1 sơ l ợc hệ thống trang bị điện ô tô Công nghiệp ô tô máy kéo phát triển, kết cấu ô tô máy kéo hoàn thiện, mức độ điện khí hoá, điện tử hoá chúng cao Yêu cầu mặt tiện nghi, tính an toàn chuyển động lớn hệ thống trang thiết bị điện ô tô máy kéo phức tạp đại Nếu nh ô tô máy kéo đầu tiên, trang thiết bị điện hầu nh phận để châm lửa hỗn hợp cháy thô sơ dây đốt, ngày ô tô máy kéo, điện đà đ ợc sử dụng để thực nhiều chức khác nhau, nh : châm lửa hỗn hợp làm việc xi lanh; khởi động động cơ; chiếu sáng báo hiệu nh để đảm bảo làm việc dụng cụ đo, kiểm tra trang thiết bị phụ khác xe T ơng ứng với chức đó, ô tô máy kéo có trang bị hệ thống nh sơ đồ sau: - Hệ thống đánh lửa: gồm phận nh : biến áp đánh lửa, chia điện, cấu điều chỉnh góc đánh lửa sớm, bugi dây cao áp Ngoài hệ thống đánh lửa bán dẫn có thêm hộp đảo mạch bán dẫn - Hệ thống cung cấp điện: gồm ắc quy, máy phát điều chỉnh ®iƯn - HƯ thèng khëi ®éng: gåm m¸y khëi ®éng điện, cấu điều khiển, rơ le, công tắc cấu hỗ trợ khởi động khác Mạng điện - Hệ thống kiểm tra theo dõi: gồm đồng hồ báo: áp suất dầu, nhiệt độ n ớc, mức nhiên liệu, tốc độ, ; Các cảm biến để chuyển đổi tín hiệu phi điện thành điện truyền đến đồng hồ, đèn cảm biến báo nguy hiểm (khi áp suất dầu tụt giới hạn cho phép, nhiệt độ n ớc làm mát cao, ) - HƯ thèng chiÕu s¸ng - tÝn hiƯu: gồm loại đèn còi, công tắc, rơ le, cầu chì, - Hệ thống thiết bị phụ: nh gạt n ớc lau kính, nâng bạt, nâng kính, mở cửa xe, quạt, rađiô, tivi cát sét, máy điều hoà, Trang bị điện điện tử ôtô Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Các hệ thống hợp thành hệ thống thống hệ thống trang bị điện ô tô máy kéo với hai phần là: nguồn điện (hệ thống cung cấp) phận tiêu thụ điện (các hệ thống khác) Trong phận tiêu thụ điện máy khởi động phận tiêu thụ điện mạnh (dòng điện cung cấp ắc quy khởi động tới 400 600A động xăng, 2000A với động diesel điện áp nguồn 24V) Bộ phận tiêu thụ điện thứ hai có vai trò đặc biệt quan trọng nh ng lại không đáng kể công suất dòng tiêu thụ hệ thống đánh lửa (khi động làm việc bình th ờng, để châm lửa hỗn hợp cháy tia lửa điện cần có l ợng khoảng 0,003J đủ) Khâu trung gian nối phận tiêu thụ nguồn điện mạng l ới điện, bao gồm: dây dẫn, công tắc, chuyển mạch, cấu bảo hiểm phân phối khác Mạng điện ô tô máy kéo nói chung đ ợc thực theo sơ đồ đ ờng dẫn, tức là: có đ ờng dẫn nối từ cực nguồn đến tất phận tiêu thụ Cực thứ hai nguồn phận tiêu thụ điện đ ợc nối với khối l ợng kim loại xe, th ờng khung vỏ (còn gọi mát) - tức khung vỏ xe đ ợc dùng làm đ ờng dẫn thứ hai (hình 1.1) Mát - M M Nguồn Ơ = Các phận tiêu thụ điện Hình 1.1 Sơ đồ đấu dây mạng điện ô tô máy kéo Hệ thống đ ờng dẫn có u điểm là: cho phép tiết kiệm dây dẫn, giảm đ ợc tiêu tốn đồng giảm đ ợc trọng l ợng giá thành hệ thống dẫn điện, giảm đ ợc số l ợng chi tiết thời gian nèi ghÐp chóng Tuy vËy, nã cã nh ỵc điểm là: làm tăng khả chập mạch dây dẫn mát xe Về mặt cực tính, mát đ ợc nối với cực âm cực d ơng nguồn u nh ợc điểm hai cách nối vấn đề tranh cÃi Vì cách chọn cực tính mát chủ u phơ thc vµo trun thèng kü tht cđa nhµ chế tạo tính thống hoá sản phẩm Đa số xe th ờng gặp mát có cực tính âm, tức đ ợc nói với cực âm nguồn Trang thiết bị điện ôtô máy kéo trung bình chiếm khoảng 15 25% giá thành ô tô máy kéo khoảng 20 25% số l ợng h hỏng chung xe máy xảy trình vận hành Vì thế, bên cạnh biện pháp nâng cao chất l ợng chế tạo áp dụng kỹ thuật công nghệ mới, việc nghiên cứu, tìm hiểu trang thiết bị điện, nắm vững nguyên lý làm việc, nguyên tắc vận hành bảo d ỡng sửa chữa chúng điều cần thiết để nâng cao độ tin cậy hiệu làm việc ô tô máy kéo Trang bị điện điện tử ôtô Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Chú ý: - Trên ô tô máy kéo đại nay, phát triển v ợt bậc kỹ thuật điện tử, yêu cầu ngày cao an toàn chuyển động, giảm nhẹ điều khiển, giảm mức độ ô nhiễm môi tr ờng, tiết kiệm nhiên liệu tăng tiện nghi, nên mức độ tự động hoá điện tử hoá ô tô cao - Để phục vụ vấn đề điều khiển tự động, giảm nhẹ điều khiển, tăng an toàn chuyển động tiện nghi, trang thiết bị điện, điện tử không đ ợc sử dụng giới hạn số hệ thống nh ô tô máy kéo cổ điển mà đà thâm nhập, lan rộng sang