TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ
Nhiệm vụ
Hệ thống đánh lửa trên động cơ thực hiện hai nhiệm vụ chính:
- Tạo ra dòng điện cao áp để đốt cháy hòa khí, sau đó sẽ phóng điện qua khe hở để đánh lửa cho bugi (Spark Plug)
- Đốt cháy hòa khí triệt để, tạo ra công suất hoạt động lớn và góp phần thân thiện với môi trường tiết kiệm nhiên liệu cho người dung
Trong một số trường hợp thì hệ thống đánh lửa còn dùng để hỗ trợ khởi động, tạo điều kiện khởi động được dễ dàng ở nhiệt độ thấp.
Yêu cầu
Trước tiên chúng ta tìm hiểu yêu cầu cơ bản về động cơ xăng:
- Tỉ số nén cao (𝜀 ) là piston , xéc măng phải kín khít,nắp máy xupap phải kín
- Tỉ lệ hòa khí tốt là bộ cháy hòa khí luôn luôn ở trạng thái lý tưởng theo công thức 𝐴
Hộp điều khiển động cơ (ECM) được phát triển để tối ưu hóa tỷ lệ hòa khí, với tỷ lệ lý tưởng là 14,7:1, tức là 14,7 gram không khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1 gram xăng.
- Tia lửa mạnh và phải đúng thời điểm
Một hệ thống đánh lửa tốt đảm bảo các yêu cầu sau:
Bugi tạo ra tia lửa điện mạnh mẽ để đốt cháy hỗn hợp hòa khí và nhiên liệu Khi hòa khí bị nén, điện trở của nó rất lớn, vì vậy bugi cần phải cung cấp nguồn điện lên tới hàng chục nghìn vôn để có thể kích thích quá trình đốt cháy hiệu quả.
- Góc đánh lửa sớm phù hợp với mọi chế độ hoạt động của động cơ
- Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt trong nhiệt độ cao và độ rung xóc lớn
- Sự mài mòn điện cựu Bugi phải nằm trong khoảng cho phép.
Lý thuyết chung hệ thống đánh lửa
Khi cần biến đổi dòng điện một chiều hoặc xoay chiều với điện áp thấp thành dòng điện có điện áp cao, hệ thống đánh lửa sẽ tạo ra tia lửa qua khe hở giữa hai điện cực của bugi, từ đó đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu.
Hình 1: Thời điểm đánh lửa
Thời điểm đánh lửa là giai đoạn khởi đầu của tia lửa điện từ bugi, và khi tia lửa xuất hiện, cần có thời gian để quá trình cháy diễn ra Để đạt được hiệu suất năng lượng tối ưu khi đốt cháy hỗn hợp hòa khí, vị trí lý tưởng là 10° sau điểm chết trên.
Có ba giai đoạn để tạo ra tia lửa điện giữa hai cực của bugi:
- Quá trình tăng trưởng của dòng sơ cấp hay còn gọi là quá trình tích lũy năng lượng
- Quá trình ngắt dòng sơ cấp
- Quá trình xuất hiện tia lửa điện ở cực Bugi.
Điều khiển thời điểm đánh lửa
Thời điểm đánh lửa được điều khiển theo tốc độ và tải trọng của động cơ sao cho cho áp lực nổ cực đại ở 10◦ATDC
Công suất của động cơ đạt hiệu quả nhất khi áp suất ở 10 0 ATDC, khi đó thời điểm đánh lửa tối ưu là 10 0 BTDC, với tốc độ 1000 v/ph
Hình 2: Thời điểm đánh lửa
Khi tải trọng của động cơ thấp, góc đánh lửa cần được điều chỉnh sớm hơn Để đạt được áp lực nổ tối đa tại thời điểm 10 độ sau điểm chết trên trục khuỷu (ATDC) khi động cơ hoạt động dưới tải nặng, thời điểm đánh lửa phải được trì hoãn để bù đắp cho góc quay của trục khuỷu đã bị sớm.
Hiện tượng tiếng gõ từ động cơ có thể làm giảm hiệu suất hoạt động của xe Nguyên nhân chính là do hỗn hợp khí tự bắt lửa, dẫn đến hiện tượng nổ trong piston, gây tiêu hao nhiên liệu và giảm công suất động cơ Khi phát hiện kích nổ, cảm biến sẽ gửi tín hiệu về ECU để điều chỉnh thời điểm đánh lửa muộn, giúp cải thiện hiệu suất động cơ.
Trong thời đại phát triển hiện nay, các hệ thống đánh lửa có điều khiển giúp giảm góc đánh lửa sớm, từ đó góp phần tiết kiệm nhiên liệu và tăng cường công suất cho xe Việc điều khiển tốc độ động cơ thông qua thời điểm đánh lửa là một giải pháp hiệu quả để nâng cao hiệu suất hoạt động.
