử dụng trên hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển đánh lửa sớm bằng điện tử.

a. Cảm biến tốc độ của động cơ và cảm biến vị trí píttông:

          Cảm biến vị trí của píttông báo cho ECU biết vị trí của điểm chết trên hoặc trước điểm chết trên của píttông. Trong một số trường hợp, chỉ có vị trí của píttông xilanh số 1 (hoặc số 6) được báo về ECU, còn các vị trí xilanh còn lại sẽ được tính toán. Công dụng của cảm biến này là ECU xác định thời điểm đánh lửa vì vậy trong nhiều hệ thống điều khiển động cơ, số xung phát ra từ cảm biến phụ thuộc vào kiểu phun và thường bằng số lần phun trong một chu kỳ.

Cảm biến tốc độ của động cơ Engine speed  crankshaft angle sensor hay còn gọi là tín hiệu W1 dùng để báo tốc độ của động cơ để tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tói ưu và lượng nhiên liệu sẽ phun cho từng xilanh. Cảm biến này cũng được dùng vào mục đích điều khiển tốc độ cầm chừng hoặc cắt nhiên liệu cầm chừng cưỡng bức.

Có nhiều cách bố trí cảm biến G và NE trên động cơ: trong delco, trên bánh đà hoặc trên bánh răng cốt cam. Đôi khi ECu chỉ dựa vào một xung lấy từ cảm biến hoặc IC đánh lửa để xác định vị trí pitong lẫn tốc độ trục khuỷu. Cảm biến vị trí pitông và cảm biến tốc độ của động cơ có nhiều dạng khác nhau: cảm biến điện từ loại nam châm quay hoặc đứng yên, cảm biến quang, cảm biến Hall.