Đồ án điện hệ thống đánh lửa

Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ 1.1 CÔNG DỤNG VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 1.1.1 Công dụng hệ thống đánh lửa 1.1.2 Yêu cầu hệ thống đánh lửa 1.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 1.2.1 Hệ thống đánh lửa dùng má vít 1.2.2 Hệ thống đánh lửa Manhêtô 1.2.3 Hệ thống đánh lửa bán dẫn 1.2.4 Hệ thống đánh lửa điện dung 1.2.5 Hệ thống đánh lửa điện tử 1.3 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 11 1.3.1 Hiệu điện thứ cấp cực đại U2m 11 1.3.2 Hiệu điện đánh lửa Udl 11 1.3.3 Hệ số dự trữ Kdt 11 1.3.4 Năng lượng dự trữ Wdt 12 1.3.5 Tốc độ biến thiên hiệu điện thứ cấp S 12 1.3.6 Tần số chu kỳ đánh lửa 12 1.3.7 Năng lượng tia lửa thời gian phóng điện 13 CHƯƠNG 14 TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ 14 2.1 CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 14 2.2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GĨC ĐÁNH LỬA SỚM 14 2.2.1 Thời kì cháy trễ 14 2.2.2 Chọn góc đánh lửa sớm 16 2.3 TÍNH TỐN VÀ VẼ ĐẶC TÍNH DỊNG ĐIỆN QUA CUỘN SƠ CẤP 17 2.3.1 Tính dòng điện qua cuộn sơ cấp 17 2.3.2 Vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp biến áp đánh lửa 18 2.4 TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA DỊNG THỨ CẤP 20 2.4.1 Tín hiệu điện cuộn thứ cấp 20 2.4.2 Tính hiệu đánh lửa Udl 21 2.4.3 Tính lượng tia lửa 21 2.5 TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA BOBBIN ĐÁNH LỬA 23 2.5.1 Tính tốn phần dây thứ cấp 23 2.5.2 Tính tốn phần dây quấn sơ cấp 26 2.6 CHỌN BUGI ĐÁNH LỬA 28 Trang Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô CHƯƠNG 31 PHÂN TÍCH ĐĂC ĐIỂM KẾT CẤU CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 31 3.1 BIẾN ÁP ĐÁNH LỬA 32 3.2 IC ĐÁNH LỬA 34 3.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM ECU 34 3.4 BUGI ĐÁNH LỬA 37 3.5 CÁC CẢM BIẾN 39 3.5.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu CPS (Crankshaft Position sensor) 40 3.5.2 Cảm biến vị trí trục cam CPS (Camshaft Position sensor) 41 3.5.3 Cảm biến kích nổ KNK (Knock sensor) 41 3.5.4 Cảm biến vị trí bướm ga TPS (Throttle Position Sensor) 42 3.5.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát CTS (Coolant temperature sensor) 43 3.5.6 Cảm biến lưu lượng khơng khí MAF (Mass Air Flow sensor) 44 KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 Trang Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô LỜI NÓI ĐẦU Trong động xăng nhiên liệu đốt cháy cưỡng nên hệ thống đánh lửa phận khơng thể thiếu để trì hoạt động tính ổn định q trình làm việc Sau học xong môn “Trang bị điện điện tử động đốt trong” Chúng em giao đồ án môn học “Trang bị điện điện tử động lực” nhằm củng cố kiến thức học hiểu hệ thống đánh lửa thường sử dụng động Trong trình làm đồ án, em phải tìm tòi, học hỏi, đọc kĩ tài liệu liên quan để hiểu rõ hệ thống đánh lửa, biết cách tính tốn, thiết kế hệ thống đánh lửa, tích lũy kiến thức cần thiết để hồn thành đồ án cách nhanh chóng xác Bên cạnh tìm tòi, học hỏi thân, em hướng dẫn tận tình thầy TS Nguyễn Việt Hải để em hoàn thành đồ án “Trang bị điện điện tử động lực” Trong trình làm đồ án, thời gian hạn hẹp kiến thức nhiều hạn chế nên em khơng thể tránh khỏi sai sót Vậy em mong nhận thêm góp ý thầy để em rút kinh nghiệm cho đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày tháng 11 năm 2017 Sinh viên thực Vương Ngọc Sang Trang Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ơ TƠ 1.1 Cơng dụng u cầu hệ thống đánh lửa 1.1.1 Công dụng hệ thống đánh lửa Hệ thống đánh lửa động đốt hệ thống