khảo sát hệ thống đánh lửa trên động cơ daewoo

Đồ án tốt nghiệp - Khảo Sát Hệ Thống Đánh Lửa Trên Động Cơ DAEWOO
LỜI NÓI ĐẦU.
Trong thời kỳ hội nhập thế giới hiện nay thì ngành công nghiệp đóng vai trò
chủ đạo trong tiến trình phát triển kinh tế của đất nước.Trong đó ngành công nghiệp
ôtô đóng một vai trò rất quan trọng.
Do ngành công nghiệp nước ta mới có những bước đầu non trẻ trong những năm
trở lại đây nên ngành công nghiệp ôtô cũng đang trong tình trạng phát triển chậm
bởi vậy đây là ngành cần được sự hổ trợ hàng đầu của các cấp các ngành.
Ngày nay ôtô không chỉ đáp ứng nhu cầu đi lại, chuyên chở một cách thuần tuý
như trước đây mà nó còn phải đáp ứng tính kinh tế, công suất, tốc độ, mẩu mã
đặc biệt hiện nay vấn đề khí xả được mọi người quan tâm và đặt lên tầm quan
trọng hàng đầu trước sự nóng lên của trái đất.
Trong ôtô thì hệ thống đánh lửa là một trong những hệ thống đóng vai trò rất quan
trọng trong việc quyết định công suất tối ưu của động cơ và giảm lượng khí sót
chưa được đốt cháy giảm thải ô nhiểm môi trường.
Vì vậy việc nắm vững cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa là
một tất yếu không thể thiếu đối với một sinh viên khoa Cơ Khí Giao Thông và đó
cũng chính là lý do em chọn đề tài tốt nghiệp “ khảo sát hệ thống đánh lửa trên
động cơ DAEWOO ”.
Qua đây cho em kính gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong trường
mà đặc biệt là các thầy cô giáo trong Khoa Cơ Khí Giao Thông đã tận tình dạy bảo
em trong suốt năm năm học vừa qua.
Em xin cảm ơn thầy giáo Phạm Quốc Thái đã nhiệt tình hướng dẫn giúp đở em
hoàn thành Đồ Án này một cách tốt nhất.
Đà nẵng 2 -2007.
Sinh viên : Phan Khắc Hân Trang 1
Lớp : 02C4
Đồ án tốt nghiệp - Khảo Sát Hệ Thống Đánh Lửa Trên Động Cơ DAEWOO
1.MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI.
1.1. Mục đích.
• Thấy rõ vai trò quan trọng trong việc tạo ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp

nhiên liệu vào đúng thời điểm.
• Tìm hiểu nắm vững nguyên lý làm việc và từ đó thấy được ưu nhược điểm
của các hệ thống đánh lửa trong các động cơ châm cháy cưởng bức.
• Thấy được tầm quan trọng trong việc thay thế hệ thống đánh lửa điều khiển
tiếp điểm cơ khí bằng hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử trên các loại
xe đời mới hiện nay.
• Tìm hiểu và nắm vững nguyên lý hoạt động của các cảm biến sử dụng trong
hệ thống đánh lửa trên động cơ DAEWOO.
• Có thể chẩn đoán một cách chính xác và nhanh chóng các hư hỏng trong hệ
thống đánh lửa của động cơ DAEWOO nói riêng và các động cơ hiện đại
tương đương nói chung.
1.2. Ý nghĩa của đề tài.
• Giúp cho sinh viên tổng hợp các kiến thức đã học một cách lôgic nhất.
• Giúp cho sinh viên tiếp cận thực tế với các động cơ đời mới.
• Hiểu rỏ vai trò quan trọng của hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử so
với các hệ thống đánh lửa đời cũ .
• Nắm vững cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên động
cơ DAEWOO và từ đó làm tiền đề để nghiên cứu các hệ thống đánh lửa của
các động cơ khác.
• Giúp sinh viên tự tin hơn lúc mới ra trường chưa có nhiều kinh nghiệm thực
tế về các hệ thống đánh lửa điện tử của các động cơ đời mới.
Sinh viên : Phan Khắc Hân Trang 2
Lớp : 02C4
Đồ án tốt nghiệp - Khảo Sát Hệ Thống Đánh Lửa Trên Động Cơ DAEWOO
2. GIỚI THIỆU VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
2.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu.
2.1.1 Công dụng.
Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều thế hiệu thấp (6V,12V,
hay 24V ) hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp ( trong hệ thống đánh lửa
bằng Manhêtô và Vôlăng manhêtic ) thành các xung điện cao thế (12000 – 24000V)