Hình 3: Đánh lửa sớm theo tốc độ động cơ t : Khoảng cháy trễ
2 Thời điểm đánh lửa để có áp lực nổ cực đại
3 Giai đoạn cháy trễ và tốc độ lan truyền ngọn lửa
B Giai đoạn lan truyền ngọn lửa
D Góc quay của trục khuỷu
Động cơ hoạt động hiệu quả nhất khi áp lực nổ tối đa xảy ra ở 10 độ sau điểm chết dưới (ATDC), trong khi thời điểm đánh lửa tối ưu là 10 độ trước điểm chết trên (BTDC).
Khi tốc độ động cơ đạt 2000 v/ph, giai đoạn cháy trễ gần như không thay đổi ở mọi tốc độ Điều này dẫn đến việc góc quay của trục khuỷu tăng lên so với khi động cơ hoạt động ở tốc độ 1000 v/ph.
(3) Vì vậy, để sản ra áp lực nổ cực đại tại 10o ATDC khi động cơ đang chạy
Khi động cơ hoạt động ở 2000 vòng/phút, thời điểm đánh lửa cần phải được điều chỉnh sớm hơn để bù đắp cho góc quay trục khuỷu bị trễ Quá trình này được gọi là đánh lửa sớm, trong khi việc làm trễ thời điểm đánh lửa được gọi là đánh lửa muộn Việc điều khiển tiếng gõ động cơ phụ thuộc vào thời điểm đánh lửa chính xác.
Hình 4: Đánh lửa sớm độ chân không đường ống nạp
2 Thời điểm đánh lửa để có áp lực nổ cực đại
3 Ranh giới giữa giai đoạn cháy trễ và tốc độ lan truyền ngọn lửa
B Giai đoạn lan truyền ngọn lửa
D Góc quay của trục khuỷu
(1) Khi động cơ mang tải thấp thì áp lực nổ cực đại được coi là xuất hiện 10o ATDC , khi thời điểm đánh lửa tối ưu được đặt sớm 20o BTDC
Khi tải trọng động cơ tăng, mật độ không khí cũng tăng theo, dẫn đến sự giảm giai đoạn lan truyền ngọn lửa Do đó, nếu tiếp tục sử dụng thời điểm đánh lửa như đã đề cập, thời điểm mà động cơ tạo ra áp lực nổ cực đại sẽ xảy ra sớm hơn 10 độ ATDC.
Để đạt được áp lực nổ cực đại ở nhiệt độ 10 độ ATDC khi động cơ đang chịu tải nặng, thời điểm đánh lửa cần được điều chỉnh muộn hơn Điều này nhằm bù đắp cho sự sớm của góc quay trục khuỷu đã được đề cập trong mục trước.
Khi tải trọng của động cơ thấp, thời điểm đánh lửa cần được điều chỉnh sớm hơn Tuy nhiên, trong trường hợp động cơ chạy không tải, khoảng thời gian đánh lửa sớm phải nhỏ hoặc bằng không để ngăn ngừa hiện tượng nổ không ổn định Việc điều khiển tiếng gõ động cơ có thể đạt được thông qua việc điều chỉnh thời điểm đánh lửa.
Hình 5: Thời điểm đánh lửa tối ưu
Tiếng gõ trong động cơ xuất phát từ hiện tượng tự bốc cháy, khi hỗn hợp không khí và nhiên liệu bắt lửa trong buồng đốt Hiện tượng này thường xảy ra khi thời điểm đánh lửa quá sớm, khiến động cơ trở nên dễ bị gõ hơn.
Hệ thống đánh lửa má vít
Hệ thống này có cấu trúc đơn giản, trong đó dòng sơ cấp và thời điểm đánh lửa được điều khiển bằng cơ học Dòng sơ cấp của bô bin được điều chỉnh qua tiếp điểm của vít lửa Bộ điều chỉnh đánh lửa sớm sử dụng lực ly tâm và chân không để kiểm soát thời điểm đánh lửa.
Hình 6:Hệ thống đánh lửa má vít
Hệ thống bao gồm các bộ phận quan trọng như bôbin, điện trở phụ, bộ chia điện, dây cao áp, bugi, khóa điện và các cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng ly tâm và chân không.
1.5.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa má vít
Khi khóa điện bật On thì xuất hiện dòng điện từ (+) của ắc quy đi vào cuộn sơ cấp của boobin đánh lửa rồi qua má vít ra mát
Trong má vít, cam quay được dẫn động từ trục cam, có chức năng đóng ngắt dòng sơ cấp trong bobine Đối với động cơ 4 xylanh, sẽ có 4 vấu cam tương ứng Tụ điện được kết nối song song với tiếp điểm, và khi cam quay, vấu cam sẽ tác động để mở tiếp điểm và ngắt dòng sơ cấp.
Khi dòng sơ cấp bị mất điện đột ngột, cuộn thứ cấp sẽ xuất hiện điện áp cao lên tới 25.000 vôn Điện áp này sau đó được chuyển đến bộ chia điện và tiếp tục dẫn đến các Bugi để tạo ra tia lửa điện.
