Khảo sát hệ thống đánh lửa động cơ 1GR FE trên xe toyota landcruiser 2007

Khảo sát hệ thống đánh lửa động cơ 1GR-FE trên xeToyota Landcruiser 2007 ECU dùng trong các xe trang bị EFI kiểu thông thường bắt đầu được xuấtkhẩu ở Nhật Bản năm 1979 là loại mạch tươn

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC 01

LỜI NÓI ĐẦU 04

CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT 05

1 Mục đích-ý nghĩa của đề tài 06

1.1 Mục đích 06

1.2 Ý nghĩa 06

2 Giới thiệu về xe Toyota Landcruiser 2007 06

2.1 Thông số kỹ thuật 09

2.2 Đặc điểm chung của động cơ 10

2.2.1 Hệ thống điểu khiển động cơ 11

2.2.2 Hệ thống khởi động 12

2.2.3 Hệ thống nhiên liệu 13

2.2.4 Hệ thống làm mát 15

2.2.5 Hệ thống treo 16

2.2.6 Hệ thống lái 17

2.2.7 Hệ thống phanh 18

2.2.8 Hệ thống bôi trơn 19

3 Khái quát chung về hệ thống đánh lửa 20

3.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống đánh lửa 20

3.1.1 Nhiệm vụ 20

3.1.2 Yêu cầu 20

3.1.3 Phân loại 20

3.2 Lý thuyết chung về hệ thống đánh lửa trên ô tô 21

3.2.1 Giai đoạn tăng dòng sơ cấp khi KK’ đóng 22

3.2.2 Quá trình ngắt dòng sơ cấp 25

3.2.3 Quá trình phóng điện ở điện cực bugi 27

3.3 Các thông số cơ bản của hệ thống đánh lửa 28

3.3.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại 28

3.3.2 Hiệu điện thế đánh lửa Uđl 28

1

3.3.3 Góc đánh lửa sớm 30

3.3.4 Hệ số dự trữ Kdt 31

3.3.5 Năng lượng dự trữ Wdt 31

3.3.6 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp 32

3.3.7 Tần số và chu kỳ đánh lửa 32

3.3.8 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện 33

3.4 Giới thiệu sơ lược về các loại hệ thống đánh lửa 34

3.4.1 Hệ thống đánh lửa thường 34

3.4.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn 35

3.4.3 Hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình 40

4 Khảo sát hệ thống đánh lửa trên động cơ 1GR-FE 45

4.1 Giới thiệu chung về hệ thống đánh lửa động cơ 1GR-FE 45

4.2 Các bộ phận trong hệ thống đánh lửa của động cơ 1GR-FE 47

4.2.1 IC đánh lửa 47

4.2.2 Bô bin đánh lửa 48

4.2.3 Bugi 50

4.3 Bộ điều khiển trung tâm (ECU) 52

4.3.1 Tổng quan 52

4.3.2 Các bộ phận trong ECU 53

4.3.3 Cấu trúc của ECU 54

4.3.4 Mạch giao tiếp ngõ vào 55

4.3.5 Giao tiếp ngõ ra 56

4.4 Nguyên lý và mạch điện của các cảm biến trên động cơ 1GR-FE 57

4.4.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu 57

4.4.2 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 58

4.4.3 Cảm biến vị trí bướm ga 58

4.4.4 Cảm biến kích nổ 60

4.4.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 61

4.4.6 Cảm biến lưu lượng khí nạp 63

4.4.7 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 64

4.4.8 Cảm biến tỉ lệ không khí-nhiên liệu 65

2

4.5 Điều khiển đánh lửa 66

4.5.1 Điều khiển đánh lửa khi khởi động 66

4.5.2 Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động 67

4.6 Tính toán thông số điện áp thứ cấp của hệ thống đánh lửa 72

5 Chẩn đoán hư hỏng hệ thống đánh lửa 75

5.1 Chẩn đoán và khắc phục hư hỏng theo tín hiệu đèn check engine 75

5.2 Chẩn đoán hư hỏng theo máy quét mã lỗi 80

5.3 Chẩn đoán hư hỏng theo tình trạng động cơ 1GR-FE 88

6 Kết luận 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

3

ậy là sau 5 năm học tập trong môi trường đại học thì điều mong muốn nhất của một sinh viên cũng đã đến Đó là hoàn thành đồ án tốt nghiệp để trở thành một kỹ sư cơ khí động lực, có thể đem những điều mình đã tiếp thu được từ quá trình sống trong môi trường năng động của sinh viên, những kiến thức vô cùng quý báu mà các thầy cô dày công truyền đạt để giờ chỉ còn một việc nữa là hoàn thành tốt đồ án để ra trường

V

Kiến thức của chúng em được trang bị rất nhiều lĩnh vực: ô tô máy công trình, động cơ, thủy khí, trang bị điện-điện tử…Tuy vậy em cảm nhận được ngày nay các hệ thống trên xe đã được trang bị và điều khiển bằng điện tử nên mình cần hiểu nhiều về lĩnh vực này để phục vụ cho công việc sau này Đề tài

của em là “Khảo sát hệ thống đánh lửa động cơ 1GR-FE trên xe Toyota Landcruiser 2007”, với đề tài này em đã có nhiều thời gian để tìm thêm

nhiều kiến thức từ các nguồn sách báo, tạp chí, internet để có thể làm cho đồ

án mình thêm phong phú Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Quốc Thái người đã tận tình giúp đỡ em trong việc hoàn thành đồ án, cảm ơn thầy Nguyễn Việt Hải đã giúp đỡ em đã chỉ ra những điểm chưa được để em có thể làm tốt hơn Quá trình làm việc sẽ không tránh khỏi sai sót, kính mong quý thầy cô thông cảm Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn tập thể thầy cô giáo trong khoa đã giúp đỡ em hoàn thành nhân cách và kiến thức của một người kỹ sư tốt!

Đà Nẵng, ngày 29 tháng 05 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Anh Đức

4

CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

***

ECU (Electronic Control Unit): Bộ điều khiển trung tâm

DIS (Direct Ignition System): Hệ thống đánh lửa trực tiếp

IGT: Tín hiệu đánh lửa

IGF: Tín hiệu phản hồi đánh lửa

Back up IC: IC dự phòng

After ST: Sau khởi động

DOHC (Double Overhead Camshafts): Trục cam kép đặt trên

1 MỤC ĐÍCH – Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Mục đích

- Khảo sát hệ thống đánh lửa giúp tìm hiểu để thấy rõ những sự khác biệt của

các loại hệ thống đánh lửa Đồng thời thấy rõ những ưu nhược điểm của kiểu động

cơ đốt cháy cưỡng bức

- Thấy rõ tầm quan trọng của việc đánh lửa đúng thời điểm là cần thiết.

5

- Sự cần thiết thay thế hệ thống đánh lửa điều khiển tiếp điểm kiểu cơ khí bằng

hệ thống đánh lửa điều khiển điện tử hiện nay

- Hiểu rõ nguyên lý làm việc của xe khảo sát.

- Nắm rõ chẩn đoán hư hỏng của xe khảo sát và những loại xe tương tự.

1.2 Ý nghĩa

- Để sinh viên cô đọng lại toàn bộ những kiến thức đã được trang bị.

