2.3.1. IC đánh lửa
IC đánh lửa thực hiện một cách chính xác sự ngắt dòng sơ cấp đi vào cuộn đánh lửa, phù hợp với tín hiệu đánh lửa (IGT) do ECU động cơ phát ra tín hiệu thời điểm đánh lửa (IGT)
Khi tín hiệu IGT chuyển từ ngắt sang đóng, IC đánh lửa bắt đầu cho dòng điện vào cuộn sơ cấp
Hình 2. 5. Điều khiển dòng không đổi
Khi dòng sơ cấp đạt đến một trị số đã định, IC đánh lửa sẽ khống chế cường độ cực đại bằng cách điều chỉnh dòng
Điều khiển góc đóng tiếp điểm
Để điều chỉnh quãng thời gian (góc đóng) tồn tại của dòng sơ cấp; thời gian này cần phải giảm xuống khi tốc độ của động cơ tăng lên (trong một số kiểu
IGT.)
Khi tín hiệu IGT chuyển từ đóng sang ngắt, IC đánh lửa sẽ ngắt dòng sơ cấp.
Vào thời điểm dòng sơ cấp bị ngắt, điện thế hàng trăm vôn được tạo ra trong cuôn sơ cấp và hàng chục ngàn vôn được tạo ra trong cuộn thứ cấp, làm cho bugi phóng tia lửa.
Tín hiệu IGT
IC đánh lửa thực hiện một cách chính xác sự ngắt dòng sơ cấp đi vào cuộn đánh lửa, phù hợp với tín hiệu IGT do ECU động cơ phát ra. Sau đó, IC đánh lửa truyền một tín hiệu khẳng định (IGF) cho ECU phù hợp với cường độ của dòng sơ cấp.
Tín hiệu khẳng định (IGF) được phát ra khi dòng sơ cấp đạt đến một trị số đã được ấn định IF1.
Khi dòng sơ cấp vượt quá trị số qui định IF2 thì hệ thống sẽ xác định rằng lượng dòng cần thiết đã chạy qua và cho phát tín hiệu IGF để trở về điện thế ban đầu. (Dạng sóng của tín hiệu IGF thay đổi theo từng kiểu động cơ.)
Nếu ECU không nhận được tín hiệu IGF, nó sẽ quyết định rằng đã có sai sót trong hệ thống đánh lửa. Để ngăn ngừa sự quá nhiệt, ECU sẽ cho ngừng phun nhiên liệu và lưu giữ sự sai sót này trong chức năng chẩn đoán.
Tuy nhiên, ECU động cơ không thể phát hiện ra các sai sót trong mạch thứ cấp vì nó chỉ kiểm soát mạch sơ cấp để nhận tín hiệu IGF.
Trong một số kiểu động cơ, tín hiệu IGF được xác định thông qua điện thế sơ cấp.
2.3.2. Bô bin đánh lửa.
Bô bin đánh lửa là loại biến áp cao thế đặc biệt dùng để biến dòng điện hiệu điện thế thấp (12V) thành các xung có hiệu điện thế cao đảm bảo cho việc đánh lửa trong động cơ được tối ưu nhất.
Động cơ TOYOTA VIOS 2020 sử dụng bô bin đơn cho từng máy, các IC đánh lửa cũng được bố trí ngay trên các cuộn đánh lửa tạo thành cụm chi tiết có kết cấu rất nhỏ gọn. Các cuộn sơ cấp và thứ cấp được quấn quanh lõi, số vòng quay của cuộn thứ cấp lớn hơn rất nhiều so với cuộn sơ cấp. Một đầu cuộn sơ cấp được nối với IC đánh lửa, còn một đầu của cuộn thứ cấp được nối với bugi. Các đầu còn lại của các cuộn được nối với dòng cấp từ ắc quy thông qua giắc cắm.
2.3.3. Rơ le
Rơ le được sử dụng phổ biến ở các bo mạch điều khiển tự động, chuyên dụng để đóng cắt những cái dòng điện lớn mà những hệ thống mạch điều khiển không thể trực tiếp can thiệp thì người ta sẽ sử dụng rơ le để đóng cắt dòng điện cao. rơ le có rất nhiều hình dáng và kích thước và chân cắm khác nhau. rơ le có 2 trạng thái ON và OFF. Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không.
