Thiết kế hệ thống đánh lửa điện tử cho động E-TEC II lắp xe Lacetti EX

11 Các bộ phận của hệ thống đánh lửa bao gồm bôbin đôi, bugi, ECU điều khiển đánh lửa và hệ thống đường dây cao áp, các cảm biến phục vụ cho việc đánh lửa Nguyên lí hoạt động của hệ thốn

1

MỤC LỤC 1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài 4

1.1 Mục đích 4

1.2 Ý nghĩa của đề tài 4

2 Giới thiệu động cơ E-TEC II 1.6l 4

2.1 Giới thiệu động cơ 4

2.2 Giới thiệu sơ bộ các hệ thống có trên động cơ 7

2.2.1 Cơ cấu trục khuỷu, thanh truyền, piston 7

2.2.2 Hệ thống làm mát 7

2.2.3 Hệ thống bôi trơn 8

2.2.4 Hệ thống nhiên liệu động cơ E-TEC II 9

2.2.5 Hệ thống đánh lửa 10

3 Tổng quan về hệ thống đánh lửa 12

3.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống đánh lửa 12

3.1.1 Nhiệm vụ 12

3.1.2 Yêu cầu 12

3.1.3 Phân loại 12

3.2 Khái quát một số hệ thống đánh lửa 13

3.2.1 Hệ thống đánh lửa thường 14

3.2.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn 15

3.2.3 Hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình 19

3.3 Các thông số cơ bản của HTĐL 24

3.3.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại 24

3.3.2 Hiệu điện thế đánh lửa U đl 25

3.3.3 Góc đánh lửa sớm 25

3.3.4 Hệ số dự trữ K dt 26

3.3.5 Năng lượng dự trữ W dt 26

3.3.6 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp 26

3.3.7 Tần số và chu kỳ đánh lửa 27

3.3.8 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện 27

3.4 Các bộ phận chính 28

3.4.1 Biến áp đánh lửa 28

3.4.2 Bộ chia điện 29

3.4.3 Bộ phận tạo xung 29

3.4.4 Tụ điện 30

3.4.5 Bộ phận chia điện thế 31

2

3.4.6 Các cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa sớm 32

3.4.7 Transistor 37

3.4.8 Cảm biến điện từ 33

3.4.9 Mạch đánh lửa (IC đánh lửa) 34

4 Thiết kế hệ thống đánh lửa cho động cơ E-TEC II 36

4.1 Giới thiệu hệ thống đánh lửa trên động cơ 36

4.2 Điều khiển đánh lửa 38

4.2.1 Điều khiển đánh lửa khi khởi động 38

4.2.2 Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động 39

4.3 Bôbin 46

4.4 Bugi 49

4.5 Cảm biến vị trí trục khuỷu 50

4.6 Cảm biến áp suất đường ống nạp ( Cảm biến áp suất chân không ) 52

4.7 Cảm biến vị trí bướm ga 54

4.8 Cảm biến kích nổ 56

4.9 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 57

4.10 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 58

4.11 Tính toán dòng điện qua cuộn sơ cấp 59

4.12 Tính toán các thông số cơ bản của mạch thứ cấp 65

4.12.1 Năng lươ ̣ng dự trữ W dt ( Năng lươ ̣ng trước khi đánh lửa) 65

4.12.2 Điện áp thứ cấp U 2 67

4.12.3 Hiệu điện thế đánh lửa 67

4.13 Tính toán công suất đánh lửa 69

5 Chẩn đoán hư hỏng hệ thống đánh lửa trên động cơ E-TEC II 69

5.1 Chẩn đoán hư hỏng hệ thống đánh lửa theo tình trạng động cơ E-TEC II 70

5.2 Chẩn đoán và khắc phục hư hỏng theo tín hiệu đèn check 71

6 Kết luận 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

3

LỜI NÓI ĐẦU

Như chúng ta đã biết, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành điện tử thì ngành ôtô cũng có những sự vươn lên mạnh mẽ Hàng loạt các linh kiện bán dẫn, thiết bị điện tử được trang bị trên động cơ ôtô nhằm mục đích giúp tăng công suất động cơ, giảm được suất tiêu hao nhiên liệu và đặc biệt là ô nhiễm môi trường do khí thải tạo ra là nhỏ nhất Và hàng loạt các ưu điểm khác mà động cơ đốt trong hiện đại đã đem lại cho công nghệ chế tạo ôtô hiện nay

Việc tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa điều khiển điện tử đã giúp em có một cái nhìn cụ thể hơn, sâu sắc hơn Đây cũng là lý do em chọn đề tài này làm đề tài tốt nghiệp với mong muốn góp phần nghiên cứu sâu hơn về hệ thống đánh lửa trên động cơ xăng, để từ đó có thể đưa ra được các giải pháp về các vấn đề hư hỏng thường gặp ở hệ thống đánh lửa động cơ này

Do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo còn

ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô giáo trong bộ môn chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn

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 T.S Phan Minh Đức đã nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ

em hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất

Đà nẵng, ngày 15 tháng 6 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Phan Quang Minh

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 E-TEC II 1.6L

 Có thể chẩn đoán một cách chính xác và nhanh chóng các hư hỏng trong hệ thống đánh lửa của động cơ E-TEC II 1.6L 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 E-TEC II 1.6L 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

2 Giới thiệu động cơ E-TEC II 1.6l

2.1 Giới thiệu động cơ

Động cơ E-TEC II là loại động cơ xăng không dùng bộ chế hoà khí do hãng

GM Daewoo sản xuất Trong những năm gần đây với chính sách mở cửa rộng rãi của nhà nước ta nên các loại xe của hãng GM Daewoo được nhập vào Việt Nam ngày một nhiều Các loại xe nhập vào Việt Nam có thể là nguyên chiếc hoặc bao gồm các phụ tùng và lắp ráp tại Việt Nam Các chủng loại xe đã có mặt tại thị trường Việt Nam như xe du lịch, xe tải trung bình, xe tải nặng, xe bus,

5

Động cơ E-TEC II là loại động cơ được trang bị trên xe du lịch đời mới của hãng Daewoo Các loại xe được trang bị động cơ E-TEC II như Lacetti EX, Lacetti CDX, Gentra …

Với trình độ kỹ thuật sản xuất tiên tiến của hang GM Daewoo đã cho ra đời loại động cơ E-TEC II có thể tích toàn bộ của động cơ nhỏ nhưng công suất phát ra lớn đã giúp cho việc bố trí động cơ trên xe được dễ dàng và tiết kiệm được vật liệu chế tạo động cơ Không những động cơ E-TEC II có những ưu việt trên mà nó còn đóng góp vào công việc làm sạch môi trường và tiết kiệm nguồn tài nguyên cho con người Với những loại động cơ xăng cổ điễn dùng bộ chế hoà khí để hòa trộn hỗn hợp và sau quá trình cháy sản vật cháy đưa ra môi trường có hàm lượng chất độc hại rất cao như NOx, CO2, CO và một phần lượng nhiên liệu dư chưa cháy kịp