nhiều hệ thống kh¸c nh : hƯ thèng trun lùc, hƯ thèng phanh, hệ thống treo, hệ thống lái, - Để hạn chế mức độ gây ô nhiễm môi tr ờng khí thải giảm suất tiêu hao nhiên liệu, trang thiết bị điện điện tử đà đ ợc sư dơng ®Ĩ ®iỊu khiĨn tù ®éng, tèi u chÕ độ làm việc động theo thay đổi yếu tố liên quan - Cùng với phát triển mức độ hoàn thiện mình, trang thiết bị điện điện tử ô tô không tồn d ới dạng phận, cụm t ơng đối độc lập chức nh tr ớc mà đà đ ợc kết hợp lại d ới dạng vi mạch tích hợp, đ ợc xử lý điều khiển thống xử lý trung tâm hay máy tính làm việc theo ch ơng trình đà đ ợc xây dựng sẵn - Mặc dù đ ợc điện tử hoá nhiều hay đ ợc tích hợp lại mặt kết cấu, nh ng nguyên lý làm việc hệ thống chức trang thiết bị điện điện tử ô tô máy kéo nói chung không thay đổi Vì vậy, giới hạn khối l ợng thời gian nên giáo trình nghiên cứu hệ thống trang thiết bị điện điện tử ô tô d ới dạng hệ thống t ơng đối độc lập chức nh ô tô cổ điển Các hệ thống tích hợp, chức đại nh hệ thống điều khiển tự động động cơ, hệ thống phun nhiên liệu điều khiển ®iƯn tư, hƯ thèng tù ®éng ®iỊu khiĨn ly hỵp hép sè, ®iỊu chØnh ®é cøng hƯ thèng treo, hƯ thèng chèng h·m cøng b¸nh xe phanh, sÏ đ ợc nghiên cứu chi tiết giáo trình riêng Cách tiếp cận nh giúp cho ng ời học không nắm đ ợc kiến thức cốt lõi, hiểu đ ợc nguyên lý làm việc hệ thống trang thiết bị điện ô tô để dễ dàng phân tích nắm bắt hệ thống đại phức tạp mà thấy đ ợc lịch sử phát triển nh trình hoàn thiện đại hoá trang thiết bị điện điện tử ô tô Trang bị điện điện tử ôtô Biên soạn : TS Ngun Hoµng ViƯt HƯ thèng cung cÊp Hệ thống cung cấp điện ô tô có sơ đồ nh hình 2.1: sơ đồ a dùng với máy phát điện chiều, sơ đồ b- dùng với m¸y ph¸t xoay chiỊu cã chØnh l u b¸n dÉn Đến phụ tải Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp với máy phát điện chiều 1- Máy phát; 2- Bộ ắc quy; 3- Đồng hồ am pe; 4- Bộ điều chỉnh điện Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống cung cấp với máy phát điện xoay chiều 1- Máy phát; 2- Bộ điều chỉnh điện; 3- Khoá điện; 4- Đồng hồ am pe; 5- Phụ tải Trang bị điện điện tử ôtô Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Hai sơ đồ có cách nối dây khác nh ng bao gồm hai nguồn l ợng ắc quy máy phát mắc song song Tuỳ thuộc vào giá trị phụ tải chế độ làm việc ô tô máy kéo, mà ắc quy, máy phát riêng biệt đồng thời hai cung cấp l ợng cho phận tiêu thụ (phụ tải) Ngoài ra, hệ thống cung cấp có: - Bộ điều chỉnh điện (BĐCĐ) làm nhiệm vụ: phân phối chế độ làm việc ắc quy máy phát; hạn chế ổn định hiệu máy phát để đảm bảo an toàn cho trang thiết bị điện xe; hạn chế dòng điện máy phát để đảm bảo an toàn cho cuộn dây - Dụng cụ đo, kiểm tra: ampe kế đèn tÝn hiƯu cho phÐp kiĨm tra sù lµm viƯc cđa ắc quy thông qua gía trị dòng phóng nạp - Công tắc cắt mát: dùng để cắt cực âm ắc quy với mát ô tô máy kéo không làm việc 2.1 ắc quy 2.1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu 2.1.1.1 Công dụng: Trong hệ thống điện ô tô máy kéo, ắc quy nguồn l ợng phụ, dùng để: - Cung cấp l ợng cho máy khởi động khởi động động cơ; - Cung cấp l ợng cho tất phụ tải khác động không làm việc làm việc số vòng quay nhỏ; - Nếu phụ tải mạch lớn công suất máy phát, ắc quy với máy phát cung cấp cho phụ tải 2.1.1.2 Phân loại: ắc quy ô tô máy kéo ắc quy khởi động, khác ắc quy dùng cho thiết bị khác + Theo tính chất dung dịch điện phân, ắc quy đ ợc chia loại: - ắc quy a xít: dung dich điện phân a xít H2SO4 - ắc quy kiềm: dung dịch điện phân KOH NaOH So sánh hai loại ắc quy a xít kiềm ắc quy a xít có suất điện động ngăn cao (~2V), điện trở nhỏ hơn, nên phóng với dòng lớn độ sụt ít, chất l ợng khởi động tốt ắc quy kiềm có suất điện động ngăn khoảng 1,38V, giá thành cao (2 lần) phải sử dụng loại vật liệu quý nh bạc, niken, cađimi, điện trở lớn Tuy vậy, ắc quy kiềm có độ bền học tuổi thọ cao (4 lần), làm việc tin cậy + Các ắc quy a xÝt, theo vËt liƯu vá b×nh chia ra: vá êbônít, cao su cứng hay vật liệu tổng hợp khác + Các ắc quy kiềm, theo vật liệu cấu tạo cực chia loại: - Sắt - Niken (Fe - Ni); - Ca®imi - Niken (Cd - Ni); - Bạc - kẽm (Ag - Zn) Ngoài ắc quy phân loại theo hiệu, theo dung l ợng, theo vật liệu cách, Trang