3.2.4. Bộ xử lí và điều khiển trung tâm ECU Vai trò 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.
Cấu tạo ECU
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.
Cơ cấu đánh lửa
Sự nổ của hỗn hợp hòa khí do tia lửa từ bugi được gọi chung là sự bốc cháy. Tuy nhiên, sự bốc cháy không phải xảy ra tức khắc, mà diễn ra như sau: Tia lửa xuyên qua hỗn hợp hòa khí từ điện cực trung tâm đến điện cực nối mát. Kết quả là phần hỗn hợp hòa khí dọc theo tia lửa bị kích hoạt, phản ứng hoá học (ôxy hoá) xảy ra, và sản sinh ra nhiệt để hình thành “nhân ngọn lửa”. Nhân ngọn lửa này lại kích hoạt hỗn hợp hòa khí bao quanh, và phần hỗn hợp này lại kích hoạt chung quanh nó. Cứ như thế nhiệt của nhân ngọn lửa được mở rộng ra trong một quá trình lan truyền ngọn lửa để đốt cháy hỗn hợp hòa khí. Nếu nhiệt độ của các điện cực quá thấp hoặc khe hở giữa các điện cực quá nhỏ, các điện cực sẽ hấp thụ nhiệt toả ra từ tia lửa. Kết quả là nhân ngọn lửa bị tắt và động cơ không nổ. Hiện tượng này được gọi là sự dập tắt điện cực. Nếu hiệu ứng dập tắt điện cực này lớn thì nhân ngọn lửa sẽ bị tắt.
. Hình 3. 13. Cơ cấu đánh lửa
Đặc tính đánh lửa
Các yếu tố sau đây có ảnh hưởng đến hiệu quả đánh lửa của bugi: Hình dáng điện cực và đặc tính phóng điện.
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.
Khoảng thời gian thay thế bugi: Kiểu bugi thông thường: sau 10.000 đến 60.000 km Kiểu có điện cực platin hoặc iridium: sau 100.000 đến 240.000 km. Khoảng thời gian thay bugi có thể thay đổi tuỳ theo kiểu xe, đặc tính động cơ, và nước sử dụng.
Khe hở điện cực và điện áp yêu cầu.
Khi bugi bị ăn mòn thì khe hở giữa các điện cực tăng lên, và động cơ có thể bỏ máy. Khi khe hở giữa cực trung tâm và cực nối mát tăng lên, sự phóng tia lửa giữa các điện cực trở nên khó khăn. Do đó, cần có một điện áp lớn hơn để phóng tia lửa. Vì vậy cần phải định kỳ điều chỉnh khe hở điện cực hoặc thay thế bugi.
Nếu có thể cung cấp đủ điện áp cần thiết cho dù khe hở điện cực tăng lên thì bugi sẽ tạo ra tia lửa mạnh, mồi lửa tốt hơn. Vì thế, trên thị trường có những bugi có khe hở rộng đến 1,1 mm.
Các bugi có điện cực platin hoặc iridium không cần điều chỉnh khe hở vì chúng không bị mòn (chỉ cần thay thế).
Nhiệt độ tự làm sạch
Khi bugi đạt đến một nhiệt độ nhất định, nó đốt cháy hết các muội than đọng trên khu vực đánh lửa, giữ cho khu vực này luôn sạch. Nhiệt độ này được gọi là nhiệt độ tự làm sạch. Tác dụng tự làm sạch của bugi xảy ra khi nhiệt độ của điện cực vượt quá 4500C. Nếu các điện cực chưa đạt đến nhiệt độ tự làm sạch này thì muội than sẽ tích luỹ trong khu vực đánh lửa của bugi. Hiện tượng này có thể làm cho bugi không đánh lửa được tốt.
Hình 3.15.
Nhiệt độ tự bén lửa
Nếu bản thân bugi trở thành nguồn nhiệt và đốt cháy hỗn hợp hòa khí mà không cần đánh lửa, thì hiện tượng này được gọi là “nhiệt độ tự bén lửa”. Hiện tượng tự bén lửa xảy ra khi nhiệt độ của điện cực vượt quá 9500 C. Nếu nó xuất hiện, công suất của động cơ sẽ giảm sút vì thời điểm đánh lửa không đúng, và các điện cực hoặc piston có thể bị chảy từng phần.
Bugi là chi tiết phản ánh tình trạng làm việc của động cơ. Việc quan sát bugi sau một thời gian làm việc sẽ giúp rất nhiều trong việc chẩn đoán động cơ.
Quá trình điều khiển đánh lửa
Hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình 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 vào ECU từ các cảm biến ghi nhận từ động cơ, từ các tín hiệu này bộ vi xử lý của ECU sẽ tính toán đưa ra các góc đánh lửa sớm tối ưu phù hợp với điều kiện làm việc hiện tại của động cơ.
Việc đánh lửa điều khiển theo chương trình được chia làm hai giai đoạn làm việc cơ bản: điều khiển đánh lửa khi khởi động và điều khiển đánh lửa sau khi khởi động.
