Từ đó, ECU sẽ sử dụng thông tin tín hiệu mà cảm biến vị trí bướm ga gửi về để tính toán mức độ tải của động cơ nhằm hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu, cắt nhiên liệu, điều khiển góc đ
TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN VÀ ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ
Tổng quan về cảm biến trên ô tô
1 Định nghĩa về cảm biến Ô tô ngày nay được trang bị một số lượng lớn các cảm biến Chúng được coi như là một ltập hợp thống nhất của các cảm biến Các cảm biến này biến đổi các đại lượng hoá lý thành các đại lƣợng điện cần thiết cho các ECU trên ô tô thực hiện việc điều khiển động cơ, điều khiển hệ thống an toàn, tiện nghi.
Cảm biến có nghĩa là thăm dò và chuyển đổi giá trị Nó chuyển đổi dạng đại lượng hoá lý (đại lượng không điện) gọi là đầu vào cùng với yếu tố gây nhiễu thành đại lượng đầu ra -một đại lượng điện như: điện áp, dòng điện, tần số, xung…
Hình 1.1: Chức năng của cảm biến
Hình 1.2: Biểu tượng cảm biến
Một cảm biến có thể được xác định với các thông số sau:
Tín hiệu đầu vào: Đại lƣợng cần đo:
Cảm biến cũng có thể có chức năng xử lý tín hiệu hoặc không.
1.1 Ứng dụng của cảm biến trên ô tô
Cảm biến và cơ cấu chấp hành hình thành lên giao diện của ô tô với các tính năng phức hợp như lái, phanh, treo, khung vỏ… cũng như chức năng dẫn hướng và định vị Các tín hiệu phải được xử lý bởi mạch xử lý tín hiệu để đưa về dạng tiêu chuẩn yêu cầu bởi ECU.
Hình 1.3: Cảm biến trên ô tô
Các mạch xử lý tín hiệu này được chế tạo riêng cho từng cảm biến cụ thể và tương thích với một chiếc ô tô cụ thể Bộ xử lý của ô tô sẽ xử lý phức hợp các tín hiệu này với các tín hiệu từ các ECU liên kết và việc điều khiển của người lái Bộ phận hiển thị thông tin cho người lái các trạng thái hoạt động trong toàn bộ quá trình Dưới đây là tổng quát hệ thống điện tử trên ô tô hiện tại Và nó còn tăng thêm nhanh chóng trong các năm tới đây.
Hình 1.4: Tổng quát hệ thống điện tử ô tô
1.2 Phân loại các cảm biến a , Kiểu chỉ thị/ hành động
Các cảm biến trong kiểu này lại có thể phân chia theo hai nhóm:
+ Nhóm cảm biến có chức năng phát hiện trạng thái đóng/mở.
+ Nhóm cảm biến về an toàn hay chống trộm
+ Nhóm cảm biến theo dõi nhiên liệu, độ mòn hay thông tin về người lái/hành khách b , Kiểu tín hiệu liên tục
Kiểu này có thể phân chia thành các nhóm sau:
+ Tín hiệu liên tục, tuyến tính: Nhóm này rất thích hợp cho dải đo rộng.
+ Tín hiệu liên tục, không tuyến tính: Nhóm này thường sử dụng cho phạm vi đo hẹp (ví dụ tỷ lệ hoà khí, độ võng lò xo…)
+ Tín hiệu không liên tục, dạng 2 bậc, nhiều bậc: Dùng để theo dõi giá trị giới hạn
Hình 1.5: Tín hiệu liên tục c , Kiểu tín hiệu dạng xung
+ Tín hiệu tương tự: Dòng điện, điện áp, tần số, tỷ lệ thường trực xung
+ Tín hiệu rời rạc: tín hiệu số (mã nhị phân)
+ Tín hiệu tương tự: Dòng điện, điện áp, tần số, tỷ lệ thường trực xung
+ Tín hiệu rời rạc: tín hiệu số (mã nhị phân
1.3 Các cảm biến trên ô tô
1.3.1 Cảm biến vị trí bướm ga ( Throttle Position Sensor)
Hinh 1.6: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga a, Chức năng và nhiệm vụ của cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga được sử dụng để đo độ mở vị trí của cánh bướm ga để báo về hộp ECU Từ đó, ECU sẽ sử dụng thông tin tín hiệu mà cảm biến vị trí bướm ga gửi về để tính toán mức độ tải của động cơ nhằm hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu, cắt nhiên liệu, điều khiển góc đánh lửa sớm, điều chỉnh bù ga cầm chừng và điều khiển chuyển số.
