Giáo trình Hệ thống điện động cơ: Phần 1 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Phần 1 của giáo trình Hệ thống điện động cơ cung cấp cho học viên những nội dung về: khái quát hệ thống điện và điện tử trên xe ô tô; hệ thống cung cấp điện; hệ thống khởi động; hệ thống đánh lửa;... Mời các bạn cùng tham khảo!

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Nguyễn Bá Thiện, Nguyễn Văn Hậu GIÁO TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ (LƯU HÀNH NỘI BỘ) Quảng Ninh- 2018 LỜI NÓI ĐẦU Để đáp ứng kịp thời yêu cầu nhiệm vụ đào tạo, Trường ĐHCN Quảng Ninh tổ chức biên soạn giáo trình Hệ thống điện động Sách dùng làm tài liệu giảng dạy học tập cho sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ơ tơ nhà trường làm tài liệu tham khảo cho người làm công tác kĩ thuật ngành tơ Giáo trình nhóm cán giảng dạy thuộc mơn Cơ khí Ơ tơ Trường ĐHCN Quảng Ninh biên soạn, Trong trình biên soạn cố gắng để sách đảm bảo tính khoa học, đại gắn liền với thực tế phát triển ngành công nghiệp sản xuất tơ Nhưng khả có hạn hạn chế thời gian điều kiện khách quan khác, giáo trình chắn không tránh khỏi khiếm khuyết Chúng mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc đồng nghiệp để lần tái sau hoàn chỉnh Nhóm tác giả MỤC LỤC Chương Khái quát hệ thống điện điện tử xe ô tô 1.1 Tổng quát mạng điện xe ô tô phân bố hệ thống 1.2 Yêu cầu kỹ thuật hệ thống điện xe ô tô 1.3 Các linh kiện điện, điện tử dùng hệ thống điện ô tô 1.4 Các loại phụ tải điện xe ô tô 1.5 Các thiết bị bảo vệ điều khiển trung gian 1.6 Ký hiệu qui ước sơ đồ điện 1.7 Dây điện bối dây điện hệ thống điện ô tô Chương 2: Hệ thống cung cấp điện 2.1 Ac quy khởi động 2.2 Máy phát điện Chương 3: Hệ thống khởi động 3.1 Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu 3.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động Chương Hệ thống đánh lửa 4.1 Công dung, yêu cầu phân loại 4.2 Lý thuyết đánh lửa 4.3 Các linh kiện dùng hệ thống 4.4 Hệ thống đánh lửa 4.5 Hệ thống đánh lửa bán dẫn Chương 5: Hệ thống điều khiển lập trình cho động tô 5.1 Khái quát hệ thống điều khiển lập trình cho động tơ 5.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình thuật tốn điều khiển 5.3 Các loại cảm biến tín hiệu ngõ vào 5.4 Bộ điều khiển điện tử ECU 5.5 Điều khiển đánh lửa Chương Hệ thống điều khiển động diesel điện tử CDI 6 7 11 14 21 21 60 83 83 86 97 97 98 109 117 122 172 172 174 176 217 229 281 Chương KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ Ơ TƠ Ơtơ trang bị nhiều chủng loại thiết bị điện điện tử khác Từng nhóm thiết bị điện có cấu tạo tính riêng, phục vụ số mục đích định, tạo thành hệ thống điện riêng biệt mạch điện ôtô 1.1 Tổng quát mạng điện hệ thống điện ôtô Hệ thống khởi động (starting system): Bao gồm accu, máy khởi động điện (starting motor), relay điều khiển relay bảo vệ khởi động Đối với động diesel có trang bị thêm hệ thống xơng máy (glow system) Hệ thống cung cấp điện (charging system): gồm accu, máy phát điện (alternators), tiết chế điện (voltage regulator), relay đèn báo nạp Hệ thống đánh lửa (Ignition system): Bao gồm phận chính: accu, khóa điện (ignition switch), chia điện (distributor), biến áp đánh lửa hay bobine (ignition coils), hộp điều khiển đánh lửa (igniter), bougie (spark plugs) Hệ thống chiếu ánh sáng tín hiệu (lighting and signal system): gồm đèn chiếu sáng, đèn tín hiệu, cịi, công tắc relay Hệ thống đo đạc kiểm tra (gauging system): chủ yếu đồng hồ báo tableau đèn báo gồm có: đồng hồ tốc độ động (tachometer), đồng hồ đo tốc độ xe (speedometer), đồng hồ đo nhiên liệu nhiệt độ nước Hệ thống điều khiển động (engine control system): gồm hệ thống điều khiển xăng, lửa, góc phối cam, ga tự động (cruise control) Ngồi ra, động diesel ngày thường sử dụng hệ thống điều khiển nhiên liệu điện tử (EDC – electronic diesel control common rail injection) Hệ thống điều khiển ôtô: bao gồm hệ thống điều khiển phanh chống hãm ABS (antilock brake system), hộp số tự động, tay lái, gối (SRS), lực kéo (traction control) Hệ thống điều hòa nhiệt độ (air conditioning system): bao gồm máy nén (compressor), giàn nóng (condenser), lọc ga (dryer), van tiết lưu (expansion valve), giàn lạnh (evaporator) chi tiết điều khiển relay, thermostat, hộp điều khiển, cơng tắc A/C… Hình 1.1: Sơ đồ bố trí thiết bị điện ôtô (M21 – Vonga) Đèn pha; Relay còi; Máy phát điện; Bộ điều chỉnh điện; Motor lau cửa kính; Biến áp đánh lửa; Bộ chia điện; Motor quạt; Đồng hồ; 10 15 Công tắc đèn trần tự động; 11 Công tắc đèn trần; 12 Đèn trần; 13 16 Bó dây chính; 14 Đèn hậu; 17 Máy khởi động điện; 18 Ac quy; 19 Đèn đờ mi; 20 Còi Chương 1: Khái quát hệ thống điện điện tử ôtô Nếu hệ thống điều khiển máy tính có tên gọi hệ thống tự động điều hịa khí hậu (automatic climate control) Các hệ thống phụ: Hệ thống gạt nước, xịt nước (wiper and washer system) Hệ thống điều khiển cửa (door lock control system) Hệ thống điều khiển kính (power window system) Hệ thống điều khiển kính chiếu hậu (mirror control) Hệ thống định vị (navigation system) 1.2 Các yêu cầu kỹ thuật hệ thống điện Nhiệt độ làm việc Tùy theo vùng khí hậu, thiết bị điện ơtơ chia làm nhiều loại:  Ở vùng lạnh cực lạnh (-40oC) Nga, Canada  Ở vùng ôn đới (20oC) Nhật Bản, Mỹ, châu Âu …  Nhiệt đới (Việt Nam, nước Đông Nam Á , châu Phi…)  Loại đặc biệt thường dùng cho xe quân (sử dụng cho tất vùng khí hậu) Sự rung xóc Các phận điện ơtơ phải chịu rung xóc với tần số từ 50 đến 250 Hz, chịu lực với gia tốc 150m/s2 Điện áp Các thiết bị điện ôtô phải chịu xung điện áp cao với biên độ lên đến vài trăm volt Độ ẩm Các thiết bị điện phải chịu độ ẩm cao thường có nước nhiệt đới Độ bền Tất hệ thống điện ôtô phải hoạt động tốt khoảng 0,9  1,25 Uđịnh mức (Uđm = 14 V 28 V) thời gian bảo hành xe Nhiễu điện từ Các thiết bị điện điện tử phải chịu nhiễu điện từ xuất phát từ hệ thống đánh lửa nguồn khác 1.3 Các Linh kiện Nguồn điện ôtô Nguồn điện ô tô nguồn điện chiều cung cấp accu, động chưa làm việc, máy phát điện động làm việc Để tiết kiệm dây dẫn, thuận tiện lắp đặt sửa chữa…, đa số xe, người ta sử dụng thân sườn xe (car body) làm dây dẫn chung (single wire system) Vì vậy, đầu âm nguồn điện nối trực tiếp thân xe 1.4 Các loại phụ tải điện xe ôtô Các loại phụ tải điện ôtô mắc song song chia làm loại: Chương 1: Khái quát hệ thống điện điện tử ôtô Phụ tải làm việc liên tục: gồm bơm nhiên liệu (50  70W), hệ thống đánh lửa (20W), kim phun (70  100W) … Phụ tải làm việc không liên tục: gồm đèn pha (mỗi 60W), cốt (mỗi 55W), đèn kích thước (mỗi 10W), radio car (10  15W), đèn báo tableau (mỗi 