Giáo trình thực tập điện ô tô f1 phần 2 trường đh công nghiệp quảng ninh

Chương 4: Hệ thống đánh lửa 75 Chương HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA Bài Khái quát Ba yếu tố quan trọng động xăng là: hỗn hợp không khí-nhiên liệu (hịa khí) tốt, sức nén tốt, đánh lửa tốt Hệ thống đánh lửa tạo tia lửa mạnh, vào thời điểm xác để đốt cháy hỗn hợp hịa khí 1.1 u cầu hệ thống đánh lửa - Tia lửa mạnh Trong hệ thống đánh lửa, tia lửa phát điện cực bugi để đốt cháy hỗn hợp hịa khí Hịa khí bị nén có điện trở lớn, nên cần phải tạo điện hàng chục ngàn vôn để đảm bảo phát tia lửa mạnh, đốt cháy hỗn hợp hịa khí - Thời điểm đánh lửa xác Hệ thống đánh lửa phải ln ln có thời điểm đánh lửa xác vào cuối kỳ nén xy lanh góc đánh lửa sớm phù hợp với thay đổi tốc độ tải trọng động - Có đủ độ bền Hệ thống đánh lửa phải có đủ độ tin cậy để chịu đựng tác động rung động nhiệt động Hệ thống đánh lửa sử dụng điện cao áp bô bin tạo nhằm phát tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hịa khí nén ép Hỗn hợp hịa khí nén ép đốt cháy xi lanh Sự bốc cháy tạo động lực động Nhờ có tượng tự cảm cảm ứng tương hỗ, cuộn dây tạo điện áp cao cần thiết cho đánh lửa Cuộn sơ cấp tạo điện hàng trăm vôn cịn cuộn thứ cấp tạo điện hàng chục ngàn vơn 1.2 Q trình phát triển hệ thống đánh lửa 1.2.1 Kiểu điều khiển vít Kiểu hệ thống đánh lửa có cấu tạo Trong kiểu hệ thống đánh lửa này, dòng sơ cấp thời điểm đánh lửa điều khiển Dịng sơ cấp bơ bin điều khiển cho chạy ngắt quãng qua tiếp điểm vít lửa Bộ điều chỉnh đánh lửa sớm li tâm tốc chân không điều khiển thời điểm đánh lửa Bộ chia điện phân phối điện cao áp từ cựôn thứ cấp đến bugi Hình Hệ thống đánh lửa vít Trong kiểu hệ thống đánh lửa tiếp điểm vít lửa cần điều chỉnh thường xuyên thay Một điện trở phụ sử dụng để giảm số vòng dây cuộn sơ cấp, cải thiện đặc tính tăng trưởng dịng cuộn sơ cấp, giảm đến mức thấp giảm áp cuộn thứ cấp tốc độ cao 1.2.2 Kiểu bán dẫn 76 Chương 4: Hệ thống đánh lửa Trong kiểu hệ thống đánh lửa transistor điều khiển dòng sơ cấp, để chạy cách gián đoạn theo tín hiệu điện phát từ phát tín hiệu Góc đánh lửa sớm điều khiển kiểu hệ thống đánh lửa vít dùng cảm biến vị trí loại quang, Hall Hình Hệ thống đánh lửa bán dẫn 1.2.3 Kiểu kiểu bán dẫn có ESA (Đánh lửa Sớm điện tử) Trong kiểu hệ thống đánh lửa không sử dụng đánh lửa sớm chân không li tâm Thay vào đó, chức ESA Bộ điều khiển điện tử (ECU) điều khiển góc đánh lửa sớm Hình Hệ thống đánh lửa bán dẫn có ESA 1.2.4 Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) Thay sử dụng chia điện, hệ thống sử dụng bô bin đơn đôi cung cấp điện cao áp trực tiếp cho bugi Thời điểm đánh lửa điều khiển ESA ECU động Trong động gần đây, hệ thống đánh lửa chiếm ưu Chương 4: Hệ thống đánh lửa 77 Hình Hệ thống đánh lửa DIS 1.3 Điều khiển góc đánh lửa sớm Trong động xăng, hỗn hợp hịa khí đánh lửa để đốt cháy (nổ), áp lực sinh từ bốc cháy đẩy píttơng xuống