bị điện điện tử ôtô Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 2.1.1.3 Yêu cầu: Các ắc quy dùng ô tô máy kéo có nhiệm vụ quan trọng cung cấp l ợng cho máy khởi động khởi động động cơ, với dòng tiêu thụ lớn từ 400 600A, chí có tr ờng hợp tới 2000A, ắc quy ô tô máy kéo tr ớc hết phải đảm bảo yêu cầu: - Phải có khả thêi gian ng¾n tõ 10 S, cung cÊp mét dòng phóng lớn (t ơng ứng với dòng khởi động) mà sau trạng thái kỹ thuật chúng hầu nh không thay đổi; - Có điện trở nhỏ, ®Ĩ phãng víi dßng lín ®é sơt thÕ sÏ bé, đảm bảo khởi động dễ dàng động điều kiện sử dụng Các ắc quy có đặc điểm đ ợc gọi ắc quy khởi động Ngoài ắc quy phải: - Có điện dung lớn với khối l ợng kích th ớc t ơng đối bé; - Có điện ổn định, t ợng tự phóng điện không đáng kể; - Làm việc tin cậy nhiệt độ môi tr ờng dao động giới hạn rộng; - Phục hồi nhanh chóng điện dung đ ợc nạp điều kiện sử dụng khác nhau; - Đơn giản bảo d ỡng sửa chữa; - Có độ bền học cao, chịu đ ợc rung sóc, thời hạn phục vụ lớn giá thành rẻ 2.1.2 ắc quy axít 2.1.2.1 Nguyên lý làm việc trình điện hoá ắc quy Nguyên lý làm việc ắc quy dựa sở t ợng phân cực điện cực điện phân Sơ đồ nguyên lý ắc quy a xít đơn giản nh hình 2.3 ắc quy gồm hai cực chì đặt bình làm vật liệu cách điện chịu a xít Khi đổ vào bình dung dịch điện phân hỗn hợp a xít H2SO4 n ớc cất cực chì bị ô xy hoá d ới tác dụng a xít Trên bề mặt chúng tạo thành lớp sun phát chì PbSO4 có màu xám nhạt Nồng độ dung dịch điện phân lúc giảm l ợng a xít đà tham gia phản ứng với chì để tạo thành muối Quanh điện cực dung dịch loÃng, hầu nh có n ớc nguyên chất, phân ly thành ion H+ OH- Nếu nối cực ắc quy nh với máy phát hay nguồn điện chiều đó, d ới tác dụng điện áp nguồn, điện tử theo mạch chuyển động đến cực âm ắc quy dung dịch ion mang điện chuyển động đén điện cực trái dấu với - Tại cực âm: ion d ơng hoá trị (Pb2+) nhận điện tử trở thành chì nguyên chất, ion H+ SO42- kết hợp tạo thành a xít, tức có thÓ viÕt: PbSO4 (Pb2+ + SO42-) + 2e + 2H+ > Pb + H2SO4 - Tại cực d ơng: ion d ơng hoá trị (Pb2+) cho điện tử, bị ô xy hoá thành ion hoá trị (Pb4+) kết hợp với ion OH- tạo thành ô xýt chì PbO2 n ớc đây, ion H+ SO42- kết hợp tạo thành a xít làm tăng nồng độ dung dịch, tức cã thÓ viÕt: PbSO4 (Pb2+ + SO42-) - 2e + 4OH- + 2H+ > PbO2 + 2H2O + H2SO4 Trang bị điện điện tử ôtô Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Quá trình trình nạp ắc quy Sau nạp no, phản ứng biến đổi hoá học kết thúc cực d ơng trở thành ô xýt chì có màu nâu thẫm, cực âm chì nguyên chất có màu ghi đá Lúc nồng độ dung dich không tăng lên tiếp tục nạp xảy t ợng phân giải (điện phân) n ớc thành hyđrô ô xy bay khỏi dung dịch d ới dạng bọt khí t ơng tự nh n ớc sôi, gọi t ợng "sôi" Đó dấu hiệu chứng tỏ ắc quy đà đ ợc nạp no hoàn toàn Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc ắc quy a xít a- Cấu tạo; b- Quá trình nạp; c- Nối với phụ tải; d- Quá trình phóng; 1- Dung dịch điện phân; 2- Các cực chì; 3- Vỏ bình; 4Công tắc; 5- Máy phát chiều; 6- Đèn Ph ơng trình phản ứng chung cho trình điện hoá xảy ắc quy n¹p cã d¹ng: 2PbSO4 + 2H2O > PbO2 + Pb + 2H2SO4 Các phản ứng biểu diễn d ới dạng sơ đồ nh hình 2.4a Sau nạp no, cực cđa ¾c quy xt hiƯn mét thÕ hiƯu 2V NÕu nối ắc quy (đà đ ợc nạp) với phụ tải ắc quy phóng điện cung cấp l ợng cho phụ tải xảy trình điện hoá ng ợc lại: - Dòng điện mạch từ cực d ơng sang cực âm; - Các cực biến đổi dần thành PbSO4; Trang bị điện điện tử ôtô Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt - Nồng độ dung dịch loÃng dần thành n ớc Khi phản ứng hoá học kết thúc, ắc quy phóng hết dòng điện triệt tiêu Để ắc quy tiếp tục làm việc cần phải nạp lại Nh vậy, ắc quy biến đổi l ợng có tính thuận nghịch Sơ đồ trình điện hoá xảy phóng đ ợc biểu diễn hình 2.4b Bản cực âm Dung dịch điện phân Bản cực d ơng Sản phẩm tr ớc nạp Quá trình ion hoá Quá trình nạp Kết sau nạp Hình 2.4a Sơ đồ qúa trình điện hoá xảy nạp ắc quy Bản cực âm Dung dịch điện phân Bản cực d ơng Sản phẩm tr ớc phóng Quá trình ion hoá Quá trình tạo dòng Sản phẩm sau phóng Hình 2.4b Sơ đồ qúa trình điện hoá xảy phóng ắc quy Trang bị điện điện tử ôtô Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 