Khai thác kết cấu, tính năng kỹ thuật và quy trình kiểm tra, chẩn đoán hệ thống đánh lửa trên xe hyundai i30

MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU1CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI21.1. Lý do chọn đề tài và lịch sử nghiên cứu.21.1.1.Tính cấp thiết của đề tài21.1.2. Ý nghĩa của đề tài31.2. Mục tiêu của đề tài.31.3. Đối tượng và khách thể nghiên cứu.31.4.Giả thiết khoa học.31.5. Nhiệm vụ nghiên cứu.41.6. Các phương án nghiên cứu.41.6.1. Phương án nghiên cứu thực tiễn41.6.2. Phương án nghiên cứu tài liệu41.6.3. Phương án thống kê mô tả4CHƯƠNG II : TỔNG QUAN CHUNG52.1. Lịch sử về hãng xe Hyundai.52.2. Thông tin chung về xe Hyundai i30.92.3. Lịch sử phát triển của hệ thống đánh lửa.112.4. Thông tin kỹ thuật của xe Hyundai G1.6 DOHC122.5. Chức năng và yêu cầu của hệ thống đánh lửa.142.1.1.Chức năng142.1.2.Yêu cầu142.6. Phân loại hệ thống đánh lửa.142.7. Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa.152.7.1. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U 152.7.2. Hiêu điện thế đánh lửa U 152.7.3. Hệ số dự trữ K 162.7.4. Năng lượng dự trữ W trong cuộn sơ cấp162.7.5. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S162.7.6. Tần số và chu kỳ đánh lửa172.7.7. Năng lượng tia lửa172.8. Vấn đề đánh lửa sớm.182.8.1. Quá trình cháy của hòa khí182.8.2. Góc đánh lửa sớm

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hưng yên, ngày … tháng … năm 2013 Giáo viên hướng dẫn Trần Văn Thoan

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hưng yên, ngày … tháng … năm 2013

Giáo viên phản biện

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 2

1.1 Lý do chọn đề tài và lịch sử nghiên cứu 2

1.1.1.Tính cấp thiết của đề tài 2

1.1.2 Ý nghĩa của đề tài 3

1.2 Mục tiêu của đề tài 3

1.3 Đối tượng và khách thể nghiên cứu 3

1.4.Giả thiết khoa học 3

1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu 4

1.6 Các phương án nghiên cứu 4

1.6.1 Phương án nghiên cứu thực tiễn 4

1.6.2 Phương án nghiên cứu tài liệu 4

1.6.3 Phương án thống kê mô tả 4

CHƯƠNG II : TỔNG QUAN CHUNG 5

2.1 Lịch sử về hãng xe Hyundai 5

2.2 Thông tin chung về xe Hyundai i30 9

2.3 Lịch sử phát triển của hệ thống đánh lửa 11

2.4 Thông tin kỹ thuật của xe Hyundai G1.6 DOHC 12

2.5 Chức năng và yêu cầu của hệ thống đánh lửa 14

2.1.1.Chức năng 14

2.1.2.Yêu cầu 14

2.6 Phân loại hệ thống đánh lửa 14

2.7 Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa 15

2.7.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m 15

2.7.2 Hiêu điện thế đánh lửa U đl 15

2.7.3 Hệ số dự trữ K dt 16

2.7.4 Năng lượng dự trữ W dt trong cuộn sơ cấp 16

2.7.5 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S 16

2.7.6 Tần số và chu kỳ đánh lửa 17

2.7.7 Năng lượng tia lửa 17

2.8 Vấn đề đánh lửa sớm 18

2.8.1 Quá trình cháy của hòa khí 18

2.8.2 Góc đánh lửa sớm 𝛉opt 19

2.9 Lý thuyết đánh lửa 20

2.9.1.Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp 20

2.9.2.Quá trình ngắt dòng sơ cấp 24

2.9.3.Quá trình phóng điện ở điện cực bugi 25

CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH 27

3.1 Những vấn đề chung 27

3.1.1 Nguyên lý chung của hệ thống đánh lửa lập trình 27

3.1.2 Chức năng cửa ESA 29

3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống 35

3.2.1 Một số kiểu tiêu biểu 36

CHƯƠNG IV: HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRỰC TIẾP TRÊN ÔTÔ HYNDAI I30 39

4.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống 39

4.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa 39

4.1.2.Các cơ cấu điều khiển trong hệ thống 41

4.13 Các cảm biến trong hệ thống 52

4.2 Những hư hỏng của hệ thống đánh lửa 70

4.3 Quy trình tháo, lắp 71

4.4.2.Kiểm tra cuộn dây đánh lửa (Bôbin) 73

4.4.3 Kiểm tra sửa chữa bugi 78

4.4.4 Kiểm tra, sửa chữa mô đun điều khiển động cơ (ECM) 81

4.4.5 Kiểm tra tia lửa điện 97

4.4.6 Kiểm tra thời điểm đánh lửa 99

4.4.7 Kiểm tra các cảm biến liên quan 100

4.5 Bảng mã lỗi của hệ thống đánh lửa Hyundai i30 104

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 119

TÀI LIỆU THAM KHẢO 120

PHỤ LỤC 121

DANH MỤC BẢNG BIỂU

1 Bảng thông số kỹ thuật của xe Hyundai G1.6 DOHC 12

2 Bảng thông số kỹ thuật đặc tính điện áp cảm biến áp suất tuyệt đối

4 Bảng thông số đặc tính của cảm biến ôxy 59

5 Bảng giá trị của cảm biến vị trí bướm ga. 62

6 Bảng thông số đặc tính của cảm biến lưu lượng khí nạp 69

7 Bảng những hư hỏng của hệ thông đánh lửa. 70

8 Quy trình tháo, lắp hệ thống đánh lửa trên xe Hyundai i30 2010 71

9 Bảng quy trình kiểm tra cuộn dây đánh lửa (Bô bin) 73

12 Bảng thông số kỹ thuật hệ thống đánh lửa 81

13 Bảng kiểm tra, sửa chữa mô đun điều khiển động cơ (ECM) 81

14 Bảng chức năng giắc kết nối (CBG – K) 84

15 Bảng thiết bị đầu vào / đầu ra tín hiệu. 88

17 Sơ đồ kiểm tra thời điểm đánh lửa. 99

18 Bảng giá trị đo điện trở của cảm biến trục khuỷu 100

19 Bảng giá trị đo điện trở của cảm biến trục cam 102

20 Bảng giá tri đo điện áp cảm biến áp suất đường ống nạp 103

21 Bảng giá trị đo điện áp chân PIM và Vc của cảm biến áp suất

Hình.2.2 1975 Hyundai Pony 6

Hình.2.7 2009 Hyundai Elantra Touring 9 Hình.2.8 Kiểu dáng tinh tế của Hyundai i30 10

Hình.2.12 Giai đoạn lan truyền ngọn lửa 19 Hình.2.13 Bản đồ góc đánh lửa sớm theo tốc độ và tải động cơ trên ô tô

đời mới.

20

Hình.2.14 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa 20 Hình.2.15 Sơ đồ tương đương của mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa. 21 Hình.2.16 Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp 21 Hình.2.17 Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa 24 Hình.2.18 Quy luật biến đổi của dòng điện sơ cấp i1và hiệu điện thế

thứ cấp U2m

25

Hình.2.19 Quy luật biến đổi hiệu điện thế U2m và cường độ dòng điện

thứ cấp i2 khi transistor công suất ngắt.

