Đồ án
Đánh lửa lập trình
MỤC LỤC
CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 3
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐN ĐÁNH LỬA 3
CÔNG DỤNG , YÊU CẦU, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 3
LÝ THUYẾT ĐÁNH LỬA 5
CHƯƠNG II : HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH 16
SF 16
NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH 16
CẤU TẠO HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH 18
HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA SỚM ESA 62
PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH 71
PHẦN II: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI
CHƯƠNG I : KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐN ĐÁNH LỬA
CÔNG DỤNG , YÊU CẦU, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
1.1.1 Công dụng
Hệ thống đánh lửa trên động cơ có nhiệm vụ biến nguồn điện xoay chiều hoặc
một chiều có hiệu điện thế thấp (12 hoặc 24 V) thành các xung điện thế cao (từ 15.000
đến 40.000 V). Các xung hiệu điện thế cao này sẽ được phân bố đến bougie của các
xylanh đứng thời điểm để tạo tia lửa điện cao thế đốt cháy hòa khí.
1.1.2 Tổng quan hệ thống đánh lửa.
Trong động cơ xăng, hỗn hợp
không khí – nhiên liệu được đánh
lửa để đốt cháy và áp lực sinh ra từ
sự bốc cháy sẽ đẩy piston xuống.
Năng lượng nhiệt được biến thành
động lực có hiệu quả cao nhất khi áp
lực nổ cực đại được phát sinh vào

t
: nhiệt độ buồng đốt.
-
P
: Áp suất trên đường ống nạp.
-
wt
t
: nhiệt độ nước làm mát động cơ.
-
mt
t
: nhiệt độ môi trường.
-
n
: số vòng quay của động cơ.
-
0
N
: chỉ số octan của động cơ xăng.
a. Quá trình cháy của hòa khí.
Hình 1.1 : Góc đánh lửa sớm
• Giai đoạn cháy trễ
Sự bốc cháy của hỗn hợp không khí – nhiên
liệu không phải xuất hiện ngay sau khi đánh lửa .
Thoạt đầu , một khu vực nhỏ ( hạt nhân) ở sát ngay
tia lửa bắt đầu cháy, và quá trình bắt cháy này lan ra
khu vực xung quanh. Quãng thời gian từ khi hỗn hợp
không khí - nhiên liệu được đánh lửa cho đến khi nó
bốc cháy được gọi là giai đoạn cháy trễ ( khoảng A

1.1.4 Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa.
a. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U
m2
Hiệu điện thế thứ cấp cực đại
m
U
2
là hiệu điện thế cực đại đo được ở hai đầu
cuộn dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bougie. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại
m
U
2
phải đủ lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bougie, đặc
biệt là lúc khởi động.
b. Hiêu điện thế đánh lửa U
đl
.
Hiệu điện thế thứ cấp mà ở đó quá trình đánh lửa xảy ra, được gọi là hiệu điện
thế đánh lửa
đl
U
. Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tuân
theo định luật Pashen.
đl
U
=
K
T
P
δ

cực bougie bị mài mòn. Sau đó
đl
U
tiếp tục tăng do khe hở bougie tăng. Vì vậy để
giảm
đl
U
phải hiệu chỉnh lại khe hở bougie sau mỗi 10.000 km (đối với loại bougie
điện cực thường).
1.Toàn tải ; 2. Nửa tải ; 3. Tải nhỏ ; 4. Khởi động và cầm chừng
Hình 1.2 : Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa vào tốc độ và tải
của động cơ.
c. Hệ số dự trữ K
dt
Hệ số dự trữ là tỷ số giữa hiệu điện thế cực đại
m
U
2
và hiệu điện thế đánh lửa
đl
U
:
dt
K
=
đl
m
U
U
2

2
1
÷=
×
ng
IL
mJ
Trong đó:
-
dt
W
: Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp.
-
1
L

: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bobine.
-
ng
I
: Cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm transistor công suất
ngắt.
e. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S.
S
=
dt
du
2
=
t

nZ
f
=
Đối với động cơ 2 kỳ:

)(
60
Hz
nZ
f
=
Trong đó:
-
f
: Tần số đánh lửa.
-
n
: Số vòng quay trục khuỷu động cơ (min
1
)
- Z : Số xylanh động cơ
Chu kỳ đánh lửa
T
: là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa.
T
=
1
/
f
=