2W)… Phụ tải làm việc khoảng thời gian ngắn: gồm đèn báo rẽ (4 x 21W + x 2W), đèn thắng (2 x 21W), motor điều khiển kính (150W), quạt làm mát động (200W), quạt điều hòa nhiệt độ (2 x 80W), motor gạt nước (30  65W), còi (25  40W), đèn sương mù (mỗi 35  50W), còi lui (21W), máy khởi động (800  3000W), mồi thuốc (100W), anten (dùng motor kéo (60W)), hệ thống xông máy (động diesel) (100  150W), ly hợp điện từ máy nén hệ thống lạnh (60W)… Ngoài ra, người ta phân biệt phụ tải điện ô tô theo công suất, điện áp làm việc 1.5 Các thiết bị bảo vệ điều khiển trung gian Các phụ tải điện xe hầu hết mắc qua cầu chì Tùy theo tải cầu chì có giá trị thay đổi từ  30A Dây chảy (Fusible link) cầu chì lớn 40 A mắc mạch phụ tải điện lớn chung cho cầu chì nhóm làm việc thường có giá trị vào khoảng 40 120A Ngồi ra, để bảo vệ mạch điện trường hợp chập mạch, số hệ thống điện ôtô người ta sử dụng ngắt mạch (CB – circuit breaker) dòng Trên hình 1.2 trình bày sơ đồ hộp cầu chì xe Honda Accord 1989 Đến máy phát Cassette, Anten Quạt giàn lạnh (Hoặc nóng) Relay điều khiển xơng kính, điều hồ nhiệt độ Điều khiển kính chiếu hậu, quạt làm mát động Tableau Hệ thống gạt, xịt nước kính, điều khiển kính cửa sổ Tiết chế điện thế, cảm biến tốc độ, hệ thống phun xăng Hệ thống ga tự động 22 Quạt làm mát động giàn nóng 23 Xơng kính sau 24 Hệ thống phun xăng 25 Motor quay kính sau (phải) 26 Motor quay kính sau (trái) 27 Motor quay đèn đầu (phải) 28 Motor quay đèn đầu (trái) 29 Quạt giàn nóng 10 Hệ thống đánh lửa 11 Hệ thống khởi động 12 Hệ thống phun xăng 13 Công tắc ly hợp 14 Hệ thống phun xăng 15 Đèn chiếu sáng salon 16 Hộp điều khiển quay đèn đầu 17 Đèn cốt trái 18 Đèn cốt phải 19 Đèn pha trái 20 Đèn pha phải 21 Máy phát 32 Hệ thống khoá cửa 33 Đồng hồ, cassette, ECU 34 Mồi thuốc, đèn soi sáng 35 Hệ thống quay đèn đầu 36 Hệ thống báo rẽ báo nguy 37 Còi đèn thắng, dây an tồn 38 Motor quay kính trước (phải) 39 Motor quay kính trước (trái) 30 Hộp điều khiển quạt 40 Quạt dàn lạnh 31 Hệ thống sưởi Để phụ tải điện làm việc, mạch điện nối với phụ tải phải kín Thơng thường phải có cơng tắc đóng mở mạch Cơng tắc mạch điện xe có nhiều dạng: thường đóng (normally closed), thường mở (normally open) phối hợp (changeover switch) tác động để thay đổi trạng thái đóng mở (ON – OFF) cách nhấn, xoay, mở chìa khóa Trạng thái cơng tắc thay đổi yếu tố như: áp suất, nhiệt độ… Trong ôtô đại, để tăng độ bền giảm kích thước cơng tắc, người ta thường đấu dây qua relay Relay phân loại theo dạng tiếp điểm: thường đóng (NC – normally closed), thường mở (NO – normally opened), kết hợp hai loại - relay kép (changeover relay) 10 Chương 1: Khái quát hệ thống điện điện tử ôtô 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Hình 1.2: Sơ đồ hộp cầu chì xe HONDA ACCORD 1989 11 1.6 Ký hiệu quy ước sơ đồ mạch điện CÁC KÝ HIỆU TRONG MẠCH ĐIỆN Ô TÔ Nguồn accu Bốing đèn Tụ điện Bốing đèn tim Mồi thuốc Còi Cái ngắt mạch (CB) Bobine Diode Diode zener Bốing đèn Cảm biến điện từ chia điện LED Cầu chì Đồng hồ loại kim Dây chảy (cầu chì chính) Nối mass (thân xe) FUEL M Đồng hồ số Động điện 119 Hình 5.17: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn 4.4.3 Các biện pháp nâng cao đặc tính đánh lửa A Biện pháp sử dụng điện trở phụ Rf Điện trở phụ có hệ số nhiệt