Hệ thống đánh lửa điện tử trên ô tô đóng vai trò quan trọng trong quá trình đốt cháy hòa khí để tạo năng lượng cho xe hoạt động. Khi hệ thống này làm việc hiệu quả, chiếc xe mới vận hành trơn tru hơn.
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ I Giới thiệu hệ thống điều khiển đánh lửa điện tử Hệ thống điều khiển đánh lửa điện tử ôtô đại hệ thống điều khiển treo chương trình Việc điều khiển góc đánh lửa sớm góc ngậm điện (dwell angle) máy tính đảm nhận Các thông số tốc độ động cơ, tải, nhiệt độđược cảm biến mã hóa tín hiệu đưa vào ECU (electronic control unit) xử lý tính tốn để đưa góc đánh lửa sớm tối ưu theo chế độ hoạt động động Các phận đánh lửa sớm kiểu khí (áp thấp, ly tâm) loại bỏ hoàn toàn Hệ thống đánh lửa với cấu điều khiển góc đánh lửa sớm điện tử (ESA-electronic spark advance) chia làm loại sau : - Hệ thống đánh lửa sử dụng vi xử lý (microprocessor ignition system) - Hệ thống đánh lửa sử dụng vi xử lý kết hợp với hệ thống phun xăng (motronic) Nếu phân loại theo cấu tạo ta có: - Hệ thống đánh lửa theo chương trình có delco (có chia điện) - Hệ thống đánh lửa theo chương trình khơng có delco (đánh lửa trực tiếp) So với hệ thống đánh lửa trước đó, hệ thống đánh lửa với cấu điều khiển góc đánh lửa sớm điện tử có ưu điểm sau: - Góc đánh lửa sớm điều chỉnh tối ưu cho chế độ hoạt động động - Góc ngậm điện ln ln điều chỉnh theo tốc độ động theo hiệu điện accu, bảo đảm điện áp thứ cấp có giá trị cao thời điểm - Động khởi động dễ dàng, cầm chừng êm dịu, tiết kiệm nhiên liệu giảm độc hại khí thải - Cơng suất đặc tính động học động cải thiện rõ rệt - Có khả điều khiển chống kích nổ cho động - Ít bị hư hỏng, có tuổi thọ cao khơng cần bảo dưỡng Với ưu điểm bật vậy, ngày hệ thống đánh lửa với cấu điều khiển góc đánh lửa sớm điện tử kết hợp với hệ thống phun xăng thay hoàn toàn hệ thống đánh lửa bán dẫn thông thường, giải yêu cầu ngày cao độ độc hại khí thải Để xác định xác thời điểm đánh lửa cho xylanh động theo thứ tự nổ, ECU cần phải nhận tín hiệu cần thiết tốc độ động cơ, vị trí cốt máy (vị trí piston), lượng gió nạp, nhiệt độ động cơ… Số tín hiệu vào nhiều việc xác định góc đánh lửa sớm tối ưu xác Sơ đồ hệ thống đánh lửa với cấu điều khiển góc đánh lửa sớm điện tử chia thành ba phần: tín hiệu vào (input signals), ECU tín hiệu từ ECU điều khiển ingiter (output signals) Tín hiệu tốc độ động (NE) Tín hiệu vị trí cốt máy (Vị trí piston) (G) Tín hiệu tải Tín hiệu từ cảm biến vị trí cánh bướm ga Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát Tín hiệu điện áp accu Tín hiệu kích nổ Sơ đồ khối hệ thống điều khiển đánh lửa điện tử Ngồi cịn có tín hiệu vào từ cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến tốc độ xe, cảm biến oxy Sau nhận tín hiệu từ cảm biến ECU xử lý đưa xung đến igniter để điều khiển đánh lửa Cấu tạo chung hệ thống điều khiển đánh lửa điện tử Trong loại tín hiệu ngõ vào, tín hiệu tốc độ động cơ, vị trí piston (cốt máy) tín hiệu tải tín hiệu quan trọng Để xác định tốc độ động cơ, người ta đặt cảm biến vành đầu cốt máy, bánh đà, đầu cốt cam delco Có thể sử dụng cảm biến Hall, cảm biến điện từ, cảm biến quang Số vành khác tuỳ thuộc loại cảm biến tuỳ thuộc loại động Trong số trường hợp, sử dụng vòng để dùng chung cho việc xác định tốc độ động vị trí cốt máy Để xác định tải động cơ, ECU dựa vào tín hiệu áp suất đường ống nạp tín hiệu lượng khí nạp Do thay đổi áp suất đường ống nạp thay đổi tải, tín hiệu điện áp gửi ECU thay đổi ECU nhận tín hiệu để xử lý quy mức tải tương ứng để xác định góc đánh lửa sớm Đặc tính đánh lửa sớm điện tử; Đặc tính đánh lửa sớm hiệu chỉnh khí So sánh đặc tính điều chỉnh góc