Tài liệu giới thiệu tổng quan về các hệ thống đánh lửa trên ô tô hiện nay, các giai đoạn phát triển của hệ thống đánh lửa trên ô tô. Giới thiệu về cấu tạo và nguyên lý làm việc một số hệ thống đánh lửa thông dụng hiện nay
Chuyên đề máy động lực Lời nói đầu Khoảng 30 năm gần đây, ngành công nghiệp ô tô đạt bước tiến khổng lồ phát triển mạnh năm tới Nhiều công nghệ vật liệu, điện tử, điều khiển … áp dụng cho loại động đốt trong, làm cho động gọn nhẹ hơn, tiết kiệm nhiên liệu, tốt hơn, dễ điều khiển hơn, an toàn ngày tiện nghi cho người sử dụng Đặc biệt, vấn đề bảo vệ môi trường đưa yêu cầu cao khí xả, xe đời có cải tiến để đáp ứng yêu cầu Trong q trình đào tạo Thạc sỹ ngành Kỹ thuật máy thiết bị giới hố nơng, lâm nghiệp, mơn học “Ngun lý tính tốn máy động lực” xem mơn học chun ngành nhằm trang bị cho học viên kiến thức ngun lý tính tốn phận động đốt trong, lý thuyết ô tô máy kéo đặc biệt nghiên cứu phát triển áp dụng công nghệ ô tô Sau thời gian học tập nghiên cứu, giảng dạy hướng dẫn nhiệt tình PGS.TS.Nguyễn Nhật Chiêu, tiếp thu nhiều kiến thức bổ ích góp phần đắc lực vào bổ trợ kiến thức chun mơn Để hồn thiện mơn học, tơi tiến hành thực chuyên đề “Hệ thống đánh lửa điện tử động ô tô đời mới” Mặc dù cố gắng tìm hiểu, nghiên cứu để hồn thiện chun đề, thời gian có hạn, nguồn tài liệu hạn chế chun đề khơng tránh khỏi thiếu sót hạn chế Qua mong Thầy, Cô giáo bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến để chuyên đề hoàn thiện Xin chân thành cám ơn! ĐHLN, ngày 20 tháng 10 năm 2008 Người thực Trần Văn Tùng -1- Trần Văn Tùng Chuyên đề máy động lực HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ ĐỜI MỚI Khái quát hệ thống đánh lửa Nhiệm vụ hệ thống đánh lửa động xăng tạo tia lửa điện đủ mạnh bugi vào thời điểm cần thiết để đốt cháy hỗn hợp làm việc Quá trình phát triển hệ thống đánh lửa động xăng gắn liền với phát triển công nghệ ô tô giới, từ hệ thống đánh lửa truyền thống hệ thống đánh lửa dùng nguồn điện chiều, hệ thống đánh lửa manhêtô đến hệ thống đánh lửa bán dẫn hệ thống đánh lửa điều khiển điện tử Hiện nay, động đại thường bố trí hệ thống đánh lửa điều khiển điện tử kết hợp với phun nhiên liệu điện tử, điều chỉnh gõ, điều chỉnh trượt truyền lực … tạo khả chung sensor tín hiệu chuẩn bị thiết bị khác Hình 01 Hệ thống đánh lửa dùng nguồn điện chiều thông thường a Cấu tạo bên bôbin b Cấu tạo bên chia điện -2- Trần Văn Tùng Chuyên đề máy động lực Hình 02 Hệ thống đánh lửa bán dẫn Hình 03 Hệ thống đánh lửa điện tử Hình 04 Hệ thống điều khiển điện tử ô tô đời -3- Trần Văn Tùng Chuyên đề máy động lực Nhìn chung hệ thống đánh lửa bán dẫn hệ thống đánh lửa điện tử phát triển hệ thống đánh lửa dùng nguồn điện chiều, chúng có điểm chung: - Nguồn điện - Cuộn đánh lửa - Bộ chia điện - Bugi - Mạch thứ cấp Và chúng có điểm khác : - Mạch sơ cấp - Bộ phận xác định thời điểm đánh lửa - Bộ phận điều chỉnh góc đánh lửa sớm Ở hệ thống đánh lửa dùng nguồn điện chiều thông