NGHIÊN CỨU, KHAI THÁC HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 3S – FE

Trong điều kiện ngành công nghiệp chế tạo ô tô đã phát triển và đạt được những thành tựu to lớn cùng với việc ứng dụng các thành tựu trên lĩnh vực điện tử đặc biệt là điện tử tự động hóa thì những loại ô tô được chế tạo đã được áp dụng nhiều hệ thống, đặc biệt là hệ thống phun xăng và đánh lửa để đảm bảo cho xe hoạt động ngày một tốt hơn. Để khắc phục những nhược điểm của bộ chế hòa khí và các cơ cấu đánh lửa bằng cơ khí, hệ thống phun xăng điện tử và đánh lửa trực tiếp được ra đời, phát triển và không ngừng hoàn thiện hơn nhằm hướng đến mục tiêu nâng cao công suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHUN

XĂNG

1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ:

Cho đến những năm của thập kỷ 60, chế hoà khí đã từng được sử dụng trong phần lớn các hệ thống phân phối nhiên liệu tiêu chuẩn Mặc dù vậy, đến năm

1971, Toyota đã phát triển hệ thống EFI (Electronic Fuel injection - hệ thống phun xăng điện tử) của mình, hệ thống này phân phối nhiên liệu đến các xilanh của động cơ tốt hơn so với chế hoà khí bằng việc phun nhiên liệu có điều khiển điện tử Việc xuất khẩu các xe có lắp động cơ EFI bắt đầu sớm nhất vào năm

1979 với xe Crown (động cơ 5M – E) và xe Cressida (4M - E) Kể từ đó, động

cơ trang bị EFI sản xuất tăng dần lên về quy mô cũng như là số lượng

Việc điều khiển EFI có thể được chia thành hai loại, dựa trên sự khác nhau về phương pháp dùng để xác định lượng nhiên liệu phun

Một là một mạch tương tự, loại này điều khiển lượng phun dựa vào thời gian cần thiết để nạp và phóng một tụ điện Loại khác là loại điều khiển bằng bộ vi sử

lý, loại này sử dụng dữ liệu lưu trong bộ nhớ để xác định lượng phun

Loại mạch tương tự là loại được Toyota sử dụng lần đầu tiên trong hệ thống EFI của nó Loại điều khiển bằng bộ vi sử lý được bắt đầu sử dụng vào năm

1983

Loại hệ thống EFI điều khiển bằng bộ vi sử lý được sử dụng trong xe của Toyota gọi là TCCS ( TOYOTA Computer Controled Sytem - Hệ thống điều khiển bằng máy tính của TOYOTA ), nó không chỉ điều khiển lượng phun mà còn bao gồm ESA ( Electronic Spark Advance – Đánh lửa sớm điện tử ) để điều khiển thời điểm đánh lửa; ISC ( Idle Speed Control - Điều khiển tốc độ không

tải ) và các hệ thống điều khiển khác; cũng như chức năng chẩn đoán và dự phòng

 Vào cuối thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp ông Stevan đã nghĩ ra cách phân phối nhiên liệu khi dùng một máy nén khí

 Sau đó một thời gian, người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng đốt, nhưng việc này không đạt được hiệu quả cao nên không thực hiện

 Đến năm 1887 người Mỹ đã có đóng góp to lớn trong việc triển khai hệ thống phun xăng vào sản xuất, áp dụng trên động cơ tỉnh tại

 Đầu thế kỷ 20, hệ thống phun xăng được áp dụng trên các loại ôtô ở Đức

và nó đã thay dần động cơ sử dụng bộ chế hòa khí

 Năm 1962, người Pháp triển khai nó trên ôtô Peugoet 404

 Năm 1973, các kỹ sư người Đức đã đưa ra hệ thống phun xăng kiểu cơ khí gọi là K-Jetronic

Hệ thống phun xăng K-Jetronic là hệ thống phun xăng cơ bản của các kiểu phun xăng điện tử hiện đại ngày nay Các đặc điểm kỹ thuật của hệ thống phun xăng có thể tóm lược như sau:

 Được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí- thuỷ lực

 Không cần những dẫn động của động cơ, có nghĩa là động tác điều chỉnh lưu lượng xăng phun ra do chính độ chân không trong ống hút điều khiển

 Xăng phun ra liên tục và được định lượng tuỳ theo khối lượng không khí nạp

Hình 1: – Hệ thống phun xăng K-Jetronic

 Sau K-Jetronic còn được cải tiến thêm van tần số Ở loại này người ta dùng van tần số để thay đổi áp suất buồng dưới của các bộ chênh lệch áp suất, mục đích là để điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp để cho động cơ hoạt động được tốt hơn

 Vào năm 1981 hệ thống K-Jetronic được cải tiến thành KE-Jetronic và nó được sản xuất hàng loạt vào năm 1984 và được trang bị trên các xe của hãng Mercedes

Hệ thống phun xăng KE-Jetronic được hãng BOSCH chế tạo dựa trên nền tảng của hệ thống K-Jetronic và K-Jetronic với van tần số Các nhà thiết kế nhận thấy rằng ở hệ thống K-Jetronic với van tần số thì độ chính xác không cao lắm

do các cảm biến sử dụng để nhận biết tình trạng làm việc của động cơ còn quá ít

và việc sử dụng van tần số để hiệu chỉnh áp lực các buồng dưới, cũng như dùng

bộ điều chỉnh áp lực theo nhiệt độ để hiệu chỉnh tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng các chế độ làm việc của động cơ là chưa hoàn thiện… Bởi vì các chế độ làm việc của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào thời gian mở và đóng của van tần số và sự thay đổi của áp suất điều chỉnh trên đỉnh piston Nếu sự phối hợp cả hai yếu tố trên là không đồng bộ thì độ tin cậy làm việc của hệ thống là không đảm bảo

Hình 2: Sơ đồ kết cấu hệ thống phun xăng KE-Jetronic

1 – Thùng xăng; 2 – Bơm xăng; 3 – Bộ tích năng; 4 – Lọc xăng; 5 – Bộ điều

áp xăng; 6 – Kim phun xăng; 7 – Đường ống nạp; 8 – Kim phun xăng khởi động lạnh; 9 – Bộ định lượng và phân phối nhiên liệu; 10 – Bộ đo lưu lượng không khí; 11 – Bộ điều chỉnh áp lực bằng điện; 12 – Cảm biến Oxy; 13 – Công tắc nhiệt-thời gian; 14 – Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 15 – Delco; 16 – Van khí phụ; 17 – Công tắc vị trí bướm ga; 18 – ECU; 19 – Công tắc máy; 20 – Ắc quy

