Tìm hiểu một số PAN trong hệ thống đánh lửa và các giải pháp khắc phục

l nh vực công nghiệp, nông nghiệp, ngư nghiệp, giao thông vận tải, quân sự… Bên cạnh đó, ĐCĐT còn dùng là nguồn động lực cho các phương tiện, thiết bị khi cần di chuyển linh hoạt trong m

HÀ NỘI, 2014

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình làm khóa luận, tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong khoa Vật lý - Trường đại học Sư phạm Hà Nội 2 Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình tới các thầy cô và đặc biệt là

KS Trần Văn Giảng đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện giúp đỡ tôi

hoàn thành khóa luận này

Tuy bản thân đã hết sức cố gắng nhưng không thể tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót, còn phải hoàn thiện thêm Vì vậy, tôi kính mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và bạn đọc để khóa luận này được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 5 năm 2014

Tác giả khóa luận Hoàng Thị Phương

LỜI CAM ĐOAN

Khóa luận này được hoàn thành dưới sự nỗ lực của bản thân và sự

hướng dẫn nhiệt tình của thầy Trần Văn Giảng Tôi xin cam đoan rằng số

liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận là trung thực và không lặp lại với các đề tài khác Mọi tham khảo dùng trong khóa luận đều được chỉ rõ nguồn gốc

Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo hay gian trá tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Đồ thị thể hiện các giai đoạn cháy của động cơ xăng 4

Hình 1.2: Góc đánh lửa sớm 6

Hình 1.3: Sơ đồ cấu tạo của hệ thống đánh lửa thường 13

Hình 1.4: Quá trình tăng dòng sơ cấp 16

Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm 19

Hình 1.6: Cảm biến quang 21

Hình 1.7: Sơ đồ mạch điện HTĐL bán dẫn dùng cảm biến quang 22

Hình 2.1: Bugi loại nóng và bugi loại nguội 28

Hình 2.2: Cấu tạo của bugi 28

Hình 2.3: Đoán bệnh động cơ bằng bugi 31

Hình 2.4: Bobin tăng áp 32

Hình 2.5: Đo điện trở cuộn sơ cấp 33

Hình 2.6: Đo điện trở cuộn thứ cấp 33

Hình 2.7: Delco sử dụng má vít 34

Hình 2.8: Cấu tạo tụ điện 35

Hình 2.9: Đồng hồ đo điện áp ắc quy 37

Hình 2.10: Thiết bị kiểm tra điện cao áp 38

Hình 2.11: Điều chỉnh khe hở bugi 39

Hình 2.12: Đèn hoạt nghiệm 40

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Danh mục hình

MỞ ĐẦU 1

NỘI DUNG 3

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 3

1.1 QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG 3

1.1.1 Các giai đoạn cháy 3

1.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình cháy của động cơ xăng 6

1.1.3 Sự cháy không bình thường của động cơ xăng 9

1.2 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 11

1.2.1 Nhiệm vụ 11

1.2.2 Yêu cầu… 12

1.2.3 Phân loại 12

1.3 MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA THƯỜNG DÙNG 13

1.3.1 Hệ thống đánh lửa thường 13

1.3.2 Hệ thống đánh lửa điện tử (bán dẫn) 18

1.3.3 Các thông số cơ bản của hệ thống đánh lửa 22

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ “PAN” TRONG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA VÀ CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC 27

2.1 MỘT SỐ CHI TIẾT CƠ BẢN TRONG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA HAY GẶP SỰ CỐ 27

2.1.1 Bugi 27

2.1.2 Bobin – Dây cao áp 31

2.1.3 Bộ chia điện 34

2.1.4 Tụ điện 35

2.2 MỘT SỐ “PAN’ TRONG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA VÀ CÁC GIẢI

PHÁP KHẮC PHỤC 36

2.2.1 Động cơ không nổ 36

2.2.2 Máy đề một hồi lâu mới nổ 38

2.2.3 Động cơ bị gõ (máy chạy có tiếng nổ bất thường) 40

2.2.4 Máy chạy thất thường lúc nhanh lúc chậm, có khi đang đi thấy xe giật 42

2.2.5 Khí thải có màu đen 42

2.2.6 Động cơ rất nóng, rung động nhiều, công suất giảm 43

2.2.7 Máy chạy hao xăng hơn so với bình thường 44

2.2.8 Động cơ khởi động dễ dàng nhưng hay bị chết máy 46

KẾT LUẬN 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

l nh vực công nghiệp, nông nghiệp, ngư nghiệp, giao thông vận tải, quân sự… Bên cạnh đó, ĐCĐT còn dùng là nguồn động lực cho các phương tiện, thiết bị khi cần di chuyển linh hoạt trong một phạm vi rộng và với khoảng cách khá lớn trong quá trình làm việc như máy bay, tàu thủy, ôtô…