điện trở dương mắc nối tiếp vào mạch sơ cấp Đối với loại hệ thống đánh lửa khơng có điều khiển điện tử việc mắc thêm điện trở phụ cải thiện phần đặc tính đánh lửa tốc độ cao (hình 5.18) Khi động làm việc tốc độ thấp, thời gian tích lũy lượng mạch sơ cấp dài, Ing lớn, làm nhiệt độ tỏa Rf cao, điện trở Rr tăng làm tăng tổng trở R mạch sơ cấp Kết dòng Ing giảm Điều hạn chế phần lượng lãng phí vơ ích thời gian tích lũy lượng cuộn sơ cấp dài Khi động làm việc tốc độ cao, thời gian tích lũy lượng ngắn nên Ing giảm làm nhiệt độ tỏa Rf giảm, điện trở Rf giảm dòng Ing tăng lên Kết U2m tăng U2m (kV) n (min-1) n2max n1max Hình 5.18: Đặc tuyến đánh lửa Có điện trở phụ Rf Khơng có điện trở phụ Rf B Chọn thơng số bobine Như ta biết, hiệu điện thứ cấp U2m phụ thuộc vào số vòng quay động Giá trị U2m phần lớn phụ thuộc vào giá trị dịng điện sơ cấp transistor cơng suất ngắt (Ing) Sự phụ thuộc Ing U2m vào số vòng quay động biểu diễn đồ thị hình 5.19 120 U2m (KV) L’1 < L1 L1 n (min-1) Hình 5.19: Sự phụ thuộc U2m vào số vòng quay động Để đảm bảo dòng Ing lớn động chạy tốc độ cao, ta phải tăng tốc độ tăng trưởng dòng sơ cấp I ng  U (1  2e t đ / 1 ) R Từ cơng thức ta thấy tốc độ tăng trưởng dòng sơ cấp phụ thuộc vào số điện từ 1 mạch: 1  L1 R Tỷ số nhỏ dịng điện sơ cấp tăng trưởng cành nhanh, R cố định, người ta cố gắng giảm L1 Ngược lại, L1 cố định nên chọn R lớn Tuy nhiên, giảm L1 nhiều làm giảm lượng từ trường tích lũy mạch sơ cấp: Wdt  L I 2ng C Biện pháp sử dụng tụ điện SW W Rf L1 R1 đ ế n chia đ iệ n C Accu Igniter T C1 Hình 5.20: Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa có sử dụng tụ điện để cải thiện đặc tuyến đánh lửa Một tụ C gắn song song với cuộn sơ cấp bobine hình vẽ (hình 5.19) Khi transitor T dẫn có dịng i1 từ (+) accu  Rf  L1  T  mass Khi 121 transistor T ngắt, dòng If tiếp tục nạp cho tụ C Khi transistor dẫn trở lại, dòng điện qua cuộn sơ cấp L1 hỗ trợ thêm phóng tụ C Đồ thị hình 5.20 cho ta thấy dịng if khơng bị ngắt đột ngột khơng có tụ C mà tăng giảm từ từ có phóng nạp tụ C Điều cịn có tác dụng tốt giảm xung điện áp máy phát nhiễu sóng điện từ transistor cơng suất đóng mở q trình làm việc hệ thống đánh lửa if Khơng có tụ C Có tụ C t  Hình 5.21: Dịng điện qua Rf có khơng có tụ C Giá trị tụ C chọn giới hạn sau:  b2 b d  C b 2L 4L  21 R 1R f R1 d L21 2  12 R 1R f R d b2 b d  Trong đó: Dịng sơ cấp itc tn theo quy luật sau: i tc  U U U  et sin( t   )  tc et sin t R  R f R f C.L   L 1 Trong đó:  R1     L1 R f C    0 ,5    0,5 R     CL1  L1 R f C   = 2 + 2  = arccos(/) U1c: Hiệu điện tụ vào thời điểm transistor T dẫn e tm / R f C  U tc  Trong đó: Rf  et  sin( t d     ) R  R f R f C.L   e tm / R f C  et d  sin( t d  1 ) R f C.L   U 122 1 = (L 1  R  R f )  L2  2 = (L 1  R )  L2  1  arccos   arccos L1  R1  R f 1 L 1  R 2 Đồ thị hình 5.22 biểu diễn đặc tuyến hiệu điện thứ cấp U2m tăng trưởng dòng điện sơ cấp i1 có tụ C khơng có tụ C i1 U2m (KV) (A) i1C U2mC i1 U2m n (min-1) t Hình 5.22: Sự tăng trưởng dịng điện sơ cấp i1 hiệu điện thứ cấp U2m có khơng có tụ điện C 4.5 Hệ thống đánh lửa bán dẫn Phân loại Hiện nay, hầu hết loại ôtô trang bị hệ thống đánh lửa bán dẫn loại có ưu tạo tia lửa mạnh điện cực bougie, đáp ứng tốt chế độ làm việc động cơ, tuổi thọ cao … Qua trình phát triển