Để khắc phục nhược điểm trên cũng như dựa vào cơ sở của hệ thống Jetronic với van tần số, các nhà chế tạo đã đưa ra loại KE-Jetronic Ở hệ thống KE- Jetronic, tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng với các điều kiện hoạt động của động cơ dựa vào sự thay đổi áp lực nhiên liệu của các buồng dưới của các bộ chênh lệch

K-áp suất, nhưng K-áp suất điều khiển ở trên đỉnh piston điều khiển là được giữ cố định Các cảm biến bố trí xung quanh động cơ của KE-Jetronic được sử dụng nhiều hơn, tín hiệu từ các cảm biến được gửi về trung tâm điều khiển điện tử và

từ đó trung tâm điều khiển sẽ làm thay đổi áp suất trong hệ thống để đáp ứng tốt các yêu cầu làm việc của động cơ

Như vậy chúng ta thấy rằng ngoài việc định lượng nhiên liệu bằng cơ khí như K- Jetronic, hệ thống điện điều khiển của KE-Jetronic sẽ điều chỉnh lại lượng nhiên liệu cung cấp đến các kim phun dựa vào tình trạng làm việc của động cơ theo các chế độ tải, điều kiện môi trường, nhiệt độ động cơ… Ở hệ thống KE-Jetronic hình dạng phễu không khí được chế tạo sao cho tỷ lệ hỗn hợp luôn ở mức =1 cho tất cả các chế độ hoạt động của động cơ

 Đến năm 1984, người Nhật mới ứng dụng hệ thống phun xăng trên các xe của hãng Toyota Sau đó các hãng khác như Nissan của Nhật cũng ứng dụng kiểu L-Jetronic thay cho bộ chế hoà khí

 Yêu cầu của hệ thống phun xăng:

 Tỉ lệ không khí và nhiên liệu phải thích hợp với các chế độ làm việc của động cơ

 Hạt nhiên liệu cung cấp phải nhỏ và phần lớn phải ở dạng hơi

 Hỗn hợp phải đồng nhất trong xy lanh và như nhau ở mỗi xy lanh

 Điều khiển cắt nhiên liệu khi giảm tốc nhằm tiết kiệm được nhiên liệu và giải quyết được vấn đề ô nhiểm môi trường

 Thời gian hình thành hỗn hợp phải đáp ứng tốt khi động cơ làm việc ở số vòng quay cao

 Hỗn hợp cung cấp phải phù hợp với sự ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất môi trường và nhiệt độ của động cơ

 Lượng nhiên liệu sử dụng phải có chất lượng tốt

 Do không sử dụng độ chân không để hút nhiên liệu như bộ chế hoà khí

Do vậy người ta tăng đường kính và chiều dài của đường ống nạp để làm giảm sức cản và tận dụng quán tính lớn của dòng khí để nạp đầy

 Lượng khí thải được kiểm tra để hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun cho chính xác…

2 HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI LÀ GÌ ?

Mặc dù K-Jetronic và KE-Jetronic ra đời đã đáp ứng được tỷ lệ hỗn hợp theo yêu cầu của các chế độ làm việc của động cơ theo hướng cải thiện đặc tính tải, tiêu hao nhiên liệu kinh tế hơn, giảm ô nhiễm môi trường Tuy nhiên vẫn còn điều khiển bằng cơ khí kết hợp điện tử Để đạt hiệu quả cao hơn người ta đã chế tạo ra loại phun xăng hoàn toàn điều khiển bằng điện tử (EFI) Hệ thống này cung cấp tỷ lệ khí hỗn hợp cho động cơ một cách tối ưu Tùy theo chế độ hoạt động của ôtô, EFI điều khiển thay đổi tỷ lệ xăng – không khí một cách chính xác Cụ thể ở chế độ khởi động trong thời tiết giá lạnh, khí hỗn hợp được cung cấp giàu xăng Sau khi động cơ đã đạt nhiệt độ vận hành, khí hỗn hợp sẽ nghèo xăng hơn Ở các chế độ cao tốc và tăng tốc khí hỗn hợp lại được cung cấp giàu xăng đúng yêu cầu

2.1 Ƣu điểm của hệ thống EFI so với các loại hệ thống phun xăng khác:

2.1.1 Có thể cấp hỗn hợp khí – nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh:

Do mỗi một xylanh đều có vòi phun của mình & do lượng phun được điều chỉnh chính xác bằng ECU theo sự thay đổi về tốc độ động cơ và tải trọng, nên

có thể phân phối đều nhiên liệu đến từng xylanh Hơn nữa, tỷ lệ khí – nhiên liệu

có thể điều chỉnh tự do nhờ ECU bằng việc thay đổi thời gian hoạt động của kim phun (khoảng thời gian phun nhiên liệu) Vì các lý do đó, hỗn hợp khí nhiên liệu được phân phối đều đến tất cả các xylanh và tạo ra được tỷ lệ tối ưu Chúng có

ưu điểm về cả khía cạnh kiểm soát khí xả lẫn tính năng về công suất

2.1.2 Có thể đạt được tỷ lệ khí - nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc

độ động cơ:

Vòi phun đơn của chế hoà khí không thể điều khiển chính xác tỷ lệ khí – nhiên liệu ở tất cả các dải tốc độ, nên việc điều khiển chia thành hệ thống tốc độ chậm, tốc độ cao thứ nhất, tốc độ cao thứ hai…và hỗn hợp phải được làm đậm khi chuyển từ một hệ thống này sang hệ thống khác Vì lý do đó, nếu hỗn hợp khí nhiên liệu không được làm đậm hơn một chút thì các hiện tượng không bình

thường (nổ trong ống nạp và nghẹt) rất dễ xảy ra khi chuyển đổi Mặc dù vậy, với EFI một hỗn hợp khí – nhiên liệu chính xác và liên tục luôn được cung cấp tại bất kỳ chế độ tốc độ và tải trọng nào của động cơ Đây là ưu điểm ở khía cạnh kiểm soát khí xả và kinh tế nhiên liệu

2.1.3 Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở bướm ga:

Ở động cơ lắp chế hoà khí, từ bộ phận phun nhiên liệu đến xylanh có một khoảng cách dài Cũng như, do có sự chênh lệch lớn giữa tỷ trọng riêng của xăng và không khí, nên xuất hiện sự chậm trễ nhỏ khi xăng đi vào xylanh tương ứng với sự thay đổi của luồng khí nạp Mặc dù vậy, ở hệ thống EFI, vòi phun được bố trí gần xylanh & và được nén với áp suất khoảng 2 đến 3 kgf/cm2