thường, ngắt nối sử dụng ngắt nối khí với cam quay tiếp điểm má vít Thời điểm đánh lửa xác định dựa thời điểm mở má vít Bộ phận điều chỉnh góc đánh lửa sớm chân không ly tâm Ở hệ thống đánh lửa bán dẫn khác với đánh lửa dùng nguồn điện chiều việc đóng ngắt mạch sơ cấp thực nhờ tranzito cực Đối với loại ô tô đời nay, hệ thống đánh lửa điện tử có cấu tạo mạch sơ cấp phức tạp nhiều, việc xác định thời điểm đánh lửa, thời gian đánh lửa, điều chỉnh góc đánh lửa sớm … xác định sensor thu nhận tín hiệu gửi xử lý trung tâm sau xử lý trung tâm phát tín hiệu điều khiển để đóng mở mạch sơ cấp Sau xin giới thiệu hệ thống đánh lửa điện tử cụ thể ô tô đời mới: -4- Trần Văn Tùng Chuyên đề máy động lực Hệ thống đánh lửa điện tử hãng Toyota Hình 05 Hệ thống đánh lửa điều khiển điện tử hãng Toyota Vai trò cảm biến hệ thống đánh lửa - Cảm biến vị trí trục cam (tín hiệu G): Cảm biến phát góc quay chuẩn thời điểm trục cam - Cảm biến vị trí trục khuỷu (tín hiệu NE): Cảm biến phát góc quay trục khuỷu tốc độ động - Cảm biến lưu lượng khí nạp cảm biến áp suất đường ống nạp (tín hiệu VG PIM): Cảm biến phát khối lượng khí nạp áp suất đường ống nạp - Cảm biến vị trí bướm ga (tín hiệu IDL): Cảm biến phát điều kiện chạy không tải - Cảm biến nhiệt độ nước (tín hiệu THW): Cảm biến phát nhiệt độ nước làm mát - Cảm biến tiếng gõ (tín hiệu KNK): Cảm biến phát tình trạng tiếng gõ - Cảm biến oxy (tín hiệu OX): Cảm biến phát nồng độ oxy khí xả -5- Trần Văn Tùng Chuyên đề máy động lực Vai trò ECU động ECU động nhận tín hiệu từ cảm biến, tính tốn thời điểm đánh lửa tối ưu theo tình trạng động cơ, truyền tín hiệu đánh lửa (IGT) đến IC đánh lửa Vai trò IC đánh lửa: IC đánh lửa nhận tín hiệu IGT ECU động phát để ngắt dòng điện sơ cấp cuộn đánh lửa cách gián đoạn Nó gửi tín hiệu xác nhận đánh lửa (IGF) đến ECU động 2.1 MẠCH ĐÁNH LỬA 2.1.1 Mô tả ECU động xác định thời điểm đánh lửa dựa vào tín hiệu G, tín hiệu NE tín hiệu từ cảm biến khác Khi xác định thời điểm đánh lửa, ECU động gửi tín hiệu IGT đến IC đánh lửa Trong tín hiệu IGT chuyển đến để bật IC đánh lửa, dòng điện sơ cấp chạy vào cuộn dây đánh lửa Trong tín hiệu IGT tắt đi, dòng điện sơ cấp đến cuộn dây đánh lửa bị ngắt Đồng thời, tín hiệu IGF gửi đến ECU động Hiện nay, mạch đánh lửa chủ yếu dùng loại DIS (hệ thống đánh lửa trực tiếp) ECU động phân phối dòng điện cao áp đến xi lanh cách gửi tín hiệu IGT đến IC đánh lửa theo trình tự đánh lửa Điều làm cho tạo việc điều chỉnh thời điểm đánh lửa có độ xác cao -6- Trần Văn Tùng Chuyên đề máy động lực Hình 06 Sơ đồ nguyên lý 2.1.2 Tín hiệu IGT IGF a Tín hiệu IGT ECU động tính tốn thời điểm đánh lửa tối ưu theo tín hiệu từ cảm biến khác truyền tín hiệu IGT đến IC đánh lửa Tín hiệu IGT bật ON trước thời điểm đánh lửa vi xử lý ECU động tính tốn, sau tắt Khi tín hiệu IGT bị ngắt, bugi đánh lửa -7- Trần Văn Tùng Chuyên đề máy động lực b Tín hiệu IGF IC đánh lửa gửi tín hiệu IGF đến ECU động cách dùng lực điện động ngược tạo