Năng lượng nhiệt biến thành động lực có hiệu cao áp lực nổ cực đại phát sinh vào thời điểm trục khuỷu vị trí 100 sau Điểm Chết Trên (ATDC) Động không tạo áp lực nổ cực đại vào thời điểm đánh lửa; phát áp suất cực đại chậm chút, sau đánh lửa Vì vậy, phải đánh lửa sớm, cho áp suất cực đại tạo vào thời điểm 100 ATDC Thời điểm đánh lửa để động sản áp suất cực đại phải thường xuyên thay đổi, tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc động Vì thế, hệ thống đánh lửa phải có khả thay đổi góc đánh lửa sớm để động tạo áp lực nổ cách có hiệu nhất, phù hợp với điều kiện làm việc động Hình Góc đánh lửa sớm 1.3.1 Các giai đoạn cháy hịa khí - Giai đoạn cháy trễ Hình Q trình cháy 78 Chương 4: Hệ thống đánh lửa Sự bốc cháy (nổ) hỗn hợp hịa khí khơng phải xuất sau đánh lửa Thoạt đầu, khu vực nhỏ (hạt nhân) sát tia lửa bắt đầu cháy, trình bắt cháy lan khu vực xung quanh Quãng thời gian từ hỗn hợp hịa khí đánh lửa bốc cháy gọi giai đoạn cháy trễ (khoảng A đến B sơ đồ) Giai đoạn cháy trễ đo gần khơng thay đổi, khơng bị ảnh hưởng điều kiện làm việc động - Giai đoạn lan truyền lửa Sau hạt nhân lửa hình thành, lửa nhanh chóng lan truyền xung quanh Tốc độ lan truyền gọi tốc độ lan truyền lửa, thời kỳ gọi thời kỳ lan truyền lửa (B~C~D sơ đồ) Khi có lượng lớn hịa khí nạp vào, hỗn hợp hịa khí trở nên có mật độ cao Vì thế, khoảng cách hạt hỗn hợp hịa khí giảm xuống, nhờ thế, tốc độ lan truyền lửa tăng lên Ngồi ra, luồng hỗn hợp hịa khí xốy lốc mạnh tốc độ lan truyền lửa cao Khi tốc độ lan truyền lửa cao, cần phải định thời đánh lửa sớm Do cần phải điều khiển thời điểm đánh lửa theo điều kiện làm việc động 1.3.2 Điều khiển thời điểm đánh lửa Hệ thống đánh lửa điều khiển thời điểm đánh lửa theo tốc độ tải trọng động cho áp lực nổ cực đại xuất 100 ATDC Trước đây, hệ thống đánh lửa sử dụng đánh lửa sớm li tâm đánh lửa sớm chân không để điều khiển đánh lửa sớm muộn Tuy nhiên, ngày hầu hết động sử dụng hệ thống ESA - Điều khiển theo tốc độ động Động coi phát công suất hiệu áp suất cực đại xuất 100 ATDC, thời điểm đánh lửa tối ưu 100 BTDC, với tốc độ 1000 v/ph Giả sử tốc độ động tăng lên đến 2000 v/ph, giai đoạn cháy trễ gần không đổi với tốc độ động Vì góc quay trục khuỷu tăng lên so với động chạy với tốc độ 1000 v/ph Nếu sử dụng thời điểm đánh lửa mục cũ cho tốc độ 2000 v/ph thời điểm mà động sản áp lực nổ cực đại bị trễ 100 ATDC Vì vậy, để sản áp lực nổ cực đại 100 ATDC động chạy 2000 v/ph thời điểm đánh lửa phải sớm để bù cho góc quay trục khuỷu bị trễ Quá trình định thời điểm đánh lửa gọi đánh lửa sớm Hình Điều khiển góc đánh lửa sớm - Điều khiển theo tải trọng động Khi động mang tải thấp áp lực nổ cực đại coi xuất 100 ATDC , thời điểm đánh lửa tối ưu đặt sớm 200 BTDC Khi tải trọng động tăng, mật độ hịa khí tăng giai đoạn lan truyền lửa giảm xuống Vì thế, sử dụng thời điểm đánh lửa cũ thời điểm mà động sản áp suất cực đại bị sớm 100 ATDC Để sản áp lực nổ cực đại thời điểm 100 ATDC động mang tải nặng thời điểm đánh lửa phải muộn để bù cho góc quay trục khuỷu bị sớm.Ngược lại, tải trọng động thấp thời điểm đánh lửa phải sớm Chương 4: Hệ thống đánh lửa 79 - Điều khiển kích nổ Kích nổ động tự bốc cháy gây ra, hỗn hợp hòa khí tự bắt lửa buồng đốt Động trở nên dễ bị kích nổ thời điểm đánh lửa sớm Hiện tượng tiếng gõ mạnh có ảnh hưởng xấu đến hiệu suất động tăng tiêu hao nhiên liệu, giảm công suất phát Các hệ thống đánh lửa gần có điều khiển làm giảm góc đánh lửa sớm kích nổ, cảm biến phát có kích nổ điều khiển cho thời điểm đánh lửa muộn, cịn khơng phát kích nổ điều khiển cho thời điểm đánh lửa sớm Bằng cách ngăn ngừa kích nổ vậy, hệ thống giúp tăng tiết kiệm nhiên liệu tăng công suất phát Bài Cấu tạo hệ thống đánh lửa 2.1 Bô bin Bô bin tạo điện áp cao đủ để phóng tia hồ quang hai điện cực bugi Các cuộn sơ cấp thứ cấp quấn quanh lõi Số vòng cuộn thứ cấp lớn cuộn sơ cấp khoảng 100 lần Một đầu cuộn sơ cấp nối với IC đánh lửa, đầu cuộn thứ cấp nối với bugi Các đầu lại cuộn nối với ắc quy Hoạt động bơ bin - Dịng điện cuộn sơ cấp Khi động chạy, dòng điện từ ắc quy chạy qua IC đánh lửa, vào cuộn sơ cấp, phù hợp với tín hiệu thời điểm đánh lửa (IGT) ECU động phát Kết đường sức từ trường tạo chung quanh cuộn dây có lõi trung tâm Hình Hoạt động bơbin - Ngắt dịng điện vào cuộn sơ cấp Khi động tiếp tục chạy, IC đánh lửa nhanh chóng ngắt dịng điện vào cuộn sơ cấp, phù hợp với tín hiệu IGT ECU động phát Kết từ thông cuộn sơ cấp giảm đột ngột Vì vậy, tạo sức điện động theo chiều chống lại giảm từ thơng có, thơng qua tự cảm cuộn sơ cấp cảm ứng tương hỗ cuộn thứ cấp Hiệu ứng tự cảm tạo điện động khoảng 500 V cuộn sơ cấp, hiệu ứng cảm ứng tương hỗ kèm theo cuộn thứ cấp tạo sức điện động khoảng 30 kV Sức điện động làm cho bugi phát tia lửa Dòng sơ cấp lớn ngắt dòng sơ cấp nhanh điện thứ cấp lớn 2.2 IC đánh lửa IC đánh lửa thực cách xác ngắt dịng sơ cấp vào bơ bin theo tín hiệu đánh lửa (IGT) ECU động phát Khi tín hiệu IGT chuyển từ ngắt sang dẫn, IC đánh lửa bắt đầu cho dòng điện vào cuộn sơ cấp Sau đó, IC đánh lửa truyền tín hiệu khẳng định (IGF) cho ECU phù hợp với cường độ dịng sơ cấp Tín hiệu khẳng định (IGF) phát dòng sơ cấp đạt đến trị số ấn định IF1 Khi dòng sơ cấp vượt trị số qui định IF2 hệ thống xác định lượng dịng cần thiết chạy qua cho phát tín hiệu IGF để trở điện ban đầu (Dạng sóng tín hiệu IGF thay đổi theo kiểu động cơ) Nếu ECU khơng nhận tín hiệu IGF, định có sai sót hệ thống đánh lửa Để ngăn ngừa nhiệt, ECU cho ngừng 80 Chương 4: Hệ thống đánh lửa phun nhiên liệu lưu giữ sai sót chức chẩn đoán Tuy nhiên, ECU động khơng thể phát sai sót mạch thứ cấp kiểm sốt mạch sơ cấp để nhận tín hiệu IGF Trong số kiểu động cơ, tín hiệu IGF xác định thơng qua điện sơ cấp Hình Hoạt động IC đánh lửa - Điều khiển dịng khơng đổi Khi dịng sơ cấp đạt đến trị số định, IC đánh lửa khống chế cường độ cực đại cách điều chỉnh dịng Hình 10 Các điều khiển IC đánh lửa - Điều khiển góc đóng tiếp điểm Để điều chỉnh qng thời gian (góc đóng) tồn dịng sơ cấp; thời gian cần phải giảm xuống tốc độ động tăng lên (trong số kiểu động gần đây, chức kiểm soát thực thơng qua tín hiệu IGT) Khi tín hiệu IGT chuyển từ dẫn sang ngắt, IC đánh lửa ngắt dòng sơ cấp Vào thời điểm dòng sơ cấp bị ngắt, điện hàng trăm vôn tạo cuôn sơ cấp hàng chục ngàn vôn tạo cuộn thứ cấp, làm cho bugi phóng tia lửa 2.3 Bugi Chương 4: Hệ thống đánh lửa 81 Điện cao cuộn thứ cấp làm phát sinh tia lửa điện cực trung tâm điện cực nối mát bugi để đốt cháy hỗn hợp hịa khí nén xy lanh Hình 11 Bugi 2.3.1 Cơ cấu đánh lửa Sự nổ hỗn hợp hịa khí tia lửa từ bugi gọi chung bốc cháy Tuy nhiên, bốc cháy xảy tức khắc, mà diễn sau: Tia lửa xuyên qua hỗn hợp hòa khí từ điện cực trung tâm đến điện cực nối mát Kết phần hỗn hợp hịa khí dọc theo tia lửa bị kích hoạt, phản ứng hố học (ơxy hố) xảy ra, sản sinh nhiệt để hình thành “nhân lửa” Nhân lửa lại kích hoạt hỗn hợp hịa khí bao quanh, phần hỗn hợp lại kích hoạt chung quanh Cứ nhiệt nhân lửa mở rộng trình lan truyền lửa để đốt cháy hỗn hợp hịa khí Nếu nhiệt độ điện cực thấp khe hở điện cực nhỏ, điện cực hấp thụ nhiệt toả từ tia lửa Kết nhân lửa bị tắt động không nổ Hiện tượng gọi dập tắt điện cực Nếu hiệu ứng dập tắt điện cực lớn nhân lửa bị tắt Hình 12 Cơ cấu đánh lửa 2.3.2 Đặc tính đánh lửa 82 Chương 4: Hệ thống đánh lửa Các yếu tố sau có ảnh hưởng đến hiệu đánh lửa bugi: - Hình dáng điện cực đặc tính phóng điện Các điện cực trịn khó phóng điện, điện cực vng nhọn lại dễ phóng điện Qua trình sử dụng lâu dài, điện cực bị làm trịn dần trở nên khó đánh lửa Vì vậy, cần phải thay bugi Các bugi có điện cực mảnh nhọn phóng điện dễ Tuy nhiên, điện cực chóng mịn tuổi thọ bugi ngắn Vì thế, số bugi có điện cực hàn đắp platin iridium để chống mòn Chúng gọi bugi có cực platin iridium Hình 13 Đặc tính đánh lửa Khoảng thời gian thay bugi: Kiểu bugi thơng thường: sau 10.000 đến 60.000 km Kiểu có điện cực platin iridium: sau 100.000 đến 240.000 km Khoảng thời gian thay bugi thay đổi tuỳ theo kiểu xe, đặc tính động cơ, nước sử dụng - Khe hở điện cực điện áp yêu cầu Khi bugi bị ăn mịn khe hở điện cực tăng lên, động bỏ máy Khi khe hở cực trung tâm cực nối mát tăng lên, phóng tia lửa điện cực trở nên khó khăn Do đó, cần có điện áp lớn để phóng tia lửa Vì cần phải định kỳ điều chỉnh khe hở điện cực thay bugi - Nếu cung cấp đủ điện áp cần thiết cho dù khe hở điện cực tăng lên bugi tạo tia lửa mạnh, mồi lửa tốt Vì thế, thị trường có bugi có khe hở rộng đến 1,1 mm - Các bugi có điện cực platin iridium khơng cần điều chỉnh khe hở chúng khơng bị mòn (chỉ cần thay thế) - Nhiệt độ tự làm Khi bugi đạt đến nhiệt độ định, đốt cháy hết muội than đọng khu vực đánh lửa, giữ cho khu vực Nhiệt độ gọi nhiệt độ tự làm Tác dụng tự làm bugi xảy nhiệt độ điện cực vượt 4500 C Nếu