CHƯƠNG I: HỆ THỐNG ĐÁNH LỬ TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA 2AZ-FE 1. KHÁI QUÁT CHUNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 1. Chức năng nhiệm vụ yêu cầu phân loại 1. Chức năng hệ thống đánh lửa Trong động cơ xăng hòa khí sau khi được đưa vào trong xylanh và được trộn đều nhờ xoáy lốc của dòng khí, sẽ được Piston nén lại.
ở một thời điểm thích hợp cuối kỳ nén, hệ thống đánh lửa sẽ cung cấp một tia lửa điện cao thế, đốt cháy hòa khí và sinh công cho động cơ. Như vậy, chức năng của hệ thống đánh lửa là tạo ra tia lửa đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong buồng đốt của động cơ. Nhiệm vụ của hệ thống đánh lửa. Hệ thống đánh lửa trên động cơ có nhiệm vụ biến thiên nguồn điện xoay chiều, một chiều có hiệu điện thế thấp 12V hoặc 24V thành các xung điện thế cao khoảng vài chục kV.Các xung hiệu điện thế cao này sẽ được phân bố đến bugi của các xylanh đúng thời điểm để tạo tia lửa điện cao thế đốt cháy hòa khí.
Yêu cầu của hệ thống đánh lửa trên ôtô. Các yếu tố quan trọng của động cơ xăng là: Hỗn hợp không khí nhiên liệu tốt, nén ép tốt, và đánh lửa tốt. Hệ thống đánh lửa tạo ra một tia lửa mạnh, và các thời điểm chính xác để đốt cháy hỗn hợp không khí - nhiên liệu. Hệ thống đánh lửa phải sinh ra sức điện động thứ cấp đủ lớn để phóng điện qua khe hở bougie trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ.
Tia lửa trên bougie phải đủ năng lượng và thời gian phóng để đốt cháy hoàn toàn hòa khí. Vì ngay cả khi bị nén ép với áp suất cao, không khí có điện trở, nên cần phải tạo ra điện thế hàng chục ngàn vôn để đảm bảo phát tia lửa mạnh, có thể đốt cháy hỗn hợp không khí nhiên liệu. Thời điểm đánh lửa chính xác: Hệ thống đánh lửa phải luôn có thời điểm đánh lửa chính xác để phù hợp với sự thay đổi tốc độ và tải trọng của động cơ. 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 và có đủ độ bền và độ tin cậy để chịu đựng được trong các điều kiện nhiệt độ cao và độ rung xóc lớn. Hệ thống đánh lửa sử dụng điện cao áp do cuộn đánh lửa tạo ra nhằm phát ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp không khí và nhiên liệu đã được nén ép. Hỗn hợp không khí nhiên liệu được nén ép và đốt cháy trong cylinder. 11 Sự bốc cháy này tạo ra động lực của động cơ.
Nhờ có 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 vôn còn cuộn thứ cấp thì tạo ra điện thế hàng chục ngàn vôn. Phân loại hệ thống đánh lửa. Ngày nay hệ thống đánh lửa cao áp được trang bị trên động cơ ôtô 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: a) Phân loại theo nguồn điện sơ cấp - Hệ thống đánh lửa dùng man-hê-tô - Hệ thống đánh lửa dùng acqui b) Phân loại theo phương pháp tích lũy năng lượng. - Hệ thống đánh lửa điện cảm ( Transistor Ignition System ). - Hệ thống đánh lửa điện dung ( Capacitor Discharged Ignition System ). c) Phân loại theo phương pháp điều khiển bằng cảm biến.
- Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa ( breaker ). - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ ( Electromagnetie Sensor ). Gồm 2 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. - Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến từ trở. d) Phân loại theo cách phân bố điện cao áp. - Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện - Delco ( Distributor Ignition System ).
- Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay không có Delco ( Distributorless Ignition System). e) Phân loại theo phương pháp điều khiển góc đánh lửa sớm. - Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng cơ khí ( Mechanical Spark - Advance ). - Hệ thống đánh lửa với bộ điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử ( ESA - Electronic Spark Advance ).
f) Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp. - Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa ( Conventional Ignition System ). 12 - Hệ thống đánh lửa sử dụng Transistor. - Hệ thống đánh lửa sử dụng Thyristor ( CDI ).
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ sản xuất động cơ nói riêng và sản xuất ôtô nói chung đã đạt được nhiều thành tựu cao trong mọi lĩnh vực, từ công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí đến sự đột phá trong công nghệ chế tạo vật liệu mới. Với sự trợ giúp đắc lực của lĩnh vực công nghiệp điện tử và điện tự động, hệ thống đánh lửa ngày nay đã trở nên hoàn hảo. Động cơ ngày nay đều được trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp với hệ thống đánh lửa sớm bằng điện tử được điều khiển hoàn taonf bằng máy tính dựa vào các tín hiệu từ nhiều cảm biến khác nhau. Nhờ đó, có thể xác định chính xác tình trạng của động cơ và đưa ra tín hiệu điều khiển một cách chính xác nhất.
ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CÁC HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 1. Hệ thống đánh lửa thường (có tiếp điểm) Hình 1. Sơ đồ hệ thống đánh lửa thường 1, Ắc quy 6, Tụ điện 2, Khóa điện 7, Cam quay 3, Điện trở phụ 8, Tiếp điểm 4, Bô bin 9, Bugi 5, Con quay chia điện 10, Bộ điều khiển góc đánh lửa chân không Trong hệ thống đánh lửa thường có 2 mạch : mạch điện áp thấp và điện áp cao. + Trong mạch điệp áp thấp dùng điện của ắc quy hoặc của máy phát điện.
Trong đó ngoài nguồn điện ra còn có khóa điện, cuộn dây sơ cấp, bô bin với điện trở phụ và bộ cắt 13 điện. + Mạch điện áp cao có cuộn dây thứ cấp trong bôbin, dây dẫn cao thế,bộ chia điện, bugi đánh lửa.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm khác với hệ thống đánh lửa thường là giữa bobin và tiếp điểm của bộ cắt điện có mắc hộp chuyển mạch kiểu tranzito. Cuộn sơ cấp của bobin được mắc vào mạch góp của bộ khuếch đại, tiếp điểm của cắt điện được mắc vào mạch của cực gốc (cực điều khiển) của tranzito.
Khi tiếp điểm đóng, dòng điện có cường độ không lớn(0,75A) đi qua tiếp điểm, lúc đó ở cực điều khiển phát sinh điện thế và tranzito cho dòng điện chay qua tới cuộn sơ cấp của bobin. Do 14 cường độ của cực gốc không lớn nên sự mòn tiếp điểm do tia lửa điện sinh ra thực tế không có và thời gian sử dụng của tiếp điểm chỉ chịu mòn cơ học.3 Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm Hình 1. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn Về cấu tạo hệ thống đánh lửa bán dẫn không còn sử dụng tiếp điểm đóng ngắt mạch sơ cấp nên cải thiện được chất lượng tia lửa và tuổi thọ hệ thống. - Hệ thống đánh lửa bán dẫn ta cũng có thể chia làm 2 mạch : mạch điện hạ thế và mạch cao thế + Mạch điện hạ thế dùng điện áp của ắc quy hoặc của máy phát điện trên động cơ Trong đó ngoài nguồn điện ra còn có khóa điện, cuộn dây sơ cấp, bô bin với điện trở phụ và IC đánh lửa.
+ Mạch điện cao thế có cuộn dây thứ cấp trong bô bin, dây cao áp, bộc chia điện và các bugi trên xylanh.4 Hệ thống đánh lửa điện tử 1.1 Hệ thống đánh lửa điện tử có bộ chia điện (ESA có bộ chia điện ) Về cấu tạo hệ thống đánh lửa này khác các hệ thống đánh lửa trên là không sử dụng con quay tạo tín hiệu đánh lửa mà nó được tạo tín hiệu nhờ ECU động cơ thông qua các tín hiệu vào từ những cảm biến liên quan qua đó tính toán được thời điểm đánh lửa phù hợp hơn với tải trọng động cơ. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có ESA - Hệ thống đánh lửa bán dẫn cũng được chia làm 2 mạch + Trong mạch điệp áp thấp dùng điện của ắc quy hoặc của máy phát điện. Trong đó ngoài nguồn điện ra còn có khóa điện, cuộn dây sơ cấp, bô bin và IC đánh lửa. + Mạch điện áp cao có cuộn dây thứ cấp, dây dẫn điện áp cao, bộ chia điện và các bugi.
+ Ngoài ra còn có các cảm biến cấp tín hiệu đầu vào cho ECU và đưa ra tín hiệu điều khiển TRANSISTOR đóng hoặc thông giúp cuộn sơ cáp được nối mát, khi đó bugi sẽ được đánh lửa theo tín hiệu điều khiển của ECU .2 Hệ thống đánh lửa điện tử không có bộ chia điện ( đánh lửa trực tiếp) Hình 1. Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp 16 Trong hệ thống đánh lửa trực tiếp (ĐLTT), bộ chia điện không còn được sử dụng nữa. Thay vào đó, hệ thống ĐLTT cung cấp một bô bin cùng với một IC đánh lửa độc lập cho mỗi xy-lanh. Vì hệ thống này không cần sử dụng bộ chia điện hoặc dây cao áp nên nó có 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). Sơ đồ kết cấu hệ thống đánh lửa trực tếp( loại 1) 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.5 Hệ thống đánh lửa CDI ( Capacitor Discharge Ignition ) Hình 1.