hệ thống đánh lửa điện tử chế tạo, cải tiến với nhiều loại khác nhau, song chia thành hai loại sau: A Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp Trong hệ thống này, linh kiện điện tử tổ hợp thành mạch gọi igniter, phận có nhiệm vụ đóng ngắt mạch sơ cấp nhờ tín hiệu đánh lửa từ cảm biến Hệ thống đánh lửa bán dẫn loại cịn chia làm hai loại: - - Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển: vít điều khiển có cấu tạo giống hệ thống đánh lửa thường làm nhiệm vụ điều khiển đóng mở transistor Hệ thống đánh lửa bán dẫn khơng có vít: transistor cơng suất điều khiển cảm biến đánh lửa B Hệ thống đánh lửa điều khiển kỹ thuật số Hệ thống đánh lửa điều khiển kỹ thuật số gọi hệ thống đánh lửa theo chương trình Dựa vào tín hiệu như: tốc độ động cơ, vị trí cốt máy, vị trí bướm ga, nhiệt độ động cơ… mà điều khiển (ECU – Electronic Control Unit) điều khiển để 123 Igniter tạo tia lửa mạch thứ cấp vào thời điểm đánh lửa Trong hệ thống đánh lửa loại này, góc đánh lửa sớm tối ưu vàgóc ngậm điện lưu nhớ ECU Vì vậy, chia điện khơng cấu đánh lửa sớm ly tâm áp thấp Hệ thống đánh lửa điều khiển kỹ thuật số trình bày chương sau 4.5.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển 4.5.1.1 Sơ đồ cấu tạo (hình 12.41) b) Hình 12.41 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm a Sơ đồ cấu tạo b Sơ đồ nguyên lý Ắc quy; Tiếp điểm; Biến áp đánh lửa; Cơng tắc nối tắt Rf Khố điện; Tranzitor; Rb điện trở định thiên cho Tranzito; Rf Điện trở phụ 4.5.1.2 Nguyên lý làm việc: mạch: Khi khố điện đóng tiếp điểm đóng, dòng cực gốc IB qua tranzito (Tr) theo IB : (+) ác quy  KĐ  RG  W1  E  B  RB  tiếp điểm  () ác quy Do có dịng IB làm cho Tr mở, cho dịng cực góp IC có trị số lớn qua đèn theo mạch: IC : (+) ác quy  KĐ  Rf  W1  E  C  () ác quy Dòng điện sơ cấp I1 tổng dòng điện IC IB (I1 = IC + IB ) tạo lượng từ trường tích cuôn W1 Đến thời điểm đánh lửa, cam đội tiếp điểm mở, dịng IB bị triệt tiêu, tranzitor khố mạch cắt dịng cực góp IC Dịng sơ cấp I1 đột ngột làm từ thông cuộn W1 biến thiên cảm ứng sang cuộn W2 suất điện động lớn (35  40 kv) Dòng điện cao đưa tới chia điện bugi đánh lửa đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu theo thứ tự nổ động 4.5.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm 4.5.2.1 Sơ đồ hệ thống a Sơ đồ cấu tạo chung ( hình 12.42) 124 Hình 12.42 Sơ đồ cấu tạo chung b) Sơ đồ nguyên lý( hình 12.43) Hình 12.43 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm Trong hệ thống này, thời điểm đánh lửa điều khiển cảm biến đánh lửa (bộ phận phát tín hiệu), bố trí bên chia điện thay cho tiếp điểm khí Cảm biến đánh lửa gồm cuộn nhận tín hiệu quanh lõi thép dẫn từ gắn với nam châm vĩnh cửu rơto tín hiệu Rơ to tín hiệu có số cực từ bằnh số xi lanh động cơ.( hình 12.43) 125 Hình 12.43 Cấu tạo cảm biến đánh lửa (bộ phận phát tín hiệu) 4.5.2.2 Nguyên lý làm việc hệ thống: Cảm biến đánh lửa phận tạo tín hiệu điện( điện áp, dịng điện) để điều khiển đóng, mở tranzito công suất hệ thống đánh lửa Khi động làm việc rôto quay gây biến thiên từ thông làm cảm ứng cuộn dây suất điện động xoay chiều Khi suất điện động đặt vào đầu B tranztor dương (+) Tranzito trạng thái mở, có dịng điện sơ cấp I1 ( dịng cực góp IC) theo mạch: (+)AQ  khố điện  cuôn sơ cấp  cực C  cựcE  