, cao hơn so với áp suất đường nạp cũng như nó được phun qua một lỗ nhỏ, nên nó dễ dàng tạo thành dạng sương mù Do vậy, lượng phun thay đổi tương ứng với sự thay đổi của lượng khí nạp tuỳ theo sự đóng mở của bướm ga, nên hỗn hợp khí nhiên liệu phun vào trong các xylanh thay đổi ngay lập tức theo độ mở của bướm ga Nói tóm lại, nó đáp ứng kịp thời với sự thay đổi của vị trí chân ga

2.1.4 Hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu:

Cắt nhiên liệu khi giảm tốc:

Trong quá trình giảm tốc, động cơ chạy với tốc độ cao ngay cả khi bướm ga đóng kín Do vậy, lượng khí nạp vào xylanh giảm xuống & độ chân không trong đường nạp trở nên rất lớn Ở chế hoà khí, xăng bám trên thành của đường ống nạp sẽ bay hơi & vào trong xylanh do độ chân không của đường ống nạp tăng đột ngột, kết quả là một hỗn hợp quá đậm, quá trình cháy không hoàn toàn & làm tăng lượng cháy không hết (HC) trong khí xả Ở động cơ EFI, việc phun

nhiên liệu bị loại bỏ khi bướm ga đóng & động cơ chạy tại tốc độ lớn hơn một giá trị nhất định, do vậy nồng độ HC trong khí xả giảm xuống & làm tiêu hao nhiên liệu

Nạp hỗn hợp khí - nhiên liệu có hiệu quả:

Ở chế hoà khí, dòng không khí bị thu hẹp tại họng khuếch tán để tăng tốc độ dòng khí, tạo nên độ chân không bên dưới họng khếch tán

Đó là nguyên nhân hỗn hợp khí – nhiên liệu được hút vào trong xylanh trong hành trình đi xuống của piton Tuy nhiên họng khếch tán làm hẹp (cản trở) dòng khí nạp và đó là nhược điểm của động cơ Mặt khác, ở EFI một áp suất xấp xỉ 2 -3 kgf/cm2 luôn được cung cấp đến động cơ để nâng cao khả năng phun sương của hỗn hợp khí – nhiên liệu, do có thể làm đường ống nạp nhỏ hơn nên có thể lợi dụng quán tính của dòng khí nạp của hỗn hợp khí – nhiên liệu tốt hơn

2.2 Kết cấu cơ bản của EFI:

Hệ thống điều Khiển điện tử

Hệ thống Nhiên liệu

Hệ thống Nạp khí

Tín hiệu khởi đông

Tín hiệu cảm biến oxy

Tín hiệu đánh lửa(NE,G)

ECU

Điều khiển lượng

phun nhiên liệu

Cảm biến áp suất đường nạp

phun

phun

Các xylanh

Đường ống nạp Khoang nạp khí

Van khí phụ

Lọc gió

Cổ họng gió

Hình 3: - Sơ đồ kết cấu hệ thống phun xăng điện tử

1 - Thùng xăng; 2 – Bơm xăng; 3 – Lọc xăng; 4 – ECU; 5 – Kim phun; 6 –

Bộ điều áp; 7 – Ống góp hút; 8 – Kim phun xăng khởi động lạnh; 9 – Cảm biến

vị trí bướm ga; 10 – Cảm biến lưu lượng không khí nạp; 11 – Cảm biến Oxy; 12 – Công tắc nhiệt-thời gian; 13 – Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 14 – Delco (cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston); 15 – Van khí phụ; 16 – Ắcquy; 17 –

Công tắc khởi động

Nhiều loại cảm biến sau đây thường xuyên cung cấp cho ECU thông tin về tình trạng của động cơ: Cảm biến lưu lượng không khí nạp,cảm biến cốt cam, cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến nhíệt độ nước làm mát, cảm biến oxy trong khí thải và cảm biến nhiệt độ không khí nạp

Các kim phun xăng được cung cấp nhiên liệu dưới áp suất không đổi nhờ bơm xăng điện và bộ điều áp xăng ECU liên tục tiếp nhận thông tin từ các bộ cảm biến, xử lý các thông tin này bằng cách so sánh với các dữ liệu đã được cài đặt trong bộ nhớ vi xử lý Sau đó nó quyết định thời điểm và thời lượng phun xăng bằng cách đặt điện áp vào cuộn dây solenoid trong kim phun Cuộn dây solenoid sẽ được từ hóa khi ECU đặt điện áp vào Lúc này từ trường sẽ hút lõi làm nhấc van kim cho phun xăng Lượng xăng phun ra nhiều hay ít tùy thuộc vào thời gian van kim mở dài hay ngắn Khi ECU ngắt điện, cuộn dây solenoid mất từ tính, lò xo đẩy van kim đóng bệ van chấm dứt phun xăng

Các thiết bị phun cơ bản duy trì một tỷ lệ tối ưu (gọi là tỷ lệ lý thuyết) của không khí và nhiên liệu hút vào trong các xylanh Để thực hiện được điều đó, nếu có sự gia tăng lượng khí nạp, lượng nhiên liệu phun vào cũng phải gia tăng

tỷ lệ Hoặc là nếu lượng khí nạp giảm xuống, lượng nhiên liệu phun ra cũng giảm xuống

2.2.2 Ưu điểm của hệ thống phun xăng điện tử so với bộ chế hòa khí

thông thường:

Hệ thống phun xăng có nhiều ưu điểm hơn bộ chế hòa khí là:

1) Dùng áp suất làm tơi xăng thành những hạt bụi sương hết sức nhỏ

2) Phân phối hơi xăng đồng đều đến từng xylanh một và giảm thiểu xu hướng kích nổ bởi hòa khí loãng hơn

3) Động cơ chạy không tải êm dịu hơn

4) Tiết kiệm nhiên liệu nhờ điều khiển được lượng xăng chính xác, bốc hơi tốt, phân phối xăng đồng đều

5) Giảm được các khí thải độc hại nhờ hòa khí loãng

6) Mômen xoắn của động cơ phát ra lớn hơn, khởi động nhanh hơn, xấy nóng máy nhanh và động cơ làm việc ổn định hơn

7) Tạo ra công suất lớn hơn, khả năng tăng tốc tốt hơn do không có họng khuếch tán gây cản trở như động cơ chế hòa khí