Thông số kỹ thuật của động cơ E-TEC II

Công suất động cơ Ne = 80KW

6

Hình 2-1 Mặt cắt dọc động cơ E-TEC II 1-Bánh đà; 2- Hốc nước làm mát; 3-Thanh truyền; 4- Piston; 5-Nắp máy; 6-Bôbin đôi; 7- Dây cao áp; 8- Trục Cam; 9- Con đội thủy lực; 10-Xupap; 11- Bugi; 12- Ống

hút dầu bôi trơn; 13- Cácte; 14- Trục khuỷu

7

2.2 Giới thiệu sơ bộ các hệ thống có trên động cơ

2.2.1 Cơ cấu trục khuỷu, thanh truyền, piston

Đường kính của chốt khuỷu lắp đầu to thanh truyền : 42,971-42,987 mm

2.2.1.3 Pittông:

Pittông của động cơ E-TEC II được chế tạo bằng hợp kim nhôm, trên pittông được bố trí 2 séc măng khí vă một séc măng dầu

Đường kính của pittông : 81,5 mm

Trên pittông được khoét rãnh để lắp séc măng: chiều cao rãnh để lắp séc măng khí 1,5 mm, chiều cao rãnh để lắp séc măng dầu là 2,9 mm, chiều cao từ đỉnh pittông đến tâm chốt pittông là 32,5 mm

2.2.2 Hệ thống làm mát

Động cơ E-TEC II có hệ thống làm mát bằng nước kiểu kín, tuần hoàn cưỡng bức bao gồm: áo nước xi lanh, nắp máy, két nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió và các đường ống dẫn nước

Hệ thống làm mát sử dụng nước nguyên chất có pha chất phụ gia chống gỉ Két làm mát lắp trên phía đầu xe, két làm mát có đường nước vào từ van hằng nhiệt và có đường nước ra đến bơm, trên két nước có các dàn ống dẫn nước gắn cánh tản nhiệt

Bơm nước kiểu ly tâm được dẫn động bằng dây đai từ trục khuỷu

Quạt gió được chạy bằng động cơ điện do nguồn điện ắcqui cung cấp

Dầu từ các te được hút bằng bơm qua bầu lọc vào đường dầu dọc trong thân máy vào trục khuỷu lên trục cam, từ trục khuỷu tiếp theo dầu vào các bạc thanh truyền theo lỗ phun lên vách xi lanh, từ trục cam vào các bạc trục cam rồi theo các đường dẫn tự chảy xuống các te

Bơm dầu rôto gồm hai rôto tiếp xúc trong: rôto trong và rôto ngoài Rôto trong được dẫn động bởi trục khuỷu quay làm xoay rôto ngoài nên khi quay không gian giữa các răng rôto dần thu hẹp lại, tại cửa ra thể tích nhỏ nhất, do đó ở đây dầu

bị nén có áp suất cao nhất sẽ theo đường ống vào động cơ Tại vòng quay cao áp

Két nước

Có gắn các cánh tản nhiệt

Bơmnước

Động cơ

Van hằng nhiệtBình rót

Áp suất do bơm cung cấp : 4  0, 5 kg/cm2 Mác dầu SAE 5W/30, API SH

2.2.4 Hệ thống nhiên liệu động cơ E-TEC II

Hệ thống nhiên liệu động cơ E-TEC II thuộc loại hệ thống nhiên liệu được điều khiển bằng phun xăng điện tử EFI và thuộc loại phun đa điểm

Các bộ phận của hệ thống phun xăng điện tử động cơ E-TEC II: Thùng xăng, bơm xăng điện (đặt rong thùng xăng), lọc xăng, bộ ổn định áp suất xăng, đường ống góp xăng, các vòi phun và đường ống dẫn xăng

Đường dầu chính (trong thân máy)

Van

an toàn

Lọc tinh

Trục khuỷu

Cổ trục khuỷu

Đường dầu trong trục cam

Van

an toàn

Bơm dầu

Thanh truyền

Lọc đầuhút dầu

Phun lênthành xilanh

10

Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu động cơ E-TEC II: Bơm điện dặt trong thùng xăng, khi cấp điện cho bơm xăng thì bơm sẽ cấp xăng có áp suất qua lọc theo đường ống đến dàn phân phối xăng vào các vòi phun được điều khiển bằng Solenoid Trên ống góp xăng có lắp bộ ổn định áp suất xăng giữ cho áp suất xăng ở đầu vòi phun là 2,3-3,1 kg/cm2 Từ bộ ổn định áp suất xăng có đường ống dẫn xăng trở về lại thùng chứa xăng Các vòi phun được điều khiển bằng ECM, tức

là mở hay đóng vòi phun tuỳ thuộc vào tín hiệu do ECM cung cấp

Hệ thống dẫn không khí nạp gồm có: Bầu lọc gió, hộp bướm ga và đường ống nạp

2.2.5 Hệ thống đánh lửa

Động cơ E-TEC II trang bị hệ thống đánh lửa điện tử ESA đánh lửa trực tiếp

sử dụng bôbin đôi không sử dụng bộ chia điện Thời điểm đánh lửa và góc đánh lửa được ECU điều khiển tùy theo chế độ làm việc của động cơ

Các vòi phun xăng

Lọc không khí Bướm ga Đường ống nạp

Phun vào trước xupáp nạp

Đường xăng hồi về thùng chứa

Hình 2-4 Sơ đồ khối hệ thống nhiên liệu động cơ E-TEC II

11

Các bộ phận của hệ thống đánh lửa bao gồm bôbin đôi, bugi, ECU điều khiển đánh lửa và hệ thống đường dây cao áp, các cảm biến phục vụ cho việc đánh lửa

Nguyên lí hoạt động của hệ thống đánh lửa: ECU có chức năng tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lí tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đánh lửa đến cơ cấu chấp hành nhằm đem lại sự chính xác và thích ứng cần thiết với từng chế độ hoạt động của động cơ đảm bảo cho việc đánh lửa và công suất động cơ luôn luôn tối ưu nhất đồng thời làm giảm tối đa chất độc hại trong khí thải cũng như lượng tiêu hao nhiên liệu

Cảm biến

Trục khuỷu

Điều khiển logic

ECM

Hình 2-5 Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa bằng điện tử

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

3.1.2 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 chữa dễ dàng, giá thành rẻ

3.1.3 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

13

+ Hệ thống đánh lửa Manhêtô

+ 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

+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ 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)