Hình 7: Sơ đồ hệ thống đánh lửa má vít
Hệ thống đánh lửa bán dẫn
Loại bugi này hiện đại hơn, với ưu điểm tạo ra tia lửa mạnh, giúp tối ưu hóa hiệu suất làm việc của động cơ và kéo dài tuổi thọ sản phẩm.
Thường xe có bộ đánh lửa kiểu bán dẫn cũng khá xưa xuất hiện cách đây 20-30 năm trước từ năm 2004-2005 trở đi không còn dùng loại này
1.6.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn loại kiểu không có ESA (Electronic
- Đóng ngắt dòng sơ cấp bằng transistor
- Sử dụng nguồn 1 chiều DC
- Độ nhạy đánh lửa cao
- Điện áp thứ cấp ổn định
Hệ thống điều chỉnh đánh lửa sớm không sử dụng điện tử mà thay vào đó áp dụng bộ chia điện với cơ cấu đánh lửa sớm bằng ly tâm hoặc chân không.
Hình 8: Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có bộ đánh lửa chân không
Nguyên lý làm việc của sơ đồ như sau:
Khi công tắc máy IGSW đóng, cực E của transistor T nhận điện thế dương, trong khi cực C có giá trị âm Khi cam không đội, tiếp điểm K đóng, dòng điện sẽ chảy qua cực gốc của transistor theo mạch: (+) ắc quy → SW → Rf → Wt → cực E → cực B → Rb → K → (-) ắc quy Rb được tính toán để dòng Ib đủ để transistor dẫn bão hòa Khi transistor dẫn, dòng điện qua cuộn sơ cấp được tính bằng tổng dòng Ib và Ic của transistor T Dòng điện này tạo ra năng lượng dưới dạng từ trường trên cuộn sơ cấp, và khi tiếp điểm K mở, dòng Ib = 0, transistor T khóa lại, dòng sơ cấp I1 qua Wt bị ngắt, năng lượng này được chuyển hóa thành năng lượng đánh lửa và một phần thành sức điện động tự cảm trong cuộn.
Sức điện động tự cảm trong cuộn Wt của hệ thống đánh lửa thường có giá trị từ 200 đến 400V hoặc cao hơn, điều này khiến các bôbin của hệ thống đánh lửa thông thường không phù hợp cho các hệ thống đánh lửa bán dẫn Nguyên nhân là do transistor không thể chịu đựng được điện áp cao giữa các cực E – C khi ở trạng thái khóa Để khắc phục, trong các hệ thống đánh lửa bán dẫn, người ta thường sử dụng bôbin có hệ số biến áp lớn và độ tự cảm L1 nhỏ hơn so với loại thông thường, hoặc lắp thêm các mạch bảo vệ cho transistor.
1.6.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn loại kiểu có ESA(Electronic Spark
- Đóng ngắt dòng điện sơ cấp bằng transistor
- Sử dụng dòng điện 1 chiều DC
- Độ nhạy đánh lửa cao
- Điện áp thứ cấp mạnh và ổn định
- Sử dụng chủ yếu trên ô tô đời cũ không còn sử dụng trên ô tô hiện nay
- Có sử dụng hệ thống đánh lửa sớm điện tử ESA( Electronic Spark
Advance) nên có thời điểm đánh lửa tối ưu và chính xác hơn loại không có ESA
Hình 9: Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có ESA
Nguyên lý làm việc của sơ đồ như sau:
ECU có vai trò quan trọng trong việc thu thập tín hiệu từ các cảm biến như cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến trục khuỷu, cảm biến trục cam, cảm biến tốc độ xe và cảm biến áp suất đường ống nạp.
ECU sẽ phân tích tình trạng của xe, xác định xem xe đang tăng tốc hay giảm tốc, tốc độ nhanh hay chậm, cũng như tải trọng nhiều hay ít, từ đó điều khiển IC đánh lửa một cách chính xác.
Sau khi nhận tín hiệu từ các cảm biến, bộ xử lý trung tâm (CPU) sẽ xử lý và tạo ra các xung tín hiệu phù hợp với góc đánh lửa tối ưu để điều khiển transistor T1, từ đó tạo ra xung IGT gửi vào igniter Các xung IGT sẽ đi qua mạch kiểm soát góc ngậm và được điều chỉnh trước khi điều khiển transistor công suất T2 Cực E của transistor T2 nối tiếp với điện trở nhỏ để kiểm soát dòng sơ cấp, hạn chế khi dòng tăng cao hơn quy định Khi transistor T2 ngắt, bộ phát xung IGF sẽ dẫn và ngược lại, tạo ra xung IGF gửi về CPU trong ECU để báo hiệu hệ thống đánh lửa đang hoạt động và phục vụ công tác chẩn đoán Để đảm bảo an toàn, xung IGF cũng được sử dụng để mở mạch phun xăng; nếu không có xung IGF, kim phun sẽ ngừng hoạt động sau vài giây.