2.1.2.2 Cấu tạo ắc quy Mỗi ắc quy đơn giản nh mô tả có điện dung nhỏ hiệu hạn chế Không phụ thuộc vào kích th ớc, ắc quy đơn cho hiệu trung bình tối đa khoảng 2V Vì thế, để tạo đ ợc nguồn điện có điện dung lớn ng ời ta phải tăng kích th ớc cách chế tạo cực d ới dạng khối: gồm nhiều âm d ơng bố trí xen kẽ ghép lại thành Còn để nhận đ ợc điện áp cần thiết (6, 12 hay 24V) ng ời ta mắc nối tiếp khối ắc quy đơn lại với thành bình ắc quy Do kết cấu bình ắc quy thực tế gồm phận nh hình 2.5 2.6 a Vỏ bình: có dạng hình hộp chữ nhật, làm nhựa ê bô nít, cao su cứng hay chất dẻo chịu a xít đ ợc chia thành ngăn t ơng ứng với số l ợng ắc quy đơn cần thiết Hình 2.5 Cấu tạo bình ắc quy a xít 1- Bản cực âm; 2- Tấm cách; 3- Bản cực d ơng; 4- Khối cực; 5- Cầu nối cực tên; 6- Đầu ra; 7- Cực d ơng; 8Vỏ bình; 9- Đệm làm kín; 10- Nút; 11- Nắp; 12- Cầu nối ngăn; 13- Lỗ thông hơi; 14- Cực âm Trong ngăn đ ợc đặt khối cực (hình 2.6) D ới đáy vỏ bình có gân dọc hình lăng trụ để đỡ khối cực Khoảng trống d ới đáy gân dùng để chứa chất kết tủa, chất tác dụng bong từ cực, để chúng không làm chập (ngắn mạch) cực khác dấu b Khối cực (hình 2.7): bao gồm cực d ơng âm đặt xen kẽ Trang bị điện điện tử ôtô Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt nhau, chúng có ngăn cách điện Hình 2.6 Kết cấu bình ắc quy a xít 1- Nhựa (bi tum) làm kín; 2ống lót chì; 3- Đầu cực; 4- Nút; 5Cầu nối; 6- Nắp; 7- Một ngăn bình; 8- Tấm cách; 9- Các cực Hình 2.7 Cấu tạo cực khối cực a- Phần cốt; b- Nửa khối cực; c- Khối cực cách; d- Tấm cách Trang bị điện điện tử ôtô 10 Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Tuy nhiệt độ tăng, dòng IKng dòng IEB(kht) tăng nhanh làm tăng dòng IK(tO) qua tiếp giáp koléctơ transitor trạng thái đóng (tức UEB=0) > làm cho transitor không đảm bảo cắt hoàn toàn dòng cực góp -> tức đóng không chặt hay không tích cực Hơn nữa, dòng gây tiêu tán công suất phụ đốt nóng thêm transitor > làm cho dòng điều khiển tăng lớn hơn, đến lúc đạt giá trị t ơng đ ơng với dòng qua transitor mở > đốt nóng mạnh transitor làm transitor bị đánh thủng nhiệt gây h hỏng Để khắc phục t ợng đó, đảm bảo cho transitor làm việc bình th ờng trạng thái khoá, cần phải loại trừ hoàn toàn dòng qua tiếp giáp Emitơ theo h ớng thuận (dòng khuyếch tán) hay chắn tạo nên dòng khoá nhỏ qua Emitơ theo h ớng ng ợc Muốn phải làm cho Bazơ d ơng Emitơ transitor đóng Để đạt đ ợc điều đó, sơ đồ ng ời ta th ờng sử dụng biện pháp trình bày d ới 5.3.2.1 Hồi tiếp điện trở: Để đảm bảo cho transitor ®ãng tÝch cùc, ng êi ta dïng thªm mét ®iƯn trở Rht mắc nối tiếp cực d ơng nguồn cực E (hình 5.23a) Rht mắc nh làm cho cực B có điện d ơng so víi cùc E tiÕp ®iĨm KK' ®ãng, tøc làm cho UEB < Hình 5.23 Các sơ ®å håi tiÕp b»ng ®iƯn trë (a) vµ ®ièt (b) Ph ơng pháp có nh ợc là: độ sụt áp hai đầu Rht không ổn định, làm việc dòng IK qua luôn thay đổi 5.3.2.2 Hồi tiếp điốt: Hình 5.23b sơ đồ hồi tiếp điốt Đặc tính phi tuyến điốt cho phép đảm bảo yêu cầu điện trở nhỏ dòng qua lớn ng ợc lại (điện trở động), nên độ sụt áp điốt U const Nhờ khắc phục đ ợc nh ợc điểm sơ đồ dùng Rht Trang bị điện điện tử ôtô 149 Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt 5.3.2.3 Dùng biến áp xung: Sơ đồ dùng biến áp xung đảm bảo cho transitor đóng tích cực nh hình 5.24 Hình 5.24 Sơ đồ dùng biến áp xung để đảm bảo cho transitor đóng tích cực biến áp xung - Khi tiếp điểm KK' đóng: có dòng IB qua cuộn dây W1 - Khi tiếp điểm KK' mở: dòng IB giảm > tạo nên SĐĐ cảm ứng cuộn W2 Xung cảm ứng có chiều (+) ë B vµ (-) ë E > lµm transitor đóng tích cực Điện trở R1 đ ợc mắc song song với W2 để đảm bảo nhận đ ợc xung áp thích hợp 5.3.3 Bảo vệ transitor Khi dùng transitor cắt nối dòng điện qua cuộn dây, nh cuộn dây kích thích máy phát, cuộn dây có hệ số tự cảm lớn, nên cắt dòng xuất suất điện động tự cảm lớn (hàng trăm vôn), có khả gây áp làm hỏng transitor Ngoài sơ đồ điều chỉnh điện áp, cực máy phát bị chạm mát (cuộn Wkt bị ngắn mạch), transitor bị hỏng dòng điện tăng lớn Do sơ đồ phải có biện pháp bảo vệ an toàn cho transitor Các biện pháp th ờng dùng đ ợc trình bày phần d ới 5.3.3.1 Dùng điốt nắn dòng: Hình 5.25 Bảo vệ transitor