Khi đạp gấp ga ở trong chế độ toàn tải, ECM sẽ tự động ngắt A/C, ECU chuyển về chế độ
“Open loop” để điều khiển phun nhiên liệu, bỏ qua tín hiệu từ cảm biến ô-xy. b, Nguyên lý làm việc
Nguyên lí hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga
– Hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga đời thấp loại tiếp điểm: cảm biến có 2 tiếp điểm IDL và PSW, Khi bướm ga ở vị trí không đạp ga, chân IDL được nối với chân E2 báo về hộp ECU, ECU sẽ nhận biết là đang ở chế độ không tải để bù ga và điều khiển lượng phun nhiên liệu ở chế độ không tải, khi ga lớn trên 50% cực PSW sẽ nối với cực E2 và ECU nhận biết được là đang mở ga lớn (chạy ở chế độ toàn tải), ECU sẽ hiệu chỉnh lượng nhiên liệu đậm lên để tăng công suất động cơ.
– Loại tuyến tính + tiếp điểm(còn ít): Bao gồm 4 chân (+, -, signal, IDLE).
– Loại tuyến tính (giống 1 biến trở): Cảm biến được cấp nguồn Vc (5V) và mát , cấu tạo gồm 1 mạch trở than và 1 lưỡi quét trên mạch trở than đó, khi trục của cánh bướm xoay (đóng mở bướm ga) thì sẽ làm cho lưỡi quét thay đổi vị trí trên mạch trở than làm thay đổi điện áp đầu ra (chân signal).
– Loại hall (đời mới): cb bướm ga có 2 tín hiệu, điện áp của cảm biến cũng thay đổi theo độ mở của bướm ga nhưng dựa trên nguyên lý hiệu ứng Hall (có 2 loại):
* Loại thuận: 2 tín hiệu cùng tăng cùng giảm.
Hình 1.7: Đồ thị tín hiệu
* Loại nghịch: 1 tín hiệu tăng 1 tín hiệu giảm.
Hình 1.8: Đồ thị tín hiệu c, Vị trí của cảm biến vị trí bướm ga
– Nằm trên cụm bướm ga:
Hình 1.9 : Vị trí nắp đặt bướm ga
1.3.2 Cảm biến bàn đạp ga( Accelerator Pedal Position Sensor)
Hình 1.10: Cảm biến bàn đạp ga
Cảm biến chân ga là bộ phận giúp đo vị trí và độ mở của chân ga khi người lái đạp chân ga. Như vậy, cảm biến bàn đạp ga sẽ gửi tín hiệu về ECU để điều khiển mô tơ bướm ga giúp mô tơ tăng tốc theo ý muốn của người điều khiển.
Cảm biến chân ga có nhiệm vụ đo vị trí và độ mở của chân ga khi người lái nhấn ga
Cảm biến bàn đạp ga thường có hai chiết áp khác nhau để đảm bảo thông tin từ cảm biến vị trí là chính xác Hai chiết áp sẽ thay đổi điện áp trên các đầu vào cảm biến của mô-đun để điều khiển góc của trục cảm biến vị trí.
Vị trí cụm chân ga nằm bên chân phải của người lái, trong trường hợp thông số vị trí chân ga vượt quá giá trị cho phép Một số dấu hiệu rõ ràng nhất mà người lái có thể nhận thấy thông qua hoạt động của động cơ đó là: xe không tăng tốc khi nhấn chân ga, động cơ rung lắc bất thường hoặc xe bị thiếu ga, không nhấn chân ga Khi xuất hiện những dấu hiệu trên có nghĩa là thông số vị trí bàn đạp ga bị sai, người lái nên kiểm tra và sửa chữa cảm biến bàn đạp ga để tránh gây ra những hư hỏng nặng. a, Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại cảm biến chân ga
Cảm biến bàn đạp ga loại tuyến tính
Cấu tạo của cảm biến chân ga nhìn chung khá giống với cảm biến chân ga, gồm các bộ phận: thanh trượt, mạch điện trở và lưỡi quét trên mạch điện trở Tuy nhiên, do yêu cầu về độ tin cậy và bảo mật thông tin, hầu hết các ô tô đều sử dụng 2 tín hiệu cảm biến chân ga để thông báo về ECU.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến chân ga tuyến tính chủ yếu dựa trên nguyên lý chiết áp Đầu tiên, cảm biến được cung cấp 5V, tín hiệu đến mô-đun điều khiển từ chiết áp 1 luôn gấp đôi so với chiết áp 2 Sau đó, trục của bàn đạp ga thay đổi vị trí của nó trên điện trở mạch bằng cách xoay lưỡi quét, thay đổi điện áp đầu ra (chân tín hiệu), và cuối cùng là báo về ECU để tăng độ tin cậy của cảm biến.