Trên một số loại động cơ, điện áp từ cảm biến điện từ trong hệ thống delco được truyền trực tiếp vào igniter Tại điểm này, điện áp được chuyển đổi thành xung vuông và sau đó được gửi về ECU.
ECU sử dụng xung này để xác định tốc độ động cơ và vị trí piston, từ đó phát tín hiệu IGT nhằm điều khiển đánh lửa sớm.
Hình 10: Sơ đồ mạch điện của hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện từ có sử dụng delco
1 Ắc quy; 2 Bôbin; 3 Cuộn đánh lửa; 4 ECU; 5 IGF; 6 CPU
1.6.4 Hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện (đánh lửa trực tiếp)
A Ưu điểm của hệ thống đánh lửa trực tiếp
Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) hay hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện (DLI) đã được phát triển từ giữa những năm 1980 và ban đầu được sử dụng trên các loại xe sang trọng Nhờ vào những ưu điểm vượt trội, hệ thống này ngày càng được áp dụng rộng rãi trên nhiều loại xe khác.
- Dây cao áp ngắn hoặc không có dây cao áp nên giảm sự mất mát năng lượng, giảm điện dung và giảm nhiễu vô tuyến trên mạch thứ cấp
Việc loại bỏ má vít trong việc điều khiển dòng sơ cấp giúp ngăn chặn sự xuất hiện của tia lửa điện và không cần phải định kỳ điều chỉnh khe hở má vít.
Loại bỏ các chi tiết cơ khí dễ hư hỏng và sử dụng vật liệu cách điện tốt cho các bộ phận như má vít, con quay tiếp điện cao áp và nắp delco.
Trong hệ thống đánh lửa delco, việc thiết lập góc đánh lửa quá sớm có thể dẫn đến hiện tượng đánh lửa ở hai đầu dây cao áp gần nhau, điều này thường xảy ra ở động cơ có số xylanh lớn hơn 4.
-Loại bỏ được những hư hỏng thường gặp do hiện tượng phóng điện trên mạch cao áp và giảm chi phí bảo dưỡng
Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) chủ yếu sử dụng công nghệ điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử Trong hệ thống này, việc điều khiển đóng mở transistor công suất trong igniter được thực hiện bởi ECU, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Hệ thống đánh lửa trực tiếp được chia làm ba loại chính sau:
Loại 1: Sử dụng mỗi bôbin cho một bugi
Với tần số hoạt động của mỗi bôbin giảm, các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp ít bị nóng hơn, dẫn đến kích thước bôbin nhỏ gọn và được gắn chặt với nắp chụp bugi.
ECU sau khi khi xử lý tín hiệu từ các cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến cực
B của từng transistor công suất trong igniter theo thứ tự thì nổ và thời điểm đánh lửa
PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA HONDA CRV 2018 15
Tổng quan về xe Honda Crv 2018
2.1.1 Hệ thống đánh lửa sử dụng trên xe Honda Crv 2018:
Hình 14: Hệ thống đánh lửa sử dụng trên xe Honda Crv 2018
Hệ thống đánh lửa trực tiếp trên xe Honda CR-V 2018 sử dụng công nghệ đánh lửa trực tiếp đơn chiếc, trong đó mỗi bugi được kích hoạt bởi một IC đánh lửa riêng biệt.
Hình 15: Hệ thống điện của IC BOBINE
Hình 16: Hệ thống điện của IC BOBINE khi hoạt động
2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa trực tiếp
Hình 17: Hệ thống đánh lửa trực tiếp
Hệ thống đánh lửa trực tiếp bao gồm các bộ phận sau đây:
1 Cảm biến vị trí trục khuỷu - Crankshaft Position Sensor (Ne):
Cảm biến trục khủy là thiết bị quan trọng để đo góc quay và tốc độ động cơ, cung cấp tín hiệu cho ECU tính toán lượng phun và góc đánh lửa sớm Với cấu tạo là nam châm vĩnh cửu có cuộn dây, cảm biến tạo ra sung điện hình Sin khi trục khủy quay, giúp ECU xác định chính xác vị trí của cốt máy Từ đó, ECU điều chỉnh thời điểm đánh lửa cho các xylanh Trên trục khủy có bánh răng lớn (bánh răng khuyết) giúp cảm biến nhận biết khi trục đã quay hết một vòng.
Tín hiệu Ne có khả năng nhận biết tốc độ động cơ và góc quay trục khuỷu tại vị trí răng thiếu của đĩa tạo tín hiệu, nhưng không xác định được điểm chết trên của kỳ nén hay kỳ thải.
2 Cảm biến vị trí của trục cam - Camshaft Position Sensor(G ):
Nhận biết xy lanh, kỳ và theo dõi định thời của trục cam
Cảm biến vị trí trục cam ghi nhận chuyển động của trục cam, giúp ECU xác định điểm chết của xylanh số 1 và điều chỉnh thời điểm đánh lửa chính xác Đối với các xe đời mới trang bị hệ thống trục cam biến thiên thông minh, cảm biến này còn có vai trò giám sát hoạt động của hệ thống trục cam ECU sử dụng tín hiệu từ cảm biến để kiểm tra xem hệ thống có hoạt động đúng theo điều khiển của ECU hay không.
