Chương 1: TỔNG QUÁT 1. Lý do chọn đề tài “Động cơ đốt trong là một trong những loại động cơ được ứng dụng rộng rãi trên nhiều loại phương tiện, máy móc và các trang thiết bị. Trong những năm gần đây, vấn đề về ô nhiễm môi trường, cạn kiệt năng lượng cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật và công nghệ, động cơ đốt trong đang dần bị thay thế bởi động cơ điện. Thế nhưng động cơ đốt trong vẫn đóng vai trò quan trọng không thể thay thế trong một số ứng dụng.
Đối với động cơ sử dụng nhiên liệu xăng để vận hành, hỗn hợp xăng/không khí hình thành với một tỉ lệ nhất định sau đó được đưa vào bên trong động cơ và được đốt cháy bằng tia lửa điện của bu-gi. Hệ thống đánh lửa là một trong những hệ thống quan trọng và không thể thiếu đối với động cơ xăng, chúng có nhiệm vụ biến xung điện áp thấp thành xung điện áp cao và truyền đến các bu-gi trên các xi-lanh theo thứ tự làm việc và đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp nhiên liệu trong lòng xi-lanh. Hệ thống đánh lửa ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của động cơ, suất tiêu hao nhiên liệu, tính ổn định và giảm lượng phát thải gây ô nhiễm môi trường. Với đề tài “Chuyên Đề Hệ Thống Đánh Lửa”, chúng em sẽ phân tích rõ hơn về đặc điểm cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của các chi tiết trong hệ thống đánh lửa.
Đối tượng nghiên cứu Đề tài “Chuyên Đề Hệ Thống Đánh Lửa” hướng đến: Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa điện cảm, hệ thống đánh lửa điện dung. Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến áp đánh lửa, bu-gi và hệ thống điều khiển của hệ thống đánh lửa. Tìm hiểu phương pháp phát hiện mất tia lửa và điều khiển chống kích nổ của bộ điều khiển. Phương pháp nghiên cứu Trong quá trình thực hiện đề tài nhóm đã sử dụng một số phương pháp nghiên cứu: Phương pháp thu thập các tài liệu liên quan đến hệ thống đánh lửa từ các nguồn như: giáo trình, sách, tạp chí khoa học.
Phương pháp biên dịch tài liệu. Phương pháp phân tích, tổng hợp và tham khảo ý kiến của các chuyên gia để tìm ra hướng nghiên cứu và giải quyết vấn đề. Nội dung nghiên cứu Tổng quan Hệ thống đánh lửa: Trình bày các chức năng, phân loại và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa. Các thông số làm việc của Hệ thống đánh lửa; phân tích năng lượng của tia lửa và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đánh lửa.
Lý thuyết về hệ thống đánh lửa: Trình bày các giai đoạn hình thành tia lửa trong hệ thống đánh lửa điện cảm và điện dung Kết cấu các thành phần trên Hệ thống đánh lửa Trình bày cấu tạo Nguyên lý hoạt động của bu-gi và biến áp đánh lửa. Điều khiển trong Hệ thống đánh lửa Các hệ thống điều khiển dòng điện sơ cấp Các tín hiệu đánh lửa IGT và IGF Hệ thống đánh lửa điện tử 2 Chương 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 2. Lịch sử hình thành hệ thống đánh lửa Động cơ xăng hoặc động cơ đánh lửa bằng tia lửa là một động cơ đốt trong dựa vào nguồn thiết bị đánh lửa bên ngoài để hoạt động. Tia lửa đánh lửa đốt cháy hỗn hợp không khí/nhiên liệu được nén trong buồng đốt để bắt đầu quá trình đốt cháy.
Tia lửa đánh lửa được tạo ra bởi sự phóng điện giữa các điện cực của bu-gi bên trong buồng đốt và được duy trì trong một khoảng thời gian nhất định đảm bảo đốt cháy hoàn toàn hòa khí. Hệ thống đánh lửa phải tạo ra đủ mức năng lượng điện áp cao để tạo ra tia lửa điện ổn định ở bu-gi đồng thời đảm bảo rằng tia lửa điện xuất hiện vào đúng thời điểm. Lịch sử phát triển đánh lửa của BOSCH Hệ thống đánh lửa Magneto: Quá trình cháy ở động cơ xăng đặt ra một vấn đề lớn trong những năm đầu của ô tô. Chỉ đến khi Robert Bosch phát triển nam châm điện áp thấp, một hệ thống đánh lửa được coi là đủ ổn định để vận hành được vào thời điểm đó.