Theo phân loại ta có các hệ thống đánh lửa như trên, để hiểu rõ hơn về các hệ thống đánh lửa sau đây em phân tích một số hệ thống đánh lửa

3.2 Khái quát một số hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa của động cơ xăng có tác dụng là nguồn sinh ra tia lửa điện châm ngòi gây nổ hỗn hợp khí- nhiên liệu Theo phân loại hệ thống đánh lửa như trên và để hiểu rõ hơn về quá trình phát triển của hệ thống đánh lửa Sau đây em xin giới thiệu một số hệ thống đánh lửa từ lúc mới ra đời của động cơ đốt trong cho đến nay, hệ thống đánh lửa ngay một hoàn thiện và đáp ứng được yêu cầu để đảm bảo

cho động cơ ngày một hoàn thiện

14

3.2.1 Hệ thống đánh lửa thường

3.2.1.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc

Hệ thống đánh lửa thường bao gồm:

Hình 3-1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa thường 1-Trục cam; 2- cần tiếp điểm; 3- Biến áp đánh lửa; 4- Bộ chia điện; 5- Bugi

- Bình ắc quy: Là nguồn điện thường trực trên ôtô, cung cấp cho các nguồn phụ tải như máy khởi động, đền còi tích luỹ điện năng do máy phát điện nạp vào

- Khoá công tắc: Để nối hay ngắt dòng điện sơ cấp của hệ thống khi cần khởi động hay tắt máy

- Biến áp đánh lửa: Có hai cuộn dây ; cuộn sơ cấp W1 có khoảng 250 .400 vòng, cuộn thứ cấp W2 có khoảng 19000 26000 vòng

- Bộ chia điện: Cắt và nối dòng điện sơ cấp gây nên biến thiên từ thông trong Bôbin làm cho cuộn thứ cấp cảm ứng điện cao thế Bộ chia điện còn có công dụng chia dòng điện cao thế cho các Bugi vào đúng thời điểm Cam của bộ chia điện được dẫn động quay từ trục phân phối làm nhiệm vụ đóng mở tiếp điểm KK’ tức là nối ngắt mạch sơ cấp của biến áp đánh lửa

15

3.2.1.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa thường

- Khi KK’ đóng: Trong mạch sơ cấp xuất hiện dòng điện sơ cấp i1 Dòng này tạo nên một từ trường khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa

- Khi KK’ mở: Mạch sơ cấp bị ngắt, dòng i1 và từ trường do nó tạo nên mất

Do đó trong cả hai cuộn dây sẽ xuất hiện các suất điện động tự cảm, tỷ lệ thuận với tốc độ biến thiên của từ thông Do cuộn thứ cấp có số vòng dây lớn nên suất điện động sinh ra trong nó cũng lớn, đạt giá trị khoảng 12000 40000 V Điện áp cao này truyền qua roto của bộ chia điện và các dây dẫn cao áp đến Bugi đánh lửa theo thứ tự nổ của động cơ Khi thế hiệu thứ cấp đạt giá trị Udl thì sẽ xuất hiện tia lửa điện phóng qua khe hở Bugi đốt cháy hỗn hợp làm việc trong xylanh

Khi KK’ mở, trong cuộn W1 cũng xuất hiện suất điện động tự cảm khoảng 200…300V Tụ C1 mắc song song với tiếp điểm với mục đích tích điện từ các tia lửa ở các tiếp điểm bảo vệ các tiếp điểm không bị cháy rổ đồng thời tụ C1 sẽ phóng dòng điện ngược này về cuộn sơ cấp trong Bôbin làm cho dòng sơ cấp triệt tiêu nhanh hơn và như vậy sẽ làm cho hiệu điện thế thứ cấp tăng lên nhanh chóng

3.2.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn

Hệ thống đánh lửa thường còn nhiều hạn chế trong quá trình sử dụng, như hiệu điện thế đánh lửa không lớn, không đáp ứng dòng điện cho quá trình tăng tốc, hơn nữa do cơ cấu điều khiển bằng cơ khí nên trong quá trình sử dụng sẽ có nhiều hư hỏng …

Vậy nên ngày nay hầu hết các ô tô đều được trang bị hệ thống đánh lửa bán dẫn

vì loại này còn có ưu điểm là tạo được tia lửa mạnh ở điện cực bugi, đáp ứng tốt các chế độ làm việc của động cơ, tuổi thọ cao… Quá trình phát triển hệ thống đánh lửa điện tử cũng được chế tạo, cải tiến với nhiều loại khác nhau, song có thể chia thành hai loại chính sau:

- Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp, gồm có: Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển và hệ thống đánh lửa bán dẫn không có vít điều khiển

- Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng kỹ thuật số hay còn được gọi là hệ thống đánh lửa theo chương trình

3.2.2.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp

Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp có thể điều khiển đánh lửa bằng vít điều khiển hoặc dùng một cảm biến để điều khiển (Cảm biến điện từ, cảm

16

biến Quang, cảm biến Hall) Để hiểu rõ hơn về hệ thống đánh lửa bán dẫn điều

khiển trực tiếp sau đây em giới thiệu về một trong các hệ thống đánh lửa nêu trên

3.2.2.1.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm sử dụng cảm biến quang

+ Cảm biến quang:

- Cảm biến được đặt bên trong bộ chia điện, bao gồm:

+ Bộ phát quang ( LED_ Điôt quang): biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang, nghĩa là khi có dòng điện đi qua chúng sẽ phát điện

+ Bộ cảm quang gồm hai loại: LED_ Điôt quang và Transitor quang Biến tín hiệu quang thành tín hiệu điện, nghĩa là khi có ánh sáng chiếu vào chúng sẽ dẫn điện Cường độ dẫn điện của chúng phụ thuộc vào cường độ của dòng ánh sáng + Đĩa cảm biến: được dẫn từ trục của bộ chia điện Trên đĩa có các rãnh, số rãnh trên đĩa bằng số xilanh của động cơ

Hình 3-2 Sơ đồ cấu tạo cảm biến quang Hoạt động của cảm biến quang như sau:

Khi có ánh sáng chiếu vào giữa hai phần tử này thì nó sẽ trở nên dẫn điện và ngược lại khi không có ánh sáng đi qua nó sẽ không dẫn điện Độ dẫn điện của nó phụ thuộc vào cường độ ánh sáng và hiệu điện thế giữa hai đầu cực của phần tử cảm quang

Khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng phát ra từ LED sẽ bị ngắt quãng làm phần

tử cảm quang dẫn ngắt liên tục, tạo ra các xung vuông để dùng làm tín hiệu đánh lửa

17

Hình 3-3 là sơ đồ đánh lửa bán dẫn được điều khiển bằng cảm biến quang Cảm biến quang được đặt trong bộ chia điện, gửi tín hiệu đánh lửa về cho bộ điều khiển đánh lửa Nguyên lí hoạt động của sơ đồ hệ thống đánh lửa này như sau:

Khi đĩa cảm biến quay đến vị trí đĩa chắn ánh sáng từ LED D1 sang photo Transistor T1 làm T1 bị ngắt, làm cho các Transistor T2, T3, T4 ngắt theo, còn T5 dẫn cho dòng điện qua cuộn sơ cấp sau đó đến vị trí masse Khi đĩa cảm biến cho dòng ánh sáng đi qua T1 sẽ ở trạng thái dẫn, đồng thời T2, T3, T4 cũng dẫn theo, T5 lúc này ở trạng thái đóng, làm cho dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột Do dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột nên trên cuộn thứ cấp xuất hiện một hiệu điện thế có giá trị 2535KV, hiệu điện thế này qua bộ chia điện để đến các bugi sinh ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp khí -nhiên liệu theo đúng thứ làm việc của các xilanh

Hình 3-3 Sơ đồ mạch điện HTĐL bán dẫn dùng cảm biến quang

18

+ Khi rôtor quay, tại vị trí cánh chắn xen giữa nam châm và phần tử Hall thì điện áp đầu ra của cảm biến U ra 12V T dẫn 1  T dẫn 2 T3 dẫn Lúc này, dòng sơ cấp đi theo mạch sau:

(+) AQ  IG/SW R f Bôbin T3(-) AQ Dòng điện này tạo nên từ thông khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa

+ Khi cánh chắn rời khỏi vị trí giữa nam châm và phần tử Hall thì điện áp đầu ra của cảm biến U ra 0V T ngắt 1 T ngắt 2 T3 ngắt Dòng điện qua cuộn

sơ cấp và từ thông do nó sinh ra bị mất đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp một sức điện động cao thế và xuất hiện tia lửa

Hình 3-4 Sơ đồ HTĐL bán dẫn sử dụng cảm biến Hall

* Ưu, nhược điểm của hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm so với hệ thống đánh lửa thường:

19

- Nếu là loại tiếp điểm điều khiển thì dòng điện qua tiếp điểm điều khiển khi ngắt mạch không quá 1A, do đó tiếp điểm làm việc được bảo đảm, còn dòng điện sơ cấp I1 ngắt có thể đạt đến 7÷ 25 A và hơn nữa

- Với hệ thống đánh lửa bán dẫn động cơ tăng tốc rất nhanh và điều hoà, không

có sự ngắt quãng trong làm việc

- Nhiên liệu được đốt cháy hết ở cả số vòng quay thấp và số vòng quay cao, do

đó tiết kiệm nhiên liệu được 10%

- Ít phải chăm sóc bảo dưỡng

+ Nhược điểm: - Giá thành còn khá cao vì sử dụng nhiều linh kiện bán dẫn

- Đôi khi sơ đồ phức tạp và suất tiêu hao năng lượng riêng cho hệ thống đánh

lửa lớn (khoảng gấp đôi hệ thống đánh lửa thường)

Tuy còn những nhược điểm như vậy nhưng hệ thống đánh lửa bán dẫn vẫn được ưa chuộng và ngày càng được phát triển rộng rãi, đặc biệt trong các loại xe đời mới hiện nay

3.2.3 Hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình

Với sự ra đời của hệ thống đánh lửa bán dẫn như nêu ở trên cũng đã giải quyết được nhiều hạn chế mà hệ thống đánh lửa thường còn tồn tai, cũng như đảm bảo được yêu cầu của hệ thống đánh lửa Tuy nhiên hệ thống đánh lửa bán dẩn có vít làm tiếp điểm hay sử dụng các cảm cũng còn những hạn chế như, với hệ thống còn

có tiếp điểm vẫn còn bị ôxy hóa sau qua trình sử dụng nên phải thay thế và kiểm tra định kỳ, còn đối với hệ thống sử dụng các cảm biến còn hạn chế bởi tín hiệu của cảm biến không kịp thời với chế độ động cơ

Hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình ra đời nhằm đáp ứng các yêu cầu đặt ra đối với hệ thống đánh lửa trên động cơ

Hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình là hệ thống đánh lửa mà góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng một chương trình tính toán thiết lập trong một máy tính điện tử, được bố trí trên xe gọi là ECU Góc đánh lửa sớm được tính toán thông qua các tín hiệu của các cảm biến ghi nhận từ động cơ, từ các tín hiệu này bộ

xử lý của ECU sẽ tính toán và đưa ra góc đánh lửa tối ưu nhất phù hợp với điều kiện làm việc hiện tại của động cơ

20

Hình 3-5 Sơ đồ điều khiển đánh lửa theo chương trình

Do việc đánh lửa được điều khiển bằng chương trình tính toán của ECU dựa trên các tín hiệu của cảm biến nên hệ thống đánh lửa này loại bỏ hoàn toàn các cơ điều chỉnh đánh lửa sớm trước đây như cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa sớm ly tâm,

cơ cấu điều chỉnh bằng chân không, cơ cấu điều chỉnh theo trị số ốc tan của xăng

Hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình có các ưu điểm so với các hệ thống trước đó:

- Góc đánh lửa được điều chỉnh tối ưu cho từng chế độ hoạt động của động cơ

- Góc ngậm điện luôn được điều chỉnh theo tốc độ động cơ và hiệu điện thế acquy, đảm bao cho hiệu điện thế luôn có giá trị cao nhất tai mọi thời điểm

- Động cơ khởi động dễ dàng, chạy không tải êm tiết kiệm được nhiên liệu và giảm được độc hại khí thải

- Công suất và dặc tính của động cơ được cải thiện rõ rệt

- Có khả năng chống kích nổ cho động cơ

- Ít hư hỏng, tuổi thọ cao và không cần bảo dưỡng

Do có các ưu điểm này mà hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình được sử dụng hầu hết ở các loại động cơ trên các xe hiện đại ngày nay

Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng kỹ thuật số hay còn gọi là hệ thống đánh

lửa điều khiển theo chương trình gồm có:

21

Hệ thống đánh lửa theo chương trình có bộ chia

Hệ thống đánh lửa theo chương trình không dùng bộ chia gồm có: Hệ thống

đánh lửa trực tiếp bôbin đôi và hệ thống đánh lửa trực tiếp bôbin đơn

3.2.3.1 Hệ thống đánh lửa theo chương trình có bộ chia điện

Hệ thống đánh lửa này là một trong số các kiểu hệ thống đánh lửa có góc 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 NE, cảm biến vị trí trục khuỷu G, cảm biến nhiệt độ khí nạp