Mát (-)AQ Tại thời điểm sau suất điện động đổi chiều cực tính cực B âm (-), tranzi to bị khố, dịng sơ cấp đột ngột, làm từ trường cuộn sơ cấp biến thiên, cảm ứng cuộn dây thứ cấp biến áp đánh lửa suất điện động cao áp ( 35  40 kv ) Điện cao áp đưa tới chia điện tới bugi sảy trình phóng điện hai cực bugi để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu xi lanh Các phân chủ yếu hệ thống Biến áp đánh lửa: có cấu tạo tương tự biến áp hệ thống đánh lửa thường khác số vòng dây cuộn sơ cấp W1 có tiết diện to (vì tranzito cho phép dịng sơ cấp qua lớn khả dẫn điện cặp tiếp điểm.) cuộn thứ cấp W2 có số vịng dây nhiều suất điện động thứ cấp cao áp lớn, đồng thời giảm dòng tự cảm cuộn W1 sing bị ngắt điện đột ngột Do khơng cho phép thay biế áp hệ thống đánh lửa thường cho hệ thống đánh lửa bán dẫn Bộ chia điện hợp ( IIA) Trên số động đời đánh lửa biến áp đánh lửa kết hợp với chia điện gọi chia điện hợp IIA ( hình 12.44) Nó có số ưu điểm: - Gọn nhẹ - Độ tin cậy cao khơng có trục trặc nối dây bị đứt, - Tính chống thấm cao, - Ít ảnh hưởng điều kiện mơi trường 4.5.3 Hệ thống đánh lập trình 4.5.3.1 Sơ đồ nguyên lý (hình 12.411) 126 Hệ thống gồm: Nguồn điện, khố điện, biến áp đánh lửa, chia điện, hộp điều khiển đánh lửa, bugi, trung tâm điều khiển ECU, cảm biến đánh lửa, cảm biến tín hiệu khác chế độ làm việc động Hình 12.411 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa chương trình máy tính có chia điện Ngun lý làm việc Trong ECU máy có chương trình ESA điều khiển thời điểm đánh lửa ECU nhận tín hiệu từ cảm biến phản ánh chế độ làm việc động : tốc độ động cơ, nhiệt độ động cơ, nhiệt độ dịng khí nạp, khả kích nổ ,sau lựa chọn thời điểm đánh lửa tối ưu cho chế độ tại, gửi tín hiệu tới điều khiển đánh lửa để điều khiển cắt, đóng dịng sơ cấp, tạo điện áp cao cuộn dây thứ cấp, qua chia điện để phát tia lửa điện bugi đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu Nhờ chương trình ESA ECU góc đánh lửa sớm tự động điều chỉnh theo tín hiệu từ cảm biến đưa ECU Hệ thống ESA nhận thơng tin góc quay trục khuỷu (xung gọi tín hiệu G), số vịng quay động ( xung gọi tín hiệu Ne ) mức tải động ( tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga) tìm giá trị góc đánh lửa sớm Góc đánh lửa sớm bao gồm góc đánh lửa sớm ban đầu phần ESA tìm thêm Để đạt góc đánh lửa sớm lý tưởng với chế độ làm việc động cơ, hệ thống ESA cịn nhận nhiều thơng tin khác nêu để hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm hệ thống đạt góc đánh lửa thực tế lý tưởng.( hình 12.412) 127 Hình 12.412 Góc đánh lửa sớm ESA lựa chọn 4.5.3.2 Hệ thống đánh lửa chương trình khơng có chia điện ( DLI ) Sơ đồ khối hệ thống ( hình 12 413 ) DLI hệ thống đánh lửa cho động xăng không dùng chia điện Đối với TOYOTA, hệ thống dùng cuộn đánh lửa tương lai cho bugi Hình 12.413 Sơ đồ HTĐL chương trình Hệ thống có đặc điểm: - Cuộn dây đặt gần bugi nên dây cao áp ngắn lại - Vì bỏ chia điện nên khơng có phóng điện bên tiếng ồn khí Giảm bớt phận khí nên tăng độ tin cậy làm việc - Vì khơng có điều khiển vật lý thời điểm đánh lửa kích thước điện cực, thời điểm đánh lửa điều khiển phạm vi rộng ( trường hợp dùng chia điện, đánh lửa sớm dịng điện chạy qua điện cực bên ) Nguyên lý làm việc Khối cảm biến đánh lửa phát xung điều khiển