Đồ án hệ thống đánh lửa xe mazda 52wđ 2015

Công dụng Hệ thống đánh lửaHTDL trên ôtô có nhiệm vụ biến dòng một chiều thấpáp12V, 24V hoặc dòng điện xoay chiều thấp áptrong HTĐL Manheto hay vô lăngManheto thành xung điện cao áp 12 k

BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

SỐ :15

Khóa : Lớp : Khoa;Công nghệ ô tô

Giáo viên hướng dẫn :

NỘI DUNG

1 Tổng quan hệ thống đánh lửa xe Mazda

1 Chương 1 :Tổng quan về hệ thống đánh lửa trên ô tô

2 Chương 2 :Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa xe Mazda 2015

52WĐ-3 Chương 3:Những hư hỏng thường gặp ,cách kiểm tra và sửa chữa hệ thống đánh lửa xe Mazda 52WĐ-2015

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Mẫu MC :11)

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2017

Giáo viên hướng dẫn

MỤC LỤC

1.2 Tính và vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp 12

1.4 Vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp 171.5 Tính toán các thông số cơ bản của dòng điện thứ cấp HTDL 19

2.2.2 Hệ thống đánh lửa sử dụng trên xe mazda cx5-2wd: 262.2.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa 272.2 Cấu tạo của hệ thống đánh lửa trực tiếp kiểu đơn chiếc 302.2.1 Hệ thống đánh lửa trực tiếp kiểu đơn chiếc bao gồm: 302.2.2Cấu tạo và cách thức hoạt động của các loại cảm biến trên xe mazda cx5 37

Chương 3 Những hư hỏng thường gặp, cách kiểm tra và sửa chữa hệ thống đánh

8

Hình 1.10 Cảm biến quang 9

Hình.3.8 Kiểm tra chạm mát các chân kết nối với cuộn đánh lửa của

ECM/PCM

52

Hình.3.10 Kiểm tra thộng mạch các chân kêt nối với cuộn đánh lửa

ECM/PCM

53

Hình.3.11 Đo điện trở cuộn dây đánh lửa 53

Chương I: Tổng quan về hệ thống đánh lửa trên ô tô

1.1 Tổng quan về hệ thống đánh lửa trên ô tô

1.1.1 Công dụng

Hệ thống đánh lửa(HTDL) trên ôtô có nhiệm vụ biến dòng một chiều thấpáp(12V, 24V) hoặc dòng điện xoay chiều thấp áp(trong HTĐL Manheto hay vô lăngManheto) thành xung điện cao áp (12 kV ÷ 24 kV) và tạo ra tia lửa điện phóng quakhe hở bugi đốt cháy hỗn hợp cháy (khí – xăng) trong xylanh ở thời điểm thích hợp vàtương ứng với thứ tự làm việc của xilanh, chế độ làm việc của động cơ

1.1.2 Yêu cầu

đó đòi hỏi hệ thống đánh lửa phải bảo đảm được các yêu cầu chính sau:

- Phải đảm bảo tạo ra điện áp đủ lớn (12kV ÷ 24kV) để tạo ra tia lửa điệnphóng qua khe hở giữa các điện cực bugi

- Tia lửa phải có năng lượng và thời gian tồn tại đủ lớn để đốt cháy hỗn hợplàm việc trong mọi điều kiện làm việc của động cơ

- HTĐL phải có khả năng tự động điều chỉnh góc đánh lửa sớm để thời điểmđánh lửa tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lý nhất ở mọi chế độ làm việc của độngcơ

- Độ tin cậy của hệ thống đánh lửa phải tương ứng với độ tin cậy làm việc của

1.1.3.1 Theo đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc

HTĐL chia ra làm các loại sau:

a HTĐL kiểu cơ khí(loại thường):Được sử dụng trên hầu hết các loại ô tô trước

đây

1 2

Để phát ra điện, tạo ra được dòng sơ cấp, hệ thống từ của Manhêtô có: nam châm vĩnh

cửu, khung từ (lõi thép) trên có quấn cuộn dây sơ cấp W 1 ;

Để nhận được điện áp cao, trên lõi thép của Manhêtô còn được quấn cuộn dây thứ cấp

W 2 để kết hợp với W 1 thành một biến thế cao áp.