Khi cảm biến vị trí trục cam bị lỗi có thể xảy ra một số vấn đề ở động cơ như sau:
- Động cơ chết đột ngột
- Động cơ bỏ máy hoặc không đáp ứng tăng tốc
3 Cảm biến kích nổ - Knock Sensor (KNK):
Cảm biến kích nổ trong động cơ xe Honda CR-V 2018 là loại phẳng không cộng hưởng, được thiết kế để phát hiện rung động trong dải tần số từ 6 đến 15KHz.
Cảm biến nằm dưới cổ hút và nắp xylanh, thường có 1-2 cảm biến kích nổ trên xe, có nhiệm vụ đo độ rung động của động cơ ECU nhận tín hiệu từ cảm biến để điều chỉnh thời điểm đánh lửa, giúp khắc phục hiện tượng cháy sớm và giảm thiểu va đập giữa các chi tiết cơ khí, từ đó hạn chế tiếng gõ của động cơ.
4 Cảm biến vị trí bướm ga - Accelerator Pedal Sensor (IDL):
Cảm biến vị trí bướm ga loại không tiếp xúc
Cảm biến vị trí bướm ga đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát hoạt động của cánh bướm ga, giúp ECU nhận tín hiệu từ người lái và tính toán tải động cơ Nhờ đó, ECU có thể xác định thời điểm đánh lửa và tốc độ không tải Đặc biệt, trên các dòng xe mới như Honda CR-V, vị trí bướm ga còn ảnh hưởng đến quá trình chuyển số, đảm bảo hiệu suất vận hành tối ưu.
Cảm biến vị trí bướm ga cung cấp hai tín hiệu: một tín hiệu tăng và một tín hiệu giảm ECU sử dụng các tín hiệu này để đánh giá góc mở bướm ga thực tế và điều khiển mô tơ bướm ga, đảm bảo góc mở bướm ga phù hợp với yêu cầu của người lái.
5 Cảm biến nhiệt độ lưu lượng khí nạp - Intake Air Temperature:
Cảm biến nhiệt độ khí nạp được dùng để đo nhiệt độ khí nạp vào động cơ và gửi về hộp ECU để ECU thực hiện hiệu chỉnh: [3]
Hiệu chỉnh thời gian phun phù hợp với nhiệt độ không khí là rất quan trọng, vì ở nhiệt độ thấp, mật độ không khí dày hơn, trong khi ở nhiệt độ cao, mật độ không khí sẽ loãng hơn và chứa ít ô xy hơn.
- Nếu nhiệt độ cao thì ECU sẽ hiệu chỉnh giảm thời gian phun nhiên liệu
Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ không khí là cần thiết, vì khi nhiệt độ khí nạp thấp, thời gian màng lửa lan tỏa trong buồng đốt sẽ chậm hơn so với khi nhiệt độ khí nạp cao.
- Nếu nhiệt độ thấp thì ECU sẽ hiệu chỉnh tăng góc đánh lửa sớm
- Nếu nhiệt độ cao thì ECU sẽ hiệu chỉnh giảm góc đánh lửa sớm
Là một điện trở nhiệt có trị số điện trở âm ( điện trở tăng lên khi nhiệt độ thấp và ngược lại)
6 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ - Engine Coolant Temperature (THW):
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát trong khoang động cơ có vai trò quan trọng trong việc gửi thông tin về ECU để điều chỉnh góc đánh lửa Khi nhiệt độ thấp, ECU sẽ đánh lửa sớm hơn, trong khi ở nhiệt độ cao, đánh lửa sẽ diễn ra muộn hơn Sự thay đổi nhiệt độ nước làm mát tác động đến điện trở của cảm biến, dẫn đến sự biến đổi tín hiệu điện áp tại cực tín hiệu.
Hình 18: Cấu tạo hệ thống đánh lửa Honda Crv 2018
7 Bô bin và IC đánh lửa: Đóng và ngắt dòng điện trong cuộn sơ cấp vào thời điểm tối ưu Gửi các tín hiệu IGF đến ECU động cơ
8 ECU động cơ: Phát ra các tín hiệu IGT dựa trên các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau và gửi tín hiệu đến bô bin có IC đánh lửa
9 Bugi: Phát ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hòa khí [3]
Hình 19: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đánh lửa trực tiếp
Hệ thống điện điều khiển động cơ sử dụng các cảm biến để xác định trạng thái hoạt động của động cơ ECM sẽ tính toán thời điểm và thời gian phun nhiên liệu dựa trên tín hiệu từ các cảm biến, đồng thời truyền tín hiệu đánh lửa đến IC đánh lửa Hệ thống này cũng điều chỉnh lượng nhiên liệu phun cơ bản dựa vào các tín hiệu nhận được từ ECM.
