Báo cáo hệ thống nạp điện và hệ thống đánh lửa trực tiếp

Báo cáo hệ thống nạp điện và hệ thống đánh lửa trực tiếp- báo cáo hệ thống cơ điện tử- Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Sinh viên: Trần Thanh Tuấn

Lớp: KSTN Cơ khí Oto

Hệ: Chính quy Khóa: 59

GVHD: GV ĐỖ KHẮC SƠN

GV NGUYỄN ĐỨC TRUNG

MỤC LỤC

MỤC LỤC……….………1

LỜI NÓI ĐẦU……….……… … 2

CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG NẠP ĐIỆN……… ……… 3

1 Chức năng của hệ thống nạp điện trên ô tô……… 3

2 Cấu tạo của hệ thống nạp điện trên ô tô……… ………

3 2.1 Máy phát điện……… ……… …….

……… 4

2.1.1 Phát điện………4

2.1.2 Chỉnh lưu………4

2.1.3 Hiệu chỉnh điện áp ……….………

4 2.1.4 Nguyên lý làm việc ……….………5

2.2 Bộ tiết chế hay bộ điều áp……… ………

6 2.3 Pin hay acqui………

……… 6

2.4 Đèn báo nạp……… ……… ………… …….……… 7

2.5 Công tắc máy hay khóa điện………….………… ……… …….

……… 7

3 Sơ đồ mạch điện………… ……… ………

8 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRỰC TIẾP ……… ………

10 1 Công dụng, ưu điểm, yêu cầu của hệ thống đánh lửa ……… 10

1.1 Công dụng……… ……… ……… …….………… 10

1.2 Ưu điểm…… ……… ………

10 1.3 Yêu cầu………….……… ……… 10

2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc……… ………11

2.1 Cấu tạo……… ……… ……… ……… 11

2.1.1 Bugi NGK Iridium ……….………

11 2.1.2 Cảm biến trục cam … ………11

2.1.3 Cảm biến trục khuỷu ………….………

……12

2.1.4 Cảm biến tiếng gõ ……… ………13

2.1.5 Cảm biến khác ….……… ………14

2.1.6 Cuộn đánh lửa IC ……… ………14

LỜI NÓI ĐẦU

Hệ thống cơ điện tử là một trong những môn cơ sở then chốt của chuyên ngành ôtô

có liên quan đến các tính chất khai thác để đảm bảo tính an toàn, ổn định và hiệu quả trongquá trình sử dụng

Bài tập tìm hiểu về hệ thống cơ điện tử trên xe của môn học Hệ thống cơ điện tử làmột phần của môn học, với việc vận dụng những kiến thức đã học để tìm hiểu về hệ thốngvận hành trên một chiếc xe cụ thể Qua đó, biết được một số thống số kỹ thuật, trạng thái,tính năng cũng như khả năng làm việc của hệ thống cơ điện tử trên xe ôtô , từ đó hiểuđược nội dung, ý nghĩa của bài tập và góp phần vào việc củng cố nâng cao kiến thức phục

vụ cho các môn học tiếp theo và bổ sung thêm vào vốn kiến thức phục vụ cho công việcsau này

Nội dung phần báo cáo này gồm 2 phần :

- Phần 1 : Hệ thống nạp điện

- Phần 2 : Hệ thống đánh lửa trực tiếp

Nội dung bài tập lớn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của thầy NGUYỄN ĐỨC

TRUNG và thầy ĐỖ KHẮC SƠN – Đại học Giao Thông Vận Tải

Sinh viên thực hiện

Trần Thanh Tuấn

I HỆ THỐNG NẠP ĐIỆN

1 Chức năng của hệ thống nạp điện trên ô tô

- Hệ thống nạp điện trên ô tô có chức năng cung cấp điện năng trong thời gian xe hoạt động hoặc cả khi động cơ dừng Trên xe có rất nhiều thiết bị điện trong đó có cả thiết bị antoàn hay các tiện ích ô tô Do đó, hệ thống nạp điện của xe luôn duy trì để đảm bảo cung cấp điện trong cả quá trình động cơ hoạt động hay dừng