Cấu tạo chính của một Rơ le điện cơ
Rơ le gồm nam châm điện (1), cần dẫn động (2) và các ngõ vào ra (3) Khi có dòng điện chạy ở cuộn dây nam châm điện (1), cơ năng làm đổi
mạch lối ra từ ngõ "thường đóng" (normally closed, ngõ vẽ bên trên trong sơ đồ) sang ngõ "thường mở" (normally open).
Các thanh đổi mạch có thể có lắp lẫy lò xo để quá trình đóng cắt diễn ra dứt khoát.
2.3.4. Bugi
Sau đây là các bộ phận quan trọng của bugi:
Hình 2. 9. Cấu tạo của bugi
Điện cực trung tâm
Điểm cực trung tâm còn có tên khác là điện cực dương, là nơi tập trung tạo ra tia lửa điện. Vì thế nó được tạo nên từ các vật liệu chuyên biệt, thích hợp tạo ra tia lửa điện, có khả năng hoạt động ổn định trong môi trường có nhiệt độ và áp suất luôn biến thiên, khả năng chống mài mòn cao. Đồng được dùng
các đầu điện cực.
Hình 2. 10. Điện cực trung tâm
Các điện cực tròn khó phóng điện, trong khi đó các điện cực vuông hoặc nhọn lại dễ phóng điện. Qua quá trình sử dụng lâu dài, các điện cực bị làm tròn dần và trở nên khó đánh lửa. Vì vậy, cần phải thay thế bugi. Các bugi có điện cực mảnh và nhọn thì phóng điện dễ hơn. Tuy nhiên, những điện cực như thế sẽ chóng mòn và tuổi thọ của bugi sẽ ngắn hơn. Vì thế, một số bugi có các điện cực được hàn đắp platin hoặc iridium để chống mòn. Chúng được gọi là các bugi có cực platin hoặc iridium.
Vỏ cách điện
Gốm oxit nhôm là vật liệu phổ biến làm nên vỏ các điện. Bởi bộ phận này cần đảm bảo chắc chắn không rò rỉ điện cao áp, truyền nhiệt tốt, chịu được nhiệt độ cao, độ bền cơ học tốt. Để ngăn ngừa hiện tượng phóng điện cao áp từ đầu tiếp xúc của bugi đến phần kim loại, người ta tạo ra một số nếp nhăn sóng ở thân vỏ cách điện. Nếu hiện tượng này xả ra sẽ làm giảm hiệu quả đánh lửa trong buồng đốt.
Là khoảng trống giữa 2 điện cực. Dung tích càng nhỏ và nông khả năng tản nhiệt của bugi càng nhanh, ngược lại dung tích khoảng trống càng lớn và sâu thì khả năng tản nhiệt của bugi càng kém.
Hình 2. 11. Vùng nhiệt bugi
2.3.5. Bộ xử lí và điều khiển trung tâm ECU2.3.5.1. Vai trò 2.3.5.1. Vai trò
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.
ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến và tính toán thời điểm đánh lửa tối ưu theo các tình trạng của động cơ và truyền tín hiệu IGT (tín hiệu đánh lửa) tới IC đánh lửa.
ROM (Read Only Memory):
Dùng trữ thông tin thường trực. Bộ nhớ này chỉ đọc thông tin từ đó ra chứ không thể ghi vào được. Thông tin của nó đã được cài đặt sẵn. ROM cung cấp thông tin cho bộ xử lý và được lắp trên mạch in. Chương trình điều khiển động cơ do nhà sản xuất lập trình và được nạp sẵn trong bộ nhớ ROM.
RAM (Ramdom Access Memory):
Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu trữ thông tin mới được ghi trong bộ nhớ và xác định bởi vi xử lý. RAM có thể đọc và ghi các các số liệu theo địa chỉ bất kỳ. RAM vẫn duy trì bộ nhớ cho đến khi mất nguồn cung cấp từ ắc quy đến máy tính thì bộ nhớ RAM sẽ mất.
PROM (Programmable Read Only Memory):
Cấu trúc cơ bản giống như ROM nhưng cho phép lập trình (nạp dữ liệu) ở nơi sử dụng chứ không phải nơi sản xuất như ROM. PROM cho phép sửa đổi chương trình điều khiển theo nhưng yêu cầu khác nhau.
Bộ nhớ KAM (Keep Alive Memory): Bộ nhớ này dùng để lưu trữ các thông tin mới (thông tin tạm thời). Bộ nhớ KAM vẫn được duy trì lưu trữ các thông tin khi động cơ đã tắt hoặc tắt khoá điện.