Các cảm biến trong hệ thống động cơ xác định lưu lượng không khí nạp, số vòng quay, tải động cơ, nhiệt độ nước làm mát và sự tăng tốc – giảm tốc, gửi tín hiệu về ECM ECM sẽ điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu và truyền tín hiệu đến các kim phun thông qua bộ biến đổi điện áp EDU, từ đó phun nhiên liệu vào đường ống nạp Lượng nhiên liệu phun phụ thuộc vào thời gian tín hiệu từ ECM Hệ thống đánh lửa điện tử tính toán thời điểm đánh lửa liên tục dựa trên điều kiện động cơ, sử dụng bản đồ ESA lưu trữ sẵn So với hệ thống đánh lửa cơ học thông thường, điều khiển bằng ESA mang lại độ chính xác cao hơn và không cần điều chỉnh lại thời điểm đánh lửa.
Các tài liệu tham khảo tiêu chuẩn về đánh lửa dữ liệu thời gian được lập trình sẵn trong bộ nhớ của ECM (bộ điều khiển trung tâm động cơ) theo các điều kiện hoạt động của động cơ.
Cấu tạo của hệ thống đánh lửa trên xe Honda Crv 2018
2.2.1 Hệ thống đánh lửa trực tiếp kiểu đơn chiếc bao gồm:
Hình 20: Bugi của Honda Crv 2018 là bugi NGK ILZKAR8J8SY [4]
Có 2 loại bugi sử dụng trên hệ thống đánh lửa lớn nhất thế giới là Bosch và NGK Honda CRV sử dụng Bugi cao cấp Laser Iridium NGK Bugi Laser Iridium là dòng sản phẩm cao cấp trong số các dòng sản phẩm Iridium của NGK Việt Nam Bugi Laser Iridium NGK có thiết kế đầu điện cực trung tâm siêu nhỏ với một lớp mã kim loại quý ở trên bề mặt điện cực tiếp xúc, giúp tăng hiệu suất và tuổi thọ tối đa, tăng khả năng đánh lửa, tăng tốc và tiết kiệm nhiên liệu hơn với bugi thông thường hoặc bugi bạch kim
Vì vậy, về mặt kết cấu và vật liệu của bugi cũng có những yêu cầu đặc biệt
Hình 21: Các loại bugi hãng NGK [4]
Hiện nay hãng NGK sản xuất các loại Bugi như trên hình, so với hãng
Bosch thì Bugi của NGK có sử dụng loại bugi Ruthenium Loại này có có độ chống mài mòn tốt hơn Đồng thời quá trình cháy của bugi
Ruthenium cũng tốt hơn so với bugi Iridium và bugi truyền thống
Hình 22: Sự ăn mòn điện cực của bugi Iridium và bugi Ruthenium [4]
Bugi là một bộ phận quan trọng trong động cơ, bao gồm các thành phần như đầu nối dây cao áp, lõi thép, gân, sứ cách điện, đệm làm kín, vỏ thép, và vành làm kín Ngoài ra, bugi còn có điện cực trung tâm và điện cực bên, đảm bảo quá trình đánh lửa diễn ra hiệu quả.
10-điện trở; 11-đai ốc ; 12- lõi chống nhiễu
Khe hở điện cực lớn giúp đánh lửa hỗn hợp nghèo hiệu quả hơn, nhưng lại làm tăng điện áp đánh lửa (Uđl) Ngược lại, khe hở nhỏ có thể bị muội lấp kín, dẫn đến việc không tạo ra tia lửa, làm giảm chiều dài tia lửa và làm cho việc đánh lửa hỗn hợp nghèo trở nên kém hiệu quả.
Tia lửa cao áp được tạo ra trong buồng đốt để châm cháy hỗn hợp nhiên liệu Kết hợp với nắp máy và đỉnh piston, buồng đốt được hình thành Tia lửa điện này có nhiệm vụ đốt cháy hỗn hợp hòa khí đã được nén trong xy lanh động cơ.
- Độ tin cậy lớn chịu được áp suất và nhiệt độ cao
- Ít ăn mòn và dễ dàng thay thế khi hư hỏng
Bugi cần được cách ly khỏi điện thế cao để đảm bảo tia lửa xuất hiện đúng vị trí đã định của các điện cực nến, đồng thời phải có khả năng chịu đựng áp lực cao.
Trong xylanh, có 12 điều kiện khắc nghiệt cần được xem xét, bao gồm áp suất và nhiệt độ rất cao Hơn nữa, thiết kế của xylanh phải đảm bảo rằng bụi than không bám lại trên các bề mặt điện cực trong quá trình hoạt động.