Hình.3.13 Hệ thống đánh lửa BSI mỗi bugi một bôbin 35 Hình.3.14 Dạng xung điều khiển IGT và xung IGF 36 Hình.3.15 Hệ thống đánh lửa dòng TOYOTA 36 Hình.3.16 Hệ thống đánh lửa dòngNISSAN 37 Hình.3.17 Hệ thống đánh lửa dòngNISSAN 37 Hình.3.18 Hệ thống đánh lửa dòngTOYOTA 38 Hình.3.19 Hệ thống đánh lửa của hãng FORD, HYUNDAI 38 Hình.4.1 Hệ thống đánh lửa trực tiếp 39 Hình.4.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đánh lửa trực tiếp 40

Hình 4.5 Sơ đồ khối các hệ thống trong máy tính với microprocessor 43

Hình 4.9 Bô bin kết hợp với IC đánh lửa 45

Hình 4.12 Các điều khiển của IC đánh lửa 47 Hình 4.13 Mạch tín hiệu IGT và IGF 48

Hình 4.18 Nhiệt độ tự làm sạch và tự bén lửa 52

Hình 4.22 Sơ đồ nguyên lý cảm biến áp suất tuyệt đối đường ống nạp 54 Hình 4.23 Mạch điện cảm biến áp suất tuyệt đối đường ống nạp 55 Hình 4.24 Đặc tính điện áp cảm biến áp suất tuyệt đối đường ống nạp 55 Hình 4.25 Vị trí lắp cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ 56 Hình.4.26 Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ 56 Hình 4.27 Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ 57 Hình 4.28 Đường đặc tính của cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ 57

Hình 4.31 Đặc tính cảu cảm biến ôxy 59

Hình 4.32 Bộ sấy của cảm biến ôxy 60 Hình 4.33 Vị trí lắp cảm biến vị trí bướm ga 60 Hình 4.34 Cảm biến vị trí bướm ga 61 Hình 4.35 Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga 61 Hình 4.36 Vị trí lắp cảm biến tiếng gõ 62 Hình 4.37 Cấu tạo của cảm biến tiếng gõ 63 Hình 4.38 Đồ thị biểu diễn tần số tiếng gõ 63 Hình 4.39 Đồ thị biểu diễn tần số tiến gõ khi gõ không xảy ra 64 Hình 4.40 Mạch điện cảm biến kích nổ 64 Hình 4.41 Vị trí lắp của cảm biến vị trí trục khuỷu 65 Hình 4.42 Cảm biến vị trí truc khuỷu 65 Hình 2.43 Dạng song tín hiệu của cảm biến vị trí trục khuỷu 66 Hình 4.44 Vị trí lắp cảm biến vị trí trục cam 66

Hình 2.46 Dạng song tín hiệu của cảm biến vị trí trục cam 67 Hình 4.47 Vị trí lắp của cảm biến lưu lượng khí nạp 68 Hình 4.48 Cảm biến lưu lượng khí nạp 68 Hình 4.49 Cấu tạo cảm biến lưu lượng khí nạp 68 Hình 4.50 Mạch điện của cảm biến lưu lượng khí nạp 69 Hình 4.51 Đặc tính của cảm biến lưu lượng khí nạp 69 Hình.4.52 Kiểm tra thời điểm đánh lửa 73 H×nh 4.53 Sơ đồ tháo bốn cuộn đánh lửa 73 H×nh 4.54 Thao giắc kết nối ECM/PCM với vòi phun. 74 H×nh.4.55 Kết nối giắc cắm giữa ECM/PCM với cuộn đánh lửa 74

H×nh 4.57 Kiểm tra điện áp cuộn đánh lửa 76 H×nh4.58 Kiểm tra thông mạch cuộn đánh lửa 76 H×nh 4.59 Kiểm tra chạm mát các chân kết nối với cuộn đánh lửa của

ECM/ PCM.

77 H×nh 4.60 Sơ đồ nối dây giữa giắc cắm ba chân cuộn đánh lửa với mát 77 H×nh 4.61 Kiểm tra thông mạch các chân kết nối với cuộn đánh lửa của

ECM/ PCM.

77 Hình 4.62 Đo điện trở của cuộn dây đánh lửa 78 H×nh 4.63 Kiểm tra điện trở sứ cách điện bằng ôm kế 78

H×nh 4.64 Kiểm tra khe hở điện cực bugi 79

H×nh 4.66 Làm sạch bugi bằng thiết bị chuyên dùng 80

Hình 4.73 Kiểm tra thời điểm đánh lửa bằng đèn Timing light 100 Hình 4.74 Chân cắm trên cảm biến góc quay trục khuỷu 100 Hình 4.75 Chân cắm trên đầu dây nối 101

Hình 4.77 Gắn cảm biến góc quay trục khuỷu 101 Hình 4.78 Chân cắm cảm biến vị trí trục cam 102 Hình 4.79 Chân cắm trên đầu dây nối 102

Hình 4.81 Gắn cảm biến góc quay trục cam 107 Hình 4.82 Đo điện áp nguồn của cảm biến áp suất đường ống nạp 103

Hình 1; 2 Hệ thống điều khiển phun xăng 121 Hình 3 Một số cảm biến trên ôtô Hyundai i30 122

KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮTSTT Chữ

2 TPS Throttle position Sensor Cảm biến vị trí bướm ga

3 CKPS Crankshaft position Sensor Cảm biến vị trí trục khuỷu

4 CMPS Camkshaft position Sensor Cảm biến vị trí trục cam

6 HO2S Heated Oxygen Sensor Cảm biến nộng độ ôxy

7 KS Knock sensor Cảm biến gõ

8

IATS Intake Air Temperature sensor Cảm biến nhiệt độ lựu lượng khí

nạp

9 EFI Electronic fuel injection system Hệ thông phun xăng điện tử

10 ABS Anti – lock Brake System Hệ thống chống bó cứng

11 ESA Electronic ignition system Hệ thống đánh lửa điện tử

12

EBD Electronic Brake Distribution Hệ thống phân phối lực phanh

điện tử 13

ESP Electronic stability program Hệ thống tự động cân bằng điện

tử

14 EBA Emergency braking assist Hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp

15 ECM Engine control module Mô-đun điều khiển động cơ

16 NE Crankshaft position sensor Cảm biến vị trí trục khuỷu

17 G Shaftposition Sensor Cảm biến vị trí trục cam

20 IDL Signal throttle position Tín hiệu vị trí bướm ga

21 ECU Electronic Control Unit Bộ điều khiển trung tâm

22

A/F Ari / fuel Tỉ lệ giữa không khí và nhiên

liệu

23 ECM Electronic Control Module Mo-dul điều khiển điện tử

24 CDI Capacitor discharge ignition Hệ thống đánh lửa thường

25 TCI Transistorized coil ignition Hệ thống đánh lửa bán dẫn

26 SI Semiconductor ignition Hệ thống đánh lửa điện tử

27

BSI Breakerless semiconductor

ignition

Hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện

28 DOHC Double over head camshaft Hai trục cam nằm trên lắp máy

29 CPU Control processing unit Bộ điều khiển xử lý trung tâm

30 TDC Top dead center Điểm chết trên

LỜI NÓI ĐẦU

Ô tô là một trong những phương tiện giao thông quan trọng đối với sự phát triểncủa nền kinh tế- xã hội hiện nay Lịch sử ra đời và phát triển của nó đã trải qua nhiềunăm với những giai đoạn thăng trầm để tiến tới sự hoàn thiện và tiện nghi hơn nhưtăng công suất động cơ, tăng tính kinh tế nhiên liệu, đảm bảo tính năng an toàn tăngtính tiện nghi và bảo mật Các hãng xe đã áp dụng các tiến bộ khoa học vào nhữngchiếc ô tô của mình như điều khiển điện tử, kỹ thuật bán dẫn, công nghệ nano….Từ đónhiều hệ thống hiện đại ra đời: Hệ thống phun xăng điện tử (EFI), hệ thống phundiesel điện tử (CRDI), hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS), hệ thống phanh ABS, hệthống đèn tự động, sử dụng bộ chìa khóa nhận dạng…