dòng sơ cấp đến cuộn đánh lửa bị ngắt giá trị dòng điện sơ cấp Khi ECU động nhận tín hiệu IGF xác định việc đánh lửa xảy (Tuy nhiên điều khơng có nghĩa thực có đánh lửa) Nếu ECU động khơng nhận tín hiệu IGF, chức chẩn đoán vận hành DTC lưu ECU động chức an toàn hoạt động làm ngừng phun nhiên liệu 2.2 ĐIỀU KHIỂN CỦA ESA 2.2.1 Khái quát việc điều khiển thời điểm đánh lửa Việc điều khiển thời điểm đánh lửa gồm có hai việc điều khiển -8- Trần Văn Tùng Chuyên đề máy động lực a Điều khiển đánh lửa khởi động Điều khiển việc đánh lửa lúc khởi động thực việc tiến hành đánh lửa góc trục khuỷu xác định trước điều kiện làm việc động Góc trục khuỷu gọi "góc thời điểm đánh lửa ban đầu" b Điều khiển đánh lửa sau khởi động Việc điều chỉnh đánh lửa sau khởi động thực góc thời điểm đánh lửa ban đầu, góc đánh lửa sớm bản, tính tốn theo trọng tải tốc độ động cơ, hiệu chỉnh khác 2.2.2 Điều khiển đánh lửa khởi động điều khiển đánh lửa sau khởi động a Điều khiển đánh lửa khởi động Khi khởi động, tốc độ động thấp khối lượng khơng khí nạp chưa ổn định, nên khơng thể sử dụng tín hiệu VG PIM làm tín hiệu điều chỉnh Vì vậy, thời điểm đánh lửa đặt góc thời điểm đánh lửa ban đầu Góc thời điểm đánh lửa ban đầu điều chỉnh IC dự trữ ECU động Ngồi ra, tín hiệu NE dùng để xác định động khởi động, tốc độ động 500 vòng/phút nhỏ cho biết việc khởi động xảy Tuỳ theo kiểu động cơ, có số loại xác định động khởi động ECU động nhận tín hiệu máy khởi động (STA) -9- Trần Văn Tùng Chuyên đề máy động lực b Điều khiển đánh lửa sau khởi động Điều chỉnh đánh lửa sau khởi động việc điều chỉnh thực động chạy sau khởi động Việc điều chỉnh thực cách tiến hành hiệu chỉnh khác góc thời điểm đánh lửa ban đầu góc đánh lửa sớm Thời điểm đánh lửa = góc thời điểm đánh lửa ban đầu + góc đánh lửa sớm + góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh Khi thực việc điều chỉnh đánh lửa sau khởi động, tín hiệu IGT vi xử lý tính tốn truyền qua IC dự trữ 2.2.3 Góc đánh lửa sớm - 10 - Trần Văn Tùng Chuyên đề máy động lực Góc đánh lửa sớm xác định cách dùng tín hiệu NE, tín hiệu VG tín hiệu PIM Tín hiệu NE VG dùng để xác định góc đánh lửa sớm lưu giữ nhớ ECU động a Điều khiển tín hiệu IDL bật ON Khi tín hiệu IDL bật ON, thời điểm đánh lửa sớm theo tốc độ động Trong số kiểu động góc đánh lửa sớm thay đổi máy điều hòa khơng khí bật ON tắt OFF (Xem khu vực đường nét đứt bên trái) Ngoài ra, kiểu này, số kiểu có góc đánh lửa sớm thời gian máy chạy tốc độ không tải chuẩn b Điều khiển tín hiệu IDL bị ngắt OFF Thời điểm đánh lửa xác định theo tín hiệu NE VG tín hiệu PIM dựa vào liệu lưu ECU động Tuỳ theo kiểu động cơ, góc đánh lửa sớm lưu giữ ECU động Các liệu góc dùng để xác định góc đánh lửa sớm dựa số octan nhiên liệu, nên chọn liệu phù hợp với nhiên liệu người lái sử dụng Ngoài ra, số kiểu xe có khả đánh giá số octan nhiên liệu, sử dụng tín hiệu KNK để tự động thay đổi liệu để xác định thời điểm đánh lửa 2.2.4 Điều khiển góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh a Hiệu chỉnh để hâm nóng - 11 - Trần Văn Tùng Chuyên đề máy động lực Góc đánh lửa sớm sử dụng cho thời điểm đánh lửa nhiệt độ nước làm mát thấp nhằm cải thiện khả làm việc Một số kiểu động tiến hành hiệu chỉnh sớm lên tương ứng với khối lượng khơng khí nạp Góc thời điểm đánh lửa sớm lên xấp xỉ 15 ° chức hiệu chỉnh suốt thời gian điều kiện lạnh Đối với số kiểu động cơ, tín hiệu IDL tín hiệu NE sử dụng tín hiệu liên quan việc hiệu chỉnh b Hiệu chỉnh nhiệt độ Khi nhiệt độ nước làm nguội cao, thời điểm đánh lửa làm muộn để tránh tiếng gõ nóng Góc thời điểm đánh lửa làm muộn tối đa 5° cách hiệu chỉnh c Hiệu chỉnh để tốc độ chạy không tải ổn định - 12 - Trần Văn Tùng Chuyên đề máy động lực Nếu tốc độ động chạy không thay đổi từ tốc độ chạy không tải mục tiêu, ECU động điều chỉnh thời điểm đánh lửa để làm cho tốc độ động ổn định ECU động liên tục tính tốn tốc độ trung bình động cơ, tốc độ động giảm xuống tốc độ mục tiêu động cơ, ECU động làm thời điểm đánh lửa sớm lên theo góc xác định trước Nếu tốc độ động vượt tốc độ chạy không tải mục tiêu, ECU động làm muộn thời điểm đánh lửa theo góc xác định trước Góc thời điểm đánh lửa thay đổi đến mức tối đa ±5 ° cách hiệu chỉnh d Hiệu chỉnh tiếng gõ Nếu tiếng gõ xảy động cơ, cảm biến tiếng gõ biến đổi độ rung tạo tiếng gõ thành tín hiệu điện áp (tín hiệu KNK) chuyển đến ECU động ECU động xác định xem tiếng gõ mạnh, vừa phải yếu từ độ lớn tín hiệu KNK Sau hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa cách làm muộn theo độ lớn tín hiệu KNK Nói khác đi, tiếng gõ mạnh, thời điểm đánh lửa bị muộn nhiều, tiếng gõ yếu, thời điểm đánh lửa bị muộn chút - 13 - Trần Văn Tùng Chuyên đề máy động lực Khi hết tiếng gõ động cơ, ECU động ngừng làm muộn thời điểm đánh lửa làm sớm lên chút thời điểm xác định trước Việc làm sớm tiến hành tiếng gõ lại xảy ra, sau tiếng gõ xảy ra, việc điều chỉnh lại thực lại cách làm muộn thời điểm đánh lửa Góc thời điểm đánh lửa làm muộn tối đa 10° theo cách hiệu chỉnh Một số kiểu động thực việc hiệu chỉnh gần tới phạm vi trọng tải hoàn toàn động cơ, kiểu động khác tiến hành việc hiệu chỉnh thời gian có trọng tải cao e Các hiệu chỉnh khác Có số kiểu động bổ sung hiệu chỉnh sau vào hệ thống ESA để điều chỉnh thời điểm đánh lửa xác - Hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ khơng khí - nhiên liệu Trong lúc hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ khơng khí - nhiên liệu, tốc độ động thay đổi theo lượng phun nhiên liệu tăng/giảm Để trì tốc độ chạy khơng tải ổn định, thời điểm đánh lửa làm sớm lên thời gian hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ khơng khí - nhiên liệu cho phù hợp với lượng phun nhiên liệu Việc hiệu chỉnh không thực xe chạy - Hiệu chỉnh EGR (Tuần hồn khí xả) Khi EGR hoạt động tiếp điểm IDL bị ngắt, thời điểm đánh lửa làm sớm lên theo khối lượng khơng khí nạp tốc độ động để tăng khả làm việc - Hiệu chỉnh điều khiển mơmen