Hình 1.11: Cảm biến bướm ga loại tuyến tính
Cảm biến chân ga loại Hall( loại mới ): Khác với cảm biến chân ga loại tuyến tính, cấu tạo của cảm biến chân ga loại Hall gồm 3 phần chính: điện trở, 2 dây tín hiệu và điện áp của 2 chân tín hiệu Cảm biến bướm ga loại Hall cũng được cấp nguồn 5V và mát nhưng cảm biến thay đổi theo độ mở cửa bướm ga dựa trên nguyên lý hiệu ứng Hall của 2 tín hiệu thuận ( 2 tín hiệu tăng giảm ) và nghịch ( 1 tín hiệu giảm, 1 phát tín hiệu ).
Hình 1.12: Cảm biến chân ga loại Hall
1.3.3 Cảm biến mức nhiên liệu
Hình 1.14: Cấu tạo bơm xăng
Một phần tử lưỡng kim được gắn ở đồng hồ chỉ thị và một biến trở trượt kiểu phao được dùng ở cảm biến mức nhiên liệu.
Biến trở trượt kiểu phao bao gồm một phao dịch chuyển lên xuống cùng với mức nhiên liệu Thân bộ cảm nhận mức nhiên liệu có gắn với điện trở trượt, và đòn phao nối với điện trở này Khi phao dịch chuyển, vị trí của tiếp điểm trượt trên biến trở thay đổi làm thay đổi điện trở Vị trí chuẩn của phao để đo được đặt hoặc là vị trí cao hơn hoặc là vị trí thấp hơn của bình chứa Do kiểu đặt ở vị trí thấp chính xác hơn khi mức nhiên liệu thấp, nên nó được sử dụng ở những đồng hồ có dãi đo rộng như đồng hồ hiển thị số.
1.3.4 Cảm biến nước làm mát a,Chức năng nhiệm vụ của cảm biến nhiệt độ nước làm mát (ECT)
Hình 1.15: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến TPS trên xe Huyndai I10 đời 2014 động cơ G1.0
Hình 1.47: Cảm biến vị trí bướm ga loại IC Hall và được tích vào trong ETC
- Đối với hệ thống điều khiển động của Huyndai I10 2014 , sử dụng loại IC Hall và được tích với thân ga (hay còn gọi là bướm ga điện tử hay thân ga điện tử, ETC – Electronic
- Vị trí: Cảm viến vị trí bướm ga được lắp trên cổ góp nạp chỗ vị trí đường ống nạp, như hình bên
- Chức năng: Cảm biến vị trí bướm ga được sử dụng để đo độ mở vị trí của cánh bướm ga để gửi thông tin về hộp ECM Từ đó, ECM sẽ xử lí thông tin tín hiệu, tính toán mức độ tải của động cơ nhằm hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu, cắt nhiên liệu, điều khiển góc đánh lửa sớm, điều chỉnh bù ga cầm chừng và điều khiển chuyển số (đối với hộp số sàn) Và trên xe sử dụng hộp số tự động, thông số cũng cực kì quan trọng để kiểm soát quá trình chuyển số
- Khi gia tốc động cơ ở trong chế độ toàn tải, ECM sẽ tự động ngắt A/C (hệ thống điều hòa không khí), ECM chuyển về chế độ “Open loop” để điều khiển phun nhiên liệu, bỏ qua tín hiệu từ cảm biến oxy.
