Đề tài Khảo sát Hệ thống đánh lửa động cơ 2GR- FE lắp trên xe Camry 2007

Mục lục Trang Lời nói đầu 3 Các ký hiệu viết tắt 4 I. MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 5 1.1. Mục đích. 5 1.2. Ý nghĩa . 5 II. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 6 2.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống đánh lửa 6 2.1.1. Nhiệm vụ 6 2.1.2. Yêu cầu 6 2.1.3. Phân loại 6 2.2. Lý thuyết chung về hệ thống đánh lửa 8 2.2.1. Giai đoạn tăng dòng sơ cấp khi KK’ đóng 9 2.2.2. Giai đoạn gắt dòng sơ cấp 12 2.2.3. Giai đoạn phóng điện cực bugi 13 2.3. Giới thiệu sơ lược về hệ thống đánh lửa. 16 2.3.1. Hệ thống đánh lửa thường. 16 2.3.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn 17 2.4. Các thông số cơ bản của hệ thống đánh lửa 26 2.4.1. Hiệu điện thế thức cấp cực đại 26 2.4.2. Hiệu điện thế đánh lửa Uđl 26 2.4.3. Góc đánh lửa sớm đl 26 2.4.4. Hệ số dự trữ Kdt 27 2.4.5. Năng lượng dự trữ Wdt 27 2.4.6. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp 28 2.4.7. Tần số và chu kỳ đánh lửa 28 2.4.8. Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện 29 III. KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ 2GR- FE 30 3.1. Giới thiệu về động cơ 30 3.1.1. Thông số kỹ thuật động cơ 2GR- FE 30 3.1.2. Đặc điểm chung trên động cơ 2GR- FE 31 3.2. Hệ thống đánh lửa động cơ 2GR- FE 41 3.2.1. Giới thiệu chung về hệ thống đánh lửa động cơ 2GR- FE 41 3.2.2. Cấu tạo một số thiết bị của hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ 2GR- FE 42 3.2.3. Nguyên lý và mạch điện các cảm biến trên động cơ 2GR- FE 48 3.2.4. Bộ điều khiển điện tử ECU 56 3.2.5. Điều khiển đánh lửa 57 3.2.6. Khiểm tra thông số của hệ thống đánh lửa 65 IV. CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 69 4.1. Chẩn đoán khắc phục hư hỏng theo bảng mã 69 4.2. Chẩn đoán hư hỏng theo máy quét mã lỗi 74 4.3. Chẩn đoán hư hỏng theo tình trạng động cơ 80 V. KẾT LUẬN 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 LỜI NÓI ĐẦU Như chúng ta đã biết, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành điện tử thì ngành động cơ ôtô cũng có những sự vươn lên mạnh mẽ. Hàng loạt các linh kiện bán dẫn, thiết bị điện tử được trang bị trên động cơ ôtô nhằm mục đích giúp tăng công suất động cơ, giảm được suất tiêu hao nhiên liệu và đặc biệt là ô nhiễm môi trường do khí thải tạo ra là nhỏ nhất... Và hàng loạt các ưu điểm khác mà động cơ đốt trong hiện đại đã đem lại cho công nghệ chế tạo ôtô hiện nay. Việc khảo sát cụ thể hệ thống đánh lửa khiển điện tử giúp em có một cái nhìn cụ thể hơn, sâu sắc hơn về vấn đề này. Đây cũng là lý do mà đã khiến em chọn đề tài này làm đề tài tốt nghiệp với mong muốn góp phần nghiên cứu sâu hơn về hệ thống đánh lửa trên động cơ xăng, để từ đó có thể đưa ra được các giải pháp về các vấn đề hư hỏng thường gặp ở hệ thống đánh lửa động cơ này. Do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo còn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô giáo trong bộ môn chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Qua đây cho em kính gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong trường mà đặc biệt là các thầy cô giáo trong Khoa Cơ Khí Giao Thông đã tận tình dạy bảo em trong suốt năm năm học vừa qua. Em xin cảm ơn thầy giáo “Phạm Quốc Thái” đã nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất. Đà