Tiêu chuẩn TCVN 10213-2:2013 Hệ thống đánh lửa dùng trong phương tiện giao thông vận tải

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10213-2:2013

ISO 6518-2:1995

PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ - HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA – PHẦN 2: ĐẶC TÍNH ĐIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỬ CHỨC NĂNG

Road vehicle – Ignition systems – Part 2: Electrical performance and function test methods

Lời nói đầu

TCVN 10213-2:2013 hoàn toàn tương đương ISO 6518-2:1995 và Đính chính Kỹ thuật 1:1997.

TCVN 10213-2:2013 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 22 Phương tiện giao thông đường bộ biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ tiêu chuẩn TCVN 10213 (ISO 6518), Phương tiện giao thông đường bộ - Hệ thống đánh lửa, gồm các phần sau:

- TCVN 10213-1:2013 (ISO 6518-1:2002), Phần 1: Từ vựng

- TCVN 10213-2-2013 (ISO 6518-2:1995), Phần 2: Đặc tính điện và phương pháp thử chức năng.

PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ - HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA – PHẦN 2: ĐẶC TÍNH ĐIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỬ CHỨC NĂNG

Road vehicle – Ignition systems – Part 2: Electrical performance and function test methods

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các phương pháp và điều kiện thử đối với hệ thống đánh lửa bằng ắc quy trong động cơ đốt trong.

Do khó khăn trong việc tạo ra các phép đo lặp lại với các khe hở đánh lửa trong khí quyển và các điều kiện khác, hai phương pháp thường được sử dụng để tính toán các kết quả năng lượng đầu ra của hệ thống là:

Phương pháp A – Sử dụng các khe hở đánh lửa đối với việc đo năng lượng (sơ đồ thử nghiệm A).

Năng lượng đầu ra thu được từ phương pháp này được gọi là năng lượng đánh lửa, E_sp.

Phương pháp B – Sử dụng điốt Zener đối với việc đo năng lượng (sơ đồ thử nghiệm B).

Năng lượng đầu ra thu được từ phương pháp này được gọi là năng lượng phóng Zener, E_zp.

Phương pháp này không phù hợp đối với các hệ thống có dòng điện đánh lửa là dòng xoay chiều.

Phương pháp B cũng được khuyến nghị đối với việc thử nghiệm đối chứng các cuộn đánh lửa và các hệ thống có dòng điện gián đoạn.

2. Mô tả hệ thống đánh lửa

Đối với các thử nghiệm được miêu tả trong các mục dưới đây, các thành phần của hệ thống đánh lửa sử dụng phải được quy định đối với các ứng dụng được kiểm tra, nghĩa là với thông số kỹ thuật của thiết bị gốc.

2.1. Hệ thống đánh lửa với bộ chia điện kiểu cơ khí

Các thành phần sau phải được kết nối với nhau như Hình 1 hoặc thành một mạch khác được chứng minh là tương đương.

2.1.1. Cuộn dây một đầu cao áp có thể là cuộn cảm thông thường hoặc máy biến áp lõi từ hoặc không khí.

2.1.2. Điện trở hoặc điện trở kiểu chấn lưu, nếu cuộn dây được thử cần một điện trở chấn lưu hoặc các biện pháp cố định hoặc thay đổi để tạo ra điện áp và/hoặc dòng điện trong mạch đánh lửa thay đổi.

2.1.3. Bộ chia điện, bộ phận phân phối xung đánh lửa tới các bugi. Nó có thể sử dụng phương pháp trigger và/hoặc điều chỉnh thời gian, nhằm đạt được góc tương quan phù hợp giữa bộ chia điện và động cơ.

2.1.4. Thiết bị đóng ngắt phụ nằm bên trong hệ thống thử như bộ điều khiển bằng transistor.

2.2. Hệ thống đánh lửa tĩnh (không có bộ chia điện) với các cuộn dây một đầu cao áp

Các thành phần sau phải được nối liền với nhau như Hình 2 hoặc thành một mạch khác được chứng minh là có tính năng tương đương.

1) Khoảng cách giữa cực roto và các điện cực phải được duy trì không đổi trong suốt quá trình đánh lửa hoặc theo thỏa thuận giữa người sử dụng và nhà cung cấp.

2) Mũi tên chỉ chuỗi các bugi đánh lửa.

3) Thiết lập theo 5.3.1.

CHÚ DẪN:

CHÚ THÍCH: Ví dụ thể hiện cho hệ thống gồm 8 xy lanh.