đóng vai trò quan trọng, định tình trạng làm việc động cơ, đến tính kinh tế hiệu suất làm việc đông Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ là: Biến dòng điện chiều hiệu thấp (từ 6, 12 hay 24V) xung điện xoay chiều hiệu thấp (trong hệ thống đánh lửa Manhêtô vô lăng Manhêtic) thành xung điện cao (12000 ÷ 24000V) đủ để tạo nên tia lửa phóng qua khe hở bugi đốt cháy hỗn hợp làm việc xi lanh động vào thời điểm thích hợp tương ứng với trình tự xi lanh chế độ làm việc động Trong số trường hợp, hệ thống đánh lửa loại tạo nhiều tia lửa điện liên tục có chức để hỗ trợ khởi động, tạo điều kiện khởi động đông dễ dàng nhiệt độ thấp (hay gọi khởi động lạnh) 1.1.2 Yêu cầu hệ thống đánh lửa Hệ thống đánh lửa phải đáp ứng yêu cầu sau: - Phải đảm bảo tạo điện áp đủ lớn để tạo tia lửa điện phóng qua khe hở điện cực bugi Điện áp đánh lửa phải đạt khoảng (12000 ÷ 24000 [V])[1] - Tia lửa điện phải có lượng đủ lớn để đốt cháy hỗn hợp làm việc điều kiện làm việc động Khi động làm việc bình thường, để châm lửa hỗn hợp cháy tia lửa điện cần có lượng khoảng 0,003[J] đủ [1] - Thời điểm đánh lửa phải tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lý chế độ làm việc động Giá trị góc đánh lửa sớm tối ưu dao động khoảng 20° ÷ 50° (theo góc quay trục khuỷu) số vòng quay tải trọng định mức [1] Với động đại, hệ thống đánh lửa phải có khả tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm để đạt góc đánh lửa sớm hợp lý nhất, theo chương trình nạp sẵn nhớ ECU (Electronic Control Unit) theo chế độ làm việc động Trang Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô - Độ tin cậy hệ thống đánh lửa phải tương ứng với độ tin cậy làm việc động - Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ 1.2 Phân loại hệ thống đánh lửa - Theo đặc điểm cấu tạo nguyên lý làm việc, hệ thống đánh lửa chia thành loại sau: + Hệ thống đánh lửa thường hay hệ thống đánh lửa kiểu khí: loại hệ thống đánh lửa thông dụng, dùng hầu hết ô tô thời gian trước đây, gọi hệ thống đánh lửa cổ điển + Hệ thống đánh lửa Manhêtô Vơlăng manhêtíc: loại hệ thống đánh lửa cao áp độc lập, không cần đến ắc quy máy phát Do đó, hệ thống đánh lửa có độ tin cậy cao dùng xe cao tốc số máy cơng trình vùng núi + Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm: hệ thống đánh lửa bán dẫn kết hợp khí, hệ thống đánh lửa loại dùng số xe + Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm: hệ thống đánh lửa bán dẫn với thời điểm đánh lửa điều khiển tín hiệu nhận từ cảm biến có liên hệ khí với trục khuỷu - Theo loại cảm biến đánh lửa, hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm chia thành loại sau: + Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ Theo loại cảm biến điện từ sử dụng hệ thống đánh lửa chia thành hai loại là: loại nam châm đứng yên loại nam châm quay + Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang + Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall - Theo dạng lượng tích lũy trước đánh lửa, hệ thống đánh lửa chia hai loại sau: + Hệ thống đánh lửa điện cảm: bao gồm hệ thống đánh lửa thường, đánh lửa bán dẫn dùng transistor hệ thống đánh lửa Manhêtô Ở loại này, lượng đánh lửa tích lũy từ trường biến áp đặc biệt gọi biến áp đánh lửa + Hệ thống đánh lửa điện dung: loại loại hệ thống đánh lửa nguyên lý có nhiều ưu điểm, nên sử dụng nhiều ôtô 1.2.1 Hệ thống đánh lửa dùng má vít Do tồn nhiều nhược điểm trình làm việc nên hệ thống đánh lửa dùng má vít khơng sử dụng loại xe tơ Trang Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô 1.2.2 Hệ thống đánh lửa Manhêtô Thường sử dụng máy kéo phương tiện giao thông khơng trang bị ắc quy, ngồi sử dụng ô tô công dụng đặc biệt yêu cầu hệ thống đánh lửa phải có độ tin cậy cao làm việc độc lập không phụ thuộc vào ắc quy, sử dụng phổ biến ngành hàng khơng, máy bay động pít tơng mô tô xe máy 1.2.3 Hệ thống đánh lửa bán dẫn Hệ thống đánh lửa bán dẫn lại phân thành hai loại là: - Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm; - Hệ thống đánh lửa bán dẫn khơng có tiếp điểm 1.2.3.