Hình 3-6 Sơ đồ hệ thống đánh lửa điện tử ESA dùng bộ chia điện

ECU sẽ phát ra tín hiệu đánh lửa cho IC đánh lửa để điều khiển việc đánh lửa, tạo tia lửa phân phối đến các bugi theo thứ tự làm việc và các chế độ tương ứng của các xilanh thông qua bộ chia điện Sơ đồ mạch điện của hệ thống đánh lửa điện tử

sử dụng bộ chia như hình 3-6

Nguyên lí hoạt động của hệ thống đánh lửa điện tử dùng bộ chia điện như sau:

Sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến, bộ điều khiển điện tử ECU sẽ xử lí các tín hiệu và đưa ra các xung tín hiệu phù hợp với góc đánh lửa sớm tối ưu đã được lưu trong bộ nhớ để điều khiển Tranzitor T2 đóng ngắt

Cực E của Tranzitor mắc nối tiếp với điện trở R2 có giá trị nhỏ, cảm biến dòng

sơ cấp kết hợp với bộ kiểm soát góc ngậm điện để hạn chế dòng sơ cấp trong trường hợp dòng sơ cấp tăng cao hơn quy định Khi T2 ngắt, bộ phát xung hồi tiếp IGF sẽ

22

dẫn và ngược lại khi T2 dẫn bộ phát xung IGF sẽ tắt Quá trình này tạo ra các xung IGF và được gửi lại ECU để báo cho ECU biết hệ thống đánh lửa đang hoạt động Ngoài ra xung IGF còn có tác dụng để mở mạch phun xăng, nếu xung IGF bị mất

các kim phun sẽ ngừng phun trong vài giây

3.2.3.2 Hệ thống đánh lửa theo chương trình không dùng bộ chia điện (hệ thống đánh lửa trực tiếp)

3.2.3.2.1 Ưu điểm của hệ thống đánh lửa sớm trực tiếp

Hệ thống đánh lửa không dùng bộ chia điện hay hệ thống đánh lửa trực tiếp cũng là hệ thống đánh lửa có góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng một chương trình lưu trong bộ nhớ của ECU Trong đó các biến áp đánh lửa được sử dụng cho

từng bugi hoặc cho từng cặp bugi Hệ thống đánh lửa này có những ưu điểm sau:

- 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 chia điện

- Không có sự đánh lửa giữa 2 dây cao áp gần nhau khi xảy ra hiện tượng đánh lửa sớm (xảy ra với động cơ nhiều xilanh)

- Dây cao áp ngắn hoặc không có dây cao áp nên giảm sự mất mát năng lượng, giảm điện dung ký sinh và giảm nhiễu vô tuyến mạch thứ cấp

- Không còn mỏ quẹt nên không còn khe hở giữa mỏ quẹt và dây cao áp

- Loại bỏ dược những hư hỏng thường gặp do hiện tượng phóng điện trên mach cao áp và giảm chi phí bảo dưỡng

3.2.2.2 Phân loại, cấu tạo và hoạt động của hệ thống đánh trực tiếp

Hệ thống đánh lửa trực tiếp được chia làm hai loại sau:

- Hệ thống đánh lửa trực tiếp DLI (Direct Less Ignition) sử dụng biến áp cho từng bugi đánh lửa ( Sử dụng bôbin đơn)

- Hệ thống đánh lửa trực tiếp DLI (Direct Less Ignition) sử dụng biến áp cho từng cặp bugi đánh lửa (Sử dụng bôbin đôi)

3.2.3.2.2.1 Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đơn

- Với hệ thống đánh lửa sử dụng bôbin đơn mỗi bôbin dùng cho một bugi, IC đánh lửa, bôbin và bugi được tích hợp vào một kết cấu gọn nhẹ, không còn dây cao

áp Điều này làm hạn chế nhiều năng lượng bị mất mát, tránh làm nhiễu song vô tuyến và làm giảm tần số hoạt động của bôbin nên hệ thống này cũng được sử dụng phổ biến trên động cơ hiện đại gần đây

- Hệ thống đánh lửa này phân phối trực tiếp điện cao áp đến các bugi mà

23

không dùng bộ chia điện Do sử dụng mỗi biến áp cho mỗi bugi nên tần số hoạt động của biến áp ít vì vậy các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp không nóng, kích thước của biến áp được thu nhỏ và được gắn dính với nắp chụp của bugi đánh lửa

- Nguyên lí hoạt động hoạt động được thể hiện trên hình 3-7: ECU động cơ nhận các tín hiệu từ các cảm biến của động cơ sau đó xử lí đưa ra các tín hiệu vào các Transitor công suất để tạo ra các tín hiệu IGT Các tín hiệu IGT được gửi đến IC đánh lửa theo thứ tự nổ của động cơ Cuộn sơ cấp của các biến áp đánh lửa này rất nhỏ (< 1) và trên mạch sơ cấp không sử dụng điện trở phụ vì các xung điều khiển

đã được điều chỉnh sẵn trong ECU Vì vậy không được thử trực tiếp điện áp 12V với loại này

Hình 3-7 Sơ đồ hệ thống đánh lửa sử dụng bôbin đơn

Bu gi

D 4

C 1 3

D 3

C 1 2

D 2

C 1 1

1

24

3.2.3.2.2.2 Hệ thống đánh lửa trực tiếp sư ̉ dụng bôbin đôi

- Trong hệ thống đánh lửa này, bô bin đôi phải gắn vào bugi của 2 xy lanh song hành

Hình 3-8 Sơ đồ hệ thống HTĐL trực tiếp sử du ̣ng bôbin đôi

- Nguyên lí hoạt động: tương tự như nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa sử dụng bôbin đơn nhưng mỗi biến áp sử dụng hai bugi đánh lửa Với hệ thống đánh lửa này, tuy đã có nhiều ưu điểm nhưng vẫn còn tồn tại dây cao áp từ bôbin đến các bugi Do đó vẫn còn tổn thất năng lượng trên dây cao áp

3.3 Các thông số cơ bản của HTĐL

3.3.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại

Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là hiệu điện thế cực đại đo được ở hai đầu cuộn đây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi Hiệu điện thế thứ cấp cực đại phải đủ lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặc biệt

lúc khởi động

25

3.3.2 Hiệu điện thế đánh lửa U đl

Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa xảy ra, được gọi là hiệu điện thế đánh lửa (Uđl) Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố,

tuân theo định luật Pashen

Uđl =

T

P.