Hình 1 – Sơ đồ mạch thử cho hệ thống đánh lửa với bộ chia điện kiểu cơ khí

1) Thiết lập theo 5.3.1

CHÚ DẪN:

CHÚ THÍCH: Ví dụ thể hiện cho hệ thống gồm 8 xylanh.

Hình 2 – Sơ đồ mạch thử cho hệ thống đánh lửa tĩnh với các cuộn dây một đầu cao áp

2.2.1. Cuộn dây, tùy thuộc vào hệ thống được thử, có thể là

- Các cuộn dây một đầu cao áp như mô tả trong 2.1.1, hoặc

- Một tổ hợp nhiều đầu cao áp được tạo thành bằng cách ghép nối các cuộn dây một đầu cao áp, hoặc

- Cuộn dây nối với bugi.

2.2.2. Thiết bị đóng ngắt phụ nằm bên trong hệ thống được thử như bộ điều khiển bằng transistor.

2.3. Hệ thống đánh lửa tĩnh (không có bộ chia điện) với các cuộn dây hai đầu cao áp

Các thành phần sau phải được nối liền với nhau như Hình 3 hoặc thành một mạch khác được chứng minh là có tính năng tương đương.

2.3.1. Cuộn dây, tùy thuộc vào hệ thống được thử nghiệm, có thể là

- các cuộn dây hai đầu cao áp, hoặc

- một tổ hợp nhiều đầu cao áp được tạo thành bằng cách ghép nối các cuộn dây hai đầu cao áp.

2.3.2. Thiết bị đóng ngắt phụ nằm bên trong hệ thống được thử như bộ điều khiển bằng transistor.

3. Thiết bị thử

3.1. Nguồn cung cấp một chiều thay đổi có thời gian phục hồi khi chuyển tiếp từ 10% đến 90% không lớn hơn 50 ms trên toàn bộ dải tải sử dụng. Giá trị điện áp trung bình thay đổi không quá 50 mV từ không tải tới toàn tải của hệ thống đánh lửa và không quá 100 mV từ đỉnh tới đỉnh trên toàn bộ dải tải. Nguồn cung cấp này có thể được thay thế bằng một ắcquy có hoặc không có hệ thống nạp. Nguồn cung cấp phải được đặt ngay cạnh hệ thống trong quá trình thử.

3.2. Dao động ký có thời gian thiết lập lớn nhất là 35 ns, với dải tần nhỏ nhất là 10 MHz, phải được sử dụng (P₁ và P₂). Độ không đảm bảo đo của phép đo dò điện áp và dòng điện (xem 3.3 và 3.4) phải nhỏ hơn 3%.

3.3. Đầu dò điện áp (R_D) với điện dung đầu vào nhỏ hơn hoặc bằng 5 pF và điện trở đầu vào lớn hơn hoặc bằng 100 MΩ.

3.4. Đầu dò dòng điện (P₁) phù hợp với nguồn một chiều hoặc xoay chiều có tần số tới 10 MHz.

3.5. Ampe kế 1 chiều (P₃) với điện áp rơi lớn nhất là 100 mV trong các điều kiện thử.

3.6. Vôn kế (P₄) với điện trở đầu vào nhỏ nhất là 10 kΩ/V và có độ phân giải phù hợp để nhận biết dễ dàng chênh lệch 10 mV.

3.7. Bộ chia điện hoặc đĩa quay trigger và máy đo tốc độ góc (P₅) gắn kèm phù hợp với yêu cầu sau:

a) có thể điều chỉnh liên tục tốc độ quay từ 10 r/min đến 4000 r/min đối với bộ chia điện dẫn động cơ khí và từ 20 r/min tới tối thiểu là 6000 r/min đối với đĩa quay trigger;

b) sai lệch tốc độ quay phải nằm trong ± 5% nếu tốc độ nhỏ hơn 400 r/min và ± 20 r/min nếu tốc độ lớn hơn 400 r/min;

c) máy đo tốc độ góc có độ chính xác nằm trong khoảng ± 0,2% tốc độ quay hiển thị;

3.8. Tải phải được kết nối với hệ thống đánh lửa bởi điện cao áp, bởi các cáp điện làm bằng kim loại điện trở thấp. Chiều dài phụ thuộc vào điện dung của tải (xem 3.8.2).