Ở Việt Nam, với ngành công nghiệp ô tô còn non trẻ, hầu hết những công nghệ ô

tô đều đến từ các nước trên thế giới Chúng ta cần phải tiếp cận với công nghệ tiên tiếnnày để không những tạo tiền đề cho nền công nghiệp ô tô mà còn phục vụ cho công tácbảo dưỡng, sửa chữa

Qua thời gian học tập và nghiên cứu về chuyên ngành “Công nghệ kỹ thuật ô tô”

tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên, em được giao đề tài “Khai thác kết cấu, tính năng kỹ thuật và quy trình kiểm tra, chẩn đoán hệ thống đánh lửa trên xe Hyundai i30” đây là một đề tài rất thiết thực nhưng còn nhiều khó khăn Với sự cố gắng của em và dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Văn Thoan cùng với sự

giúp đỡ của các quý thầy cô trong Khoa Cơ khí Động lực, em đã hoàn thành đề tài đápứng được yêu cầu đưa ra Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, với khả năng và kinhnghiệm còn hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy em rất mong sự đónggóp, chỉ bảo của các thầy cô để đề tài của em được hoàn thiện hơn và đó chính lànhững kinh nghiệm nghề nghiệp cho em sau khi ra trường

Em xin chân thành cảm ơn các quý thầy, cô giáo trong khoa, đặc biệt là thầy

Trần Văn Thoan đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn em để đề tài em được hoàn thành.

Sinh viên thực hiện:

Bùi Ngọc Tiệp

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TĂI 1.1 Lý do chọn đề tăi vă lịch sử nghiín cứu.

1.1.1.Tính cấp thiết của đề tăi

- Bước sang thế kỷ XXI, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật của nhđn loại đê bước línmột tầm cao mới Rất nhiều những thănh tựu khoa học, những phât minh, sâng chếmang đậm tính hiện đại vă có ứng dụng cao Lă một quốc gia có nền kinh tế lạc hậu,nước ta đê vă đang có những cải câch mới để thúc đẩy kinh tế Việc tiếp thu, âp dụngnhững thănh tựu khoa học tiín tiến của thế giới đang được nước ta quan tđm, đẩymạnh phât triển câc ngănh công nghiệp mới, với mục đích đưa nước ta từ một nướcnông nghiệp lạc hậu thănh một nước công nghiệp phât triển Trải qua rất nhiều nămphấn đấu vă phât triển, hiện nay nước ta đê lă thănh viín của tổ chức thương mại thếgiới WTO Với việc tiếp cận câc quốc gia có nền kinh tế phât triển, chúng ta có thểgiao lưu, học hỏi kinh nghiệm, tiếp thu những thănh tựu khoa học kỹ thuật để phâttriển hơn nữa nền kinh tế trong nước, bước những bước đi vững chắc trín con đườngquâ độ lín chủ nghĩa xê hội

- Trong câc ngănh công nghiệp mới đang được nhă nước chú trọng đầu tư phât triểnthì công nghiệp ôtô lă một trong những ngănh tiểm năng Do sự tiến bộ về khoa họccông nghệ, nín quâ trình công nghiệp hoâ hiện đại hoâ diễn ra một nhanh chóng, tỷ lệvới nó lă ô nhiễm nguồn nước vă không khí do chất thải công nghiệp ngăy căng tăng.Câc nguồn tăi nguyín thiín nhiín như: Than đâ, dầu mỏ bị khai thâc bừa bêi nín ngăycăng cạn kiệt Điều năy đặt ra băi toân khó cho ngănh động cơ đốt trong nói chung vẵtô nói riíng: đó lă phải đảm bảo chất lượng khí thải vă tiết kiệm nhiín liệu Câc hêngsản xuất như: Hyundai, Toyota, Ford , Mescedes… đê có rất nhiều cải tiến về mẫu mê,kiểu dâng cũng như chất lượng phục vụ của xe Nhằm đảm bảo an toăn cho người sửdụng, tiết kiệm nhiín liệu vă giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường do khí thải Để đâpứng được với những yíu cầu đó thì câc hệ thống điều khiển trín ôtô nói chung, văđộng cơ nói riíng phải có sự hoạt động an toăn, chính xâc, đúng thời điểm, bền, rẻ,đẹp… Do vậy câc điều khiển bằng cơ khí không còn đâp ứng được vă thay thế văo đó

lă câc hệ thống điều khiển điện tử như: Phun xăng điện tử, đânh lửa điện tử, hệ thốngchống bó cứng ABS… Chúng hoạt động được lă nhờ câc cảm biến giâm sât mọi hoạt

động tình trạng của ôtô và đưa về bộ điều khiển trung tâm (ECU) Bộ điều khiển này

có kết cấu hiện đại, phức tạp Nó nhận các tín hiệu từ cảm biến, tổng hợp lại, xử lý vàđưa ra các tín hiệu điều khiển các hệ thống trên xe thật chính xác Với các ứng dụngnhư vậy thì đòi hỏi người kỹ thuật viên phải có trình độ hiểu biết, học hỏi, sáng tạo,bắt kịp với khoa học tiên tiến hiện đại, nắm bắt được những thay đổi về những đặc tính

kỹ thuật của từng loại xe, dòng xe, đời xe, có thể chẩn đoán hư hỏng và đưa ra phương

án sửa chữa tối ưu Vì vậy người kỹ thuật viên trước đó phải được đào tạo với mộtchương trình đào tào tiên tiến hiện đại, cung cấp đầy đủ kiến thức lý thuyết và thựchành Trên thực tế thì các trường kỹ thuật của ta hiện nay thì trang thiết bị cho học sinhsinh viên thực hành còn thiếu thốn rất nhiều đặc biệt là các trang thiết bị dạng mô hìnhthực tập tiên tiến, hiện đại các kiến thức mới có tính khoa học kỹ thuật cao còn chưađược khai thác và đưa vào thực tế giảng dạy Tài liệu về các hệ thống điều khiển hiệnđại trên ôtô như: EFI, ESA, ABS… còn thiếu chưa được hệ thống hoá một cách khoahọc Các bài tập hướng dẫn thực tập, thực hành còn thiếu thốn Vì vậy người kỹ thuậtviên khi ra trường còn gặp rất nhiều khó khăn, khó tiếp xúc với những kiến thức, thiết

bị tiên tiến, hiện đại trong thực tế

1.1.2 Ý nghĩa của đề tài

- Đề tài giúp cho sinh viên năm cuối có thể củng cố kiến thức, tổng hợp và nângcao kiến thức chuyên ngành, cũng như những kiến thức ngoài thực tế xã hội, đề tài còn

giúp cho học sinh nâng cao khả năng tự tìm tòi, sáng tạo Đề tài nghiên cứu về “Khai thác kết cấu, tính năng kỹ thuật và quy trình kiểm tra, chẩn đoán hệ thống đánh lửa trên xe Hyundai i30” giúp cho em tìm hiểu sâu hơn về hệ thống đánh lửa Những

kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này là giúp cho em có thể hiểu sâu rộng vềkết cấu, điều kiện làm việc, một số hư hỏng cũng như các phương pháp kiểm tra chẩnđoán các hư hỏng thường gặp của hệ thống đánh lửa

1.2 Mục tiêu của đề tài.

- Tìm hiều về kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa trực tiếp trêndòng xe Hyundai i30

- Kiểm tra đánh giá được tình trạng kỹ thuật, các thông số chính bên trong và cácthông số kết cấu của hệ thống đánh lửa trên xe Hyundai i30

- Đề xuất giải pháp, phương án kiểm tra, chẩn đoán khắc phục hư hỏng của hệthống đánh lửa trên động cơ Hyundai i30

1.3 Đối tượng và khách thể nghiên cứu.