.K [V]

Trong đó: Uđl: Thế hiệu đánh lửa [V]

P: Áp suất hỗn hợp hòa khí tại thời điểm đánh lửa [N/m2]

: Khoảng cách giữa các điện cực [m]

T: Nhiệt độ ở điện cực bugi tại thời điểm đánh lửa [ 0

C ]

K: Hằng số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp hòa khí

Hình 3-9 Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa vào tốc độ và tải của động cơ

1- Toàn tải, 2- Vừa tải, 3- Toàn tải, 4- khởi động và cầm chừng

Trong đó: pbđ: Áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa

tbđ: Nhiệt độ buồng cháy

p: Áp suất trên đường ống nạp

twt: Nhiệt độ nước làm mát động cơ

26

n: Số vòng quay của động cơ

No: Chỉ số ôctan của xăng

Hệ số dự trữ của những động cơ có hệ thống đánh lửa thường là bé hơn so với

hệ thống đánh lửa của những động cơ xăng hiện đạivới hệ thống đánh lửa điện tử

Vì hiệu điện thế U2m của hệ thống đánh lửa thường bé, còn đồi với hệ thống đánh lửa hiện đại có hệ số dực trữ cao nhằm đảm bảo việc đám ứng việc tăng tỉ số nén, tăng số vòng quay và khe hở bougine

Trong đó: Wdt: Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp

L1: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bobine

Ing: Cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm transistor công suất ngắt

Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu điện thế đánh lửa khoảng 20 đến 30% do nhiệt độ cực bugi thấp

Khi động cơ tăng tốc, Uđl tăng, do áp suất nén tăng, nhưng sau đó nhiệt độ giảm

từ từ do nhiệt độ điện cực bougine tăng và áp suất nén giám do quá trình nạp xấu đi Hiệu điện thế đánh lửa cực đại ở chế độ khởi động và tăng tốc, có giá trị cực tiểu

ở chế độ ổn định khi công suất cực đại

3.3.6 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

t

u dt

du S







 : thời gian biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

Tốc độ biến thiên của hiệu điên thế thứ cấp càng lớn thì tia lửa điện xuất hiện tại điện cực bugi càng nhanh, nhờ đó không bị rò rỉ qua muội than trên điện cực bugi năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm

f  (Hz) Đối với động cơ 2 kỳ:

60

.Z n

f  (Hz) Trong đó: f: Tần số đánh lửa

n: Số vòng quay của trục khuỷu động cơ (1/s) Z: Số xylanh động cơ

Chu kỳ đánh lửa T là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa

f

T  1 = tđ+ tm

tđ: Thời gian vít ngậm hay transistor công suất dẫn bão hòa

Tm: Thời gian vít hở hay transistor công suất ngắt

Tần số đánh lửa f tỉ lệ với số vòng quay của trục khuỷu động cơ và số xylanh Khi tăng số vòng quay của động cơ và số xylanh, tần số đánh lửa f tăng do đó chu

kỳ đánh lửa T giảm xuống Vì vậy, khi thiết kế cần chú ý đến hai thông số chu kỳ

và tần số đánh lửa để đảm bảo, ở vòng quay cao nhất của dộng cơ tia lửa vẫn mạnh

3.3.8 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện

Thông thường, tia lửa điện bao gồm hai thành phần là phần diện dung và phần

điện cảm Năng lượng của tia lửa được tính theo công thức:

Wp= WC+ WLTrong đó:

;

2

.22

2 i L

W L 

WP: Năng lượng của tia lửa

WC: Năng lượng của thành phần tia lửa có điện dung

WL: Năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện cảm

C2: Điện dung ký sinh tại mạch thứ cấp của bougine (F)

Uđl: Hiệu điện thế đánh lửa

29

- Là loại biến áp cao thế đặc biệt, dùng để biến những xung điện thế hiệu thấp (6V, 12V hay 24V) thành các xung điện cao thế (12000V…24000V) phục vụ vấn đề đánh lửa trong động cơ

- Cấu tạo của biến áp đánh lửa gồm:

+ Lõi thép 15, được ghép từ các lá thép điện kỹ thuật dày 0,35mm, có sơn cách điện để trách dòng phu cô Lõi thép được chèn chặt trong một ống các tông cách điện

+ Cuộn dây thứ cấp 13 có rất nhiều vòng (W2=19000…26000 vòng), đường kính dây khoảng 0,07…0,1mm, được quấn phía ngoài ống các tông Giữa các ống dây của cuộn thứ cấp có lót giấy cách điện mỏng, chiều rộng của lớp giấy cách điện lớn hơn khoảng quấn dây khá nhiều để tránh chạm các lớp dây và tránh bị phóng điện qua phần mặt bên của cuộn dây Cuộn thứ cấp sau khi quấn xong được

cố định trong ống các tông cách điện thứ hai

+ Cuộn dây sơ cấp 12 được quấn trên ống các tông cách điện bao ngoài cuộn thứ cấp, số vòng dây của cuộn sơ cấp không nhiều (khoảng 250…400 vòng), đường kính dây lớn hơn khoảng 0,72…0,86mm Các cuộn dây và ống thép đặt trong vỏ thép 8 được các điện phía đáy bằng miến sứ 14

+ Nắp 2 làm bằng vật liệu cách điện cao áp Điện trở phụ 16 được lắp trong hộp sứ hai nửa 18, bắt vít vào ống lót có ren 17 của vòng kẹp 7 phía trên biến

3.4.3 Bộ phận tạo xung

- Bộ phận tạo xung là bộ phận trọng yếu của bộ chia điện, quyết định sự làm việc của toàn hệ thống đánh lửa

- Bộ phận tạo xung gồm: Mâm tiếp điểm 12, phần cam 11 và tụ điện C 1

+ Mâm tiếp điểm thường gồm hai mâm; mâm trên di động được, còn mâm dưới cố định Giữa hai mâm có ổ bi mục đích để có thể điều chỉnh góc đánh

30

lửa sớm Ở mâm trên lắp giá gắn má vít tĩnh 3, cần tiếp điểm 5 (gá má vít động 4)

để tạo nên tiếp điểm ngắt nối mạch sơ cấp

+ Phần cam được lắp lỏng trên trục bộ chia điện và dẫn động từ trục này thông qua các chốt của bộ điều chỉnh ly tâm lắp trong các rãnh xiên của phần cam

Hình 3-11 Sơ đồ kết cấu bộ phận tạo xung

a- Điều chỉnh khe hở bằng vít trụ; b- Điều chỉnh khe hở bằng vít lệch tâm; 1, 9- Vít điều chỉnh; 2- Vít hãm; 3- Má vít tĩnh; 4- Má vít động; 5- Cần tiếp điểm; 6- Trục lắc; 7- Ống lót; 8- Lò xo lá; 10- Giá gắn tiếp điềm tĩnh; 11- Phần cam; 12-

Mâm tiếp điểm

31

+ Tụ điện chế tạo từ giấy phủ kim loại có kích thước nhỏ gọn và đặc biệt là khả năng tự phục hồi sau khi bị đánh thủng chất cách điện

- Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển các

Transitor được thay thế bởi các cảm biến như: cảm biến điện từ, cảm biến quang, cảm biến Hall

- Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những thay đổi từ môi trường bên ngoài và biến đổi thành các tín hiệu điện để điều khiển các thiết bị khác như: cảm

biến quang, cảm biến hall, cảm biến điện từ.\

chỉnh chân không; 15- Ống lót và cam; 16- Thân bộ chia điện

- Nắp chia điện: Làm bằng chất cách điện cao áp, có một cực giữa (12) các cực bên bằng đồng (10) Số cực bên bằng số xi lanh của động cơ

32

- Con quay chia điện: Làm bằng nhựa cách điện cao áp và được lắp vào phần đầu vát (15) của cam Phần trên của con quay có gắn cầu kim loại 8 Điện cao thế từ biến áp đánh lửa được truyền đến cực giữa của nắp chia điện rồi qua lò xo và hòn than (13) xuống cần kim loại của con quay Khi con quay quay, đầu cần kim loại của nó quay đến vị trí tương ứng với cực bên nào thì điện cao thế sẽ phóng qua khe hở  =0,3…0,7mm, giữa đầu cần và cực bên rồi qua dây dẫn đến các bugi đánh lửa

3.4.6 Các cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa sớm

3.4.6.1 Bộ điều chỉnh ly tâm

- Dùng để điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo số vòng quay Bộ điều chỉnh ly tâm thường làm việc từ n= 400Vòng / phútvà ở nmaxtùy theo loại động cơ sẽ làm tăng s lên khoảng 0 0

18

14 theo góc quay của trục phân phối

Hình 3-14 Sự làm việc của bộ điều chỉnh ly tâm

a- Ở số vòng quay không tải; b- ở n emax

1- Cam; 2- Quả văng; 3- Tấm dẫn Hình 3.18 - Đặc tính tính bộ động cam; 4- Trục; 5- Chốt; 6- Lò xo Điều chỉnh ly tâm

3.4.6.2 Bộ điều chỉnh chân không

- Dùng để thay đổi góc đánh lửa sớm theo tải trọng của động cơ

+ Khi giảm tải động cơ lượng hỗn hợp đi vào xi lanh động cơ giảm làm giảm áp suất và tăng % khí sót trong xi lanh do đó tốc độ cháy giảm nên cần tăngs.

33

+ Do độ chân không trong đường ống nạp tăng khi đóng nhỏ bướm ga nên màng 4 sẽ dịch chuyển sang trái làm quay mâm tiếp điểm 6 về phía tăng giá trị góc đánh lửa sớm lên một lượng 5… 0

12 theo góc quay trục phân phối

+ Khi bướm ga mở to ra độ chân không giảm đi làm các chi tiết dịch chuyển về vị trí ban đầu dưới tác dụng của lực lò xo

+ Khi động cơ toàn tải bướm ga mở hết cỡ bộ điều chỉnh chân không ngừng làm việc

Hình 3-15 Nguyên lý làm việc của bộ điều chỉnh chân không

1 Lò xo trả; 2- Ống nối với bộ chế hòa khí; 3- Vỏ bầu;

4- Màng cao su; 5- Thanh kéo; 6- Mâm tiếp điểm

3.4.7 Transistor

- Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp

P-N, nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận, nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau

3.4.8 Cảm biến điện từ

Hình 3-16 Sơ đồ cấu tạo cảm biến điện từ

34

- Cấu tạo: Cảm biến được đặt bên trong bộ chia điện, bao gồm:

+ Roto tín hiệu: được dẫn động từ trục của bộ chia điện, trên rotor có các răng Số răng của rotor bằng số xilanh của động cơ

+ Cuộn dây tín hiệu được quấn trên lõi thép, được gắn trên thanh nam châm vĩnh cửu Cuộn dây và lõi thép được đặt đối diện với răng của rotor và đặt cố định bên trong bộ chia điện

3.4.9 Mạch đánh lửa (IC đánh lửa)

- IC đánh lửa là mạch điện từ được tích hợp từ các linh kiện điện tử như:

transitor, diot, tụ điện, điện trở… để đóng ngắt dòng sơ cấp (và tạo ra tín hiệu phản hồi IGF về cho ECU động cơ

- Đối với các động cơ được trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp dùng chi tiết với bôbin đánh lửa nên kết cấu rất đơn giản, gọn nhẹ

- Ngoài ra, trên một số động cơ, Ic đánh lửa còn có chức năng hạn chế dòng điện Khi dòng sơ cấp vượt quá giá trị cho phép, IC đánh lửa sẽ hạn chế dòng điện, tránh trường hợp làm cho biến áp đánh lửa quá nóng

3.4.10 Bộ điều khiển trung tâm (ECU)

3.4.10.1 Tổng quan

Hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình bao gồm các cảm biến kiểm soát liên tục tình trạng hoạt động của động cơ, một bộ ECU tiếp nhận các tín hiệu từ cảm biến, xử lý tín hiệu và đưa tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành Cơ cấu chấp hành luôn đảm bảo thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến Hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ đem lại sự chính xác và thích ứng cần thiết để giảm tối đa chất độc hại trong khí thải cũng như lượng tiêu hao nhiên liệu ECU cũng đảm bảo công suất tối đa ở các chế độ hoạt động của động cơ

và giúp chẩn đoán động cơ khi có sự cố xảy ra (việc chẩn đoán mã lỗi thông qua

đèn check Engine hoă ̣c máy chẩn đoán chuyên dụng )

ECU là một tổ vi mạch và bộ phận dùng để nhận biết tín hiệu , lưu trữ thông tin, tính toán, quyết định chức năng hoạt động và gửi các tín hiệu điều khiển thích hợp ECU được đặt trong vỏ kim loại để giải nhiệt tốt và được bố trí ở nơi ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm

Các linh kiện điện tử của ECU được sắp xếp trong mạch in Các linh kiện công suất của tầng cuối – nơi điều chỉnh các cơ cấu chấp hành – được gắn với khung kim loại của ECU với mục đích giải nhiệt Sự tổ hợp các chức năng trong IC

35

(bộ tạo xung, bộ chia xung, bộ dao động đa hăi điều khiển việc chia tần số) giúp ECU đạt độ tin cậy cao

Một đầu gồm nhiều giắc cắm dùng nối ECU với hệ thống điện trí n xe, với câc

cơ cấu chấp hănh vă câc cảm biến

3.4.10.2 Cấu trúc của ECU

Bộ phận chủ yếu của ECU lă bộ vi xử lý hay còn gọi lă ECU, ECU lựa chọn câc lệnh vă xử lý số liệu từ bộ nhớ ROM vă RAM chứa câc chương trình vă dữ liệu ngõ ra điều khiển nhanh số liệu từ câc cảm biến vă chuyển câc dữ liệu đê xử lý đến câc cơ cấu thực hiện CPU bao gồm câc cơ cấu đại số logic để tính toân dữ liệu, câc

bộ phận ghi nhận lưu trữ tạm thời vă câc bộ phận điều khiển chức năng khâc nhau

Cấu trúc CPU bao gồm cơ cấu đại số logic để tính toân dữ liệu , câc bộ phận ghi nhận lưu trữ tạm thời dữ liệu vă bộ điều khiển câc chức năng khâc nhau

