2.2.1. Cơng dung, yêu cầu hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa điệệ̣n tử
2.2.1.1. Cơng dụng
Hệ thống đánh lửa của động cơ giúp biến đổi dịng điện một chiều điện áp thấp (12 V hoặặ̣c 24 V) thành xung điện áp cao (15 kV đến 35 kV). Các xung điện áp cao này được gửi đến bugi của xi lanh vào đúng thời điểm để tạo ra tia lửa điện cao áp đốt cháy hịa khí trong xi lanh.
2.2.1.2. Yêu cầu
Hệ thống đánh lửa hoạt động tốt thì cần đáp ứng các yêu cầu sau:
- Hệ thống đánh lửa phải tạo ra sức điện động thứ cấp đủ mạnh để phĩng điện qua khe hở điện cực bugi ở mọi chế độ hoạt động.
- Tia lửa điện ở bugi phải cĩ đủ năng lượng và thời lượng để đốt cháy hồn tồn hỗỗ̃n hợp.
- Gĩc đánh lửa sớm phải chính xác ở tất cả các chế độ vận hành của động cơ.
- Những linh kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt ở nhiệt độ cao và rung động mạnh.
- Độ mịn điện cực của bugi phải nằm trong phạm vi cho phép.
2.2.1.3. Phân loại
Theo đặặ̣c điểm cấu tạo và nguyên lýý́ hoạt động, hệ thống đánh lửa được chia thành các loại sau:
SVTH : Nam, Điền, Hồng, Tài, BảoTrang 52
Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa thường hoặệ̣c Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa cơ khí: Đây là loại hệ thống đánh lửa phổ biến được sử dụng trên hầu hết các xe ơ tơ ngày xưa, đĩ là lýý́ do tại sao nĩ cịn được gọi là hệ thống đánh lửa cổ điển.
Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa Manheto hoặệ̣c Vơlăng manhetíc: Đây là một hệ thống đánh lửa áp
suất cao độc lập mà khơng cần pin và máy phát điện. Do đĩ, hệ thống đánh lửa này cĩ độ tin cậy cao và được sử dụng trên các phương tiện tốc độ cao và một số máy khai thác.
Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa báố́n dẫn tiếp xúc: Là một hệ thống đánh lửa bán dẫn kết hợp với cơ
khí, loại hệ thống đánh lửa này vẫn được sử dụng trong một số loại xe ngày nay.
Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa báố́n dẫn khơng cĩ tiếp điểẩ̉m: Đây là một hệ thống đánh lửa ở trạng
thái bán dẫn trong đĩ thời điểm đánh lửa được điều khiển bởi các tín hiệu nhận được từ các cảm biến tiếp xúc cơ học với trục khuỷu.
Theo loại cảm biến đánh lửa, hệ thống đánh lửa bán dẫn khơng tiếp xúc được chia thành các loại sau:
Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa cảm biến điệệ̣n từ: Theo loại cảm biến điện từ được sử dụng, hệ thống
đánh lửa này được chia thành hai loại: nam châm đứng yên và quay nam châm.
Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa cảm biến quang học Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa cảm biến Hall
Tùy thuộc vào dạng năng lượng được lưu trữ trước khi đánh lửa, hệ thống đánh lửa được chia thành hai loại như sau:
Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa sử dụng điệệ̣n từ: hệ thống đánh lửa bao gồm hệ thống đánh lửa thơng
thường, hệ thống mồi nhử dựa trên bĩng bán dẫn , và hệ thống đánh lửa Maltho. Trong loại này, năng lượng đánh lửa được lưu trữ trong từ trường của một máy biến áp đặặ̣c biệt gọi là máy biến áp đánh lửa.
Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa điệệ̣n dung: Đây là loại hệ thống đánh lửa mới về nguyên lýý́ và cĩ nhiều
ưu điểm nên được sử dụng rộng rãi trên ơ tơ ngày nay.tơ.
Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa dùng máố́ vít: Do cịn nhiều nhược điểm trong quá trình làm việc nên hệ thống đánh lửa bằng má vít hầu như khơng được sử dụng trên ơ tơ ngày nay.
SVTH : Nam, Điền, Hồng, Tài, BảoTrang 53
Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa ManManh: Thường được sử dụng trên máy kéo và xe khơng dùng pin, cũng được sử dụng cho các loại xe đặặ̣c biệt cần cĩ hệ thống đánh lửa đáng tin cậy. Cực kỳ đáng tin cậy và hoạt động độc lập với pin, được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng khơng, cả trong máy bay động cơ piston và xe máy.
Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa báố́n dẫn: Hệ thống đánh lửa bán dẫn lại được phân thành hai loại nữa đĩ là:
- Hệ thống đánh lửa bán dẫn cĩ tiếp điểm
- Hệ thống đánh lửa bán dẫn khơng cĩ tiếp điểm.
Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa báố́n dẫn cĩ tiếp điểẩ̉m
Cĩ thể sử dụng thay thế cho các xe đời trước nay sử dụng hệ thống đánh lửa má vít. Sử dụng cho các động cơ thấp tốc bởi vì tốc độ cao sẽ làm cho transistor đĩng cắt khơng tích cực làm giảm Uy và chĩng mịn tiếp điểm. Hiện nay ít cịn dùng trên các dịng xe hiện đại
Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa báố́n dẫn khơng tiếp điểẩ̉m
Sơ đồì̀ nguyên lý:
Hình 2-35: Sơ đồì̀ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫẫ̃n khơng tiếp điểể̉m
1. Ắc quy; 2. Bộ phát lệnh; 3. Biến áp đánh lửa; 4. Cơng tắc khởi động; 5. Biến áp xung.
SVTH : Nam, Điền, Hồng, Tài, BảoTrang 54
Đặc điểể̉m của sơ đồì̀
- Khơng cần tiếp điểm, do đĩ khơng cịn tiếp xúc ăn mịn, và tuổi thọ của hệ thống đánh lửa được tăng lên tương ứng.Loại bỏ các má của vít cơ để dễ dàng điều chỉnh gĩc của cốc hút.Dễ dàng cài đặặ̣t, ổn định và yên tĩnh như các tiếp điểm vít.
- Ứng dụng trên các phương tiện mới như xe du lịch yêu cầu điều chỉnh đơn giản gĩc đánh lửa trước.
Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa điệệ̣n dung
Sơ đồì̀ nguyên lý
Hình 2-36: Sơ đồì̀ hệ thống đánh lửa điện dung điều khiểể̉n vít cĩ mạch chống rung 1. Ắc quy; 2. Khĩa điện; 3.Tụ tích; 4. Bobin; 5. Dây cao áp tới
bộ chia điện
Đặc điểể̉m của sơ đồì̀
- Năng lượng điện trường tích lũy trong tụ điện nên cĩ năng lượng lớn.
- Thường được sử dụng trên các xe thể thao, xe đua, động cơ cĩ piston tam giác và trên xe gắn máy.
Hệ thống đánh lửa điện tử:
Được chia làm 2 loại: đĩ là hệ thống đánh lửa trực tiếp và hệ thống đánh lửa gián tiếp SVTH : Nam, Điền, Hồng, Tài, BảoTrang 55
Hệ thống đánh lửa điện tử gián tiếp Sơ đờ nguyên lí
Hình 2-37: Sơ đồì̀ hệ thống đánh lửa gián tiếp
1. Cảm biến vị trí trục khuỷu; 2. Cảm biến vị trí trục cam; 3. Cảm biến vị trí bướm ga, 4.Các cảm biến khác; 5. ECU; 6. Ắc quy; 7. Cơng tắc máy; 8. Bobin; 9. IC đánh lửa; 10. Bộ chia điện; 11. Bugi đánh lửa.
Đặệ̣c điểẩ̉m của sơ đờ
- Thời điểm đánh lửa chính xác, loại bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng như bộ ly tâm.