- Cơ hội để sinh viên tự tìm tòi những nguồn tài liệu trên mạng internet, sách

báo, tạp chí Tiếp cận và cập nhật liên tục về những cái mới của ngành công nghiệp

ô tô thế giới cũng như Việt Nam

- Giúp sinh viên có thể nắm rõ cách hoạt động, khắc phục sự cố của hệ thống

đánh lửa Tạo thuận lợi khi ra trường tiếp xúc công việc được tốt hơn

2 GIỚI THIỆU VỀ XE TOYOTA LANDCRUISER 2007

Ra đời vào năm 1951, do nhu cầu sử dụng xe đa dụng quân đội hạng nhẹ,Toyota đã phát triển dòng xe Toyota Jeep là mẫu xe đầu tiên thành công trong cuộcchinh phục chặng thứ 6 đỉnh núi Phú Sĩ Sau đó 2 năm, với qui mô sản xuất hàngloạt và chiến lược xây dựng hình ảnh công ty trên thị trường nước ngoài, Toyota đãđổi tên dòng xe này thành “Land Cruiser” cho phù hợp với đặc tính chạy đườngtrường trên toàn cầu của loại xe này (trong tiếng Anh “Land” là đất khô, “Cruiser”mang ý nghĩ như là một con tàu vượt đại dương lớn)

Từ năm 1957, Toyota bắt đầu mở rộng phát triển thị trường toàn cầu và lượng

xe xuất khẩu tăng mạnh, vượt hơn nửa doanh số bán hàng nội địa tại Nhật Bản Tiênphong dẫn bước Toyota ra nhập thị trường xe hơi toàn cầu, Land Cruiser đã nhanhchóng thu hút khách hàng bởi sự mạnh mẽ và độ bền bỉ của nó Cho tới năm 1965,

6

Land Cruiser vẫn là mẫu xe Toyota duy nhất xuất khẩu vào thị trường Mỹ và đã sau

đó là mẫu xe bán rất chạy tại thị trường Trung và Nam Mỹ, Châu Phi, Trung Đông

và Đông Nam Á

Sự thay đổi và cải tiến mẫu mã từng năm đã củng cố và tăng doanh số xuấtkhẩu của Toyota Khi mẫu xe Land Cruiser 100 ra đời vào năm 1998, mẫu xe nàynhanh chóng trở thành một trong những chiếc xe hai cầu đáng tin cậy nhất trên thếgiới

Tất cả các thế hệ Land Cruiser đều thống nhất những mục tiêu phát triển cơ bảngồm: mục tiêu đầu tiên là luôn luôn vượt trên sự mong đợi của khách hàng toàn cầu

về độ tin cậy, sự bền bỉ cũng như khả năng chạy đường trường Mục tiêu thứ hai làluôn có sự cải tiến, tiến bộ kỹ thuật cùng lúc tăng cường sự hài lòng cho kháchhàng

Và sự cam kết cho những mục tiêu này chính là chìa khóa then chốt tạo ra một chiếc

xe có thương hiệu mạnh trên trường quốc tế Hiện nay, doanh số bán ra nước ngoàicủa loại xe này đã vượt trên 90%, và Land Cruiser đã có mặt tại hầu hết các khu vựctrên thế giới Với sự ra đời của phiên bản Land Cruiser 200 mới, Toyota đảm bảorằng dòng xe hai cầu này sẽ tiếp tục chinh phục mọi địa hình trên mọi lãnh thổ

Với lịch sử phát triển 57 năm, Land Cruiser là mẫu xe có vòng đời dài nhất củaToyota Hơn nửa thế kỷ trước, khi lần đầu tiên giới thiệu chiếc Toyota Jeep BJ, ít ai

có thể biết rằng mẫu xe này lại có nhiều phiên bản như vậy: phiên bản 70 chạyđường trường, phiên bản Prado sử dụng trong thành phố (tên gọi sau này là phiênbản 120) tới phiên bản 100 wagon và mới đây nhất là phiên bản Land Cruiser 200

1951-1960 (Dòng xe BJ): Công năng vượt trội

-Với kích thước rộng rãi và chắc chắn cho phép chứa được nhiều hàng hóacùng động cơ mạnh mẽ vượt bậc, dòng xe BJ đáp ứng mọi nhu cầu sử dụng, khẳngđịnh đẳng cấp xe hai cầu đích thực

7

1955-1959 (Phiên bản 20-30): Chinh phục toàn cầu

Theo sau dòng xe du lịch 4 chỗ, Land Cruiser bắt đầu mở rộng thị trường rangoài Nhật Bản Phiên bản 20-30 được cải tiến theo chuẩn mực “kiểu dáng mới vàthoải mái hơn khi vận hành”

1960-1984 (Phiên bản 40): Phát triển vượt bậc và đa dạng

-Trên nền tảng thiết kế chắc chắn nhờ sự kết hợp cấu trúc khung và thân xe từphiên bản 20, phiên bản xe 40 tập trung cải tiến hệ thống truyền động với cơ cấuchuyển đổi 2 tốc độ giúp tăng khả năng chuyển đổi từ chế độ 1 cầu sang chế độ haicầu

1967-1980 (Phiên bản 55): Ra mắt xe station wagon đầu tiên

-Kiểu dáng độc đáo của phiên bản này tạo một hình ảnh sang trọng và lịch lãm.Mặc dù thân xe có kích thước lớn hơn hẳn nhưng khả năng vận hành của LandCruiser vẫn không kém phần thoải mái như dòng xe du lịch hạng nhỏ Thiết kế củaphiên bản này không chỉ tập trung vào sự tiện dụng mà còn thích hợp cho nhu cầu

đi lại cá nhân và cả các chuyến đi du lịch

1980-1989 (Phiên bản 60): Lựa chọn tối ưu

-Sự ra mắt của phiên bản 60 cùng với kiểu xe mới sang trọng GX đã làm thayđổi mọi nhận định chung về dòng xe hai cầu- không chỉ là phương tiện vượt địahình mạnh mẽ mà còn là phương tiện di chuyển sang trọng cao cấp

1989-1998 (Phiên bản 70): Biến chuyển đầu tiên trong 30 năm

-Tiếp nối các giá trị truyền thống: mạnh mẽ, tin cậy và bền bỉ, phiên bản 70 còn

có tiến triển rõ rệt cho Land Cruiser Cấu trúc cơ bản của xe được duy trì, cải tiếnvới vô số chi tiết nhỏ đã giúp Land Cruiser đi tiên phong trong sự đổi mới

1999-2007 (Phiên bản 100): Mục tiêu thống lĩnh toàn cầu

-Phiên bản 100 rất được ưa thích ngay trong lần giới thiệu đầu tiên, tiếp nốithành công đỉnh cao của phiên bản xe địa hình 80 vốn đã nổi tiếng Thậm chí còn

8

vượt xa về sự sang trọng, phiên bản 100 đã nhanh chóng thống lĩnh toàn cầu.