- Đối tượng nghiên cứu: Phân tích kết cấu, điều kiện và nguyên lý làm việc của hệthống đánh lửa trực tiếp Đưa ra các phương pháp kiểm tra chẩn đoán và bảo dưỡng hệthống đánh lửa theo chương trình

- Khách thể nghiên cứu: Hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ Hyundai i30.

1.4.Giả thiết khoa học.

- Tình hình thực trạng về sự phát triển của khoa học kỹ thuật: Ngày nay khoa học

kỹ thuật phát triển mạnh mẽ đã tìm ra được các vật liệu mới với nhiều tính năng mới,máy móc ngày càng hiện đại chế tạo các chi tiết có độ chính xác cao, cùng với cácphần mềm đồ họa đã giúp mô phỏng thiết kế chính xác…

- Hệ thống các tài liệu phục vụ mục đích nghiên cứu ngày càng đa dạng không chỉnguồn tài liệu lớn về sách, mạng internet cũng là một công cụ tìm kiếm hữu dụng

1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Phân tích đặc điểm, kết cấu, nguyên lý của hệ thống đánh lửa

- Các phương án kết nối, kiểm tra, chẩn đoán của hệ thống đánh lửa

- Nghiên cứu và tìm hiểu các thông số kỹ thuật, tiêu chuẩn của hệ thống đánh lửa

1.6 Các phương án nghiên cứu

1.6.1 Phương án nghiên cứu thực tiễn

a Khái niệm: Là phương pháp tổng hợp các kết quả nghiên thực tiễn và nghiên

cứu tài liệu để đánh giá và đưa ra các kết luận chính xác

b Các bước thực hiện

Bước 1: Quan sát, đo đạc các thông số của kết cấu động cơ

Bước 2: Lập phương án kiểm tra, chẩn đoán hư hỏng của hệ thống đánh lửa

Bước 3: Từ kết quả kiểm tra, chẩn đoán lập phương án bảo dưỡng sửa chữa, khắcphục hư hỏng

1.6.2 Phương án nghiên cứu tài liệu

a Khái niệm: Là phương án nghiên cứu, thu thập thông tin khoa học trên cơ sở

nghiên cứu các văn bản, tài liệu đã có sẵn và tư duy logic để rút ra các kết luận khoahọc cần thiết

1.6.3 Phương án thống kê mô tả

a Khái niệm: Là phương án tổng hợp kết quả nghiên cứu thực tiễn và nghiên cứu

tài liệu để đưa ra kết luận chính xác, khoa học

b Các bước thực hiện

Từ thực tiễn nghiên cứu động cơ và nghiên cứu các tài liệu lý thuyết đưa ra quytrình bảo dưỡng, sửa chữa, khắc phục hư hỏng của hệ thống đánh lửa trên dòng xeHyundai i30 Đề tài đã sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết

CHƯƠNG II : TỔNG QUAN CHUNG 2.1 Lịch sử về hãng xe Hyundai.

Hyundai Motor Company - thuộc Hyundai Kia Automotive Group - là hãng sảnxuất ôtô lớn nhất Hàn Quốc và đứng thứ 5 thế giới về doanh số bán hàng năm Đặt trụ

sở chính ở Seoul, Hyundai điều hành nhà máy sản xuất ôtô lớn nhất thế giới tại Ulsanvới công suất lên tới 1.6 triệu xe/năm Biếu tượng logo của Hyundai, chữ “H” đượcviết cách điệu, tượng trưng cho hình ảnh công ty và khách hàng đang bắt tay nhau.Trong tiếng Hàn Hyundai có nghĩa là “hiện đại”

Hình 2.1: Logo Hyundai.

Năm 1947, Chung Ju-yung đã sáng lập ra Công ty xây dựng và cơ khí Hyundai.Phải đến năm 1967, Công ty ôtô Hyundai mới được thành lập Năm 1968, Hyundaihợp tác với Ford Motor Company cho ra đời model đầu tiên của công ty là Cortina.Pony, chiếc xe Hàn Quốc đầu tiên xuất xưởng vào năm 1975, được thiết kế bởiGiorgio Giugiaro theo phong cách Ý, với công nghệ dẫn động do Mitsubishi Motorscung cấp Những năm sau đó, sản phẩm của Hyundai được xuất khẩu sang Ecuado và

nhanh chóng tiếp cận thị trường các nước Benelux (Belgium, Netherlands, vàLuxembourg) Năm 1991, Hyundai đã mở đường độc quyền công nghệ cho mình khiphát triển thành công động cơ xăng I4 Alpha và có hộp truyền động.

Hình 2.2: 1975 Hyundai Pony.

Đến năm 1986, xe của Hyundai bắt đầu được bán tại Mỹ Nhờ giá cả phải chăng,model Excel đã lọt vào top “10 xe được ưa chuộng nhất” do tạp chí Fortune bình chọn.Năm 1988, công ty bắt đầu sản xuất các model với công nghệ của riêng mình, khởiđầu là chiếc Sonata loại midsize đến nay vẫn còn được sản xuất

Hyundai đã đầu tư rất nhiều vào việc phát triển chất lượng, mẫu mã, tăng cường sảnxuất và nghiên cứu dài hạn cho ngành ôtô nói riêng Tập đoàn đã tăng thời gian bảohành lên tới 10 năm hay 160.000 km đối với xe bán tại Mỹ, đồng thời phát động chiếndịch marketing quy mô lớn.

Hình 2.4: 2008 Hyundai Sonata.

Trong cuộc khảo sát về chất lượng xe hơi của tổ chức J.D Power and Associatesnăm 2004, Hyundai đã vượt qua nhiều đối thủ tiếng tăm và giữ vị trí thứ 2 Hiện nayHyundai nằm trong top 100 thương hiệu ôtô lớn nhất thế giới Từ năm 2002 Hyundaicũng là một trong những nhà tài trợ chính thức cho giải World Cup của FIFA

Sự xuất hiện của model midsize SUV Santa Fe năm 2007 đã đem đến choHyundai thành công vang dội và giành giải thưởng “2007 Top Safety Pick” của IIHS

Hình 2.5: 2007 Hyundai Santa Fe.

Vào năm 1998, sau cuộc biến động mạnh mẽ của nghành công nghiệp ôtô HànQuốc do tham vọng mở rộng thị trường cũng như ảnh hưởng của cuộc khủng hoảng tàichính Châu Á, Hyundai đã mua lại được công ty đối thủ Kia Motors Năm 2000,

Hyundai thiết lập mối quan hệ liên minh chiến lược với DaimlerChrysler Kết quả củaliên minh này là sự ra đời của Daimler–Hyundai Truck Corporation vào năm 2001.Tuy nhiên, đến năm 2004, DaimlerChrysler đã rút lợi tức của mình khỏi công ty bằngcách bán 10,5% vốn cổ phần để lấy 900 triệu USD Hyundai tiếp tục đầu tư vào cácxưởng sản xuất đặt tại Bắc Mỹ, Trung Quốc, Pakistan, Ấn Độ, Thổ Nhĩ Kì cũng nhưcác trung tâm nghiên cứu và phát triển ở Châu Âu, Bắc Mỹ, và Nhật Bản.

