CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ÔTÔ 1.1 Nhiệm vụ và phân loại hệ thống đánh lửa 1.1 Nhiệm vụ hệ thống đánh lửa. Hệ thống đánh lửa (HTĐL) có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều thế hiệu thấp (6, 12 hay 24) hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp thành các xung điện cao thế (12000 ÷ 24000V) đủ để tạo nên tia lửa đốt cháy hỗn hợp làm việc trong các xi lanh của động cơ vào những thời điểm thích hợp và tương ứng với trình tự xi lanh và chế độ làm việc của động cơ. Trong một số trường hợp, hệ thống đánh lửa còn dùng để hỗ trợ khởi động tạo điều kiện khởi động động cơ được dễ dàng ở nhiệt độ thấp. Hệ thống đánh lửa phải đáp ứng các yêu cầu chính sau: Phải đảm bảo thế hiệu đủ để tạo ra được tia lửa điện phóng qua khe hở giữa các điện cực của buji.
Tia lửa điện phải có năng lượng đủ lớn để đốt cháy được hỗn hợp làm việc trong mọi điều kiện làm việc của động cơ. Thời điểm đánh lửa phải tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lý nhất ở mọi chế độ làm việc của động cơ. Độ tin cậy làm việc của hệ thống đánh lửa phải tương ứng với độ tin cậy làm việc của động cơ. Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ.2 Phân loại hệ thống đánh lửa Hình 1: Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm ở chế độ cầm chừng 1 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: LÂM TẤN TÀI T1 biến khác; 6 – Đến buji, T2 – Các transistor; W1,W2 – Cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp G – Cảm biến vị trí trục khuỷu; NE – Cảm biến tốc độ động cơ 1 - Ắc quy; 2 – Công tắc; 3 – Tín hiệu phản hồi.
4 – Kiểm soát góc ngậm điện; 5 – Các cảm Đánh lửa điều chỉnh theo một chương trình trong bộ nhớ của ECU. Sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến như cảm biến tốc độ động cơ NE, cảm biến vị trí trục khuỷu G, cảm biến nhiệt độ khí nạp… ECU sẽ tính toán và phát ra tín hiệu đánh lửa tối ưu đến IC đánh lửa để điều khiển việc đánh lửa. Việc phân phối điện cao thế đến các buji theo thứ tự làm việc và các chế độ tương ứng của các xi lanh thông qua bộ chia điện. Ưu điểm: thời điểm đánh lửa chính xác, loại bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng như: bộ ly tâm, chân không.
Nhược điểm: Tổn thất nhiều năng lượng qua bộ chia điện và trên dây cao áp. Gây nhiễu vô tuyến trên mạch thứ cấp. Khi động cơ có tốc độ cao và số xi lanh lớn thì dễ xảy ra đánh lửa đồng thời ở hai dây cao áp kề nhau. Bộ chia điện cũng là chi tiết dễ hư hỏng nên cần phải thường xuyên theo dõi và bảo dưỡng.1 Hệ thống đánh lửa trực tiếp sủ dụng bobin đôi Ưu điểm:Không có dây cao áp hoặc dây cao áp rất ngắn nên giảm được năng lượng mất mát, giảm điện dung ký sinh và giảm nhiễu sóng vô tuyến.
Không còn bộ phân phối điện cao áp nên không còn khe hở trên đường dẫn cao áp. Bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu cách điện tốt như bộ phân phối, chổi than, nắp bộ chia điện. Không có sự đánh lửa giữa hai dây cao áp gần nhau. Hệ thống đánh lửa trực tiếp bao gồm hai loại: Hình 2:Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa gián tiếp 2 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: LÂM TẤN TÀI .G1, G2 – Cảm biến vị trí trục khuỷu; Ne – Cảm biến tốc độ động cơ T1, T2 – Các transistor; 1 - Ắc quy; 2 – Công tắc; 3 – Buji; 4 – Cuộn đánh lửa.
Giả sử đến thời điểm đánh lửa thích hợp cho máy nổ số 1, piston của máy số 1 và máy số 4 đều đến gần điểm chết trên nhưng do máy số 4 đang trong kỳ thải nên vùng môi chất lúc này chứa nhiều ion, tạo thành môi trường dẫn điện nên buji ở máy số 4 sẽ không đánh lửa. Còn máy số 1 đang trong kỳ nén nên sẽ đánh lửa ở buji máy số 1. Việc đánh lửa ở buji của máy số 2 và 3 cũng tương tự. Với hệ thống đánh lửa này, tuy đã có nhiều ưu điểm nhưng vẫn còn tồn tại dây cao áp từ bobin đôi đến các buji.
Do đó vẫn còn tổn thất năng lượng trên dây cao áp.2 Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bobin đơn. Hình 3:Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa gián tiếp G – cảm biến vị trí trục khuỷu; Ne – cảm biến tốc độ động cơ; T1, T2, T3 – các transistor; 1 – các cuộn đánh lửa; 2 – đến buji Với hệ thống đánh lửa sử dụng bobin đơn, mỗi bobin dùng cho một buji. IC đánh lửa, bobin và buji được tích hợp vào một kết cấu gọn nhẹ, không còn dây cao áp. Góc đánh lửa sớm và điều chỉnh góc đánh lửa sớm.
Góc đánh lửa sớm.Góc đánh lửa sớm và góc quay của trục khuỷu động cơ tính từ thời điểm xuất hiện tia lửa điện tại buji cho đến khi piston lên tới điểm chết trên. Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế và độ ô nhiễm của khí thải động cơ. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Trong đó: Áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa.
Nhiệt độ buồng đốt. 3 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: LÂM TẤN TÀI Áp suất trên đường ống nạp. Nhiệt độ nước làm mát động cơ. Nhiệt độ môi trường.