- Dễ dàng điều chỉnh tự động thời điểm đánh lửa nhờ chương trình của ECU. + Kiểm sốt tốt quá trình hoạt động nhờ cĩ tín hiệu phản hồi IGF.
- Sử dụng trên các xe du lịch, xe khách nhỏ đời mới cĩ cơng suất vừa (số xi lanh ít) tốc độ trung bình.
Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa điệệ̣n tử trực tiếp
Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa điệệ̣n tử trực tiếp sử dụng bobin đơi Sơ đờ nguyên lý
SVTH : Nam, Điền, Hồng, Tài, BảoTrang 56
Hình 2-38: Sơ đồì̀ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bơbin đơi
1. Cảm biến vị trí trục khuỷu; 2. Cảm biến vị trí trục cam; 3. Cảm biến vị trí bướm ga; 4.Các cảm biến khác; 5. ECU; 6. Bobin; 7. IC đánh lửa; 8. Bugi đánh lửa.
Đặệ̣c điểẩ̉m của sơ đờ
- Dây cao áp ngắn thế nên giảm tổn thất điện năng, giảm điện dung kí sinh, giảm nhiễu sĩng vơ tuyến.
- Khơng cịn phân phối điện áp cao, do đĩ khơng cĩ khe hở trên đường dẫn điện áp cao.
- Các bộ phận dễ hư hỏng phải được loại bỏ và làm bằng vật liệu cách nhiệt tốt như bộ phân phối, chổi , nắp bộ phân phối.
- Dùng bobin đơi cho 4 xi lanh nên giảm số bobin, giảm nhánh điều khiển cho ECU, giảm số lượng transistor nên giảm giá thành.
- Phổ biến trong các loại ơ tơ hiện đại do cĩ nhiều lợi ích, nĩ được sử dụng trong động cơ của các loại ơ tơ du lịch đời mới để tăng hiệu suất động cơ bằng cách đơn giản là tạo ra thời điểm đánh lửa chính xác cho từng chế độ vận hành của động cơ
SVTH : Nam, Điền, Hồng, Tài, BảoTrang 57
Hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa trực tiếp sử dụng bobin đơn Sơ đờ nguyên lý
Hình 2-39: Sơ đồì̀ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bơbin đơn
1. Cảm biến vị trí trục khuỷu; 2. Cảm biến vị trí trục cam; 3. Cảm biến vị trí bướm ga; 4.Các cảm biến khác; 5. ECU; 6. Bobin; 7. IC đánh lửa; 8. Bugi đánh lửa.
Đặệ̣c điểẩ̉m của sơ đờ
- Khơng Khơng cĩ cáp cao áp nên ít mất năng lượng đánh lửa hơn.
- Khơng cĩ bộ chia điện nên ít hỏng hĩc hơn.
- Mỗỗ̃i cuộn dây được điều khiển riêng biệt bởi một nhánh của ECU, cho phép nĩ hoạt động độc lập.
SVTH : Nam, Điền, Hồng, Tài, BảoTrang 58
- Thời điểm đánh lửa chính xác và tối ưu ở mọi chế độ làm việc được cho là để tăng hiệu suất động cơ.
- Được ứng dụng trên các phương tiện hiện đại như ơ tơ du lịch với yêu cầu cơng suất và hiệu suất cao, nĩ đang dần thay thế các hệ thống đánh lửa thơng thường và bán dẫn do cĩ nhiều ưu điểm.
2.2.2. Cáố́c thơng sớố́ cơ bản của hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa
2.2.2.1. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m
Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là hiệu điện thế ở hai đầu cuộn dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi. Hiệu điện thế cực đại U2m phải lớn để cĩ khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặặ̣c biệt lúc khởi động.
2.2.2.2. Hiệu điện thế đánh lửa Udl
Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đĩ quá trình đánh lửa được xảy ra được gọi là hiệu điện thế đánh lửa (Udl). Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, theo định luật Pashen.
