Trình bày các cải tiên mới ứng dụng cho các hệ thống đánh lửa có trên động cơ ô tô hiện nay

Kiểu điều khiển bằng vít: Các thành phần và công dụng của vít lửa: - Bộ đánh lửa sớm li tâm: dùng để thay đổi thời điểm đánh lửa theo số vòng quay của động cơ.. Trong kiểu hệ thống đánh

Chủ Đề 6: Trình bày các cải tiên mới ứng dụng cho

các hệ thống đánh lửa có trên động cơ ô

tô hiện nay Giáo viên bộ môn: Nguyễn Thái Vũ

Nguyễn Phước Thọ

Thành viên nhóm:

phận được thêm vào hoặc thay thế vào để cải tiến chức năng làm việc của hệ thống.

2. Kiểu kiểu bán dẫn có ESA (Đánh lửa Sớm bằng điện tử) và

Hệ thống đánh lửa trực tiếp.

3 Giới thiệu về hệ thống đánh lửa ô tô hiện nay.

4. Kiểu điều khiển bằng vít

Động Cơ Đốt Trong

Chức năng: của hệ thống đánh lửa là tạo ra tia lửa đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong buồng đốt của động cơ Nĩ phải tạo ra sự đánh lửa chính xác trong hàng nghìn lần/phút trên mỗi xi lanh của động cơ Nếu

sự đánh lửa bị ngưng trễ trong khoảng 1 giây, động cơ sẽ hoạt đống yếu

đi và thậm chí ngừng hoạt động

Nhiệm vụ : Hệ thống đánh lửa trên động cơ có nhiệm vụ biến

nguồn điện xoay chiều hoặc một chiều có hiệu điện thế thấp (12 hoặc 24V) thành các xung điện thế cao (từ 15.000 đến 40.000V) Các

xung hiệu điện thế cao này sẽ được phân bố đến bougie của các xylanh đúng thời điểm để tạo tia lửa điện cao thế đốt cháy hòa khí

 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 hịa khí Hịa khí bị nén cĩ điện trở lớn, nên cần phải tạo ra điện thế hàng chục ngàn vơn để đảm bảo phát ra tia lửa mạnh, cĩ thể đốt cháy hỗn hợp hịa khí

- Thời điểm đánh lửa chính xác

Hệ thống đánh lửa phải luơn luơn cĩ thời điểm đánh lửa chính xác vào cuối kỳ nén của các xy lanh và gĩc đánh lửa sớm phù hợp với sự thay đổi tốc độ và tải trọng của động cơ

- Cĩ đủ độ bền

Hệ thống đánh lửa phải cĩ đủ độ tin cậy để chịu đựng được tác động củarung động và nhiệt của động cơ Hệ thống đánh lửa sử dụng điện cao áp

do bơ bin tạo ra nhằm phát ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hịa khí

đã được nén ép Hỗn hợp hịa khí được nén ép và đốt cháy trong xi lanh

Sự bốc cháy này tạo ra động lực của động cơ Nhờ cĩ hiện tượng tự cảm

và cảm ứng tương hỗ, cuộn dây tạo ra điện áp cao cần thiết cho đánh lửa Cuộn sơ cấp tạo ra điện thế hàng trăm vơn cịn cuộn thứ cấp thì tạo

ra điện thế hàng chục ngàn vơn

Quá trình phát triển của hệ thống đánh lửa:

1. Kiểu điều khiển bằng vít

2. Kiểu bán dẫn

3. Kiểu kiểu bán dẫn có ESA (Đánh lửa Sớm bằng điện tử)

4. Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS)

1 Kiểu điều khiển bằng vít:

Các thành phần và công dụng của vít lửa:

- Bộ đánh lửa sớm li tâm: dùng để thay đổi thời điểm đánh lửa theo

số vòng quay của động cơ

- Bộ đánh lửa sớm chân không: dùng để thực hiện đánh lửa sớm hoặctrễ khi tải của động cơ thay đổi

c) Bugi: tạo tia lửa có nhiệt độ cao giưc cực âm và cực trung tâm đểđốt cháy hỗn hợp không khí và nguyên liệu ở cuối quá trình nén

Động Cơ Đốt Trong

cho phép ngắt dòng sơ cấp nhanh hơn và tăng cường dòng sơ cấp khi tiếp điểm đóng…