nẵng, ngày tháng năm 2008 Sinh viên thực hiện. Võ- Văn- Sỹ. Các kí hiệu và viết tắt TDC (Top Dead Center): Điểm chết trên trục cam nạp. ATDC (After Top Dead Center):Trước điểm chết trên trục cam đóng. B TDC (After Top Dead Center):Trước điểm chết trên trục cam mở. BDC (Bottom Dead Center): Điểm chết dưới trục cam xả. ABDC (After Bottom Dead Center): Sau điểm chết dưới trục cam xả. BBDC (Bottom Dead Center): Trước điểm chết dưới trục cam xả. ESA (Electronic Spark Advance): Đánh lửa sớm điện tử. ECU (Electronic Control Unit): Bộ điều khiển điện tử. DTC: Mã lỗi trên động cơ được xác định bằng chẩn đoán. OBD (On Board Diagnosis): Hệ thống chẩn đoán. IGT: Tín hiệu đánh lửa do ECU cấp đến IC của hãng TOYOTA. IGF: Tín hiệu phản hồi đánh lửa do IC cấp đến ECU của hãng TOYOTA. IGDA, IGDB: Tín hiệu xung xác định thứ tự đánh lửa các máy. TI (Transistor ignition system): Hệ thống đánh lửa điện cảm. CDI (Capacitor discharged ignition system): Hệ thống đánh lửa điện dung. DIS (Direct Ignition System): Hệ thống đánh lửa trực tiếp. DLI (Direct Less Ignition): Sử dụng biến áp cho từng cặp bugi đánh lửa. LED (Lighting Emision Diode): Phần tử cảm quang. DOHC (Double Overhead Camshafts): Hai trục cam phía trên xylanh. EFI (Electronic Fuel Injection): Hệ thống phun xăng điện tử. VVT-i (Variable Valve Timing with intelligence): Hệ thống điều khiển van nạp nhiên liệu biến thiên thông minh. IC (Integrated Circuit): Mạch tích hợp. I. MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA ĐỀ TÀI. 1.1. Mục đích. - Thấy rõ vai trò quan trọng trong việc tạo ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu vào đúng thời điểm. - Tìm hiểu nắm vững nguyên lý làm việc và từ đó thấy được ưu nhược điểm của các hệ thống đánh lửa trong các động cơ châm cháy cưỡng bức. - Thấy được tầm quan trọng trong việc thay thế hệ thống đánh lửa điều khiển tiếp điểm cơ khí bằng hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử trên các loại xe đời mới hiện nay. - Tìm hiểu và nắm vững nguyên lý hoạt động của các cảm biến sử dụng trong hệ thống đánh lửa trên động cơ 2GR- FE. - Có thể chẩn đoán một cách chính xác và nhanh chóng các hư hỏng trong hệ thống đánh lửa của động cơ 2GR- FE nói riêng và các động cơ hiện đại tương đương nói chung. 1.2. Ý nghĩa. - Giúp cho sinh viên tổng hợp các kiến thức đã học một cách lôgic nhất. - Giúp cho sinh viên tiếp cận thực tế với các động cơ đời mới. - Hiểu rõ vai trò quan trọng của hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử so với các hệ thống đánh lửa đời cũ. - Nắm vững cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên động cơ 2GR- FE và từ đó làm tiền đề để nghiên cứu các hệ thống đánh lửa của các động cơ khác. - Giúp sinh viên tự tin hơn lúc mới ra trường chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế về các hệ thống đánh lửa điện tử của các động cơ đời mới. II. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA. 2.