Để đảm bảo được vấn đề này một phần của bộ nhớ được cấp nguồn điện độc lập từ Accu nên những thông tin được cập nhật trong vùng nhớ này theo yêu cầu của bộ xử lý không bị mất đi khi tắt khoá điện.
Thông tin lưu trữ trong vùng nhớ này gọi là thông tin hiệu chỉnh ví dụ như các thông tin về tình trạng hư hỏng mà bộ xử lý phát hiện khi động cơ đang hoạt động.
Hình 2. 12. Vị trí các cảm biến trong hệ thống đánh lửa
2.4.1. Cảm biến vị trí trực khuỷu (NE)
Tín hiệu NE được ECU động cơ sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu và tốc độ động cơ . ECU động cơ dùng tín hiệu NE và tín hiệu G để tính toán thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản.
Đối với tín hiệu G,tín hiệu NE được tạo bởi khe hở không khí giữa cảm biến vị trí trục khuỷu và các răng trên rotor tín hiệu NE được lắp trên trục khuỷu.
Hình minh họa trình bày một bộ tạo tính hiệu có 34 răng ở chu vi của rotor tín hiệu NE và một khu vực có hai răng khuyết. Khu vực có hai răng khuyết này có thể được sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu nhưng nó không thể xác định xem đó là TDC của chu kỳ nén hoặc TDC của kỳ xả. ECU động cơ kết hợp tín hiệu NE và tín hiệu G để xác định đầy đủ và chính xác góc của trục khuỷu. Ngoài loại này,một số bộ phát tín hiệu có 12, 24 hoặc 1 răng khác , nhưng độ chính xác của việc phát hiện góc của trục khuỷu sẽ thay đổi theo số răng.
2.4.2. Cảm biến vị trí trục cam (Tín hiệu G)
Trên trục cam đối điện với cảm biến vị trí trục vam có các răng. Số răng là 1 hoặc 3 hoặc một số khác tùy theo kiểu động cơ ( trong hình vẽ có 3 răng). Khi trục cam quay , khe hở không khí giữa các vấu nhô ra trên trục cam
cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G. Tín hiệu G này được chuẩn đi như một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp với tín hiệu NE để xác định DTC ở kỳ nén của mỗi xylanh. ECU động cơ dùng thông tin này để xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa.
Chú ý: Khi ECU không nhận được tín hiệu G từ cảm biến này, có kiểu động cơ vẫn chạy và có kiểu động cơ sẽ tắt máy.
2.4.3. Cảm biến đo lưu lượng khí nạp (VG)
Hình 2. 14. Cảm biến đo lưu lượng khí nạp
Phát hiện khối lượng khí nạp. Khi dây sấy Rh được khí nạp làm mát, điện thế tại A-B sẽ chênh nhau. Bộ khuếch đại tín hiệu sẽ xử lý và làm tăng điện áp đặt vào dây sấy. Nhiệt độ dây sấy tăng dẫn đến việc tăng tương ứng của điện trở cho đến khi điện thế tại A và B bằng nhau (các điện áp của các điểm A,B trở nên cao hơn). Bằng cách sử dụng mạch cầu này cảm biến lưu lượng khí nạp có thể đo khối lượng khí nạp bằng tín hiệu điện áp tại điểm B .
phụ thuộc của năng lượng nhiệt thoát ra từ một phần tử nhiệt được nung nóng và đặt trong dòng khí nạp. Khi có dòng điện đi qua làm cho dây sấy nóng lên. khi không khí chạy qua, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối lượng không khí nạp, bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ dây sấy không đổi, dòng điện đó sẽ tỉ lệ thuận với lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó ta xác định được lượng không khí nạp. Trong trường hợp này, dòng điện chuyển thành điện áp và gửi đến ECU động cơ.
2.4.4. Cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga được lắp ở trên trục cánh bướm ga . Cảm biến này đóng vai trò chuyển vị trí góc mở cánh bớm ga thành tín hiệu điện áp đến ECU.
Tín hiệu cầm chừng (IDL) dùng để điều khiển phun nhiên liệu khi động cơ hoạt động ở chế độ cầm chừng cũng như hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa. Tín hiệu toàn tải (PSW) dùng để tăng lượng xăng phun ở chế độ toàn tải để tăng công suất động cơ. Trên một số xe, cảm biến vị trí bướm ga còn giúp ECU điều khiển hộp số tự động.