8) Hệ thống đơn giản hơn bộ chế hòa khí điện tử vì không cần đến cánh bướm gió khởi động, không cần các vít hiệu chỉnh

9) Gia tốc nhanh hơn nhờ xăng bốc hơi tốt hơn lại được phun vào xylanh tận nơi

10) Đạt được tỉ lệ hòa khí dễ dàng

11) Duy trì được hoạt động lý tưởng trên phạm vi rộng trong các điều kiện vận hành

12) Giảm bớt được các hệ thống chống ô nhiễm môi trường

2.3 Phân loại hệ thống phun xăng:

2.3.1 Phân loại theo điểm phun:

a Hệ thống phun xăng đơn điểm (TPI): Kim phun đặt ở cổ ống góp hút chung cho toàn bộ các xi lanh của động cơ, bên trên bướm ga

b Hệ thống phun xăng đa điểm(MPI): Mỗi xy lanh của động cơ được bố trí 1 vòi phun phía trước xupáp nạp

Hệ thống MPI Hệ thống TPI

Hình 4: Các kiểu phun

2.3.2 Phân loại theo phương pháp điều khiển kim phun:

a Phun xăng điện tử: Được trang bị các cảm biến để nhận biết chế độ hoạt động của động cơ (các sensors) và bộ điều khiển trung tâm (computer) để điều khiển chế độ hoạt động của động cơ ở điều kiện tối ưu nhất

b Phun xăng thủy lực: Được trang bị các bộ phận di động bởi áp lực của gió hay của nhiên liệu Điều khiển thủy lực sử dụng cảm biến cánh bướm gió và bộ phân phối nhiên liệu để điều khiển lượng xăng phun vào động cơ Có một vài loại xe trang bị hệ thống này

c Phun xăng cơ khí: Được điều khiển bằng cần ga, bơm cơ khí và bộ điều tốc

để kiểm soát số lượng nhiên liệu phun vào động cơ

2.3.4 Phân loại theo thời điểm phun xăng:

a Hệ thống phun xăng gián đoạn: Đóng mở kim phun một cách độc lập, không phụ thuộc vào xupáp Loại này phun xăng vào động cơ khi các xupáp mở

ra hay đóng lại Hệ thống phun xăng gián đoạn còn có tên là hệ thống phun xăng biến điệu

b Hệ thống phun xăng đồng loạt: Là phun xăng vào động cơ ngay trước khi xupáp nạp mở ra Áp dụng cho hệ thống phun dầu

c Hệ thống phun xăng liên tục: Là phun xăng vào ống góp hút mọi lúc Bất kì lúc nào động cơ đang chạy đều có một số xăng được phun ra khỏi kim phun vào động cơ Tỉ lệ hòa khí được điều khiển bằng sự gia giảm áp suất nhiên liệu tại các kim phun Do đó lưu lượng nhiên liệu phun ra cũng được giảm theo

2.3.5 Phân loại theo mối quan hệ giữa các kim phun:

a Phun theo nhóm đơn: Hệ thống này, các kim phun được chia thành 2 nhóm bằng nhau và phun luân phiên Mỗi nhóm phun một lần vào một vòng quay trục khuỷu

b Phun theo nhóm đôi: Hệ thống này, các kim phun cũng được chia thành 2 nhóm bằng nhau và phun luân phiên

c Phun đồng loạt: Hệ thống này, các kim phun đều phun đồng loạt vào mỗi vòng quay trục khuỷu Các kim được nối song song với nhau nên ECU chỉ cần

ra một mệnh lệnh là các kim phun đều đóng mở cùng lúc

d Phun theo thứ tự: Hệ thống này, mỗi kim phun một lần, cái này phun xong tới cái kế tiếp

2.4 Kết cấu của hệ thống phun xăng điện tử EFI:

Ngày nay hầu hết các động cơ xăng đều sử dụng hệ thống phun xăng thay cho bộ chế hòa khí Các hang xe lớn như Toyota, Daewoo, Honda, Ford… đều phát triển các công nghệ phun xăng để đạt hiệu quả tối ưu nhất Khi động cơ hoạt động với nhiệt độ và tải trọng bình thường, hiệu suất cháy tối ưu của nhiên liệu xăng đạt được khi tỉ lệ không khí/nhiên liệu là: 14,7/1 Khi động cơ lạnh hoặc khi tăng tốc đột ngột thì tỉ lệ đó phải thấp hơn có nghĩa nhiên liệu đậm đặc hơn Hoặc khi động cơ hoạt động ở vùng cao, không khí loãng hơn thì tỉ lệ không khí/nhiên liệu lại phải cao hơn (nhiều không khí hơn) Các hoạt động đó được ECU thu nhận và điều khiển chính xác

Hình 5 Khái quát hệ thống phun xăng EFI

 Nhiên liệu có áp suất cao từ thùng xăng đến kim phun nhờ vào một bơm xăng đặt trong thùng xăng hoặc gần đó Nhiên liệu được đưa qua bầu lọc trước khi đến kim phun

 Nhiên liệu được đưa đến kim phun với áp suất cao không đổi nhờ có bộ

ổn áp Lượng nhiên liệu không được phân phối đến họng hút nhờ kim phun được quay lại thùng xăng nhờ một ống hồi xăng

2.4.1 Hệ thống điều khiển điện tử phun xăng:

• Bao gồm các cảm biến động cơ, ECU, khối lắp ghép kim phun và dây điện

• ECU quyết định việc cung cấp bao nhiêu nhiên liệu cần thiết cho động cơ thông qua các tín hiệu phát ra từ các cảm biến

• ECU cấp tín hiệu điều khiển kim phun chính xác theo thời gian: Xác định độ rộng của xung đưa đến kim phun hoặc thời gian phun để tạo ra một tỷ lệ xăng không khí thích hợp

Hình 6 Sơ đồ tổng quát khối điều khiển

2.4.2 Khối tín hiệu:

Khối này bao gồm các cẩm biến xác định tình trạng động cơ báo về cho ECU

Sử dụng cảm biến để thu nhận các biến đổi về nhiệt độ, sự chuyển dịch vị trí của các chi tiết, độ chân không…Chuyển đổi thành các dạng tín hiệu điện mà có thể lưu trữ trong bộ nhớ, truyền đi, so sánh

 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát: Nhận biết nhiệt độ động cơ