Ở ĐCĐT cháy cưỡng bức, ngoài hệ thống khởi động, hệ thống làm mát,

hệ thống bôi trơn, hệ thống cung cấp nhiên liệu và không khí thì hệ thống đánh lửa là bộ phận không thể thiếu đối với động cơ xăng Hệ thống đánh lửa

có nhiệm vụ tạo ra tia lửa điện cao áp để châm cháy hòa khí trong xilanh đúng thời điểm Nếu sự đánh lửa bị ngưng trễ trong 1s hay hệ thống bị hư hỏng thì động cơ hoạt động yếu, thậm chí ng ng hoạt động Ngoài ra, đây còn

là hệ thống hay hỏng hóc nhất Qua đây, ta có thể thấy được hệ thống đánh lửa quyết định đến quá trình hoạt động và hiệu suất của động cơ

Chính vì lí do đó đã thúc đ y tôi nghiên cứu đề tài “

ả

2 Đối tượng nghiên cứu

Một số hệ thống đánh lửa thường dùng trong động cơ xăng

2

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tìm hiểu khái quát chung về hệ thống đánh lửa

- Tìm hiểu một số “pan” trong hệ thống đánh lửa và biết cách xử lý các

hư hỏng thông thường

5 Phương pháp nghiên cứu

Lí thuyết

6 Đóng góp của khóa luận

Khóa luận này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho sinh viên và những người quan tâm

7 Cấu trúc khóa luận

Khóa luận bao gồm 3 phần:

3

PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 1.1 QUÁ TRÌNH CHÁY TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG

Trong chu trình lý thuyết, nhiệt lượng của quá trình cháy là do bên ngoài cung cấp, còn trong chu trình thực tế thì nhiệt lượng của quá trình cháy lại do nhiên liệu cháy trong xilanh cung cấp Do đó quá trình cháy thực tế khác quá trình cháy lý thuyết ở những điểm:

- Trong quá trình cháy thực tế không những nội năng của khí thể thay đổi mà tính chất vật lí, hóa học của môi chất cũng thay đổi Sau khi cháy khí hỗn hợp biến thành sản ph m cháy mà tính chất vật lí, hóa học của nó cũng khác hoàn toàn với khí hỗn hợp

- Quá trình cháy thực tế tiến hành dưới điều kiện thể tích, áp suất, nhiệt

độ đều luôn thay đổi

- Trong quá trình cháy thực tế có tổn thất như: truyền nhiệt cho thành xilanh và các chi tiết máy khác, đồng thời có sự lọt khí

Tính chất của quá trình cháy phụ thuộc vào tính chất của nhiên liệu, vào phương pháp hình thành khí hỗn hợp và phương pháp đốt cháy khí hỗn hợp Ở động cơ Diezel thì nhiên liệu tự bốc cháy, v a cháy v a được phun tiếp nhiên liệu vào, và sự cháy xuất phát t nhiều tâm điểm lửa Còn ở động

cơ xăng sự cháy của nhiên liệu là nhờ có tia lửa điện của bugi, trong quá trình cháy không có sự đưa thêm nhiên liệu vào và sự cháy chỉ bắt đầu t một tâm điểm lửa là bugi Quá trình cháy của động cơ xăng được chia làm 3 giai đoạn:

1.1.1 Các giai đoạn cháy

1.1.1.1 G ạn cháy trễ

4

Hình 1.1: Đồ thị thể hiện các giai đoạn cháy của động cơ xăng

Diễn biến t điểm A đến B trên hình vẽ Trong đó :

TDC (Top Dead Center): Điểm chết trên

ATDC (After Top Dead Center): Sau điểm chết trên

BTDC (Before Top Dead Center): Trước điểm chết trên

Ở thời điểm A bugi bật tia lửa điện Tia lửa điện có năng lượng rất lớn,

có tác dụng phân tích nhiên liệu thành các gốc OH, CH2, … hoạt động rất mạnh (đó là những ion và nguyên tử tự do)

Khi các gốc ion và nguyên tử tự do tích tụ nhiều thì mới bắt đầu có sự cháy, vì thế ở động cơ xăng có giai đoạn cháy trễ (tức là giai đoạn chu n bị cháy)