2 Cấu tạo của hệ thống nạp điện trên ô tô

- Hệ thống nạp trên ô tô tạo

ra điện nhờ sử dụng năng

lượng phát sinh từ hoạt

động quay của động cơ Để

có thể cung cấp điện năng

cho toàn bộ các thiết bị

trên xe ô tô và cả nạp ắc

quy, hệ thống nạp bao gồm

các bộ phận như: máy phát

điện, bộ tiết chế hay bộ

điều áp, ắc quy, đèn báo

2.1 Máy phát điện

- Máy phát điện là bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống

cung cấp điện trên ô tô Bộ phận này có tới 3 chức năng đó là:

phát điện, chỉnh dòng điện xoay chiều thành dòng điện một

chiều và chỉnh điện áp đầu ra

Hình 2.2 Máy phát điện

2.1.1 Phát điện

- Động cơ quay, truyền chuyển động quay đến máy

phát điện thông qua dây đai hình chữ V Rotor của

máy phát điện là một nam châm điện Từ trường tạo ra

sẽ tương tác lên dây quấn trong stato làm phát sinh ra

điện

Hình 2.3 Rô to và Stato

2.1.2 Chỉnh lưu

- Dòng điện xoay chiều tạo ra trong máy phát điện

không thể sử dụng trực tiếp cho các thiết bị điện mà

được chỉnh lưu thành dòng điện một chiều Bộ chỉnh

lưu sẽ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện

một chiều

2.1.3 Hiệu chỉnh điện áp

- Tiết chế điều chỉnh điện áp sinh ra Nó đảm bảo hiệu điện thế của dòng điện đi đến các thiết bị là hằng số ngay cả khi tốc độ máy phát điện thay đổi

Hình 2.5 Hiệu chỉnh điện áp

2.1.4 Nguyên lí làm việc

* Dòng điện xoay chiều 3 pha

- Khi nam châm quay trong một cuộn dây, điện áp sẽ được tạo ra giữa hai đầu của cuộndây Điều này sẽ làm xuất hiện dòng điện xoay chiều

- Cường độ dòng điện lớn nhất được tạo ra khi các cực nam (S) và cực bắc (N) của namchâm gần cuộn dây nhất Tuy nhiên chiều của dòng điện trong mạch thay đổi ngược chiềunhau sau mỗi nửa vòng quay của nam châm Dòng điện hình sin được tạo ra theo cách nàygọi là “dòng điện xoay chiều một pha”

Hình 2.5 Mối quan hệ giữa dòng điện sinh ra trong cuộn dây và vị trí của

nam châm

- Để phát điện được hiệu quả hơn, người ta bố trí 3 cuộn dây trong máy phát Mỗi cuộndây A, B và C được bố trí cách nhau 1200 và độc lập với nhau Khi nam châm quay trongcác cuộn dây sẽ tạo ra dòng điện xoay chiều trong mỗi cuộn dây Hình vẽ dưới đây chothấy mối quan hệ giữa 3 dòng điện xoay chiều và nam châm dòng điện được tạo ở đây làdòng điện xoay chiều 3 pha

* Bộ chỉnh lưu

- Cơ cấu chỉnh lưu của máy phát điện xoay chiều

- Máy phát điện xoay chiều trong có trang bị mạch chỉnh để nắn dòng điện xoay chiều 3 pha Mạch này có 6 điốt và được đặt trong giá đỡ của bộ chỉnh lưu

Hình 2.7 dòng điện chạy trong mạch chỉnh lưu

2.2 Bộ tiết chế hay bộ điều áp

- Bộ điều áp được đặt ngay trong máy phát của hệ thống cung cấp điện Bộ điều áp được dùng để điều chỉnh điện áp khi tốc độ của máy phát điện thay đổi hoặc thậm chí ngay cả khi cường độ dòng điện chạy trong mạch điện thay đổi

Hình 2.8 Bộ tiết chế

2.3 Pin hay acqui

- Đây là bộ phận lưu trữ và cung cấp điện cho ô tô ngay

cả khi xe tắt máy Ắc quy chứa một lượng điện nhất

định sẽ cung cấp điện để khởi động động cơ hoặc khi

máy phát điện không hoạt động Sau đó, khi động cơ

được khởi động và điện được tạo ra từ máy phát, dòng

điện này sẽ tiếp tục cung cấp điện cho động cơ và nạp

điện vào ắc quy

Hình 2.9 Acqui

2.4 Đèn báo nạp

Hình 2.10 Đèn báo nạp

- Đèn báo nằm trên taplo của xe ô tô, đèn sẽ phát ra tín hiệu và cảnh báo cho tài xế khi hệ

thống nạp trên ô tô gặp sự cố.