 Cảm biến nhiệt độ khí nạp: Nhận biết nhiệt độ khí nạp

nạp

 Cảm biến vị trí bướm ga: Nhận biết độ mở cánh bướm ga

cơ

2.4.3 Khối xử lý (ECU):

Khối xử lý ECU là sự tập hợp của nhiều modul khác nhau : ổn áp, mạch khuyếch đại, chuyển đổi Analog sang Digital và ngược lại, vi điều khiển, thạch anh tạo dao động, mạch tách tín hiệu…Tất cả được tích hợp trên một bo mạch cứng qua đó tín hiệu được truyền cho nhau với tốc độ nhanh hơn tiết kiệm năng lượng hơn và ổn định

a Bộ ổn áp

Máy phát điện và acquy trong ôtô cung cấp điện áp 12V không ổn định, lúc cao hơn lúc thấp hơn Chíp vi điều khiển và các cảm biến với những linh kiện

điện tử bán dẫn cần điện áp nhỏ hơn và ổn định Vì thế cần có một bộ ổn áp cung cấp điện áp ổn định Người ta sử dụng IC ổn áp để thực hiện việc này:

Hình 7 Mạch ổn áp dùng IC

b Bộ chuyển đổi Analog/Digital (A/D):

Các hoạt động của động cơ thường rất nhanh, do vậy tín hiệu điều khiển từ ECU truyền đi cũng phải tương ứng Do vậy giải pháp truyền tín hiệu trong hệ thống là truyền song song Các cảm biến liên tục và đồng loạt gửi tín hiệu đến ECU Những tín hiệu có nhiều mức giá trị như nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp, cảm biến oxy, vận tốc trục cam đều là tín hiệu dạng tương tự… sẽ được chuyển đổi sang tín hiệu dạng số Chíp vi điều khiển sử dụng truyền tin dạng 8 bít Ví dụvới tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát có dải điện áp thay đổi

từ 0 - 5V ứng với nhiệt độ thay đổi từ 900C đến 100ºC sẽ có 256 mức tín hiệu, mỗi mức tương ứng với 5 256 = 0,0195Vol

d Chương trỡnh điều khiển:

Chương trỡnh điều khiển do nhà sản xuất nạp vào trong bộ nhớ Rom của vi điều khiển Vi điều khiển dựa vào chương trỡnh để xử lý tớn hiệu và điều khiển cỏc bộ phận hoạt động Chương trỡnh thường được viết bằng hợp ngữ sau khi được dịch sang dạng mó mỏy để vi điều khiển hiểu được sẽ được nạp vào trong

bộ nhớ PRom

e í nghĩa cỏc cực của ECU:

Hỡnh 8: Giắc cắm ECU

hành

làm mát

Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ khí nạp

Tín hiệu từ cảm biến MAP

Nguồn 5V cảm biến vị trí b-ớm ga

HT Tín hiệu điều khiển bộ sấy CB

Tín hiệu từ cảm biến kích

nổ

G+ Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục

NE+ Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục

Tín hiệu từ cảm biến vị trí b-ớm ga

độ

xe

Tín hiệu đồng hồ tốc độ

động cơ

OD

SIG

NC B+ + Accu sau relay chính

động

lực lái

2.4.4 Khối cơ cấu chấp hành:

Bao gồm cỏc kim phun, cỏc rơle, cụng tắc điện từ, sử dụng điện ỏp 12V và tiờu thụ cụng suất lớn hơn rất nhiều so với điện ỏp cung cấp từ cổng ra của vi điều khiển Vi điều khiển đưa ra tớn hiệu dạng xung để điều khiển cơ cấu chấp hành

Hệ thống mạch điện:

• Điều khiển kim phun nhiờn liệu

• Điều khiển đỏnh lửa

• Điều khiển cơ cấu khụng tải

• Cỏc mạch điện của hệ thống cảm biến : Nước làm mỏt, vị trớ bướm ga, cảm biến nhiệt khớ nạp, cảm biến chõn khụng, cụng tắc nước làm mỏt

• Hệ thống cung cấp nhiờn liệu

1 Điều khiển kim phun nhiờn liệu:

Động cơ 3S-FE sử dụng kiểu phun nhiờn liệu kiểu phun theo nhúm

Hình 9 Mạch điện điều khiển kim phun

Các kim phun mắc song song với

nhau Do vậy chỉ cần cung cấp một xung

điều khiển thì các kim phun cùng một

nhóm sẽ phun Cuộn điện từ trong kim

phun là loại kim phun điện trở cao (high

resistance injector) do vậy không cần sử

dụng thêm điện trở kéo bên ngoài Đo bằng đồng hồ vạn năng xác định được điện trở của các kim phun là 12 Ω Tồn tại hai loại điều khiển kim phun là : điều khiển bằng điện áp (voltage controlled injector) và điều khiển bằng dòng điện (current controlled injector)

Hình 10 Các loại kim phun

Hình 11: Đặc tuyến mở kim phun

Nhận thấy khi điều khiển kiểu dòng điện với tín hiệu hồi tiếp đóng và mở transistor „chắc‟ hơn Kim phun mở nhanh hơn và đóng ngay sau khi kết thúc xung điều khiển

2 Điều khiển đánh lửa:

Động cơ 3S-FE sử đụng hệ thống đánh

lửa trực tiếp bobin đôi cho hai máy song

hành

Hình 12:Hệ thống đánh lửa trực tiếp

sử dụng mỗi bô bin cho từng cặp bougie

Các bobine đôi phải được gắn vào

bougie của 2 xylanh song hành Ví dụ, đối với động cơ 4 xylanh có thứ tự thì nổ: 1-3-4-2, ta sử dụng hai bobine Bobine thứ nhất có hai đầu của cuộn thứ cấp được nối trực tiếp với bougie số 1 và số 4 còn bobine thứ hai nối với bougie số 2

và số 3

3 Điều khiển cơ cấu không tải:

Hệ thống ISCV điều khiển tốc độ không tải bằng một van ISC để thay đổi lượng khí đi tắt qua bướm ga phụ thuộc vào các tín hiệu từ ECU động cơ Động cơ3S-FE sử dụng loại van điều khiển bằng hệ số tác dụng với hai cuôn dây: Kết cấu của loại van ISC này như hình vẽ Khi dòng điện chạy qua do tín hiệu từ ECU động cơ, cuộn dây bị kích thích và van chuyển động Điều này sẽ thay đổi khe hở giữa van điện từ và thân van, điều khiển được tốc độ không tải (Tốc độ không tải nhanh được điều khiển bằng một van khí phụ) Trong hoạt động thực

tế, dòng điện qua cuộn dây được bật tắt khoảng 100lần/giây, nên vị trí của van điện từ được xác định bằng tỷ lệ giữa thời gian dòng điện chạy qua sovới thời gian mà nó tắt (có nghĩa là hệ số tác dụng) Nói theo một cách khác, van mở rộng khi dòng điện chạy lâu hơn trong cuộn dây