Theo cấu tạo, hệ thống từ của Manhêtô có thể chia ra một số loại sau:

- Phần ứng (cuộn dây) quay (hình 1.2a); - Lõi đảo cực từ quay (hình 1.3b);

- Nam châm quay (hình 1.4c, d)

Mạch điện: của Manhêtô có nhiệm vụ biến SĐĐ cảm ứng xoay chiều thế hiệu thấp,

xuất hiện trong cuộn dây sơ cấp W1 thành các xung điện cao thế và phân phối nó đếncác bugi theo trình tự cần thiết

+ Nguyên lý làm việc:

Nguyên lý tạo nên điện cao thế tương tự như ở HTĐL thường dùng ắc quy, chỉ

khác là dòng điện trong cuộn dây sơ cấp sinh ra là do SĐĐ cảm ứng xuất hiện trong

cuộn dây khi nam châm quay tương tự như ở máy phát xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu (chứ không phải được cung cấp từ ắc quy hoặc máy phát) Các

quá trình vật lý (điện từ) xảy ra trong Manhêtô cũng tương tự như trong HTĐL thường

- Manhêtô là hệ thống dánh lửa cao áp độc lập, có công suất không lớn mà nguồnđiện, biến thế cao áp và bộ chia điện được bố trí gọn trong một kết cấu

-HTĐL Manhêtô có độ tin cậy cao và làm việc độc lập không phụ thuộc vào ắc quy

và máy phát nên được dùng nhiều trên xe cao tốc và một số máy công trình trên vùngnúi…

c HTĐL bán dẫn có tiếp điểm

Hình 1.2 Hệ thống mạch từ của Manhêtô.

Hình 1.3 Sơ đồ mạch điện của Manhêtô

1-Lõi thép; 2- Cuộn sơ cấp; 3- Cuộn thứ cấp; 4- Má cực;

5- Kim đánh lửa phụ; 6- Điện cực bộ chia điện; 7- Rôto; 8, 9- Bánh răng

10- Bugi; 11- Rôto nam châm; 12- Cam; 13- Tiếp điểm tĩnh;

14- Tiếp điểm động; 15- Công tắc điện; 16- Cam.

+ Nguyên lý làm việc của hệ thống như sau:

- Khi KK' đóng: cực gốc B của transitor được nối với cực âm của nguồn nên

UEB> 0 làm xuất hiện dòng IB và transitor 6 mở cho dòng I1 đi qua

- Khi KK' mở: dòng IB bị ngắt nên transitor đóng và ngắt đột ngột dòng I1 Do

đó trong các cuộn dây của biến áp đánh lửa xuất hiện các suất điện động tự cảm.Trong hệ thống đánh lửa thường E1 = 200 400V hoặc lớn hơn Bởi vậy không thể lấybiến áp đánh lửa tiêu chuẩn (dùng cho hệ thống đánh lửa thường) sang dùng cho hệthống đánh lửa bán dẫn, vì transitor không chịu được điện áp cao như vậy mà phảidùng biến áp riêng có Kba lớn hơn để giảm E1 xuống nhỏ hơn 100V

Nếu E1 đòi hỏi phải lớn hơn 100V để đảm bảo nhận được U2 cao, thì có thể mắcnối tiếp các transitor hoặc áp dụng các biện pháp bảo vệ Nếu vẫn dùng biến áp đánhlửa tiêu chuẩn thì hệ thống đánh lửa bán dẫn sẽ không phát huy được ưu điểm gì trừvấn đề tăng tuổi thọ cho tiếp điểm

d HTĐL bán dẫn không có tiếp điểm

Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm, thời điểm đánh lửa được điềukhiển bằng bộ cảm biến đặc biệt có liên hệ cơ khí với trục khuỷu động cơ

Các bộ cảm biến có thể chia ra hai loại:

- Cảm biến thông số: Tín hiệu được tạo thành bằng cách thay đổi các thông số

của mạch điện như: điện trở, điện cảm, hỗ cảm, điện dung,

- Cảm biến phát điện: Tín hiệu là giá trị suất điện động do bộ cảm biến tạo ra.

Một yêu cầu quan trọng đối với các bộ cảm biến không tiếp điểm là phải đảm bảo độtin cậy làm việc ở số vòng quay thấp của trục khuỷu

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm.

1-Bộ ắc quy; 2- Tiếp điểm (cặp má vít); 3- Biếp áp đánh lửa;

4- Điện trở phụ; 5- Khoá điện; 6- Transitor.

Cấu tạo của hệ thống gồm:

- Bộ ắc quy 1; Bộ cảm biến (phát lệnh) 2 lắp trong bộ chia điện; Biến áp đánhlửa 3; Bộ cắt nối bán dẫn I và hộp điện trở phụ II; Bộ chia điện (không thể hiện trênhình vẽ); Transitor T3: đóng tích cực nhờ nửa kỳ điện áp dương của bộ phát lệnh;Transitor T2 đóng tích cực nhờ Đ2 và R1 (mạch hồi tiếp); Transitor T1 đóng tích cựcnhờ biến áp xung

Để đảm bảo chất lượng đánh lửa khi khởi động (lúc độ dốc của tín hiệu không đủlớn) , trong sơ đồ có mạch liên hệ ngược (hồi tiếp) qua R3 và C2 từ cực góp K của T1đến cực gốc của T3

Nguyên lý làm việc:

- Lúc đầu khi khoá điện Kđ đóng: bộ phát lệnh chưa quay, cực gốc B của T3 nốivới cực (+) của nguồn qua R4 và cuộn dây của bộ PL, nên T3 đóng, điện trở của T3(RT3) lúc này rất lớn nên cực gốc B của T2 được nối với cực (-0 qua R5, làm T2 mở DoT2 mở nên có dòng qua biến áp xung từ (+) đến Đ2 đến W2' đến W1' đếnEC (T2)đếnRf1đến Rf2đến (-) Dòng qua biến áp xung tạo điện áp điều khiển tại cực gốc B củaT1 làm T1 mở và cho dòng đi qua cuộn sơ cấp W1 của biến áp đánh lửa

- Khi bộ PL quay, ở nửa chu kỳ (-) của điện áp do nó phát ra thì cực gốc B củaT3 có điện áp (-) nên T3 mở T3 mở thì RT3 giảm nhỏ nên cực gốc B của T2 coi nhưđược nối với cực (+) nên T2 đóng T2 đóng làm T1 đóng theo, cắt đột ngột dòng sơ cấpI1 tạo nên một suất điện độgn tự cảm E2 rất lớn truyền qua bộ chia điện đến các bugi

để tạo tia lửa điện

- Khi khởi động hoặc khi số vòng quay thấp, xung tín hiệu còn yếu thì khi T1

mở nên tụ C2 được nạp, làm cho thế cực gốc B của T3 âm nên T3 mở T3 mở làm T2 vàT1 đóng nên cắt dòng I1 để tạo tia lửa điện ở bugi Sau đó T1 và T2 lại mở, tụ lại đượcnạp làm T3 mở còn T1 và T2 đóng Quá trình cứ lặp lại theo một chu kỳ nhất định, tạonên hàng loạt tia lửa điện ở bugi hỗ trợ cho khởi động động cơ

Ưu nhược điểm của hệ thống đánh lửa bán dẫn so với hệ thống đánh lửa thường:

- Có thể đồng hoá hệ thống đánh lửa chung cho các loại động cơ ôtô khác nhau

- Điện thế thứ cấp U2= 25÷50kV ở mọi chế độ làm việc của động cơ

- Nếu là loại tiếp điểm điều khiển thì dòng điện qua tiếp điểm điều khiển khingắt mạch không quá 1A, do đó tiếp điểm làm việc được bảo đảm, còn dòng điện sơcấp I1 ngắt có thể đạt đến 7÷ 25 A và hơn nữa

- Với hệ thống đánh lửa bán dẫn động cơ tăng tốc rất nhanh và điều hoà, không có sựngắt quãng trong làm việc

- Khả năng tăng tốc của ôtô tăng lên 10÷30% so với khi ôtô sử dụng hệ thốngđánh lửa thường

- Nhiên liệu được đốt cháy hết ở cả số vòng quay thấp và số vòng quay cao, do

đó tiết kiệm nhiên liệu được 10%

- Ít phải chăm sóc bảo dưỡng

 Nhược điểm:

- Giá thành còn khá cao vì sử dụng nhiều linh kiện bán dẫn

- Đôi khi sơ đồ phức tạp và suất tiêu hao năng lượng riêng cho hệ thống đánh lửa lớn(khoảng gấp đôi hệ thống đánh lửa thường)

Tuy còn những nhược điểm như vậy nhưng hệ thống đánh lửa bán dẫn vẫnđược ưa chuộng và ngày càng được phát triển rộng rãi, đặc biệt trong các loại xe đờimới hiện nay

1.1.3.2 Theo cảm biến đánh lửa: (HTĐL bán dẫn không tiếp điểm)

a HTĐL sử dụng cảm biến điện từ: Có hai loại:

- Loại nam châm đứng yên:

Hình 1.6 Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên

Cảm biến được đặt trong delco bao gồm một rotor có số răng cảm biến tương ứng với

số xy lanh động cơ, một cuộn dây quấn quanh một lõi sắt từ cạnh một thanh nam châm vĩnh cữu Cuộn dây và lõi sắt được đặt đối diện với các răng cảm biến rotor và được cố định trên vỏ delco Khi rotor quay, các răng cảm biến sẽ lần lượt tiến lại gần

và lùi ra xa cuộn dây Khi rotor ở vị trí như hình 2a, điện áp trên cuộn dây cảm biến bằng 0 Khi răng cảm biến của rotor tiến lại gần cực từ của lõi thép, khe hở giữa rotor

và lõi thép giảm dần và từ trường mạnh dần lên Sự biến thiên của từ thông xuyên qua cuộn dây

Khi răng cảm biến của rotor đối diện với lõi thép, độ biến thiên của từ trường bằng 0

và sức điện động trong cuộn cảm biến nhanh chóng giảm về 0 (hình 2c)