Cảm biến oxy dùng để xác định lượng oxy trong khí xả để điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp hòa khí lý thuyết, tiết kiệm nhiên liệu, nâng cao công suất, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Loại này được chế tạo chủ yếu từ chất Zirconium dioxide (ZrO2) có tính chất hấp thụ những ion oxy âm tính. Thực chất, cảm biến oxy loại này là một pin điện có sức điện động phụ thuộc vào nồng độ oxy trong khí thải với ZrO2 là chất điện phân. Mặt trong ZrO2 tiếp xúc với không khí, mặt ngoài tiếp xúc với oxy trong khí thải. Ở mỗi mặt của ZrO2 được phủ một lớp điện cực bằng plantin để dẫn điện. Lớp plantin này rất mỏng và xốp để oxy dễ khuyếch tán vào. Khi khí thải chứa lượng oxy ít do hỗn hợp giàu nhiên liệu thì số ion oxy tập trung ở điện cực tiếp xúc khí thải ít hơn số ion oxy tập trung ở điện cực tiếp xúc không khí. Sự chênh lệch số ion này sẽ tạo một tín hiệu điện áp khoảng 600-900mV. Ngược lại, khi độ chênh lệch số ion ở hai điện cực nhỏ trong trường hợp nghèo xăng, pin oxy sẽ phát ra tín hiệu điện áp thấp khoảng 100-400 mV.
Hình 2. 16. Cảm biến oxy
2.4.6. Cảm biến tiếng gõ
Cảm biến này phát hiện tiếng gõ động cơ. Được gắn vào thân máy, gồm phần tửáp điện tạo ra một điện áp AC khi tiếng gõ gây ra rung động trong
từ 6 đến 13khz tùy loại động cơ.
Hình 2. 17. Cảm biến tiếng gõ
2.4.7. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Là một nhiệt điện trở có hệ số nhiệt âm (điện trở thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ tăng điện trở giảm và ngược lại).
Khi động cơ hoạt động, cảm biến nhiệt độ nước làm mát thường xuyên theo dõi và báo cho ECU biết tình hình nhiệt độ nước làm mát động cơ. Nếu nhiệt độ nước làm mát của động cơ thấp (động cơ vừa mới khởi động) thì ECU sẽ ra lệnh cho hệ thống phun thêm xăng khi động cơ còn nguội. Cũng thông tin về nhiệt độ nước làm mát, ECU sẽ thay đổi điểm đánh lửa thích hợp với nhiệt độ động cơ. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và điện trở R được mắc nối tiếp. Khi giá trị điện trở của cảm biến thay đổi theo sự thay đổi của nhiệt độ nước làm mát, điện áp tại cực THW cũng thay đổi theo. Dựa trên tín hiệu này ECU tăng lượng phun nhiên liệu nhằm nâng cao khả năng ổn định khi động cơ nguội.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Chương 2 đã trình bày được về hệ thống đánh lửa trên xe Toyota Vios 2020:
- Giới thiệu về hệ thống đánh lửa trên xe Toyota Vios 2020: hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bô bin với một IC đánh lửa cho một xy lanh
- Nêu được nguyên lí hoạt động của hệ thống và sơ đồ tổng quan, sơ đồ mạch điện của hệ thống đánh lửa dùng trên xe
- Trình bày được kết cấu của các chi tiết trong hệ thống đánh lửa
- Nêu được cấu tạo và nguyên lí của cảm cảm biến được dùng trong hệ thống đánh lửa
PHẦN MỀM PROTEUS
3.1. Giới thiệu về phần mềm Proteus
Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điều khiển như MCS-51, PIC, AVR, …
Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của Lancenter Electronics, mô phỏng cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho cả các MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola.
- Các bước cài đặt phần mềm:
Bước 1: Chạy setup của phần mềm sau khi tải về -> Nhấn Next Bước 2: Tích chọn I accept the terms of this agreement -> Next Bước 3: Chọn Use a locally installed lincense key –> Next Bước 4: Nhấn chọn Next
Bước 5: Tùy chọn Templates and Libraries Bước 6: Chọn cách cài đặt của phần mềm Bước 7 : Tùy chỉnh nơi cài đặt phần mềm Bước 8 : Chọn ổ đĩa mà sẽ cài đặt
Bước 9 : Tùy chọn Shortcut
Bước 10 : Install Đợi trình setup trong khoảng vài phút ! - Sử dụng phần mềm