3. Tổng quan về hệ thống đânh lửa
3.4. Câc bộ phận chính
3.4.6. Câc cơ cấu điều chỉnh gócđânh lửa sớm
3.4.6.1. Bộ điều chỉnh ly tđm
- Dùng để điều chỉnh góc đânh lửa sớm theo số vòng quay. Bộ điều chỉnh ly tđm thường lăm việc từ n= 400Vòng/ phútvă ở nmaxtùy theo loại động cơ sẽ lăm tăng s lín khoảng 0 0
18 ...
14 theo góc quay của trục phđn phối.
Hình 3-14 Sự lăm việc của bộ điều chỉnh ly tđm. a- Ở số vòng quay không tải; b- ở nemax
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 tđm.
3.4.6.2. Bộ điều chỉnh chđn không
- Dùng để thay đổi góc đânh lửa sớm theo tải trọng của động cơ.
+ Khi giảm tải động cơ lượng hỗn hợp đi văo xi lanh động cơ giảm lăm giảm âp suất vă tăng % khí sót trong xi lanh do đó tốc độ chây giảm nín cần tăngs.
33 + Do độ chđn không trong đường ống nạp tăng khi đóng nhỏ bướm ga nín măng 4 sẽ dịch chuyển sang trâi lăm quay mđm tiếp điểm 6 về phía tăng giâ trị góc đânh lửa sớm lín một lượng 5… 0
12 theo góc quay trục phđn phối.
+ Khi bướm ga mở to ra độ chđn không giảm đi lăm câc chi tiết dịch chuyển về vị trí ban đầu dưới tâc dụng của lực lò xo.
+ Khi động cơ toăn tải bướm ga mở hết cỡ bộ điều chỉnh chđn không ngừng lăm việc.
Hình 3-15 Nguyín lý lăm việc của bộ điều chỉnh chđn không. 1. Lò xo trả; 2- Ống nối với bộ chế hòa khí; 3- Vỏ bầu;
4- Măng cao su; 5- Thanh kĩo; 6- Mđm tiếp điểm.
3.4.7. Transistor .
- Transistor gồm ba lớp bân dẫn ghĩp với nhau hình thănh hai mối tiếp giâp P- N, nếu ghĩp theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận, nếu ghĩp 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
34 - Cấu tạo: Cảm biến được đặt bín trong bộ chia điện, bao gồm:
+ Roto tín hiệu: được dẫn động từ trục của bộ chia điện, trín rotor có câc răng. Số răng của rotor bằng số xilanh của động cơ.
+ Cuộn dđy tín hiệu được quấn trín lõi thĩp, được gắn trín thanh nam chđm vĩnh cửu. Cuộn dđy vă lõi thĩp được đặt đối diện với răng của rotor vă đặt cố định bín trong bộ chia điện.
3.4.9. Mạch đânh lửa (IC đânh lửa)
- IC đânh lửa lă mạch điện từ được tích hợp từ câc linh kiện điện tử như: transitor, diot, tụ điện, điện trở… để đóng ngắt dòng sơ cấp (vă tạo ra tín hiệu phản hồi IGF về cho ECU động cơ
- Đối với câc động cơ được trang bị hệ thống đânh lửa trực tiếp dùng chi tiết với bôbin đânh lửa nín kết cấu rất đơn giản, gọn nhẹ.
- Ngoăi ra, trín một số động cơ, Ic đânh lửa còn có chức năng hạn chế dòng điện. Khi dòng sơ cấp vượt quâ giâ trị cho phĩp, IC đânh lửa sẽ hạn chế dòng điện, trânh trường hợp lăm cho biến âp đânh lửa quâ nóng.