Khi rotor đi xa ra lõi thép, từ thông qua lõi thép giảm dần và sức điện động xuất hiện trong cuộn dây cảm biến có chiều ngược lại (hình 2d) Hiệu điện thế sinh ra ở hai đầu dây cuộn cảm biến phụ thuộc vào tốc độ của động cơ

Sự tạo từ trường của cuộn nam châm đứng yên

Hình 1.7 Vị trí tương đối của rotor với cuộn nhận tín hiệu

Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên có ưu điểm là rất bền, xung tín hiệu códạng nhọn nên ít ảnh hưởng đến sự sai lệch về thời điểm đánh lửa Tuy nhiên, xung

điện áp ra ở chế độ khởi động nhỏ, vì vậy ở đầu vào của Igniter phải sử dụngtransistor có độ nhạy cao và phải chống nhiễu cho dây tín hiệu.

Cảm biến điện từ loại nam châm quay:

Hình 1.8 Cảm biến điện từ loại nam chân quay cho loại động cơ 8 xylanh

1-Rôto nam châm ; 2-Lõi thép từ; 3- Cuộn dây cảm biến

Nam châm được gắn trên rotor, còn cuộn dây cảm biến được quấn quanh một lõi thép

và cố định trên vỏ delco Khi nam châm quay, từ trường xuyên qua cuộn dây biến thiên tạo nên một sức điện động sinh ra trong cuộn dây Do từ trường qua cuộn dây đổi dấu nên sức điện động sinh ra trong cuộn dây lớn

Hệ thống đánh lửa bán dẫn dùng cảm biến từ điện loại nam châm đứng yên

Hình 1.9 Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng điện từ

Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ được sử dụng phổ biến trên các loại xe ôtô vì nó có cấu tạo khá đơn giản, dễ chế tạo và ít hư hỏng

Sơ đồ mạch điện loại này được trình bày trên hình 4

Khi cuộn dây cảm biến không có tín hiệu điện áp hoặc điện áp âm, transistor T1 ngắt nên T2 ngắt, T3 dẫn cho dòng qua cuộn sơ cấp về mass

Khi răng của rotor cảm biến tiến lại gần cuộn dây cảm biến, trên cuộn dây sẽ xuất hiệnmột sức điện động xoay chiều, nửa bán kỳ dương cùng với điện áp rơi trên điện trở R2

sẽ kích cho transistor T1 dẫn, T2 dẫn theo và T3 sẽ ngắt Dòng qua cuộn sơ cấp ở

bobine bị ngắt đột ngột tạo nên một sức điện động cảm ứng lên cuộn thứ cấp một điện

áp cao và được đưa đến bộ chia điện

b HTĐL sử dụng 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 cảm 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 xilanh của động cơ

Hoạt động của cảm biến quang như sau:

Khi có ánh sáng chiếu vào giữa hai phần tử này thì nó sẽ trở nên dẫn điện vàngược lại khi không có ánh sáng đi qua nó sẽ không dẫn điện Độ dẫn điện của nó phụthuộc vào cường độ ánh sáng và hiệu điện thế giữa hai đầu cực của phần tử cảmquang

Khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng phát ra từ LED sẽ bị ngắt quãng làm phần tửcảm quang dẫn ngắt liên tục, tạo ra các xung vuông để dùng làm tín hiệu đánh lửa

Hình 2.16 là sơ đồ đánh lửa bán dẫn được điều khiển bằng cảm biến quang củahãng Motorola Cảm biến quang được đặt trong bộ chia điện, gửi tín hiệu đánh lửa vềcho bộ điều khiển đánh lửa Nguyên lí hoạt động của sơ đồ hệ thống đánh lửa nàynhư sau:

Hình 1.10 Cảm biến quang 1-LED; 2-Photo Transisto; 3-Photo Diode; 4- Mâm quay; 5-Khe chiếu sáng

Y

B0EH

Khi đĩa cảm biến quay đến vị trí đĩa chắn ánh sáng từ LED D1 sang photo

Transistor T1 làm T1 bị ngắt, làm cho các 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 dòngánh sáng đi qua T1 sẽ ở trạng thái dẫn, đồng thời T2, T3, T4 cũng dẫn theo, T5 lúc này ởtrạng thái đóng, làm cho dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột Do dòng sơ cấp bị ngắt đột ngộtnên trên cuộn thứ cấp xuất hiện một hiệu điện thế có giá trị 2535Kv, hiệu điện thếnày qua bộ chia điện để đến các bugi sinh ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp khí -nhiên liệu theo đúng thứ làm việc của các xilanh

c HTĐL sử dụng cảm biến Hall:

Cảm biến này làm việc theo nguyên lí hiệu ứng Hall như sau:

Nếu đặt một tấm bán dẫn vào trong từ trường B0 ( tác dụng theo phương Z), khi chodòng điện đi theo phương X thì theo phương Y vuông góc với nó sẽ xuất hiện một sứcđiện động EHall(gọi là sức điện động Hall) có trị số phụ thuộc vào vật liệu, chiều dàycủa tấm cảm biến Theo tài liệu ta có :

6 có 3 đầu dây dẫn đưa ra ngoài Một đầu dây nối với dòng điện từ Acquy qua khoáđánh lửa, một đầu lấy tín hiệu điện áp của hiệu ứng Hall để điều khiển các Transistor,một đầu dây nối masse.