THÔNG SỐ KỸ THUẬT

Bảng 2-2 Thông số động cơ 1GR- FE

Dual VVT-i

Đường kính xy lanhHành trình xi lanh [mm] 9483

9

Điều khiển hệ thống nạp khí AIC Có

2.2 Đặc điểm chung của động cơ

Toyota Landcruiser 2007 được trang bị động cơ 1GR- FE là động cơ sử dụngnhiên liệu xăng, 4 kỳ, là động cơ kiểu mới, phù hợp với các loại xe tính cơ độngtrên mọi địa hình, các hệ thống trong động cơ đều được điều khiển điện tử bằngECU động cơ điều khiển ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến xử lý và truyền tínhiệu điều khiển

Động cơ có 6 xilanh, bố trí chữ V6 góc nghiêng 600, dung tích công tác là

3500 cm3, thứ tự nổ 1-2-3-4-5-6 Tất cả các cụm, chi tiết cần được bảo dưỡng, điềuchỉnh thường xuyên nên đều được bố trí tại các vị trí dễ thao tác Động cơ cùng vớihộp số và hộp số phụ được lắp thành cụm động lực đặt dọc xe

Động cơ có hai trục cam trên nắp máy DOHC, gồm 24 xu páp (mỗi máy có 4

xu páp, hai nạp và hai thải) Trục cam đặt trên nắp máy cho phép làm giảm khốilượng các chi tiết trung gian chuyển động tịnh tiến (không có đũa đẩy) đảm bảohoạt động ổn định cho cơ cấu phân phối khí ngay cả tại số vòng quay cao Trục camđược dẫn động bằng xích từ trục khuỷu Với trục cam kép DHOC (Double overheadcamshafts), hệ thống VVT- i kép điều khiển đóng mở van nạp xả thông minh, điềukhiển đánh lửa thông minh Hệ thống nạp ACIS, đóng mở bướm ga là bướm ga điện

tử ETCS- i Với những đặc điểm nổi bật trên thì Toyota Landcruiser đã chiếm được

ưu thế vượt trội về mặt động học, động lực học Chinh phục mọi địa hình

Cùng với đó, Land Cruiser còn sử dụng hộp số bán tự động 5 cấp AI-ShiftControl, tuỳ theo điều kiện mặt đường và yêu cầu của người lái, nó có sẽ tự độngphán đoán để việc chuyển số trở nên tối ưu nhất, giúp quá trình điều khiển và phảnứng tăng tốc mượt mà, bình ổn Tiếng động cơ nhỏ, êm ái nên khi ngồi trong xe,hành khách rất khó có thể cảm nhận được rung chấn và tiếng nổ của động cơ

2.2.1 Hệ thống điểu khiển động cơ

10

Hình 2-1 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ

1 Cảm biến lưu lượng khí nạp, 2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp,

3 Cảm biến nhiệt độ động cơ, 4 Cảm biến vị trí bướm ga, 5 Cảm biến vị trí trục cam,

6 Cảm biến vị trí trục khuỷu, 7-1,7-2 Cảm biến kích nổ,8-1,8-2 Van điều chỉnh họng gió, 9-1,9-2,10-1,10-2 Cảm biến oxy

*1 Kim phun; *2 Bôbin; *3 Cơ cấu điều khiển; *4 Van điều khiển khí nạp

7-2

PVC

*1

*2 8-2

1

*3 2

Thuìng xàng

Råle Båm Xàng

ECM

Båm xàng Loüc khäng khê

Khảo sát hệ thống đánh lửa động cơ 1GR-FE trên xe

Toyota Landcruiser 2007

ECU dùng trong các xe trang bị EFI kiểu thông thường bắt đầu được xuấtkhẩu ở Nhật Bản năm 1979 là loại mạch tương tự, loại này điều khiển lượng phunnhiên liệu dựa trên khoảng thời gian cần thiết để phóng và nạp một tụ điện

Loại điều khiển bằng vi xử lý được bắt đầu vào năm 1982 Đó là điểm khởi đầu của

hệ thống điều khiển động cơ dùng TCCS Tuy nhiên, ngày nay hệ thống điều khiểnđộng cơ không chỉ điều khiển EFI mà còn bao gồm ESA: điều khiển thời điểm đánhlửa, ISC: điều khiển tốc độ không tải và các hệ thống nâng cao khác như chẩn đoán,

dự phòng và an toàn

11

1 Cảm biến lưu lượng khí nạp, 2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp,

3 Cảm biến nhiệt độ động cơ, 4 Cảm biến vị trí bướm ga, 5 Cảm biến vị trí trục cam,

6 Cảm biến vị trí trục khuỷu, 7-1,7-2 Cảm biến kích nổ,8-1,8-2 Van điều chỉnh họng gió, 9-1,9-2,10-1,10-2 Cảm biến oxy

*1 Kim phun; *2 Bôbin; *3 Cơ cấu điều khiển; *4 Van điều khiển khí nạp

Hệ thống điều khiển động cơ là hệ thống điều khiển điện tử ECU nhận các tínhiệu từ các cảm biến, xử lý và truyền tín hiệu điều khiển các hệ thống trong động

cơ, với việc sử dụng điều khiển điện tử trên động cơ nhằm đáp ứng được các yêucầu khắt khe của động cơ, đồng thời nâng cao được công suất của động cơ

2.2.2 Hệ thống khởi động

Hệ thống khởi động bằng điện với phương pháp điều khiển gián tiếp bằng rơleđiện từ Để tránh khả năng không kịp tách bánh răng ra khi động cơ đã nổ, người talàm kiểu truyền động một chiều bằng khớp truyền động hành trình tự do loại cơ cấucóc

12Hình 2-3 Kết cấu máy khởi động

1 Bánh răng máy khởi động, 2 Cuộn giữ, 3 Cuộn kéo, 4 Vành tiếp điểm, 5 Ắc quy

Hình 2-2 Sơ đồ điều khiển hệ thống khởi động động cơ 1GR-FE

Khi người lái bật khóa điện, dòng điện sẽ đi vào cuộn kéo mà lõi thép của nóđược nối với cần gạt Cuộn dây có điện trở thành nam châm hút lõi thép sang phải,đồng thời làm quay cần gạt dịch chuyển bánh răng truyền động vào ăn khớp vớibánh đà Khi bánh răng của khớp truyền động đã vào ăn khớp với bánh đà, thì vànhtiếp điểm cũng nối các tiếp điểm, đưa dòng điện vào các cuộn dây của máy khởiđộng Máy khởi động quay, kéo trục khuỷu của động cơ quay theo Khi động cơ đã

nổ thì người lái nhả khóa điện, các chi tiết trở về trạng thái ban đầu dưới tác dụngcủa lò xo hồi vị

2.2.3 Hệ thống nhiên liệu

* Đặc điểm của hệ thống nhiên liệu động cơ 1GR-FE:

Hệ thống nhiên liệu động cơ 1GR-FE đóng vai trò rất quan trọng, đảm bảo sựhoạt động của động cơ, là một trong những phần của hệ thống điều khiển điện tửtrong động cơ, như hệ thống đánh lửa điện tử, điều khiển tốc độ động cơ, tạo ra sựtương trợ lẫn nhau, kim phun hoạt động như các kim phun của các xe đời mới, kimphun có nhiều lỗ có tác dụng tạo nhiên liệu phun ra tơi dẫn đến dễ hòa trộn vớikhông khí tạo hỗn hợp cháy tốt cho quá trình cháy Khả năng điều khiển tốt, côngsuất động cơ tăng, giảm tiêu hao nhiên liệu

13Hình 2-4 Sơ đồ điều khiển hệ thống phun xăng điện tử EFI

Hệ thống bình xăng đôi với hai bình chính phụ thông nhau có khả năng tựchuyển nhiên liệu từ bình xăng phụ sang bình xăng chính giúp gia tăng đáng kể

hành trình

2.2.4 Hệ thống làm mát

14Hình 2-5 Hệ thống làm mát động cơ

*Đặc điểm chính của hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE là:

+Van hằng nhiệt kiểu giản nở theo nhiệt độ lắp ở đường vào của hệ thống làm mát.Tốc độ quạt làm mát điều khiển bởi bộ điều khiển quạt thông qua tín hiệu từ ECU

Hệ thống cũng có khả năng làm thay đổi tốc độ quạt phù hợp với điều kiện làm việccủa động cơ để làm giảm tiếng ồn và sự tiêu thụ điện năng

+

Tín hiệu gửi đến bộ điều khiển quạt từ ECU là dạng tín hiệu chu kỳ điều khiển, dựatrên thông tin từ những cảm biến sau: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW), cảm biến

15

Hình 2-6 Sơ đồ hệ thống làm mát động cơ 1GR-FE

1 Bình đựng nước làm mát, 2 Két nước, 3 Van hằng nhiệt, 4 Bơm nước làm mát,

5 Khối xy lanh, 6 Nắp máy, 7 Hệ thống sưởi, 8 Van điều khiển không tải

(idle air control (IAC) valve)

tốc độ xe (Vss), điện thế ắc quy (B+), công tắc ga điều hòa (ON/OFF), công tắc (A/C).

