Chương 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1. Lý do chọn đề tài Công nghệ kỹ thuật ô tô được đánh giá là một trong những ngành công nghiệp “đầu tàu”, kéo theo sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp phụ trợ khác. Sự phát triển mạnh mẽ của ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô được xem là nhân tố tác động tích cực thúc đẩy các ngành liên quan đến phát triển, tạo động lực xây dựng nền công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước… Từ đó kéo theo nhu cầu việc làm của ngành học này cũng gia tăng một cách nhanh chóng.
Xã hội ngày càng phát triển, các dòng xe mới ra đời ngày càng nhiều, thúc đẩy việc cải tiến cũng như sự tiến bộ của nhiều công nghệ mới để nâng cao sự cạnh tranh với các hãng xe khác. Bên cạnh với việc phát triển của công nghệ ô tô thì vấn nạn về ô nhiễm môi trường, tổn thất nhiên liệu… cũng xảy ra một cách song song. Từ đó các nhà sản xuất đã không ngừng nghiên cứu và cải tiến nhiều hệ thống để giảm lượng khí thải, mức tiêu hao nhiên liệu, tối ưu hóa các chi tiết trên động cơ, giúp xe hoạt động an toàn và ổn định hơn… Ví dụ một số hệ thống có trên ô tô như hệ thống phanh chống bó cứng bánh xe (ABS), hệ thống tuần hoàn khí xả (EGR)… và đặc biệt không thể nhắc đến đó là hệ thống đánh lửa trên ô tô. Hệ thống đánh lửa trên ô tô cực kỳ quan trọng trong khối động cơ của xe hơi.
Cho đến nay, các nhà thiết kế luôn tìm cách để cải tiến, nâng cấp hệ thống đánh lửa trên ô tô để tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu, tăng hiệu suất làm việc của động cơ. Vì vậy để tìm hiểu cụ thể và rõ ràng hơn về hệ thống đánh lửa trên ô tô, nhóm đã quyết định chọn đề tài biên soạn tài liệu hướng dẫn thực tập hệ thống đánh lửa và chế tạo mô hình hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện và đánh lửa trực tiếp. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu chi tiết về hệ thống đánh lửa, hiểu rõ cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của từng bo mạch trong hệ thống đánh lửa ô tô. Từ đó biên soạn tài liệu hướng dẫn thực tập hệ thống đánh lửa và chế tạo mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp.
Nhiệm vụ đề tài Thu thập thông tin, tài liệu về hệ thống đánh lửa để biên soạn hướng dẫn thực tập. Khảo sát, đo kiểm tín hiệu từ các cảm biến trong các mô hình động cơ thực tế ở xưởng và từ đó chế tạo mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp. Giới hạn đề tài Nghiên cứu hệ thống đánh lửa sớm điện tử trên ô tô và chế tạo mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp. Đối tượng nghiên cứu Hệ thống đánh lửa sớm điện tử trên ô tô, khảo sát các cảm biến vị trí trục khuỷu và cảm biến vị trí trục cam trên các mô hình động cơ ô tô.
Phương pháp nghiên cứu Để hoàn thành đề tài, nhóm chúng em đã kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu, nhất là phương pháp nghiên cứu về lý thuyết: Tham khảo tài liệu, thu thập các thông tin từ mạng xã hội, tham khảo kiến thức từ thầy cô và những người có kinh nghiệm chuyên môn. Và dựa trên cơ sở đó, nhóm chúng em đã hoàn thành đề cương và biên soạn tài liệu thực tập hệ thống đánh lửa ô tô cùng với việc chế tạo mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp. Bố cục của đề tài Ngoài phần tổng quan về đề tài, các danh mục, phụ lục, kết luận… đề tài gồm năm phần chính: - Giới thiệu chung về hệ thống đánh lửa sớm điện tử. - Các hệ thống đánh lửa sớm điện tử.
- Cách xác định cực và kiểm tra mạch. - Mô hình thi công. - Khảo sát mô hình thực tế. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA SỚM ĐIỆN TỬ 2.
Hệ thống đánh lửa sớm điện tử Hệ thống đánh lửa là bộ phận quan trọng, tập hợp những chi tiết phụ tùng và phối hợp với nhau theo nguyên lý nhất định để tạo ra tia lửa điện nhằm đốt cháy nhiên liệu cho động cơ. Ở động cơ đốt trong, công suất động cơ sinh ra do sự đốt cháy hỗn hợp không khí nhiên liệu trong xy lanh. Đối với động cơ xăng, tia lửa điện bugi phải đủ khả năng đốt cháy hỗn hợp không khí nhiên liệu ở cuối quá trình nén ở mọi chế độ tải của động cơ. Yêu cầu của hệ thống đánh lửa Hệ thống đánh lửa phải đáp ứng 3 yêu cầu sau: - 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. Điện áp sinh ra từ cực thứ cấp của bô bin đủ khả năng phóng ra mass ở khoảng cách tối thiểu 13mm. - 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 xy lanh và góc đánh lửa sớm phù hợp với sự thay đổi tốc độ, tải trọng của động cơ và các điều kiện khác. - 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.