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm Có thể sử dụng thay cho xe đời trước sử dụng hệ thống đánh lửa má vít Sử dụng cho động thấp tốc tốc độ cao làm cho transistor đóng cắt khơng tích cực làm giảm U2 chóng mòn tiếp điểm Hiện dung dòng xe đại 1.2.3.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm a Sơ đồ nguyên lý Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm Trang Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô Ắc quy; Bộ phát lệnh; Biến áp đánh lửa; Công tắc khởi động; Biến áp xung b Đặc điểm sơ đồ + Khơng cần tiếp điểm nên khơng tượng cháy rỗ tiếp điểm, tuổi thọ hệ thống đánh lửa theo tăng lên + Loại bỏ má vít khí nên việc điều chỉnh góc đánh lửa thực cách dễ dàng + Dễ lắp đặt, làm việc ổn định không ồn loại tiếp điểm má vít + Ứng dụng xe đời xe du lịch, có yêu cẩu việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm phù hợp dễ dàng 1.2.4 Hệ thống đánh lửa điện dung a Sơ đồ nguyên lý Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống đánh lửa điện dung điều khiển vít có mạch chống rung Ắc quy; Khóa điện; 3.Tụ tích; Bơbin; Dây cao áp tới chia điện b Đặc điểm sơ đồ + Năng lượng điện trường tích lũy tụ điện nên có lượng lớn + Thường sử dụng xe thể thao, xe đua, động có piston tam giác xe gắn máy Trang Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô 1.2.5 Hệ thống đánh lửa điện tử Hệ thống đánh lửa điện tử lại chia làm hai loại là: - Hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp - Hệ thống đánh lửa điện tử gián tiếp 1.2.5.1 Hệ thống đánh lửa điện tử gián tiếp a Sơ đồ nguyên lý 10 W1 NE G VTA IGT IGF W2 11 T Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống đánh lửa gián tiếp Cảm biến vị trí trục khuỷu; Cảm biến vị trí trục cam; Cảm biến vị trí bướm ga; 4.Các cảm biến khác; ECU; Ắc quy; Công tắc máy; Bôbin; IC đánh lửa; 10 Bộ chia điện; 11 Bugi đánh lửa b Đặc điểm sơ đồ + Thời điểm đánh lửa xác, loại bỏ chi tiết dễ hư hỏng ly tâm + Dễ dàng điều chỉnh tự động thời điểm đánh lửa nhờ chương trình ECU + Kiểm sốt tốt q trình hoạt động nhờ có tín hiệu phản hồi IGF + Sử dụng xe du lịch, xe khách nhỏ đời có cơng suất vừa (số xi lanh ít) tốc độ trung bình Trang Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô 1.2.5.2 Hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp 1.2.5.2.1 Hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp sử dụng bôbin đôi a Sơ đồ nguyên lý B+ W2 W1 NE G VTA C2-1 C2-4 IGT1 T1 IGF B+ C2-2 W2 W1 C2-3 IGT2 T2 Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bơbin đơi Cảm biến vị trí trục khuỷu; Cảm biến vị trí trục cam; Cảm biến vị trí bướm ga; Các cảm biến khác; ECU; Bôbin; IC đánh lửa; Bugi đánh lửa b Đặc điểm sơ đồ + Dây cao áp ngắn nên giảm mát lượng, giảm điện dung ký sinh, giảm nhiễu vơ tuyến + Khơng phân phối điện cao áp nên khơng khe hở đường dẫn cao áp + Bỏ chi tiết dễ hư hỏng phải chế tạo vật liệu cách điện tốt phân phối, chổi than, nắp chia điện + Sử dụng bobin đôi cho xilanh nên giảm số lượng bobin, giảm chân điều khiển cho ECU, giảm số lượng transistor nên giảm giá thành + Được sử dụng rộng rãi