θ
Trong đó:
-
bđ
P
: Áp suất buồng đốt tại thời điểm đánh lửa.
-
bđ
t
: nhiệt độ buồng đốt.
-
P
: Áp suất trên đường ống nạp.
-
wt
t
: nhiệt độ nước làm mát động cơ.
-
mt
t

: nhiệt độ môi trường.
-
n
: số vòng quay của động cơ.
-
0
N
: chỉ số octan của động cơ xăng.
Ở các xe đời cũ, góc đánh lửa sớm chỉ được điều khiển theo hai thông số: tốc

-
P
W
: năng lượng tia lửa.
-
C
W
: năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện dung.
-
L
W
:năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện cảm.
-
2
C
:điện dung ký sinh của mạch thứ cấp của bougie.
-
đl
U
: hiệu điện thế đánh lửa.
-
2
L
: độ tự cảm của mạch thứ cấp.
-
2
i
:cường độ dòng điện mạch thứ câp.
Tùy loại hệ thống đánh lửa mà năng lượng tia lửa có đủ cả hai thành phần điện
cảm ( thời gian phóng điện dài) và điện dung ( thời gian phóng điện ngắn) hoặc chỉ có

: transistor công suất được điều khiển nhờ tín hiệu của
cảm biến hoặc vít lửa.

Hình 1.5 : Sơ đồ tương đương của mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa.
Khi transistor công suất dẫn, trong mạch sơ cấp sẽ có dòng điện
1
i
từ (+) accu
→
massTLR →→→
11
. Dòng
1
i
tăng từ từ do sức điện động tự cảm sinh ra trên cuộn
sơ cấp
1
L
chống lại sự tăng của cường độ dòng điện. Ở giai đoạn này, mạch thứ cấp
của hệ thống đánh lửa gần như không ảnh hưởng đến quá trình tăng dòng ở mạch sơ
cấp. Hiệu điện thế và cường độ dòng điện suất hiện ở mạch thứ cập không đánh kể nên
ta có thể coi mạch thứ cấp hở. Vì vậy, ở giai đoạn này ta có sơ đồ tương đương trình
bày trên hình 1.5. Trên sơ đồ, giá trị điện trở của accu được bỏ qua, trong đó:

f
RRR +=
Σ 1

Ta
UUU ∆−=

Σ
t
L
R
e
R
U
ti
1
1)(
1
Gọi
Σ
= RL /
11
τ
là hằng số điện từ của mạch.
)1)(/()(
1
/
1
τ
t
eRUti
−
Σ
−=
(2.2)
Lấy đạo hàm (2.2) theo thời gian t , ta được tốc độ tăng trưởng của dòng sơ cấp
(hình 1.5). Như vậy, tốc độ tăng dòng sơ cấp phụ thuộc chủ yếu vào độ tự cảm

τ
đ
t
ng
e
R
U
I
−
−
Σ
=
(2.3)
Trong đó:
) /(120 ZnTt
đđđ
γγ
==

T
: chu kỳ đánh lửa (s)

n
: số vòng quay trục khuỷu động cơ (min
-1
)

Z
: số xylanh của động cơ.


) (2.4)
Từ công thức (2.4), ta thấy
ng
I
phụ thuộc vào tồng trở của mạch sơ cấp (
Σ
R
),
độ tự cảm của cuộn dây sơ cấp(
1
L
), số vòng quay trục khuỷu động cơ(
n
), và số xylanh
(
Z
). Nếu
ZLR ,,
1Σ
không đổi thì khi tăng số vòng quay trục khủy động cơ (
n
), cường
độ dòng điện
ng
I
sẽ giảm.
Tại thời điểm đánh lửa, năng lượng đã được tích lũy trong cuộn sơ cấp dưới
dạng từ trường:
2
/

dt
ee
R
U
L
W
−−
Σ
+−×=
(2.5)
Trong đó:
-
dt
W
: Năng lượng tích lũy trong cuộn sơ cấp.
-
đ
đ
t
L
R
t
a
11
Σ
==
τ
Hàm
)(afW
dt

( dwell control ) hay còn gọi là
kiểm soát góc ngậm.
Lượng nhiệt tỏa ra trên cuộn sơ cấp của bobine
n
W
được xác định bởi công thức
sau:

∫
=
d
t
n
dtRiW
0
1
1
2dteeR
R
U
W
tt
t
n
)21(
11
/2/

ñ







−+−−=
−−
∑
)1(
2
)1(2
11
/2
1
/
1
1
2
2
ττ
ττ
ññ
ñ
tt
n
e
T

1
2
2
max
R
R
U
P
n
∑
≈
Thực tế khi thiết kế,
maxn
P
phải nhỏ hơn 30W để tránh tình trạng nóng bobine.
Vì nếu
WP
n
30
max
≥
, nhiệt lượng sinh trên cuộn sơ cấp lớn hơn nhiệt lượng tiêu tán.
Trong thời gian tích lũy năng lượng, trên cuộn thứ cấp cũng suất hiện một sức
điện động tương đối nhỏ, chỉ xấp xỉ 1.000 V.

dt
di
LKe
bb
1

: điện trở dò qua điện cực của bougie.
Hình 1.7: Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa
Bỏ qua hiệu điện thế accu vì hiệu điện thế của accu rất nhỏ so với sức điện
động tự cảm trên cuộn sơ cấp lúc transistor công suất ngắt. Ta xét trường hợp không
tải, tức là dây cao áp được tách ra khỏi bougie. Tại thời điểm transistor công suất ngắt,
năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn sơ cấp của bobine được chuyển thành năng
lượng điện trường chứa trên tụ điện C1 và C2 và một phần mất mát. Để xác định hiệu
điện thế thứ cấp cực đại
m
U
2
ta lập phương trình năng lượng lúc transistor công suất
ngắt:

A
UCUC
LI
mm
ng
++=
2
.
2
.
2
.
2
22
2
11

/WWK
bb
=
: hệ số biến áp của bobine.

21
,WW
: số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp.

2
22
2
2
2
11
2
.
.
.
m
bb
m
ng
UC
K
U
CLI
++=⇒

1

1
2
CKC
L
IKU
bb
ngbbm
+
=

η
.
.
.
2
2
1
2
1
2
CKC
IL
KU
bb
ng
bbm
+
=
η
: Hệ số tính đến sự mất mát trong mạch dao động,

2
. Tia lửa được đặc trung bởi sự sụt áp và tăng
dòng đột ngột . Dòng có thể đạt vài chục Ampere hình(1.9)
(KV)
t
U
2
m
U
ñl
I
ñl
I
ñc
a
b
U
2
m
20
12
1
l
2
, A
300
t
Hình 1.9 : Quy luật biến đổi hiệu điện thế U
m2
là cường độ dòng điện thứ cấp i

p
được tính bởi công thức:

dttiUW
tp
lp
)(
2
0
∫
=
ñ
p
t
: thời gian suất hiện tia lửa trên điện cực bougie
Trên thực tế, ta có thể sử dụng công thức gần đúng:

PtbPtbPtbP
tUIW 5,0≈
Trong đó:
PtbPtb
UI ,
và
Ptb
t
: lần lượt là cường độ dòng điện trung bình, hiệu điện thế
trung bình và thời gian xuất hiện tia lửa trung bình giữa hai điện cực của
bougie
Kết quả tính toán và thực nghiệm cho thấy rằng, ở tốc độ thấp của động cơ,
P

điều khiển, thì ECU phải xuất xung IGT điều khiển bóng Tr để thông mạch và ngắt
mạch sơ cấp của bobine ( Mitsubishi Lanser CC4G92, 4G93)
Trong trường hợp hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện (loại hai
bougie chung 1 bobine hoặc mỗi bobine ngồi trên đầu 1 bougie) thì ECU còn phải xuất
xung IGT đến từng IC đánh lửa theo thứ tự nổ của động cơ.
Hệ thống ESA phát hiện các điều kiện hoạt động của đông cơ căn cứ vào tín
hiệu của các cảm biến cung cấp, ESA điều khiển chính xác thời điểm đánh lửa để động
cơ có thể tăng công suất, làm sạch khí xả và ngăn chặn kích nổ một cách hiệu quả.
Hình 2.3 : So sánh hệ thống đánh lửa lập trình và hệ thống đánh lửa cơ khí
dùng bộ điều chỉnh đánh lứa sớm kiểu ly tâm và kiểu chân không
CẤU TẠO HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH
Hình 2.4 : Vị trí lắp đặt các cụm chi tiết
Hình 2.5 : Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa lập trình.