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống đánh lửa. 2.1.1. Nhiệm vụ. - Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều thế hiệu thấp (6V,12V, hay 24V) hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp ( trong hệ thống đánh lửa bằng Manhêtô và Vôlăng manhêtic) thành các xung điện cao thế (12000- 40000V) đủ để tạo nên tia lửa ( phóng qua khe hở Bugi) đốt cháy hổn hợp làm việc trong các xilanh của động cơ vào những thời điểm thích hợp và tương ứng với trình tự xilanh và chế độ làm việc của động cơ. - Trong một số trường hợp thì hệ thống đánh lửa còn dùng để hổ trợ khởi động, tạo điều kiện động cơ khởi động được dễ dàng ở nhiệt độ thấp. 2.1.2. Yêu cầu. Một hệ thống đánh lửa tốt phải thoả mãn các yêu cầu sau: - Hệ thống đánh lửa phải sinh ra dòng thứ cấp đủ lớn để phóng điện qua khe hở Bugi trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ. - Tia lửa trên Bugi phải đủ năng lượng và thời gian phóng để sự cháy bắt đầu. - Góc đánh lửa sớm phải đúng trong mọi chế độ hoạt động của động cơ. - Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ cao và độ rung xóc lớn. - Sự mài mòn điện cực bugi phải nằm trong khoảng cho phép. - Độ tin cậy làm việc của hệ thống đánh lửa phải tin cậy tương ứng với độ tin cậy làm việc của động cơ. - Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ... 2.1.3. Phân loại. Ngày nay, hệ thống đánh lửa được trang bị trên ôtô có rất nhiều loại khác nhau. Dựa vào cấu tạo, hoạt động, phương pháp điều khiển, người ta phân loại hệ thống đánh lửa theo các cách phân loại sau: * Phân loại theo đặc điểm cấu tạo: + Hệ thống đánh lửa thường. + Hệ thống đánh lửa bán dẫn. - Loại có tiếp điểm. - Loại không có tiếp điểm. + Hệ thống đánh lửa Manhêto. + Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng chương trình. * Phân loại theo phương pháp tích luỹ năng lượng: + Hệ thống đánh lửa điện cảm (TI – transistor ignition system). + Hệ thống đánh lửa điện dung (CDI– capacitor discharged ignition system). * Phân loại theo phương pháp điều khiển bằng cảm biến. + Hệ thống đánh lửa sử dụng tiếp điểm (breaker). + Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ (electromaagnetic sensor) gồm hai loại: loại nam châm đứng yên và loại nam châm quay. + Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall. + Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang. + Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến từ trở... + Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến cộng hưởng. * Phân loại theo các phân bố điện cao áp. + Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện Delco. + Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay không có Delco. * Phân loại theo phương pháp góc đánh lửa sớm. + Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng cơ khí. + Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng bằng điện tử ( ESA- electronic spark advance). Theo phân loại ta có các hệ thống đánh lửa như trên, để hiểu rõ hơn về các hệ thống đánh lửa sau đây em phân tích một số hệ thống đánh lửa. 2.2. Lý thuyết chung về hệ thống đánh lửa trên ô tô. Hệ thống đánh lửa sau khi có nhiệm vụ biến đổi dòng điện một chiều thế hiệu thấp (hoặc xoay chiều với xung điện thấp) thành dòng điện với thế hiệu cao có năng lượng đủ lớn thì sẽ sinh ra tia lửa để phóng qua khe hở giữa hai điện cực của bugi đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu.Qua nghiên cứu người ta xác định tia lửa này có hai phần rõ rệt: - Phần điện dung: Tia lửa có màu xanh, xảy ra ở thời điểm đầu khi đánh lửa, nhiệt độ khoảng 10000C, cường độ dòng điện rất lớn (từ 500(1200 A) thời gian xuất hiện ngắn < 10-6 s, tần số cao 106 ( 107 hz, có tiếng nổ lách tách và gây ra nhiễu xạ vô tuyến. Tia lửa này xuất hiện làm điện thế U2 trên cuộn thứ cấp giảm nhanh còn khoảng 1500 ( 2000v. Tia lửa này có tác dụng đốt cháy nhiên liệu trong buồng cháy động cơ. - Năng lượng của phần điện dung:
[ w.s] (2.1). Trong đó: C- Điện dung thứ cấp của biến áp đánh lửa. Uđl- Điện thế đủ lớn để tạo tia lửa phóng qua giữa hai điện cực bugi. - Phần điện cảm: Là phần "đuôi lửa" do mạch điện có thành phần điện cảm của cuộn dây sinh ra. Tia lửa điện cảm có màu vàng hoặc tím nhạt, cường độ dòng điện nhỏ khoảng 80(100 mA nguyên nhân do sự tụt áp của U2 ở giai đoạn trước đó. Tia lửa điện cảm có tác dụng làm động cơ khởi động tốt hơn khi động cơ còn nguội. Do nhiên liệu lúc này khó bay hơi, tia lửa này có tác dụng làm nhiên liệu bay hơi hết và đốt cháy kiệt nhiên liệu. Năng lượng của tia lửa điện cảm:
[W.s] (2. 2). Trong đó: L: Điện cảm của mạch điện. Ing: Cường độ dòng điện sơ cấp khi bị ngắt. Để tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của Bugi, quá trình đánh lửa được chia làm ba giai đoạn: Quá trình tăng trưởng của dòng sơ cấp hay còn gọi là quá trình tích luỹ năng lượng, quá trình ngắt dòng sơ cấp và quá trình xuất hiện tia lửa điện ở cực Bugi. 2.2.1. Giai doạn tăng dòng sơ cấp khi KK’ đóng.
Hình 2-1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa Trong sơ đồ trên gồm có: Rf: Điện trở phụ. R1: Điện trở cuộn sơ cấp. L1, L2: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp. T: Transistor công suất được điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm biến hoặc vít lửa. Ta có thể chuyển sơ đồ mạch điện sơ cấp thành sơ đồ tương đương như sau.
Hình 2-2 Sơ đồ tương đương mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa Khi KK' đóng, sẽ có dòng sơ cấp i1 chạy theo mạch: (+)AQ ( Kđ ( Rf ( W1 ( Cần tiếp điểm 2 ( KK' ( (-)AQ Dòng điện này tăng từ không đến một giá trị giới hạn xác định bởi điện trở của mạch sơ cấp. Mạch thứ cấp lúc này coi như hở. Do suất điện động tự cảm, dòng i1 không thể tăng tức thời mà tăng dần trong một khoảng thời gian nào đó. Trong giai đoạn gia tăng dòng sơ cấp ta có thể viết phương trình sau: Ung + eL1 = i1.R1 (2. 3). Trong đó: Ung - Thế hiệu của nguồn điện (ắc quy hoặc máy phát) [V]. eL1 - SĐĐ tự cảm trong cuộn sơ cấp [V]. R1 - Điện trở thuần của mạch sơ cấp [(]. Mà:
(2. 4). Giải phương trình vi phân (2.3) ta xác định được:
(2.5). Trong đó: t - Thời gian tiếp điểm đóng [s].
- Hằng số thời gian của mạch sơ cấp. Biểu thức (2.5) cho thấy: Dòng sơ cấp tăng theo quy luật đường tiệm cận.
(2.6). Khi t=0 (tiếp điểm vừa đóng lại) thì i1 = 0 và Khi t=( (tiếp điểm đóng rất lâu) thì:
(2. 7). Từ các biểu thức trên ta thấy rõ rằng, tốc độ gia tăng dòng sơ cấp phụ thuộc vào giá trị Ung và L1. L1 càng lớn thì tốc độ tăng dòng sơ cấp càng giảm. Tốc độ này có giá trị cực đại vào thời điểm tiếp điểm bắt đầu đóng (t=0). Giá trị nhỏ nhất của tốc độ tăng dòng sơ cấp
được xác định bởi thời điểm mở tiếp điểm. Trong quá trình làm việc của hệ thống đánh lửa, tốc độ này không bao giờ giảm đến không. Vì thời gian tiếp điểm đóng ngắn nên dòng sơ cấp không kịp đạt giá trị ổn định. Giá trị cực đại mà dòng sơ cấp có thể đạt được (i1max) phụ thuộc vào điện trở mạch sơ cấp và thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng. Thay giá trị t= tđ vào phương trình (2.5), ta xác định được:
(2. 8).