Hình 2.6: 2009 Hyundai Genesis Coupe.

Năm 2004, doanh thu của Hyundai tại thị trường trong nước lên tới 57,2 tỉ USD

và trở thành công ty ôtô lớn thứ hai Hàn Quốc Doanh số bán trên toàn thế giới củahãng trong năm 2005 là 2.533.695 xe, tăng 11% so với cùng kì năm ngoái Mục tiêunăm 2006 của Hyundai là doanh số toàn cầu đạt 2,7 triệu xe

Những chiếc xe mang thương hiệu Hyundai được bán tại 193 quốc gia thông qua5.000 đại lý và showroom Theo nghiên cứu mới đây của Automotive News về doanh

số toàn cầu của các hãng thì Hyundai xếp thứ 6, vượt qua cả Nissan, Honda và nhiềuthương hiệu nổi tiếng khác với 3.715.096 xe trong năm 2005

Hình 2.7: 2009 Hyundai Elantra Touring

Sức mạnh thương hiệu của Hyundai ngày càng lớn khi đứng thứ 72 trong danhsách Các thương hiệu tốt nhất thế giới năm 2007 theo khảo sát của Interbrand andBusinessWeek với trị giá thương hiệu ước tính là 4,5 tỉ USD Để được người tiêu ưachuộng, Hyundai đã phải nỗ lực không ngừng trong việc nghiên cứu cải tiến chấtlượng sản phẩm và những thành công đạt được là kết quả tất yếu của những nỗ lựcnày

2.2 Thông tin chung về xe Hyundai i30

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ về ngành ô tô nói chung và dòng xe Hyundai nóiriêng Hyundai i30 cho thấy sự vượt bậc về công nghệ khoa học là bước tiến hóa mớitrong ngôn ngữ thiết kế "điêu khắc dòng chảy" Như vậy, Hyundai i30-2010 sở hữunhiều chi tiết thiết kế tương tự các sản phẩm mới xuất hiện trong gia đình Hyundaitrong thời gian gần đây như ix20, ix35, Veloster và i40 Có thể thấy i30 được trang bịkhông gian nội thất gần giống với i40 và Veloster "Khi thiết kế i30 thế hệ mới, chúngtôi đã sử dụng những đường gân mạnh mẽ nhưng không kém phần mềm mại để tạo ramột mẫu xe mang dáng dấp thể thao Đặc biệt, những đường nét thiết kế có thể toát lêncảm giác về sự chuyển động liên tục ngay cả khi xe đứng yên"

Hình 2.8: Kiểu dáng tinh tế của Hyundai i30.

Hyundai đã truyền tải phong thái tự tin thông qua những chi tiết thể thao và kiểudáng khí động Bằng cách này, i30 thế hệ mới sẽ gợi liên tưởng đến i40 vừa mới ramắt trong thời gian gần đây Mục tiêu của chúng tôi là khiến mọi người nhận ra DNAthiết kế chung giữa hai mẫu xe trên"

Theo nguồn tin tài kiệu, 2010 Hyundai i30 trang thiết bị hệ thống treo thanhgiằng MacPherson phía trước và đa liên kết phía sau Hiện nay, Hyundai vẫn giữ kínthông tin về các phiên bản động cơ dành cho i30 thế hệ mới Tuy nhiên, nhiều ngườitin 2010 Hyundai i30 sẽ được trang bị động cơ là hộp số sàn 6 cấp với dung tích 1,6lít, phun xăng trực tiếp, sản sinh công suất 140 mã lực lấy từ phiên bản Blue tiếtkiệm nhiên liệu hơn

Hình 2.9: Hyundai i30.

Có thể nói, i30 là mẫu xe cỡ nhỏ đầu tiên của gia đình Hyundai được trang bị túikhí đầu gối cho người lái, đèn pha thích ứng, cụm đồng hồ với màn hình TFT LCD độphân giải lớn và phanh đỗ xe điều khiển điện Bên cạnh đó là một số tùy chọn khác

như cửa sổ trời Panorama, hệ thống định vị tích hợp với màn hình màu 7 inch vàcamera chiếu hậu.

Hình 2.10: Nội thất của Hyundai i30.

2.3 Lịch sử phát triển của hệ thống đánh lửa.

Sự ra đời của hệ thống đánh lửa gắn liền với sự ra đời của động cơ đốt trong đánhdấu bước khởi đầu cho nền công nghiệp ô tô Ban đầu động cơ sử dụng hệ thống đánhlửa điều khiển bằng má vít Hệ thống này có nhược điểm thời điểm đánh lửa khôngchính xác cùng với kết cấu cơ khí nên hay phải bảo dưỡng Năm 1964 hệ thống đánhlửa CDI (capacitor discharge ignition) đã được nghiên cứu và ứng dụng trên xe NSUsprider

Bên cạnh đó khi xã hội phát triển, các yêu cầu ngày càng cao về môi trường, sựtiêu hao nhiên liệu đã khiến cho hệ thống đánh lửa thường và hệ thống đánh lửa CDIkhông còn đáp ứng được những yêu cầu đặt ra Chính điều đó đã khiến cho các nhàkhoa học tìm tòi phát minh ra hệ thống đánh lửa mới đáp ứng tốt hơn tính kinh tếnhiên liệu và tính ô nhiễm môi trường Đến năm 1978 các hãng xe BMW, Chrysler,Fiat, Lancia, Leyland, Mercedes, Peigeot, Porsche, và Volvo, cho ra đời hệ thống đánhlửa bán dẫn TCI (Transistorized coil ignition) sự phát triển tiếp theo của đánh lửa CDI

Sự hỗ trợ của khoa học kỹ thuật, lịch sử phát triển cho ra đời hệ thống đánh lửađiện tử SI (Semiconductor ignition) và hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện BSI(Breakerless semiconductor ignition) Trong đó hệ thống đánh lửa SI vẫn sử dụng bộchia điện và một bôbin còn BSI sử dụng với nhiều bôbin hơn và không có bộ chiađiện Ứng dụng đầu tiên của hệ thống BSI trên xe Citroẽn Visa giới thiệu ra côngchúng năm 1978 Với đà phát triển đó năm 1979 hãng Bosch đã cho ra đời hệ thốngđiều khiển động cơ “Motronic” với sự tích hợp điều khiển nhiều hệ thống như điều

khiển thời điểm đánh lửa, điều khiển nhiên liệu, điều khiển tốc độ không tải Giúp quátrình điều khiển linh hoạt hơn, độ chính xác cao hơn tăng tính kinh tế nhiên liệu vàgiảm tính ô nhiễm của khí thải.

2.4 Thông tin kỹ thuật của xe Hyundai G1.6 DOHC

Bảng thông số kỹ thuật của xe Hyundai G 1.6 DOHC

100 km/h

3 Nhiên

liệu

Mức độ tiêu thụ nhiên liệu 9,0 – 5,7/100 km (Thành

Chiều rộng cơ sở trước/sau 1538 / 1536 Mm

5 Cửa và

chỗ ngồi

6 Nội thất Hộp chứa đồ phía trước

Ngăn gạt tàn thuốcĐèn nội thất

Hệ thống âm thanh 6 loa nghenhạc CD/MP3/WMA Radio AM.FM, hỗ trợ kết nối USB

và AUXĐiều hòa nhiệt độ

Ổ cắm điện 12v được nắpphía trước

Cửa sổ trước điều chỉnh điệnGhế bọc da

Đèn sương mùĐèn pha HalogenGạt mưa phía trước và phíasau

Antenna nắp phía cao sau xeĐèn phanh phụ thứ 3

Túi khí hai bên hàng ghếTúi khí treo phía trên hai hàngghế trước và sau

Phân bố lực phanh điện tửEBD

Tự động cân bằng điện tửESP

Trợ lực phanh khẩn cấpEBA

Chống bó cứng phanhABS

Phân bố lực phanh điện tử

Tự động cân bằng điện tửESP

Trợ lực phanh khẩn cấpEBA

Giảm sóc trước Độc lập kiểu MacPhersonGiảm sóc sau Độc lập đa liên kết

2.1.2.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 đủ lớn để phóng qua khe 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 bắt đầu.