Hệ thống này sử dụng cuộn cảm để tạo ra dòng điện đánh lửa thông qua hiện tượng cảm ứng từ. Khi bị ngắt, dòng điện này tạo ra tia lửa đánh lửa bắt đầu quá trình cháy của hỗn hợp nhiên liệu trong buồng đốt động cơ. Tuy nhiên, những hạn chế của công nghệ này đã sớm được chú ý đến. Đánh lửa bằng nam châm điện áp cao cho phép động cơ quay nhanh hơn.
Hệ thống này vẫn sử dụng hiện tượng cảm ứng từ để tạo ra điện áp, nhưng tích hợp thêm biến áp để khuếch đại điện áp. Điện áp tăng cao giúp tạo ra tia lửa mạnh giữa các điện cực của bu-gi, đảm bảo đánh lửa hiệu quả ngay cả động cơ hoạt động ở tốc độ cao.1 Phát triển hệ thống đánh lửa cảm ứng.[1][PT1] Đánh lửa sử dụng ắc-quy: Xu hướng sử dụng hệ thống đánh lửa với chi phí tiết kiệm đã dẫn đến sự ra đời của đánh lửa sử dụng ắc-quy. Điều này tạo ra hệ thống đánh lửa bằng cuộn dây đánh lửa, sử dụng ắc-quy làm nguồn cung cấp năng lượng và biến áp đánh lửa làm thiết bị tích trữ năng lượng (Hình 2. Dòng điện chạy trong cuộn dây được đóng/ngắt thông qua điểm ngắt mạch.
Góc đánh lửa được điều chỉnh bằng bộ điều chỉnh kiểu ly tâm và bộ điều chỉnh kiểu chân không. Sự phát triển không dừng lại ở đó. Các linh kiện điện tử bắt đầu được sử dụng ngày càng nhiều. Đầu tiên, với đánh lửa sử dụng transistor, dòng điện cuộn dây sơ cấp được đóng/ngắt thông qua transistor để ngăn chặn tình trạng mòn tiếp điểm ở điểm ngắt mạch, do đó giảm thiểu hao mòn.
Trong các thế hệ đánh lửa sử dụng transistor, tiếp điểm ngắt mạch đóng vai trò là tín hiệu điều khiển biến áp đánh lửa đã được thay thế. Chức năng này hiện do cảm biến Hall hoặc bộ phát cảm ứng đảm nhận. Thế hệ tiếp theo là đánh lửa điện tử. Góc đánh lửa phụ thuộc vào tải và tốc độ động cơ được lưu trữ trong một bản đồ chương trình ECU.
Điều này cho phép sử 4 dụng nhiều thông số khác nhau như nhiệt độ động cơ để xác định góc đánh lửa chính xác hơn. Cuối cùng, với sự xuất hiện của đánh lửa bán dẫn không có bộ chia điện, ngay cả bộ chia điện dạng cơ khí cũng đã bị loại bỏ.1 minh họa quá trình phát triển này. Kể từ năm 1998, chỉ có hệ thống điều khiển ECU Motronic tích hợp chức năng đánh lửa bán dẫn không có bộ chia điện mới được sử dụng.2 Hệ thống đánh lửa sử dụng ắc-quy của Bosch. Sự xuất hiện của hệ thống đánh lửa.
Trước khi những động cơ đầu tiên xuất hiện vào cuối thế kỷ 19, các nhà phát minh đã nỗ lực phát triển động cơ đốt trong nhằm thay thế động cơ hơi nước vốn được sử dụng thịnh hành vào thời điểm đó. Nỗ lực đầu tiên được biết đến nhằm tạo ra một động cơ đốt trong thay thế động cơ đốt ngoài được thực hiện bởi Christiaan Huygens vào năm 1673. Nhiên liệu được sử dụng trong động cơ này (Hình 2.3) là thuốc súng (1), được đánh lửa bằng dây cháy chậm (2). Sau khi đánh lửa, khí cháy thoát ra khỏi xi-lanh (3) qua van một chiều (4), tạo ra chân không bên trong.