đánh lửa sớm kiểu khí điện tử Trong hệ thống đánh lửa trước đây, việc hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm thực phương pháp khí với cấu ly tâm áp thấp Đường đặc tính đánh lửa sớm tối ưu đơn giản khơng xác Trong đó, đường đặc tính đánh lửa lý tưởng xác định thực nghiệm phức tạp phụ thuộc vào nhiều thơng số Hai đồ thị hình mơ tả sai lệch kiểu điều khiển góc đánh lửa sớm điện tử khí Đối với hệ thống đánh lửa với cấu điều khiển góc đánh lửa sớm điện tử, góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh gần sát với đặc tính lý tưởng Kết hợp hai đặc tính đánh lửa sớm theo tốc độ theo tải có đồ góc đánh lửa sớm lý tưởng (hình dưới) với khoảng 1000 đến 4000 điểm đánh lửa sớm chọn lựa đưa vào nhớ Bản đồ góc đánh lửa sớm lý tưởng Một chức khác ECU việc điều khiển đánh lửa điều chỉnh góc ngậm điện (dwell angle control) Góc ngậm điện phụ thuộc vào hai thơng số hiệu điện accu tốc độ động Khi khởi động chẳng hạn, hiệu điện accu bị giảm sụt áp, vậy, ECU điều khiển tăng thời gian ngậm điện nhằm mục đích tăng dịng điện cuộn sơ cấp Ở tốc độ thấp, thời gian tích lũy lượng q dài (góc ngậm điện lớn) gây lãng phí lượng nên ECU điều khiển xén bớt xung điện áp điều khiển để giảm thời gian ngậm điện nhằm mục đính tiết kiệm lượng tránh nóng bobine Trong trường hợp dịng sơ cấp tăng cao giá trị ấn định, phận hạn chế dòng làm việc giữ cho dịng điện sơ cấp khơng thay đổi thời điểm đánh lửa Một điểm cần lưu ý việc điều chỉnh góc ngậm điện thực ECU hay igniter Vì vậy, igniter hai loại có khơng có phận điều chỉnh góc ngậm điện khơng thể lắp lẫn Góc đánh lửa sớm thực tế động hoạt động xác định công thức sau: = bđ + cb + hc Trong đó: - góc đánh lửa sớm thực tế bđ - góc đánh lửa sớm ban đầu cb - góc đánh lửa sớm hc - góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh bđ cb hc Góc đánh lửa sớm thực tế Góc đánh lửa sớm ban đầu (bđ) phụ thuộc vào vị trí delco cảm biến vị trí cốt máy (tín hiệu G) Thơng thường, loại xe góc đánh lửa sớm ban đầu hiệu chỉnh khoảng từ 50 đến 150 trước điểm chết tốc độ cầm chừng Đối với HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA với cấu điều khiển góc đánh lửa sớm điện tử, điều chỉnh góc đánh lửa sớm, ta chỉnh góc đánh lửa sớm ban đầu Dựa vào tốc độ (tín hiệu NE) tải động (từ tín hiệu áp suất đường ống nạp lưu lượng khí nạp), ECU đọc giá trị góc đánh lửa sớm (cb) lưu trữ nhớ (hình trên) Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh (hc) góc đánh lửa sớm cộng thêm giảm bớt ECU nhận tín hiệu khác nhiệt độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, tín hiệu kích nổ, tín hiệu tốc độ xe… Vì góc đánh lửa sớm thực tế tính góc đánh lửa sớm ban đầu cộng với góc đánh lửa sớm góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh để đạt góc đánh lửa sớm lý tưởng theo chế độ hoạt động động Sau xác định góc đánh lửa sớm, xử lý trung tâm (CPUcentral processing unit) đưa xung điện áp để điều khiển đánh lửa (IGT) (hình a đây) Hình b mơ tả q trình dịch chuyển xung IGT CPU phía trước điểm chết có hiệu chỉnh góc đánh lửa (cb) góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh (hc); ngồi ra, xung IGT xén trước gửi qua Igniter (hình b) a b Xung điều khiển đánh lửa Để cân lửa cho hệ thống đánh lửa với cấu điều khiển góc đánh lửa sớm điện tử, đa số loại xe ta phải báo cho ECU biết Ví dụ, Toyota, cân lửa ta nối hai đầu TE1 E1 check connector trước lúc cân lửa Khi ECU loại trừ yếu tố ảnh hưởng đến góc đánh lửa sớm việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm xác II Hệ thống đánh lửa điện tử có chia điện Sơ đồ khối hệ thống: Sau nhận tất tín hiệu từ cảm biến, xử lý trung tâm (CPU) xử lý