Hình 2-8 Hệ thống treo phụ thuộc cầu sau

2.2.6 Hệ thống lái

Toyota Landcruiser sử dụng hệ thống lái có trợ lực thủy lực Điều kiện vận hành có thểtrong thành phố và các vùng có địa hình phức tạp, điều kiện bám thấp Xe sử dụng 4WDdẫn động 2 cầu để tăng lực bám khi xe chạy trên địa hình xấu Khi vận hành ở tốc độ

17Hình 2-9 Hệ thống lái có trợ lực thủy lực

cao, Land Cruiser rất ổn định, khả năng chuyển hướng chính xác Vô lăng trợ lựccảm biến theo tốc độ giúp người lái cảm thấy nhẹ nhàng thoái mái mỗi khi đánh lái,tuy nhiên người điều khiển cần một chút thời gian để thích ứng với điều đó khi chạy

ở tốc độ cao

2.2.7 Hệ thống phanh

Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ ô tô cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc

độ cần thiết nào đó Ngoài ra hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ô tô đứngyên tại chỗ trên mặt dốc nghiêng hay trên mặt đường ngang

Toyota Landcruiser sử dụng phanh đĩa cho cả bánh xe trước và sau Ngoài ra, trên

xe còn được được trang bị: Hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS, hệ thống phân bổlực phanh EBD, hệ thống hỗ trợ phanh BA

2.2.8 Hệ thống bôi trơn

18Hình 2-10 Hệ thống phanh đĩa

Hệ thống bôi trơn cung cấp dầu máy đến các chi tiết chuyển động quay vàtrượt của động cơ sao cho chúng có thể làm việc êm dịu Nó cũng đóng một vai tròquan trọng trong việc làm mát.

Hệ thống bôi trơn gồm có các chi tiết chính sau: Bơm dầu, bầu lọc dầu, cạc tedầu, các đường ống Dầu sẽ từ cạc te được hút bằng bơm dầu, qua lọc dầu, vào cácđường dầu dọc thân máy vào trục khuỷu, lên trục cam, từ trục khuỷu vào các bạcbiên, theo các lỗ phun lên thành xy lanh, từ trục cam vào các bạc trục cam, rồi theocác đường dẫn dầu tự chảy về cạc te

Bơm dầu sử dụng trong động cơ là loại bơm bánh răng ăn khớp trong Dướiđây là sơ đồ kết cấu của bơm

Hệ thống bôi trơn dùng lọc dầu, phần tử lọc có thể thay thế được, đảm bảođược sự thay thế dễ dàng

3 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 dòng điện một chiều thế hiệuthấp (6V,12V, hay 24V) hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp (trong hệthống đánh lửa bằng Manhêtô và Vôlăng manhêtic) thành các xung điện cao thế(12000- 40000V) đủ để tạo nên tia lửa (phóng qua khe hở bugi) đốt cháy hỗn hợplàm việc trong các xy lanh của động cơ vào những thời điểm thích hợp và tương

19Hình 2-11 Kết cấu của bơm bánh răng

ứng với trình tự xy lanh và chế độ làm việc của động cơ.

Trong một số trường hợp thì hệ thống đánh lửa còn dùng để hỗ trợ khởi động,tạo điều kiện động cơ khởi động được dễ dàng ở nhiệt độ thấp

3.1.2 Yêu cầu

Một hệ thống đánh lửa tốt phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- HTĐL phải sinh ra dòng thứ cấp đủ lớn để tạo ra tia lửa điện phóng điện 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 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 kiện nhiệt

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 chê độ

làm việc của động cơ

- Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ.

3.1.3 Phân loại

Ngày nay, hệ thống đánh lửa được trang bị trên ôtô có rất nhiều loại khácnhau Dựa vào cấu tạo, hoạt động, phương pháp điều khiển, người ta phân loại hệthống đánh lửa theo các cách phân loại sau:

* Phân loại theo đặc điểm cấu tạo:

- HTĐL thường hay HTĐL kiểu cơ khí: được sử dụng hầu hết trên các ô tô

trước đây – HTĐL cổ điển

- HTĐL Manhêtô: là HTĐL cao áp độc lập, không cần dùng ắc quy và máy

phát Do đó, có độ tin cậy cao và được dùng trên xe cao tốc và một số máy côngtrình làm việc trên vùng núi

- Hệ thống đánh lửa bán dẫn

+ Loại có tiếp điểm: là HTĐL bán dẫn kết hợp cơ khí

+ Loại không có tiếp điểm: có nhiều ưu điểm nên được dùng trên đa số

các ô tô trước đây

* Phân loại theo phương pháp tích luỹ năng lượng trước khi đánh lửa:

- HTĐL điện cảm: năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong từ trường của

20

cuộn dây biến áp đánh lửa (TI – transistor ignition system)

- HTĐL điện dung: năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong điện trường

của tụ điện (CDI– capacitor discharged ignition system)

* Phân loại theo phương pháp điều khiển bằng cảm biến

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ (electromagnetic sensor) gồm

hai loại: loại nam châm đứng yên và 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 bộ 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 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

( ESA - electronic spark advance)

3.2 Lý thuyết chung về hệ thống đánh lửa trên ô tô

Hệ thống đánh lửa sau khi có nhiệm vụ biến đổi dòng điện một chiều thế hiệuthấp hoặc xoay chiều với thế hiệu thấp thành dòng điện với thế hiệu cao có nănglượng đủ lớn thì sẽ sinh ra tia lửa để phóng qua khe hở giữa hai điện cực của bugiđốt cháy hỗn hợp nhiên liệu

Để tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, quá trình đánh lửa đượcchia làm ba giai đoạn: Quá trình tăng trưởng của dòng sơ cấp hay còn gọi là quátrình tích luỹ năng lượng, quá trình ngắt dòng sơ cấp và quá trình xuất hiện tia lửađiện ở cực bugi

3.2.1 Giai doạn tăng dòng sơ cấp khi KK’ đóng

21Hình 3-1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa

Trong sơ đồ trên gồm có:

Rf: Điện trở phụ, R1: Điện trở cuộn sơ cấp, L1, L2: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp

và cuộn thứ cấp, T: Transistor công suất được điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm biếnhoặc vít lửa

Ta có thể chuyển sơ đồ mạch điện sơ cấp thành sơ đồ tương đương như bêndưới

Khi KK' đóng, sẽ có dòng sơ cấp i1 chạy theo mạch:

(+)AQ  Kđ  Rf  W1  Cần tiếp điểm 2  KK'  (-)AQ

Dòng điện này tăng từ 0 đến một giá trị giới hạn xác định bởi điện trở củamạch sơ cấp Mạch thứ cấp lúc này coi như hở Do suất điện động tự cảm, dòng i1

không thể tăng tức thời mà tăng dần trong một khoảng thời gian nào đó Trong giaiđoạn gia tăng dòng sơ cấp ta có thể viết phương trình sau:

Ung + eL1 = i1.R1 (3 1)Trong đó: Ung - Thế hiệu của nguồn điện (ắc quy hoặc máy phát) [V].

eL1 - SĐĐ tự cảm trong cuộn sơ cấp [V].