Giai đoạn cháy trễ kết thúc vào lúc ở khu vực gần quanh bugi xuất hiện

sự cháy và hình thành màng lửa đầu tiên làm cho áp suất trong xilanh bắt đầu tăng lên Tại thời điểm B đường cong cháy tách khỏi đường cong nén chu n

bị cho sự lan tràn màng lửa Giai đoạn cháy trễ đo gần như không thay đổi và

nó không bị ảnh hưởng của điều kiện làm việc của động cơ

1.1.1.2 G ạn lan tràn màng l a

5

Diễn biến t điểm B đến điểm C (hình 1.1)

Giai đoạn này bắt đầu t lúc màng lửa lan ra đến lúc môi chất có áp suất cao nhất Màng lửa được lan truyền với tốc độ tăng dần, hòa khí trong xilanh có phản ứng oxi hóa ngày một mãnh liệt và tỏa ra một số nhiệt lượng lớn, trong khi dung tích xilanh gần như không thay đổi làm áp suất và nhiệt

độ môi chất tăng nhanh

Giai đoạn này là giai đoạn cháy chính trong quá trình cháy hòa khí của động cơ xăng, phần lớn nhiệt lượng được tỏa ra trong giai đoạn này Quy luật tỏa nhiệt sẽ quyết định việc tăng áp suất, tức quyết định khả năng đ y piston sinh công Vì vậy, thời kì này có ảnh hưởng quyết định tới tính năng của động

cơ xăng

Tốc độ tăng áp suất phụ thuộc vào giá trị ̅ =

Thông thường người

ta giới hạn giá trị ̅ trong khoảng (1,75→2,5).105

pa/độ góc quay của trục khuỷu

Mặt khác, phải điều chỉnh áp suất cực đại điểm C được xuất hiện sau ĐCT khoảng 10 → 15 góc quay trục khuỷu, lúc ấy động cơ chạy êm dịu, nhẹ nhàng

1.1.1.3 G ạn cháy rớt

Diễn biến t điểm C đến một phần sau điểm D (hình 1.1)

Ở điểm C khí cháy có nhiệt độ cao nhất Quá trình lan tràn của màng lửa kết thúc gần điểm D Sở d ở động cơ xăng cũng có giai đoạn cháy rớt vì

có thể có một số điểm trong không gian buồng cháy của xilanh có nhiên liệu nhưng không có không khí Do đó một số nhiên liệu chưa kịp cháy ở giai đoạn lan tràn màng lửa mà phải sang giai đoạn cháy rớt mới có điều kiện gặp oxi Tuy nhiên, với động cơ xăng giai đoạn này rất ngắn

Giai đoạn này không có lợi cho động cơ, làm nóng các chi tiết máy Nếu động cơ có quá trình cháy hoàn hảo thì không có giai đoạn cháy rớt

6

1.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình cháy của động cơ xăng

1.1.2.1 Ả ưởng của tỉ s nén 𝜀

𝜀 = Trong đó: Vtp là thể tích toàn phần

Trong đó:

- α = 1: Lượng không khí nạp bằng lượng không khí lý thuyết, hỗn hợp này gọi là hỗn hợp lý thuyết hay hỗn hợp hoá định lượng

- α = 1,05÷1,1: Hỗn hợp cháy hơi nhạt, nhiên liệu bốc cháy gần hết, lượng không khí dư ít, lúc đó hiệu suất i đạt giá trị cực đại và tiêu hao nhiên liệu có giá trị nhỏ nhất

- α > 1,1: Lượng không khí dư nhiều, tốc độ cháy giảm, quá trình cháy kéo dài sang đường dãn nở làm cho công suất, hiệu suất giảm

- α = 0,85÷0,9: Lượng không khí thiếu so với lượng không khí lý thuyết, tốc độ cháy lớn, công suất động cơ đạt cực đại

- α < 0,85: Lượng không khí thiếu so với lượng không khí lý thuyết khoảng 15÷25%, nhiên liệu cháy không hết, công suất giảm, suất tiêu hao nhiên liệu tăng, sinh nhiều muội than trong buồng cháy, khói đen…

1.1.2.4 Ả ưởng của t vòng quay tr c khuỷu (n vòng/phút)