Hình 13 Mạch điện nguyên lý của VISC

Hình 14 Hệ số tác dụng

4 Hệ thống cung cấp nhiên liệu:

Hệ thống cung cấp nhiên liệu có nhiện vụ tạo ra một áp suất thích hợp của dòng xăng trong đường ống, cung cấp đến các kim phun

Hình 15 Sơ đồ mạch cung cấp nhiên liệu

1 Thùng xăng 2 Bơm xăng 3 Lọc xăng 4 Dàn phân phối 5 Bộ điều áp xăng 6 Vòi phun chính 7 Vòi phun khởi động lạnh

Hình 16 Sơ đồ thực tế mạch nhiên liệu

⇒ Để bơm xăng không hoạt động khi chưa tiến hành khởi động Tiến hành nối cực âm của rơle điều khiển bơm xăng với cực FC của ECU Khi ECU nhận được tín hiệu từ cảm biến vận tốc trục cam (NE), sẽ đóng mạch hoạt động rơle điều khiển bơm xăng

5 Một số đặc điểm của hệ thống cung cấp nhiện liệu:

Trong thời gian gần đây, hệ thống nhiên liệu không đường hồi (RLFS) đã được giời thiệu và sử dụng Trong hệ thống này van điều khiển áp suất sẽ được lắp ngay ở bơm và duy trì áp suất nhiên liệu là 3.8bar trong toàn hệ thống và không thay đổi khi áp suất chân không bên trong cổ hút thay đổi Để bù vào việc thay đổi áp suất trong cổ hút người ta sẽ điều chỉnh thêm bằng thời gian đóng

mở vòi phun Trên ray chứa người ta lắp thêm các thiết bị giảm chấn sóng áp suất Loại ray chứa gần đây nhất được làm bằng chất dẻo và tích hợp thiết bị giảm chấn áp suất

a Kim Phun:

Hình 17 Kim phun và sơ đồ nguyên lý

Vòi phun thực chất là một van đo lưu lượng và được điều khiển bằng ECU Vòi phun bao gồm vỏ, cuộn solenoid và ty kim Một đầu của van solenoid được nối đến nguồn điện thông qua rơ le điều khiển động cơ và sẽ cấp điện ngay khi chìa khóa điện bật ON Đầu thứ 2 được tiếp mát và điều khiển tại ECU thông qua một tranzitor Khi ECU điều khiển transistor cấp mát, cuộn dây solenoid sẽ sinh lực từ nâng kim phun lên để mở vòi phun Khi ECU cắt tín hiệu điều khiển

transistor, dòng điện qua kim cuộn dây solenoid bị mất, lực từ mất, kim phun được đóng lại do lực lò xo Có hai loại vòi phun được sử dụng là loại vòi phun với cuộn dây solenoid tách biệt và vòi phun với cuộn dây solenoid tích hợp Đối với loại vòi phun có cuộn solenoid tách biệt, không được cấp nguồn trực tiếp vào vòi phun, nó có thể gây hư hại cho vòi phun

Hình 18 Các kiểu phun

Một vòi phun tốt phải đáp ứng được các yêu cầu sau đây: Đo dòng nhiên liệu chính xác, chùm nhiên liệu phun phải thẳng, phạm vi hoạt động rộng (phun nhiều hay ít), chùm phun tốt, không rò rỉ, không ồn, bền Có rất nhiều loại phun khác nhau với chùm phun khác nhau áp dụng cho các loại động cơ khác nhau Khi thay thế hoặc lắp lại vòi phun luôn sử dụng vòng O mới và phải chắc chắn rằng nó được lắp đúng vị trí so với cổ hút và ray nhiên liệu

Hình 19 Kim phun được lắp vào trong động cơ

1 – Vòng cách nhiệt; 2 – Kim phun; 3 – Đệm chữ O;

4 – Đường ống nạp; 5 – Vòng cao su; 6 – Ống phân phối

Hình 20 Kết cấu kim phun

1 – Nhiên liệu vào; 2- Giắc nối điện; 3 – Thân van kim; 4 – Lỗ phun;

5 – Lưới lọc; 6 – Lò xo hồi; 7 – Phần ứng; 8 – Cuộn dây Solenoid

b Bơm nhiên liệu:

Bơm được đặt trong bình xăng So với loại trên đường ống, loại này có độ ồn thấp Một bơm tuabin, với đặc điểm là độ rung động nhiên liệu khi bơm nhỏ, được sử dụng Loại này bao gồm môtơ bơm, với một van một chiều, van an toàn

và bộ lọc gắn liền thành một khối

 Bơm tuabin: Bơm tuabin bao gồm một hoặc hai cánh bơm được dẫn động bằng môtơ, vỏ bơm và nắp bơm tạo thành bộ bơm Khi môtơ quay các cánh bơm quay cùng với nó Các cánh gạt bố trí dọc chu vi bên ngoài của cánh bơm để đưa nhiên liệu từ cửa vào đến cửa ra

 Van an toàn: Van an toàn mở khi áp suất bơm ra đạt xấp xỉ 3.5 – 6 kgf/cm3 Và nhiên liệu có áp suất cao quay trở lại bình xăng Van an toàn ngăn không cho áp suất nhiên liệu vượt quá mức này

 Van một chiều: Van một chiều đóng khi bơm nhiên liệu ngừng hoạt động Van một chiều và bộ ổn áp đều làm việc để duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu khi động cơ ngừng chạy, để dễ dàng cho lần khởi động sau

 Điều khiển bơm nhiên liệu:

Rơle mở mạch

Transistor công suất bơm xăng

Bơm xăng

Khóa điện

Rơle EFI chính Giắc kiểm tra

Accu

Hình 21 Sơ đồ mạch điện bơm xăng

 Điều khiển bật tắt bằng ECU động cơ:

Bơm nhiên liệu trong xe được trang bị động cơ EFI chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy Điều này tránh cho nhiên liệu không bị bơm đến động cơ trong trường hợp khoá điện bật ON nhưng động cơ không chạy

 Khi động cơ quay khởi động:

Khi động cơ khởi động, dòng điện chạy qua cực IG của khoá điện đến L1 của rơle chính, làm rơle bật ON Tại thời điểm đó, dòng từ ST của khoá điện đến L3 của rơ le mở mạch, bật rơ le làm cho bơm hoạt động

Sau đó máy khởi động hoạt động và động cơ bắt đầu quay, lúc này ECU động

cơ sẽ nhận được tín hiệu NE Tín hiệu này làm cho Transitor trong ECU bật ON

và do đó dòng điện chạy đến cuộn dây L2 của rơle mở mạch

c Lọc xăng:

Lọc xăng có tác dụng lọc sạch cặn bẩn, tạp chất bảo đảm xăng sạch cung cấp cho vòi phun hoạt động tránh hiện tượng tắc, kẹt, đóng không kín của vòi phun Lọc xăng được lắp với đường ra của bơm Thường được sử dụng bằng màng giấy, có cỡ lọc khoảng 10m

Lọc xăng có cấu tạo cho xăng đi theo một chiều nên khi lắp phải theo đúng chiều, nếu không sẽ làm cản trở lượng xăng qua lọc Phần tử lọc thường được

làm bằng giấy, vỏ bằng thép hoặc nhựa Sau một khoảng thời gian làm việc thì phải thay lọc mới Thường xe chạy được từ 33.000 đến 40.000 km thì phải thay lọc mới

e Bộ điều áp xăng:

Có tác dụng điều chỉnh áp suất xăng đến các vòi phun phù hợp theo điều kiện làm việc của động cơ Được lắp với một đầu của dàn phân phối

f Bộ giảm rung động:

Bộ giảm rung động dùng một màng ngăn để hấp thụ một lượng nhỏ xung của

áp suất nhiên liệu sinh ra bởi việc phun nhiên liệu và độ nén của bơm nhiên liệu

Hình 22 Giảm chấn

Hệ thống đánh trên ôtô có nhiệm vụ biến dòng một chiều hạ áp 12V thành xung điện cao áp 12 kV ÷ 24 kV và tạo ra tia lửa điện trên bugi để đốt cháy hỗn hợp khí – xăng trong xylanh ở cuối kỳ nén Nhiệm vụ đó đòihỏi hệ thống đánh lửa phải bảo đảm được các yêu cầu chính sau:

- Tia lửa mạnh: Trong hệ thống đánh lửa, tia lửa được phát ra giữa các điện cực của các bugi để đốt cháy hỗn hợp không khí-nhiên liệu Vì ngay cả khi bị nén ép với áp suất cao, không khí vẫn có điện trở, nên cần phải tạo ra điện thế hàng chục ngàn vôn để đảm bảo phát ra tia lửa mạnh, có thể đốt cháy hỗn hợp không khí-nhiên liệu

- Thời điểm đánh lửa chính xác: Hệ thống đánh lửa phải luôn luôn có thời điểm đánh lửa chính xác để phù hợp với sự thay đổi tốc độ và tải trọng của động

Bộ điều chỉnh đánh lửa sớm li tâm và chân không điều khiển thởi điểm đánh lửa

Bộ chia điện sẽ phân phối điện cao áp từ cuộn thứ cấp đến các bugi

Hình 23 Hệ thống đánh lửa bằng 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

2.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn:

Trong kiểu hệ thống đánh lửa này transistor điều khiền dòng sơ cấp, để nó chạy một cách gián đoạn theo đúng các tín hiệu điện 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 quang, Hall

Hình 24 Hệ thống đánh lửa bán dẫn

2.3 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử):

Trong kiểu hệ thống đánh lửa này không sử dụng bộ đánh lửa sớm chân không và li tâm Thay vào đó, chức năng ESA của bộ điều khiển điện từ (ECU)

sẽ điều khiển góc đánh lửa sớm

Hình 25 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có ESA

2.4 Hệ thống đánh lửa trực 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 các 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 26 Hệ thống đánh lửa trực tiếp

3 CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA:

3.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U 2m :

Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là hiệu điện thế ở hai đầu cuộn dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi Hiệu điện thế cực đại U2mphải lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặc biệt lúc khởi động

3.2 Hiệu điện thế đánh lửa U dl :

Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa được xảy ra được gọi là hiệu điện thế đánh lửa (Udl) Hiệu điện thế đánh lửa là một hàmphụ thuộc vào nhiều yếu tố, theo định luật Pashen

Trong đó:

- P: là áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa

- δ: khe hở bugi

- T: nhiệt độ ở điện cực trung tâm của bugi tại thời điện đánh lửa

- K: hằng số phụ vào thành phần của hỗn hợp hoà khí

Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu thế đánh lửa Udltăng khoảng 20 ÷ 30% do nhiệt

độ hoà khí thấp và hoà khí không được hoà trộn tốt

Khi động cơ tăng tốc độ, Udltăng nhưng sau đó Udl giảm từ từ do nhiệt độ cực bugi tăng và áp suất nén giảm do quá trình nạp xấu đi

Hiệu điện thế đánh lửa có giá trị 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.Trong quá trìnhvận hành

xe mới, sau 2.000 km đầu tiên, Udltăng 20% do điện cực bằng bugi bị mài mòn

Hình 27 Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa và tốc độ và tải động cơ

1 Toàn tải; 2 Nửa tải; 3 Khởi động và cầm chừng

Sau khi đó Udl tiếp tục tăng do khe hở bugi tăng Vì vậy để giảm Udl phải hiệu chỉnh lại khe hở bugi sau mỗi 10.000 km

số vòng quay và tăng khe hở bugi

3.4 Năng lƣợng dự trữ W dt :

Năng lượng dữ trữ Wdtlà năng lượng tích luỹ dưới dạng từ trường trong cuộn dây sơ cấp của bobin Để đảm bảo tia ửla điện có đủ năng lượng để đốt cháy hoàn toàn hoà khí Hệ thống đánh lửa phải đảm bảo được năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp của bobin ở một giá trị xác định

Trong đó:

- Wdl: Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp

- L1: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bobin

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

3.5 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S:

- S: tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

- ΔU2 độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

- Δt: Thời gian biến thiên của hiệu thế thứ cấp

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

- td : thời gian công suất dẫn

- tm : thời gian công suất ngắt

Tần số đánh lửa f tỷ lệ thuận với quay trục khuỷu động cơ và số vòng quay xylanh Khi tăng số vòng quay của động cơ và số xylanh, tần số đánh lửa f tăng

và do đó chu kỳ đánh lửa T giảm xuống Vì vậy, khi thiết kế cầnchú ý đến 2 thông số chu kỳ và tần số đánh lửa để đảm bảo ở số vòng quay cao nhất của động cơ tia lửa vẫn mạnh