Số vòng quay của động cơ. Chỉ số octan của xăng. Ở các đời xe cũ, góc đánh lửa sớm chỉ điều khiển theo hai thông số: tốc độ và tải của động cơ. Tuy nhiên hệ thống đánh lửa ở một số xe có trang bị thêm van nhiệt và sử dụng bộ phận đánh lửa sớm theo hai chế độ nhiệt độ.
Trên các xe đời mới, góc đánh lửa sớm được điều khiển tối ưu theo chương trình phụ thuộc vào thông số nêu trên. Góc đánh lửa sớm thực tế khi động cơ hoạt động được xác định bằng công thức:Thời điểm đánh lửa = góc đánh lửa ban đầu + góc đánh lửa sớm cơ bản + góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh. Hình 4:Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa gián tiếp Trong đó: θ: Góc đánh lửa sớm thực tế. θbđ: Góc đánh lửa sớm ban đầu.
θcb: Góc đánh lửa sớm cơ bản. Khi số vòng quay của động cơ tăng: thời gian làm việc của chu trình bị rút ngắn, do đó góc đánh lửa sớm cần phải tăng lên. Nếu thời gian cháy của nhiên liệu không đổi thì θs phải tăng tuyến tính theo n, nhưng do n tăng làm tăng áp suất và nhiệt độ trong xi lanh (do giảm lọt khí và thời gian truyền nhiệt), tăng chuyển động lốc xoáy của hỗn hợp. Vì thế tốc độ cháy tăng lên và thời gian cháy tương ứng giảm đi nên ở số vòng quay cao θs tăng theo qui luật phi tuyến.
Sự thay đổi góc đánh lửa sớm phụ thuộc vào số vòng quay trong hầu hết các động cơ được thực hiện nhờ bộ điều chỉnh ly tâm. 4 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: LÂM TẤN TÀI Hình 5:Quan hệ giữa góc đánh lửa sớm và số vòng quay trục khuỷu. Tốc độ cháy của hỗn hợp phụ thuộc vào thành phần của nó và được xác định bằng hệ số dư lượng không khí α và được xác định theo biểu thức: Khi α = 1 : hỗn hợp lý tưởng. Khi α > 1 : hỗn hợp nhạt.
Khi α < 1 : hỗn hợp đậm Hình 6: Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp đến góc đánh lửa sớm. Thành phần hỗn hợp ảnh hưởng lớn đến việc chọn góc đánh lửa sớm tối ưu. Hỗn hợp quá đậm hoặc quá nhạt đều không bốc cháy được. 5 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: LÂM TẤN TÀI Tốc độ cháy của hỗn hợp đạt giá trị lớn và góc đánh lửa sớm sẽ nhỏ nhất ứng với giá trị α = 0,8 ÷ 0,9.
Khi giảm hoặc tăng α thì θs đều tăng. Sự tăng tỉ số nén làm tăng nhiệt độ và áp suất ở cuối kì nén, do đó làm tăng tốc độ cháy của hỗn hợp. Vì thế sự tăng tỉ số nén làm giảm góc đánh lửa sớm. Sự thay đổi góc đánh lửa sớm theo mức tải động cơ Mức tải của động cơ cũng ảnh hưởng lớn đến góc đánh lửa sớm khi mở bướm ga lớn, lượng hỗn hợp đi vào xi lanh nhiều hơn làm tăng áp suất và nhiệt độ khí nén, đồng thời còn làm giảm % khí sót, dẫn đến tăng tốc độ cháy.
Vì thế, khi tăng tải trong của động cơ thì θs giảm xuống và ngược lại. Hình 7:Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến sự thay đổi áp suất trong xy lanh động p – áp suất trong xylanh. - Góc quay trục khuỷu. s - Góc đánh lửa sớm.
C’ - Thời điểm đánh lửa. C1 - Thời điểm nhiên liệu bốc cháy Quá trình chuẩn bị hỗn hợp cháy (còn gọi là hoà khí) trong động cơ xăng diễn ra trong suốt quá trình nạp và quá trình nén. Vì vậy trên thực tế, hỗn hợp này là đồng nhất về mặt trạng thái tại thời điểm bốc cháy, hoà khí được đốt cháy bằng tia lửa điện xuất hiện trước khi piston tới ĐCT, góc quay trục khuỷu tính từ thời điểm xuất hiện tia lửa điện đến ĐCT được gọi là góc đánh lửa sớm s. Động cơ xăng hiện đại có góc đánh lửa sớm xê dịch trong khoảng s = (30 35) tính theo góc quay trục khuỷu.
θ- góc quay trục khuỷu ;θi – góc cháy trễ;θs- góc đánh lửa sớm c’- thời điểm đánh lửa; c1- thời điểm nhiên liệu bốc cháy 6 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP SVTH: LÂM TẤN TÀI Nếu buji đánh lửa quá muộn thì quá trình cháy sẽ kéo dài trên hành trình giãn nở vì nhiên liệu bốc cháy trong điều kiện không gian công tác của xy lanh tăng và tác dụng của vận động rối yếu dần. Tốc độ tăng áp suất trung bình wtb và áp suất cháy cực đại pz có trị số nhỏ. Buji đánh lửa quá sớm làm cho quá trình cháy diễn ra trong piston đang đi lên ĐCT làm tốn công nén, đồng thời áp suất lớn nhất cũng nhỏ. Hình 8:Điều khiển đánh lửa ở chế độ khởi động.
Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm. Động cơ trên ô tô có khả năng thích ứng rất cao. Từ lúc khởi động và trong suốt quá trình làm việc của động cơ liên tục thay đổi.