Hình 2-3 Quá trình tăng dòng sơ cấp i1 Đường (1) ứng với xe đời cũ có bobine độ tự cảm lớn, tốc độ tăng dòng sơ cấp chậm hơn so với bobine xe đời mới có độ tự cảm nhỏ đường (2). Chính vì điều này làm cho lửa yếu lúc xe có tốc độ cao. Trên xe đời mới đã được khắc phục nhờ sử dụng bobine có độ tự cảm nhỏ. Trong đó: I1ng - Giá trị dòng sơ cấp khi tiếp điểm mở [A] tđ - Thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng [s]. Nếu ký hiệu
là thời gian đóng tiếp điểm tương đối (ở đây: Tck = (tđ + tm); tm - Thời gian tiếp điểm ở trạng thái mở) thì thời gian tiếp điểm đóng có thể xác định theo công thức:
(2. 9). Trong đó:
- Tần số đóng mở của tiếp điểm Biểu thức này có thể chứng minh với lập luận như sau: Trong 2 vòng quay của trục khuỷu, tức là trong thời gian (60/ne)x 2 giây, tiếp điểm phải đóng mở Z lần để thực hiện đánh lửa. Vậy trong thời gian 1 giây tiếp điểm cần phải đóng mở [Z/(120/ne)] hay f=(neZ/120)); Z - Số xi lanh của động cơ 4 kỳ. ne - Số vòng quay của động cơ. Cuối cùng ta có:
(2. 10). Từ biểu thức (2.10) ta rút ra các nhận xét sau: - Giá trị dòng I1ng phụ thuộc các thông số của mạch sơ cấp (R1 và L1). - I1ng giảm đi khi tăng số vòng quay và số xi lanh động cơ. - I1ng tăng lên khi tăng thời gian đóng tiếp điểm tương đối, thời gian này được ấn định bởi dạng cam và việc điều chỉnh tiếp điểm. Thường (đ không thể làm tăng quá 0,63 vì lúc đó cam sẽ rất nhọn, gây ra rung động và va đập cần tiếp điểm khi làm việc và mau mòn. 2.2.2. Quá trình ngắt dòng sơ cấp. Khi trasisitor công suất ngắt, dòng điện sơ cấp và từ thông do nó sinh ra giảm đột ngột. Trên cuộn thứ cấp của bobine sẽ sinh ra một hiệu điện thế vào khoảng 15kV
40kV. Giá trị của hiệu điện thế thứ cấp phụ thuộc vào rất nhiều thông số của mạch sơ cấp và thứ cấp. Để tính toán hiệu điện thế thứ cấp cực đại ta sử dụng sơ đồ tương đương sau. Rm: Điện trở mất mát. Rr: Điện trở rò qua điện cực bougie
Hình 2-4 Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa Bỏ qua hiệu điện thế accu vì hiệu điện thế accu rất nhỏ so với sức điện động tự cảm xuất hiện trên dòng sơ cấp lúc transistor công suất ngắt, năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn sơ cấp của bobine được chuyển thành năng lượng điện trường trên tụ điện C1 và C2 và một phần mất mát. Để xác định hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m ta lập phương trình cân bằng lúc transistor công suất ngắt:
(2.11). Trong đó: C1: Điện dung của tụ điện mắc song song với transistor công suất. C2: Điện dung ký sinh của mạch thứ cấp. U1m, U2m: Hiệu điện thế sơ cấp, thứ cấp lúc transistor công suất ngắt. Q: Tổn thất dưới dạng nhiệt. U2m= kbb. U1m Kbb= W1/W2: Hệ số biến áp của bobine. W1,W2: Số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp. Mà:
(2.12). Sau khi biến đổi ta nhận được:
(2.13). (': Hệ số tính đến sự giảm U2 do tổn thất năng lượng dưới dạng nhiệt trong cả hai mạch sơ cấp và thứ cấp (('=0,75...0,85).