3.8.1. Bộ điều chỉnh khe hở đánh lửa, mỗi khe hở có thể thay đổi riêng rẽ (xem 3.8.2).

3.8.2. Tụ điện C₁ mô phỏng tụ điện của các dây cáp và các bugi như bố trí thông thường trên động cơ. Tụ điện này phải có hệ số tổn hao thấp (không lớn hơn 3% tại 1 kHz), dây cáp đánh lửa thứ cấp với các tụ điện và đầu dò điện áp cao có tổng điện dung là:

Từ 50 pF đến 55 pF đối với hệ thống đánh lửa có bộ chia điện;

Từ 25 pF đến 30 pF đối với hệ thống đánh lửa tĩnh với các cuộn dây một đầu cao áp;

Từ 50 pF đến 55 pF đối với hệ thống đánh lửa tĩnh với các cuộn dây hai đầu cao áp.

CHÚ DẪN:

CHÚ THÍCH:

1 Đối với cuộn dây hai đầu cao áp, đầu ra thứ cấp phải được kiểm tra ở điện áp cao.

2 Ví dụ thể hiện cho hệ thống 8 xy lanh.

Hình 3 – Sơ đồ mạch thử cho hệ thống đánh lửa tĩnh với các cuộn dây hai đầu cao áp

Để đo tổng điện dung, các khe hở của bộ chia điện và các trở kháng R₂ tới R₁₀, nếu được gộp lại, phải được phân tách và các cáp đánh lửa phải được tách rời với các cuộn dây đánh lửa.

CHÚ THÍCH:

1 Có thể cần thiết phải xem xét tác động của các điện dung ký sinh.

2 Các giá trị điện dung khác có thể được thỏa thuận tùy thuộc vào ứng dụng.

3.8.3. Điện trở R₁ mô phỏng chì hoặc graphit bám trên bugi. Điện trở này phải có hệ số điện áp thấp (lớn nhất 0,0005 %/V), không tự cảm, khoảng 10 W và 1 MΩ ± 5%. Nó phải được mắc song song với tụ điện đối với một vài phép đo.

3.8.4. Chuỗi điốt Zener 1 kV đối với các cuộn dây một đầu cao áp và hai chuỗi điốt Zener 1 kV và 0,5 kV đối với các cuộn dây hai đầu cao áp (xem Hình 3), dung sai điện áp của mỗi điốt Zener là ± 5% trong các điều kiện thử nghiệm.

4. Các thông số cần đo hoặc xác định

4.1. Điện áp khả dụng, U_av

So sánh điện áp khả dụng, U_av, với điện áp yêu cầu, U_spc, tới tia lửa điện từ các bugi trong động cơ cho trước để xác định hệ thống đánh lửa thích hợp [xem Hình 4a)]. Điện áp này phải được đo khi hệ thống được đặt tải với tụ điện C₁ như mô tả ở 3.8.2.

4.2. Điện áp khả dụng nhỏ nhất, U_avm

Điện áp khả dụng nhỏ nhất1) , U_avm, phải được đo khi hệ thống được đặt tải với tụ điện C₁ và điện trở R₁ được mắc song song, biên độ nhỏ nhất phải được ghi lại. Các giá trị này miêu tả mức độ có thể được đảm bảo từ hệ thống trong quá trình thử nghiệm ở nhiệt độ môi trường là 23⁰C ± 5⁰C, đĩa trigger quay với tốc độ 2000 r/min và nguồn cung cấp là 13,5 V.

4.3. Điện áp đầu ra thứ cấp, U_s

Điện áp đầu ra thứ cấp, U_s cũng có thể được đo cho việc so sánh với giá trị đạt được của điện áp khả dụng U_av.

4.4. Dòng điện ngắt, I_pi

Dòng điện ngắt¹⁾, I_pi­, xác định năng lượng vào hệ thống [xem hình 4c)].

4.5. Dòng điện vào trung bình, I­_par

Dòng điện vào trung bình, I_par, xác định giá trị trung bình của dòng điện đi vào hệ thống với nguồn đầu vào một chiều (máy phát điện, ắc quy, vv.).

4.6. Năng lượng

4.6.1. Năng lượng đánh lửa điện cảm, E_spi

Năng lượng đánh lửa điện cảm2), E_spi, được xác định bằng phương pháp thử A (xem 5.3.1). Nó được tính toán từ tích phân của tích giá trị đo điện áp đánh lửa, U_sp [điều chỉnh tới U_e­: xem Hình 4f)] và dòng đánh lửa I_sp­ trong toàn bộ thời gian đánh lửa t_fsp [xem Hình 4f)].

E_spi =

4.6.2. Năng lượng phóng Zener, E_zd

Năng lượng phóng Zener, E_zd, được xác định bằng phương pháp thử B. Nó được tính toán từ tích phân của tích giá trị đo điện áp phóng Zener, U_zd và dòng điện phóng Zener I_zd trong toàn bộ thời gian phóng Zener t_fzd [xem Hình 4g)].