tơ đại có nhiều ưu điểm, sử dụng cho động lắp xe du lịch đời giúp tăng hiệu làm việc động dễ dàng tạo thời điểm đánh lửa hợp lý theo chế độ làm việc động Trang Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô 1.2.5.2.2 Hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp sử dụng bobin đơn a Sơ đồ nguyên lý B+ W2 W1 C2-1 IGT1 T1 IGF NE G B+ C2-2 W2 W1 IGT2 T2 VTA B+ C2-n W2 W1 IGTn Ti Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bơbin đơn Cảm biến vị trí trục khuỷu; Cảm biến vị trí trục cam; Cảm biến vị trí bướm ga; Các cảm biến khác; ECU; Bôbin; IC đánh lửa; Bugi đánh lửa b Đặc điểm sơ đồ + Không có dây cao áp nên tổn thất lượng đánh lửa + Khơng chia điện nên bị hư hỏng + Mỗi bobin điều khiển riêng biệt chân ECU nên có khả hoạt động độc lập + Thời điểm đánh lửa xác tối ưu theo chế độ làm việc nên tăng hiệu suất động Trang 10 Thiết kế hệ thống đánh lửa tơ Hình 3.3: Sơ đồ mạch điện biến áp đánh lửa Lõi thép ghép từ thép kỹ thuật dày 0,35 mm, có sơn cách điện để tránh dòng phu Lõi thép chèn chặc ống tông cách điện Cuộn dây thứ cấp có nhiều vòng (W2=19000…26000vòng) đường khính dây khoảng 0,07…0,1mm, quấn phía ngồi ống tông Chiều rộng lớp giấy cách điện lớp khoảng dây quấn nhiều để tránh chạm lớp dây tránh bị phóng điện qua phần mặt bên cuộn dây, hai đầu dây cuộn thứ cấp dẫn hai đầu cao áp hai xilanh đôi phụ trách đánh lửa Cuộn dây sơ cấp quấn ống tông cách điện bao ngồi cuộn thứ cấp Số vòng cuộn sơ cấp khơng nhiều (khoảng 250…400 vòng) đường kính dây lớn khoảng 0,72…0,86mm Tất cuộn dây lõi thép bao ngồi hợp chất khn, ống xilanh làm từ nhựa exopy bên đổ đầy dầu biến thế, dầu có khả nóng chảy nhiệt độ cao tạo bọt khí, điều giúp cho cuộn dây thoát nhiệt tốt Bugi phận tạo tia lửa diện cao the đổ đốt cháy hỗn hợp làm việc xi lanh, nhận xung điện cao từ chia điện truyền đến Bugi chi tiết đao giản song điều kiện làm việc lại đặc biệt khắc nghiệt Khi làm việc chịu tác dụng ba loại tải trọng là: Trang 33 Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô - Tải trọng ca khí: xung áp suất khí cháy sinh xi lanh (với giá trị tới MPa), rung xóc thân động gây - Tải trọng nhiệt: sinh thay đổi đột ngột nhiệt độ xi lanh: từ 40° 60° kỳ hút tới 500°c 700°c kỳ xả 1800°c 2500°c kỳ nổ; - Tải trọng điện: xung điện cao truyền đến thời điểm đánh lửa Vì vậy, mặt kết cấu vật liệu bujỉ có yêu câu đặc biệt 3.2 IC đánh lửa IC đánh lửa mạch điện tử tích hợp từ linh kiện điện tử transistor, diot, tụ điện, điện trở… để điều khiển đóng ngắt dòng sơ cấp tạo tín hiệu phản hồi IGF cho ECU động Hình 3.3 mô tả sơ đồ hoạt động IC đánh lửa Hình 3.4: Sơ đồ hoạt động IC đánh lửa Ngoài ra, số loại động cơ, IC đánh lửa có chức hạn chế dòng điện Khi dòng sơ cấp vượt giá trị cho phép, IC đánh lửa hạn chế dòng điện, tránh trường hợp làm cho biến áp đánh lửa nóng 3.3 Bộ điều khiển trung tâm ECU Vai trò ECU điều khiển: Thật sự, nói ECU (hay gọi hộp đen) “bộ não” điều khiển chi phối tất hoạt động động thông qua việc tiếp nhận liệu cảm biến động tơ, sau truyền ECU xử lý tín hiệu đưa “mệnh lệnh” Trang 34 Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô buộc cấu chấp hành phải thực việc điều khiển nhiên liệu, góc đánh lửa, góc phối cam, ga tự động, lực phanh bánh… Mặc khác, cấu chấp hành phải bảo đảm thừa lệnh ECU đáp ứng tín hiệu phản hồi từ cảm biến nhằm đem lại xác thích ứng cần thiết Bên cạnh đó, nhằm giảm tối đa chất độc hại khí thải cải thiện lượng tiêu hao nhiên liệu, đảm bảo công suất tối ưu chế độ hoạt động động Hơn hết, ECU can thiệp xử lý nhanh tính kiểm sốt người gặp tình nguy