Áp suất khí quyển đẩy piston (5) 5 xuống, nâng khối G (7) lên bởi ròng rọc (6). Bởi vì động cơ phải nạp lại nhiên liệu sau mỗi lần đánh lửa, nó không thể cung cấp công suất liên tục và hoạt động như một động cơ thực sự. Hơn 100 năm sau, vào năm 1777, Alessandro Volta đã thử nghiệm đánh lửa hỗn hợp không khí và khí metan bằng tia lửa. Tia lửa được tạo ra bởi ống điện tích mà ông phát minh vào năm 1775.
1 Viên thuốc súng 2 Dây cháy chậm 3 Xi-lanh 4 Van một chiều 5 Piston 6 Ròng rọc 7 Trọng lượng G Hình 2.3 Ý tưởng về động cơ của Christiaan Huygens.[1][KB3] Năm 1807, Isaak de Rivaz phát triển động cơ sử dụng piston áp suất khí quyển, áp dụng nguyên lý của súng lục Volta và đánh lửa hỗn hợp khí Hydro/không khí dễ cháy bằng tia lửa điện. Rivaz đã chế tạo một chiếc xe thử nghiệm (Hình 2.4) dựa trên bản vẽ bằng sáng chế của mình, nhưng sau đó nhanh chóng bị loại bỏ do kết quả không đạt yêu cầu. Tương tự như động cơ sử dụng thuốc súng để hoạt động của Huygens, một piston bị đẩy lên cao do vụ nổ và ngay sau đó bị áp suất khí quyển kéo trở lại. Do đó, chiếc xe có thể di chuyển vài mét về phía trước, sau đó hỗn hợp khí mới được đưa vào xi- lanh và đánh lửa.
Để ứng dụng thực tế trên ô tô đòi hỏi động cơ có công suất liên tục. Đánh lửa đốt cháy hỗn hợp hòa khí bên trong xi-lanh là vấn đề chính tại thời điểm lúc bấy giờ. Nhiều nhà chế tạo động cơ đã nghiên cứu để tìm giải pháp và cho ra đời nhiều hệ thống đánh lửa khác nhau.4 minh họa cho thấy chiếc xe do Isaak Rivaz thiết kế với piston chuyển động tịnh tuyến trong áp suất khí quyển, dựa trên đơn xin cấp bằng sáng chế năm 1807. 1 Công tắc đánh lửa.4 Động cơ sử dụng piston áp suất khí quyển.[1][KB4] 4 Bình chứa khí hydro.
Hệ thống đánh lửa bằng điện áp cao Khái niệm về hệ thống đánh lửa dùng ắc-quy đã có từ năm 1860, khi người Pháp Etienne Lenoir chế tạo hệ thống "đánh lửa bằng điện áp cao" (Hình 2.5) cho động cơ có tốc độ không đổi của mình. Để tạo ra dòng điện đánh lửa, người ta đã sử dụng cuộn cảm Ruhmkorff (2), được cung cấp năng lượng từ ắc-quy (đánh lửa dùng ắc- quy). Hai dây bạch kim cách điện (6) đóng vai trò như điện cực để tạo ra sự phóng điện trong buồng đốt. Do đó, Lenoir đã phát minh ra bu-gi thế hệ đầu là tiền thân của tất cả các bu-gi đánh lửa ngày nay.
Lenoir sử dụng bộ chia điện điện áp cao trên thanh tiếp xúc (5) để kiểm soát dòng điện đến hai bu-gi đánh lửa trên động cơ hai kỳ. Trong cuộn cảm Ruhmkorff, từ trường được hình thành trong cuộn dây ngay khi mạch được khép kín. Dòng điện tăng dần. Khi đạt đến giá trị cụ thể, phần ứng (4) bị hút và tiếp điểm rung (3) mở ra.
Từ trường bị biến thiên do mạch bị ngắt. Sự thay đổi từ trường nhanh chóng tạo ra điện áp cảm ứng cao trong cuộn dây thứ cấp, gây ra sự phóng điện ở bu-gi đánh lửa.