- Loại phần tử Hall: TPS loại phần tử Hall gồm có mạch IC Hall làm bằng các phần tử Hall và các nam châm quay quanh chúng Các nam châm được lắp ở trên trục bướm ga và quay cùng với bướm ga Bằng cách kiểm soát lượng khí nạp và mức độ chính xác của tốc độ động cơ, ETC được sử dụng cho việc thiết lập tối ưu hóa sự tiện lợi khi lái xe Hơn nữa ETC được sử dụng để dễ dàng kiểm soát hơn các chức năng ESP/TCS, kiểm soát không tải Ngoài ra, tỷ lệ xảy ra hư hỏng giảm xuống và độ tin cậy sẽ được tăng lên do mạch điện đơn giản và giảm kết nối Trong trường hợp một hệ thống hư hỏng, chế độ hoạt động cầm chừng được đảm bảo bởi một góc mở bướm ga 50 (thực hiện bởi lực lò so của một lò so bên trong bướm ga) Ngoài ra, cũng rất dễ dàng trang bị một hệ thống kiểm soát tốc độ thấp hoặc để kiểm soát lực kéo có sẵn, mà trong quá khứ có thể được yêu cầu thực hiện hoặc chỉ thông qua thời gian đánh lửa hoặc cơ cấu phụ tại bướm ga
Hình 1.49: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga
- Ngoài ra, thân bướm ga bao gồm bướm ga, mạch khí phụ không tải, cảm biến vị trí bướm ga và cũng chứa các cổng cho các nguồn chân không khác nhau để hoạt động, ví dụ để cho các thiết bị giảm khí thải như van EGR Việc điều chỉnh ban đầu của bướm ga và van ISC được định sẵn Đo đó, không không cần điều chỉnh chế độ tải ban đầu Bướm ga hoặc vị trí bướm ga có thể cần phải được kiểm tra/điều chỉnh định kì loại trừ trường hợp xuất hiện các vấn đề tốc độ không tải
Hình 1.50: Các vị trí mở góc bướm ga
Hình 1.51: Nguyên lý hoạt động của bướm ga
- Thay vì dây ga truyền thống, một cảm biến vị trí bàn đạp ga (hay còn gọi là cảm biến gia tốc/Accelerator position sensor - APS) được sử dụng làm tín hiệu đầu vào của quá trình điều khiển và tín hiệu này gửi về ECM ECM xử lí tín hiệu APS để tính toán góc mở bướm ga, vị trí của bướm ga sau đó được điều chỉnh bởi motor thông qua điều khiển ECM của động cơ. Lúc này, tín hiệu (loại tín hiệu số) TPS được sử dụng để phản hồi về vị trí bướm ga tới ECM Nhằm kiểm soát chính xác vị trí bướm ga mà không cần thiết phải có các mô-đun/cáp điều khiển hành trình bên ngoài Bên cạnh đó, TPS loại IC Hall (vì thế luôn cần nguồn điện áp 5V từ ECM động cơ) Sử dụng 2 tín hiệu bướm ga: TPS 1 và TPS 2 Mục đích là để tăng độ tin cậy và tăng độ bền Đồng thời, tín hiệu TPS này là loại ngịch, tức 1 tín hiệu tăng 1 tín hiệu giảm, như đồ thị đặc tính hình bên
Hình 1.52: Đồ thì điện áp của bướm ga
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ
Tổng quan hệ thống đánh lửa
- Hệ thống đánh lửa là một bộ phận quan trọng của động cơ đốt trong, bao gồm nhiều chi tiết như bugi, các cảm biến xác định thời điểm, bộ điều khiển, dây dẫn và nguồn điện Nhiệm vụ của nó là phát định thời điểm cần thiết để phóng tia lửa điện với sức nóng lên đến 60.000K, để đốt cháy hỗn hợp khí nén trong buồng đốt của động cơ.
Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống đánh lửa
+ Hệ thống đánh lửa ô tô điện tử sẽ có cấu tạo gồm các bộ phận chính như sau: Nguồn điện, pin chứa dòng điện một chiều với điện áp thấp từ 12 đến 14,2V.
Cuộn dây đánh lửa: Là các dây dẫn sẽ trực tiếp nhận biết tín hiệu cảm ứng điện từ để chuyển dòng điện 12V – 14,2V thành điện thế cao lên đến vài nghìn Vôn (V), từ đó sinh ra tia lửa điện đủ mạnh để đốt cháy nhiên liệu qua khe hở bugi.
Công tắc đánh lửa: Dùng để bật/ tắt hệ thống đánh lửa.
Mô-đun đánh lửa (bộ điều khiển) có chức năng chính là giám sát, kiểm soát chính xác thời điểm, cường độ tia lửa điện tự động.
Cảm biến để phát hiện sự thay đổi các thông số, từ đó điều chỉnh lệnh đánh lửa tự động nhiều hay ít.
Phần ứng sẽ bao gồm phần quay có điện trở bánh răng và ống hút chân không phía trước cùng cuộn dây nạp cảm ứng để bắt tín hiệu điện áp Từ đó thực hiện tạo và ngắt mạch chuẩn xác để phân phối dòng điện đi vào các bugi.
Nhóm tiếp điểm là các bộ phận sẽ đóng/ mở từ hoạt động của chìa khóa hoặc nút bấm.
Bugi: Là bộ phận quan trọng của hệ thống đánh lửa điện tử trên ô tô, có chức năng sẽ sản sinh tia lửa để khởi tạo quá trình đốt cháy hòa khí nhiên liệu, giúp động cơ hoạt động.