G, Ne, xung điện đưa trực tiếp vào khối ESA hộp ECU Tại tín hiệu biến đổi chuẩn hoá, 128 khuếch đại chia theo thứ tự nổ để điều khiển tranzito công suất đánh lửa Dưới điều khiển ESA tranzito đóng, cắt dịng sơ cấp biến áp đánh lửa để bugi đánh lửa 4.5.3.3 Các cảm biến đánh lửa HTĐL điều khiển điện tử Cảm biến đánh lửa phần tử phát tín hiệu điện điều khiển trình đánh lửa Trong HTĐL theo chương trình tín hiệu vào ECU, với số tín hiệu từ cảm biến khác ECU tiến hành sử lý phát tín hiệu điều khiển đánh lửa Cảm biến đánh lửa có loại : cảm biến loại từ điện, cảm biến quang điện, cảm biến HALL, cảm biến loại từ trở, cảm biến cao tần Trên xe sử dụng phổ biến loại cảm biến: cảm biến loại từ điện, cảm biến quang điện cảm biến HALL Cảm biến đánh lửa loại từ điện Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn khơng có tiếp điểm cảm biến cho tín hiệu xung để điều khiển đóng, mở tranzitor cắt dòng sơ cấp biến áp đánh lửa để tạo tia lửa điện bugi Trên xe TOYOTA cảm biến đánh lửa bố trí chia điện hợp IIA Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn theo chương trình, cảm biến đánh lửa cho hai tín hiệu xung G, Ne để đưa tới ECU, ECU xử lý thơng tin tín hiệu khác, lựa chọn chế độ đánh lửa tối ưu cho hệ thống a Cảm biến đánh lửa chia điện hợp IIA - Cấu tạo (hình 12.414) Cảm biến đánh lửa gồm cuộn nhận tín hiệu quanh lõi thép dẫn từ gắn với nam châm vĩnh cửu rôto tín hiệu Rơ to tín hiệu có số cực từ bằnh số xi lanh động - Nguyên lý làm việc Khi động làm việc rôto quay, cực rơto tín hiệu lõi cực cuộn nhận tín hiệu tiến gần, đối đầu xa Mỗi lần khe hở khơng khí thay đổi, từ thơng xun qua cuộn dây nhận tín hiệu biến thiên từ giá trị đến max từ max Sự biến thiên từ thông làm cảm ứng cuộn dây suất điện động xoay chiều Hình 12.414 Cấu tạo cảm biến đánh lửa (bộ phận phát tín hiệu) Khi từ thơng qua cuộn nhận tín hiệu tăng lên từ đến max ( vị trí AB  C ), biến thiên từ thông cảm ứng cuộn dây điện áp dương biến thiên ( điện áp dương có giá trị cực đại cực rơto gần tới lõi cuộn dây(vị trí B) có giá 129 trị cực roto xa gần lõi thép cuộn dây (vị trí A C), hai vị trí biến thiên từ thông không Khi từ thông qua cuộn nhận tín hiệu giảm từ max min, cuộn dây nhận tín hiệu sinh điện áp âm biến thiên, điện áp có giá trị cực tiểu cực rôto vượt qua lõi thép cuộn dây (vị trí D ).( hình 12.416) Đối với rơto cực, quay vịng cho chu kỳ điện áp xoay chiều Hình 12.415 Sự thay đổi từ thơng vị trí roto quay Khi động không làm việc cuộn dây khơng sinh điện áp khơng có biến thiên từ thông, động làm việc tốc độ động tăng, điện áp cuộn dây sinh tăng theo b Cảm biến đánh lửa HTĐL chương trình máy tính - Cấu tạo: ( hình 12.416 ) Cảm biến thường đặt trục chia điện, có hai tín hiệu G Ne Trong kết cấu chia điện xe TOYOTA phần phát xung G trên, phần phát xung Ne 130 Hình 12.416 Cảm biến đánh lửa chia điện HTĐL theo chương trình Phần tử phát xung gồm có cuộn dây roto tín hiệu Đối với phần tử phát xung G, rơto có vấu, vấu vấu Các phần tử phát xung Ne có 24 Một số loại cảm biến từ điện đặt bánh đà động đặt đầu trục cam Loại thường dùng xe hãng TOYOTA, xe Pháp, Thuỵ điển lắp phía chia điện Các tín hiệu cảm biến phát đưa qua điều khiển đánh lửa, để mã hoá khuếch đại tín hiệu, sau tới ECU để ESA lựa chọn góc đánh lửa - Nguyên lý làm