- Tốc độ vòng quay lớn pitson xuống nhanh, vận tốc dòng khí lớn, tạo

ra lốc xoáy làm xăng và không khí trộn đều tạo điều kiện tốt cho quá trình cháy

- Nhưng khi tốc độ vòng quay tăng đáng kể quá trình cháy lan sang quá trình cháy rớt Do đó khi tốc độ lớn cần tăng φo Thực nghiệm chứng minh khi tăng tốc độ vòng quay kết hợp tăng φo hợp lý thì quá trình cháy của động cơ được cải thiện rõ rệt

1.1.2.5 Ả ưởng củ ườ ơ

8

Làm mát bằng nước thì khó xảy ra kích nổ, nhưng làm mát động cơ quá mức cũng không có lợi vì xăng khó bốc hơi, không những làm giảm tốc độ cháy, giảm công suất động cơ mà còn xảy ra hiện tượng xăng bị ngưng tụ thành những giọt nhỏ lọt xuống cacte làm phân hủy dầu nhờn

1.1.2.6 Ả ưởng của nhiên li u và dầu nhờn

Nhiên liệu có trị số octan càng cao thì tính chống kích nổ càng tốt Động cơ thiết kế với nhiên liệu có trị số octan càng thấp thì càng dễ xảy ra kích nổ

Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa dầu bôi trơn đến các bề mặt làm việc của các chi tiết, đồng thời lọc sạch các tạp chất lẫn trong dầu và làm mát dầu để đảm bảo tính năng hóa lý của nó

Nếu dầu bôi trơn có độ nhớt quá cao (đặc quá) thì động cơ chạy không trơn, tiêu tốn nhiều công suất cho ma sát Thậm chí nếu dầu quá đặc sẽ có thể giảm khả năng lưu động, dầu không được dẫn đến các bề mặt ma sát của động

cơ

Nhưng nếu dầu nhờn có độ nhớt quá thấp thì nó dễ bị lọt lên buồng cháy, hình thành muội than bám vào bugi tạo điều kiện xảy ra hiện tượng cháy sớm

1.1.2.7 Ả ưởng của hình dạng buồng cháy và cách b trí bugi

Hình dạng buồng cháy phải đảm bảo tạo điều kiện cho môi chất vận động xoáy lốc mạnh, nhiên liệu dễ bốc hơi, hòa trộn với không khí giúp cho

sự cháy nhanh và chống kích nổ

Hình dạng buồng cháy phải cấu tạo sao cho khu vực cháy cuối cùng có không gian cháy càng nhỏ càng tốt Khoảng cách t bugi đến khu vực cháy cuối cùng phải đảm bảo ngắn nhất Do đó nếu động cơ có đường kính xilanh lớn thì phải dùng thêm nhiều bugi cho một xilanh Vị trí đặt bugi phải ở gần

Cháy sớm là hiện tượng tự cháy khi bugi chưa bật tia lửa điện

Trong động cơ nhiều xilanh thì cháy sớm không giống nhau trong t ng xilanh nên gây tiếng gõ kim loại khác nhau

Nguyên nhân: do buồng cháy có những điểm nóng, phần lớn là do muội

than tích điện dẫn đến tự phát hỏa, sai quy luật bình thường

Tác hại: làm cho động cơ rất nóng, rung động nhiều, giảm sức bền các

chi tiết, nhiên liệu cháy không hết, công suất động cơ giảm Sở d công suất động cơ giảm vì hỗn hợp khí bốc cháy trong khi pitson đang đi lên ở quá trình nén, do đó công tiêu hao cho quá trình nén tăng

Muốn biết có hiện tượng cháy sớm hay không thì chỉ cần cắt điện bugi nếu máy vẫn nổ thì có hiện tượng cháy sớm

Khu vực bugi hoặc buồng cháy nói chung phải giữ được nhiệt độ trong phạm vi 580 < nhiệt độ buồng cháy < 850

- Nếu nhiệt độ buồng cháy nhỏ hơn 580 thì muội than dễ hình thành bám vào bugi và một ít dầu nhờn biến thành keo, chất keo này khó tản nhiệt cho nên nhiệt độ của nó tăng lên rất cao và trở thành nguồn nhiệt

- Nếu nhiệt độ buồng cháy lớn hơn 850 thì bản thân bugi đã trở thành nguồn lửa

1.1.3.2 Hi ượng cháy kích nổ

Kích nổ là hiện tượng nổ quá sớm so với thời điểm nổ thích hợp do bugi kích hoạt, xảy ra ở cuối kỳ nén Hỗn hợp không khí và nhiên liệu tự bốc cháy trước cả khi bugi đánh lửa Đám cháy lan rộng, kèm theo đó áp suất tăng cao ở khu vực xung quanh Sự va chạm giữa các làn sóng áp suất của các đám

mà không được biến đổi thành cơ năng Nhiệt độ động cơ nóng quá mức bình thường Kích nổ làm máy nóng, công suất giảm, xe chạy ỳ, âm thanh giống như tiếng gõ phát ra tại khu vực động cơ là những dấu hiện thường thấy của hiện tượng kích nổ Điều kiện làm việc khắc nghiệt hơn bình thường, trục khuỷu có nguy cơ hỏng nặng