R1 - Điện trở thuần của mạch sơ cấp [].

Mà: 1 1 1 1 1 i1R1

dt

di L U dt

di L

Giải phương trình vi phân (3.2) ta xác định được:

R

L



-Hằng số thời gian của mạch sơ cấp

Biểu thức (3.3) cho thấy: Dòng sơ cấp tăng theo quy luật đường tiệm cận

Khi t=0 (tiếp điểm vừa đóng lại) thì i1 = 0 và

1

1

L

U dt

có giá trị cực đại vào thời điểm tiếp điểm bắt đầu đóng (t=0)

Giá trị nhỏ nhất của tốc độ tăng dòng sơ cấp 

được xác định bởi thời điểm

mở tiếp điểm Trong quá trình làm việc của hệ thống đánh lửa, tốc độ này khôngbao giờ giảm đến 0 Vì thời gian tiếp điểm đóng ngắn nên dòng sơ cấp không kịpđạt giá trị ổn định

Giá trị cực đại mà dòng sơ cấp có thể đạt được (i1max) phụ thuộc vào điện trởmạch sơ cấp và thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng Thay giá trị t= tđ vào phươngtrình (3.3), ta xác định được:

t L R

1

ng ng

1 max

R

U I

i

23t

i (t)

21

Hình 3-3 Quá trình tăng dòng sơ cấp i1

Đường (1) ứng với xe đời cũ có bô bin độ tự cảm lớn, tốc độ tăng dòng sơ cấpchậm hơn so với bô bin xe đời mới có độ tự cảm nhỏ đường (2) Chính vì điều nàylàm cho lửa yếu lúc xe có tốc độ cao Trên xe đời mới đã được khắc phục nhờ sửdụng bô bin có độ tự cảm nhỏ.

Trong đó: I1ng - Giá trị dòng sơ cấp khi tiếp điểm mở [A]

tđ - Thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng [s]

Nếu ký hiệu

ck

d

m d

d d

T

t t t

t







 là thời gian đóng tiếp điểm tương đối (ở đây:

Tck = (tđ + tm); tm - Thời gian tiếp điểm ở trạng thái mở) thì thời gian tiếp điểm đóng

có thể xác định theo công thức: t T n Z

e d ck d d

Trong đó:

n e Z f

120 - Tần số đóng mở của tiếp điểm Biểu thức này có thể chứng minh với lập luận như sau: Trong 2 vòng quay củatrục khuỷu, tức là trong thời gian (60/ne)x 2 giây, tiếp điểm phải đóng mở Z lần đểthực hiện đánh lửa Vậy trong thời gian 1 giây tiếp điểm cần phải đóng mở [Z/(120/

ne)] hay f=(neZ/120));

24

- Giá trị dòng I1ng phụ thuộc các thông số của mạch sơ cấp (R1 và L1).

- I1ng giảm đi khi tăng số vòng quay và số xy lanh động cơ

- I1ng tăng lên khi tăng thời gian đóng tiếp điểm tương đối, thời gian này được

ấn định bởi dạng cam và việc điều chỉnh tiếp điểm Thường đ không thể làm tăngquá 0,63 vì lúc đó cam sẽ rất nhọn, gây ra rung động và va đập cần tiếp điểm khilàm việc và mau mòn

3.2.2 Quá trình ngắt dòng sơ cấp

Khi trasisitor công suất ngắt, dòng điện sơ cấp và từ thông do nó sinh ra giảmđột ngột Trên cuộn thứ cấp của bô bin sẽ sinh ra một hiệu điện thế vào khoảng15kV  40kV Giá trị của hiệu điện thế thứ cấp phụ thuộc vào rất nhiều thông sốcủa mạch sơ cấp và thứ cấp Để tính toán hiệu điện thế thứ cấp cực đại ta sử dụng sơ

đồ tương đương sau

Rm - Điện trở mất mát []

Rr - Điện trở rò qua điện cực bugi []

Bỏ qua hiệu điện thế ắc quy vì hiệu điện thế ắc quy rất nhỏ so với sức điệnđộng tự cảm xuất hiện trên dòng sơ cấp lúc transistor công suất ngắt, năng lượng từ

trường tích lũy trong cuộn sơ cấp của bô bin được chuyển thành năng lượng điệntrường trên tụ điện C1 và C2 và một phần mất mát Để xác định hiệu điện thế thứ cấpcực đại U2m ta lập phương trình cân bằng lúc transistor công suất ngắt:

Q U C U C I

2

2 2 2

2 1 1 1

2

Trong đó: C1 - Điện dung của tụ điện mắc song song với transistor công suất [F]

C2 - Điện dung ký sinh của mạch thứ cấp [F]

U1m, U2m - Hiệu điện thế sơ cấp, thứ cấp lúc transistor công suất ngắt [V]

Q - Tổn thất dưới dạng nhiệt [J]

U2m= kbb.U1m

Kbb= W1/W2 - Hệ số biến áp của bô bin.

W1,W2 - Số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp [vòng]

W

W C I

L W

W U

1 2

1 2 1

(3.10)

Sau khi biến đổi ta nhận được:

'

2 2

2

1 1

1 1

C W

W C

L I

Transistor công suất ngắt, cuộn sơ cấp sẽ sinh ra một sức điện động khoảng

100300 V

3.2.3 Quá trình phóng điện ở điện cực bugi

Khi thế hiệu U2 vừa đạt đến giá trị Uđl, đủ để xuyên qua khe hở giữa các điệncực của bugi, thì ở đó sẽ xuất hiện tia lửa điện cao thế (hình 3.6) Khi xuất hiện tialửa điện thì U2 giảm đột ngột trước khi kịp đạt giá trị cực đại

Kết quả của nhiều công trình nghiên cứu đã xác định được rằng: Tia lửa điện

có hai phần rõ rệt là phần điện dung và phần điện cảm

Phần điện dung xuất hiện trước, vào thời điểm đầu của quá trình phóng điện

Đó là sự phóng tĩnh điện do năng lượng của điện trường tích luỹ trong điện dung C1

và C2 của hệ thống đánh lửa, tia lửa điện dung có màu xanh lam và rất chói do nhiệt

độ của nó cao tới 10000OC Thế hiệu cao và dòng điện phóng rất lớn nên công suấttức thời của nó cũng khá lớn (có thể đạt đến hàng chục kW) Tuy nhiên, thời giantồn tại tia lửa này rất ngắn (<1s) nên năng lượng điện trường cũng không lớn lắm.Đặc trưng của phần tia lửa điện dung là có tiếng nổ lách tách, tần số dao động

27Hình 3-6 Sự thay đổi hiệu điện thế U2 khi phóng tia lửa điện

a Thời gian tia lửa điện dung, b Thời gian tia lửa điện cảm

lớn tới (106 107) Hz, nên gây nhiễu xạ vô tuyến mạnh.