2.5 Công tắc máy hay khóa điện

- Khoá điện là bộ phận được

dùng để đóng và tắt dòng điện

Mỗi dòng điện chạy trong mạch

nạp tương ứng với mỗi vị trí của

+ ON: cấp nguồn cho toàn bộ tải

+ START : cấp nguồn cho hệ

thống khởi động

Hình 2.11 Khoá điện

- Dòng điện đi qua khóa

Hình 2.12 Dòng điện đi qua khoá

3 Sơ đồ mạch điện

* Cấu tạo

- Bình ắc quy

- Các cầu chì

- Máy phát điện

+ Ba cuộn dây pha mắc trên stator

+ Bộ phận chỉnh lưu (6 diot) dòng điện xoay chiều (về 1 chiều)

+ Bộ tiết chế IC: khi oto có tốc độ thay đổi, điện áp phát ra luôn nằm trong giá trị nhấtđịnh thì cần bộ tiết chế IC để khống chế dòng điện phát ra

- Thứ nhất là chân B: được kết nối với bình ác quy, là chân ra của cụm diot, đưa dòng điệnphát ra để đi về nạp cho bình ác quy và đi đến các phụ tải

- Thứ hai là chân S: cũng được kết nối với bình ác quy, là chân tín hiệu để thông báo choIC: điện áp của ác quy và điện áp phát ra của máy phát IC sẽ sử dụng tín hiệu ở chân S đểđiều khiển dòng kích từ Nếu điện áp phát ra lớn hơn điện áp định mức thì IC sẽ ngắt dòngkích từ (dòng điện chạy qua rotor) để làm giảm dòng điện phát ra xuống

- Thứ ba là chân IG: chân của phía sau khóa điện Khi bật khóa điện ở vị trí ON, dòng điệnchạy qua khóa, và chạy về chân IG Khi tắt khóa điện về vị trí OFF thì IC sẽ ngừng hoạtđộng

- Thứ tư là chân L: chân đèn, nối sang bảng đồng hồ taplo Khi khóa điện ở vị trí ON,động cơ chưa làm việc thì chân L nối thông về map thông qua IC để giúp cho đèn báo nạp

ở trên bảng đồng hồ taplo sáng Khi có lỗi trong hệ thống nạp điện, thì đèn cũng sáng lênthông qua sự điều khiển của IC

- Thứ năm là chân M: đi vào hộp ECU, đưa về ECU động cơ để điều khiển bộ sưởi ấm.Chân M lấy tín hiệu từ máy phát gửi về ECU khi bộ phận sưởi PTC làm việc, như vậy sẽtăng điện năng tiêu thụ và máy phát điện sẽ phải làm việc nhiều hơn (nghĩa là tải do máyphát điện sẽ lớn hơn) để ECU sẽ điều khiển lượng phun nhiên liệu bổ sung nhiều hơnnhằm duy trì hoạt động ổn định của động cơ

Chân M chỉ có tác dụng khi động cơ nổ cầm chừng, còn khi ga lớn rồi thì chân nàykhông còn tác dụng nữa) Khi động cơ đang nổ cầm chừng mà ta bật nhiều phụ tải điện, thìmáy phát phải chịu tải nặng, bị phát đi dòng điện lớn (không còn dư điện để nạp cho ắcquy nữa), ECU sẽ biết được tình trạng này nhờ chân M ECU sẽ bù ga cho động cơ đểđộng cơ nổ mạnh hơn ở chế độ cầm chừng, nhờ thế mà máy phát sẽ tạo ra điện nhiều hơn

* Nguyên lý hoạt động:

1 Khi khóa điện ở vị trí ON, động cơ chưa làm việc:

- Dòng điện đi từ cực dương của ác quy sẽ chạy qua khóa điện, sau đó sẽ chạy qua cầu chì10A ECU-IG và tác động vào chân IG và IC được kích hoạt IC sẽ sử dụng tín hiệu từchân S (có điện áp bằng điện áp của bình ác quy) và tín hiệu từ chân M (ECU điều khiểnđộng cơ hoạt động và thông báo cho IC tốc độ của động cơ “= 0”) để điều khiển đèn báonạp sáng lên (điều khiển chân L thông về map) và điều khiển ngắt trandistor điều khiểncuộn dây kích từ, stator không phát ra dòng điện