đủ để tạo nên tia lửa ( phóng qua khe hở Bugi ) đốt cháy hổn hợp làm việc trong các
xilanh của động cơ vào những thời điểm thích hợp và tương ứng với trình tự xilanh
và chế độ làm việc của động cơ.
Trong một số trường hợp thì hệ thống đánh lửa còn dùng để hổ trợ khởi động, tạo
điều kiện động cơ khởi động được dễ dàng ở nhiệt độ thấp.
2.1.2. Phân loại .
Ngày nay, hệ thống đánh lửa được trang bị trên 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 :
• Phân loại theo đặc điểm cấu tạo:
 Hệ thống đánh lửa thường.
 Hệ thống đánh lửa bán dẫn
+ Loại có tiếp điểm.
+ Loại không có tiếp điểm.
 Hệ thống đánh lửa Manhêto.
 Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng chương trình.
• Phân loại theo phương pháp tích luỹ năng lượng :
 Hệ thống đánh lửa điện cảm (TI – transistor ignition system).
 Hệ thống đánh lửa điện dung (CDI – capacitor discharged ignition
system).
• Phân loại theo phương pháp điều khiển bằng cảm biến.
 Hệ thống đánh lửa sử dụng tiếp điểm (breaker).
Sinh viên : Phan Khắc Hân Trang 3
Lớp : 02C4
Đồ án tốt nghiệp - Khảo Sát Hệ Thống Đánh Lửa Trên Động Cơ DAEWOO
 Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ (electromaagnetic sensor)
gồm hai 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

 Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến cộng hưởng.
• Phân loại theo các phân bố điện cao áp.
 Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện (Delco).
 Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay không có Delco.
• Phân loại theo phương pháp góc đánh lửa sớm.
 Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng cơ khí.
 Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng bằng
điện tử ( ESA-electronic spark advance).
2.1.3. Yêu cầu.
Một hệ thống đánh lửa tốt phải thoả mãn các yêu cầu sau :
• Hệ thống đánh lửa phải sinh ra dòng thứ cấp đủ lớn để phóng điện qua khe
hở Bugi trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ.
• Tia lửa trên Bugi phải đủ năng lượng và thời gian phóng để sự cháy bắt
đầu.
• 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 trong điều kiện
nhiệt độ cao và độ rung xóc lớn.
• Sự mài mòn điện cực Bugi phải nằm trong khoảng cho phép.
• Độ tin cậy làm việc của hệ thống đánh lửa phải tin cậy tương ứng với độ
tin cậy làm việc của động cơ.
• Kết cấu đơn giản,bảo dưỡng sửa chửa dể dàng, giá thành rẻ
2.2. Lý thuyết chung về hệ thống đánh lửa.
Trong động cơ xăng 4 kỳ, hoà khí sau khi được đưa vào xylanh và được trộn đều
nhờ sự xoáy lốc của dòng khí, sẻ được piston nén lại. Ở một thời điểm thích hợp
Sinh viên : Phan Khắc Hân Trang 4
Lớp : 02C4
Đồ án tốt nghiệp - Khảo Sát Hệ Thống Đánh Lửa Trên Động Cơ DAEWOO
cuối kỳ nén, hệ thống đánh lửa sẽ cung cấp một tia lửa điện cao thế đốt cháy hoà
khí và sinh công cho động cơ. Để tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của Bugi,
quá trình đánh lửa được chia làm ba giai đoạn: quá trình tăng trưởng của dòng sơ

cấp hay còn gọi là quá trình tích luỹ năng lượng, quá trình ngắt dòng sơ cấp và quá
trình xuất hiện tia lửa điện ở cực Bugi.
2.2.1 Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp.

Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa.
Trong sơ đồ hệ thống đánh lửa trên :
R
f
: điện trở phụ
R
1
: điện trơ của cuộn sơ cấp.
L
1
, L
2
:độ tự cảm của cuuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của Bobin.
T : transistor công suất được điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm biến
hoặc vít lửa.