hiểm điều đặc biệt giúp việc chuẩn đoán “bệnh” động cách nhanh chóng Tóm lại, ECU ngày mẫu tơ đại hiểu tổ hợp vi mạch phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, trữ thơng tin, tính tốn, gửi tín hiệu thích hợp định chức làm việc xe cho hiệu tình khác Vai trò ECU hệ thống đánh lửa nhờ vào cảm biến tốc độ động vị trí piston – công dụng cảm biến giúp ECU xác định thời điểm đánh lửa thời điểm phun xăng tối ưu nhằm cải thiện hiệu suất khả tiêu thụ nhiên liệu Ngoài với cảm biến khác vị trí bướm ga xác định lưu lượng khơng khí nạp, gửi đến ECU tính tốn lượng nhiên liệu phun thích hợp với chế độ tải, song song với liệu tốc độ động cơ, tải, nhiệt độ… nhờ cảm biến mã hố tín hiệu đưa vào ECU xử lý tính tốn để đưa góc đánh lửa sớm tối ưu theo chế độ hoạt động động Với ưu điểm bật, ngày hệ thống đánh lửa với cấu điều khiển góc đánh lửa sớm điện tử kết hợp với phun xăng thay hoàn toàn hệ thống đánh lửa bán dẫn thơng thường Cấu tạo ECU: Hình 3.5: Hệ thống điều khiển ECU Trang 35 Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô ECU cấu thành từ phận chính: nhớ ECU, vi xử lý (bộ não ECU) đường truyền – BUS a Bộ nhớ ECU bao gồm thành viên đãm nhiệm chức riêng biệt: RAM, ROM, PROM, KAM – ROM (Read Only Memory): Dùng trữ thông tin thường trực Bộ nhớ đọc thơng tin lập trình sẵn, khơng thể ghi vào Do đó, ROM nơi cung cấp thơng tin cho vi xử lý – RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, dùng để lưu trữ thông tin ghi nhớ xác định vi xử lý RAM đọc ghi số liệu theo địa – PROM (Programmable Read Only Memory): Cấu trúc giống ROM cho phép lập trình (nạp liệu) nơi sử dụng nơi sản xuất ROM PROM cho phép sữa đổi chương trình điều khiển theo đòi hỏi khác – KAM (Keep Alive Memory): KAM dùng để lưu trữ thông tin (những thông tin tạm thời) cung cấp đến vi xử lý KAM trì nhớ cho dù động ngưng hoạt động tắt công tắc máy Tuy nhiên, tháo nguồn cung cấp từ acquy đến máy tính nhớ KAM bị b Bộ vi xử lý (Microprocessor) Từ việc tiếp nhận thơng tin tín hiệu cảm biến động thông qua nhớ ECU, tín hiệu gửi đến Bộ vi xử lý, lúc có chức tính tốn đưa mệnh lệnh cho phận chấp hành thích hợp Có thể nói, phận quan trọng ECU c Đường truyền – BUS: Dùng để chuyển lệnh số liệu ECU Có thể hiểu nơm na để thơng tin truyền từ vi xử lý gửi đến cấu chấp hành nhanh có thể, đường truyền đóng vai trò khơng nhỏ Trước đây, máy tính điều khiển động dùng loại 4, 8, 16 bit phổ biến loại bit Máy tính bit chứa nhiều lệnh thực lệnh logic tốt Tuy nhiên, máy tính bit làm việc tốt với phép đại số, xác 16 lần so với loại bit Vì Trang 36 Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô vậy, để điều khiển hệ thống khác ôtô với tốc độ thực nhanh xác cao, người ta sử dụng máy tính bit, 16 bit 32 bit 3.4 Bugi đánh lửa Cấu tạo bugi: Hình 3.6: Cấu tạo bugi Khe hở điện cực bugi thường nằm giới hạn 0,6 0,7 HTĐL thường 1,0 1,2 mm HTĐL điện tử Khe hở điện cực lởn đánh lửa hỗn hợp nghòo tốt hon Uđi lại tang Khe hở nhỏ bị muội lấp kín nơn khơng tạo tia lửa dược, chiều dài tia lửa giảm nên dánh lửa hỗn hựp nghèo Điều kiện làm việc bugi: Bugi phận tạo tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp làm việc xy lanh, nhận xung điện cao từ chia điện truyền đến Trang 37 Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô Bugi chi tiết đơn giản song điều kiện làm việc lại đặc biệt khắc nghiệt Khi làm việc chịu tác dụng ba loại tải trọng là: - Tải trọng khí: xung áp suất khí cháy sinh xy lanh (với giá trị tới (5 ÷ [MPa]), rung xóc thân động gây - Tải trọng nhiệt: sinh thay đổi đột ngột nhiệt độ xy lanh: từ (40OC ÷ 60OC) kỳ hút, tới (500OC ÷ 700OC) kỳ xả (1800OC ÷ 2500OC) kỳ nổ - Tải trọng điện: xung điện cao truyền đến thời điểm đánh lửa Vật liệu bugi: Vật liệu điện cực phải đảm bảo chịu tác động hoá học khí cháy khơng han rỉ điều kiện nhiệt độ cao, nên: - Các điện cực giữa: thường làm crôm, hợp kim crôm - titan 13X25T hay đồng mạ crôm; - Các điện cực bên: làm hợp kim niken - mangan (95 ÷ 97% Ni ÷ 5% Mn); - Sứ cách điện: chế tạo từ vật liệu gốm có thành phần ôxýt nhôm cao để đảm bảo độ bền điện nhiệt độ cao, như: Uralít (95% Al2O3), tinh thể Korunt (98% Al2O3) Bo-Korunt (95% Al2O3+0,16%B2O3) Hiện nay, để tăng độ bền bugi, người ta sử dụng hợp kim chống mòn tốt gắn lên đầu điện cực trung tâm như: iridium, platin Khi sử dụng kim loại này, ta giảm đường kính điện cực trung tâm xuống 0,4 [mm] Điều giúp cho đánh lửa diễn dễ dàng tia lửa điện tạo mạnh tăng khe hở điện cực Đặc tính nhiệt bugi: Để bugi làm việc bình thường nhiệt độ phàn sứ bugi cần phải nằm khoảng 500 600°C - nhiệt độ tự tẩy muội Nếu nhiệt độ phần sứ bugi < 450°C nhiên liệu dầu mơ bơi trơn lẫn khơng cháy hết hồn tồn mà đọng lại điện cực dạng muội than dẫn điện, làm giảm chất lượng cách điện bugi, tức xuất điện trở rò làm giảm U2 chất lượng đánh lửa Nếu muội nhiều —> dòng diện rò lớn sổ làm tia lửa tia lửa không liên tục, làm giảm công suất động tăng suất tiêu hao nhiên liệu Trang 38 Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô Ngược lại, nhiệt độ phần sứ bugi > 700 800°C nhiên liệu cố thể tự bốc cháy tiếp xúc với bugi trước có tia lửa điện Nhiệt độ bugi phụ thuộc nhiệt lượng sinh buồng cháy, vảo hình dạng kích thước Cùng làm việc động cơ, nhừng bu ị ĩ có kốt cáu kích thước khác có nhiệt độ khác Như nối: bugi có kết cấu kích thước khác có đặc tính nhiệt khác Đối với động có tỷ sổ nén, cơng suất số vòng quay khác nhau, nhiẹt lượng sinh buòng cháy chúng khác nhau, nên để đảm bảo cho nhiệt độ phân sứ bugi năm giới hạn cần thiết, cần phải sử dụng bugj cỏ đặc tính nhiệt thích hợp Đặc tính nhiệt bugi phụ thuộc chủ yếu vào chiều dài phần sứ dưới, điều kiện làm mát đánh giá thông qua đại lượng gọi trị số bén lửa Đây trị số quy ước khoảng thời gian (tính theo giây) làm việc bugi động thử nghiệm đặc biệt chế độ xác định, xảy tượng tự bén lửa Trị số bén lửa cao khả nhiệt bugi lớn Các bugi có phần sứ dài, nhận nhiêu nhiẹt, đường truyền nhiọt dai nên nhiệt chậm, có trị sổ bén lửa từ 100 260 đơn vị gọi bụji nóng, dùng thích hợp cho động có tỷ số nén thấp, cơng st sơ vòng quay nhỏ Các bugi có phần sứ ngắn, nhận nhiệt, đường truyền nhiệt ngắn nên nhiệt nhanh, có trị số bén lửa từ 280 500 đơn vị gọi lằ bugi nguội, dùng thích hợp cho động có tỳ số nén cao, cơng suất số vòng quay lớn 3.5 Các cảm biến Hình 3.7 cho ta biết vị trí lắp đặt loại cảm biến Trang 39 Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tơ Hình 3.7: Vị trí lắp đặt cảm biến hệ thống đánh lửa 3.5.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu CPS (Crankshaft Position sensor) Vị trí: CKP thường bố trí gần bánh đầu cốt máy Hình 3.8: Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu Cuộn dây phát xung; Rotor phát xung Công dụng hệ thống đánh lửa: Thông báo cho computer xe biết xác vị trí cốt máy hay piston vị trí tương ứng với cuối kỳ nổ để ECU điều chỉnh thời điểm đánh lửa thích hợp cho xy lanh động Trang 40 Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô Tầm quan trọng: Khi cảm biến bị hỏng, động khơng khởi động được, khó khởi động máy nguội, tốc độ cầm chừng không đều, máy rung đánh lửa sai, hao xăng khơng tăng tốc ổn