3.4.10. Bộ điều khiển trung tđm (ECU) 3.4.10.1. Tổng quan
Hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình bao gồm câc cảm biến kiểm soât liín tục tình trạng hoạt động của động cơ, một bộ ECU tiếp nhận câc tín hiệu từ cảm biến, xử lý tín hiệu vă đưa tín hiệu điều khiển đến câc cơ cấu chấp hănh. Cơ cấu chấp hănh luôn đảm bảo thừa lệnh ECU vă đâp ứng câc tín hiệu phản hồi từ câc cảm biến. Hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ đem lại sự chính xâc vă thích ứng cần thiết để giảm tối đa chất độc hại trong khí thải cũng như lượng tiíu hao nhiín liệu. ECU cũng đảm bảo công suất tối đa ở câc chế độ hoạt động của động cơ vă giúp chẩn đoân động cơ khi có sự cố xảy ra (việc chđ̉n đoân mê lỗi thông qua đỉn check Engine hoă ̣c mây chẩn đoân chuyín dụng )
ECU lă một tổ vi mạch vă bộ phận dùng để nhận biết tín hiệu , lưu trữ thông tin, tính toân, quyết định chức năng hoạt động vă gửi câc tín hiệu điều khiển thích hợp. ECU được đặt trong vỏ kim loại để giải nhiệt tốt vă được bố trí ở nơi ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ vă độ ẩm.
Câc linh kiện điện tử của ECU được sắp xếp trong mạch in. Câc linh kiện công suất của tầng cuối – nơi điều chỉnh câc cơ cấu chấp hănh – 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
1 0 1 1 0 1 0 0
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
ROM RAM INPUT OUTPUT ROM BUS
36 - Truyền câc tín hiệu đânh lửa đến ECU động cơ để tính toân vă xâc định thời điểm đânh lửa chính xâc như: cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến lưu lượng khí nạp…
4. Thiết kế hệ thống đânh lửa cho động cơ E-TEC II. 4.1 Giới thiệu hệ thống đânh lửa trín động cơ. 4.1 Giới thiệu hệ thống đânh lửa trín động cơ.
Động cơ E-TEC II 1.6L được trang bị hệ thống đânh lửa điện tử ESA (Electronic Spark Advance) không sử dụng bộ chia điện (đânh lửa trực tiếp) vă dùng Bôbin đôi. ECU sẽ nhận tín hiệu đầu văo từ câc cảm biến vă xử lý thông tin một câch chính xâc từ đó xâc định thời gian vă xuất tín hiệu đânh lửa tối ưu cho câc quâ trình hoạt động của động cơ.
Hình 4-1 Sơ đồ cấu tạo mạch điện hệ thống đânh lửa điện tử trín động cơ E-TEC II 1.6L
1-Acqui; 2- Khóa điện; 3- ECU động cơ; 4- Bugi; 5- Biến âp đânh lửa vă IC; 6- Cảm biến oxi; 7- Cảm biến vị trí vă tốc độ trục khuỷu; 8- Bânh răng roto cảm biến;
9- Cảm biến kích nổ; 10- Cảm biến nhiệt độ nước lăm mât; 11- Cảm biến âp suất khí nạp; 12- Cảm biến nhiệt độ khí nạp; 13- Lọc gió; 14- Cảm biến vị trí bướm ga;
37 Hình 4-2 Sơ đồ điều khiển đânh lửa điện tử ESA trín động cơ E-TEC II 1.6L Ở hệ thống đânh lửa của động cơ năy IC đânh lửa được tích hợp trong ECU. - Nguyín lý hoạt động:
ECU nhận câc tín hiệu từ câc cảm biến đưa văo bộ vi xử lý. Câc tín hiệu đầu văo năy lă câc đại lượng thông số khâc nhau nhưng đều được biến thănh điện âp hoặc câc xung điện âp trước khi đưa văo bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý trung tđm sẽ dựa văo câc tín hiệu ngỏ văo vă tính toân thời điểm đânh lửa vă đưa đến igniter ba xung IGT, IGDA, IGDB. Xung IGT lă xung quyết định góc đânh lửa sớm được đưa văo mạch hiệu chỉnh góc ngậm điện để xĩn xung vă sau đó đi qua mạch xâc định xylanh. Xung IGDA vă IGDB có dạng như trín hình 4-2 được đưa văo mạch văo của igniter. Tại đđy tùy theo trạng thâi của hai xung (mức cao hay thấp) mă igniter sẽ xâc định xylanh cần đânh lửa theo đúng thứ tự nổ.
