697 chuong 3khai quat chung htdl hag7l 20130110041242

Khảo sát hệ thống đánh lửa động 1GR-FE xe Toyota Landcruiser 2007 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 3.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống đánh lửa 3.1.1 Nhiệm vụ Hệ thống đánh lửa (HTĐL) có nhiệm vụ biến dịng điện chiều hiệu thấp (6V,12V, hay 24V) xung điện xoay chiều hiệu thấp (trong hệ thống đánh lửa Manhêtô Vôlăng manhêtic) thành xung điện cao (12000- 40000V) đủ để tạo nên tia lửa (phóng qua khe hở bugi) đốt cháy hỗn hợp làm việc xy lanh động vào thời điểm thích hợp tương ứng với trình tự xy lanh chế độ làm việc động Trong số trường hợp hệ thống đánh lửa cịn dùng để hỗ trợ khởi động, tạo điều kiện động khởi động dễ dàng nhiệt độ thấp 3.1.2 Yêu cầu Một hệ thống đánh lửa tốt phải thoả mãn yêu cầu sau: - HTĐL phải sinh dòng thứ cấp đủ lớn để tạo tia lửa điện phóng điện qua khe hở bugi tất chế độ làm việc động - Tia lửa bugi phải đủ lượng thời gian phóng để cháy bắt đầu - Góc đánh lửa sớm phải chế độ hoạt động động - Các phụ kiện hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt điều kiện nhiệt độ cao độ rung xóc lớn - Sự mài mòn điện cực bugi phải nằm khoảng cho phép - Độ tin cậy làm việc hệ thống đánh lửa phải tin cậy tương ứng với chê độ làm việc động - Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ 3.1.3 Phân loại Ngày nay, hệ thống đánh lửa trang bị ơtơ có nhiều loại khác Dựa vào cấu tạo, hoạt động, phương pháp điều khiển, người ta phân loại hệ thống đánh lửa theo cách phân loại sau: * Phân loại theo đặc điểm cấu tạo: - HTĐL thường hay HTĐL kiểu khí: sử dụng hầu hết ô tô trước – HTĐL cổ điển - HTĐL Manhêtô: HTĐL cao áp độc lập, không cần dùng ắc quy máy 20 Khảo sát hệ thống đánh lửa động 1GR-FE xe Toyota Landcruiser 2007 phát Do đó, có độ tin cậy cao dùng xe cao tốc số máy cơng trình làm việc vùng núi - Hệ thống đánh lửa bán dẫn + Loại có tiếp điểm: HTĐL bán dẫn kết hợp khí + Loại khơng có tiếp điểm: có nhiều ưu điểm nên dùng đa số ô tô trước * Phân loại theo phương pháp tích luỹ lượng trước đánh lửa: - HTĐL điện cảm: lượng đánh lửa tích lũy bên từ trường cuộn dây biến áp đánh lửa (TI – transistor ignition system) - HTĐL điện dung: lượng đánh lửa tích lũy bên điện trường tụ điện (CDI– capacitor discharged ignition system) * Phân loại theo phương pháp điều khiển cảm biến - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ (electromagnetic sensor) gồm hai loại: loại nam châm đứng yên loại nam châm quay - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang * Phân loại theo cách phân bố điện cao áp - Hệ thống đánh lửa có chia điện Delco - Hệ thống đánh lửa trực tiếp (không có Delco) * Phân loại theo phương pháp góc đánh lửa sớm - Hệ thống đánh lửa với cấu điều khiển góc đánh lửa sớm khí - Hệ thống đánh lửa với cấu điều khiển góc đánh lửa sớm điện tử ( ESA - electronic spark advance) 3.2 Lý thuyết chung hệ thống đánh lửa ô tô Hệ thống đánh lửa sau có nhiệm vụ biến đổi dịng điện chiều hiệu thấp xoay chiều với hiệu thấp thành dịng điện với hiệu cao có lượng đủ lớn sinh tia lửa để phóng qua khe hở hai điện cực bugi đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu Để tạo tia lửa điện hai điện cực bugi, trình đánh lửa chia làm ba giai đoạn: Quá trình tăng trưởng dịng sơ cấp hay cịn gọi q trình tích luỹ lượng, q trình ngắt dịng sơ cấp trình xuất tia lửa 21 Khảo sát hệ thống đánh lửa động 1GR-FE xe Toyota Landcruiser 2007 điện cực bugi 3.2.1 Giai doạn tăng dịng sơ cấp KK’ đóng Hình 3-1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa Trong sơ đồ gồm có: Rf: Điện trở phụ, R1: Điện trở cuộn sơ cấp, L 1, L2: Độ tự cảm cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp, T: Transistor công suất điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm biến vít lửa Ta chuyển sơ đồ mạch điện sơ cấp thành sơ đồ tương đương bên Khi KK' đóng, có dịng sơ cấp i1 chạy theo mạch: (+)AQ  Kđ  Rf  W1  Cần tiếp điểm  KK'  (-)AQ R f L1 i U KK ’ Hình 3-2 Sơ đồ tương đương mạch sơ cấp hệ thống đánh lửa Dòng điện tăng từ đến giá trị giới hạn xác định điện trở mạch sơ cấp Mạch thứ cấp lúc coi hở Do suất điện động tự cảm, dịng i khơng thể tăng tức thời mà tăng dần khoảng thời gian Trong giai 22 Khảo sát hệ thống đánh lửa động 1GR-FE xe Toyota Landcruiser 2007 đoạn gia tăng dịng sơ cấp ta viết phương trình sau: Ung + eL1 = i1.R1 Trong đó: (3 1) Ung - Thế hiệu nguồn điện (ắc quy máy phát) [V] eL1 - SĐĐ tự cảm cuộn sơ cấp [V] R1 - Điện trở mạch sơ cấp [] eL1  L1 Mà: di1 di  U ng  L1 i1R1 dt dt (3.2) Giải phương trình vi phân (3.2) ta xác định được: t   U ng   1  e  i1  R1    Trong đó: (3.3) t - Thời gian tiếp điểm đóng [s] 1  L1 - Hằng số thời gian mạch sơ cấp R1 Biểu thức (3.3) cho thấy: Dòng sơ cấp tăng theo quy luật đường tiệm cận Khi t=0 (tiếp điểm vừa đóng lại) i1 = di1 U ng  dt L1 (3.4) Khi t= (tiếp điểm đóng lâu) thì: U di i1  ng & 0 R1 dt (3.5) Từ biểu thức ta thấy rõ rằng, tốc độ gia tăng dòng sơ cấp phụ thuộc vào giá trị Ung L1 L1 lớn tốc độ tăng dịng sơ cấp giảm Tốc độ có giá trị cực đại vào thời điểm tiếp điểm bắt đầu đóng (t=0)  di1   xác định thời điểm  dt  Giá trị nhỏ tốc độ tăng dịng sơ cấp  mở tiếp điểm Trong q trình làm việc hệ thống đánh lửa, tốc độ khơng giảm đến Vì thời gian tiếp điểm đóng ngắn nên dịng sơ cấp khơng kịp đạt giá trị ổn định Giá trị cực đại mà dòng sơ cấp đạt (i 1max) phụ thuộc vào điện trở mạch sơ cấp thời gian tiếp điểm trạng thái đóng Thay giá trị t= t đ vào phương trình (3.3), ta xác định được: 23 Khảo sát hệ thống đánh lửa động 1GR-FE xe Toyota Landcruiser 2007 i1 max I 1ng R  U ng  1  e L  R1   td     (3 6) i (t)  t Đường (1) ứng với xe đời cũ có bơ bin độ tự cảm lớn, tốc độ tăng dịng sơ cấp Hình 3-3 Q trình tăng dịng sơ cấp i1 chậm so với bơ bin xe đời có độ tự cảm nhỏ đường (2) Chính điều làm cho lửa yếu lúc xe có tốc độ cao Trên xe đời khắc phục nhờ sử dụng bơ bin có độ tự cảm nhỏ Trong đó: I1ng - Giá trị dịng sơ cấp tiếp điểm mở [A] tđ - Thời gian tiếp điểm trạng thái đóng [s] Nếu ký hiệu d  td t  d thời gian đóng tiếp điểm tương đối (ở đây: td  t m Tck Tck = (tđ + tm); tm - Thời gian tiếp điểm trạng thái mở) thời gian tiếp điểm đóng xác định theo cơng thức: t d  d Tck  d 120 ne Z (3 7) Trong đó: ne Z  f - Tần số đóng mở tiếp điểm 120 