+ Hệ thống đánh lửa điện tử trên ô tô thì sẽ có nguyên lý hoạt động như sau:
Khi có lệnh khởi động ô tô, hệ thống sẽ khởi phát để tiến hành tạo ra tia lửa điện Ngay sau đó, dòng điện sẽ từ ắc quy truyền đến cuộn sơ cấp qua công tắc đánh lửa Và cuộn dây nạp phần ứng ngay sau đó sẽ được kích hoạt để nhận và gửi điện áp tới mô-đun đánh lửa
+ Từ đó, bánh răng tiếp xúc với cuộn dây nạp sẽ gửi tín hiệu điện áp đến mô-đun điện tử, rồi khiến cuộn sơ cấp bị ngắn mạch và ngay sau đó dừng hoạt động đột ngột Quá trình này sẽ sản sinh hiện tượng cảm ứng điện từ, trong cuộn thứ cấp có thể xuất hiện điện áp cao tới hàng nghìn Vôn.
Nguồn điện áp cao này sẽ được gửi đến những bộ phận phân phối khác, nơi có rôto quay và các tiếp điểm, từ cuộn dây đến bugi Và lúc có điện áp chênh lệch, tại các đầu bugi sẽ có tia lửa điện để bắt đầu cho quá trình đốt cháy nhiên liệu.
4 Phân loại hệ thống đánh lửa:
+ Hệ thống đánh lửa bằng má vít:
Kiểu hệ thống đánh lửa này có cấu tạo cơ bản nhất Trong kiểu hệ thống đánh lửa này, dòng sơ cấp và thời điểm đánh lửa được điều khiển cho chạy ngắt quãng qua tiếp điểm của vít lửa Bộ điều chỉnh đánh lửa sớm li tâm tốc và chân không điều khiển thời điểm đánh lửa Bộ chia điện sẽ phân phối điện cao áp từ cuộn thứ cấp đến các bugi.
Hình 2.2: Hệ thống đánh lửa bằng má vít
Trong kiểu hệ thống đánh lửa này tiếp điểm của vít lửa cần được điều chỉnh thường xuyên hoặc thay thế Một điện trở phụ được sử dụng để giảm số vòng dây của cuộn sơ cấp, cải thiện đặc tính tăng trưởng dòng của cuộn sơ cấp, và giảm đến mức thấp nhất sự giảm áp của cuộn thứ cấp ở tốc độ cao.
+ Hệ thống đánh lửa kiểu bán dẫn: Trong hệ thống đánh lửa này transistor điều khiển dòng sơ cấp, để nó chạy một cách gián đoạn theo đúng các tín hiệu điện áp được phát ra từ bộ phát tín hiệu Góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng cơ như trong kiểu hệ thống đánh lửa bằng vít hoặc có thể dùng các cảm biến vị trí như loại quang, Hall.
Hình 2.3: Hệ thống đánh lửa bán dẫn
+ Hệ thống đánh lửa kiểu bán dẫn có ESA ( Đánh lửa sớm bằng điện tử): Trong hệ thống này không sử dụng bộ đánh lửa sớm chân không và li tâm Thay vào đó, chức năng ESA của bộ điều khiển điện tử ECU sẽ điều khiển góc đánh lửa sớm.
+ Hệ thống đánh lửa trục tiếp (DIS): Thay vì sử dụng bộ chia điện, hệ thống này sử dụng bobin đơn hoặc đôi cung cấp điện cao áp trực tiếp cho bugi Thời điểm đánh lửa được điều khiển bởi ESA của ECU động cơ Trong các động cơ gần đây, hệ thống đánh lửa này chiếm ưu thế.
Hình 2.4: Hệ thống đánh lửa trực tiếp
4.Các thành phần chính của hệ thống đánh lửa:
+ Bugi: là công cụ để nguồn phát ra tia lửa điện qua một khoảng trống Nguồn điện này phải có điện áp rất cao để tia lửa có thể phóng qua khoảng trống và tia lửa mạnh. Thông thường, điện áp giữa hai cực của bugi khoảng từ 40.000 đến 100.000V Một số xe đòi hỏi phải sử dụng loại bugi nóng Loại bugi này được thiết kế có chất sứ bao bọc tiếp xúc với kim loại ít hơn do vậy việc trao đổi nhiệt kém hơn và nến nóng hơn và làm sạch bụi bẩn tốt hơn Bugi lạnh thì ngược lại, thiết kế với vùng trao đổi nhiệt lớn hơn vì vậy sẽ nguội hơn khi hoạt động Động cơ hiệu suất cao sẽ sinh nhiều nhiệt hơn do vậy phải sử dụng bugi nguội hơn Nếu bugi quá nóng, nó sẽ làm cho hỗn hợp cháy trước khi tia lửa phát ra.