Hình:1.13 Sơ đồ cấu tạo của cảm biến Hall 1-cảm biến, 2-nam châm, 3-trục bộp chia điện, 4-roto dạng cánh chắn, 5-khe hở cánh

chắn, 6-mâm gắn cảm biến

*Hoạt động của cảm biến Hall:

Khi khe hở của cánh chắn nằm giữa cảm biến Hall và nam châm thì từ trường

sẽ xuyên qua khe hở làm xuất hiện một hiệu điện thế UH, hiệu điện thế này sẽ điềukhiển Transistor mở để cho dòng điện từ cuộn dây sơ cấp đi qua Khi khe hở đi quagiữa cảm biến và nam châm làm từ trường B sẽ mất đi khi đó thì hiệu điện thế UH gầnbằng 0, điện thế này làm cho Transistor đóng lại, việc đóng Transistor làm dòng sơcấp mất đi đột ngột và xuất hiện hiệu điện thế U2 trên cuộn dây thứ cấp tạo tia lửa điệntrên các bugi

Bề rộng của tấm chắn dùng để xác định góc độ ngậm điện (Dwell Angel), số cánh củatấm chắn bằng số xilanh động cơ Hình 2.14 là sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa bándẫn dùng cảm biến Hall

4 3 5

T

2

16

Hình 1.14 Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biếnHall

Khi bật công tắt máy, một nhánh dòng điện qua điện trở phụ RfW1 T3 đồng thờimột nhánh sẽ qua diode D1, qua R1 vào cảm biến Hall, nhờ D1 và R1 nên điện áp củacảm biến Hall luôn ổn định Tụ điện C1 có tác dụng lọc nhiễu và đảm bảo cho bộ điềukhiển đánh lửa hoạt động chính xác Diode D2, D3 có tác dụng bảo vệ cảm biến Hallkhi điện áp cung cấp quá cao (khi bộ điều chỉnh điện của máy phát hỏng) Khi đầu dâycủa tín hiệu cảm biến Hall có điện áp ở mức cao (khe hở của cánh chắn nằm giữa namchâm và cảm biến) làm T1 dẫn Lúc này dòng sơ cấp qua cuộn dây sơ cấp i1 của biến

áp đánh lửa W1 qua T3 và về masse tăng dần Khi tínhiệu điện của cảm biến Hall ởmức thấp (cánh chắn ở giữa nam châm và cảm biến) làm T1 ngắt, nên T2 và T3 ngắttheo Dòng sơ cấp i1 lúc này bị mất đột ngột tạo nên một sức điện động cảm ứng trêncuộn thứ cấp W2, sức điện động nàysinh ra một điện thế cao áp và qua bộ chia điệnđến khe hở của bugi để sinh ra tia lử điện

Tụ C2 có tác dụng làm giảm sức điện động tự cảm trên cuộn dây sơ cấp W1 đặt vàomạch khi T2 và T3 ngắt Trong trường hợp sức điện động tự cảm quá lớn, ví dụ như rútdây dẫn cao áp ra quá xa chẳng hạn thì R5, R6, D4 thì T2, T3 mở trở lại để giảm xungđiện áp quá lớn có thể gây hư hỏng cho Transito

Diode Zenner D5 có tác dụng bảo vệ T3 khỏi bị quá áp vì điện áp tự cảm trên cuộn sơcấp của biến áp đánh lửa

1.1.3.3 Theo năng lượng tích lũy trước khi đánh lửa: HTĐL bao gồm:

- HTĐL điện cảm: Năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong từ trường của cuộn dây biến áp đánh lửa

- HTĐL điện dung: Năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong điện trường của tụ điện đánh lửa

1.1.3.4 Theo phương pháp phân bố điện cao áp: HTĐL chia ra:

- HTĐL có bộ chia điện

- HTĐL không có bộ chia điện(đánh lửa trực tiếp)

1.2 Tính và vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp.

1.2.1 Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa.

1.2.2 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U 2m

Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là hiệu điện thế ở hai đầu cuộn dây thứ cấp khi táchdây cao áp ra khỏi bugi Hiệu điện thế cực đại U2m phải lớn để có khả năng tạo được

tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặc biệt lúc khởi động.