điốt nắn dòng Trên hình 5.25 sơ đồ bảo vệ transitor điốt nắn dòng Điốt đ ợc mắc song song với cuộn dây tải (ví dụ: cuộn kích thích) để xuất suất Trang bị điện điện tử ôtô 150 Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt điện độgn tự cảm nối tắt cuộn dây > dập tắt SĐĐ tự cảm > không cho dòng tự cảm chạy qua transitor Điốt đ ợc mắc ng ợc với chiều thuận transitor, nên transitor mở điốt không cho dòng qua 5.3.3.2 Dùng điốt ổn áp: Hình 5.26 Sơ đồ bảo vệ transitor điốt ổn áp Bảo vệ transitor đốt ổn áp (hình 5.26) th ờng đ ợc dùng mạch đánh lửa E1tc > 100V Điốt ổn áp đ ợc chọn cho Etc đạt giá trị nguy hiểm bị đánh thủng, không cho điện áp v ợt giới hạn cho phép Do điốt ổn áp phải mắc ng ợc chiỊu víi Etc, tøc lµ cïng chiỊu víi ngn chÝnh nên phải dùng thêm điốt nắn dòng ĐC lắp theo chiều ng ợc lại để không cho dòng qua mạch điốt ổn áp theo chiều thuận 5.3.3.3 Dùng rơ le bảo vệ: Để bảo vệ transitor khỏi bị h hỏng dòng điện tăng giới hạn cho phép tr ờng hợp cực máy phát bị chạm mát ng ời ta dùng rơle bảo vệ lắp nh sơ đồ hình 5.27 Hình 5.27 Bảo vệ transitor rơle bảo vệ phát; Rơle bảo vệ gồm có cuộn dây: - Cuộn Wnt: mắc nối tiếp mạch kích thích máy - Cuộn phụ Wng: quấn ng ợc chiều với cuộn Wnt mắc song song víi cn kÝch thÝch cđa m¸y ph¸t; - C giữ Wg: quấn chiều với cuộn Wnt, mắc song song với nguồn điện qua cặp tiếp điểm th ờng mở K2K'2 rơle bảo vệ Trang bị điện điện tử ôtô 151 Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Khi máy phát điều chỉnh làm việc bình th ờng, cực máy phát không bị chạm mát, có dòng qua cuộn dây Wnt Wng: (+)MF > Đht > T (hoặc Rf) > Wnt > cđa (-)MF kt Lóc dòng qua cuộn Wg tiếp điển K2K2' mở Khi cực máy phát bị chạm mát, cuộn Wng Wkt bị ngắn mạch nên dòng qua chúng Còn dòng qua transitor Wnt tăng lên làm tăng lực điện từ rơle: F = FWnt > Flx nên K2K2' đóng > làm transitor đóng nối mạch cuộn Wg Transitor đóng làm giảm dòng qua cuộn Wnt, nh ng lực điện từ rơle lúc F = FWnt + FWg lớn lực lò xo nên K2K2' đóng t ợng chạm mát đ ợc khắc phục thôi, bảo vệ cho transitor khỏi bị dòng 5.4 Các điều chỉnh điện áp bán dẫn Các điều chỉnh điện áp loại rung có u điểm: kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, hiệu suất cao Tuy chúng có nh ợc điểm quan trọng là: điều chỉnh phức tạp, nhạy cảm với rung động bụi bẩn, tiếp điểm dễ bị ôxyhoá, chóng mòn rỗ đặc biệt cắt nối dòng đoện có giá trị lớn Nếu dùng biện pháp để khắc phục (nh phân nhánh mạch kích thích, dùng điều chỉnh điện áp hai nấc, ) làm phức tạp kết cấu, tăng giá thành giảm độ tin cậy Vì có xu h ớng dùng điều chỉnh điện áp bán dẫn thay cho điều chỉnh loại rung Các BĐC có hai loại có tiếp điểm tiếp điểm Trong BĐC bán dẫn có tiếp điểm tiếp điểm làmv iệc kiểu rung, nh ng dòng qua tiếp điểm tr ờng hợp dòng điều khiển, nhỏ nhiều so với dòng kích thích máy phát Vì giảm đ ợc tia lửa, tăng tuổi thọ độ tin cậy làm việc tiếp điểm Tuy kết cấu BĐC có lò xo, nên độ tin cậy làm việc thấp lực đàn hồi lò xo thay đổi trình làm việc đòi hỏi phải điều chỉnh định kỳ Các BĐC bán dẫn không tiếp điểm tiếp điểm lò xo nên có độ tin cậy cao, chịu rung sóc tốt không cần thiết phải điều chỉnh định kỳ trình vận hành 5.4.1 Các sơ đồ điều chỉnh điện áp bán dẫn dùng transitor: 5.4.1.1 Các sơ đồ điều chỉnh điện áp bán dẫn có tiếp điểm: Sơ đồ nguyên lý BĐC điện áp bán dẫn có tiếp điểm (với hai cách nối cuộn dây kích thích khác nhau) nh hình 5.28 Cuộn dây kích thích máy phát đ ợc nối mạch koléctơ (hình 5.28a) nh mạch emitơ transitor (hình 5.28b) Công suất mở tiếp điểm hai cách nối xấp xỉ nh Tuy hợp lý nối cuộn kích thích mạch emitơ Bởi nối cực âm máy phát với mát không cần phải cáhc điện vỏ BĐC với transitor Và nh vËy, vá cđa B§C cã thĨ sư dơng nh tÊm dẫn nhiệt để điều kiện làm mát transitor tốt Trên hình 5.29a sơ đồ cấu tạo BĐC điện áp bán dẫn đơn giản dùng với máy phát xoay chiỊu Bé ®iỊu chØnh gåm: transitor (T) víi ®iƯn trở Trang bị điện điện tử ôtô 152 Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt tạo thiên áp (RB) rơle điện từ với cặp tiếp điểm KK' Nguyên lý làm việc BĐC nh sau: + Khi Umf < Uđm: KK' mở FWU < Flx Cực gốc B T lúc đ ợc nối với cực âm nguồn qua RB, xuất dòng