38 Để bảo đảm đânh lửa theo đúng thứ tự nổ 1-3-4-2 mạch văo sẽ xâc định xylanh cần đânh lửa theo bảng mê sau:
Xung IGDA Xung IGDB Xylanh 0 1 1 vă 4 1 0 3 vă 2
Hình 4-3 Dạng xung điều khiển đânh lửa trực tiếp
Trong trường hợp xung IGDA ở mức thấp (0), xung IGDB ở mức cao (1) mạch xâc định xylanh sẽ phđn phối xung IGT đóng ngắt transitor T1. Khi T1 ngắt thì sức điện động cảm ứng trín cuộn thứ cấp sẽ tạo tia lửa cho bugi số 1 hoặc 4 vă hoạt động như vậy tương tự đối với câc xylanh 2 vă 3.
4.2. Điều khiển đânh lửa.
Quâ trình đânh lửa của động cơ được điều chỉnh bởi ECU, quâ trình đânh lửa diễn ra qua hai giai đoạn (hai điều khiển cơ bản).
Điều khiển khi khởi động, việc đânh lửa xảy ra tại một góc cố định của trục khuỷu năo đó không tính đến chế độ hoạt động của động cơ. Nó được gọi lă “góc thời điểm đânh lửa ban đầu”.
4.2.1. Điều khiển đânh lửa khi khởi động.
Điều khiển đânh 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 đânh lửa năy được gọi lă “ thời điểm đânh lửa ban đầu”.
39 Trong quâ trình khởi động, khi tốc độ động cơ vẫn thấp hơn tốc độ xâc định, do tín hiệu âp suất đường ống nạp (PIM) hay tín hiệu lưu lượng khí nạp (VS, KS hay VG) không ổn định, thời điểm đânh lửa được cố định tại thời điểm đânh lửa ban đầu. Thời điểm đânh lửa ban đầu năy được đặt trực tiếp bằng IC dự phòng trong ECU động cơ. Thông thường góc đânh lửa sớm được chọn nhỏ hơn 10o. Với góc đânh lửa năy động cơ được khởi động dễ dăng ngay cả khi nguội, đồng thời trânh sự nổ dội.Việc điều chỉnh góc đânh lửa sớm theo nhiệt độ khi khởi động lă không cần thiết vì thời gian khởi động rất ngắn.
Hình 4-4 Sơ đồ tín hiệu IGT thời điểm đânh lửa ban đầu
Khi có tín hiệu khởi động, mạch chuyển đổi trạng thâi 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 vă NE. Nếu động cơ đê nổ, đường IGT sẽ được nối sang vị trí after ST (sau khởi động) vă việc hiệu chỉnh góc đânh lửa sớm được thực hiện bởi ECU.
4.2.2. Điều khiển đânh lửa sau khi khởi động.
40 Điều khiển đânh lửa sau khi khởi động được thực hiện trong quâ trình hoạt động bình thường.
Câc hiệu chỉnh khâc nhau được thím văo góc thời điểm đânh lửa ban đầu vă góc đânh lửa sớm cơ bản của quâ trình hoạt động bình thường.
Quâ trình đânh lửa của động cơ được thực hiện dựa văo câc tín hiệu như trín, vă thể hiện qua sơ đồ khối sau.
Hình 4-6 Góc đânh lửa sớm thực tế
Góc đânh lửa sớm thực tế khi động cơ hoạt động được xâc định theo công thức:
hc cb bd Trong đó: . Góc đânh lửa sớm thực tế. bd
. Góc đânh lửa sớm ban đầu.
cb
. Góc đânh lửa sớm cơ bản.
hc
. Góc đânh lửa sớm hiệu chỉnh.
Góc đânh lửa sớm ban đầu (bd) dựa văo tốc độ vă tải của động cơ, ECU sẽ đọc giâ trị của góc đânh lửa sớm cơ bản (cb) được lưu giữ trong bộ nhớ.
Góc đânh lửa sớm hiệu chỉnh (hc) lă góc đânh lửa sớm được cộng thím hoặc giảm bớt khi ECU nhận được câc tín hiệu khâc nhau như nhiệt độ động cơ, nhiệt độ
Góc thời điểm đânh lửa ban đầu
Góc đânh lửa sớm cơ bản
Góc đânh lửa sớm tín hiệu Thời điểm đânh lửa thực tế
Lưu lươüng khí nạp 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
41 khí nạp, tín hiệu kích nổ, tín hiệu tốc độ xe… Vì vậy góc đânh lửa sớm thực tế được tính bằng góc đânh lửa sớm ban đầu cộng với góc đânh lửa sớm cơ bản vă góc đânh lửa sớm hiệu chỉnh để đạt được góc đânh lửa sớm lý tưởng theo từng chế độ hoạt động của động cơ.