việc: Các phần tử phát xung có nguyên lý làm việc tương tự cảm biến đánh lửa từ điện nêu phần Cảm biến đánh lửa loại quang điện a Cấu tạo:( hình 12.417 ) Loại cảm biến thường dùng xe hãng NISSAN, MITSUBISHI, HUYNDAI lắp chia điện 131 Bao gồm: Rơto đĩa thép mỏng có khắc độ lắp với trục chia điện Vành rôto có rãnh đục thủng Rãnh kết hợp với cặp điốt phát quang ( LED ) điốt cảm quang ( photo điốt ) thứ phận để phát xung Ne ( tín hiệu tốc độ động ) Vành đĩa đục thủng rãnh cách ứng với Nhóm rãnh kết hợp với cặp điốt phát quang điốt cảm quang thứ hai tạo thành phận phát xung G ( tín hiệu góc quay trục khuỷu ) a) Cảm biến quang điện b) Vị trí cảm biến chia điện Hình 12.417 Bộ cảm biến đánh lửa điốt quang điện chia điện b Nguyên lý làm việc Điốt cảm quang điốt mà hoạt động ( dẫn điện hay khơng dẫn điện) phụ thuộc vào độ soi ánh sáng chiếu vào Khi động làm việc trục chia điện quay làm đĩa quay, khe trống đĩa quang đến vị trí phía LED, chùm sáng LED phát xuyên qua khe trống đập vào điốt cảm quang, điốt dẫn điện Khi chùm sáng bị che điốt cảm quang ngắt mạch Mạch tích hợp phát xung biến đổi tín hiệu từ điốt cảm quang thành xung điện áp Các xung G Ne dạng xung vng có giá trị cao vôn, thấp vôn Phần cuối cảm biến điều khiển đánh lửa làm nhiệm vụ mã hố xung, khuếch đại tín hiệu Các tín hiệu đưa đến ECU, ECU xử lý thông tin, lựa chọn chế độ đánh lửa phù hợp điều khiển tranzitor cơng suất đóng, cắt dòng sơ cấp biến áp đánh lửa Cảm biến đánh lửa HALL Đây cảm biến đánh lửa sử dụng nguyên lý hiệu ứng Hall: Khi cho dòng điện chạy qua màng điện trở bán dẫn đặt từ trường xuất sức điện động 0,001 V hai đầu màng điện trở gọi hiệu ứng Hall (hình 12.418) 132 Hình 12.418 Nguyên lý hiệu ứng HALL a Cấu tạo: ( hình 12.419 ) Cảm ứng Hall thường đặt chia điện, vị trí thẳng đứng lắp đầu trục cam Loại cảm biến thường dùng cho xe Mỹ, Thụy Điển, Pháp Cảm biến gồm phần tử Hall, có màng điện trở bán dẫn, đặt đối diện với nam châm vĩnh cửu, mạch khuếch đại mã hố xung Rơto có rãnh cánh lắp trục cam chia điện quay với trục Số cánh rôto số xi lanh động b Nguyên lý làm việc: Khi làm việc có hai trạng thái : phần cánh rôto quét qua phần tử Hall, từ trường khép kín qua cánh, mà khơng xun qua bán dẫn , điện áp Hall bị ngắt tạo tín hiệu để điều khiển khối đánh lửa đóng mạch sơ cấp Bề rộng cánh rôto xác định thời gian dòng điện chạy mạch sơ cấp Khi cánh rôto không nằm khe nam châm vĩnh cửu phần tử Hall , từ trường tác động lên phần tử Hall, tạo tín hiệu điện áp nhỏ, tín hiệu qua khuyếch đại mã hố xung, sau đưa tới điều khiển ECU để xử lý điều khiển ngắt dòng sơ cấp, tạo tia lửa bugi để đốt cháy nhiên liệu 133 c) Cảm biến hiệu ứng Hall roto Hình 12.417 Cảm biến hall chia điện dùng ... hai loại - relay kép (changeover relay) 10 Chương 1: Khái quát hệ thống điện điện tử ôtô 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Hình 1. 2: Sơ... trần tự động; 11 Công tắc đèn trần; 12 Đèn trần; 13 16 Bó dây chính; 14 Đèn hậu; 17 Máy khởi động điện; 18 Ac quy; 19 Đèn đờ mi; 20 Còi Chương 1: Khái quát hệ thống điện điện tử ôtô Nếu hệ thống. .. Khái quát hệ thống điện điện tử xe ô tô 1. 1 Tổng quát mạng điện xe ô tô phân bố hệ thống 1. 2 Yêu cầu kỹ thuật hệ thống điện xe ô tô 1. 3 Các linh kiện điện, điện tử dùng hệ thống điện ô tô 1. 4 Các