định 3.5.2 Cảm biến vị trí trục cam CPS (Camshaft Position sensor) Vị trí: Cảm biến loại sử dụng cho động không dùng chia điện (distributor) cho bugi thường bố trí vị trí gần đầu cốt cam hay phía nắp che sên cam phía trước động Hình 3.9: Cấu tạo cảm biến vị trí trục cam Rotor phát xung; Cuộn dây phát xung Cơng dụng hệ thống đánh lửa: CAM có cơng dụng báo cho computer xe biết xác vị trí cốt cam hay xú páp vị trí tương ứng với cuối nổ để ECU điều chỉnh thời điểm đánh lửa thích hợp cho xy lanh động Tầm quan trọng: Tương tự cảm biến vị trí trục khuỷu 3.5.3 Cảm biến kích nổ KNK (Knock sensor) Vị trí: Cảm biến thường bố trí bên ngồi thân máy, nắp xy lanh hay phía ống góp hút Trang 41 Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô Hình 3.10: Cấu tạo cảm biến kích nổ Đáy cảm biến; Tinh thể thạch anh; Khối lượng quán tính; Đường nối dây cảm biến; Nắp; Dây đan; Đầu cảm biến Công dụng hệ thống đánh lửa: Cảm biến loại có nhiệm vụ thu nhận truyền tải rung động mạnh xuất động bị nổ dộng đánh lửa sớm hay buồng đốt đóng nhiều muội than Từ ECU điều chỉnh thời điểm đánh lửa chậm theo góc độ thích hợp để giảm thiểu tượng Tầm quan trọng: Khi cảm biến bị hỏng động thường phát tiếng khua kim loại lớn tăng tốc tượng đánh lửa sớm 3.5.4 Cảm biến vị trí bướm ga TPS (Throttle Position Sensor) Vị trí: TPS thường bố trí đầu trục bướm ga Hình 3.11: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga Vành trượt tiếp điểm cho tín hiệu IDL; Điểm nối với cực mass E2 ECU; Đầu tín hiệu cầm chừng; 4.Tín hiệu cảm biến góc mở bướm ga; Điểm nối với Trang 42 Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô nguồn điện Vcc; Vành trượt tiếp điểm cho tín hiệu góc mở; Điện trở; (+),(-) Lần lượt chiều mở đóng cảm biến Cơng dụng hệ thống đánh lửa: Cảm biến loại có nhiệm vụ thâu nhận truyền tải tất thơng tin có liên quan đến lượng khí nạp vào động lưu lượng, nhiệt độ độ ẩm cho computer động Từ ECU điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cách thích hợp tiết kiệm Tầm quan trọng: Khi TPS bị hỏng, động có tượng lên ga không đều, máy chạy ngập ngừng, tốc độ cầm chừng không ổn định, tăng tốc đột ngột hay tắt máy bất ngờ 3.5.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát CTS (Coolant temperature sensor) Vị trí: CTS thường bố trí hệ thống làm mát gần điều nhiệt Hình 3.12: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát Đường tín hiệu cảm biến; Đầu ghim; Đường nguồn cấp cho cảm biến; Điện trở nhiệt Công dụng hệ thống đánh lửa: Cảm biến loại cung cấp cho computer xe thông tin liên quan đến nhiệt độ nước làm mát động ECU dựa vào để điều chỉnh lưu lương nhiên liệu cung cấp thời điểm đánh lửa cho thích hợp Trên số loại xe khác, cảm biến nhiệt độ dùng để khởi đơng quạt gió làm mát động vào thời điểm thích hợp Tầm quan trọng: Khi CTS bị hỏng, động có dấu hiệu tiêu thụ nhiên liệu nhiều bình thường thải khói đen Trang 43 Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô 3.5.6 Cảm biến lưu lượng khơng khí MAF (Mass Air Flow sensor) Vị trí: MAF thường bố trí đường ống dẫn khơng khí từ lọc gió đến phận điều khiển bướm ga Hình 3.13: Cấu tạo cảm biến lưu lượng khơng khí Vít chỉnh CO; Mạch rẽ; Cánh đo; Cảm biến nhiệt độ khí nạp; Điện áp kế kiểu trượt; Buồng giảm chấn; 7- Cánh giảm chấn Công dụng hệ thống đánh lửa: Do mật độ khơng khí thay đổi theo áp suất (độ cao so với mực nước biển) nhiệt độ mơi trường, cảm biến loại có cơng dụng thâu nhận truyền tải kiện liên quan đến lương khơng khí nạp để ECU điều chỉnh khoảng thời gian cung cấp nhiên liệu cho động Tầm quan trọng: Khi