E_zd =

4.6.3. Thời gian đánh lửa hoặc thời gian phóng Zener

Khoảng thời gian trong giới hạn thể hiện khả năng đánh lửa của đầu ra cuộn dây đánh lửa dưới các điều kiện²⁾ giới hạn của nhiên liệu [xem Hình 4 d), f) và g)].

¹⁾ Dạng sóng trên các đồ thị xuất hiện trong các hệ thống đánh lửa có tiếp điểm

Hình 4 – Ví dụ về đo đạc các thông số trong hệ thống đánh lửa

4.6.4. Dòng điện đánh lửa lớn nhất, I_spm, hoặc dòng điện phóng Zener lớn nhất, I_zdm

Dòng điện đánh lửa lớn nhất, I_spm, hoặc dòng điện phóng Zener lớn nhất là dòng tức thời từ mạch thứ cấp của cuộn dây đánh lửa trước khi điện cực bugi bị phá hỏng [xem Hình 4f)] hoặc đi qua điốt Zener [xem Hình 4 g)].

4.7. Thời gian tăng điện áp sơ cấp, t_sUr

Thời gian tăng điện áp sơ cấp, t_sUr, là thông số thể hiện khả năng của hệ thống đánh lửa tạo tia lửa điện qua các bugi. Thời gian tăng điện áp sơ cấp càng ngắn thì năng lượng hệ thống mất mát qua mạch phân nhánh càng nhỏ và điện áp tập trung tạo tia lửa điện ở bugi càng lớn [xem Hình 4b)].

Khoảng thời gian này phải được đo khi hệ thống có tải với tụ điện C₁ như mô tả trong 3.8.2 và điện trở R₁ như mô tả trong 3.8.3.

Để dễ dàng so sánh giữa các hệ thống, thời gian tăng điện áp sơ cấp phải được xác định giữa – 1,5 kV và – 15 KV, được lặp lại giữa + 1,5 kV và + 15 KV đối với các cuộn dây hai đầu cao áp hoặc theo sự thỏa thuận giữa người sử dụng và nhà sản xuất.

4.8. Điện áp tự cảm cuộn sơ cấp, U_pind

Điện áp tự cảm cuộn sơ cấp, U_pind, ảnh hưởng tới tuổi thọ của tiếp điểm trong các hệ thống đánh lửa cổ điển và là thông số để thể hiện sự tác động tới các khóa bán dẫn (trừ khi điện áp kẹp được sử dụng) trong các phần tử dự trữ năng lượng điện cảm của hệ thống đánh lửa [xem Hình 4e)]. Nếu điện áp này phải được đo, nó có thể cần thiết sử dụng một thiết bị đo với một đầu vào khác.

Dạng sóng điện áp tự cảm cuộn sơ cấp thường được xác định trước (thường trong khoảng 20 ms) bởi đỉnh nhọn của cảm ứng rò. Yếu tố này thường được bỏ qua trong quá trình tính toán, nhưng nếu diện tích dưới đỉnh nhọn là đáng kể thì phải được đưa vào quá trình tính toán, khi xét ảnh hưởng đến các thành phần bán dẫn.

4.9. Trở kháng giới hạn đánh lửa, R_{15 kV}

Đặc tính phân nhánh của hệ thống đánh lửa cũng được xác định bởi điện trở tải giới hạn của nó, R_{15 kV}. Đây là điện trở tải mà ở đó giá trị tuyệt đối của điện áp khả dụng, U_av, giảm tới 15 kV. Điện trở giới hạn được lựa chọn là R_{15 kV} (xem R₁ từ Hình 1 đến Hình 3).

Các thông số là

C_tải (xem C₁ trong các hình từ 1 tới 3) như miêu tả trong 3.8.2;

U_nguồn = 13,5 V;

n_{trục khuỷu} = 2000 r/min.

5. Quy trình

5.1. Yêu cầu chung

Việc lắp đặt các mạch được thể hiện trên Hình 1 đến Hình 3 với thiết bị được bố trí để có thể đo được các thông số như Điều 4.

Việc lắp đặt mạch thử kiểu A được thực hiện với các thử để xác nhận các chức năng yêu cầu và đặc tính của hệ thống.

Việc lắp đặt mạch thử kiểu B được thực hiện với các thử để so sánh đặc tính của các cuộn dây đánh lửa và dòng điện ngắt của các hệ thống.

5.2. Điều kiện thử

Điều kiện thử phải được lựa chọn một cách thích hợp từ Bảng 1.

Khi thực hiện thử mô phỏng quá trình khởi động, hệ thống phải được hoạt động dưới các điều kiện mô phỏng điều kiện làm việc của hệ thống điện trên phương tiện đối với phần sơ cấp. Ví dụ, nếu một điện trở nối tiếp với cuộn sơ cấp thường bị ngắt trong khi động cơ quay, điện trở này cũng phải được ngắt trong các mạch thử.

5.2.1. Nguồn cung cấp, U_sup

Nguồn cung cấp, U_­sup, cho trong Bảng 1, được dựa trên điện áp thông thường là 12 V. Nếu phép thử hệ thống có điện áp 24 V thì nhân đôi nguồn điện áp này.

Bảng 1 – Điều kiện thử

5.2.2. Nhiệt độ môi trường

Cho phép hệ thống đánh lửa ngâm ít nhất 1 h ở các nhiệt độ được thể hiện trong Bảng 1 trước khi bắt đầu phép thử.

Trước khi ghi lại kết quả ở bất kỳ điểm thử nào, hệ thống phải đạt tới trạng thái làm việc ổn định nhiệt theo thỏa thuận giữa nhà sản xuất và người sử dụng.

Khi thiết bị môi trường được sử dụng để điều khiển nhiệt độ xung quanh, cần chú ý đối với các dây và/hoặc cáp, và trở kháng không làm ảnh hưởng tới các kết quả thử.

5.3. Phương pháp thử

Các phương pháp thử A và B khác nhau trong việc sắp xếp phép thử để đo năng lượng (điện áp đánh lửa hoặc điện áp phóng Zener, dòng điện đánh lửa hoặc dòng điện phóng Zener, thời gian đánh lửa hoặc thời gian phóng Zener).

Kết quả năng lượng tính toán theo hai phương pháp sẽ khác nhau.

5.3.1. Phương pháp thử nghiệm A – Năng lượng đánh lửa điện cảm

Phương pháp thử nghiệm A gần nhất với các hệ thống lắp đặt trên các phương tiện và phải được sử dụng với sơ đồ thử A để xác nhận các chức năng của hệ thống. Nó phải được sử dụng để đo các thông số trong Điều 4 với các điều kiện trong 5.2 và các điều kiện thích hợp trong Bảng 1.

Việc tính toán trong 4.6.1 với phương pháp này xác định phần cảm của năng lượng đánh lửa phóng qua điện cực bugi như thể hiện trên Hình 5 và Hình 6. Điện cực đánh lửa đối với cuộn dây một đầu cao áp phải được thiết lập tới điện áp đánh lửa U_ps là 1 kV ± 5%, 0,5 kV ± 5% đối với mỗi cuộn thứ cấp.

Dao động ký P₂ (xem 3.2) và đầu dò điện áp R_D (xem 3.3) phải được sử dụng để đo điện áp và thời gian đánh lửa. Đầu dò điện áp phải được kết nối tới khe hở bugi đã được điều chỉnh tới giá trị U_sp. Để đo dòng đánh lửa, đầu dò dòng điện phải được sử dụng như thể hiện trên Hình 1 đến Hình 3, với sơ đồ thử nghiệm A.

5.3.2. Phương pháp thử nghiệm B – Năng lượng phóng Zener

Phương pháp thử nghiệm B phải được sử dụng với sơ đồ thử nghiệm B để so sánh đặc tính và tính năng của các cuộn dây đánh lửa và các dòng điện ngắt của hệ thống.

Đối với quá trình đo năng lượng, một chuỗi các điốt Zener 1 kV như thể hiện trên Hình 1 và Hình 2, sơ đồ thử nghiệm B, hoặc một chuỗi điốt Zener 1 kV và một chuỗi điốt Zener 0,5 kV như thể hiện trên Hình 3 phải được sử dụng. Dòng điện phóng được sử dụng để tính toán năng lượng phải được đo bằng cách sử dụng một đầu dò dòng như thể hiện trên Hình 1 đến Hình 3, sơ đồ thử nghiệm B.

Năng lượng tính toán được thể hiện trong 4.6.2.

Dao động ký P₂ và đầu dò điện áp R_D được sử dụng như thể hiện trên Hình 1 đến Hình 3 để đo điện áp qua chuỗi điốt Zener và thời gian phóng.

Kích thước tính bằng milimét

Hình 5 – Thiết lập các khe hở đánh lửa

Kích thước tính bằng milimét

Hình 6 – Các yêu cầu của điện cực bugi