- Vít lửa: dùng để đóng ngắt dòng sơ cấp khi vấu cam đội

Kiểu hệ thống đánh lửa này có cấu tạo cơ bản nhất Trong kiểu hệ thống đánh lửa này, dòng sơ cấp và thời điểm đánh lửa được điều khiển bằng

cơ Dòng sơ cấp của bô bin được điều khiển cho chạy ngắt quãng qua tiếp điểm của vít lửa Bộ điều chỉnh đánh lửa sớm li tâm và chân không điều khiển thời điểm đánh lửa Bộ chia điện sẽ phân phối điện cao áp từ cựôn thứ cấp đến các bugi

Nguyên lý của hệ thống đánh lửa loại kiểu vít như sau:

Bộ chia điện gắn đồng trục với trục cam Bên trong bộ chia điện có một tiếp điểm cam.Một phía tiếp điểm sẽ nối mass sườn xe,phía còn lại đi ra ngoài và vào chân C của Bôbin đánh lửa.Nếu xe 4 máy thì trong một chu

kỳ cam sẽ đội tiếp điểm của Delco 4 lần,cứ mỗi lần đến vị trí đánh lửa của máy nào thì cam sẽ đội làm tiếp điểm hở ra,sinh điện cao áp trong cuộn thứ cấp của Bôbin và Bôbin gửi điện cao áp này đến cho Delco rồi Delco chia cho bugi của máy đó

2 Kiểu bán dẫn:

Trong kiểu hệ thống đánh lửa này transistor điều khiển dòng sơ cấp, để nó chạy một cách gián đoạn theo đúng các tín hiệu điện được phát ra từ bộ phát tín hiệu Góc đánh lửa sớm được điều khiểnbằng cơ như trong kiểu hệ thống đánh lửa bằng vít hoặc có thể dùng các cảm biến vị trí như loại quang, Hall

Nhiệm vụ: Hệ thống đánh lửa trên động cơ có nhiệm vụ biến

nguồn điện 12v 24 v thành các xung điện thế cao.Các xung điện thế

Động Cơ Đốt Trong

Tia lửa phải đủ năng lượng và thời gian để đốt cháy nhiên liệu.Góc đánh lửa sớm phải đúng trong mọi chế độ làm việc

Nguyên lí hoạt động của kiểu bán dẫn

1 Bộ phát tín hiệu phát ra tín hiệu đánh lửa

2 Bộ đánh lửa (IC đánh lửa) nhận tín hiệu đánh lửa và lập tức cho chạy dòng sơ cấp

3 Cuôn đánh lửa, với dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột, sinh ra dòng cao áp

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

5 Bugi nhận dòng cao áp và đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp hòa khí Thời điểm đánh lửa sớm được điều khiển bởi bộ đánh lửa sớm li tấm và bộ đánh lửa sớm chân không

- Bộ đánh lửa sớm li tâm

Bộ đánh lửa sớm li tâm điều khiển đánh lửa sớm theo tốc độ của động

cơ Thông thường, vị trí các “quả văng” của bộ đánh lửa sớm li tâm được xác định bằng lò xo của nó Khi tốc độ của trục bộ chia điện tăng lên cùng với tốc độ của động cơ, lực ly tâm vượt quá lực của lò xo, cho phép các quả văng tách xa ra Kết quả là vị trí của rotor tín hiệu dịch chuyển vượt quá một góc đã định và cho đánh lửa sớm

- Bộ đánh lửa sớm chân không

Bộ đánh lửa sớm chân không điều khiển đánh lửa sớm theo tải trọng củađộng cơ Màng được liên kết với tấm ngắt thông qua thanh đẩy Buồng màng được nối thông với cửa trước của đường ống nạp Khi bướm ga hé

mở, áp suất chân không từ cửa trước sẽ hút màng để làm quay tấm ngắt Kết quả là bộ phát tín hiệu dịch chuyển, và gây ra đánh lửa sớm

Phân loại:

Hệ thống đánh lửa bán dẫn : hầu hết các loại ô tô hiện nay sử dụng hệ

thống đánh lửa bán dẫn vì loại này tạo tia lửa mạnh ở điện cực bugi, đáp ứng tốt ở các chế độ làm việc của động cơ, tuổi thọ cao

Động Cơ Đốt Trong

Về cơ bản hệ thống đánh lửa bán dẫn chia làm 2 loại sau:

Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp gồm:

1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển: vít điều khiển có cấu tạo giống như hệ thống đánh lửa thường nhưng chỉ làm nhiệm vụ đóng mở transistor

2.Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có vít: transitor công suất được điều khiển bằng một cảm biến đánh lửa

Động Cơ Đốt Trong

Động Cơ Đốt Trong

3 Hệ thống đánh lửa bán dẫn cĩ ESA.

3.1 Phân loại: Hiện nay, hầu hết các loại ôtô đều được trang bị hệthống đánh lửa bán dẫn vì loại này có ưu thế là tạo được tia lửamạnh ở điện cực bougie, đáp ứng tốt ở các chế độ làm việc của động

cơ, tuổi thọ cao … Qua quá trình phát triển hệ thống đánh lửa điện tửđược chế tạo, cải tiến với nhiều loại khác nhau, song có thể chiathành hai loại chính sau:

A Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp.