Hình 2.2. Sơ đồ tương đương của mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa
Sinh viên : Phan Khắc Hân Trang 5
Lớp : 02C4
Đồ án tốt nghiệp - Khảo Sát Hệ Thống Đánh Lửa Trên Động Cơ DAEWOO
Khi Transistor công suất T dẫn, trong mạch sơ cấp sẽ có dòng điện i
1
từ (+) accu
đến R
f
→ L

1
→ T → mass. Dòng điện i
1
tăng từ từ do sức điện động tự cảm sinh
ra trên cuộn sơ cấp L
1
chống lại sự tăng của cường độ dòng điện.Ở giai đoan này,
mạch thứ cấp của hệ thống đánh lửa hầu như không ảnh hưởng đến quá trình tăng
dòng ở mạch sơ cấp. Hiệu điện thế và cường độ dòng điện xuất hiện ở mạch thứ cấp
không đáng kể nên ta có thể coi như mạch thứ cấp hở. Vì vậy, ở giai đoạn này ta có
sơ đồ tương đương trình bày như trên hình 2.2. Trên sơ đồ , giá trị điện trở trong
của accu được bỏ qua trong đó:
R
∑
= R
1
+ R
f
.
U = U
a
-
T
U∆
.
U
a
: hiệu điện thế của accu.

T

U∆
: độ sụt áp trên transistor công suất ở trạng thái dẫn bảo
hoà hoặc độ sụt áp trên vít lửa.
Ta có thể lập được phương trình vi phân sau:
i
1
R
∑
+ L
1
dt
di
1
= U . ( 2.1).
Giải phương trình vi phân ( 2.1 ) ta được :
i
1
(t) =








−
∑
Σ
t

L
R
e
R
U
1
1
.
Gọi
1
τ
=
Σ
R
L
1
là hằng số điện từ của mạch.
i
1
(t) = (
Σ
R
U
)( 1- e
1
1
τ
−
). (2.2).
Lấy đạo hàm (2.2) theo thời gian t, ta được tốc độ tăng trưởng của dong sơ cấp.

Như vậy, tốc độ tăng dòng sơ cấp phụ thuộc chủ yếu vào độ tự cảm L
1
.

dt
di
1
=
1
L
U
e
1
1
τ
−

dt
di
1
0=t
=

1
L
U
= tg
α
.
dt

di
1
∞=t
= 0.
Hình 2.3. Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp i
1
.
Sinh viên : Phan Khắc Hân Trang 6
Lớp : 02C4
Đồ án tốt nghiệp - Khảo Sát Hệ Thống Đánh Lửa Trên Động Cơ DAEWOO
Với Bobin xe đời cũ với độ tự cảm lớn ( đường 1), tốc độ tăng dòng sơ cấp chậm
hơn so với Bobin xe đời mới với độ tự cảm nhỏ (đường 2). Chính vì vậy, lửa sẽ
càng yếu khi tốc độ càng cao. Trên các xe đời mới, hiện tượng này được khắc phục
nhờ Bobin có độ tự cảm nhỏ L
1
.
Đồ thị cho thấy độ tự cảm L
1
của cuộn sơ cấp càng lớn thì tốc độ tăng trưởng
dòng sơ cấp i
1
càng giảm.
Gọi t
d
là thời gian Transistor dẫn bão hoà thì cường độ dòng điện sơ cấp I
ng
tại
thời điểm đánh lửa khi Transitor công suất ngắt là :
I
ng

= (
Σ
R
U
)( 1- e
1
1
τ
−
). (2.3)
Trong đó :
t
d
=
d
γ
.T =
d
γ
.
( )
Zn.120
.
T : chu kỳ đánh lửa (s).
n : số vòng quay trục khuỷu động cơ. (min
1−
)
Z : số xylanh của động cơ.

d

γ
: thời gian tích luỹ năng lượng tương đối.
Trên các xe đời củ, thời gian tích luỹ năng lượng tương đối
d
γ
=2/3, còn các xe
đời mới nhờ cơ cấu hiệu chỉnh thời gian tích luỹ năng lượng( góc ngậm) nên
d
γ
<
2/3.

⇒
I
ng
= (
Σ
R
U
)(1- e
1.
1.120
τ
γ
nZ
d
−
). (2.4)
Từ biểu thức (2.4) ta thấy I
ng

phụ thuộc vào tổng trở của mạch sơ cấp (R
Σ
), độ tự
cảm của cuộn sơ cấp (L
1
), số vòng quay trục khuỷu động cơ (n), và số xylanh
(Z).Nếu R
Σ
, L
1
, Z không đổi khi số vòng quay trục khuỷu động cơ (n), cương độ I
ng
sẽ giảm.
Tại thời điểm đánh lửa, năng lượng đã được tích luỹ trong cuộn dây sơ cấp dưới
dạng từ trường :
Sinh viên : Phan Khắc Hân Trang 7
Lớp : 02C4
Đồ án tốt nghiệp - Khảo Sát Hệ Thống Đánh Lửa Trên Động Cơ DAEWOO
W
dt
=
2
2
ng
I
=
2
/
2
2