Sau khi xâc định được góc đânh lửa sớm, bộ xử lý trung tđm (CPU- centrol processing unit) sẽ đưa ra xung điện âp điều khiển đânh lửa (IGT) quâ trình dịch chuyển xung IGT trong CPU về phía trước của điểm thượng khi có sự hiệu chỉnh về góc đânh lửa sớm hiệu chỉnh (hc) ngoăi ra xung IGT có thể được xĩn trước khi gửi tín hiệu đến igniter.
Sự điều chỉnh góc đânh lửa của động cơ được thể hiện qua sơ đồ sau:
Điều khiển đânh lửa khi khởi động
Góc thời điểm đânh lửa ban đầu Góc đânh lửa sớm cơ bản
Điều khiển thời Hiệu chỉnh khi hđm nóng điểm đânh lửa Hiệu chỉnh khi quâ nóng Hiệu chỉnh ổn định
không tải
Điều khiển Hiệu chỉnh EGR
đânh lửa Hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ sau khi khí - nhiín liệu
khởi động Hiệu chỉnh tiếng gõ Điều chỉnh Hiệu chỉnh điều chỉnh
đânh lửa sớm mômen
hiệu chỉnh Câc hiệu chỉnh khâc
Điều chỉnh góc đânh lửa sớm lớn nhất vă nhỏ nhất
Hình 4- 7 Sơ đồ điều chỉnh góc đânh lửa sớm của động cơ.
Thời điểm góc đânh lửa sớm khi khởi động được điều khiển như sơ đồ trín, với góc đânh lửa sớm sau khi khởi động để điều chỉnh góc đânh lửa sớm chịu ảnh hưởng của góc đânh lửa sớm hiệu chỉnh, sự ảnh hưởng năy phụ thuộc văo sự thay đổi của câc tín hiệu hiệu chỉnh truyền về để ECU xử lý. ECU sau khi nhận được tín hiệu hiệu chỉnh sẽ điều chỉnh để có góc hiệu chỉnh cho phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ.
42 Câc hiệu chỉnh khâc nhau (dựa trín câc tín hiệu cảm biến có liín quan) được thím văo thời điểm đânh lửa ban đầu vă thím văo góc đânh lửa sớm cơ bản (được xâc định bởi tín hiệu âp suất đường ống nạp hay tín hiệu lượng khí nạp vă tín hiệu tốc độ động cơ):
Thời điểm đânh lửa= Góc thời điểm đânh lửa ban đầu + Góc đânh lửa sớm cơ bản + Góc đânh lửa sớm hiệu chỉnh.
Trong quâ trình hoạt động bình thường của chức năng điều khiển đânh lửa sau khi khởi động, tín hiệu thời điểm đânh lửa (IGT) mă bộ xử lý tính toân được phât qua IC dự phòng.
+ Góc thời điểm đânh lửa ban đầu: Góc thời điểm đânh lửa ban đầu được lưu trữ trong bộ nhớ của động cơ, góc đânh lửa sớm cơ bản thay đổi tuy theo tình trạng hoạt động của động cơ.
+ Góc đânh lửa sởm cơ bản: Góc đânh lửa sớm cơ bản trong hệ thống đânh lửa điện tử được lưu trong bộ nhớ của ECU động cơ.
- Tiếp điểm không tải đóng (ON).Thời điểm đânh lửa được lăm sớm lín phụ
thuộc văo tốc độ động cơ khi tiếp điểm không tải đóng.
H
Hình 4-8 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi góc đânh lửa sớm theo tốc độ động cơ
- Tiếp điểm không tải mở (OFF).
ECU động cơ xâc định góc đânh lửa sớm cơ bản dựa trín tín hiệu trong bộ nhớ, âp suất đường ống nạp vă tốc độ động cơ.
+ Điều chỉnh gócđânh lửa sớm hiệu chỉnh.
Thấp Tốc độ động cơ cao
Góc đânh lửa Sớm cơ
43
- Hiệu chỉnh khi hđm nóng.
Hình 4-9 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ góc đânh lửa với nhiệt độ nước lăm mât
Thời điểm đânh lửa được lăm sớm để nđng cao khả năng tải khi nhiệt độ nước