Cấu tạo bugi gồm các bộ phận chính sau:
- Phần sứ cách điện bọc trong vỏ kim loại
- Cực trung tâm bằng thép hợp kim chịu nhiệt độ cao, chống rỉ sét, không bị ăn mòn hóa học
- Phần trên vỏ kim loại có dạng lục giác để lắp bugi
- Quanh chân bugi có ren vặn vào nắp máy
- Cực bên của bugi được hàn ở chân bugi
Khoảng cách từ cực trung tâm và cực bên gọi là khe hở chấu bugi, thường khe hở này được quy định từ 1,0 ÷ 1,3mm
Bugi là một thiết bị đơn giản nhưng quan trọng, hoạt động như một công cụ phát ra hồ quang qua khoảng trống, tương tự như tia sét Để tạo ra tia lửa mạnh mẽ, nguồn điện cung cấp cho bugi cần có điện áp rất cao, thường dao động từ 40.000 đến 100.000V giữa hai cực của nến điện.
Bugi sử dụng sứ cách điện để cách ly nguồn cao áp giữa các điện cực, đảm bảo tia lửa phóng ra đúng vị trí ở hai đầu của điện cực Chất liệu sứ này còn ngăn bụi than bám vào trong quá trình sử dụng Mặc dù sứ là vật liệu kém dẫn điện, nhưng nó lại trở nên rất nóng trong quá trình hoạt động, giúp làm sạch bụi than khỏi điện cực hiệu quả.
Sự bốc cháy của hỗn hợp hòa khí do tia lửa từ bugi không xảy ra ngay lập tức, mà diễn ra qua một quá trình Tia lửa từ điện cực trung tâm đến điện cực nối mát kích hoạt phần hỗn hợp hòa khí, gây ra phản ứng hóa học (ôxy hóa) và sản sinh nhiệt, tạo ra “nhân ngọn lửa” Nhân ngọn lửa này tiếp tục kích hoạt hỗn hợp hòa khí xung quanh, lan tỏa nhiệt và đốt cháy hỗn hợp hòa khí Nếu nhiệt độ của các điện cực quá thấp hoặc khe hở giữa các điện cực quá nhỏ, chúng sẽ hấp thụ nhiệt từ tia lửa, dẫn đến hiện tượng dập tắt nhân ngọn lửa.
Các yếu tố sau đây có ảnh hưởng đến hiệu quả đánh lửa của bugi:
1 Hình dáng điện cực và đặc tính phóng điện
Hình 24: Hình dáng điện cực và đặc tính phóng điện
Các điện cực tròn khó phóng điện, trong khi điện cực vuông hoặc nhọn lại dễ dàng hơn Qua thời gian sử dụng, điện cực sẽ bị mòn và trở nên khó đánh lửa, dẫn đến việc cần thay thế bugi Bugi với điện cực mạnh và nhọn có khả năng phóng điện tốt hơn, nhưng tuổi thọ của chúng thường ngắn do mòn nhanh Để khắc phục điều này, một số bugi được trang bị điện cực hàn đắp bằng platin hoặc iridium, giúp tăng cường độ bền và kéo dài tuổi thọ, được gọi là bugi có cực platin hoặc iridium.
2 Khe hở điện cực và điện áp yêu cầu
Hình 25: Khe hở điện cực và điện áp yêu cầu
Khi bugi bị ăn mòn, khe hở giữa các điện cực tăng lên, dẫn đến khả năng động cơ bỏ máy Sự gia tăng khe hở giữa cực trung tâm và cực tiếp đất làm cho việc phóng tia lửa trở nên khó khăn, yêu cầu điện áp lớn hơn để khởi động Do đó, việc điều chỉnh định kỳ khe hở điện cực hoặc thay thế bugi là cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động của động cơ.
Bugi có cực platin hoặc iriđi
Bugi sử dụng điện cực trung tâm và điện cực tiếp đất được phủ một lớp platin hoặc iriđi, giúp tăng tuổi thọ so với bugi thông thường Nhờ khả năng chống ăn mòn của platin và iriđi, điện cực trung tâm vẫn giữ được kích thước nhỏ, từ đó cải thiện hiệu suất đánh lửa.
Trong loại bugi này, platin được hàn lên đầu điện cực trung tâm và điện cực tiếp đất, tạo ra hiệu suất tốt hơn Đặc biệt, đường kính của điện cực trung tâm nhỏ hơn so với bugi thông thường, giúp cải thiện khả năng đánh lửa và tiết kiệm nhiên liệu.
Bugi iriđi, với khả năng chống ăn mòn vượt trội hơn so với bugi platin, được hàn đắp lên đầu điện cực trung tâm và điện cực tiếp đất Đặc biệt, đường kính của điện cực trung tâm của bugi iriđi nhỏ hơn so với bugi platin, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động.