1
)1(.
2
τ
d
t
e
R
U
L
−
Σ
−
. (2.5)
Trong đó :
W
dt
: năng lương tích luỹ trong dong sơ cấp.
a =
1
τ
d
t
=
d
t
L
R
1
Σ

.
Hàm W
dt
= f(a) (2.5) đạt được giá trị cực đại, tức nhận được năng lượng từ hệ thống
cấp điện nhiều nhất khi :
a =
d
t
L
R
1
Σ
=1,256 (2.6)
Đối với hệ thống đánh lửa thường và hệ thống đánh lửa bán dẫnloại không có mạch
hiệu chỉnh thời gian tích luỹ năng lượng t
d
, điều kiện (2.6) không thể thực hiện được
vì t
d
là giá trị thay đổi phụ thuộc vào tốc độ n của động cơ. Sau khi đạt được giá trị
U/R
Σ
, dòng điện qua cuộn sơ cấp sẽ gây tiêu phí năng lượng vô ích, toả nhiệt trên
cuộn dây sơ cấp và điện trở phụ.Trên các xe đời mới, nhược điểm trên được loại trừ
nhờ mạch hiệu chỉnh thời gian tích luỹ năng lượng t
d
( dwell control), hay còn gọi
là kiểm soát góc ngậm
Lượng nhiệt toả ra trên cuộn sơ cấp của Bôbin W
n

được xác định bởi công thức sau:
W
n
=
∫
d
t
dtRi
0
1
2
1

.
Công suất toả nhiệt P
n
trên cuộn dây sơ cấp của Bobin :
P
n
=
∫
d
t
dtRi
T
0
1
2
1

1
P
n
=






−+−−
−−
Σ
)1(
2
)1(2
11
/2
1
/
1
2
2
ττ
ττ
dd
tt
d
e
T

e
TT
t
R
U
(2.7)
Khi công tắc máy ở vị trí ON mà động cơ không hoạt động, công suất toả nhiệt trên
Bôbin là lớn nhất :
P
n max

≈

1
2
1
2
R
R
U
.
Sinh viên : Phan Khắc Hân Trang 8
Lớp : 02C4
Đồ án tốt nghiệp - Khảo Sát Hệ Thống Đánh Lửa Trên Động Cơ DAEWOO
2.2.2. Quá trình ngắt dòng sơ cấp.
Khi transitor công suất ngắt, dòng điện sơ cấp và từ thông do nó sinh ra giảm
đột ngột. Trên cuộn thứ cấp của Bobin sẽ sinh ra một hiệu điện thế vào khoảng từ
15 kV- 40kV.Giá trị hiệu điện thế thứ cấp phụ thuộc vào rất nhiều thông số của
mạch sơ cấp và thứ cấp.Để tính toán hiệu điện thế thứ cấp cực đại, ta sử dụng sơ đồ
được trình bày như hình 2.6.

Trong sơ đồ này:
R
m
: điện trở mất mát.
R
r
: điện trở rò qua điện cực Bugi.

Hình 2.3. Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa.
Bỏ qua hiệu điện thế accu vì hiệu điện thế accu rất nhỏ so với sức điện động tự cảm
xuất hiện trên cuộn sơ cấp lúc transitor công suất ngắt. Ta xét trường hợp không tải,
có nghĩa là dây cao áp được tách ra khỏi Bugi. Tại thời điểm transistor công suất
ngắt, năng lượng từ trường tích luỹ trong cuộn sơ cấp của Bôbin được chuyển thành
năng lượng điện trường chứa trên tụ điện C
1
và C
2
và một phần mất mát. Để xác
định hiệu điện thế thứ cấp cực đại U
2m
ta lập phương trình cân bằng năng lượng lúc
transistor công suất ngắt :

A
UCUC
LI
mm
ng
++=
2

.
2
.
2
.
2
22
2
11
1
2
Trong đó :
C
1
: điện dung của tụ điện mắc song song với vít lửa hay transistor công suất

C
2
: điện dung ký sinh trên mạch thứ cấp.
Sinh viên : Phan Khắc Hân Trang 9
Lớp : 02C4
Đồ án tốt nghiệp - Khảo Sát Hệ Thống Đánh Lửa Trên Động Cơ DAEWOO
U
1m,
U
2m
: hiệu điện thế trên mạch sơ cấp và mạch thứ cấp lúc transistor công
suất ngắt
A : năng lượng mất mát do dòng rò, dòng Fucô trong lõi thép của Bôbin.
U

2m
= K
bb
.U
1m.