điều khiển (dòng cực gốc) IB chạy theo mạch: (+)Bộ nắn dòng > E > B > RB > M¸t > (-) Bộ nắn dòng Transitor lúc mở > cho dòng kích thích chạy qua: (+)Bộ nắn dòng > E > K > Wkt > (-) Bộ nắn dòng Hình 5.28 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện áp bán dẫn có tiếp điểm C é kÝ h hÝ h èi hK l b T hE i Hình 5.29 Sơ đồ điều chỉnh ®iƯn ¸p b¸n dÉn cã tiÕp ®iĨm víi m¸y ph¸t xoay chiều a- Sơ đồ đơn giản; b- Sơ đồ hoàn thiện Trang bị điện điện tử ôtô 153 Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt + Khi Umf > Uđm: FWU > Flx > KK' bị hút đóng lại, nối hai cực E B với Dòng IB lúc làm transitor đóng dòng kích thích phải chạy qua Rf nên giá trị giảm xuống làm Umf giảm theo Umf giảm làm FWU < Flx nên KK' mở Quá trình tiếp diễn theo chu kỳ đảm bảo cho Umf Uđm Trong BĐC điện áp bán dẫn có tiếp điểm, dòng qua tiếp điểm rơle sử dụng để điều khiển transitor có giá trị nhỏ (không v ợt 0,2A) nên tiếp điểm làm việc tia lửa sinh giảm tuổi thọ tiếp điểm tăng lên Để giảm biên độ dao động điện áp điều chỉnh ảnh h ởng nhiệt độ đến giá trị nh đến làm việc transitor, để bảo vệ transitor khỏi h hỏng áp, ng ời ta dùng sơ đồ phức tạp nh hình 5.29b có thêm số linh kiện Rgt (điện trở gia tốc), Rbt (điện trở bù nhiệt), Đht (điốt hồi tiếp đảm bảo cho transitor đóng tích cực), Đbv (điốt bảo vệ) 5.4.1.2 Các sơ đồ điều chỉnh điện áp bán dẫn tiếp điểm: Sơ đồ BĐC điện áp bán dẫn không tiếp điểm nh hình 5.30 Hình 5.30 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện áp bán dẫn không tiếp điểm I- Cơ cấu đo; II- Cơ cấu điều chỉnh Cấu tạo BĐC gồm: - Transitor T2: để cắt nối dòng kích thích máy phát; - Transitor T1 R3: để điều khiển làm việc T2; - ĐO, R1 R2: làm nhiệm vụ phận cảm biến, thay rơle điện từ để điều khiển T1; - R4 Đht: mạch hồi tiếp T2 đóng tích cực; - Đbv: để bảo vệ T2 khỏi Etc sinh cuộn kích thích Nguyên lý làm việc: + Khi Umf < Uôđ: điốt ổn áp Đo ch a bị đánh thủng nên dòng chạy qua > UEB1 = > T1 đóng Lúc này: R(T1) >> R3 > B T2 đ ợc nối víi cùc ©m qua R3 > T2 më > cho dòng kích thích qua theo mạch: (+)MF > §ht > T2 > Wkt > Mát > (-)MF Trang bị điện điện tử ôtô 154 Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt + Khi Umf > Uôđ: điốt ổn áp Đo bị đánh thủng > có dòng chạy qua gây sụt áp R1 > UEB1 tăng lên (>0) > T1 më > R(T1) gi¶m > nèi cùc gèc B2 víi cùc d ¬ng (+) > UEB2 > T2 ®ãng > Rf đ ợc nối vào mạch kích thích làm Ikt giảm xuống Umf giảm theo Umf giảm < Uôđ lại làm T2 mở cho dòng kích thích qua > Umf lại tăng lên Quá trình lặp lại nh theo chu kỳ, đảm abro cho Umf Uôđ 5.4.2 Sơ đồ số điều chỉnh điện áp bán dẫn thông dụng 5.4.2.1 Bộ điều chỉnh ®iƯn ¸p b¸n dÉn cã tiÕp ®iĨm PP-362: Bé ®iỊu chỉnh điện áp bán dẫn có tiếp điểm PP362 (làm việc với máy phát G250 xe GAZ-53, GAZ-66 máy kéo MTZ-50, ) có sơ đồ nh hình 5.31 Hình 5.31 Sơ đồ điều chỉnh điện áp bán dẫn có tiếp điểm PP-362 Cấu tạo BĐC gồm hai phần: - Phần điều chỉnh điện áp có tiếp điểm điều khiển; - Phần rơle bảo vệ transitor Vai trò linh chúng đà đ ợc nghiên cứu phần tr ớc Cặp tiếp điểm K1K1' cắt nối dòng điều khiển transitor có giá trị < 0,4A, transitor cắt nối dòng kích thích với Iktmax = 3,5A Nguyên lý làm việc: + Khi n < nbđ: Umf < Uđm nên K1K1' ch a đóng > transitor T mở cho dòng Ikt ®i qua theo m¹ch: (+)MF > K® > §ht > E > K > Wnt > Wkt > ()MF Ikt lín (do ®iƯn trở mạch kích thích nhỏ) làm tăng Umf + Khi n > nbđ: Umf > Uđm nên K1K1' đóng l¹i > UEB < > transitor T đóng tích cực > Rf đ ợc nối vào mạch kích thích > Ikt giảm xuống -> Umf giảm theo Dòng kích thích lúc chạy theo mạch: Trang bị điện điện tử ôtô 155 Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt (+)MF > Kđ > §ht > Rgt > Rf > Wnt > Wkt > ()MF Khi Umf < Uđm > K1K1' lại mở ra, trình điều chỉnh lặp lại theo chu kỳ đảm bảo cho Umf Uđm + Khi đầu (+) cuộn kích thích bị chạm mát: Wkt Wng bị ngắn mạch > Rơle bảo vệ làm việc để bảo vệ cho transitor khỏi h hỏng bị dòng Trên hình 5.32 cấu tạo BĐC điện áp PP-362 Hình 5.32 Bộ điều chỉnh điện áp bán dẫn có tiếp điểm PP-362 PH- Bộ điều chỉnh điện áp; P3- Rơle bảo vệ; PO- Cuộn nối tiếp; BO- Cuộn ng ợc; YO- Cuộn giữ; OB- Cuọn kích thích 5.4.2.2 Bộ điều chỉnh điện áp