3.7 Góc đánh lửa sớm :

Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ từ thời điểm xuất hiện tia lửa điện tại bugi cho đến khi piston lên đến tử điểm thượng Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế và độ ô nhiễm của khí thải động cơ Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:

- No : Chỉ số octan của xăng

Ở các đời xe cũ, góc đánh lửa sớm chỉ số được điều khiển theo hai thông số: tốc độ và tải động cơ.Tuy nhiên, hệ số đánh lửa ở một số xe (Toyota, Honda…),có trang bị thêm van nhiệt

và sử dụng bộ phận đánh lửa sớm theo hai chế độ nhiệt độ Trên các đời xe mới, góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng điện tử nên góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh theo thông số nêu trên

3.8 Năng lƣợng tia lửa và thời gian phóng điện:

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

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

WP = WC + WL

Trong đó:

- WP: Năng lượng của tia lửa

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

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

- C2: Điện dung ký sinh của mạch thứ cấp của bugi (F)

- Udl: Hiệu điện thế đánh lửa

- L2: Độ tự cảm của mạch thứ cấp (H)

- I2: Cường độ dòng điện mạch thú cấp (A)

Tuỳ thuộc vào loại hệ thống đánh lửa mà tăng năng lượng tia lửa có đủ hai thành phần hoặc chỉ có một thành phần điện cảm hoặc điện dung Thời gian phóng điện giữa hai điện cực của bugi tuỳ thuộc vào loại hệ thống đánh lửa Tuy nhiên hệ thống đánh lửa phải đảm bảo năng lượng tia lửa đủ lớn và thời gian phóng điện đủ dài để đốt cháy được hoà khí ở mọi chế độ hoạt động của động

cơ

4 SƠ LƢỢC VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỮA TRỰC TIẾP:

4.1 Ƣu điểm của hệ thống đánh lửa trực tiếp:

Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS– Direct Ignition System hay còn gọi là HTĐL không có bộ chia điện (DLI – Distributor Less Ignition) được phát triển

từ giữa thập kỷ 80, trên các loại xe sang và ngày nay càng được ứng dụng rộng rãi trên các loại xe khác nhờ có các ưu điểm sau:

- 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 trênmạch thứ cấp

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

- Bỏ được các chi tiết cơ dây hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu cách điện tốt như mỏ quẹt, chổi than, nắp delco

- Trong HTĐL có delco, nếu góc đánh lửa quá sớm sẽ xảy ra trường hợp đánh lửa hai đầu dây cao áp kề nhau (thường xảy ra khi động cơ có số xylanh z > 4)

4.2 Phân loại, cấu tạo và hoạt động HTĐL trực tiếp:

- Đa số các hệ thống đánh lửa trực itếp thuộc loại điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử nên việc đóng mở transistor công suất trong Igniter được thực hiện bởi ECU

- Hệ thống đánh lửa trực tiếp có thể chia làm ba loại chính sau:

Loại 1: sử dụng mỗi bobin cho từng bugi:

Hình 28 Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bobin cho từng bugi

Nhờ tần số hoạt động của mỗi bobin nhỏ hơn trước nên các cuộn dây sơ cấp

và thứ cấp ít nóng hơn Vì vậy kích thước của bobin rất nhỏ và được gắn dính với nắp chụp bugi

- Sơ đồ HTĐL trực tiếp loại này được trình bày trên hình 28

- Trong sơ đồ này ECU sau khi xử lý tín hiệu từ các cảm biến sẽ gửi đến các cực B của từng transistor công suất trong Igniter theo thứ tự thì nổ và thời điểm đánh lửa

- Cuộn sơ cấp của các bobin loại này có điện trở rất nhỏ (<1Ω) và trên mạch

sơ cấp không sử dụng điện trở phụ, vì xung điều khiển đã được xén sẵn trong mạch điều khiển ECU Vì vậy, không được thử trực tiếp bằng điện áp 12V Loại 2: Sử dụng mỗi bobin cho từng cặp bugi:

Sơ đồ mạch đánh lửa loại này được trình bày trên hình 29

Loại này sử dụng hai bobin (cho động cơ có z = 4): bobin thứ nhất có hai đầu của cuộn thứ cấp được nối trực tiếp với bugi số 1 và số 4 còn bobin thứ 2 nối với bugi số 2 và số 3 Phân phối điện áp cao được thực hiện như sau:

Hình 29a Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bobin cho từng cặp bugi

Ở thời điểm đánh lửa xylanh số 1 và 4 cùng ở vị trí gần tử điểm thượng nhưng trong hai thì khác nhau nên điện trở khe hở bugi của các xylanh trên cũng khác nhau:

R1 ≠ R4

Lấy ví dụ xylanh số 1 đang ở thì nổ thì R1 rất lớn còn ở xylanh số 4 đang ở thì thoát nên R4 rất nhỏ do sự xuất hiện nhiều ion nhờ phản ứng cháy và nhiệt độ cao Do đó: R1>> R4, và từ (1), (2) ta có U1 ≈ Utc; U4 ≈ 0 Có nghĩa là tia lửa chỉ xuất hiện ở bugi số 1

Trong trường hợp ngược lại R1<< so với R4; U1 ≈ 0; U4 ≈ Utc, tia lửa sẽ xuất hiện bugi số 4

Qúa trình tương tự cũng xảy ra ở bugi số 2 và số 3 ECU đưa ra xung điều khiển để đóng mở các transistor T1 và T2 tuần tự theo thứ tự thì nổ là 1 – 3 – 4 –

2 hoặc 1–2– 4–3 Đối với động cơ 6 xylanh để đảm bảo thứ tự thì nổ là 1– 5– 3 – 6 – 2 – 4 HTĐL trực tiếp sử dụng ba bobin: Một cho xylanh số 1 và số 6, một cho xylanh số 2 và số 5, một cho xylanh số 3 và số 4

Loại 3: Sử dụng một bobin cho tất cả các xylanh:

Hình 29b Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng một bobin cho tất cả các

xylanh

Loại này bobin có hai cuộn sơ cấp và một cuộn thứ cấp được nối với các bugi qua các diode cao áp Do hai cuộn sơ cấp quấn ngược chiều nhau Nên khi ECU điều khiển mở tuần tự transistor T1 và T2 điện áp trên cuộn thứ cấp sẽ đổi dấu