đồ án đánh lửa lập trình

đồ án đánh lửa lập trình

Đồ án Đánh lửa lập trình MỤC LỤC CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐN ĐÁNH LỬA 3 CÔNG DỤNG , YÊU CẦU, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 3 LÝ THUYẾT ĐÁNH LỬA 5 CHƯƠNG II : HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH 16 SF 16 NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH 16 CẤU TẠO HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH 18 HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA SỚM ESA 62 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH 71 PHẦN II: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG I : KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐN ĐÁNH LỬA CÔNG DỤNG , YÊU CẦU, PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 1.1.1 Công dụng Hệ thống đánh lửa trên động cơ có nhiệm vụ biến nguồn điện xoay chiều hoặc một chiều có hiệu điện thế thấp (12 hoặc 24 V) thành các xung điện thế cao (từ 15.000 đến 40.000 V). Các xung hiệu điện thế cao này sẽ được phân bố đến bougie của các xylanh đứng thời điểm để tạo tia lửa điện cao thế đốt cháy hòa khí. 1.1.2 Tổng quan hệ thống đánh lửa. Trong động cơ xăng, hỗn hợp không khí – nhiên liệu được đánh lửa để đốt cháy và áp lực sinh ra từ sự bốc cháy sẽ đẩy piston xuống. Năng lượng nhiệt được biến thành động lực có hiệu quả cao nhất khi áp lực nổ cực đại được phát sinh vào thời điểm trục khuỷu ở vị trí 10 0 sau điểm chết trên (ATDC- After Top dead center) . Vì vậy phải đánh lửa sớm sao cho áp lực nổ cực đại được tạo ra vào thời điểm 10 0 sau TDC . Thời điểm đánh lửa để động cơ có thể sinh ra áp lực nổ cực đại thường xuyên thay đổi tùy thuộc vào điều kiện làm việc của động cơ . Góc đánh lửa sớm opt θ là góc quay của trục khuỷu động cơ tính từ thời điểm xuất hiện tia lửa tại bougie cho đến khi piston lên tới TDC . Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế và độ ô nhiễm của khí thải động cơ. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: ),,,,,,( omtwtbđbđopt Nnttptpf= θ Trong đó: - bđ p :Áp suất buồng đốt tại thời điểm đánh lửa. - bđ t : nhiệt độ buồng đốt. - P : Áp suất trên đường ống nạp. - wt t : nhiệt độ nước làm mát động cơ. - mt t : nhiệt độ môi trường. - n : số vòng quay của động cơ. - 0 N : chỉ số octan của động cơ xăng. a. Quá trình cháy của hòa khí. Hình 1.1 : Góc đánh lửa sớm • Giai đoạn cháy trễ Sự bốc cháy của hỗn hợp không khí – nhiên liệu không phải xuất hiện ngay sau khi đánh lửa . Thoạt đầu , một khu vực nhỏ ( hạt nhân) ở sát ngay tia lửa bắt đầu cháy, và quá trình bắt cháy này lan ra khu vực xung quanh. Quãng thời gian từ khi hỗn hợp không khí - nhiên liệu được đánh lửa cho đến khi nó bốc cháy được gọi là giai đoạn cháy trễ ( khoảng A đến B trong sơ đồ) . Giai đoạn cháy trễ đo gần như không thay đổi và nó không bị ảnh hưởng của điều kiện làm việc của động cơ. • Giai đoạn lan truyền ngọn lửa Sau khi hạt nhân ngọn lửa hình thành , ngọn lửa nhanh chóng lan truyền ra xung quanh. Tốc độ lan truyền này được gọi là tốc độ lan truyền ngọn lửa, và thời kỳ này được gọi là thời kỳ lan truyền ngọn lửa ( B-C-D trong sơ đồ) . Khi có một lượng lớn không khí được nạp vào, hỗn hợp không khí- nhiên liệu trở nên có mật độ cao hơn . Vì thế, khoảng cách giữa các hạt trong hỗn hợp không khí – nhiên liệu giảm xuống, nhờ thế tốc độ lan truyền ngọn lửa tăng lên. Ngoài ra, luồng hỗn hợp không khí- nhiên liệu xoáy lốc càng mạnh thì tốc độ lan truyền ngọn lửa càng cao. Khi tốc độ lan truyền ngọn lửa cao, cần phải định thời đánh lửa sớm. Do đó cần phải điều khiển thời điểm đánh lửa theo điều kiện làm việc của động cơ. 1.1.3 Yêu cầu Một hệ thống đánh lửa làm việc tốt phải đảm bảo các yêu cầu sau : - Hệ thống đánh lửa phải sinh ra sức điện động thứ cấp đủ lớn để phóng điện qua khe hở bougie trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ. - Tia lửa trên bougie 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 bougie phải nằm trong khoảng cho phép. LÝ THUYẾT ĐÁNH LỬA 1.1.4 Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa. a. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U m2 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại m U 2 là hiệu điện thế cực đại đo được ở hai đầu cuộn dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bougie. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại m U 2 phải đủ lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bougie, đặc biệt là lúc khởi động. b. Hiêu điện thế đánh lửa U đl . Hiệu điện thế thứ cấp mà ở đó quá trình đánh lửa xảy ra, được gọi là hiệu điện thế đánh lửa đl U . Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tuân theo định luật Pashen. đl U = K T P δ . Trong đó: P : là áp suất buồng đốt tại thời điểm đánh lửa. δ : khe hở bougie. T : nhiệt độ ở điện cực trung tâm của bougie tại thời điểm đánh lửa. K : hằng số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp hòa khí. Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu điện thế đánh lửa đl U tăng khoảng 20 đến 30 % do nhiệt độ điện cực bougie thấp. Khi độn-g cơ tăng tốc độ, thoạt tiên, đl U tăng, do áp suất nén tăng nhưng sau đó U đl giảm từ từ do nhiệt độ điện cực bougie tăng và áp suất nén giảm do quá trình nạp xấu đi. Hiệu điện thế đánh lửa có giá trị cực đại ở chế độ khởi động và tăng tốc, có giá trị cực tiểu ở chế độ ổn định khi công suất cực đại ( hình 1.1). Trong quá trình vận hành xe mới, sau 2.000 km đầu tiên, U đl tăng 20% do điện cực bougie bị mài mòn. Sau đó đl U tiếp tục tăng do khe hở bougie tăng. Vì vậy để giảm đl U phải hiệu chỉnh lại khe hở bougie sau mỗi 10.000 km (đối với loại bougie điện cực thường). 1.Toàn tải ; 2. Nửa tải ; 3. Tải nhỏ ; 4. Khởi động và cầm chừng Hình 1.2 : Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa vào tốc độ và tải của động cơ. c. Hệ số dự trữ K dt Hệ số dự trữ là tỷ số giữa hiệu điện thế cực đại m U 2 và hiệu điện thế đánh lửa đl U : dt K = đl m U U 2 Đối với hệ thống đánh lửa thường, do m U 2 thấp nên dt K thường nhỏ hơn 1,5. Trên những động cơ xăng hiện đại với hệ thống đánh lửa điện tử, hệ số dự trữ đánh lửa có giá trị khá cao ( 0,25,1 ÷= dt K ), đáp ứng được việc tăng tỷ số nén, tăng số vòng quay và tăng khe hở bougie. d. Năng lượng dự trữ W dt . Năng lượng dự trữ dt W là năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường trong cuộn dây sơ cấp của bobine. Để đảm bảo tia lửa điện có đủ năng lượng để đốt cháy hoàn toàn hòa khí, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp của bobine ở một giá trị xác định: dt W = 15050 2 1 ÷= × ng IL mJ Trong đó: - dt W : Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp. - 1 L : Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bobine. - ng I : Cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm transistor công suất ngắt. e. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S. S = dt du 2 = t u ∆ ∆ 2 = 600300 ÷ V/ s µ Trong đó: - S : Là tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp - 2 u∆ : Độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp. - t ∆ :Thời gian biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S càng lớn thì tia lửa điện xuất hiện ở điện cực bougie càng mạnh nhờ đó dòng không bị rò qua muội than trên điện cực bougie, năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm. f. Tần số và chu kỳ đánh lửa. Đối với động cơ xăng 4 kỳ, số tia lửa trong một giây hay còn gọi là tần số đánh lửa được xác định bởi công thức: )( 120 Hz nZ f = Đối với động cơ 2 kỳ: )( 60 Hz nZ f = 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 T : là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa. T = 1 / f = mđ tt + Trong đó: - đ t : Thời gian vít ngậm hay transistor công suất bão hòa. - m t : Thời gian vít hở hay transistor công suất ngắt. Tần số đánh lửa f tỷ lệ thuận với vòng quay trục khuỷu động cơ và số 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 thống số là chu kỳ và tần số đánh lửa để đảm bảo ở số vòng quay cao nhất của động cơ tia lửa vẫn mạnh. g. Góc đánh lửa sớm opt θ . Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ tính từ thời điểm xuất hiện tia lửa điện tại bougie cho đến khi piston lên tới điểm chết trên. Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế và độ ô nhiễm của khí thải động cơ. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc rất nhiều yếu tố: ),,,,,,( omtwtbđbđopt Nnttptpf= θ Trong đó: - bđ P : Áp suất buồng đốt tại thời điểm đánh lửa. - bđ t : nhiệt độ buồng đốt. - P : Áp suất trên đường ống nạp. - wt t : nhiệt độ nước làm mát động cơ. - mt t : nhiệt độ môi trường. - n : số vòng quay của động cơ. - 0 N : chỉ số octan của động cơ xăng. Ở các xe đời cũ, góc đánh lửa sớm chỉ được điều khiển theo hai thông số: tốc độ ( bộ sớm ly tâm) và tải( bộ sớm áp thấp) của động cơ. Tuy nhiên, hệ thống 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 xe đời mới, góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng điện tử nên góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh theo các thống số nêu trên. Trên hình 1.3 trình bày bản đồ góc đánh lửa sớm theo tốc độ và tải động cơ trên xe đời mới. Hình 1.3:Bản đồ góc đánh lửa sớm theo tốc độ và tải động cơ trên ô tô đời mới h. 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: LCP WWW += Trong đó: 2 . 2 2 đl C UC W = 2 . 2 22 iL W L = - P W : năng lượng tia lửa. - C W : năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện dung. - L W :năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện cảm. - 2 C :điện dung ký sinh của mạch thứ cấp của bougie. - đl U : hiệu điện thế đánh lửa. - 2 L : độ tự cảm của mạch thứ cấp. - 2 i :cường độ dòng điện mạch thứ câp. Tùy loại hệ thống đánh lửa mà năng lượng tia lửa có đủ cả hai thành phần điện cảm ( thời gian phóng điện dài) và điện dung ( thời gian phóng điện ngắn) hoặc chỉ có một thành phần. Thời gian phóng điện giữa hai điện cực của bougie tùy theo vào loại hệ thống đánh lửa. Tuy nhiên, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo năng lượng của tia lửa phải đủ lớn và thời gian phóng đủ dài để đốt cháy được hòa khí ở mọi chế độ hoạt động của động cơ. 1.1.5 Lý thuyết đánh lửa trong ô tô. Trong động cơ xăng 4 kỳ, hòa khí, sau khi được đưa vào trong xylanh và được hòa trộn đều nhờ sự xoáy lốc của dòng khí, sẽ được piston nén lại. Ở một thời điểm thích hợp cuối kỳ nén, hệ thống đánh lửa sẽ cung cấp một tia lửa điện cao thế đốt cháy hòa khí và sinh công cho động cơ. Để tạo được tia lửa giữa hai điện cực của bougie, quá trình đánh lửa được chia làm 3 giai đoạn: quá trình tăng trưởng của dòng sơ cấp hay còn gọi là quá trình tích lũy năng lượng, quá trình ngắt dòng sơ cấp và quá trình xuất hiện tia lửa ở điện cực bougie. a. Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp. Hinh 1.4: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa. Trong sơ đồ hệ thống đánh lửa trên: - f R : điện trở phụ. - 1 R : điện trở của cuộn sơ cấp. - 21 , LL : độ tự cảm của cuộn sơ cấp và thứ cấp của bobine. - T : transistor công suất được điều khiển nhờ tín hiệu của cảm biến hoặc vít lửa. Hình 1.5 : Sơ đồ tương đương của mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa. Khi transistor công suất dẫn, trong mạch sơ cấp sẽ có dòng điện 1 i từ (+) accu → massTLR →→→ 11 . Dòng 1 i tăng từ từ do sức điện động tự cảm sinh ra trên cuộn sơ cấp 1 L chống lại sự tăng của cường độ dòng điện. 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 suất hiện ở mạch thứ cập không đánh kể nên ta có thể coi mạch thứ cấp hở. Vì vậy, ở giai đoạn này ta có sơ đồ tương đương trình bày trên hình 1.5. Trên sơ đồ, giá trị điện trở của accu được bỏ qua, trong đó: f RRR += Σ 1 Ta UUU ∆−= a U : hiệu điện thế của accu. T U∆ :độ sụt áp trên transistor công suất ở trạng thái dẫn bão hòa hoặc độ sụt áp trên vít lửa. Từ sơ đồ hình 1.5 ta có thể thiết lập được phương trình vi phân sau: U dt di LRi =+Σ 1 11 . (2.1) Giải phương trình vi phân (2.1) ta được:         −= Σ − Σ t L R e R U ti 1 1)( 1 Gọi Σ = RL / 11 τ là hằng số điện từ của mạch. )1)(/()( 1 / 1 τ t eRUti − Σ −= (2.2) Lấy đạo hàm (2.2) theo thời gian t , ta được tốc độ tăng trưởng của dòng sơ cấp (hình 1.5). Như vậy, tốc độ tăng dòng sơ cấp phụ thuộc chủ yếu vào độ tự cảm 1 L . [...]... công suất, làm sạch khí xả và ngăn chặn kích nổ một cách hiệu quả Hình 2.3 : So sánh hệ thống đánh lửa lập trình và hệ thống đánh lửa cơ khí dùng bộ điều chỉnh đánh lứa sớm kiểu ly tâm và kiểu chân không CẤU TẠO HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH Hình 2.4 : Vị trí lắp đặt các cụm chi tiết Hình 2.5 : Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa lập trình 1.Tín hiệu tốc độ động cơ 5 Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát 2 Tín hiệu vị... và tín hiệu của cảm biến đo gió, bộ sử lý của ECU sẽ tính toán và chọn ngay ra một điểm trên bề mặt lập trình, tức là chọn ngay một góc đánh lửa sớm tối ưu ở tốc độ và mức tải đó ( chương trình đánh lửa sớm ESA- Electronic Spark Advance) Rồi thông qua một bóng điều khiển trong ECU xuất xung IGT (ignition timing) sang IC đánh lửa Khi IC đánh lửa nhận được xung IGT ở đầu vào mạch transisitor , mạch này... thẳng bougie) , tạo tia lửa điện đốt cháy hòa khí Hình 2.2: Bản đồ bề mặt lập trình và thời điểm đánh lửa Như vậy, thời điểm mất xung IGT chính là thời điểm đánh lửa Do