TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Khoa Cơ khí
Phạm Văn Thành
CK43-ĐLOT Đề tài :

T
T
H
H
I
I
Ế
Ế
T
TK
K
Ế

N
H
HH
H
Ọ
Ọ
C
CC
C
Ụ
ỤH
H
Ệ
ỆT
T
H
H
Ố

UC
C
H
H
O
OP
P
H
H
Ò
Ò
N
N
G
GT
T
H
H
Ự
Ự
C

Y
Ê
Ê
N
NN
N
G
G
À
À
N
N
H
HB
B
Ộ
ỘM
M
Ô
Ô
N


Đ
Đ
Ạ
Ạ
I
IH
H
Ọ
Ọ
C
CN
N
H
H
A
AT
T
R
R
A

NHẬN XÉT
Kết luận:

Nha Trang, ngày tháng năm 2007
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Th.s. Mai Sơn Hải



PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Phạm Văn Thành. Lớp : CK43-DLOT
Chuyên ngành : Kỹ thuật Ô tô. Mã ngành : 18.02.10
Tên đề tài : Thiết kế chế tạo mô hình học cụ Hệ thống đánh lửa ECU
cho phòng thực tập điện chuyên ngành Bộ môn Kỹ thuật ô tô Đại học

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã không ngừng thúc đẩy
việc tìm tòi nghiên cứu. Việc áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật cao
vào ngành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp ô tô nói riêng, đã đạt
được những kết quả mỹ mãn, đặc biệt là lĩnh vực kỹ thuật điện tử đóng vai
trò quan trọng trong công cuộc đổi mới của ngành công nghiệp này.
Qua quá trình học tập ở trường với những kiến thức đã học và đặc biệt
qua các đợt đi thực tập: thợ cơ khí, thực tập chuyên ngành và thực tập tổng
hợp. Em cảm thấy mình sử dụng các kiến thức đã tích luỹ để có thể thiết kế
chế tạo mô hình học cụ hệ thống đánh lửa ECU. Đây cũng là mong muốn của
em đóng góp một phần nhỏ bé của mình vào sự nghiệp đào tạo của nhà
trường.
Có thể nói sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô mà đặc biệt là lĩnh
vực điện - điện tử trên ôtô là sự phát triển không ngừng, luôn luôn đổi mới để
đáp ứng nhu cầu và thị hiếu của người sử dụng. Việc tìm hiểu nghiên cứu hệ
thống đánh lửa điện tử trên ôtô trong học tập của sinh viên ngành cơ khí Kỹ
thuật ôtô, cũng như của sinh viên học nghề sửa chữa ôtô là không thể thiếu
được. Đồng thời để nâng cao kiến thức, nắm vững cả lý thuyết và thực hành
thì việc tạo điều kiện cho sinh viên tiếp xúc với mô hình hệ thống đánh lửa là
hết sức cần thiết.
Để đáp ứng phần nào cho việc giảng dạy cũng như thực hành. Em
được khoa Cơ khí trường đại học Nha Trang giao cho đề tài:” Thiết kế chế
tạo mô hình học cụ Hệ thống đánh lửa ECU cho phòng thực tập điện chuyên
ngành Bộ môn Kỹ thuật ô tô Đại học Nha Trang”.
Mục đích vận dụng kiến thức đã học vào thực tế để hàon chỉnh và nâng
cao chuyên môn của người thực hiện đồng thới góp phần nâng cao hiệu quả
sử dụng thiết bị.
Nội dung thực hiện đề tài:
1. Nội dung thực hành hệ thống đánh lửa ô tô.





DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Thuật ngữ đầy đủ Ký hiệu
Hệ thống đánh lửa HTDL
Electronic Control Unit ECU
Battery B
Ignition/swich IG/SW
Group(crankshafr Angle Signal G
Number Of Engine Revolution Signal Ne
Ignititon Timing Signal IGT
Earth. (Ground) E
Tachomater EXT
Coil C
Điện trở R
Diode
Hình vẽ H
Light Emitting Diode LED
Tài liệu tham khảo TL


Trang -8-
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
I.1. CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
I.1.1. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U
2m
:
Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U
2m
là hiệu điện thế ở hai đầu cuộn
dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi. Hiệu điện thế cực đại
U
2m
phải lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực
của buj, đặc biệt lúc khởi động.
I.1.2. Hiệu điện thế đánh lửa U
dl
:
Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa được xảy ra
được gọi là hiệu điện thế đánh lửa (U
dl
). Hiệu điện thế đánh lửa là một
hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, theo định luật Pashen.