tín hiệu đưa xung tín hiệu phù hợp với góc đánh lửa sớm tối ưu nạp sẵn nhớ để điều khiển transistor T1 tạo xung IGT đưa vào igniter Các xung IGT qua mạch kiểm soát góc ngậm (dwell angle control) xén trước điều khiển đóng ngắt transistor cơng suất T2 Cực E transistor công suất T2 mắc nối tiếp với điện trở (có giá trị nhỏ) cảm biến dịng sơ cấp kết hợp với kiểm sốt góc ngậm điện để hạn chế dòng sơ cấp trường hợp dòng sơ cấp tăng cao quy định Khi transistor T2 ngắt phát xung hồi tiếp IGF dẫn ngược lại, T2 dẫn phát xung IGF ngắt, trình tạo xung IGF Xung IGF gửi trở lại xử lý trung tâm ECU để báo hệ thống đánh lửa hoạt động phục vụ cơng tác chẩn đốn Ngồi ra, để đảm bảo an tồn, xung IGF cịn dùng để mở mạch phun xăng Trong trường hợp khơng có xung IGF, kim phun ngừng phun sau thời gian vài giây Trên số loại động cơ, điện áp từ cảm biến điện từ delco đưa thẳng vào igniter Tại đây, sau chuyển thành xung vuông gửi ECU ECU dựa vào xung để xác định đồng thời tốc độ động vị trí piston để dựa vào đưa xung IGT điều khiển đánh lửa sớm (TOYOTA, VAN, CADILAC, DAEWOO…) III Hệ thống đánh lửa điện tử khơng có chia điện a Ưu điểm hệ thống đánh lửa trực tiếp Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS - direct ignition system) hay gọi hệ thống đánh lửa khơng có chia điện (DLI - distributorless ignition) phát triển từ thập kỷ 80, loại xe sang trọng ngày ứng dụng rộng rãi loại xe khác nhờ có ưu điểm sau: - Dây cao áp ngắn dây cao áp nên giảm mát lượng, giảm điện dung ký sinh giảm nhiễu vô tuyến mạch thứ cấp - Khơng cịn mỏ quẹt nên khơng có khe hở mỏ quẹt dây cao áp Bỏ chi tiết dễ hư hỏng phải chế tạo vật liệu cách điện tốt mỏ quẹt, chổi than, nắp delco - Trong hệ thống đánh lửa có delco, góc đánh lửa sớm xảy trường hợp đánh lửa hai đầu dây cao áp kề (thường xảy động có số xylanh Z > 4) - Loại bỏ hư hỏng thường gặp tượng phóng điện mạch cao áp giảm chi phí bảo dưỡng b Phân loại, cấu tạo hoạt động hệ thống đánh lửa trực tiếp Đa số hệ thống đánh lửa trực tiếp thuộc loại điều khiển góc đánh lửa sớm điện tử nên việc đóng mở transistor cơng suất igniter thực ECU Hệ thống đánh lửa trực tiếp chia làm ba loại sau: Loại 1: Sử dụng bobine cho bougie Nhờ tần số hoạt động bobine nhỏ trước nên cuộn dây sơ cấp thứ cấp nóng Vì kích thước bobine nhỏ gắn dính với nắp chụp bougie Trên sơ đồ, ECU sau khi xử lý tín hiệu từ cảm biến gửi tín hiệu đến cực B transistor cơng suất igniter theo thứ tự nổ thời điểm đánh lửa Cuộn sơ cấp bobine loại có điện trở nhỏ (> R4, từ cơng thức ta có U1 ≈ Utc ; U4 ≈ Có nghĩa tia lửa xuất bougie số Trong trường hợp ngược lại R1 1100 C) dễ gây tượng kích nổ tăng hàm lượng NOx khí thải, ECU điều khiển giảm góc đánh lửa xuống góc tối đa 50 Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ động c Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo ổn định động chế độ cầm chừng Ở chế độ cầm chừng tốc động bị dao động tải động thay đổi, việc hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm có tác dụng làm ổn định tốc độ động Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo ổn định động chế độ cầm chừng Khi cánh bướm ga đóng hồn tồn, tín hiệu từ công tắc cánh bướm ga (hoặc cảm biến vị trí bướm ga) báo ECU cho biết động làm việc chế cầm chừng Kết hợp với tín hiệu tốc độ động (NE) tốc độ xe, ECU điều khiển giảm góc đánh lửa sớm ngược lại Góc hiệu chỉnh tối đa trường hợp ±50 Khi tốc độ tăng cao, ECU không hiệu chỉnh Trên số loại động cơ, việc hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm phụ thuộc vào điều kiện sử dụng máy lạnh hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm tốc độ cầm chừng bị giảm xuống mức quy định