K
bb
= W
2
/W
1
: hệ số biến áp của Bôbin.
W
1,
W
2
: số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp.

⇒
I
2
22
2
2
2
11
2

m

bb
m
ng
UC
K
U
CL ++=
.
U
η
.
.
.
2
2
1
2
1
2
CKC
IL
K
bb
ng
bbm
+
=
U
η
.

.
W2
2
2
1
dt
2
CKC
K
bb
bbm
+
=

η
: hệ số tính đến sự mất mát trong mạch dao động,
η
= 0,7
8,0÷
.

Hình 2.4. Qui luật biến đổi dòng điện sơ cấp i
1
và hiệu điện thế thứ cấp U
2m
Quy luật biến đổi dòng điện sơ cấp i
1
và hiệu điện thế thứ cấp u
2m
được biểu diễn

trên hình 2.4.
Sinh viên : Phan Khắc Hân Trang 10
Lớp : 02C4
Đồ án tốt nghiệp - Khảo Sát Hệ Thống Đánh Lửa Trên Động Cơ DAEWOO
Khi transistor công suất ngắt, cuộn sơ cấp sẽ sinh ra một sức điện động khoảng 100-
300V.
2.2.3. Quá trình phóng điện ở điện cực.
Khi điện áp thứ cấp U
2
đạt đến giá trị U
dl,
tia lửa điện cao thế xuất hiện giữa hai
điện cực Bugi. Tia lửa điện ở Bugi gồm hai thành phần đó là thành phần điện dung
và thành phần điện cảm.
Thành phần điện dung của tia lửa do năng lượng tích luỹ trên mạch thứ cấp được
quy ước bởi điện dung ký sinh C
2.
Tia lửa được đặc trưng bởi sự sụt áp và tăng dòng
đột ngột.
a.Thời gian tia lửa điện dung.
b. Thời gian tia lửa điện cảm.

Hình 2.5. Quy luật biến đổi hiệu điện thế thứ cấp U
2m
và cường độ dòng điện thứ
cấp i
2
khi transistor công suất ngắt.
Mặc dù năng lượng không lớn lắm (C
2.

U
2
dl
)/2 nhưng công suất phát ra bởi thành
phần điện dung của tia lửa nhờ thời gian rất ngắn (1
)s
µ
nên có thể đạt hàng chục,
có khi đạt hằng trăm kW. Tia lửa điện dung có màu xanh sáng kèm theo phát ra
tiếng nổ lách tách đặc trưng.
Dao động với tần số cao (10
6
-10
7
Hz) và dòng lớn, tia lửa điện dung gây nhiễu vô
tuyến và mài mòn điện cực Bugi. Để giải quyết vấn đề vừa nêu, trên mạch thứ cấp
Sinh viên : Phan Khắc Hân Trang 11
Lớp : 02C4
Đồ án tốt nghiệp - Khảo Sát Hệ Thống Đánh Lửa Trên Động Cơ DAEWOO
( như nắp decol, mỏ quẹt, dây cao áp) thường được mắc thêm các điệnn trở. Trong
các ôtô đời mới, người ta dùng lõi thép dây cao áp bằng than để tăng điện trở.
Do tia lửa xuất hiện trước khi hiệu điện thế thứ cấp đạt giá trị U
2m
trên năng lượng
của tia lửa điện dung chỉ là một phần nhỏ của năng lượng nhỏ phóng qua Bugi.
Phần năng lượng còn lại sẽ hình thành tia lửa điện cảm. Dòng qua Bugi lúc này còn
chỉ vào khoảng 20- 40 mA.Hiệu điện thế giữa hai cực Bugi giảm nhanh đến giá trị
400- 500 V. Thời gian kéo dài của tia lửa điện cảm gấp 100 đến 1000 lần thời gian
tia lửa điện dung và thời gian này phụ thuộc vào loại Bugi, khe hở Bugi và chế độ
làm việc của động cơ. Thường thì thời gian tia lửa điện cảm vào khoảng 1 đến 1,5

ms. Tia lửa điện cảm có màu vàng tím, còn được gọi là đuôi lửa.
Trong thời gian xuất hiện tia lửa thì năng lượng tia lửa W
p
được tính theo công
thức:
W
p
=
∫
p
t
dl
dttiU
0
2
)(
t
p
: thời gian xuất hiện tia lửa trên điện cực Bugi.
Sinh viên : Phan Khắc Hân Trang 12
Lớp : 02C4