U2m được xác định bằng công thức:

L1 - độ tự cảm của cuộn sơ cấp

C1 - điện dung của cuộn sơ cấp

C2 - điện dung của cuộn thứ cấp

Kba - hệ số biến áp

η - hiệu suất của bôbin

1.2.3 Hiệu điện thế đánh lửa U đl

Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa được xảy ra được gọi làhiệu điện thế đánh lửa (Uđl) Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào nhiềuyếu tố, theo định luật Pashen

Uđl= k P δ

Với: P - áp suất buồng cháy tại thời điểm đánh lửa

δ - khe hở bugi

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

k - hệ số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp hòa khí

Với : td - thời gian vít ngậm hay Transitor bão hòa

tm - thời gian vít hở hay Transitor công suất ngắt

1.2.6 Góc đánh lửa sớm.

Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ từ thời điểm xuất hiện tia lửađiện tại bugi cho đến khi piston lên đến tử điểm chết trên Góc đánh lửa sớm ảnhhưởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế và độ ô nhiễm của khí thải động cơ Gócđánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc rất nhiều yếu tố:

θopt = f(Pbđ, tbđ,p, twt, tmt, n, No…) (1-8)

1.2.7 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện.

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

WC - năng lượng của điện dung

WL - năng lượng của điện cảm

Hình 1.15 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa.

1-Ắc qui; 2- Công tắc; 3- Bô bin ; 4- Bugi; 5- IC đánh lửa; 6-Transistor công suất

được điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm biến hoặc vít lửa;

R f : điện trở phụ; r 1 , r 2 : điện trở của cuộn sơ cấp và thứ cấp; L 1 , L 2 : độ tự cảm của cuuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của Bobin

Hình 1.16 Sơ đồ tương đương của mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa

Khi Transistor công suất T dẫn, trong mạch sơ cấp sẽ có dòng điện i

1 từ (+) accu đến R f đến L 1 đến T đến mass Dòng điện i 1 tăng từ từ dosức điện động tự cảm sinh ra trên cuộn sơ cấp L 1 chống lại sự tăng của cường độdòng điện.Ở giai đoan này, mạch thứ cấp của hệ thống đánh lửa hầu như không ảnh

hưởng đến quá trình tăng dòng ở mạch sơ cấp Hiệu điện thế và cường độ dòng điệnxuất hiện ở mạch thứ cấp không đáng kể nên ta có thể coi như mạch thứ cấp hở Vìvậy, ở giai đoạn này ta có sơ đồ tương đương trình bày như trên hình 2.2 Trên sơ đồ ,giá trị điện trở trong của accu được bỏ qua trong đó:

Gọi t d là thời gian Transistor dẫn bão hoà thì cường độ dòng điện sơ cấp I ng

tại thời điểm đánh lửa khi Transitor công suất ngắt là :

U1 - hiệu điện thế ngoài cung cấp (Ắc quy), U1 = 12 [V]

R1 - điện trở của cuộn sơ cấp, R1 = (0,5 ÷ 1) [Ω], [1] chọn R], [1] chọn R1 = 0,6 [Ω], [1] chọn R] vì điện trởtrong cuộn sơ cấp càng nhỏ thì giá thành chế tạo càng cao

L1 - độ tự cảm của cuộn sơ cấp, L1=(1 ÷ 5).10-3 [H], chọn L1 = 2.10-3 [H], vì L1 tăngcao quá sẽ làm giảm I1ng và gây tia lửa điện ở tiếp điểm

C2=10-10 [F][1]

τ1=L1

R1=

0,62.10−30,6 =3,33 10

n = 5100 [vòng/phút] : số vòng quay trục khuỷu động cơ (min −1 )

Z=6 : số xylanh của động cơ

τ đ : thời gian tích luỹ năng lượng tương đối, chọn: τ đ = 0,6 [1]

0,005 0

Dòng sơ cấp i1(t) tăng theo quy luật đường tiệm cận và có giá trị tới hạn tiệm cận U1/R1=20 [A]

Khi t=0, tiếp điểm vừa đóng thì i1=0

Ing tăng khi td và τđ phụ thuộc vào biên dạng cam

Giá trị i1 đạt cực đại thực tế phụ thuộc vào điện trở R1 và thời gian đóng tiếp điểm

1.4.5 Kết luận

Quá trình đánh lửa được chia làm 3 giai đoạn và giai đoạn tăng trưởngdòng sơ cấp là giai đoạn I của quá trình đánh lửa.