Trong hệ thống này, các linh kiện điện tử được tổ hợp thành mộtmạch được gọi là igniter, bộ phận này có nhiệm vụ đóng ngắt mạch

sơ cấp nhờ các tín hiệu đánh lửa từ cảm biến Hệ thống đánh lửa bándẫn loại này còn có thể chia làm hai loại:

- Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển: vít điều khiểncó cấu tạo giống như trong hệ thống đánh lửa thường nhưngchỉ làm nhiệm vụ điều khiển đóng mở transistor

- Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có vít: transistor công suấtđược điều khiển bằng một cảm biến đánh lửa

B Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng kỹ thuật số.

Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng kỹ thuật số còn được gọi là hệthống đánh lửa theo chương trình Dựa vào các tín hiệu như: tốc độđộng cơ, vị trí cốt máy, vị trí bướm ga, nhiệt độ động cơ… mà bộ điềukhiển (ECU – Electronic Control Unit) sẽ điều khiển để Igniter tạo ratia lửa ở mạch thứ cấp vào đúng thời điểm đánh lửa Trong hệ thốngđánh lửa loại này, góc đánh lửa sớm tối ưu vàgóc ngậm điện được lưutrong bộ nhớ của ECU Vì vậy, trong bộ chia điện không còn cơ cấuđánh lửa sớm ly tâm và áp thấp nữa Hệ thống đánh lửa điều khiểnbằng kỹ thuật số được trình bày ở chương sau

C Hệ thống đánh lửa điện tử điển hình

Động Cơ Đốt Trong

Hệ thống đánh lửa bán dẫn có ESA.

Nguyên lý làm việc : Với công tắc bật lửa, dòng điện chính (pin) chảy

từ pin qua công tắc ngọn lửa đến cuộn dây cuộn chính Dòng chính đượcbật và tắt do tác động của phần ứng khi xoay qua cuộn dây hoặc cảmbiến Khi mỗi chiếc răng của vật nặng gần cuộn dây nạp, nó sẽ tạo ramột điện áp báo hiệu mô-đun điện tử để tắt dòng điện cuộn chính Mộtmạch thời gian trong mô đun sẽ biến dòng điện trở lại sau khi trườngcuộn dây bị sập Khi dòng điện tắt, từ trường được xây dựng trong cuộndây sẽ bị sụp đổ, gây ra một điện áp cao trong cuộn dây thứ cấp củacuộn dây

Các thành phần:

1 ECU động cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, tính toánthời điểm đánh lửa tối ưu, và gửi tín hiệu đánh lửa tới IC đánhlửa

2 IC đánh lửa nhận tín hiệu đánh lửa và lập tức cho chạy dòng sơcấp

3 Bô bin, với dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột, sinh ra dòng cao áp

4 Bộ chia điện sẽ phân phối dòng cao áp từ cuộn thứ cấp đến các

bugi

5 Bugi nhận dịng cao áp và đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp hịa khí

3.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển.

Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển

Cuộn sơ cấp W 1 của bobine được mắc nối tiếp với transistor T, còn tiếp điểm K được nối với cực gốc của transistor T Do có transistor T nên điều kiện làm việc của tiếp điểm được cải

thiện rất rõ, bởi vì dòng qua tiếp điểm chỉ là dòng điều khiển

cho transitor nên thường không lớn hơn 1A.