T
P
KU
dl
δ. H. I -1. Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa và tốc độ và tải động cơ.
1. Toàn tải; 2. Nửa tải; 3. Khởi động và cầm chừng.
Sau khi đó U
dl
tiếp tục tăng do khe hở bugi tăng. Vì vậy để giảm U
dl

phải hiệu chỉnh lại khe hở bugi sau mỗi 10.000 km.
I.1.3. Hệ số dự trữ K
dt:
Hệ số dự trữ là tỷ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại U
2m
và hiệu
điện thế đánh lửa U
dl
:

dl
m
dl
U
U
K
2
=
Đối với hệ thống đánh lửa thường, do U

 W
dl
: Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp.
U
KV
16
8
1000 2000 3000 n(v/p)
4
1
2
3


Trang -10-
 L
1
: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bobin.
 I
ng
: Cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm công suất ngắt.
I.1.5. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S:

[ ]
msV
t
U
dt
du
S /600÷300=

60
=
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 : là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa.

md
tt
f
T +==
1

 t
d
: thời gian công suất dẫn.
 t
m
: thời gian công suất ngắt.


Trang -11-
Tần số đánh lửa f tỷ lệ thuận với quay trục khuỷu động cơ và số vòng
quay xylanh. Khi tăng số vòng quay của động cơ và số xylanh, tần số đánh
lửa f tăng và do đó chu kỳ đánh lửa T giảm xuống. Vì vậy, khi thiết kế cần
chú ý đến 2 thông số chu kỳ và tần số đánh lửa để đảm bảo ở số vòng quay
cao nhất của động cơ tia lửa vẫn mạnh.

 t
mt
: Nhiệt độ môi trường.
 n: Số vòng quay động cơ.
 N
o
: Chỉ số octan của xăng.
Ở các đời xe cũ, góc đánh lửa sớm chỉ số được điều khiển theo hai
thông số: tốc độ và tải động cơ.Tuy nhiên, hệ số đánh lửa ở một số xe
(Toyota, honda…),có trang bị thêm van nhiệt và sử dụng bộ phận đánh lửa
sớm theo hai chế độ nhiệt độ. Trên các đời xe mới, góc đánh lửa sớm được
điều khiển bằng điện tử nên góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh theo thông
số nêu trên.


Trang -12-
I.1.8. 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 thành phần điện cảm. Năng lượng của tia lửa được tính theo công
thức:
W
P
= W
C
+ W
L


 U
đl
: Hiệu điện thế đánh lửa.
 L
2
: Độ tự cảm của mạch thứ cấp (H).
 i
2
: Cường độ dòng điện mạch thú cấp (A).
Tuỳ thuộc vào loại hệ thống đánh lửa mà tăng năng lượng tia lửa có đủ
hai thành phần hoặc chỉ có một thành phần điện cảm hoặc điện dung.
Thời gian phóng điện giữa hai điện cực của bugi tuỳ thuộc vào loại hệ
thống đánh lửa. Tuy nhiên hệ thống đánh lửa phải đảm bảo năng lượng tia
lửa đủ lớn và thời gian phóng điện đủ dài để đốt cháy được hoà khí ở mọi
chế độ hoạt động của động cơ.
I.2. LÝ THUYẾT VỀ ĐÁNH LỬA TRÊN ÔTÔ
Trong động cơ xăng, hoà khí sau được đưa vào trong xylanh và
được trộn đều nhờ sự xoáy lốc của dòng khi sẽ được piston nén lại.Ở một
thớ điểm thích hợp cuối thì nén, HTĐL sẽ cung cấp một tia lửa cao thế sẽ
đốt cháy hoà khí và sinh công cho động cơ. Để tạo được tia lửa điện giữa
hai cực của bugi. Quá trình đánh lửa được chia ra làm ba giai đoạn là quá


Trang -13-
trình tăng trưởng của dòng sơ cấp, quá trình ngắt dòng sơ cấp và thời kỳ
xuất hiện tia lửa điện ở cực bugi.
I.2.1. Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp:
- Sơ đồ hệ thống:
1
. 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 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 được trình bày
trên. Trên sơ đồ giá trị điện trở trong của acquy được bỏ qua.

SW R
f
Đến bộ
chia
L
1
R
L
2
Bobin
IC đánh lửa
T
Acquy
Cảm biến


Trang -14-
Trong đó:
R
Σ
= R


( )
( )
te
U
ti
LR
1Σ
/-
Σ
1
-1
R
= (1.1)
Gọi =
Σ
1
1
1
1
τ
τ
t
e
R
L
(1.2)
Lấy đạo hàm (1.2) theo thời gian t, ta được tốc độ tăng trưởng của
dòng sơ cấp.
Đồ thị cho thấy độ tự cảm L

H. I - 4. Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp i
1 ( )
1
/
1
R
tt
ng
d
e
U
I =
Σ
(1.3)
Trong đó: t
d
= γ
d
. T = γ
d
. 120/ (n.Z) (1.3a)