Bộ điều khiển ECU hoạt động trín cơ sở tín hiệu số nhị phđn với điện âp cao biểu hiện cho số 1 vă điện âp thấp biểu hiện cho số 0

Mỗi một số hạng 0 hoặc 1 gọi lă bít Mỗi dêy 8 bít sẽ tương ứng 1 byte Byte được dùng để biểu hiện cho một mẫu lệnh hay một lệnh thông tin

Hình 3-19 Biểu diễn thông tin của một byte

Tín hiệu điều khiển Dữ liệu

Bộ điều khiển

Bộ lưu nhận lưu trữ

Tính toán đại số và logic

Hình 3-18 Sơ đồ cấu trúc của CPU

36

- Truyền các tín hiệu đánh lửa đến ECU động cơ để tính toán và xác định thời điểm đánh lửa chính xác như: cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến lưu lượng khí nạp…

4 Thiết kế hệ thống đánh lửa cho động cơ E-TEC II

4.1 Giới thiệu hệ thống đánh lửa trên động cơ

Động cơ E-TEC II 1.6L được trang bị hệ thống đánh lửa điện tử ESA (Electronic Spark Advance) không sử dụng bộ chia điện (đánh lửa trực tiếp) và dùng Bôbin đôi ECU sẽ nhận tín hiệu đầu vào từ các cảm biến và xử lý thông tin một cách chính xác từ đó xác định thời gian và xuất tín hiệu đánh lửa tối ưu cho các quá trình hoạt động của động cơ

Hình 4-1 Sơ đồ cấu tạo mạch điện hệ thống đánh lửa điện tử trên động cơ E-TEC II

1.6L 1-Acqui; 2- Khóa điện; 3- ECU động cơ; 4- Bugi; 5- Biến áp đánh lửa và IC; 6- Cảm biến oxi; 7- Cảm biến vị trí và tốc độ trục khuỷu; 8- Bánh răng roto cảm biến; 9- Cảm biến kích nổ; 10- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 11- Cảm biến áp suất khí nạp; 12- Cảm biến nhiệt độ khí nạp; 13- Lọc gió; 14- Cảm biến vị trí bướm ga;

15- Bướm ga; 16- Đường ống nạp; 17- Vòi phun nhiên liệu

37

Hình 4-2 Sơ đồ điều khiển đánh lửa điện tử ESA trên động cơ E-TEC II 1.6L

Ở hệ thống đánh lửa của động cơ này IC đánh lửa được tích hợp trong ECU

- Nguyên lý hoạt động:

ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến đưa vào bộ vi xử lý Các tín hiệu đầu vào này là các đại lượng thông số khác nhau nhưng đều được biến thành điện áp hoặc các xung điện áp trước khi đưa vào bộ vi xử lý Bộ vi xử lý trung tâm sẽ dựa vào các tín hiệu ngỏ vào và tính toán thời điểm đánh lửa và đưa đến igniter ba xung IGT, IGDA, IGDB Xung IGT là xung quyết định góc đánh lửa sớm được đưa vào mạch hiệu chỉnh góc ngậm điện để xén xung và sau đó đi qua mạch xác định xylanh Xung IGDA và IGDB có dạng như trên hình 4-2 được đưa vào mạch vào của igniter Tại đây tùy theo trạng thái của hai xung (mức cao hay thấp) mà igniter

sẽ xác định xylanh cần đánh lửa theo đúng thứ tự nổ

Hình 4-3 Dạng xung điều khiển đánh lửa trực tiếp

Trong trường hợp xung IGDA ở mức thấp (0), xung IGDB ở mức cao (1) mạch xác định xylanh sẽ phân phối xung IGT đóng ngắt transitor T1 Khi T1 ngắt thì sức điện động cảm ứng trên cuộn thứ cấp sẽ tạo tia lửa cho bugi số 1 hoặc 4 và hoạt động như vậy tương tự đối với các xylanh 2 và 3

4.2 Điều khiển đánh lửa

Quá trình đánh lửa của động cơ được điều chỉnh bởi ECU, quá trình đánh lửa diễn ra qua hai giai đoạn (hai điều khiển cơ bản)

Điều khiển khi khởi động, việc đánh lửa xảy ra tại một góc cố định của trục khuỷu nào đó không tính đến chế độ hoạt động của động cơ Nó được gọi là “góc thời điểm đánh lửa ban đầu”

4.2.1 Điều khiển đánh lửa khi khởi động

Điều khiển đánh lửa khi khởi động được thực hiện ngay lập tức sau khi nhận tín hiệu NE sau tín hiệu G (G1 hay G2) Thời điểm đánh lửa này được gọi là “ thời điểm đánh lửa ban đầu”

39

Trong quá trình khởi động, khi tốc độ động cơ vẫn thấp hơn tốc độ xác định,

do tín hiệu áp suất đường ống nạp (PIM) hay tín hiệu lưu lượng khí nạp (VS, KS hay VG) không ổn định, thời điểm đánh lửa được cố định tại thời điểm đánh lửa ban đầu Thời điểm đánh lửa ban đầu này được đặt trực tiếp bằng IC dự phòng trong ECU động cơ Thông thường góc đánh lửa sớm được chọn nhỏ hơn 10o Với góc đánh lửa này động cơ được khởi động dễ dàng ngay cả khi nguội, đồng thời tránh sự

nổ dội.Việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ khi khởi động là không cần thiết vì thời gian khởi động rất ngắn

Hình 4-4 Sơ đồ tín hiệu IGT thời điểm đánh lửa ban đầu Khi có tín hiệu khởi động, mạch chuyển đổi trạng thái sẽ nối đường IGT sang

vị trí ST Khi đó, xung IGT được được điều khiển bởi IC dự phòng thông qua hai tín hiệu G và NE Nếu động cơ đã nổ, đường IGT sẽ được nối sang vị trí after ST (sau khởi động) và việc hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm được thực hiện bởi ECU

4.2.2 Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động

Hình 4-5 Sơ đồ tín hiệu IGT thời điểm đánh lửa sau khi khởi động

hc cb

vào đô üng cơ Lớn

Tôc đô

ü động cơ

Cao

Góc đánh lửa sớm

Hình 4-6 Bản đồ góc đânh lửa sớm theo tốc độ vă tải động cơ