điện cực chưa đạt đến nhiệt độ tự làm muội than tích luỹ khu vực đánh lửa bugi Hiện tượng làm cho bugi khơng đánh lửa tốt Hình 14 Nhiệt độ tự làm tự lửa Chương 4: Hệ thống đánh lửa 83 - Nhiệt độ tự bén lửa Nếu thân bugi trở thành nguồn nhiệt đốt cháy hỗn hợp hịa khí mà khơng cần đánh lửa, tượng gọi “nhiệt độ tự bén lửa” Hiện tượng tự bén lửa xảy nhiệt độ điện cực vượt 9500 C Nếu xuất hiện, cơng suất động giảm sút thời điểm đánh lửa khơng đúng, điện cực píttơng bị chảy phần Bài Hoạt động hệ thống đánh lửa 3.1 Nguyên lí hoạt động kiểu bán dẫn Hình 15 Nguyên lý hoạt động hệ thống đánh lửa Bộ phát tín hiệu phát tín hiệu đánh lửa Bộ đánh lửa (IC đánh lửa) nhận tín hiệu đánh lửa cho chạy dịng sơ cấp Cn đánh lửa, với dịng sơ cấp bị ngắt đột ngột, sinh dòng cao áp Bộ chia điện phân phối dòng cao áp từ cuộn thứ cấp đến bugi Bugi nhận dòng cao áp đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp hịa khí Thời điểm đánh lửa sớm điều khiển đánh lửa sớm li đánh lửa sớm chân không - Bộ đánh lửa sớm li tâm Bộ đánh lửa sớm li tâm điều khiển đánh lửa sớm theo tốc độ động Thơng thường, vị trí “quả văng” đánh lửa sớm li tâm xác định lò xo Khi tốc độ trục chia điện tăng lên với tốc độ động cơ, lực ly tâm vượt lực lò xo, cho phép văng tách xa Kết vị trí rotor tín hiệu dịch chuyển vượt góc định cho đánh lửa sớm Hình 16 Bộ đánh lửa sớm li tâm 84 Chương 4: Hệ thống đánh lửa - Bộ đánh lửa sớm chân không Bộ đánh lửa sớm chân không điều khiển đánh lửa sớm theo tải trọng động Màng liên kết với ngắt thông qua đẩy Buồng màng nối thông với cửa trước đường ống nạp Khi bướm ga mở, áp suất chân không từ cửa trước hút màng để làm quay ngắt Kết phát tín hiệu dịch chuyển, gây đánh lửa sớm Hình 17 Bộ đánh lửa sớm chân khơng 3.2 Ngun lí hoạt động kiểu bán dẫn có ESA Hình 18 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có ESA ECU động nhận tín hiệu từ cảm biến khác nhau, tính tốn thời điểm đánh lửa tối ưu, gửi tín hiệu đánh lửa tới IC đánh lửa (ECU động có tác dụng điều khiển đánh lửa sớm) IC đánh lửa nhận tín hiệu đánh lửa cho chạy dịng sơ cấp Bơ bin, với dịng sơ cấp bị ngắt đột ngột, sinh dòng cao áp Bộ chia điện phân phối dòng cao áp từ cuộn thứ cấp đến bugi Bugi nhận dòng cao áp đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp hịa khí 3.3 Hệ thống đánh lửa trực tiếp ... hiệu đánh lửa bugi: - Hình dáng điện cực đặc tính phóng điện Các điện cực trịn khó phóng điện, điện cực vng nhọn lại dễ phóng điện Qua q trình sử dụng lâu dài, điện cực bị làm trịn dần trở nên... Kết nhân lửa bị tắt động không nổ Hiện tượng gọi dập tắt điện cực Nếu hiệu ứng dập tắt điện cực lớn nhân lửa bị tắt Hình 12 Cơ cấu đánh lửa 2. 3 .2 Đặc tính đánh lửa 82 Chương 4: Hệ thống đánh lửa... thống giúp tăng tiết kiệm nhiên liệu tăng công suất phát Bài Cấu tạo hệ thống đánh lửa 2. 1 Bô bin Bô bin tạo điện áp cao đủ để phóng tia hồ quang hai điện cực bugi Các cuộn sơ cấp thứ cấp quấn