Nguyên nhân sự kích nổ:

Chỉ số octan là đại lượng đặc trưng cho khả năng chống kích nổ của xăng Động cơ có tỷ số nén lớn đòi hỏi xăng có chỉ số octan lớn Dó đó hãy tham khảo khuyến cáo ghi trong sổ tay hướng dẫn sử dụng xe để biết loại xăng phù hợp cho xe Ngoài ra bugi đánh lửa sớm cũng dễ phát sinh kích nổ Lỗi t hệ thống đánh lửa phần lớn xuất hiện ở những xe đời cũ do đặt sai góc đánh lửa Những dòng xe hiện đại sử dụng hệ đánh lửa điện tử, lỗi có thể do thông tin sai lệch t cảm biến tín hiệu đầu vào Một nguyên nhân khác, trong

buồng đốt có chứa nhiều muội cacbon nóng tạo lên mồi châm cháy hòa khí

Hiện tượng kích nổ bắt nguồn t việc sử dụng nhiên liệu có khả năng chống kích nổ quá thấp, khiến cho hỗn hợp khí - nhiên liệu không được đốt cháy một cách điều hoà để tạo ra nguồn năng lượng tối đa Để khắc phục hiện tượng này, cần phải chế tạo xăng dùng cho động cơ có khả năng chống kích

nổ tốt

11

Tác hại:

Hiện tượng kích nổ làm tiêu hao năng lượng, giảm sức mạnh của động

cơ do năng lượng nhiệt thu được không dùng để sinh công hữu ích Áp suất sinh ra t các điểm tự cháy chủ yếu tạo ra các sóng hơi rung động va đập vào thành xilanh, máy nổ rung giật và làm nóng động cơ một cách bất thường Đồng thời, sóng nén sinh ra t các vị trí kích nổ cộng hưởng với sóng nén chính tạo ra nút giao thoa và phát ra những tiếng kêu “lốc cốc”

Khắc phục hiện tượng kích nổ:

- Duy trì nhiệt độ buồng cháy ở mức quy định (khoảng 80 ÷85 )

- Sử dụng cảm biến giám sát hiện tượng kích nổ: khi phát hiện thấy

hiện tượng này, máy tính sẽ điều chỉnh theo hướng giảm nhiên liệu

- Vệ sinh vòi phun, làm sạch bugi khi có nhiều muội than bám trong buồng đốt

- Sử dụng gioăng quy lát dày để giảm tỷ số nén Tuy nhiên biện pháp này chỉ nên được xem xét nếu động cơ v a được đại tu vì có thể thợ máy đã lắp nhầm gioăng

1.2 NHIỆM VỤ, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

1.2.1 Nhiệm vụ

- Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều điện thế thấp (6V, 12V hay 24V) hay các xung điện xoay chiều điện thế thấp (như trong hệ thống đánh lửa bằng Manhêtô) thành các xung điện thế cao (12000 - 50000V) đủ để tạo nên tia lửa điện cao thế để đốt cháy hỗn hợp trong các xilanh của động cơ ở những thời điểm thích hợp với các chế độ làm việc và

theo thứ tự nổ nhất định 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

12

1.2.2 Yêu cầu

- Tia lửa mạnh: Trong hệ thống đánh lửa, tia lửa được phát ra giữa các

điện cực của các bugi để đốt cháy hỗn hợp hòa khí Hòa khí bị nén có điện trở lớn, nên cần phải tạo ra điện thế hàng chục ngàn vôn để đảm bảo phát ra tia

lửa mạnh, có thể đốt cháy hỗn hợp hòa khí

- Thời điểm đánh lửa chính xác: Hệ thống đánh lửa phải luôn luôn có

thời điểm đánh lửa chính xác vào cuối kỳ nén của các xilanh và góc đánh lửa sớm phù hợp với sự thay đổi tốc độ và tải trọng của động cơ