Tốc độ đánh lửa nhanh ở đầu giai đoạn I và giảm dần về sau

Trên thực tế trong quá trình làm việc tốc độ dòng sơ cấp sẽ không baogiờ trở về 0 vì thời gian tiếp điểm đóng ngắt thì dòng điện i1 chưa kịp ổn định

Giá trị i1max phụ thuộc vào R1 và td

Dòng Ing phụ thuộc vào mạch sơ cấp R1 và L1Ing sẽ giảm khi số vòng quay ne tăng và số xi lanh Z tăng

1.5 Tính toán các thông số cơ bản của dòng điện thứ cấp HTDL

1.5.1 Tính Hiệu Điện Thế Của Biến Áp Thứ Cấp

Tại thời điểm đánh lửa, năng lượng đã được tích luỹ trong cuộn dây

sơ cấp dưới dạng từ trường :

Wdt : năng lương tích luỹ trong dong sơ cấp

Khi tiếp điểm mở ra (chưa xuất hiện dòng cao thế )thì W dt được tích lũy trongC1,C2 và một phần biến thành nhiệt tiêu tán Q

chọn số vòng dây cuộn sơ cấp và thứ câp:

W1 = 350 [vong] [1]

W2=19000[vòng] [1]

Kba = W1/W2=350/19000=0,018

Sau khi biến đổi ta nhận được:

C1 - Điện dung của mạch sơ cấp (tụ điện);

C2 - Điện dung của mạch thứ cấp;

Q - Tổn thất dưới dạng nhiệt;

' - Hệ số tính đến sự giảm U2 do tổn thất năng lượng dưới dạng nhiệttrong cả hai mạch sơ cấp và thứ cấp ('=0,75 0,85)

1.5.2 Tính Hiệu Điện Thế Đánh Lửa

Giai đoạn xuất hiện tia lửa điện cao thế ở bugi khi U2 tăng đến giá trị Uđl khithế hiệu U2 vừa đạt đến giá trị Uđl, đủ để xuyên qua khe hở giữa các điện cực của bugi,thì ở đó sẽ xuất hiện tia lửa điện cao thế Khi xuất hiện tia lửa điện thì U2 giảm độtngột trước khi kịp đạt giá trị cực đại

1.5.3 Tính năng lượng tia lửa

Năng lượng Tia lửa điện gồm hai phần: phần điện dung và phần điện cảm

a Phần Điện Dung

Xuất hiện trước, vào thời điểm đầu của quá trình phóng điện Đó là sự phóng tĩnhđiện do năng lượng của điện trường tích luỹ trong điện dung C1 và C2 của HTĐL, tialửa điện dung có màu xanh lam và rất chói do nhiệt độ của nó cao tới 10000 OC Thờigian tồn tại tia lửa này rất ngắn (<10-6 S) và điện lượng dịch chuyển qua không đáng

kể Nhưng do thế hiệu cao và điện trở kênh phóng điện nhỏ, nên dòng điện phóng vàcông suất tức thời của nó khá lớn Giá trị i2 đạt tới vài trăm, thậm chí vài nghìn ampe.

Đặc trưng của phần tia lửa điện dung là có tiếng nổ lách tách, tần số dao độnglớn tới (106 107) Hz, nên gây nhiễu xạ vô tuyến mạnh

Tia lửa điện dung làm điện thế U2 giảm đột ngột, chỉ còn khoảng 1500 2000

V Vì tia lửa xuất hiện trước khi U2 đạt giá trị cực đại, nên phần tia lửa điện dung chỉtiêu tốn một phần năng lượng của từ trường tích luỹ trong biến áp đánh lửa là

b Phần năng lượng điện cảm

Được tiếp tục phóng qua khe hở bugi dưới dạng tia lửa điện cảm hay còn gọi là

đuôi lửa Do U2 đã giảm nhiều nên dòng phóng lúc này cũng rất nhỏ, chỉ khoảng

(80 100)mA Tia lửa điện cảm có màu tím nhạt-vàng, kéo dài khoảng vài micro giây

đến vài mili giây, phụ thuộc vào giá trị năng lượng điện cảm tích luỹ trong mạch sơ

- Tải trọng cơ khí: do các xung áp suất của khí cháy sinh ra trong xi lanh (với

giá trị có thể tới 5 6 MPa), do rung xóc của bản thân động cơ gây ra;

- Tải trọng nhiệt: sinh ra do sự thay đổi đột ngột nhiệt độ trong xi lanh: từ

40 O 60 O trong kỳ hút tới 500 O C 700 O C trong kỳ xả và 1800 O C 2500 O C trong kỳ nổ;

- Tải trọng điện: do các xung điện cao thế truyền đến trong thời điểm đánh lửa.