- Góc đánh lửa 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 bugi phải nằm trong khoảng cho phép.

2.6 Phân loại hệ thống đánh lửa.

 Phân loại theo phương pháp tích lũy năng lượng

-Hệ thống đánh lửa điện cảm

-Hệ thống đánh lửa điện dung

 Phân loại theo phương pháp điều khiển bằng cảm biến

-Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa

-Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ

-Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall

-Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang

-Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến từ trở

-Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến cộng hưởng.

 Phân loại theo cách phân phối điện áp

-Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ chia điện

-Hệ thống đánh lửa không sử dụng bộ chia điện

 Phân loại theo phương pháp điều khiển góc đánh lửa sớm

- Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng cơ khí

- Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử

 Phân loại theo nguyên lý làm việc

-Hệ thống đánh lửa thường

-Hệ thống đánh lửa bán dẫn

-Hệ thống đánh lửa điện tử

-Hệ thống đánh lửa Manheto

-Hệ thống đánh lửa điện dung

 Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp

-Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa

-Hệ thống đánh lửa sử dụng transitsor

-Hệ thống đánh lửa sử dụng thysistor (GDI)

2.7 Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa

2.7.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m

Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2mlà hiệu điện thế cực đại đo được ở hai đầucuộn dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m

phải đủ lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặc biệt làlúc khởi động

2.7.2 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 điệnthế đánh lửa U đl Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tuântheo định luật Pashen

P : là áp suất buồng đốt tại thời điểm đánh lửa

 : khe hở bugi

T : nhiệt độ ở điện cực trung tâm của bugi tại thời điểm đánh lửa

K : hằng số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp hòa khí

2.7.3 Hệ số dự trữ K dt

Hệ số dự trữ là tỷ số giữa hiệu điện thế cực đại U2m và hiệu điện thế đánh lửa

đl

U :

2.7.4 Năng lượng dự trữ W dt trong cuộn sơ cấp

Năng lượng dự trữ W dt là năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường trong cuộndây sơ cấp của bôbin Để đảm bảo tia lửa điện có đủ năng lượng để đốt cháy hoàn toànhòa khí, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp của bôbin

ở một giá trị xác định:

W dt = 50 150

2

2 1





I ng L

mJ (2.3)

Trong đó:

- W dt : năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp

- L1 : độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bôbin

- I ng : cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm transistor công suấtngắt

2.7.5 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S

- S : là tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

- u2 : 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 ởđiện cực bugi càng mạnh nhờ đó dòng không bị rò qua muội than trên điện cực bugi,năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm

60 (Hz)

nZ

f 

(2.6)Trong đó:

- t đ : thời gian vít ngậm hay transistor công suất bão hòa.

- t m : 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 vàtần số đánh lửa để đảm bảo ở số vòng quay cao nhất của động cơ tia lửa vẫn mạnh

2.7.7 Năng lượng tia lửa

Thông thường, tia lửa điện bao gồm hai thành phần là thành phần điện dung vàthành phần điện cảm Năng lượng của tia lửa được tính theo công thức:

U C

W  (2.8)Trong đó :

- W C: năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện dung

- C2 :điện dung ký sinh của mạch thứ cấp của bugi

- U đl : hiệu điện thế đánh lửa

b.Năng lượng điện cảm

2

2 2

2i L

W L  (2.9)Trong đó :

- W L:năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện cảm

- L2 : độ tự cảm của mạch thứ cấp

- i2 :cường độ dòng điện mạch thứ cấp

Tùy loại hệ thống đánh lửa mà năng lượng tia lửa có đủ cả hai thành phần điệncảm (thời gian phóng điện dài) và điện dung (thời gian phóng điện ngắn) hoặc chỉ cómột thành phần

2.8 Vấn đề đánh lửa sớm.

2.8.1 Quá trình cháy của hòa khí

Quá trình cháy của hòa khí tính từ khi tia lửa

xuất hiện ở bugi được chia thành hai giai đoạn: giai

đoạn cháy trễ và giai đoạn lan truyền ngọn lửa

a.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 bởi điều

kiện làm việc của động cơ

b.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 hình 2.12)

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

2.8.2 Góc đánh lửa sớm 𝛉opt

Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ tính từ thời điểm xuấthiện tia lửa điện tại bugi 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 khíthải động cơ Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc rất nhiều yếu tố:

) ,

, , , , ,

- P bđ : áp suất buồng đốt tại thời điểm đánh lửa.

- t bđ: nhiệt độ buồng đốt

- P : áp suất trên đường ống nạp

- t wt : nhiệt độ nước làm mát động cơ

- t mt

: nhiệt độ môi trường

- n : số vòng quay của động cơ.

- N0 : chỉ số ốc tan của động cơ xăng

Ở các xe đời cũ, góc đánh lửa sớm chỉ được điều khiển theo hai thông số: tốc độ (bộsớm 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 đánhlửa sớm theo hai chế độ nhiệt độ Trên các xe đời mới, góc đánh lửa sớm được điềukhiển bằng điện tử nên góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh theo các thông số nêu trên.Trên hình 2.13 trình bày bản đồ góc đánh lửa sớm theo tốc độ và tải động cơ trên xeđời mới

Hình 2.13: Bản đồ góc đánh lửa sớm theo tốc độ và tải động cơ trên ô tô đời mới.

2.9 Lý thuyết đánh lửa.

Trong động cơ xăng 4 kỳ, hòa khí sau khi được đưa vào trong xylanh và đượchòa trộn đều nhờ sự xoáy lốc của dòng khí, sẽ được piston nén lại Ở một thời điểmthích hợp cuối kỳ nén, hệ thống đánh lửa sẽ cung cấp một tia lửa điện cao thế đốt cháyhòa khí và sinh công cho động cơ Để tạo được tia lửa giữa hai điện cực của bugi, quátrình đánh lửa được chia làm 3 giai đoạn: quá trình tăng trưởng của dòng sơ cấp haycòn gọi là quá trình tích lũy năng lượng, quá trình ngắt dòng sơ cấp và quá trình xuấthiện tia lửa ở điện cực bugi

2.9.1.Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp.

Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa.