+ Bobin: Là bộ phận sinh ra cao áp để tạo ra tia lửa Điện thế cao được sinh ra do cảm ứng giữa hai cuộn dây Một cuộn có ít vòng được gọi là cuộn sơ cấp, cuốn xung quanh cuộn sơ cấp nhưng nhiều vòng hơn là cuộn thứ cấp Cuộn thứ cấp có số vòng lớn gấp hàng trăm lần cuộn sơ cấp.
Hệ thống đánh lửa trên xe Huyndai I10 2014
Hình 2.5: Hệ thống đánh lửa trên xe Huyndai I10
Hệ thống đánh lửa trực tiếp bao gồm các bộ phận sau đây:
- Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKPS): Phát hiện góc quay trục khuỷu (tốc độ động cơ).
- Cảm biến vị trí của trục cam ( CMPS): Nhận biết xy lanh, kỳ và theo dõi định thời của trục cam
- Cảm biến kích nổ (KS): Phát hiện tiếng gõ của động cơ
- Cảm biến vị trí bướm ga (TPS): Phát hiện góc mở của bướm ga
- Cảm biến nhiệt độ lưu lượng khí nạp (IATS): Phát hiện lượng không khí nạp.
- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ (ECTS): Phát hiện nhiệt độ nước làm mát động cơ
- Bô bin và IC đánh lửa: Đóng và ngắt dòng điện trong cuộn sơ cấp vào thời điểm tối ưu Gửi các tín hiệu IGF đến ECU động cơ
- ECU động cơ: Phát ra các tín hiệu IGT dựa trên các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, và gửi tín hiệu đến bô bin có IC đánh lửa
- Bugi: Phát ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hòa khí b.Nguyên lý hoạt động.
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đánh lửa trực tiếp.
- Hệ thống điện điều khiển bao gồm các cảm biến để xác định tình trạng làm việc của động cơ, ECM tính toán thời điểm và thời gian phun cho phù hợp với tín hiệu từ các cảm biến, truyền tín hiệu đánh lửa đến IC đánh lửa và tác động điều khiển lượng nhiên liệu phun cơ bản dựa vào các tín hiệu từ ECM.
- Các cảm biến xác định lưu lượng không khí nạp, số vòng quay của động cơ, tải động cơ, nhiệt độ nước làm mát và sự tăng tốc – giảm tốc Các cảm biến gửi tín hiệu về ECM, sau đó ECM sẽ hiệu chỉnh thời gian phun và gửi tín hiệu đến các kim phun thông qua bộ biến đổi điện áp EDU, các kim phun sẽ phun nhiên liệu vào đường ống nạp, lượng nhiên liệu phun tùy thuộc vào thời gian tín hiệu từ ECM.
- Thời gian đánh lửa được điều khiển bởi hệ thống điều khiển thời gian đánh lửa bằng điện tử Thời điểm đánh lửa được tính toán liên tục theo điều kiện của động cơ, dựa trên giá trị thời điểm đánh lửa tối ưu đã được lưu giữ trong máy tính, dưới dạng một bản đồ ESA So với điều khiển đánh lửa cơ học của các hệ thống thông thường thì điều khiển bằng ESA có độ chính xác cao hơn và không cần phải đặt lại thời điểm đánh lửa.
- Các tài liệu tham khảo tiêu chuẩn đánh lửa dữ liệu thời gian với các điều kiện hoạt động động cơ được lập trình sẵn trong bộ nhớ của ECM (bộ điều khiển trung tâm động cơ).
- Điều kiện vận hành động cơ (tốc độ, tải, tình trạng ấm lên, vv) được phát hiện bởi các cảm biến khác nhau Dựa trên những tín hiệu cảm biến và các dữ liệu thời gian đánh lửa, tín hiệu gián đoạn chính hiện tại được gửi đến các van Cuộn dây đánh lửa được kích hoạt, và thời gian được điều khiển.
- Hiện nay thách thức quan trọng nhất của các nhà sản suất ô tô đối mặt là phải cung cấp những chiếc xe Huyndai với công suất cao và hiệu suất nhiên liệu tối ưu trong khi vẫn đảm bảo thải sạch và sự thoải mái cho người ngồi trên xe Nhận thức được tình trạng ấm lên của trái đất là mối đe dọa thật sự cho chúng ta càng thử thách các nhà sản suất Để ngăn chặn nguy cơ này chúng ta cần giảm lượng khí CO2 sinh ra, chúng ta cần nhanh chóng chế tạo ra những động cơ thải ra ít CO2 hơn những động cơ truyền thống.