bán dẫn không tiếp điểm PP-350: Bộ điều chỉnh điện áp bán dẫn không tiếp điểm PP-350 (làm việc với máy phát xoay chiều G250 xe GAZ-24, ZIL-130, UAZ, ) có sơ đồ nh hình 5.33 Trang bị điện điện tử ôtô 156 Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt đ ợc tích cực; Wkt; Cấu tạo điều chỉnh gồm: - Transitor T3: để cắt nối dòng kích thích; - Điốt hồi tiếp Đht1: làm nhiệm vụ hồi tiếp, đảm bảo cho T3 đóng - Điốt bảo vệ Đbv: dùng để bảo vệ T3 khỏi bị hỏng Etc sinh - Transitor T1: để điều khiển làm việc T2 T3; - Điện trở R5 điốt ổn áp ĐO: phận cảm biến để điều khiển làm việc T1; - Điện trở R4, R3 cuộn cản WC: mạch phân áp, WC có tác dụng san xung điện áp điều chỉnh để đảm bảo an toàn cho thiết bị tiêu thụ điện Hình 5.33 Sơ đồ điều chỉnh điện áp bán dẫn không tiếp điểm PP-350 Đặc điểm khác biệt điều chỉnh PP-350 là: có thêm cấu gia tốc (để tăng tần số cắt nối transitor, tăng độ ổn định điện áp điều chỉnh), gồm: transitor trung gian T2 tụ điện C mắc song song với điện trở R6 Cơ cấu tác dụng nh sau: T2 mở tụ C đ ợc nạp > đ a điện áp âm đến điểm a làm điốt ĐO bị đánh thủng nhanh > thÕ T1 cịng më nhanh > lµm T2 vµ T3 nhanh chóng đóng lại - Điện trở R1 mắc song song với R4 qua khoá điện: dùng để điều chỉnh giá trị điện áp máy phát theo mùa đáp ứng yêu cầu nạp ắc quy: vào mùa đông (nhiệt độ thấp) Un cần tăng lớn vào mùa hè Khi đóng khoá điện BK R1 đ ợc nối song song với R4 nên điện trở t ơng đ ơng mạch giảm tăng đ ợc Uđc - Điện trở nhiệt Rt mắc nối tiếp với điện trở hạn chế R2: dùng để điều khiển làm việc ĐO nhiệt độ môi tr ờng thay đổi, đảm bảo chế độ nạp yêu cầu cho ắc quy Khi nhiệt độ tăng từ 0OC đến 100OC, điện trở Rt giảm từ 30 70 lần > làm tăng dòng qua R1 R4 > tăng độ rơi chúng -> tăng điện áp đặt lên điốt ĐO > ĐO bị đánh thủng Umf thấp hơn, tO giảm ng ợc lại Bộ điều chỉnh PP-350 có chất l ợng vận hành tốt Tuy vậy, việc sử dụng nhiều transitor, điốt linh kiện phụ khác, nh : điện trở nhiệt, cuộn cản, Trang bị điện điện tử ôtô 157 Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt tụ, làm tăng độ phức tạp sơ đồ, giảm độ tin cậy tăng giá thành BĐC 5.5 Hệ thống đánh lửa bán dẫn Khuynh h ớng tăng tỷ số nén , số vòng quay n số xi lanh động Z để tăng công suất, đòi hỏi phải tăng U2 hệ thống đánh lửa Mà muốn phải tăng giá trị dòng sơ cấp I1 Hệ thống đánh lửa th ờng không đảm bảo đ ợc yêu cầu này, vì: - Tăng n Z làm giảm thời gian tđg dẫn đến giảm I1ng giảm U2; - Tăng I1ng làm giảm tuổi thọ độ tin cậy làm việc tiếp điểm Vì xuất hệ thống đánh lửa hoàn thiện đáp ứng đ ợc yêu cầu hệ thống đánh lửa bán dẫn Hệ thống đánh lửa bán dẫn có hai loại loại có tiếp điểm tiếp ®iĨm 5.5.1 HƯ thèng ®¸nh lưa b¸n dÉn cã tiÕp điểm 5.5.1.1 Sơ đồ cấu tạo nguyên lý làm việc: + Sơ đồ cấu tạo: hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm nh hình 5.34, gồm: nguồn (ắc quy) 1; phận tạo xung (cặp tiếp điểm) mắc mạch Bazơ transitor 6; biến áp đánh lửa 3; điện trở phụ công tắc khởi động 4; khoá điện 5; transitor Cuộn dây sơ cấp W1 biến áp đánh lửa mắc mạch Emitơ transitor Hình 5.34 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm 1- Bộ ắc quy; 2- Tiếp điểm (cặp má vít); 3- Biếp áp đánh lửa; 4Điện trở phụ; 5- Khoá điện; 6- Transitor Trang bị điện điện tử ôtô 158 Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Sơ đồ khác sơ đồ hệ thống đánh lửa th ờng tụ điện C mà có transitor Dòng sơ cấp dòng IE dòng qua tiếp điểm dòng cực gốc IB tạo thiên áp cho transitor Lúc UEB > nên IB > transitor mở cho dòng IK qua Nh vậy, qua W1 có ba dòng: I1 = I0 + IB + IK (7 8)A Dßng biến thiên theo quy luật t ơng tự I1 hệ thống đánh lửa th ờng Nh ng tốc độ biến thiên nhanh L1 nhỏ (cuộn W1 nhỏ hơn) Tổng hai dòng I0 + IB = (0,7 0,9)A - Khi KK' mở: I0 IB đột ngột, làm cảm ứng W2' SĐĐ tự cảm E2tc' làm cho UEB < đảm bảo cho transitor khoá nhanh khoá chặt Khi transitor khoá, dòng I1 đột ngột gây W2 suất điện ®éng cao thÕ E2=(20.000 30.000)V, trun qua bé chia ®iƯn ®Õn bugi ®Ĩ t¹o tia lưa ®iƯn 5.5.2 HƯ thèng đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm: Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm, thời điểm đánh lửa đ ợc điều khiển cảm biến đặc biệt có liên