Tia lửa điện dung làm điện thế U2 giảm đột ngột, chỉ còn khoảng1500 2000V Vì tia lửa xuất hiện trước khi U2 đạt giá trị cực đại, nên phần tia lửađiện dung chỉ tiêu tốn một phần năng lượng của từ trường tích luỹ trong biến ápđánh lửa là:

2

2

dl C

CU

Trong đó: 2

2 2

1

W

W C

(3.13)

Phần năng lượng còn lại được tiếp tục phóng qua khe hở bugi dưới dạng tialửa điện cảm hay còn gọi là đuôi lửa Do U2 đã giảm nhiều nên dòng phóng lúc nàycũng rất nhỏ, chỉ khoảng (80 100)mA Tia lửa điện cảm có màu tím nhạt-vàng, kéodài khoảng vài s đến vài ms, phụ thuộc vào giá trị năng lượng điện cảm tích luỹtrong mạch sơ cấp:

2

2 1

1 ng L

I L

Trong điều kiện thực tế, tia lửa có thể chỉ có phần điện dung hoặc điện cảmthuần túy hoặc hỗn hợp cả hai phần, tuỳ thuộc vào các thông số của hệ thống đánhlửa và các điều kiện vật lý khi xuất hiện tia lửa Nói chung các xoáy khí hình thànhtrong buồng cháy ở số vòng quay cao của động cơ, cản trở việc tạo thành phần điệncảm của tia lửa

Đuôi lửa có tác dụng tốt khi khởi động động cơ nguội Vì khi khởi động nhiênliệu bốc hơi kém, khó cháy Nên khi nhiên liệu đã bén lửa của phần điện dung, nó

sẽ bốc hơi và hoà trộn tiếp, đuôi lửa sau đó sẽ đốt cho nhiên liệu cháy hết

3.3 Các thống số cơ bản của hệ thống đánh lửa

3.3.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại

28

Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là 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 đạiphải đủ lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặc biệtlúc khởi động.

3.3.2 Hiệu điện thế đánh lửa U đl

Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa xảy ra, được gọi là hiệuđiện thế đánh lửa (Uđl) Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào nhiều yếu

tố, tuân theo định luật Pasen.

Hình 3-7 Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa vào tốc độ và tải động cơ

1 Không tải, 2 Nửa tải, 3 Toàn tải, 4 Khởi động và cầm chừng

Uđl(KV)

12

34

n (1/

s)

Ngoài ra, Uđl còn hình dạng điện cực bugi, thành phần hỗn hợp, chế độ làm việc củađộng cơ,…

Khi tăng khoảng cách giữa các điện cực và tăng áp suất hỗn hợp hòa khí thì thế hiệu đánh lửa tăng lên.

Sự tăng nhiệt độ trong xy lanh tạo điều kiện ion hóa hỗn hợp khí, vì vậy thế hiệuđánh lửa giảm đi

Ởchế độ khởi động lạnh, nhiệt độ thành xy lanh và các điện cực còn thấp, hỗn hợp hútvào ít bị đốt nóng và không kịp bay hơi hết Những hạt nhiên liệu chưa bay hơi rơivào không gian giữa các điện cực làm tăng Uđl (15% 20%)

Sự tăng số vòng quay của động cơ, lúc đầu làm tăng một chút Uđl do tăng áp suấtnén (lọt khí giảm), nhưng sau đó Uđl giảm vì hệ số nạp giảm và nhiệt độ bugi tăng

Khi tải động cơ tăng, bướm ga mở to ra, do đó năng lượng hỗn hợp đi vào xy lanh

nhiều lên làm tăng áp suất nén và công suất của động cơ

Sau một thời gian vận hành, điện cực bugi bị mài mòn, làm cho khe hở bugi tăng,

do đó Uđl tăng Vì vậy sau một thời gian vận hành, phải hiệu chỉnh lại khe hở bugi

3.3.3 Góc đánh lửa sớm

Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ tính từ thời điểm xuất

30

hiện tia lửa điện tại bugi cho đến khi pít tông lên đến tận điểm chết trên.

Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế và độ ô nhiễmcủa khí thải động cơ Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc rất nhiều yếu tố:

 bd, bd, , wt, mt, , o 

Trong đó: pbđ -Áp suất trong buồng cháy tại thời điểm đánh lửa [Pa]

tbđ - Nhiệt độ buồng cháy [oC]

p - Áp suất trên đường ống nạp [Pa]

twt - Nhiệt độ nước làm mát động cơ [oC]

n - Số vòng quay của động cơ [vòng/phút]

No - Chỉ số octan của xăng

Nếu thời điểm đánh lửa xảy ra sớm hơn hay muộn hơn thời điểm tối ưu đều làmgiảm công suất và chất lượng của động cơ

-Nếu đánh lửa quá sớm: hỗn hợp cháy hoàn toàn trong ký nén Sự tăng áp suất dokhí cháy giãn nở sẽ cản trở chuyển động đi tiếp lên ĐCT của pít tông, tức là côngcủa khí nén sinh ra ở hành trình này trở thành công âm, làm giảm công suất và tínhkinh tế của động cơ, tăng tải trọng lên nhóm các chi tiết pít tông thanh truyền Biểuhiện của hiện tượng này: có tiếng gõ kim loại, công suất động cơ giảm, làm việckhông ổn định

-Nếu đánh lửa quá muộn: quá trình cháy diễn ra trong kỳ giãn nở, thậm chí nhiênliệu có thể không kịp cháy hết trong xy lanh mà còn tiếp tục cháy rớt ở ống xả.Trong trường hợp này động cơ sẽ rất nóng vì thể tích vùng cháy và nhiệt truyền chonước làm mát tăng, công suất động cơ giảm

Khi số vòng quay của động cơ tăng: thời gian làm việc của chu trình bị rút ngắn,

do đó góc đánh lửa sớm cần phải tăng lên Nếu thời gian cháy của nhiên liệu khôngđổi thì sphải tăng tuyến tính theo n Nhưng do n tăng làm tăng áp suất và nhiệt độtrong xy lanh (do giảm lọt khí và thời gian truyền nhiệt), tăng chuyển động lốc xoáycủa hỗn hợp Vì thế tốc độ cháy tăng lên và thời gian cháy tương ứng giảm đi nên ở

31

số vòng quay cao s tăng theo quy luật phi tuyến.

Sự tăng tỷ số nén làm tăng áp suất và nhiệt độ ở cuối kỳ nén, do đó làm tăng tốc độcháy của hỗn hợp Vì thế sự tăng tỷ số nén làm giảm góc đánh lửa sớm

Mức tải của động cơ cũng ảnh hưởng lớn đến góc đánh lửa sớm Khi mở bướm galớn lượng hỗn hợp đi vào xy lanh nhiều hơn làm tăng áp suất và nhiệt độ khí nén,đồng thời còn làm giảm % khí sót dẫn đến tăng tốc độ cháy Vì thế, khi tăng tảitrọng của động cơ giảm xuống và ngược lại

3.3.4 Hệ số dự trữ K dt

Hệ số dự trữ là tỉ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m và hiệu điện thếđánh lửa Uđl Mục đích cần có hệ số dự trữ dể đảm bảo rằng hiệu điện thế đánh lửaluôn luôn đạt trong giới hạn yêu cầu

Kdt=

dl

m U

U2

(3.17)

Hệ số dự trữ của những động cơ có hệ thống đánh lửa thường là bé hơn so với

hệ thống đánh lửa của những động cơ xăng hiện đại với hệ thống đánh lửa điện tử

Vì hiệu điện thế U2m của hệ thống đánh lửa thường bé, còn đối với hệ thống đánhlửa hiện đại có hệ số dự trữ cao nhằm đảm bảo việc đáp ứng việc tăng tỉ số nén,tăng số vòng quay và khe hở bugi

i L

Trong đó: Wdt - Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp [W.s]

L1 - Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bô bin [H]

Ing - Cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm transistor công suất ngắt.