- Động cơ GDI của hãng Huyndai được chế tạo đảm bảo thân thiện với môi trường bằng cách giải quyết vấn đề thường đi kèm với động cơ trước đây như những giới hạn về công suất, giá cả và thiết kế của nó Công nghệ GDI giúp cải thiện 10 ÷ 30% hiệu suất tiêu hao nhiên liệu so với những động cơ phun xăng truyền thống.
- Bên trong động cơ GDI, nhiên liệu được phun trực tiếp vào xi lanh Giúp loại trừ những hạn chế trước đây như không thể nạp đủ nhiên liệu sau khi van hút đóng Để điều khiển sự cháy một cách chính xác, GDI đảm bảo phối hợp giữa tiết kiệm nhiên liệu và tăng công suất Trong những động cơ xăng truyền thống nhiên liệu và không khí được trộn bên ngoài xi lanh Điều này làm gây ra hao phí nhiên liệu cùng với sự sai lệch thời điểm phun Vấn đề này được giải quyết với động cơ G1.6 DOHC của HuynDai Nhiên liệu được phun trực tiếp vào xi lanh đúng thời điểm làm tăng hiệu suất nhiên liệu và giảm hao phí.
- Trong những năm qua, những kỹ sư thấy rằng nếu ta có thể chế tạo một loại động cơ xăng hoạt động giống như một động cơ diesel Với động cơ xăng này nhiên liệu được phun trực tiếp vào xi lanh với hỗn hợp nghèo và hỗn hợp giàu xung quanh bugi được đánh lửa, như vậy chúng ta có được một động cơ đạt hiệu suất nhiên liệu của động cơ diesel và đồng thời cũng đạt được công suất cao như các động cơ phun xăng truyền thống.
- Để đốt cháy được xăng thì xăng và không khí phải được hòa trộn để hình thành ra hỗn hợp nhiên liệu đúng và cùng với sự chính xác về thời điểm phun thì hỗn hợp nhiên liệu sẽ được nén lại giữa các cực của bugi đúng thời điểm đánh lửa Động cơ phun xăng trực tiếp GDI đạt được công nghệ này giúp điều khiển chính xác hỗn hợp nhiên liệu.
XÂY DỰNG MODUL HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
- Mô hình được thiết kế nhằm mục đích nâng cao sự hiểu biết hơn về kiến thức thực hành về điện trên ô tô Các chi tiết của hệ thống được bố trí giàn trải trên sa bàn chú thích tên đầy đủ Mô hình bao gồm các hệ thống : hệ thống đánh lửa và phun xăng bằng điện tử điều khiển bằng ECU Hệ thống các cảm biến gồm: cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí trục cam; cảm biến nhiệt độ khí nạp; cảm biến vị trí bướm ga; cảm biến nhiệt độ nước làm mát; cảm biến kích nổ và 2 cảm biến oxy Mô hình hoạt động ổn định thể hiện được đầy đủ các chế độ: phun xăng và đánh lửa Mô hình được gá đặt trên khung và có chân giữ cố định.
Hình 3.1: Mô hình nắp các cảm biến
1.2 Các thành phần chính và các bước xây dựng modul đánh lửa
Để xây dựng một modul hệ thống phun nhiên liệu cho Hyundai i10 2014, chúng ta cần các thành phần sau:
1 ECU (Electronic Control Unit) điều khiển động cơ: ECU là bộ điều khiển điện tử chịu trách nhiệm điều khiển quá trình phun nhiên liệu và các hệ thống khác trên động cơ Nó nhận tín hiệu từ các cảm biến và điều chỉnh phun nhiên liệu và đánh lửa dựa trên dữ liệu thu thập được.
2 Vòi phun: Vòi phun (fuel injector) là thành phần chịu trách nhiệm phun nhiên liệu vào đường ống xả hoặc trực tiếp vào không gian đốt trong xi-lanh Chúng được điều khiển bởi ECU và thực hiện việc phun nhiên liệu theo yêu cầu.
3 Bobin và pugi (Ignition Coil và Spark Plug): Bobin và pugi (spark plug) là các thành phần của hệ thống đánh lửa, chịu trách nhiệm tạo ra điện cực và tạo lửa để đốt nổ hỗn hợp nhiên liệu trong xi-lanh ECU điều khiển thời điểm đánh lửa và xác định lượng nhiên liệu phù hợp để đảm bảo sự hoạt động hiệu quả của động cơ.