Trong sơ đồ hệ thống đánh lửa trên:

- R1: điện trở của cuộn sơ cấp

- L1, L2: độ tự cảm của cuộn sơ cấp và thứ cấp của bôbin

- T : transistor công suất được điều khiển nhờ tín hiệu từ

ECU

Hình 2.15: 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 i1từ (+) ắc quy

→R1 L1T mát Dòng i1 tăng từ từ do sức điện động tự cảm sinh ra trên cuộn sơcấp L1 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 xuất hiện ở mạch thứ cấp 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 bàytrên hình 2.15 Trên sơ đồ, giá trị điện trở của ắc quy được bỏ qua, trong đó:

U   

a

U : hiệu điện thế của ắc quy

T U

 :độ sụt áp trên transistor công suất ở trạng thái dẫn bão hòa

Từ sơ đồ hình 2.15 ta có thể thiết lập được phương trình vi phân sau:

dt

di L R

i1  1 1  (2.11)

Giải phương trình vi phân (1.11) ta được:

R e R

U t

Gọi 1 L /1 R là hằng số điện từ của mạch

)1

)(

/()

1



t e R

U t

 

 (2.12)Lấy đạo hàm (2.12) theo thời gian t, ta được tốc độ tăng trưởng của dòng sơ cấp (hình2.17) Như vậy, tốc độ tăng dòng sơ cấp phụ thuộc chủ yếu vào độ tự cảm L1

Hình 2.16: Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp

Với bôbin xe đời cũ với độ tự cảm lớn (đường 1), tốc độ tăng dòng sơ cấp chậm hơn

so với bôbin xe đời mới với độ tự cảm nhỏ (đường 2) Chính vì vậy, lửa sẽ càng yếukhi tốc độ càng cao Trên xe đời mới, hiện tượng này được khắc phục nhờ sử dụngbôbin có L1 nhỏ

Đồ thị cho thấy độ tự cảm L1 của cuộn sơ cấp càng lớn thì tốc độ tăng trưởngdòng i1 càng giảm

Gọi tđ là thời gian transistor công suất dẫn bão hòa thì cường độ dòng điện sơ cấp

).

/(

120

t đ  đ  đ

T : chu kỳ đánh lửa (S)

n: số vòng quay trục khuỷu động cơ (min-1)

Z : số xylanh của động cơ

đ : thời gian tích lũy năng lượng tương đối

Trên các xe đời cũ, thời gian tích lũy năng lượng tương đối đ  2 / 3, còn các xe đờimới nhờ cơ cấu hiệu chỉnh thời gian tích lũy năng lượng (góc ngấm điện) nên đ  2 / 3

1

1 120

1(  nZ 

ng

đ

e R

U I

Từ công thức (1.14), ta thấy I ng phụ thuộc vào tồng trở của mạch sơ cấp (R 1), độ tựcảm của cuộn dây sơ cấp(L1), số vòng quay trục khuỷu động cơ(n đc), và số xylanh (

Z ) Nếu R,L1,Z không đổi thì khi tăng số vòng quay trục khủyu động cơ (n đc),cường độ dòng điện I ng sẽ giảm

Tại thời điểm đánh lửa, năng lượng đã được tích lũy trong cuộn sơ cấp dưới dạng từtrường:

2 / 2

2 1

2

)1

(2

R

U L L

1 1

R

a (2.16)Đối với hệ thống đánh lửa thường và đối với hệ thống đánh lửa bán dẫn không cómạch hiệu chỉnh thời gian tích lũy năng lượng t đ , điều kiện (2.16) không thể thựchiện được vì t đ là giá trị thay đổi phụ thuộc và tốc độ của động cơ (n đc) Sau khi đạtđược giá trịU / R, dòng điện qua cuộn sơ cấp sẽ gây tiêu phí năng lượng vô ích, tỏanhiệt trên cuộn sơ cấp Trên các xe đời mới, nhược điểm trên được loại trừ nhờ mạchhiệu chỉnh thời gian tích lũy năng lượng t đ (dwell control) hay còn gọi là kiểm soátgóc ngấm điện

Lượng nhiệt tỏa ra trên cuộn sơ cấp của bôbin W n được xác định bởi công thứcsau:

Công suất tỏa nhiệt P n trên cuộn dây sơ cấp của bôbin:

1

1

/ 1 1

2

2

)2/(2

i R dt

T P

t

0

2 1

(2)1

(

1 2

t R R

P nmax  30 , nhiệt lượng sinh trên cuộn sơ cấp lớn hơn nhiệt lượng tiêu tán

Trong thời gian tích lũy năng lượng, trên cuộn thứ cấp cũng suất hiện một sức điệnđộng tương đối nhỏ, chỉ xấp xỉ 1.000 V

- K bb: hệ số biến áp của bôbin

Sức điện động này bằng 0 khi dòng điện sơ cấp đạt giá trị U / R

2.9.2.Quá trình ngắt dòng sơ cấp

Khi transistor công suất ngắt, dòng sơ cấp và từ thông do nó sinh ra giảm độtngột Trên cuộn thứ cấp của bôbin sẽ sinh ra một hiệu điện thế vào khoảng từ

KV

15  Giá trị của hiệu điện thế thứ cấp phụ thuộc vào rất nhiều thông số củamạch sơ cấp và thứ cấp Để tính toán hiệu điện thế thứ cấp cực đại, ta sử dụng sơ đồtương đương được trình bày trên hình 2.17

Trong sơ đồ này:

- R m : điện trở mất mát

- R r : điện trở dò qua điện cực của bugi

Hình 2.17: Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa.

Bỏ qua hiệu điện thế ắc quy vì hiệu điện thế của ắc quy rất nhỏ so với sức điện động tựcảm trên cuộn sơ cấp lúc transistor công suất ngắt Ta xét trường hợp không tải, tức làdây cao áp được tách ra khỏi bugi Tại thời điểm transistor công suất ngắt, năng lượng

từ trường tích lũy trong cuộn sơ cấp của bôbin được chuyển thành năng lượng điệntrường chứa trên tụ điện C1 và C2 và một phần mất mát Để xác định hiệu điện thế thứcấp cực đại U2m ta lập phương trình năng lượng lúc transistor công suất ngắt:

2

2 2

2 1 1 1 2

(2.19) Trong đó:

- C1: điện dung của tụ điện mắc song song transistor công suất hoặc

IC đánh lửa

- C2: điện dung ký sinh trên mạch thứ cấp

- U1m,U2m: hiệu điện thế trên mạch sơ cấp và thứ cấp lúc transistor

công suất hoặc IC ngắt

- A: năng lượng mất mát do dòng rò, dòng fucô trong lõi thép của

bôbin

- U2m K bb.U1m

- K bb W2/ W1: hệ số biến áp của bôbin

W1,W2: số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp

2 2 2 2

2 2 1 1



2 2 2 1 2

C K C

L I

K U

bb ng

bb m

2 1 2

C K C

I L K

U

bb

ng bb

m





 : Hệ số tính đến sự mất mát trong mạch dao động,  0 , 7  0 , 8

Hình 2.18: Quy luật biến đổi của dòng điện sơ cấp i1và hiệu điện thế thứ cấp U2m

Quy luật biến đổi dòng điện sơ cấp i1và hiệu điện thế thứ cấp U2m, được biểudiễn trên hình 2.18

Khi transistor công suất ngắt, cuộn sơ cấp sẽ sinh ra một sức điện động tự cảm khoảng

100 300 (V)

2.9.3.Quá trình phóng điện ở điện cực bugi.

Khi điện áp thứ cấp U2m đạt đến giá trị Udl tia lửa điện cao thế sẽ xuất hiện giữahai điện cực của bugi Bằng thí nghiệm người ta chứng minh được rằng tia lửa xuấthiện ở bugi gồm hai thành phần là thành phần điện dung và thành phần điện cảm.Thành phần điện dung của tia lửa do năng lượng tích lũy trong mạch thứ cấpđược quy ước bởi điện dung ký sinh C2 Tia lửa được đặc trung bởi sự sụt áp và tăngdòng đột ngột Dòng có thể đạt vài chục Ampere hình(2.19)

Mặc dù năng lượng không lớn lắm ( 2 ) / 2

C nhưng công suất phát ra bởi thànhphần điện dung của tia lửa nhờ thời gian rất ngắn (1µs) nên có thể đạt hàng chục, cókhi tới hàng trăm KV Tia lửa điện dung có màu xanh sáng kèm theo tiếng nổ lách táchđặc trưng

Dao động với tần số cao (106÷ 107 Hz) và dòng lớn, tia lửa điện dung gây nhiễu

vô tuyến và làm mòn điện cực bugi Để giải quyết vấn đề vừa nêu, trên mạch thứ cấp( như nắp delco, mỏ quẹt, dây cao áp) thường được mắc thêm các điện trở Trong ô tôđời mới, người ta dùng dây cao áp có lõi bằng than để tăng điện trở

l 2 , A 300

t

Hình 2.19: Quy luật biến đổi hiệu điện thế U2m và cường độ dòng điện thứ cấp i2

khi transistor công suất ngắt.