cám biến lưu lượng khí nạp bị hỏng, động không tăng tốc ổn định, công suất động giảm mức tiêu hao nhiên liệu có khuyng hướng gia tăng Trên số loại cảm biến cần thiết cho động cơ, ngồi loại cảm biến khác có mục đích riêng biệt Trang 44 Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô Kết luận Sau tính tốn thiết kế hệ thống đánh lửa theo đề cho ta rút vấn đề sau: - Sơ đồ hệ thống đánh lửa thiết kế hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bobin đơn sử dụng nhiên liệu LPG - Bugi chọn mang số hiệu IK22 hãng DENZO làm loại hợp kim quý Uridium, Crom-Titan, Niken-Mangan… loại bugi nguội để tản nhiệt cho buồng đốt động với thông số bản: + Đường kính ren 14 [mm]; + Chiều dài thân ren: 19 [mm]; + Khe hở bugi: δ = 0,8 [mm] - Các thông số hệ thống đánh lửa tính tốn có giá trị sau: Các thông số chọn gồm: + Điện cảm cuộn dây sơ cấp L1= 1,5 [mH]; + Thời gian tích lũy lượng tương đối γđ= 0,63; + Điện trở R∑= [Ω]; + Hệ số biến áp Kba= 55; + Điện dung C1= 0,3 [μF]; + Hệ số tính đến mát lượng η= 0,75; + Hệ số dự trữ Kdt= 2; + Số vòng dây cuộn sơ cấp W1= 350 [vòng]; + Chiều dài lõi thép bobbin Lbb= 65 [mm]; + Bán kính lõi thép bobbin R= [mm]; Các thơng số tính tốn gồm: + Thời gian transistor cơng suất dẫn tđ= 0,0022 [s]; + Dòng điện qua cuộn sơ cấp I1ng= 9,231 [A]; + Điện cuộn thứ cấp U2= 21938,61 [V]; + Thế hiệu đánh lửa Udl= 10969,3 [V]; + Năng lượng tia lửa điện dung Wc= 0,012 [J]; Trang 45 Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô + Năng lượng tia lửa điện cảm WL=0,064 [J]; + Số vòng dây cuộn thứ cấp W2=19250 [vòng]; + Cường độ dòng điện qua cuộn thứ cấp I2= 0,167 [A]; + Đường kính cuộn sơ cấp d2= 0,12 [mm]; + Số lớp quấn dây cuộn thứ cấp n2= 36 [lớp]; + Chiều dài dây quấn cuộn thứ cấp l2= 869907 [mm]; + Số dây quần cuộn sơ cấp n1= [lớp]; + Chiều dài dây quấn cuộn sơ cấp l1= 28484 [mm] Các số liệu tính tốn nêu điều chỉnh tính lại cho hệ thống đánh lửa tương tự Trong trình làm đồ án này, em học nhiều điều nhờ hướng dẫn tận tình thầy mơn góp ý bạn làm đồ án, để em hồn thành đồ án Nhưng bên cạnh kiến thức hạn chế nhận thức thiếu xác vấn đề kết cấu nên khơng tránh khỏi sai sót kết cấu số chi tiết Rất mong nhận gỏp ý thầy cô Em xin chân thành cảm ơn Trang 46 Thiết kế hệ thống đánh lửa ô tô TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PHẠM QUỐC THÁI (2009), Bài giảng môn học trang bị điện điện tử động đốt [2] PGS-TS ĐỖ VĂN DŨNG (2007), Hệ thống điện điện tử ô tô đại – hệ thống điện động cơ, Giáo trình trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, TP Hồ Chí Minh [3] TS Lê Văn Tụy, Bảng tra số liệu chọn d [4] NGUYỄN HOÀNG VIỆT (2000), Trang bị điện điện tử tơ, Giáo trình mạng nội Khoa Cơ Khí Giao Thơng – trường Đại Học Bách Khoa, Đà Nẵng [5] NGUYỄN VĂN CHẤT (2006), Giáo trình trang bị điện tơ, NXB Giáo Dục, Hà Nội [6] https://www.carpimoto.it/Images/Products/Pdf/Denso_2015.pdf (17/7/2017) Trang 47 ... Hệ thống đánh lửa điện tử Hệ thống đánh lửa điện tử lại chia làm hai loại là: - Hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp - Hệ thống đánh lửa điện tử gián tiếp 1.2.5.1 Hệ thống đánh lửa điện tử gián... trước đánh lửa, hệ thống đánh lửa chia hai loại sau: + Hệ thống đánh lửa điện cảm: bao gồm hệ thống đánh lửa thường, đánh lửa bán dẫn dùng transistor hệ thống đánh lửa Manhêtô Ở loại này, lượng đánh. .. vùng núi + Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm: hệ thống đánh lửa bán dẫn kết hợp khí, hệ thống đánh lửa loại dùng số xe + Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm: hệ thống đánh lửa bán dẫn