Hình 2-5 Qui luật biến đổi dòng điện sơ cấp i1 và hiệu điện thế thứ cấp U2 Transistor công suất ngắt, cuộn sơ cấp sẽ sinh ra một sức điện động khoảng 100
300 V. 2.2.3. Quá trình phóng điện ở điện cực bugi. Khi thế hiệu U2 vừa đạt đến giá trị Uđl, đủ để xuyên qua khe hở giữa các điện cực của bugi, thì ở đó sẽ xuất hiện tia lửa điện cao thế (hình 2-6). Khi xuất hiện tia lửa điện thì U2 giảm đột ngột trước khi kịp đạt giá trị cực đại.
Hình 2-6 Sự thay đổi thế hiệu U2 khi phóng tia lửa điện a. Thời gian tia lửa điện dung, b. Thời gian tia lửa điện cảm. Kết quả của nhiều công trình nghiên cứu đã xác định được rằng: Tia lửa điện có hai phần rõ rệt: phần điện dung và phần điện cảm. Phần điện dung xuất hiện trước, vào thời điểm đầu của quá trình phóng điện. Đó là sự phóng tĩnh điện do năng lượng của điện trường tích luỹ trong điện dung C1 và C2 của hệ thống đánh lửa, tia lửa điện dung có màu xanh lam và rất chói do nhiệt độ của nó cao tới 10000OC. Thế hiệu cao và dòng điện phóng rất lớn nên công suất tức thời của nó cũng khá lớn (có thể đạt đến hàng chục kW). Tuy nhiên, thời gian tồn tại tia lửa này rất ngắn (<1(s) nên năng lượng điện trường cũng không lớn lắm. Đặc trưng của phần tia lửa điện dung là có tiếng nổ lách tách, tần số dao động lớn tới (106...107) Hz, nên gây nhiễu xạ vô tuyến mạnh. Tia lửa điện dung làm điện thế U2 giảm đột ngột, chỉ còn khoảng 1500...2000V. Vì tia lửa xuất hiện trước khi U2 đạt giá trị cực đại, nên phần tia lửa điện dung chỉ tiêu tốn một phần năng lượng của từ trường tích luỹ trong biến áp đánh lửa là:
(2. 14). Trong đó:
. (2. 15). Phần năng lượng còn lại được tiếp tục phóng qua khe hở bugi dưới dạng tia lửa điện cảm hay còn gọi là đuôi lửa. Do U2 đã giảm nhiều nên dòng phóng lúc này cũng rất nhỏ, chỉ khoảng (80...100)mA. Tia lửa điện cảm có màu tím nhạt-vàng, kéo dài khoảng vài (s đến vài ms, phụ thuộc vào giá trị năng lượng điện cảm tích luỹ trong mạch sơ cấp:
. (2. 16). Trong điều kiện thực tế, tia lửa có thể chỉ có phần điện dung hoặc điện cảm thuần túy hoặc hỗn hợp cả hai phần, tuỳ thuộc vào các thông số của hệ thống đánh lửa. và các điều kiện vật lý khi xuất hiện tia lửa. Nói chung các xoáy khí hình thành trong buồng cháy ở số vòng quay cao của động cơ, cản trở việc tạo thành phần điện cảm của tia lửa. Đuôi lửa có tác dụng tốt khi khởi động động cơ nguội. Vì khi khởi động nhiên liệu bốc hơi kém, khó cháy. Nên khi nhiên liệu đã bén lửa của phần điện dung, nó sẽ bốc hơi và hoà trộn tiếp, đuôi lửa sau đó sẽ đốt cho nhiên liệu cháy hết. 2.3. Giới thiệu sơ lược về hệ thống đánh lửa. Hệ thống đánh lửa của động cơ xăng có tác dụng là nguồn sinh ra tia lửa điện châm ngòi gây nổ hỗn hợp khí- nhiên liệu. Theo phân loại hệ thống đánh lửa như trên và để hiểu rõ hơn về quá trình phát triển của hệ thống đánh lửa. Sau đây em xin giới thiệu một số hệ thống đánh lửa từ lúc mới ra đời của động cơ đốt trong cho đến nay, hệ thống đánh lửa ngay một hoàn thiện và đáp ứng được yêu cầu để đảm bảo cho động cơ ngày một hoàn thiện. 2.3.1. Hệ thống đánh lửa thường. a, Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc. Hệ thống đánh lửa thường bao gồm:
Hình 2-7 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa thường 1.Trục cam, 2. cần tiếp điểm, 3. Biến áp đánh lửa, 4. Bộ chia điện, 5. Bugi. - Bình ắc quy: Là nguồn điện thường trực trên ôtô, cung cấp cho các nguồn phụ tải như máy khởi động, đền còi..v.v..tích luỹ điện năng do máy phát điện nạp vào. - Khoá công tắc: Để nối hay ngắt dòng điện sơ cấp của hệ thống khi cần khởi động hay tắt máy. - Biến áp đánh lửa: Có hai cuộn dây ; cuộn sơ cấp W1 có khoảng 250 ...400 vòng, cuộn thứ cấp W2 có khoảng 19000....26000 vòng. - Bộ chia điện: Cắt và nối dòng điện sơ cấp gây nên biến thiên từ thông trong Bobine làm cho cuộn thứ cấp cảm ứng điện cao thế. Bộ chia điện còn có công dụng chia dòng điện cao thế cho các Bugi vào đúng thời điểm. Cam của bộ chia điện được dẫn động quay từ trục phân phối làm nhiệm vụ đóng mở tiếp điểm KK’ tức là nối ngắt mạch sơ cấp của biến áp đánh lửa. b, Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa thường. - Khi KK’ đóng: Trong mạch sơ cấp xuất hiện dòng điện sơ cấp i1. Dòng này tạo nên một từ trường khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa. - Khi KK’ mở: Mạch sơ cấp bị ngắt, dòng i1 và từ trường do nó tạo nên mất. Do đó trong cả hai cuộn dây sẽ xuất hiện các suất điện động tự cảm, tỷ lệ thuận với tốc độ biến thiên của từ thông. Do cuộn thứ cấp có số vòng dây lớn nên suất điện động sinh ra trong nó cũng lớn, đạt giá trị khoảng 12000....24000 V. Điện áp cao này truyền qua roto của bộ chia điện và các dây dẫn cao áp đến Bugi đánh lửa theo thứ tự nổ của động cơ. Khi thế hiệu thứ cấp đạt giá trị Udl thì sẽ xuất hiện tia lửa điện phóng qua khe hở Bugi đốt cháy hỗn hợp làm việc trong xylanh. Khi KK’ mở, trong cuộn W1 cũng xuất hiện suất điện động tự cảm khoảng 200..300V. Tụ C1 mắc song song với tiếp điểm với mục đích tích điện từ các tia lửa ở các tiếp điểm bảo vệ các tiếp điểm không bị cháy rổ..đồng thời tụ C1 sẽ phóng dòng điện ngược này về cuộn sơ cấp trong Bobine làm cho dòng sơ cấp triệt tiêu nhanh hơn và như vậy sẽ làm cho hiệu điện thế thứ cấp tăng lên nhanh chóng. 2.3.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn. Hệ thống đánh lửa thường còn nhiều hạn chế trong quá trình sử dụng, như hiệu điện thế đánh lửa không lớn, không đáp ứng dòng điện cho quá trình tăng tốc, hơn nữa do cơ cấu điều khiển bằng cơ khí nên trong quá trình sử dụng sẽ có nhiều hư hỏng … Vậy nên ngày nay hầu hết các ô tô đều được trang bị hệ thống đánh lửa bán dẫn vì loại này còn có ưu điểm là tạo được tia lửa mạnh ở điện cực bougie, đáp ứng tốt các chế độ làm việc của động cơ, tuổi thọ cao…. Quá trình phát triển hệ thống đánh lửa điện tử cũng được chế tạo, cải tiến với nhiều loại khác nhau, song có thể chia thành hai loại chính sau: - Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp, gồm có: Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển và hệ thống đánh lửa bán dẫn không có vít điều khiển. - Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng kỹ thuật số hay còn được gọi là hệ thống đánh lửa theo chương trình. 