2 Khi khóa điện ở vị trí ON, động cơ làm việc:

- ECU thông báo cho IC là động cơ đã làm việc thông qua chân ALT IC sẽ ngắt khôngcho đèn báo nạp sáng bằng cách ngắt trandistor để đưa tín hiệu chân L về map, làm chođèn báo nạp tắt Và đóng mạch điện của rotor, làm cho có dòng điện chạy qua rotor Rotor

sẽ sinh ra từ trường và quay nhờ sức kéo của trục cơ Làm cho 3 cuộn dây pha (stator) sinh

ra dòng điện và gửi về bộ chỉnh lưu để chỉnh lưu về dòng điện 1 chiều

3 Khi điện áp cần điều chỉnh:

- Điện áp phát ra sẽ đi về bình ắc quy và sẽ tác động vào chân S IC sẽ biết được điện ápphát ra thông qua chân Nếu điện áp max, IC sẽ thực hiện ngắt dòng kích từ và không sinh

ra từ trường Ba cuộn dây pha không sinh ra dòng điện làm cho điện áp phát ra giảmxuống và giảm xuống tới điện áp min IC sẽ nhận biết được thông qua chân S, IC sẽ lạiđóng mạch cho dòng điện chạy qua dòng kích từ và ba cuộn dây pha lại sinh ra dòng điệnlàm cho điện áp tăng lên Quá trình đó sẽ lặp đi lặp lại làm cho điện áp đầu ra ở chân Bluôn nằm trong giá trị nhất định để nạp điện cho bình ác quy và các phụ tải

III Hệ thống đánh lửa trực tiếp

Hình 3.1: Hệ thống đánh lửa trực tiếp

1 Công dụng, ưu điểm, yêu cầu của hệ thống đánh lửa

1.1 Công dụng

- Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ biến nguồn điện một chiều có hiệuđiện thế thấp (12V hoặc 24V) thành các xung hiệu điện thế cao(12.000V đến 50.000V) Các xung hiệu điện thế cao này sẽ được phân

bố đến các buji của các xylanh đúng thời điểm để tạo tia lửa điện caothế đốt cháy hòa khí

- Trong một số trường hợp thì hệ thống đánh lửa còn dùng để hổ trợkhởi động, tạo điều kiện động cơ khởi động được dễ dàng ở nhiệt độthấp

1.2 Ưu điểm

+ Dây cao áp ngắn hoặc không có dây cao áp nên giảm sự mất mátnăng lượng, giảm điện dung ký sinh và giảm nhiễu vô tuyến trên mạchthứ cấp

+ Không còn mỏ quẹt nên không có khe hở giữa mở quẹt và dây cao áp+ Bỏ được các chi tiết cơ dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu cáchđiện tốt như mỏ quẹt, chổi than, nắp delco

+ Loại bỏ được những hư hỏng thường gặp do hiện tượng phóng điệntrên mạch cao áp và giảm chi phí bảo dưỡng

1.3 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 quakhe 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 bắtđầu

- 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 kiệnnhiệt 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

máy cao, tăng tốc, chạy tốc độ cao và những điều kiện hoạt động khắcnghiệt khác của động cơ.

- Có tuổi thọ cao (trên 20.000 km) Cung cấp khả năng bắt lửa cực cao,cải thiện phản ứng ga, tiết kiệm nhiên liệu cao và chống bám bẩn vượttrội

b Vị trí: được gắn vào nắp máy

c Nguyên lý làm việc

- Trong dây đánh lửa sẽ tạo ra điện áp cao và mô-đun điều khiển động

cơ (ECM) sẽ điều khiển quá trình này Điện tích sẽ được truyền qua dâynối để tới bugi Tia lửa sẽ xảy ra nếu điện tích nhảy giữa 2 điện cực nằmtrong khoảng 0.25 mm đến 1 8mm

- Quá trình bugi đánh lửa này sẽ sinh ra nhiệt độ từ 4.700 °C đến 6.500

°C để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu, không khí được nén trước đó và đẩypiston xuống ở chu kỳ nén