- Một số trong số các bugi này không được hàn đắp platin lên điện cực nối đất định
- Chúng không đòi hỏi phải điều chỉnh khe hở hoặc làm sạch trong quá trình sử dụng, nếu động cơ chạy tốt
- Khoảng thời gian thay thế các bugi có cực platin và iriđi:
- Khoảng thời gian thay bụgi này có thể thay đổi tuỳ theo kiểu xe, đặc tính động cơ, và khu vực sử dụng
- Để tránh làm hỏng các điện cực, không nên đánh sạch các bugi có cực platin và iriđi
- Việc làm sạch có thể làm hỏng điện cực và hạn chế khả năng của loại bugi này
- Tuy nhiên, nếu bugi bị muội hoặc quá bẩn chúng cần được làm sạch trong thời gian ngắn (nhiều nhất là 20 giây) trong máy làm sạch bugi
- Khe hở của những bugi này không cần điều chỉnh, mà phải lắp mới
IC đánh lửa là một mạch điện tử được cấu thành từ các linh kiện như transistor, diode, tụ điện và điện trở, nhằm mục đích điều khiển việc đóng ngắt dòng sơ cấp Mạch này cũng tạo ra tín hiệu ngược IGF gửi về cho ECU của động cơ.
Các hư hỏng thường gặp
Điện áp nguồn có thể giảm dần theo thời gian do chất lượng của ác quy suy giảm, tình trạng phóng quá kiệt, thiếu dung dịch, hoặc do rơ-le điện áp điều chỉnh không hoạt động chính xác.
Tăng điện trở của mạch sơ cấp dẫn đến giảm dòng điện sơ cấp, do các nguyên nhân như dây dẫn bị nóng, mối nối lỏng oxy hóa, khe hở cặp tiếp điểm quá lớn làm thời gian đóng tiếp điểm ngắn, hoặc quá nhỏ gây phóng điện tăng giữa các tiếp điểm Ngoài ra, cam chia điện mòn cũng làm thay đổi góc đóng, mở, và điện dung của tụ giảm Tất cả những yếu tố này đều làm giảm điện áp đánh lửa.
Bugi bám muội than và cách điện kém của dây cao áp có thể gây ra hiện tượng rò rỉ điện, dẫn đến việc giảm điện áp đánh lửa, mặc dù điện áp và dòng sơ cấp vẫn ở mức tốt.
Thời điểm đánh lửa sớm không chính xác có thể do lò xo của bộ điều chỉnh đánh lửa sớm bị hỏng, chân không mất đàn hồi, gãy hoặc màng đàn hồi bị thủng.
Khi đèn Check Engine sáng lên, điều này cho thấy có sự cố ở một bộ phận nào đó trong hệ thống Nếu bộ phận bobine đánh lửa gặp trục trặc, hệ thống trung tâm sẽ nhận diện lỗi và thông báo thông qua đèn báo lỗi động cơ Check Engine.
Xe có hiện tượng khói đen và mùi lạ do bobine đánh lửa bị trục trặc, dẫn đến thời điểm đánh lửa không chính xác và tia lửa bugi yếu Điều này khiến nhiên liệu không được đốt cháy hoàn toàn, làm cho lượng nhiên liệu thải ra ngoài qua ống xả tăng lên Hơn nữa, bobine hỏng còn làm giảm hiệu suất sử dụng nhiên liệu, dẫn đến việc xe tiêu tốn nhiên liệu nhiều hơn bình thường.
Hình 33: Xe có hiện tượng khói đen mùi lạ
Chẩn đoán hệ thống đánh lửa
Hiện tượng hư hỏng Nguyên nhân Kiểm tra, sửa chữa
Máy khởi động kéo động cơ quay bình thường nhưng không nổ (bugi không có tia lửa điện hoặc có tia lửa điện nhưng yếu)
- Mất điện trên mạch sơ cấp
- Dây nối mô đun đánh lửa lỏng hoặc bị tuột chạm mát
- Các đầu kết nối sơ cấp không chặt
- Cuộn đánh lửa bị hở hoặc ngắt mạch
- Module đánh lửa bị hư
- Kiểm tra ắcquy, công tắc, dây điện
- Chỉnh lại theo yêu cầu
- Làm sạch và siết chặt lại
Khi khởi động động cơ, có hiện tượng nổ ở ống xả nhưng động cơ không nổ được
- Góc đánh lửa bị sai nhiều
- Nắp chia điện ướt hoặc bám nhiều hơi nước
- Nắp chia điện bị lọt điện
- Cắm sai thứ tự dây cao áp
- Dây cao áp bị lọt điện
- Sấy khô nắp chia điện
- Thay nắp chia điện mới
- Thay dây cao áp mới Động cơ bị rung mạnh, chạy nhưng không đều, một số xylanh bỏ lửa
- Biến áp đánh lửa hỏng
- Các mối nối không chặt
- Làm sạch hoặc thay mới
- Xiết lại chặt Động cơ chạy có hiện tượng nổ ở ống xả
- Dùng không đúng loại bugi
- Kiểm tra và điều chỉnh lại
- Thay mới Động cơ quá nóng - Đánh lửa muộn ( góc đánh lửa sớm nhỏ)
-Điều chỉnh lại góc đánh lửa sớm Động cơ làm việc yếu - Nhiên liệu sai
- Hư cơ cấu đánh lửa sớm
- Thay thế Động cơ làm việc có tiếng gõ
Bảng 1: Nguyên nhân hư hỏng và sửa chữa hệ thống đánh lửa