Đối với xe có trang bị ECT (Hộp số điều khiển điện tử), ly hợp phanh truyền hành tinh hộp số tạo va đập lúc thay đổi tốc độ Một số kiểu xe làm muộn thời điểm đánh lửa để giảm mômen quay động chuyển lên số cao xuống số thấp để giảm thiểu va đập - Hiệu chỉnh chuyển tiếp Khi thay đổi từ giảm tốc sang tăng tốc, thời điểm đánh lửa sớm lên muộn theo tăng tốc - 14 - Trần Văn Tùng Chuyên đề máy động lực - Hiệu chỉnh điều khiển chạy xe tự động Khi xe chạy xuống dốc hệ thống điều khiển chạy xe tự động hoạt động, tín hiệu chuyển từ ECU điều khiển chạy tự động đến ECU động để làm muộn thời điểm đánh lửa nhằm giảm thiểu thay đổi mômen quay động sinh việc cắt nhiên liệu lúc phanh động để thực việc điều khiển chạy xe tự động trơn tru - Hiệu chỉnh điều khiển lực kéo Thời điểm đánh lửa làm muộn việc điều khiển lực kéo thực để giảm mômen quay động 2.2.5 Điều khiển góc đánh lửa sớm lớn nhỏ Khi có cố với thời điểm đánh lửa xác định trước từ thời điểm đánh lửa ban đầu, góc đánh lửa sớm góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh, tác động có hại đến hiệu suất động Để ngăn chặn điều này, ECU động điều chỉnh góc đánh lửa thực tế (thời điểm đánh lửa) để làm cho tổng góc đánh lửa sớm góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh lớn nhỏ giá trị xác định 2.2.6 Kiểm tra thời điểm đánh lửa Góc thời điểm đánh lửa đặt cố định trình điều chỉnh/kiểm tra thời điểm đánh lửa gọi "Thời điểm đánh lửa tiêu chuẩn" Thời điểm đánh lửa tiêu chuẩn gồm có thời điểm đánh lửa ban đầu góc đánh lửa sớm cố định* *Góc đánh lửa sớm cố định giá trị tạo điều chỉnh thời điểm đánh lửa lưu giữ ECU động việc điều chỉnh khơng liên quan đến việc hiệu chỉnh sử dụng thời gian xe chạy bình thường - 15 - Trần Văn Tùng Chuyên đề máy động lực Việc điều chỉnh/kiểm tra thời điểm đánh lửa tiến hành sau - Tạo ngắn mạch cách nối tắt cực TE1 (TC) với E1 (CG) giắc DLC1, DLC2, DLC3, đặt thời điểm đánh lửa tiêu chuẩn Thời điểm đánh lửa tiêu chuẩn khác theo kiểu xe thể bảng bên trái Vì tiến hành việc điều chỉnh này, tham khảo Sách hướng dẫn sửa chữa thích hợp - Khi thời điểm đánh lửa chuẩn khơng thích hợp, cần phải điều chỉnh - Khi tín hiệu IDL bị ngắt, có ngắn mạch cực TE1 (TC) E1 (CG), khơng thể đặt thời điểm đánh lửa - Đối với kiểu xe nay, điều chỉnh thời điểm đánh lửa, cảm biến tín hiệu G NE cố định vào động - 16 - Trần Văn Tùng ... triển hệ thống đánh lửa động xăng gắn liền với phát triển công nghệ ô tô giới, từ hệ thống đánh lửa truyền thống hệ thống đánh lửa dùng nguồn điện chiều, hệ thống đánh lửa manh tô đến hệ thống đánh. ..Chuyên đề máy động lực HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ ĐỜI MỚI Khái quát hệ thống đánh lửa Nhiệm vụ hệ thống đánh lửa động xăng tạo tia lửa điện đủ mạnh bugi vào thời điểm cần... đánh lửa điện tử Hình 04 Hệ thống điều khiển điện tử tô đời -3- Trần Văn Tùng Chuyên đề máy động lực Nhìn chung hệ thống đánh lửa bán dẫn hệ thống đánh lửa điện tử phát triển hệ thống đánh lửa