CẢM BIẾN ĐÁNH LỬA

– Thông thường, trong hệ thống đánh lửa người ta thường dùng cảm biến Hall, cảm biến điện từ, cảm biến quang, cảm biến từ trở, trong đó, ba loại cảm biến đầu là phổ biến nhất.
– Cấu tạo, hoạt động của từng loại cảm biến:
+ Cảm biến điện từ:
Có hai loại:
– Loại nam châm đứng yên:

Cảm biến được đặt trong delco bao gồm một rotor có số răng cảm biến tương ứng với số xy lanh động cơ, một cuộn dây quấn quanh một lõi sắt từ cạnh một thanh nam châm vĩnh cữu. Cuộn dây và lõi sắt được đặt đối diện với các răng cảm biến rotor và được cố định trên vỏ delco. Khi rotor quay, các răng cảm biến sẽ lần lượt tiến lại gần và lùi ra xa cuộn dây. Khi rotor ở vị trí như hình 2a, điện áp trên cuộn dây cảm biến bằng 0. Khi răng cảm biến của rotor tiến lại gần cực từ của lõi thép, khe hở giữa rotor và lõi thép giảm dần và từ trường mạnh dần lên. Sự biến thiên của từ thông xuyên qua cuộn dây

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 2c).

Khi rotor đi xa ra 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 2d). Hiệu điện thế sinh ra ở hai đầu dây cuộn cảm biến phụ thuộc vào tốc độ của động cơ.

Sự tạo từ trường của cuộn nam châm đứng yên

Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên có ưu điểm là rất bền, xung tín hiệu có dạng nhọn nên ít ảnh hưởng đến 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.
Cảm biến điện từ loại nam châm quay:

1. Rôto nam châm ; 2. Lõi thép từ; 3. Cuộn dây cảm biến
Hình 3: Cảm biến điện từ loại nam chân quay cho loại động cơ 8 xylanh

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 trường xuyên qua cuộn dây biến thiên tạo nên một sức điện động sinh ra trong cuộn dây. Do từ trường qua cuộn dây đổi dấu nên sức điện động sinh ra trong cuộn dây lớn.

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

Hình 4: Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng điện từ (HONDA)

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 và ít hư hỏng.

Sơ đồ mạch điện loại này được trình bày trên hình 4

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

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

+ 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.

Phần tử phát quang (LED – Lighting Emision Diode) và phần tử cảm quang (photo transistor hoặc photo diode) được đặt trong delco có vị trí tương ứng như trong hình 5. Đĩa cảm biến được gắn vào trục của delco và có số rãnh tương ứng với số xylanh động cơ.

Điểm đặc biệt của hai 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 dùng làm tín hiệu điều khiển đánh lửa.

Cảm biến bao gồm ba đầu dây: một đầu dương (Vcc), một đầu tín hiệu (Vout) và một đầu mass. Khi đĩa cảm biến chắn ánh sáng từ LED qua photo diode D2, D2 không dẫn, điện áp tại ngõ vào (+) sẽ thấp hơn điện áp so sánh Us ở ngõ vào (- )trên Op-Amp A nên ngõ ra của Op-Amp A không có tín hiệu làm transistor T ngắt, tức Vout đang ở mức cao. Khi có ánh sáng chiếu vào D2, D2 dẫn, điện áp ở ngõ vào (+) sẽ lớn hơn điện áp so sánh Us và điện áp ngõ ra của Op-Amp A ở mức cao làm transistor T dẫn, Vout lập tức chuyển sang mức thấp. Đây chính là thời điểm đánh lửa. Xung điện áp tại Vout sẽ là xung vuông gởi đến Igniter điều khiển transistor 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.
+ Cảm biến Hall: 

Cảm biến Hall được đặt trong delco, gồm một 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 xylanh của động cơ. Khi rotor quay, các cánh chắn sẽ lần lượt xen vào khe hở giữa nam châm và IC Hall (hình 8).

Hình 8: Cấu tạo delco với cảm biến Hall

Để khảo sát hoạt động của cảm biến Hall, ta xét hai vị trí làm việc của rotor ứng với khe hở IC Hall (hình 9). 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 transistor Tr, làm cho Tr dẫn. Kết quả là trên đường dây tín hiệu (cực C), điệp áp sẽ giảm xuống chỉ còn 1V (hình 9). Khi cánh chắn đi vào khe hở giữa nam châm và IC Hall (hình 9) từ trường bị cánh chắn bằng thép khép kín, không tác động lên IC Hall, tín hiệu điện áp từ IC Hall mất làm transistor Tr ngắt. Tín hiệu điện áp ra lúc này bằng điện áp từ Igniter nối với ngõ ra của cảm biến Hall.

Hình 9: Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall

Như vậy, khi làm 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 (Dwell Angle) (hình 9). Do xung điều khiển là xung vuông nên không ảnh hưởng đến thời điểm đánh lửa.