[A]

32

Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu điện thế đánh lửa khoảng 20 đến 30% do nhiệt

độ cực bugi thấp

Khi động cơ tăng tốc, Uđl tăng do áp suất nén tăng nhưng sau đó nhiệt độ giảm

từ từ do nhiệt độ điện cực bugi tăng và áp suất nén giám do quá trình nạp xấu đi.Hiệu điện thế đánh lửa cực đại ở chế độ khởi động và tăng tốc, có giá trị cựctiểu ở chế độ ổn định khi công suất cực đại

3.3.6 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

t

u dt

du S

 - thời gian biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp càng lớn thì tia lửa điện xuất hiệntại điện cực bugi càng nhanh, nhờ đó không bị rò rỉ qua muội than trên điện cựcbugi, năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm

3.3.7 Tần số và chu kỳ đánh lửa

Đối với động cơ 4 kỳ, số tia lửa điện xảy ra trong một giây hay còn gọi là tần

số đánh lửa, được xác định bởi công thức:

tđ - Thời gian vít đóng hay transistor công suất dẫn bão hòa [s]

Tm - Thời gian vít hở hay transistor công suất ngắt [s]

Tần số đánh lửa f tỉ lệ với số vòng quay của trục khuỷu động cơ và số xy lanh.Khi tăng số vòng quay của động cơ và số xy lanh, tần số đánh lửa f tăng do đó chu

33

kỳ đánh lửa T giảm xuống Vì vậy, khi thiết kế cần chú ý đến hai thông số chu kỳ

và tần số đánh lửa để đảm bảo ở vòng quay cao nhất của dộng cơ tia lửa vẫn mạnh

3.3.8 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện

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

(3 24)

2

2 2

2i L

WP - Năng lượng của tia lửa [W.s]

WC - Năng lượng của thành phần tia lửa có điện dung [W.s]

WL - Năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện cảm [W.s]

C2 - Điện dung ký sinh tại mạch thứ cấp của bugi [F]

Uđl - Hiệu điện thế đánh lửa [V]

L2 - Độ tự cảm của mạch thứ cấp [H]

i2 - Cường độ dòng điện mạch thứ cấp [A]

Tùy thuộc vào loại hệ thống đánh lửa mà năng lượng tia lửa có đủ hai thànhphần điện cảm và điện dung hoặc chỉ có một thành phần

Thời gian phóng điện giữa hai điện cực của bugi tùy thuộc vào loại hệ thốngđánh lửa Tuy nhiên, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo năng lượng tia lửa đủ lớn vàthời gian phóng điện đủ dài để đốt cháy được hòa khí ở mọi chế độ hoạt động củađộng cơ

3.4 Giới thiệu sơ lược về các loại hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa của động cơ xăng có tác dụng là nguồn sinh ra tia lửa điệnchâm ngòi gây cháy hỗn hợp khí- nhiên liệu Theo phân loại hệ thống đánh lửa nhưtrên và để hiểu rõ hơn về quá trình phát triển của hệ thống đánh lửa Sau đây em xingiới thiệu một số hệ thống đánh lửa từ lúc mới ra đời của động cơ đốt trong cho đến

34

nay, hệ thống đánh lửa ngày một hoàn thiện và đáp ứng được yêu cầu để đảm bảocho động cơ ngày một hoạt động hiệu quả hơn

3.4.1 Hệ thống đánh lửa thường

3.4.1.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc

Hệ thống đánh lửa thường bao gồm:

- Bộ chia điện: Nhận điện cao thế từ bô bin đánh lửa và phân phối đến các

xy lanh động cơ theo thứ tự nổ của động cơ

3.4.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa thường.

- Khi KK’ đóng: Trong mạch sơ cấp xuất hiện dòng điện sơ cấp i1 Dòng nàytạo nên một từ trường khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của bô bin đánh lửa

- Khi KK’ mở: Mạch sơ cấp bị ngắt, dòng i1 và từ trường do nó tạo nên mất

Do đó trong cả hai cuộn dây sẽ xuất hiện các suất điện động tự cảm, tỷ lệ

35Hình 3-8 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa thường

1 Trục cam, 2 Cần tiếp điểm, 3 Bô bin đánh lửa, 4 Bộ chia điện, 5 Bugi

thuận với tốc độ biến thiên của từ thông Do cuộn thứ cấp có số vòng dây lớn nênsuất điện động sinh ra trong nó cũng lớn, đạt giá trị khoảng 12000 24000 V Điện

áp cao này truyền qua roto của bộ chia điện và các dây dẫn cao áp đến bugi đánhlửa theo thứ tự nổ của động cơ Khi thế hiệu thứ cấp đạt giá trị Uđl thì sẽ xuất hiệntia lửa điện phóng qua khe hở bugi đốt cháy hỗn hợp làm việc trong xy lanh

Khi KK’ mở, trong cuộn W1 cũng xuất hiện suất điện động tự cảm khoảng200…300V Tụ C1 mắc song song với tiếp điểm với mục đích tích điện từ các tialửa ở các tiếp điểm bảo vệ các tiếp điểm không bị cháy rỗ Đồng thời tụ C1 sẽ phóngdòng điện ngược này về cuộn sơ cấp trong bô bin làm cho dòng sơ cấp triệt tiêunhanh hơn và như vậy sẽ làm cho hiệu điện thế thứ cấp tăng lên nhanh chóng

3.4.1.3 Ưu, nhược điểm

Hệ thống đánh lửa thường còn nhiều hạn chế trong quá trình sử dụng: Dễ cháy

rỗ má vít do phóng điện, thất thoát điện cao áp do còn phải phân phối qua bộ chiađiện, điện áp thứ cấp thấp đặc biệt là khi ne và z tăng Vì là hệ thống đánh lửa đượcđiều khiển bằng cơ khí do đó quá trình hoạt động sẽ phải hiệu chỉnh thường xuyênnên tốn công

* Hệ thống đánh lửa bán dẫn được phân làm hai loại chính như sau:

+ Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển: Tiếp điểm điều

khiển ở đây có cấu tạo giống như trong hệ thống đánh lửa thường nhưng có nhiệm

vụ đóng mở các transistor hoạt động để tạo ra hiệu điện thế U2 trên cuộn dây thứcấp

+

Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển: Loại này điều khiển

36

các transistor đóng mở thông qua các cảm biến tín hiệu.