Nguyên lý làm việc của sơ đồ như sau:

Đến bộ chia điện

Rf Rb

Ie

T C

E B

K

SW IC

Ib

một năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường trên cuộn sơ cấp

của bobine và khi tiếp điểm K mở, dòng I b = 0, transistor T khóa lại, dòng sơ cấp I 1 qua W 1 bị ngắt thì năng lượng này đượcchuyển hóa thành năng lượng để đánh lửa, và một phần thành

sức điện động tự cảm trong cuộn W 1 của bobine

Sức điện động tự cảm trong cuộn W1 ở hệ thống đánh lửa

thường có giá trị khoảng 200  400V Do vậy, không thể dùng

các bobine của hệ thống đánh lửa thường cho một số sơ đồđánh lửa bán dẫn vì transistor sẽ không chịu nổi điện áp cao

đặt vào giữa các cực E – C của transistor khi nó ở trạng thái

khóa Trong các hệ thống đánh lửa bán dẫn người ta thường sử

dụng các bobine có hệ số biến áp lớn và có độ tự cảm L 1 nhỏhơn loại thường hoặc người ta có thể mắc thêm các mạch bảovệ cho transistor

Trong hệ thống đánh lửa trực tiếp (ĐLTT), bộ chia điện khơng cịn được

sử dụng nữa Thay vào đĩ, hệ thống ĐLTT cung cấp một bơ bin cùng với một IC đánh lửa độc lập cho mỗi xy-lanh Vì hệ thống này khơng cần sử dụng bộ chia điện hoặc dây cao áp nên nĩ cĩ thể giảm tổn thất

năng lượng trong khu vực cao áp và tăng độ bền Đồng thời nó cũng giảm đến mức tối thiểu nhiễu điện từ, bởi vì không sử dụng tiếp điểm trong khu vực cao áp Chức năng điều khiển thời điểm đánh lửa được thực hiện thông qua việc sử dụng ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử) ECU của động cơ nhận được các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, tính toán thời điểm đánh lửa, truyền tín hiệu đánh lửa đến IC đánh lửa Thời điểm đánh lửa được tính toán liên tục theo điều kiện của động cơ, dựa trên giá trị thời điểm đánh lửa tối ưu đã được lưu giữ trong máy tính, dưới dạng một bản đồ ESA So với điều khiển đánh lửa cơ học của các hệ thống thông thường thì phương pháp điều khiển bằng ESA có độ chính xác cao hơn và không cần phải đặt lại thời điểm đánh lửa Kết quả

là hệ thống này giúp cải thiện tiết kiệm nhiên liệu và tăng công suất phátra

Hệ thống đánh lửa trực tiếp bao gồm các bộ phận sau đây:

Động Cơ Đốt Trong

1.Cảm biến vị trí trục khuỷu (NE):Phát hiện góc quay trục

khuỷu (tốc độ động cơ)

2 Cảm biến vị trí của trục cam (G): Nhận biết xy lanh, kỳ và

theo dõi định thời của trục cam

3 Cảm biến kích nổ (KNK): Phát hiện tiếng gõ của động cơ

4 Cảm biến vị trí bướm ga (VTA): Phát hiện góc mở của

7 Bô bin và IC đánh lửa: Đóng và ngắt dòng điện trong cuộn

sơ cấp vào thời điểm tối

1 Bô bin có IC đánh lửa:

Thiết bị này bao gồm IC đánh lửa và bô bin kết hợp thành mộtcụm Trước đây, dòng điện cao áp được dẫn đến xy lanh bằng dây cao áp Nhö*ng nay, thì bô bin có thể nối trực tiếp đến bugi của từng xy lanh thông qua việc sử dụng bô bin kết hợp

với IC đánh lửa Khoảng cách dẫn điện cao áp được rút ngắn nhờ có nối trực tiếp bô bin với bugi, làm giảm tổn thất điện áp

và nhiễu điện từ Nhờ thế độ tin cậy của hệ thống đánh lửa được nâng cao

2.

3 Hình 8 Bô bin kết hợp với IC đánh lửa

Trình bày cải tiến:

1 Giới thiệu chung hệ thống đánh lửa hiện

nay:

Hệ thống đánh lửa đã có những bước phát triển vượt bậc, từ

Động Cơ Đốt Trong

còn sử dụng một cuộn dây độc lập cho từng xi-lanh nhằm cung cấp điện thế đánh lửa cao hơn và loại bỏ được mớ dây dẫn lằng nhằng

Cấu trúc động cơ với bu-gi đánh lửa

chính giữa Ảnh: HSW.