Do tia lửa xuất hiện trước khi hiệu điện thế thứ cấp đạt giá trị U2m nên nănglượng tia lửa điện dung chỉ là một phần nhỏ của năng lượng phóng qua bugi Phầnnăng lượng còn lại sẽ hình thành tia lửa điện cảm Dòng qua bugi lúc này chỉ rơi vàokhoảng 20÷40mA Hiệu điện thế giữa hai điện cực bugi giảm nhanh đến giá trị400÷500 V Thời gian kéo dài của tia lửa điện cảm gấp 100 đến 1.000 lần thời gian tialửa điện dung và thời gian này phụ thuộc vào loại bugi, khe hở bugi và chế độ làm việccủa động cơ Thường thì thời gian tia lửa điện cảm vào khoảng 1 ÷ 1,5 ms Tia lửa

điện cảm có màu vàng tím, còn gọi là đuôi lửa Trong thời gian xuất hiện tia lửa, nănglượng tia lửa Wp được tính bởi công thức:

W U i t dt

tp l

I , và t Ptb: lần lượt là cường độ dòng điện trung bình, hiệu điệnthế trung bình và thời gian xuất hiện tia lửa trung bình giữa hai điện cựccủa bugi

Kết quả tính toán và thực nghiệm cho thấy rằng, ở tốc độ thấp của động cơ, W Pcó giátrị khoảng 20÷50 mJ

CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA LẬP TRÌNH 3.1 Những vấn đề chung

3.1.1 Nguyên lý chung của hệ thống đánh lửa lập trình

Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống.

4 Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga.

Khi ECU động cơ nhận được tín hiệu gửi về, trong đó quan trọng nhất là cácxung G, xung NE và tín hiệu của cảm biến đo gió, bộ xử lý của ECU sẽ tính toán vàchọn ngay ra một điểm trên bề mặt lập trình, tức là chọn ngay một góc đánh lửa sớmtối ưu ở tốc độ và mức tải đó (chương trình đánh lửa sớm ESA- Electronic SparkAdvance) Rồi thông qua một bóng điều khiển trong ECU xuất xung IGT (ignitiontiming) tới IC đánh lửa Khi IC đánh lửa nhận được xung IGT ở đầu vào mạchtransisitor, mạch này điều khiển bóng Transistor ON để nối mát cho cuộn sơ cấp W1của bôbin qua chân C của IC đánh lửa Khi đó xuất hiện dòng sơ cấp trong bôbin tạo

ra từ trường  , từ trường  tồn tại trong bôbin cho tới khi bóng Transistor OFF, khi

đó từ trường  biến thiên cực nhanh và cảm ứng ra xung cao áp ở cuộn dây thứ cấpW2 của bôbin Xung cao áp này được bộ chia điện đưa đến bugi theo thứ tự nổ củađộng cơ (hoặc tới thẳng bugi), tạo tia lửa điện đốt cháy hòa khí

1 Tín hiệu tốc độ động cơ.

2 Tín hiệu vị trí trí trục khuỷu.

3 Tín hiệu lưu lượng khí nạp.

5 Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát.

6 Tín hiệu điện áp ắc quy.

7 Tín hiệu kích nổ.

Hình 3.2: 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, trướcTDC của mỗi máy, ECU phải gửi ra một xung IGT và xung đó phải mất trước TDC đểtạo ra góc đánh lửa sớm

Khi chế độ làm việc của động cơ thay đổi, muốn tạo góc đánh sớm hơn nữa thìECU chỉ việc dịch xung IGT về trước TDC xa hơn

Xung phản hồi IGF (ignition feedback) sẽ được gửi trở lại bộ sử lý trung tâm trongECU để báo rằng hệ thống đánh lửa đang hoạt động nhằm phục vụ công tác chuẩnđoán và điều khiển phun xăng Trong trường hợp không có xung IGF, các kim phunxăng sẽ ngừng phun sau thời gian vài giây

Trong trường hợp hệ thống đánh lửa không có IC đánh lửa mà chỉ có bóng Trđiều khiển, thì ECU phải xuất xung IGT điều khiển bóng Tr để thông mạch và ngắtmạch sơ cấp của bôbin ( Mitsubishi Lanser CC4G92, 4G93)

Trong trường hợp hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện (loại haibugi chung 1 bôbin hoặc mỗi bôbin ngồi trên đầu 1 bugi) thì ECU còn phải xuất xungIGT đến từng IC đánh lửa theo thứ tự nổ của động cơ

Hình 3.3: 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.

Đồ thị hình 2.3 mô tả sự sai lệch giữa hai kiểu điều khiển góc đánh lửa sớm bằngđiện tử và cơ khí Đối với hệ thống đánh lửa thường, việc điều chỉnh góc đánh lửa sớmđược thực hiện bằng cơ khí với cơ cấu đánh lửa sớm chân không và đánh lửa sớm lytâm Đường đặc tính đánh lửa rất đơn giản và khác rất nhiều so với đường đặc tínhđánh lửa lý tưởng được tính toán bằng thực nghiệm Còn đối với hệ thống đánh lửa với

cơ cấu điều

khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử, góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh gần sát vớiđặc tính lý tưởng

3.1.2 Chức năng cửa ESA

a Điều khiển thời điểm đánh lửa

Hình 3.4: Điều khiển thời điểm đánh lửa.

- Trong hệ thống đánh lửa sớm ESA góc đánh lửa sớm thực tế khi động cơ đang hoạtđộng được xác định = góc đánh lửa sớm ban đầu + góc đánh lửa sớm cơ bản + gócđánh lửa sớm hiệu chỉnh

- Góc đánh lửa sớm ban đầu phụ thuộc và vị trí của bộ chia điện hoặc cảm biến vị trí

G, thông thường góc đánh lửa sớm ban đầu được điều chỉnh trong khoảng 50÷150

trước điểm chết trên ở tốc độ cầm chừng Đối với hệ thống ESA khi điều chỉnh gócđánh lửa sớm ta chỉ điều chỉnh được góc đánh lửa sớm ban đầu

- Góc đánh lửa sớm cơ bản là góc đánh lửa đã được lập trình sẵn trong ECU bởi nhàsản xuất Khi ECU nhận được tín hiệu tốc độ động cơ NE và tín hiệu lưu lượng khínạp PIM (VS, VG hoặc KS) nó sẽ tính toán và chọn ngay ra 1 góc đánh lửa sớm cơbản trên bề mặt lập trình phù hợp với chế độ hoạt động của động cơ

- Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh là góc đánh lửa sớm được cộng thêm hoặc giảm đi khiECU nhận được các tín hiệu khác như nhiệt độ động cơ (THW), nhiệt độ khí nạp, tínhiệu kích nổ (KNK)

 Điều khiển đánh lửa khi khởi

động

Khi khởi động, tốc độ của động cơ

thấp và khối lượng không khí nạp chưa ổn

40

Hình 3.5: Điều khiển đánh lửa khi