Biểu thức chứng minh với lập luận sau: Trong vòng quay trục khuỷu, tức thời gian (60/n e)x giây, tiếp điểm phải đóng mở Z lần để thực đánh lửa Vậy thời gian giây tiếp điểm cần phải đóng mở [Z/(120/ ne)] hay f=(neZ/120)); Z - Số xy lanh động kỳ ne - Số vòng quay động [vg/phút] Cuối ta có: 24 Khảo sát hệ thống đánh lửa động 1GR-FE xe Toyota Landcruiser 2007 (3.8) Từ biểu thức (3.8) ta rút nhận xét sau: - Giá trị dòng I1ng phụ thuộc thông số mạch sơ cấp (R1 L1) - I1ng giảm tăng số vòng quay số xy lanh động - I1ng tăng lên tăng thời gian đóng tiếp điểm tương đối, thời gian ấn định dạng cam việc điều chỉnh tiếp điểm Thường đ làm tăng 0,63 lúc cam nhọn, gây rung động va đập cần tiếp điểm làm việc mau mịn 3.2.2 Q trình ngắt dịng sơ cấp Khi trasisitor cơng suất ngắt, dịng điện sơ cấp từ thơng sinh giảm đột ngột Trên cuộn thứ cấp bô bin sinh hiệu điện vào khoảng 15kV  40kV Giá trị hiệu điện thứ cấp phụ thuộc vào nhiều thông số mạch sơ cấp thứ cấp Để tính tốn hiệu điện thứ cấp cực đại ta sử dụng sơ đồ tương đương sau Rm - Điện trở mát [] Rr - Điện trở rị qua điện cực bugi [] R  Hình 3-4 Sơ đồ tương đương hệ thống đánh lửa Bỏ qua hiệu điện ắc quy hiệu điện ắc quy nhỏ so với sức điện động tự cảm xuất dịng sơ cấp lúc transistor cơng suất ngắt, lượng từ trường tích lũy cuộn sơ cấp bô bin chuyển thành lượng điện trường tụ điện C1 C2 phần mát Để xác định hiệu điện thứ cấp cực đại U2m ta lập phương trình cân lúc transistor công suất ngắt: 2 L1 I 21ng C1U C 2U   Q 2 (3.9) 25 Khảo sát hệ thống đánh lửa động 1GR-FE xe Toyota Landcruiser 2007 Trong đó: C1 - Điện dung tụ điện mắc song song với transistor công suất [F] C2 - Điện dung ký sinh mạch thứ cấp [F] U1m, U2m - Hiệu điện sơ cấp, thứ cấp lúc transistor công suất ngắt [V] Q - Tổn thất dạng nhiệt [J] U2m= kbb.U1m Kbb= W1/W2 - Hệ số biến áp bô bin W1,W2 - Số vòng dây cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp [vòng] Mà:   W 2  W1 U1 U  L1 I 1ng   C1    C2  U  Q (3.10) W2   W2   Sau biến đổi ta nhận được: U I1ng L1 W  C1    C2  W2  ' (3.11) ': Hệ số tính đến giảm U tổn thất lượng dạng nhiệt hai mạch sơ cấp thứ cấp ('=0,75 0,85) U R  Hình 3-5 Quy luật biến đổi dòng điện sơ cấp i1 hiệu điện thứ cấp U2 Transistor công suất ngắt, cuộn sơ cấp sinh sức điện động khoảng 100 300 V 3.2.3 Q trình phóng điện điện cực bugi Khi hiệu U2 vừa đạt đến giá trị Uđl, đủ để xuyên qua khe hở điện 26 Khảo sát hệ thống đánh lửa động 1GR-FE xe Toyota Landcruiser 2007 cực bugi, xuất tia lửa điện cao (hình 3.6) Khi xuất tia lửa điện U2 giảm đột ngột trước kịp đạt giá trị cực đại Hình 3-6 Sự thay đổi hiệu điện U2 phóng tia lửa điện a Thời gian tia lửa điện dung, b Thời gian tia lửa điện cảm Kết nhiều cơng trình nghiên cứu xác định rằng: Tia lửa điện có hai phần rõ rệt phần điện dung phần điện cảm Phần điện dung xuất trước, vào thời điểm đầu trình phóng điện Đó phóng tĩnh điện lượng điện trường tích luỹ điện dung C C2 hệ thống đánh lửa, tia lửa điện dung có màu xanh lam chói nhiệt độ cao tới 10000OC Thế hiệu cao dịng điện phóng lớn nên cơng suất tức thời lớn (có thể đạt đến hàng chục kW) Tuy nhiên, thời gian tồn tia lửa ngắn (