hệ khí với trục khuỷu động Các cảm biến chia hai loại: - Cảm biến thông số; - Cảm biến phát điện Trong cảm biến thông số tín hiệu đ ợc tạo thành cách thay đổi thông số mạch điện nh : điện trở, điện cảm, hỗ cảm, điện dung, Trong cảm biến phát điện tín hiệu giá trị suất điện động cảm biến tạo Một yêu cầu quan trọng cảm biến không tiếp điểm phải đảm bảo độ tin cậy làm viƯc ë sè vßng quay thÊp cđa trơc khủu Phỉ biến cảm biến phát điện với nam châm quay (hình 5.35a, b, c) Vì chúng có độ tin cậy cao, kết cấu đơn giản, dễ chế tạo Cảm biến gồm cuộn dây cố định lắp stato nam châm vĩnh cửu (rôto 1) nối cứng với trục khuỷu động Số đôi cực nam châm bàng số xi lanh động Trong số sơ đồ, ng ời ta sử dụng cảm biến dạng chuyển mạch Trang bị điện điện tử ôtô 160 Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt (hình 5.35d, e) Trong tr ờng hợp này, nam châm cuộn dây bố trí cố định (là stato) với mạch từ chung, rôto làm vật liệu dẫn từ dùng để cắt nối mạch từ nam châm Do tín hiệu cảm biến phát nhỏ, số vòng quay thấp nên th ờng phải dùng vài tầng transitor để khuyếch đại tín hiệu Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm nh hình 3.56 Cấu tạo hệ thống gồm: - Bộ ắc quy 1; - Bộ cảm biến (phát lệnh) lắp chia điện; - Biến áp đánh lửa 3; - Bộ cắt nối bán dẫn I hộp điện trở phụ II; - Bộ chia điện (không thể hình vẽ); - Transitor T3: đóng tích cực nhờ nửa kỳ điện áp d ơng phát lệnh; - Transitor T2 đóng tích cực nhờ Đ2 R1 (mạch håi tiÕp); - Transitor T1 ®ãng tÝch cùc nhê biÕn áp xung Để đảm bảo chất l ợng đánh lửa khởi động (lúc độ dốc tín hiệu không đủ lớn) , sơ đồ có mạch liên hệ ng ợc (hồi tiếp) qua R3 C2 từ cực góp K T1 đến cực gốc T3 Hình 5.35 Sơ đồ kết cấu cảm biến điều khiển thời điểm đánh lửa 1- Rôto; 2- Stato Trang bị điện điện tử ôtô 161 Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Nguyên lý làm việc: - Lúc đầu khoá điện Kđ đóng: phát lệnh ch a quay, cùc gèc B cđa T3 nèi víi cùc (+) nguồn qua R4 cuộn dây PL > nên T3 đóng > điện trở T3 (RT3) lúc lớn nên cực gốc B T2 đ ợc nối với cực (-0 qua R5 > làm T2 mở Do T2 mở nên có dòng qua biến áp xung từ (+) > §2 > W2' > W1' > EK (T2) > Rf1 > Rf2 > (-) Dòng qua biến áp xung tạo điện áp điều khiển cực gốc B T1 làm T1 mở cho dòng qua cuộn sơ cấp W1 biến ¸p ®¸nh lưa - Khi bé PL quay, ë nưa chu kỳ (-) điện áp phát cực gốc B T3 có điện áp (-) nên T3 mở T3 mở RT3 giảm nhỏ nên cực gốc B T2 coi nh đ ợc nối với cực (+) nên T2 đóng T2 đóng làm T1 đóng theo, cắt đột ngột dòng sơ cấp I1 tạo nên suất điện độgn tự cảm E2 lớn truyền qua chia điện đến bugi để tạo tia lửa điện - Khi khởi động số vòng quay thấp, xung tín hiệu yếu T1 mở > tụ C2 đ ợc nạp > làm cho cực gốc B T3 âm nên t3 mở T3 mở làm T2 T1 đóng > cắt dòng I1 để tạo tia lửa điện bugi Sau T1 t2 lại mở > tụ lại đ ợc nạp làm T3 mở T1 T2 đóng Quá trình lặp lại theo chu kỳ định, tạo nên hàng loạt tia lửa điện bugi hỗ trợ cho khởi độgn động Trên hình 5.37 kết cấu cảm biến (bộ PL) dùng sơ đồ Stato cảm biến lắp ổ bi để đảm bảo quay cần thiết Vòng ổ bi đ ợc bắt chặt với vỏ chia điện Rôto nam châm vĩnh cửu nhiều cực Kết cấu điều chỉnh ly tâm chân không góc đánh lửa sớm có nguyên lý làm việc t ơng tự nh đà mô tả phần tr ớc Hình 5.37 Kết cấu cảm biến PL hệ thống đánh lửa không tiếp điểm 1- Stato; 2- Rôto (nam châm vĩnh cửu); 3- Vòng ổ bi bắt chặt với vỏ chia điện Trang bị điện điện tử ôtô 162 Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Trang bị điện điện tử ôtô 163 Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt ... hoá trang thiết bị điện điện tử ô tô Trang bị điện điện tử ? ?tô Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Hệ thống cung cấp Hệ thống cung cấp điện ô tô có sơ đồ nh hình 2.1: sơ đồ a dùng với máy phát điện. .. đon đủ a Sức điện động tĩnh (E0): Trang bị điện điện tử ? ?tô 14 Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Sức điện động (SĐĐ) tĩnh ắc quy hiệu điện điện cực ắc quy, đo mạch hở Nó phụ thuộc vào tính chất... quy 6CT-90 vào mức độ phóng Q% nhiệt độ khác Trang bị điện điện tử ? ?tô 15 Biên soạn : TS Nguyễn Hoàng Việt Khi phóng, chì điôxýt chì điện cực biến thành PbSO4 có điện trở suất cao (điện trở suất