đó, trước TDC của mỗi máy, ECU phải gửi ra một xung IGT và xung đó phải mất trước TDC để tạo ra góc đánh lửa sớm Khi chế độ làm việc của động cơ thay đổi, muốn tạo góc đánh sớm hơn nữa thì ECU chỉ việc dịch xung IGT về trước TDC xa... dòng điện trung bình, hiệu điện thế trung bình và thời gian xuất hiện tia lửa trung bình giữa hai điện cực của bougie Kết quả tính toán và thực nghiệm cho thấy rằng, ở tốc độ thấp của động cơ, WP có giá trị khoảng 20÷50 mJ CHƯƠNG II : HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH SF NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo chung Khi ECU động cơ nhận được tín hiệu gửi về, trong đó quan... 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 dòng ánh sáng Hình 2 10 : Nguyên lý làm việc của cảm biến quang Khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng 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 Hình 2.11: Sơ đồ mạch... 4G93) Trong trường hợp hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện (loại hai bougie chung 1 bobine hoặc mỗi bobine ngồi trên đầu 1 bougie) thì ECU còn phải xuất xung IGT đến từng IC đánh lửa theo thứ tự nổ của động cơ Hệ thống ESA phát hiện các điều kiện hoạt động của đông cơ căn cứ vào tín hiệu của các cảm biến cung cấp, ESA điều khiển chính xác thời điểm đánh lửa để động cơ có thể tăng công... ignition feedback) sẽ được gửi trở lại bộ sử lý trung tâm trong ECU để báo rằng hệ thống đánh lửa đang hoạt động nhằm phục vụ công tác chuẩn đoán và điều khiển phun xăng Trong trường hợp không có xung IGF, các kim phun xăng sẽ ngừng phun sau thời gian vài giây Trong trường hợp hệ thống đánh lửa không có IC đánh lửa mà chỉ có bóng Tr điều khiển, thì ECU phải xuất xung IGT điều khiển bóng Tr để thông... hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga 1.1.6 Cảm biến góc quay trục cam (G) và tốc độ động cơ (NE) 1.1.6.1 Nguyên lý chung để xác định tín hiệu G và NE Trong hệ thống đánh lửa lập trình, tín hiệu G và NE là hai tín hiệu chính quyết định thời điểm đánh lửa cơ bản Để xác định hai tín hiệu này mỗi hãng lại có những cách khác nhau nhưng đều dựa trên nguyên lý của 3 loại cảm biến sau: a Cảm biến từ điện • Loại nam... lực, cánh giảm chấn, buồng giảm chấn, cảm biến không khí nạp, vít chính cầm chừng, mạch rẽ phụ, điện áp kế kiểu trượt được gắn đồng trục với cánh đo gió và một công tắc bơm xăng Lượng gió vào động cơ nhiều hay ít phụ thuộc vào vị trí cánh bướm ga và tốc độ động cơ Khi gió nạp đi qua bộ đo gió từ lọc gió nó sẽ mở dần cánh đo Khi lực tác động lên cánh đo cân bằng với lực lò xo thì cánh đo sẽ đứng yên Cánh... 1.000 lần thời gian tia lửa điện dung và thời gian này phụ thuộc vào loại bobine, khe hở bougie và chế độ làm việc của động cơ Thường thì thời gian tia lửa điện cảm vào khoảng 1 đến 1,5 ms Tia lửa điện cảm có màu vàng tím, còn gọi là đuôi lửa Trong thời gian xuất hiện tia lửa, năng lượng tia lửa Wp được tính bởi công thức: tp W p = ∫ U ñl i2 (t ) dt 0 tp : thời gian suất hiện tia lửa trên điện cực bougie . ĐÁNH LỬA 3 LÝ THUYẾT ĐÁNH LỬA 5 CHƯƠNG II : HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH 16 SF 16 NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH 16 CẤU TẠO HỆ THỐNG ĐÁNH. Đồ án Đánh lửa lập trình MỤC LỤC CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐN ĐÁNH LỬA 3 CÔNG DỤNG , YÊU