Udl=K Trong đĩ:
P: Là áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa
T: Nhiệt độ ở điện cực trung tâm của bugi tại thời điện đánh lửa
K: Hằng số phụ vào thành phần của hỗỗ̃n hợp hồ khí.
2.2.2.3. Hệ số dự trữ Kdt
Hệ số dự trữ là tỷ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m và hiệu điện thế đánh lửa UUd:
Kdl = U 2 m
Udl
SVTH : Nam, Điền, Hồng, Tài, BảoTrang 59
Đối với hệ thống đánh lửa thường, do U2m thấp nên Kat thường nhỏ hơn 1,5. Trên những động cơ xăng hiện đại với với hệ thống đánh lửa điện tử hệ số dự trữ cĩ khả năng tăng cao (Kat = 1,5 - 1,8) đáp ứng được việc tăng tỷ số nén, tăng số vịng quay và tăng khe hở bugi.
2.2.3. Nguyên lí hoạt động của hệệ̣ thớố́ng
Hệ thống đánh lửa trực tiếp đang được sử dụng phổ biến hiện nay là hệ thống đánh lửa trực tiếp dùng 1 bobin cho mỗỗ̃i xilanh và mỗỗ̃i bugi được nối với đầu cuộn thứ cấp, trong cuộn dây thứ cấp sinh ra dịng điện cao áp, sẽ cấp trực tiếp cho bugi này. Tia lửa điện của Bugi thốt ra từ điện cực tâm đến điện cực nối đất. Khi bật cơng tắc đánh lửa, rơ le đĩng các mạch, nguồn pin được cung cấp cho chân (+ B) của các cuộn dây đánh lửa. ECM xác nhận thời điểm đánh lửa và truyền tín hiệu đánh lửa (IGT) đến mỗỗ̃i cuộn đánh lửa, khi cĩ tín hiệu (IGT) thì IC trong cuộn đánh lửa sẽ điều khiển transitor cơng suất và lúc này cĩ dịng điện sơ cấp trong cuộn đánh lửa. Nếu ECM ngắt tín hiệu điều khiển (IGT) tại thời điểm này, transitor cơng suất trong IC đánh lửa sẽ điều khiển dịng điện sơ cấp, làm cho cuộn dây thứ cấp tạo ra điện áp cao. Điện áp này được cấp vào bugi để tạo ra tia lửa điện trong xi lanh. Khi ECM ngắt dịng điện sơ cấp, IC đánh lửa sẽ gửi tín hiệu xác nhận (IGF) cho mỗỗ̃i xi lanh đến ECM
2.2.4. Cáố́c cảm biến trên hệệ̣ thớố́ng đáố́nh lửa
2.2.4.1. Sơ đồì̀ bố trí chung của hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp
ECU được lập trình với dữ liệu đảm bảo thời điểm đánh lửa tối ưu ở mọi chế độ vận hành của động cơ. Dựa trên dữ liệu được gửi về từ các cảm biến giám sát động cơ, ECU sẽ gửi tín hiệu điều khiển IGT (Ignition Timing) đến IC đánh lửa để nĩ đánh lửa vào đúng thời điểm
Các tín hiệu như:
- Tốc độ động cơ (NE)
- Gĩc quay trục khuỷu (G)
- Áp suất đường ống nạp (PIM) hay lượng khí nạp (VS, KS và
VG). SVTH : Nam, Điền, Hồng, Tài, BảoTrang 60
- Nhiệt độ nước làm mát (THW)
- Cảm biến tiếng gõ (KNK)
Hình 2-40: Sơ đồì̀ bố trí chung của hệ thống đánh lửa điện tủ trực tiếp (DIS) 2.2.4.2. Cơng dụng, cấu tạo, làm việc của các cảm biến trong hệ thống đánh lửa điện tử
a. Bộ tạo tín hiệu G và Ne
Cơng dụng: Để tạo ra tín hiệu G và NE, ECU động cơ sử dụng tín hiệu này để xác định thời điểm đánh lửa và phun nhiên liệu.