Trong trường hợp động cơ làm việc bình thường và xe không có hỏnghóc, bộ đánh lửa cần có điện thế 8.000-14.000 volt để sinh tia lửa điện qua khoảng cách giữa cực tâm và cực mát, nhằm kích hoạt sự cháy của hỗn hợp không khí-nhiên liệu được nén ở áp suất cao Các

hệ thống đánh lửa tiếp điểm cũ, trước những năm 1970, có thể sinh điện thế tối đa khoảng 18.000-20.000 volt, ở vòng tua thấp và khi vòng tua tăng cao, điện thế đánh lửa lại giảm Khi cực tâm nóng lên,

nó cần điện thế cao hơn mức mà cuộn đánh lửa có thể cung cấp

Chính vì vậy, những chiếc xe thời đó thường phải thay bu-gi sau 16.000 km đi được

Ngày nay, hệ thống đánh lửa điện tử thông thường cung cấp điện thế tối đa ở 50.000 volt hoặc hơn, vì vậy, chúng có thể hạn chế ảnh

hưởng của hiện tượng mòn điện cực bu-gi bằng cách cung cấp điện thế cao hơn nếu cần thiết Trong điều kiện vận hành bình thường, điệnthế chỉ ở khoảng 8.000-14.000 volt và tăng lên đôi chút khi bu-gi mòn Nhờ khả năng điều chỉnh điện thế một cách linh động nên các bu-gi hiện đại có tuổi thọ ít nhất 160.000 km, cao hơn 10 lần so với

sử dụng hệ thống đánh lửa tiếp điểm

 Hiện nay, có ba loại đánh lửa chính

1.Đánh lửa cơ học; được dùng rất phổ biến cho đến năm 1975, nó vận hành bằng cơ và điện, không bằng điện tử Ta hãy tìm hiểu hệ thống đầu tiên này, sau đó sẽ dễ dàng hiểu thêm về đánh lửa điều khiển điện tử và điều khiển bằng computer, do vậy đừng bỏ qua phầnnày

2 Đánh lửa điện tử (đánh lửa bán dẫn); được phát minh vào đầu thập

kỷ 70, và nó trở nên thông dụng khi yêu cầu về kiểm soát và độ tin cậy trở trên rất quan trọng đối với hệ thống kiểm soát khí xả

3 Cuối cùng là hệ thống đánh lửa không cần bộ chia điện (đánh lửa lập trình); nó được phát triển vào giữa thập kỷ 80 Hệ thống này đượcđiều khiển bằng máy tính và không có phụ tùng nào cần phải xoay chỉnh cả, do vậy nó trở nên đáng tín cậy hơn Hệ thống này không yêu cầu phải bảo dưỡng định kỳ, ngoại trừ việc thay bugi sau mỗi 100.000km hoặc 150.000 kmxe chạy

có nhiệm vụ định hướng đúng đánh lửa bugi của từng xi lanh (do vậy

nó gọi là bộ chia điện)

Mạch điện cho hệ thống đánh lửa thì đơn giản và dễ nhận biết Khi tađưa chìa khoá vào ổ điện và xoay chìa đến chức năng vận hành, tức

Động Cơ Đốt Trong

chia điện và nối với công tắc bật tắt, ta gọi là má vít Khi má vít

đóng, dòng điện đi trực tiếp xuống nguồn mát Khi dòng điện được chuyền từ công tắc điện, thông qua các cuộn dây trong lõi, sau đó xuống nguồn mát, nó tạo ta một từ trường lớn bên trong lõi môbin

 Má vít được thiết kế do một điểm tiếp xúc cố định mà được gắn chặt trên một miếng kim loại bên trong thân chia điện, và một bánh răng xoay được gắn ở cuối lò xo chịu lực Điểm xoay chỉnh được là 4,6 hoặc 8 mấu cam (tuỳ thuộc vào số thứ tự xi lanh trên động cơ) Cam chia điện quay cùng lực với động cơ, tạo thành một chu trình khép kín hoàn thiện cho 2 thì của động cơ Khi nó quay, cam sẽ đẩy má vítđóng hoặc mở Mỗi khi má vít đóng, dòng điện bị ngắt khỏi môbin,

do đó không tạo ra từ trường và đẩy dòng điện cao áp đến tụ điện thứcấp Dòng điện đi đến đỉnh của môbin thông qua bộ dây cao áp

cở vận hành, tài xế sẽ nhả chìa khoá về chế độ chạy xe và dòng điện lúc đó sẽ chuyển qua trở sơ cấp để đến môbin

 Bộ chia điện

Khi bạn tháo nắp chia điện trên đỉnh bộ chia, bạn sẽ thấy má vít và tụđiện, nó có thể chứa đựng một dòng điện nhỏ Khi má vít bắt đầu mở,dòng điện sẽ đi qua má vít và đi đến nguồn mát

Má vít cần phải điều chỉnh định kỳ để động cơ chạy hiệu quả hơn Cómột miếng nhựa ngăn giữa má vít và má cam, miếng nhựa đó sẽ bị mòn mỗi khi má vít thay đổi góc mở Có hai cách để đo má vít khi