2.3.2.1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp. Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp có thể điều khiển đánh lửa bằng vít điều khiển hoặc dùng một cảm biến để điều khiển (Cảm biến điện từ, cảm biến Quang, cảm biến Hall). Để hiểu rõ hơn về hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp sau đây em giới thiệu về một trong các hệ thống đánh lửa nêu trên. Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm sử dụng cảm biến quang. + Cảm biến quang: Cảm biến quang gồm hai loại, chúng chỉ khác nhau ở phần tử cảm biến quang. Loại sử dụng một cặp Led-Photo Transistor. Loại sử dụng một cặp Led-Photo diode. Phần tử cảm quang (Led-Lighting Emision Diode) và phần tử cảm quang (Photo Transistor hoặc photo diode) được đặt trong bộ chia điện. Đĩa của cảm biến được gắn trên trục bộ chia điện, số rãnh tương ứng với xilanh của động cơ. Hoạt động của cảm biến quang như sau: Khi có ánh sáng chiếu vào giữa hai phần tử này thì nó sẽ trở nên dẫn điện và ngược lại khi không có ánh sáng đi qua nó sẽ không dẫn điện. Độ dẫn điện của nó phụ thuộc vào cường độ ánh sáng và hiệu điện thế giữa hai đầu cực 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 để dùng làm tín hiệu đánh lửa . Hình 2-9 là sơ đồ đánh lửa bán dẫn được điều khiển bằng cảm biến quang của hãng Motorola. Cảm biến quang được đặt trong bộ chia điện, gửi tín hiệu đánh lửa về cho bộ điều khiển đánh lửa. Nguyên lí hoạt động của sơ đồ hệ thống đánh lửa này như sau: Khi đĩa cảm biến quay đến vị trí đĩa chắn ánh sáng từ LED D1 sang photo Transistor T1 làm T1 bị ngắt, làm cho các Transistor T2, T3, T4 ngắt theo, còn T5 dẫn cho dòng điện qua cuộn sơ cấp sau đó đến vị trí masse. Khi đĩa cảm biến cho dòng ánh sáng đi qua T1 sẽ ở trạng thái dẫn, đồng thời T2, T3, T4 cũng dẫn theo, T5 lúc này ở trạng thái đóng, làm cho dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột. Do dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột nên trên cuộn thứ cấp xuất hiện một hiệu điện thế có giá trị 25(35KV, hiệu điện thế này qua bộ chia điện để đến các bugi sinh ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp khí -nhiên liệu theo đúng thứ làm việc của các xilanh. * Ưu, nhược điểm của hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm so với hệ thống đánh lửa thường: + Ưu điểm: - Có thể đồng hoá hệ thống đánh lửa chung cho các loại động cơ ôtô khác nhau. - Điện thế thứ cấp U2= 25÷50kV ở mọi chế độ làm việc của động cơ.