Vì vậy, về mặt kết cấu và vật liệu của bugi cũng có những yêu cầu đặc biệt

a Cấu tạo của bugi

1

2 3 4 5

6 7

Hình 1.18 Cấu tạo bugi 1-đầu nối dây cao áp; 2-lõi thép; 3-gân ; 4-sứ cách điện ; 5-đệm làm kín;

6-vỏ thép;7-vành làm kín; 8-điện cực trung tâm ; 9-điện cực bên;

10-điện trở; 11-đai ốc ; 12- lõi chỗng nhiễu

Khe hở giữa các điện cực của bugi thường nằm trong giới hạn 0,6 0,7 mm đốivới HTĐL thường và 1,0 1,2 mm đối với HTĐL điện tử

Khe hở điện cực lớn thì đánh lửa hỗn hợp nghèo tốt hơn nhưng Uđl lại tăng Khe

hở nhỏ thì có thể bị muội lấp kín nên không tạo tia lửa được, chiều dài tia lửa giảmnên đánh lửa hỗn hợp nghèo kém

- Sứ cách điện: được chế tạo từ vật liệu gốm có thành phần ôxýt nhôm cao để

đảm bảo độ bền điện cà cơ ở nhiệt độ cao, như: Uralít (95% Al 2 O 3 ), tinh thể Korunt (98% Al 2 O 3 ) và Bo-Korunt (95% Al 2 O 3 +0,16%B 2 O 3 ).

c Đặc tính nhiệt của bugi

Để bugi làm việc bình thường thì nhiệt độ phần sứ dưới của bugi cần phải nằmtrong khoảng 500 600OC - đó là nhiệt độ tự tẩy muội

Nếu nhiệt độ phần sứ dưới của bugi < 450OC thì nhiên liệu và dầu mỡ bôi trơnlẫn trong nó sẽ không cháy hết hoàn toàn mà đọng lại ở các điện cực dưới dạng muộithan dẫn điện, làm giảm chất lượng cách điện của bugi, tức là xuất hiện điện trở ròlàm giảm U2 và chất lượng đánh lửa Nếu muội nhiều > dòng điện rò lớn sẽ làm mất

tia lửa hoặc tia lửa không liên tục, làm giảm công suất động cơ và tăng suất tiêu hao nhiên liệu.

Ngược lại, nếu nhiệt độ phần sứ dưới của bugi > 700 800OC thì nhiên liệu cóthể tự bốc cháy do tiếp xúc với bugi trước khi có tia lửa điện

Nhiệt độ của bugi phụ thuộc nhiệt lượng sinh ra trong buồng cháy, vào hìnhdạng và kích thước của nó Cùng làm việc trên một động cơ, những bugi có kết cấu và

kích thước khác nhau sẽ có nhiệt độ khác nhau Như vậy có thể nói: các bugi có kết

cấu và kích thước khác nhau sẽ có đặc tính nhiệt khác nhau.

Đối với các động cơ có tỷ số nén, công suất và số vòng quay khác nhau, donhiệt lượng sinh ra trong buồng cháy của chúng khác nhau, nên để đảm bảo cho nhiệt

độ phần sứ dưới của bugi nằm trong giới hạn cần thiết, cần phải sử dụng các bugi cóđặc tính nhiệt thích hợp

Đặc tính nhiệt của bugi phụ thuộc chủ yếu vào chiều dài phần sứ dưới, điều

kiện làm mát nó và được đánh giá thông qua một đại lượng gọi là trị số bén lửa Đây

là trị số quy ước bằng khoảng thời gian (tính theo giây) làm việc của bugi trên động

cơ thử nghiệm đặc biệt ở chế độ xác định, cho đến khi xảy ra hiện tượng tự bén lửa

Trị số bén lửa càng cao thì khả năng thoát nhiệt của bugi càng lớn.

Các bugi có phần sứ dưới dài, nhận được nhiều nhiệt, đường truyền nhiệt dài nên thoát nhiệt chậm, có trị số bén lửa từ 100 260 đơn vị được gọi là bugi nóng,

dùng thích hợp cho động cơ có tỷ số nén thấp, công suất và số vòng quay nhỏ

Các bugi có phần sứ dưới ngắn, nhận ít nhiệt, đường truyền nhiệt ngắn nên thoát nhiệt nhanh, có trị số bén lửa từ 280 500 đơn vị được gọi là bugi nguội, dùng

thích hợp cho động cơ có tỷ số nén cao, công suất và số vòng quay lớn

d Ký hiệu bugi

Ký hiệu bugi là một dãy chữ và số được ghi trên thân bugi theo quy định củatiêu chuẩn ngành hay quốc gia.

Các bugi của Liên xô, ký hiệu được quy định như sau:

- Chữ cái thứ nhất chỉ đường kính phần ren vặn vào nắp máy:

M - Ren M18 x 1,5

A - Ren M14 x 1,25

T - Ren M10 x 1,0

- Chữ số tiếp theo chỉ chiều dài phần sứ dưới (mm);

- Cuối cùng là chữ cái chỉ vật liệu sứ cách điện: Y- Uralít; K- Korunt; Á- Korunt

Bo-Ví dụ: Ký hiệu A14Y là bugi đánh lửa có phần ren là M14 x 1,25, chiều dàiphần sứ dưới là 14 mm, sứ cách điện bằng Uralít

CHƯƠNG 2:HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE MAZDA

Điều kiện đánh lửa sớm điều khiển điện tử