Bộ tạo tín hiệu G và NE cĩ 3 loại:
- Loại đặặ̣t bên trong bộ chia điện.
- Loại cảm biến vị trí cam.
- Loại tách rời.
Loại đặt bên trong bộ chia điện
Cấu tạo:
SVTH : Nam, Điền, Hồng, Tài, BảoTrang 61
Bộ chia điện trong hệ thống điều khiển động cơ bao gồm rơto và các cuộn nhận tín hiệu G và NE.
Số lượng răng cuộn Rơto nhận tín hiệu khác nhau tuỳ theo loại động cơ.
Hình 2-41: Cấu tạo bộ chia điện loại cĩ bộ tạo tín hiệu G và NE
Nguyên lí hoạt động của bộ tạo tín hiệu G và NE sử dụng một cuộn nhận tín hiệu và rơto 4 răng cho tín hiệu G, và một cuộn nhận tín hiệu và rơto 24 răng cho tín hiệu NE
Tín hiệệ̣u G: Tín hiệu G báo cho ECU biết gĩc trục khuỷu tiêu chuẩn, được sử dụng để xác định thời điểm đánh lửa và phun nhiên liệu so với điểm chết trên của mỗỗ̃i xylanh. Các bộ phận của bộ chia điện sử dụng để tạo tín hiệu này bao gồm:
- Rơto cuả tín hiệu G, được bắt vào trục bộ chia điện và quay 1 vịng trong 2 vịng quay của trục khuỷu.
- Cuộn nhận tín hiệu G được lắp bên trong vỏ bộ chia điện.
Rơto của tín hiệu G cĩ 4 răng và kích hoạt cuộn nhận tín hiệu 4 lần trong mỗỗ̃i vịng quay trục bộ chia điện, tạo ra tín hiệu dạng sĩng như hình vẽ (2.29b). Từ tín hiệu này ECU động cơ nhận biết pittơng nào ở gần điểm chết trên (ĐCT)
SVTH : Nam, Điền, Hồng, Tài, BảoTrang 62
Hình 2-42: (a): Cấu tạo bộ tạo tín hiệu G; (b): dạng sĩng tín hiệu
Tín hiệệ̣u NE: Tín hiệu NE đến ECU động cơ cho biết tốc độ động cơ. Tín hiệu NE được sinh ra trong cuộn dây nhận tín hiệu nhờ rơto giống như khi tạo ra tín hiệu G, khác biệt duy nhất là rơto tín hiệu NE cĩ 24 răng. Nĩ kích hoạt cuộn nhận tín hiệu NE 24 lần trong 1 vịng quay của bộ chia điện. Từ các tín hiệu này, ECU động cơ nhận biết tốc độ động cơ cũng như từng thay đổi 30o một của gĩc quay trục khuỷu.
Hình 2-43: (a): Cấu tạo bộ tạo tín hiệu NE; (b): dạng sĩng tín hiệu NE Mạch điệệ̣n:
SVTH : Nam, Điền, Hồng, Tài, BảoTrang 63
Hình 2-44: Sơ đồì̀ mạch điện và dạng sĩng tín hiệu G và NE b. Loại cảm biến vị trí cam
Cấu tạo: Kết cấu và hoạt động của cảm biến vị trí cam giống như loại đặặ̣t trong bộ chia điện, ngoại trừ nĩ loại bỏ hệ thống phân phối điện áp khỏi bộ chia điện.
Hình 2-45: Cấu tạo cảm biến vị trí trục cam
Mạch điệệ̣n:
SVTH : Nam, Điền, Hồng, Tài, BảoTrang 64
Hình 2-46: Sơ đồì̀ mạch điện cảm biến vị trí trục cam
Tín hiệu G1, G2 (2 cuộn nhận tín hiệu, 1 răng) Tín hiệu NE (1 cuộn nhận tín hiệu, 24 răng)
Loại táố́ch rời
Tín hiệu G ( Đã trình bầy ở mục 2.1.2.1)