Hệ thống đánh lửa sử dụng điện cao áp do bô bin tạo ra nhằm phát ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hòa khí đã được nén ép. Hỗn hợp hòa khí được nén ép và đốt cháy trong xy lanh. 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. Trong thực nghiệm nhận thấy rằng công suất động cơ đạt tối ưu khi điểm đạt áp suất cực đại đạt sau điểm chết trên là 10⁰. Thời gian cháy của hỗn hợp khí phụ thuộc vào tốc độ động cơ, áp suất trong đường ống nạp, nhiệt độ động cơ, nhiệt độ không khí nạp… Vì vậy, để đảm bảo tối ưu thời điểm đánh lửa, người ta dùng các cảm biến bố trí xung quanh động cơ để xác định tình trạng làm việc thực tế, tín hiệu từ cảm biến chuyển về ECU để điều khiển thời điểm đánh lửa sớm tối ưu nhất. 3 ECU điều khiển đánh lửa sớm theo tải và số vòng quay động cơ tiệm cận với đặc tính lý tưởng.
Nếu đánh lửa trễ, điểm áp suất đạt cực đại nằm xa điểm chết trên nên áp suất cực đại giảm dẫn đến công suất động cơ giảm. Khi đánh lửa quá sớm đến áp suất cực đại lớn và nằm lân cận điểm chết trên gây ra hiện tượng cháy kích nổ dẫn đến động cơ bị rung động mạnh và công suất hiệu suất động cơ giảm. Các thành phần của hệ thống đánh lửa ECM thu thập thông tin từ nhiều cảm biến khác nhau và lập trình bên trong của nó để xác định khi nào điều khiển hệ thống đánh lửa để tạo ra tia lửa trong một xy lanh cụ thể. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát: Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, điện trở của nhiệt điện trở tăng lên và tín hiệu điện áp THW cao được đưa đến ECU, dựa vào tín hiệu này ECU sẽ tăng lượng nhiêu liệu phun vào và tăng góc đánh lửa sớm làm cải thiện khả năng tải trong quá trình hoạt động của động cơ lạnh.
Ngược lại, khi nhiệt độ nước làm mát cao, tín hiệu điện áp THW thấp được gửi đến ECU làm giảm lượng phun nhiên liệu và giảm góc đánh lửa sớm. Cảm biến nhiệt độ không khí: xác định chính xác nhiệt độ của không khí nạp vào động cơ, từ đó điều chỉnh góc đánh lửa sớm. Cảm biến vị trí bướm ga: Có nhiệm vụ chuyển vị trí góc mở cánh bướm ga thành tín hiệu điện thế gửi đến ECU. Nó dùng để xác định tải của động cơ.
Tín hiệu khởi động STA: khi khởi động tín hiệu STA và cảm biến nhiệt độ nước làm mát là thông số cơ bản để điều khiển lượng nhiên liệu phun và góc đánh lửa sớm khi khởi động. Các cảm biến khác: như cảm biến kích nổ, cảm biến tốc độ xe… Hệ thống đánh lửa gồm có các thành phần sau: Cảm biến Ne: Dùng để xác định vị trí trục khuỷu, tốc độ quay của trục khuỷu và sự thay đổi số vòng quay để điều khiển góc đánh lửa sớm. Cảm biến G: Xác định vị trí piston ở điểm chết trên cuối kỳ nén để xác định thời điểm đánh lửa sớm. Igniter: Nhận tín hiệu đánh lửa IGT từ ECU để điều khiển dòng điện qua cuộn sơ cấp của bô bin, giới hạn cường độ dòng điện… 4 Bô bin: loại biến áp xung.
Nó bao gồm: cuộn sơ cấp dùng để biến đổi năng lượng điện thành năng lượng từ tính, lõi sắt có tác dụng như một mạch từ dùng để tích lũy năng lượng từ trường và cuộn thứ cấp dùng để chuyển đổi sự thay đổi từ thông thành năng lượng điện có điện áp cao. Bugi: dòng điện có điện áp cao từ delco được tạo thành tia lửa có nhiệt độ cao giữa điện cực trung tâm và cực bên của bugi để đốt cháy hỗn hợp không khí nhiên liệu ở cuối quá trình nén. Điều kiện làm việc của bugi rất khắc nghiệt. Nhiệt độ của điện cực bugi có thể đạt tới 2000⁰C ở quá trình cháy, nhưng nó nhanh chóng giảm rất nhanh ở quá trình nạp do được làm mát bởi hỗn hợp không khí và nhiên liệu.
Sự thay đổi nhiệt độ bất thường trên được thực hiện trong hai vòng quay của trục khuỷu. Ngoài ra bugi phải chịu được áp suất cao, nhiệt độ cao, sự thay đổi đột ngột nhiệt độ, ăn mòn hóa học. Điện cực phải có tuổi thọ cao. Mỗi động cơ phải sử dụng đúng loại bugi theo quy định của nhà sản xuất.
Bộ chia điện: Chia nguồn điện cao áp từ bô bin đến các xy lanh. Điều này được thực hiện bởi trục bộ chia điện và con quay gắn ở đầu. Cuộn thứ cấp được kết nối với con quay, nắp bộ chia điện có các đầu nối với các dây cao áp đến các xy lanh. Khi con quay quay vòng tròn nó sẽ chia nguồn điện cao áp cho các xy lanh theo thứ tự công tác động cơ.
ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến, từ đó để kiểm soát thời điểm tạo ra tia lửa điện cao áp.