3.4.2.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển

Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm ra đời thay thế cho hệ thống đánh lửathường, đã giải quyết được cơ bản những nhược điểm mà hệ thống đánh lửa thườngchưa khắc phục được như:

-Các má vít không trực tiếp cắt nối dòng điện sơ cấp mà chỉ cắt nối dòng điều khiểntransistor có trị số thấp, do đó các tiếp điểm lâu mòn

-Tăng được điện áp đánh lửa ở cuộn thứ cấp, do đó tăng được năng lượng đánh lửa,

vì vậy có thể tăng được khe hở giữa hai cực của bugi

-Việc tăng năng lượng phóng tia lửa và tăng chiều dài tia lửa giữa hai cực bugi, chophép đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp làm việc nghèo Nhờ vậy mà việc khởi động động

cơ được dễ dàng, tăng tính tăng tốc và tiết kiệm được nhiên liệu của động cơ Các

má vít của bộ ngắt điện không bị oxy hoá và bị cháy, giảm được sai lệch góc đánhlửa sớm trong quá trình sử dụng

*

Sơ đồ:

37

Đến nắp bộ chia điện

4

W2

W1

Rf3

ie

E C

5 B

Rb6

Hình 3-9 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm đơn giản

1.Ắc quy, 2 Khoá điện, 3 Công tắc nối tắt điện trở, 4 Bô bin

5 Transisto, 6 Tiếp điểm bộ ngắt điện, W1&W2 Cuộn dây sơ cấp

và thứ cấp, R6 Điện trở mạch cực gốc của Transitor

Sơ đồ và nguyên lí của hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiểnđược trình bày như trên hình 3.9

Trên đây là sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển loại điện cảmđơn giản Trong đó cuộn sơ cấp W1 của biến áp 4 được nối trực tiếp với Transistor

5, tiếp điểm 2 của bộ chia điện được nối với cực gốc của Transistor Do cóTransistor 5 nên điều kiện làm việc của tiếp điểm 6 được cải thiện rõ rệt (Nó chỉlàm việc với mạch gốc của Transistor, thường không quá 1A), còn điện thế củacuộn sơ cấp có thể tăng lên và chỉ phụ thuộc vào Icmax và nhiệt độ của Transistor

* Nguyên lí làm việc của hệ thống đánh lửa này như sau:

Khi khoá điện 2 và tiếp điểm 6 đóng thì điện thế ở cực phát (Cực E) của Transistor

có giá trị dương, vì dòng qua W1 và Rf nên cực phát E được nối với cực dương của

ắc quy Còn điện thế ở cực gốc B được nối với cực âm, vì dòng điện từ cực B thôngqua RB, tiếp điểm 6 và nối mát Do đó tiếp giáp phát mở cho dòng điện cực gốc điqua theo mạch sau:

(+) Ắc quy  Khoá điện 2  Rf  W1  Cực E Cực B RB  tiếp điểm 6  (-) Ắc quyĐiện trở mạch cực gốc RB đã được chọn trước nên dòng IB này đạt xấp xỉ giátrị tính toán IBtt cho trước và Transistor cũng mở hoàn toàn cho dòng IC có giá trị lớnqua theo mạch:

(+) Ắc quy Khoá điện 2 Rf  W1 Cực E Cực C  (-)Ắc quy

Dòng điện sơ cấp của biến áp có thể tính bằng tổng dòng điện IC + IB củaTransistor Cũng như trong hệ thống đánh lửa thường, dòng điện này tạo nên mộtnăng lượng tích luỹ trong từ trường của biến áp và khi tiếp điểm 6 mở, dòng IB triệttiêu (IB = 0) Do vậy Transistor bị khoá lại, tức dòng sơ cấp của I1 cũng bị triệttiêu, thì năng lượng này được chuyển hoá thành năng lượng đánh lửa và một phầnthành sức điện động tự cảm es trong cuộn W1

38

Sức điện động tự cảm es trong cuộn W1 ở hệ thống đánh lửa thường có thể đạt 200 ÷

400 V hoặc cao hơn Do vậy không thể dùng biến áp đánh lửa thường cho một số sơ

đồ đánh lửa bán dẫn vì Transistor không chịu được điện áp lớn như vậy tại cực E-Ccủa nó khi nó đang ở trạng thái khoá (đường chấm gạch  es trên hình 3.9)

Trong các hệ thống đánh lửa bán dẫn người ta thường sử dụng các biến áp có

hệ số biến áp lớn và hệ số điện cảm nhỏ hơn loại thường, nhờ đó mà các Transistorlàm việc được an toàn Sức điện động es trong một số hệ thống đánh lửa bán dẫnthường nhỏ hơn 100 V

3.4.2.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển

Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển thì thời điểm đánhlửa được điều khiển bằng các cảm biến Trong hệ thống đánh lửa loại này các loạicảm biến thường được dùng như: Cảm biến điện từ, cảm biến Hall, cảm biến quang.Các cảm biến này có nhiệm vụ tạo ra các tín hiệu điện (điện áp, dòng điện) để đónghoặc mở các Transistorr, ngoài ra các cảm biến này còn có nhiệm vụ xác định sốvòng quay của động cơ, vị trí trục khuỷu, thời điểm phun nhiên liệu Để hiểu rõ hơn

về nguyên lí hoạt động của hệ thống đánh lửa này ta tìm hiểu về nguyên lí hoạtđộng của một loại cảm biến điển hình là cảm biến quang

* Cảm biến quang gồm hai loại, chúng chỉ khác nhau ở phần tử cảm biến

quang:

+

Loại sử dụng một cặp Led-Photo Transistor

+ Loại sử dụng một cặp Led-Photo diode.

Phần tử phát quang (Led-Lighting Emision Diode) và phần tử cảm quang(Photo Transistor hoặc photo diode) được đặt trong bộ chia điện Đĩa của cảm biếnđược gắn trên trục bộ chia điện, số rãnh tương ứng với xy lanh của động cơ

Hình 3-10 Cảm biến quang

1 LED, 2 Photo Transisto, 3 Photo Diode,

4 Mâm quay, 5 Khe chiếu sáng

* Hoạt động của cảm biến quang như sau:

Khi có ânh sâng chiếu văo giữa hai phần tử năy thì nó sẽ trở nín dẫn điện vă ngượclại khi không có ânh sâng đi qua nó sẽ không dẫn điện Độ dẫn điện của nó phụthuộc văo cường độ ânh sâng vă hiệu điện thế giữa hai đầu cực của phần tử cảmquang

Khi đĩa cảm biến quay, dòng ânh sâng phât ra từ LED sẽ bị ngắt quêng lăm phần tửcảm quang dẫn ngắt liín tục, tạo ra câc xung vuông đí̉ dùng lăm tín hiệu đânh lửa

Hình 3.11 lă sơ đồ đânh lửa bân dẫn được điều khií̉n bằng cảm biến quang Cảmbiến quang được đặt trong bộ chia điện, gửi tín hiệu đânh lửa về cho bộ điều khií̉nđânh lửa Nguyín lí hoạt động của sơ đồ hệ thống đânh lửa năy như sau:

Khi đĩa cảm biến quay đến vị trí đĩa chắn ânh sâng từ LED D1 sang photoTransistor T1 lăm T1 bị ngắt, lăm cho câc Transistor T2, T3, T4 ngắt theo, còn T5 dẫncho dòng điện qua cuộn sơ cấp sau đó đến vị trí masse Khi đĩa cảm biến cho dòngânh sâng đi qua T1 sẽ ở trạng thâi dẫn, đồng thời T2, T3, T4 cũng dẫn theo, T5 lúc năy

ở trạng thâi đóng, lăm cho dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột Do dòng sơ cấp bị ngắt độtngột nín trín cuộn thứ cấp xuất hiện một hiệu điện thế có giâ trị 2535 kV, hiệuđiện thế năy qua bộ chia điện đí̉ đến câc bugi sinh ra tia lửa điện đí̉ đốt chây hỗnhợp không khí - nhiín liệu theo đúng thứ lăm việc của câc xy lanh

40Hình 3-11 Sơ đồ mạch điện HTĐL bân dẫn dùng cảm biến quang

Biến áp