- Có đủ độ bền: Hệ thống đánh lửa phải có đủ độ tin cậy để chịu đựng

được tác động của rung động và nhiệt của động cơ

1.2.3 Phân loại

Ngày nay, hệ thống đánh lửa được trang bị trên ĐCĐT có rất nhiều loại khác nhau Dựa vào cấu tạo, hoạt động, phương pháp điều khiển, người ta

phân loại hệ thống đánh lửa theo các cách phân loại sau:

* Phân loại theo đặc điểm cấu tạo:

- Hệ thống đánh lửa thường

- Hệ thống đánh lửa điện tử (bán dẫn):

+ Loại có tiếp điểm

+ Loại không có tiếp điểm

- Hệ thống đánh lửa dùng manhêto

* Phân loại theo phương pháp tích luỹ năng lượng:

- Hệ thống đánh lửa điện cảm (TI – transistor ignition system)

- Hệ thống đánh lửa điện dung (CDI – capacitor discharged ignition system)

* Phân loại theo phương pháp điều khiển bằng cảm biến:

- Hệ thống đánh lửa sử dụng tiếp điểm (breaker)

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall

* Phân loại theo các phân bố điện cao áp:

- Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện Delco

- Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay không có Delco

1.3 MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA THƯỜNG DÙNG

1.3.1 Hệ thống đánh lửa thường

1.3.1.1 Sơ ồ cấu tạo:

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống đánh lửa thường 1.Trục cam 2 Cần tiếp điểm 3 Biến áp đánh lửa 4 Bộ chia điện 5 Bugi

Chức năng của từng bộ phận:

- Má vít KK’: phải chịu được dòng lớn, tiếp xúc tốt, không gỉ, thường làm bằng bạch kim dẫn nhiệt tốt

14

- Điện trở phụ : cho phép tăng điện thế thứ cấp ở số vòng quay cao, giảm nhiệt độ và hạn chế bớt dòng điện sơ cấp để đảm bảo điều kiện làm việc cho tiếp điểm

- Bình ắc quy (Aq): Là nguồn điện thường trực trên động cơ, cung cấp cho các nguồn phụ tải như máy khởi động, đèn còi…tích luỹ điện năng do máy phát điện nạp vào

- Công tắc máy: Để nối hay ngắt dòng điện sơ cấp của hệ thống khi cần khởi động hay tắt máy

- Biến áp đánh lửa hay bobin (ống tăng thế): gồm hai cuộn dây cuộn sơ cấp W1 có khoảng vài trăm vòng, cuộn thứ cấp W2 có khoảng hàng chục nghìn vòng

- Bộ chia điện: Cắt và nối dòng điện sơ cấp gây nên biến thiên t thông trong bobin làm cho cuộn thứ cấp cảm ứng điện cao thế Bộ chia điện còn có công dụng chia dòng điện cao thế cho các bugi vào đúng thời điểm Cam của

bộ chia điện được dẫn động quay t trục phân phối làm nhiệm vụ đóng mở tiếp điểm KK’ tức là nối ngắt mạch sơ cấp của biến áp đánh lửa

- Tụ điện C: mắc song song với tiếp đểm nên dập được tia lửa điện ở KK’, tiếp điểm đỡ cháy hỏng và làm cho i1 triệt tiêu nhanh chóng, điện áp thứ cấp mạnh lên

1.3.1.2 Nguyên lý hoạ ng của h th ường

 Khi đóng công tắc máy, trong trường hợp tiếp điểm KK’ đóng dòng điện sơ cấp chạy trong mạch Dòng này tạo nên một t trường khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa, t (+) Aq→ Công tắc

→ → → Cần tiếp điểm 2→ KK’→ Mát→ (-) Aq Dòng tăng t không tới một giá trị giới hạn, sinh ra trong cuộn cảm một sức điện động tự cảm ngược chiều với chiều sức điện động của ắc quy và làm quá trình gia tăng của chậm lại Trong giai đoạn gia tăng dòng sơ cấp ta có thể viết phương trình:

15

Ung + eL1 = i1.R1 (1.1) Trong đó:

Ung - Hiệu điện thế của nguồn điện (V)

eL1 - SĐĐ tự cảm trong cuộn sơ cấp (V)

R1 - Điện trở thuần của mạch sơ cấp ()

Mà: 1 1 1

1 1

1

dt

di L U dt

di L

e R

di  ng (1.4) Khi t = 0 (tiếp điểm v a đóng lại) thì i1 = 0

Khi t =  (tiếp điểm đóng rất lâu) thì:

0

U

i ng (1 5)