Từ biểu thức (1.4) ta thấy I
ng
phụ thuộc vào tổng trở của mạch sơ cấp
( R

). Độ tự cảm của cuộn sơ cấp (L
1
), số vòng quay trục khuỷu động cơ
(n), và số xylanh (z). Nếu R
Σ
, L
1
, Z là không đổi thì khi tăng số vòng quay
trục khuỷu động cơ (n) cường độ dòng điện I
ng
sẽ giảm.Tại thời điểm đánh
lửa, năng lượng đã được tích luỹ trong cuộn dây sơ cấp dưới dạng từ
trường:
I
1
(t)
R
U

L
a

L
b
> L

)2-1(
R
.
2
=W
2
2
Σ
2
1
dt
aa
ee
U
L
+
Trong đó:
 W
dt
: năng lượng tích luỹ trong cuộn dây sơ cấp.

d
d
t
L
R
t
t
a
11

m
: điện trở mất mát. R
r
: điện trở rò qua điện cực bugi.
Bỏ qua hiệu điện thế của acquy vì hiệu điện thế của acquy rất nhỏ so
với hiệu điện thế trên cuộn sơ cấp lúc transistor công suất ngắt, ta xét
R
1
R
2
R
m
i
1
i
2
R
r
Bugi

C
2
L
1
C
1
L
2
S


Trong đó:
 C
1
: là điện dung của tụ điện lúc mắc song song với vít lửa
hoặc transistor công suất
 C
2
: là điện dung ký sinh trên mạch thứ cấp.
 U
1m
, U
2m
: là hiệu điện thế trên mạch sơ cấp và thứ cấp lúc
transistor công suất ngắt.
 A: là năng lượng mất mát do dòng rò, dòng fuco trong lõi thép
của bobin…
 U
2m
= K
bb
. U
1m

 K
bb
= W
2
/W
1
: hệ số biến áp của bobin.

2
CK
KU
CKC
L
IKU
C
K
C
L
IU
UC
K
U
CLI
bb
bbm
bb
ngbbm
bb
ngm
m
bb
m
ng
+
=⇒
+
=⇒
+

2
. U
2
dl
)/2 nhưng công suất phát ra
bởi thành phần điện dung của tia lửa nhờ thời gian rất ngắn (1s) nên có
thể đạt hàng chục, hàng trăm kV. Tia lửa điện dung có màu xanh xám kèm
theo tiếng nổ lách tách đặc trưng. Dao động với tần số cao (10
6
÷ 10
7
Hz)
và dòng lớn, tia lửa điện dung gây nhiễu vô tuyến và mài mòn điện cực
bugi. Để giải quyết vấn đề vừa nêu, trên mạch thứ cấp ( như nắp delco, mỏ
quẹt, dây cao áp) thường được mắc thêm các điện trở. Do tia lửa điện xuất
hiện trước khi hiệu điện thế thứ cấp đạt giá trị U
2m
nên năng lượng của tia
lửa điện dung chỉ là một phần nhỏ của năng lượng tích luỹ trong bugi.
Phần năng lượng còn lại sẽ hình thành tia lửa điện cảm. Dòng điện qua
bugi lúc này chỉ vào khoảng 20 ÷ 40 mA. Hiệu điện thế giữa hai cực bugi
giảnm nhanh đến giá trị 400 ÷ 500V. Thời gian kéo dài của tia lửa điện cảm
gấp 100 đến 1000 lần thời gian tia lửa điện dung và thời gian này phụ thuộc
vào loại bobin, khe hở bugi và chế độ làm việc của động cơ. Thường thì
thời gian tia lửa điện cảm vào khoảng 1÷ 1,5 ms. Tia lửa điện cảm có màu
vàng tím, còn được gọi là đuôi lửa.


Trang -19-
Trong thời gian xuất hiện tia lửa điện, năng lượng tia lửa W

ptb
, t
ptb
: lần lượt là cường độ dòng điện trung bình, hiệu điện
thế trung bình và thời gian xuất hiện tia lửa điện trung bình giữa hai điện
cực bugi. Kết quả tính toán thực nghiệm cho thấy rằng ở tốc độ thấp của
động cơ, W
P
có giá trị khoảng 20 ÷ 50 mJ.
I.3. HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ
I.3.1. HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA BÁN DẪN ĐIỀU KHIỂN KIỂU
TRỰC TIẾP.
a. Hệ thống đáng lửa bán dẫn có vít điều khiển.
- Sơ đồ cấu tạo:

H. I - 6. Sơ đồ 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 vẫn còn nhiều loại xe cũ trước kia trang bị hệ
thống này.
K
I
b
I
c

không đội, tiếp điểm K đóng, sẽ xuất hiện dòng điện qua cực gốc qua
transistor theo mạch sau:
(+) accu→ SW → R
f
→ W
1
→ cực E → cực B → R
b
→ K → (-) accu. R
b

là điện trở điện cực tính toán cho dòng I
b
vừa đủ để transistor dẫn bão hòa.
Khi transistor
dẫn dòng qua cuộn sơ cấp đi theo mạch: (+)accu → SW → R
f
→ W
1
→ cự
E → cực C → mass (- Accu). Dòng sơ cấp của bobin có thể tính bằng tổng
dòng điện I
b
+ I
c
của transistor T. dòng điện này tạo nên một năng lượng
tích lũy trong từ trường trên cuộn dây sơ cấp của bobin khi tiếp điểm K mở,
dòng I
b
= 0, transistor T khóa lại sơ cấp I

áp hoặc tín hiệu dòng điện vào đúng thời điểm đánh lửa để gửi về Igniter
điều khiển các transistor.
Công suất đóng hoặc mở. Thông thường, trong hệ thống đánh lửa
người ta dùng cảm biến Hall, cảm biến điện từ, cảm biến quang, cảm biến
từ trở trong đó ba loại cảm biến hay được dùng phổ biến nhất là: cảm biến
Hall, cảm biến điện từ, cảm biến quang.
Ngoài công dụng phát yín hiệu đánh lửa, các cảm biến nay còn có
thể dùng để xác định số vòng quay động cơ, vị trí trục khuỷu, thời điểm
phun của kim xăng.
- Sử dụng loại cảm biến điện từ:
+ Loại nam châm đứng yên:
Cảm biến được đặt trong delco bao gồm một số roto có răng cảm
biến tương ứng với số xylanh động cơ, một cuộn dây cuốn quanh lõi sắt từ
(hoặc một thanh nam châm).
H. I - 7. Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên.
Đ
i
ện

áp
ra d

Trang -22-
Cuộn dây và lõi thép được đặt đối diện với răng cảm biến của roto và
được cố định trên vỏ delco. Khi roto quay, các răng cảm biến sẽ 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 ÷ 0,5) mm.
Khi roto ở vị trí như H.I -7, điện áp trên cuộn dây cảm biến bằng
không. Khi răng cảm biến của roto, tiến lại gần cực của lõi thép, khe hở
giữa roto và lõi thép giảm dần và từ trường mạnh lên. Sự biến thiên của từ
thông xuyên qua cuộn dây sẽ tạo nên một sức điện động e.
Công thức



d
d
nke 
Trong đó:
 k: là hệ số phụ thuộc chất liệu từ của lõi thép và khe hở
giữa lõi thép và răng cảm biến của roto.
 ω: số vòng dây quấn trên lõi thép từ.
 n: Tốc độ quay của roto.



d
d
: Độ biến thiên của từ thông trong lõi thép.
- Loại cảm biến Hall:
Sử dụng loại nam châm quay.








du
d


min






du
d




Trang -23-
châm quay, từ trường xuyên qua cuộn dây cảm biến biến thiên tạo nên một
sức điện động trong cuộn dây. Do đó 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 là khoảng 2V.
Do tín hiệu điện áp ở chế độ khởi động lớn nên loại này ít bị nhiễu,
xung tín hiệu điện áp là không được nhọn nên khi tăng tốc động cơ thời
H.I -9. Cảm biến 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.

H.I-10. Sơ đồ nguyên lý làm việc của cảm biến quang.
Hình I - 10 là sơ đồ mạch của một loại cảm biến quang. Cảm biến
bao gồm hai đầu dây: một đầu dương (v
cc
), một đầu tín hiệu(V
out
) và một
đầu mass. Khi đĩa cảm biến chắn ánh sáng từ LED qua photo diode D
2
. D
2
không dẫn điện áp tại điểm b (U
b
) sẽ thấp hơn điện áp U
s
trên Op –ampA,
nên Op - amp A không phát tín hiệu làm transistor T ngắt, tức V


D
1
D
1
R
3
R
5
R
4
-
U
s
+

T

A

V
cc
Mass

V
OUT


Trang -25-
Bugi

hiệu cần thiết như số vòng quay động cơ, vị trí cốt máy, lượng gió nạp,
nhiệt độ động cơ… Tín hiệu vào càng nhiều thì việc xác định góc đánh lửa
sớm tối ưu càng chính xác. Sơ đồ hệ thống đánh lửa sớm bằng điện tử có
thể chia làm ba phần: tín hiệu vào (input signal), ECU và tín hiệu từ ECU
ra điều khiển Igniter (output signal)

H.I -11. Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc
đánh lửa sớm bằng điện tử.
1.Tín hiệu số vòng quay động cơ (NE).
2.Tín hiệu vị trí cốt máy (G)
3. Tín hiệu tải.
4. Tín hiệu từ cảm biến vị trí cánh bướm ga.
5. Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát.
6. Tín hiệu điện acquy.
7. Tín hiệu kích nổ.