2.1.2 Cảm biến trục cam Hình 3.2: Cấu tạo của Bugi

a Công dụng

- Nắm một vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển của động cơ.ECU sử dụng tín hiệu này để xác định điểm chết trên của máy số 1 hoặccác máy, đồng thời xác định vị trí của trục cam để xác định thời điểmđánh lửa (với động cơ xăng) hay thời điểm phun nhiên liệu (động cơphun dầu điện tử Common rail) cho chính xác

- Vai trò giám sát sự hoạt động của hệ thống điều khiển trục cam biếnthiên, ECU sử dụng tín hiệu của cảm biến này để xác định rằng hệ thốngTrục cam biến thiên có đang làm việc đúng như tín hiệu từ hộp ECU điều

khiển hay không

- Có chức năng thông báo cho ECU của xe biết chính xác vị trí cốt máy ở những vị trítương ứng với cuối thì nổ Nhằm để ECU điều chỉnh các thời điểm phun nhiên liệu vàđánh lửa thích hợp cho các xi-lanh động cơ.

b Vị trí: thường nằm ở đầu máy, đuôi bánh đà hoặc giữa lock máy

Hình 3.4: Vị trí của trục khuỷu

c Nguyên lý làm việc

Hình 3.5: Sơ đồ mạch điện của cảm biến trục khuỷu

- Trên trục cam có 1 vành tạo xung có các vấu cực, các vấu cực nàyquét qua đầu cảm biến, khép kín mạch từ và cảm biến tạo ra 1 xung tínhiệu gửi về ECU để ECU nhận biết được điểm chết trên của xi lanh số 1hay các máy khác

- Số lượng vấu cực trên vành tạo xung của trục cam khác nhau tùy theomỗi động cơ

- Sóng AC được xuất ra từ cảm biến cho mỗi vòng quay của trục khuỷu.Các sóng AC này được chuyển đổi thành dạng sóng hình chữ nhật bởimạch định hình dạng sóng bên trong ECU động cơ và được sử dụng đểtính toán vị trí trục khuỷu, TDC và tốc độ quay của động cơ

2.1.4 Cảm biến tiếng gõ

a Công dụng

- Có nhiệm vụ cảm nhận và phát hiện các rung động do hiện tượng kích

nổ gây ra ECU động cơ sử dụng tín hiệu từ cảm biến này để điều chỉnhlại thời điểm đánh lửa và ngăn chặn hiện tượng kích nổ

- Thường được chế tạo bằng vật liệu áp điện Thành phần áp điện trongcảm biến kích nổ được chế tạo bằng tinh thể thạch anh, là vật liệu khi

có áp lực sẽ sinh ra điện áp

b Vị trí: thường được lắp trực tiếp trên thành của khối động cơ

c Nguyên lý làm việc

Hình 3.6: Sơ đồ mạch điện của cảm biến tiếng gõ

- Bên trong cảm biến tiếng gõ có một bộ phận điện tử gọi là áp điện Ápđiện này sẽ tạo ra một giá trị điện áp được gửi đến Mô-đun điều khiểnđộng cơ (ECM) khi có tiếng gõ hoặc rung động quá mức trên động cơ

- Thành phần áp điện này phải được đồng bộ với nhịp đập đều đặn củađộng cơ Khi có sự thay đổi về dạng và tần số của nhịp, áp điện này sẽtạo ra một giá trị điện áp đưa vào ECM và sau đó được sử dụng cho ECMlàm dữ liệu đầu vào

- Tiếng gõ và độ rung trong động cơ

càng lớn thì giá trị điện áp do cảm

biến tiếng gõ cấp cho ECM càng cao

Sau đó, ECM đọc sự thay đổi điện áp

này như một dấu hiệu cho thấy tiếng

gõ đã xảy ra trong động cơ

- Khi ECM đọc rằng tiếng gõ đã xảy ra

dựa trên giá trị trên cảm biến tiếng

gõ, ECM sẽ điều chỉnh và hạ thấp

Thời gian đánh lửa một vài độ để có

thể giảm hoặc loại bỏ triệu chứng

tiếng gõ

- ECM sẽ tiếp tục đánh giá các điều kiện này trong khi động cơ đangquay và quay trở lại tiến về vị trí thời điểm đánh lửa để động cơ có thểhoạt động tối ưu Việc giảm thời điểm đánh lửa sẽ được thực hiện bởiECM khi hiện tượng kích nổ lại xảy

ra

2.1.5 Các loại cảm biến khác