T các biểu thức trên ta thấy rõ rằng, tốc độ gia tăng dòng sơ cấp phụ thuộc vào giá trị Ung và L1 L1 càng lớn thì tốc độ tăng dòng sơ cấp càng giảm.Tốc độ này 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 

độ này không bao giờ giảm đến không

16

Vì thời gian tiếp điểm đóng ngắn nên dòng sơ cấp không kịp đạt giá trị

ổn định Giá trị cực đại mà dòng sơ cấp có thể đạt được (i1max) (cũng chính là dòng điện khi tiếp điểm mở ) phụ thuộc vào điện trở mạch sơ cấp và thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng Thay giá trị t = td vào phương trình (1.3), ta xác định được:

R

U I

1

1

1 1

max

Hình 1.4 Quá trình tăng dòng sơ cấp i 1

Đường (1) ứng với xe đời cũ có bobin độ tự cảm lớn, tốc độ tăng dòng

sơ cấp chậm hơn so với bobin xe đời mới có độ tự cảm nhỏ đường (2) Chính

vì điều này làm cho lửa yếu lúc xe có tốc độ cao Trên xe đời mới đã được khắc phục nhờ sử dụng bobin có độ tự cảm nhỏ

Trong đó: I1ng - Giá trị dòng sơ cấp khi tiếp điểm mở (A)

td - Thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng (s) Nếu ký hiệu

ck d m d

d d

T

t t t

Z n T

t

e d ck d d

17

Trong đó: n e Z  f

120 - Tần số đóng mở của tiếp điểm

Z - Số xi lanh của động cơ 4 kỳ

ne - Số vòng quay của động cơ

1

1 1

R ng

ng

e d

e R

U I



T biểu thức (1.8) ta rút ra các nhận xét sau:

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

- I1ng giảm đi khi tăng số vòng quay và số xilanh 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 d không thể làm tăng quá 0,63 vì lúc đó cam sẽ rất nhọn, gây ra rung động và va đập cần tiếp điểm khi làm việc và mau mòn

Do i1 biến thiên nên t thông biến thiên trong lõi thép nhưng 

không lớn nên suất điện động tự cảm trong cuộn W1 là e1= 20V÷30 V, cuộn

W2 là e2= 1500÷2000 V Với điện thế này, không đủ lớn để sinh ra tia lửa điện đánh lửa phóng qua khe hở của hai cực bugi, vì vậy mạch thứ cấp bị hở

 Đến thời điểm t1, do cam quay làm KK’ mở nên dòng i1 mất đi một

cách đột ngột nhờ tụ C Lúc này tốc độ biến thiên của i1 

e2=12000÷24000 V Với điện thế này mạch thứ cấp xuất hiện dòng i2 dưới dạng tia lửa điện cao thế phóng qua khe hở giữa 2 điện cực của bugi và đốt cháy khí hỗn hợp trong xilanh

Rất nhiều thí nghiệm cho thấy tia lửa điện này có 2 phần rõ rệt: phần diện dung và phần điện cảm:

18

+ Phần điện dung do năng lượng tích lũy trong thành phần điện dung của mạch thứ cấp Tia lửa có màu xanh lơ, rất chói và kéo dài 10-6s Tia lửa này làm điện thế cao áp giảm đột ngột, còn xung cường độ dòng điện tới 300A và đặc trưng bằng những tiếng nổ lách tách

+ Phần tia lửa điện cảm màu tím, vàng nhạt có xung cường độ dòng điện 80÷100 mA, thời gian kéo dài hơn tia lửa có tính điện dung 2÷3 lần hoặc hơn nữa

Lúc này e1 với giá trị 200÷300 V nếu không được dập tắt sẽ gây ra tia lửa dữ dội ở tiếp điểm làm các tiếp điểm dễ cháy hỏng, ngoài ra nó còn có tác dụng kéo dài thời gian triệt tiêu của dòng i1 cũng như t trường do nó sinh ra

1.3.2 Hệ thống đánh lửa điện tử (bán dẫn)

Hệ thống đánh lửa thường còn nhiều hạn chế trong quá trình sử dụng: như hiệu điện thế đánh lửa không lớn, không đáp ứng dòng điện cho quá trình tăng tốc Hơn nữa do cơ cấu điều khiển bằng cơ khí nên trong quá trình sử dụng sẽ có nhiều hư hỏng… Vậy nên, ngày nay hầu hết các động cơ đều được trang bị hệ thống đánh lửa bán dẫn vì loại này còn có ưu điểm là tạo ra tia lửa mạnh ở điện cực ở bugi, đáp ứng tốt các chế độ làm việc của động cơ, tuổi thọ

cao… Hệ thống đánh lửa điện tử có thể chia làm 2 nhóm chính:

+ Nhóm thứ nhất HTĐL bán dẫn có tiếp điểm điều khiển trong đó vẫn tồn tại bộ chia điện như HTĐL thường nhưng điều kiện làm việc của tiếp điểm được cải thiện hơn và tuổi thọ cúa chúng cũng tăng lên nhiều

+ Nhóm thứ hai là HTĐL bán dẫn không tiếp điểm, ở loại này không còn cơ cấu cam - tiếp điểm như trong HTĐL thường, thời điểm đánh lửa ở đây được điều khiển nhờ bộ cảm biến đánh lửa không tiếp điểm đặc biệt Ngoài ra theo phương pháp tích lũy năng lượng đánh lửa thì trong t ng nhóm trên lại chia ra các loại nhỏ: loại điện cảm (năng lượng được tích lũy

19

trong t trường của biến áp đánh lửa); loại điện dung (năng lượng được tích lũy trong điện trường của một tụ điện gọi là tích tụ)

1.3.2.1 H th n t có tiế m

Tùy t ng sơ đồ mà hệ thống có một, hai hoặc vài tranzito hay tiristo

Với các tranzito làm việc trong HTĐL cần xét tới các thông số chính sau:

- Điện áp đánh hỏng tranzito trong trường hợp mạch cực gốc bị hở, giá trị này không được nhỏ hơn 120÷150 V

- Hệ số khuếch đại dòng β phải lớn hơn 10

- Điện thế cho phép ở hai cực phát góp UEC ứng với chế độ khóa

- Dòng cực góp lớn nhất cho phép ICmax

Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm

1 Bộ tạo tín hiệu: phát ra tín hiệu đánh lửa

2 IC đánh lửa: nhận tín hiệu đánh lửa và lập tức cho chạy dòng sơ cấp

3 Bobin: với dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột, sinh ra dòng cao áp

4 Bộ chia điện: sẽ phân phối dòng cao áp t cuộn thứ cấp đến các bugi

5 Bugi: nhận dòng cao áp và đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp hòa khí

Sơ đồ cấu tạo: được giới thiệu trên hình 1.5 Cuộn sơ cấp W1 của bobin được mắc nối tiếp với tranzito (IC đánh lửa) Do có các tranzito nên

Nguyên lý làm việc: Khóa điện và tiếp điểm của bộ tạo tín hiệu đóng,

điện thế ở cực E có giá trị dương vì qua W1, cực E được nối với cực (+) của

ắc quy, còn cực B có giá trị âm, được nối với cực âm của ắc quy Do vậy tiếp giáp phải mở cho dòng điện cực gốc đi theo mạch: (+)Aq → W1 → cực E → cực B→ tiếp điểm của bộ tạo tín hiệu → mát → (-) Aq Khi tranzito mở hoàn toàn cho dòng IC có giá trị lớn nhất qua nó, theo mạch (+) Aq→ W1 → cực E

→ cực C → mát → (-) Aq

Sức điện động tự cảm e1 trong cuộn W1 ở HTĐL thường có thể đạt 200÷400 V và hơn nữa Vì thế không thể dùng biến áp đánh lửa thường cho một số sơ đồ đánh lửa bán dẫn vì tranzito không chịu nổi điện áp như vậy đặt vào cực E – C của nó, khi nó đang ở trạng thái khóa Ở HTĐL bán dẫn người

ta thường dùng biến áp đánh lửa có hệ số biến thế lớn và có hệ số điện cảm L1nhỏ hơn loại thường Nhờ vậy mà tranzito làm việc an toàn và trong trường hợp cần thiết, có thể còn mắc thêm những mạch stabilitron (đèn ổn áp) bảo vệ… Trong HTĐL bán dẫn e1 thường dưới 100V

1.3.2.2 H th n t không có tiế m

Hệ thống đánh lửa điện tử không tiếp điểm có thể điều khiển đánh lửa bằng vít điều khiển hoặc dùng một cảm biến để điều khiển (cảm biến điện t , cảm biến quang, cảm biến Hall)

Cảm biến đánh lửa là một bộ phận tạo ra các tín hiệu điện (điện áp hoặc dòng điện) để điều khiển chế độ làm việc (chế độ thông – khóa) của tranzito công suất T trong HTĐL Bộ cảm biến đánh lửa được bố trí trong bộ chia điện (thay cho vị trí của cam quay và mâm tiếp điểm trong bộ chia điện