4 Cảm biến G ( Camshaft Position Sensor): Cảm biến G (Camshaft Position Sensor) đo vị trí và tốc độ quay của trục cam Cảm biến này thông báo cho hệ thống điều khiển động cơ về vị trí của trục cam, giúp đồng bộ hóa phun nhiên liệu và đánh lửa đúng thời điểm.
5 Cảm biến Ne (Crankshaft Position Sensor): Cảm biến Ne (crankshaft position sensor) đo vị trí và tốc độ quay của trục khuỷu (crankshaft) Nó cung cấp thông tin về vị trí của piston để ECU xác định thời điểm phun nhiên liệu và đánh lửa chính xác.
6 Cảm biến ECT (Engine Coolant Temperature Sensor): Cảm biến ECT (engine coolant temperature sensor) đo nhiệt độ của chất làm mát động cơ Dựa trên thông tin này, ECU điều chỉnh mức phun nhiên liệu và điều khiển các thông số khác của động cơ.
7 Cảm biến TPS (Throttle Position Sensor): Cảm biến TPS (throttle position sensor) đo độ mở của bộ điều khiển ga Nó cung cấp thông tin về mức mở ga cho ECU để điều chỉnh phun nhiên liệu và đánh lửa.
8 Cảm biến APS (Accelerator Position Sensor): Cảm biến APS (accelerator position sensor) đo vị trí và chuyển động của bộ điều khiển ga Nó cung cấp thông tin về tốc độ mở ga và tăng tốc cho ECU để điều chỉnh phun nhiên liệu và đánh lửa.
9 Cảm biến KNK (Knock Sensor): Cảm biến KNK (knock sensor) đo các hiện tượng kêu gõ hay kêu động cơ trong quá trình đốt cháy Nếu có hiện tượng kêu gõ, cảm biến KNK sẽ gửi tín hiệu về ECU để điều chỉnh thời điểm đánh lửa và phun nhiên liệu để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả
10 Cảm biến oxy (Oxygen Sensor):Cảm biến oxy (oxygen sensor) đo lượng oxy trong khí thải từ động cơ Thông qua việc đo lường mức oxy, cảm biến oxy cung cấp thông tin cho ECU để điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu/phân tán nhiên liệu và đảm bảo hoạt động hiệu quả và sạch hơn.
11: Cảm biến MAP (Manifold Absolute Pressure Sensor): dùng để do áp suất đường ống nạp Thông qua việc đo lường sau đó gửi tín hiệu về ECU để điều chỉnh phun nhiên liệu, điều chỉnh đánh lửa và kiểm soát tăng áp.
12: Cảm biến VSS ( Vehicle Speed Sensor ) có vai trò quan trọng dùng để đo lường hiệu suất và tiêu thụ nhiên liệu.
13: Cảm biến mức nhiên liệu dùng để đo và cung cấp thông tin về mức nhiên liệu còn lại
14: Bơm nhiên liệu dùng để cung cấp nhiên liệu từ bình đến hệ thống nhiên liệu và còn giúp kiểm soát áp suất nhiên liệu.
15: Các vật tư khác: Bảng lắp đặt, dây điện, giắc cắm, thùng nhiên liêu:
Để thiết kế hệ thống phun nhiêu liệu trên Huyndai I10 2014 cần phải trải qua các bước sau:
1 Nghiên cứu: Tìm hiểu về hệ thống đánh lửa trên Hyundai i10 2014, bao gồm đặc điểm kỹ thuật, vị trí các thành phần và các thông số kỹ thuật của chúng.Học cách đọc mạch theo xe của hệ thống trên phần mềm Carmin, từ đó hiểu được nguyên lý làm việc và cách vận hành.
Hình 3.2: Sơ dồ mạch điều khiển động cơ xe Huyndai I10 ( động cơ G1.0)
2 Thiết kế: Dựa trên kiến thức nghiên cứu, thiết kế modul hệ thống phun nhiên liệu cho xe Xác định vị trí lắp đặt của các thành phần, bao gồm ECU, vòi phun, bobin và pugi, cảm biến G, cảm biến Ne, cảm biến ECT, cảm biến TPS, cảm biến APS, cảm biến KNK và cảm biến oxy, cảm biến MAP, cảm biến VSS, cảm biến mức nhiên liệu và bơm nhiên liệu Đảm bảo rằng các thành phần được lắp đặt một cách hợp lý và dễ nhìn
3 Lắp đặt: Thực hiện các bước lắp đặt như đã thiết kế trước đó Đảm bảo rằng các thành phần được lắp đặt với khoảng cách phù hợp, dễ nhìn và dễ thao tác, các kết nối điện được thiết lập đúng cách
