ĐÁNH LỬA ĐỘNG CƠ XE TOYOTA CAMRY 2.5Q 2015
Giới thiệu về động cơ Toyota Camry 2.5Q
Trong đó: 1- ắc quy, 2- khóa điện, 3- công tắc nối tắt điện trở, 4- bô bin, 5- transitor, 6- tiếp điểm bộ ngắt điện
Sơ đồ và nguyên lí của hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển được trình bày như trên hình 1.9
Trên đây là sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển loại điện cảm đơn giản. Trong đó cuộn sơ cấp W1 của biến áp 4 được nối trực tiếp với Transistor 5, tiếp điểm 2 của bộ chia điện được nối với cực gốc của Transistor. Do có Transistor 5 nên điều kiện làm việc của tiếp điểm 6 được cải thiện rõ rệt (Nó chỉ làm việc với mạch gốc của Transistor, thường không quá 1A), còn điện thế của cuộn sơ cấp có thể tăng lên và chỉ phụ thuộc vào Icmax và nhiệt độ của Transistor.
Nguyên lí làm việc của hệ thống đánh lửa này như sau:
Khi khoá điện 2 và tiếp điểm 6 đóng thì điện thế ở cực phát (Cực E) của Transistor có giá trị dương, vì dòng qua W1 và Rf nên cực phát E được nối với cực dương của ắc quy. Còn điện thế ở cực gốc B được nối với cực âm, vì dòng điện từ cực B thông qua RB, tiếp điểm 6 và nối mát. Do đó tiếp giáp phát mở cho dòng điện cực gốc đi qua theo mạch sau:
(+) Ắc quy - Khoá điện - 2 - Rf - W1 - Cực E - Cực B - RB - tiếp điểm 6 (-) Ắc quy
Điện trở mạch cực gốc RB đã được chọn trước nên dòng IB này đạt xấp xỉ giá trị tính toán IBtt cho trước và Transistor cũng mở hoàn toàn cho dòng IC có giá trị lớn qua theo mạch:
(+) Ắc quy - Khoá điện - 2 - Rf - W1 - Cực E - Cực C - (-) Ắc quy
Dòng điện sơ cấp của biến áp có thể tính bằng tổng dòng điện IC + IB của Transistor. Cũng như trong hệ thống đánh lửa thường, dòng điện này tạo nên một năng lượng tích luỹ trong từ trường của biến áp và khi tiếp điểm 6 mở, dòng IB triệt tiêu (IB = 0). Do vậy Transistor bị khoá lại, tức dòng sơ cấp của I1 cũng bị triệt tiêu, thì năng lượng này được chuyển hoá thành năng lượng đánh lửa và một phần thành sức điện động tự cảm es trong cuộn W1.
Sức điện động tự cảm es trong cuộn W1 ở hệ thống đánh lửa thường có thể đạt 200 ÷ 400 V hoặc cao hơn. Do vậy không thể dùng biến áp đánh lửa thường cho một số sơ đồ đánh lửa bán dẫn vì Transistor không chịu được điện áp lớn như vậy tại cực E-C của nó khi nó đang ở trạng thái khoá (đường chấm gạch - es trên hình 1.9)
Trong các hệ thống đánh lửa bán dẫn người ta thường sử dụng các biến áp có hệ số biến áp lớn và hệ số điện cảm nhỏ hơn loại thường, nhờ đó mà các Transistor làm việc được an toàn. Sức điện động es trong một số hệ thống đánh lửa bán dẫn thường nhỏ hơn 100 V.
+ Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển
Loại này điều khiển các transistor đóng mở thông qua các cảm biến tín hiệu. Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển thì thời điểm đánh lửa được điều khiển bằng các cảm biến. Trong hệ thống đánh lửa loại này các loại cảm biến thường được dùng như: Cảm biến điện từ, cảm biến Hall, cảm biến quang. Các cảm biến này có nhiệm vụ tạo ra các tín hiệu điện (điện áp, dòng điện) để đóng hoặc mở các Transistorr, ngoài ra các cảm biến này còn có nhiệm vụ xác định số vòng quay của động cơ, vị trí trục khuỷu, thời điểm phun nhiên liệu. Để hiểu rõ hơn về nguyên lí hoạt động của hệ thống đánh
lửa này ta tìm hiểu về nguyên lí hoạt động của một loại cảm biến điển hình là cảm biến quang.
Cảm biến quang gồm hai loại, chúng chỉ khác nhau ở phần tử cảm biến quang: Loại sử dụng một cặp Led-Photo Transistor
Loại sử dụng một cặp Led-Photo diode.
Phần tử phát quang (Led-Lighting Emision Diode) và phần tử cảm quang (Photo Transistor hoặc photo diode) được đặt trong bộ chia điện. Đĩa của cảm biến được gắn trên trục bộ chia điện, số rãnh tương ứng với xy lanh của động cơ.
Hình 1. 10: Cảm biến quang
Trong đó: 1- LED, 2- photo transisto, 3- photo diode, 4- mâm quay, 5- khe chiếu sáng
Hoạt động của cảm biến 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.
Hình 1.10 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 25-35 kV, hiệu điện thế này qua bộ chia điện để đến các bugi sinh ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp không khí - nhiên liệu theo đúng thứ làm việc của các xy lanh.
Hình 1. 11: Sơ đồ mạch điện HTĐL bán dẫn dùng cảm biến quang + Hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình
Hệ thống đánh lửa điện tử điều khiển bằng chương trình hay còn gọi là hệ thống đánh lửa điện tử ESA là hệ thống đánh lửa kiểu mới được phát triển dựa trên hệ thống đánh lửa bán dẫn thuần tuý trước đây. Hệ thống này có góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng một chương trình tính toán được 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 vi xử lí của ECU sẽ tính toán đưa ra góc đánh lửa sớm tối ưu nhất phù hợp với điều kiện làm việc hiện tại của động cơ.
Do việc đánh lửa được điều khiển bằng một chương trình tính toán của ECU dựa trên các tín hiệu của cảm biến nên hệ thống đánh lửa này đã loại bỏ hoàn toàn các cơ cấu điều chỉnh đánh lửa sớm trước đây như cơ cấu điều khiển đánh lửa sớm li tâm, cơ cấu điều chỉnh đánh lửa sớm bằng chân không, cơ cấu điều chỉnh theo trị số octan của xăng nên hệ thống đánh lửa điện tử ESA này có những ưu điểm sau:
+ Góc đánh lửa sớm 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 ắc quy, đảm bảo cho hiệu điện thế luôn có giá trị cao ở mọi thời điểm.
+ Động cơ khởi động dễ dàng, chạy không tải êm, tiết kiệm được nhiên liệu và giảm độc hại của khí thải.
+ Công suất và đặc 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 các ưu điểm trên mà hệ thống đánh lửa điện tử điều khiển góc đánh lửa sớm bằng chương trình được sử dụng hầu hết ở các loại động cơ trên các xe hiện đại ngày nay, đáp ứng được các yêu cầu sử dụng ngày càng khắt khe của con người, đặc biệt là vấn đề khí xả với môi trường. Hình 3.12 là sơ đồ khối hệ thống đánh lửa điện tử ESA. Để nắm rõ hệ thống đánh lửa này ta tìm hiểu thông qua hệ thống điều khiển đánh lửa sớm điện tử ESA trong ECU động cơ.