1.1.6 Cảm biến góc quay trục cam (G) và tốc độ động cơ (NE).
1.1.6.1 Nguyên lý chung để xác định tín hiệu G và NE
Trong hệ thống đánh lửa lập trình, tín hiệu G và NE là hai tín hiệu chính quyết
định thời điểm đánh lửa cơ bản. Để xác định hai tín hiệu này mỗi hãng lại có những
cách khác nhau nhưng đều dựa trên nguyên lý của 3 loại cảm biến sau:
1.Tín hiệu tốc độ động cơ.
2. Tín hiệu vị trí cốt máy
3. tín hiệu tải.
4. Tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga
5. Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát
6. Tín hiệu điện áp accu.
7. Tín hiệu kích nổ.
a. Cảm biến từ điện.
• Loại nam châm đứng yên.
Hình 2.6 : Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên.
Cảm biến bao gồm một rotor có số răng cảm biến tương ứng với số xylanh

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 2.7 C).
Khi rotor đi xa 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 2.7 D). Sức điện động sinh ra
ở hai đầu dây cuộn cảm biến phụ thuộc và tốc độ của động cơ.
Ở chế độ khởi động, sức điện động phát ra rất nhỏ, chỉ vào khoảng 0,5 (v). Ở
tốc độ cao lên khoảng vài chục Volt.
Hình 2.7 : Vị trí tương đối của rotor và cuộn dây nhận tín hiệu.
Hình 2.8 : Nguyên lý làm việc của cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên
Hình 2. 8 mô tả quá trình biến thiên của từ thông lõi thép và xung điện áp ở hai
đầu ra của cuộn dây cảm biến. Chú ý rằng, xung tín hiệu này khá nhọn.
Cảm biến từ điện loại nam châm đứng yên có ưu điểm là rất bền, xung tín hiệu
có dạng nhọn nên ít ảnh hưởng tới sự sai lệch về thời điểm đánh lửa. 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.
 Loại nam châm quay.
Hình 2. 9 : Cảm biến điện từ loại nam châm quay cho loại động cơ 8 xylanh.
1 . Rotor nam châm ; 2. Lõi thép từ ; 3.Cuộn dây cảm biến.
Đối với loại này, 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 thông
xuyên qua cuộn dây biến thiên tạo nên một sức điện động sinh ra trong cuộn dây. Do
từ thông qua cuộn dây đổi dấu nên sức điện động sinh ra trong cuộn dây lớn. Ở chế độ
cầm chừng, tín hiệu điện áp ra khoảng 2(v) . Xung điện áp có dạng trên hình 2.9.
Do tín hiệu điện áp ở chế độ khởi động lớn nên igniter dùng cho loại này ít bị
nhiễu. Tuy nhiên, xung tín hiệu điện áp không nhọn nên khi tăng tốc động cơ, thời
điểm đánh lửa sẽ thay đổi.
b. Cảm biến quang
Cảm biến quang bao gồm hai loại, khác nhau chủ yếu ở phần tử cảm quang :
- Loại sử dụng một cặp LED - photo transistor.
- Loại sử dụng một cặp LED – photo diode.

trong tấm bán dẫn sẽ bị tác dụng bởi lực Lawrence là
tích có hướng của hai vector
V
và
B
có chiều hướng từ dưới lên trên.

F
=q .
[ ]
VB.
Vector
B
vuông góc với vector
V
ta có thể viết:
F
L
= q.B.v
Trong đó: q là điện tích của hạt.
Như vậy, dưới tác dụng của lực Lawrence, các hạt điện tử sẽ bị dịch lên phía
trên của tấm bán dẫn khiến giữa hai bề mặt A
1
và A
2
xuất hiện hai lớp điện tích trái
dấu. Sự xuất hiện hai lớp điện tích trái dấu này tạo ra một điện trường E giữa hai bề
mặt giữa A
1
và A


⇒
U
H
= B.v.a (2.1)
Từ định nghĩa cường độ dòng điện ta có :
I
v
= j.S
I
v
= q.
ρ
.v.a.d
Hình 2.12: Hiệu ứng Hall

⇒
v =
d.a.v q
I
v
ρ
(2.2)
Trong đó:
- j: vectơ mật độ dòng điện.
-
ρ
: mật độ của hạt điện tử.
- d: bề dầy của tấm bán dẫn.
- a : chiều cao của tấm bán dẫn.

hở của nam châm và IC hall ( hình 2.13 b).
Hình 2.13 a : Sơ đồ cấu tạo cảm biến Hall
1 . Phần tử Hall ; 2. Ổn áp ; 3. Op- Amp ;4. Bộ sử lý tín hiệu

Trích đoạn PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH

---