Điều khiển đánh lửa khi khởi động
Điều khiển đánh lửa khi khởi động được thực hiện ngay sau khi ECU nhận được tín hiệu Ne. Góc đánh lửa này tương ứng với thời điểm đánh lửa ban đầu, bd = 5o ÷ 15o được lưu sẵn trong bộ nhớ. Khi có tín hiệu khởi động mạch chuyển đổi trạng thái (có thể nằm trong hoặc ngoài ECU) sẽ nối đường IGT sang vị trí ST. Khi đó xung IGT được điều khiển bởi Back up IC (IC dự phòng) thông qua hai tín hiệu G và Ne. Nếu động cơ đã nổ thì IGT sẽ được nối sang vị trí After ST (sau khởi động) và việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm được thực hiện bởi ECU.
Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động
Sau khi điều khiển động cơ, ECU sẽ nhận tín hiệu từ các cảm biến và hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm tùy theo chế độ làm việc của động cơ. Các hiệu chỉnh khác nhau (dựa trên các tín hiệu từ cảm biến có liên quan) được thêm vào góc điều khiển thời điểm đánh lửa ban đầu và thêm vào góc đánh lửa sớm cơ bản. Đây là việc điều chỉnh khi động cơ đang chạy sau khi đã khởi động. Việc điều chỉnh được thực hiện bằng cách tiến hành các hiệu chỉnh khác nhau đối với góc thời điểm đánh lửa ban đầu và góc đánh lửa sớm cơ bản. Thời điểm đánh lửa = góc thời điểm đánh lửa ban đầu + góc đánh lửa sớm + góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh. Khi thực hiện việc điều chỉnh đánh lửa sau khi khởi động, tín hiệu IGT được bộ sử lý tính toán và truyền qua IC dự trữ này.
Quá trình điều khiển đánh lửa
Hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình 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 vào ECU từ các cảm biến ghi nhận từ động cơ, từ các tín hiệu này bộ vi xử lý của ECU sẽ tính toán đưa ra các góc đánh lửa sớm tối ưu phù hợp với điều kiện làm việc hiện tại của động cơ.
Việc đánh lửa điều khiển theo chương trình được chia làm hai giai đoạn làm việc cơ bản: điều khiển đánh lửa khi khởi động và điều khiển đánh lửa sau khi khởi động.
Điều chỉnh góc đánh lửa sớm
Hiệu chỉnh để hâm nóng
Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, góc đánh lửa sớm hơn để cải thiện khả năng làm việc. Góc đánh lửa sớm lên xấp xỉ 15 độ.
Hiệu chỉnh khi quá nhiệt độ
Khi nhiệt độ của nước làm mát quá cao thời điểm đánh lửa được làm muộn đi để tránh tiếng gõ và quá nóng. Góc làm muộn được hiệu chỉnh tối đa là 5 độ.
.
Hình 3. 18. Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm
Hiệu chỉnh để tốc độ chạy không tải được ổn định
Nếu tốc độ chạy không tải cao khi khởi động vẫn tiếp tục hoặc tốc độ động cơ vượt quá tốc độ không tải chuẩn thì ECU sẽ điều chỉnh thời điểm đánh lửa muộn đi để động cơ chạy ở tốc độ không tải chuẩn. ECU liên tục tính toán tốc độ trung bình của động cơ, nếu tốc độ động cơ giảm xuống dưới tốc độ không tải chuẩn, ECU sẽ điều khiển làm sớm thời điểm đánh lửa lên. Góc thời điểm đánh lửa có thể được hiệu chỉnh tối đa là +-5 độ.
3.2.5. Nguyên lí hoạt động của hệ thống đánh lửa
.
Hình 3. 20. Hiệu chỉnh góc đánh lửa ở chế độ không tải được ổn định
ECU động cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau và xác định thời điểm đánh lửa tối ưu. ECU động cơ gửi tín hiệu đánh lửa IGT đến cuộn đánh lửa có IC đánh lửa, tín hiệu đánh lửa IGT được gửi đến IC đánh lửa theo thứ tự đánh lửa của động cơ (1-3-4-2). Cuộn đánh lửa, với dòng sơ cấp được ngắt đột ngột sẽ sinh ra dòng điện cao áp. Tín hiệu IGF được gửi đến ECU động cơ khi dòng sơ cấp vượt quá một trị số đã định. Dòng cao áp phát ra từ cuộn thứ cấp sẽ được dẫn đến bugi và gây đánh lửa.
Nhờ vào chính cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston – thì công dụng của cảm biến này có chức năng sẽ giúp cho ECU xác định được thời điểm đánh lửa, cùng với thời điểm phun xăng tối ưu nhằm giúp cho việc cải thiện hiệu suất và khả năng tiêu thụ của nhiên liệu.
– Bên cạnh đó, đối với những cảm biến khác như: vị trí bướm ga giúp xác định lưu lượng không khí nạp, sau đó gửi đến ECU giúp tính toán lại lượng nhiên liệu phun thích hợp với từng chế độ tải, song song với đó chính là các dữ liệu về tốc độ động cơ, tải, và nhiệt độ… nhờ vậy mà các cảm biến mã hoá tín hiệu rồi đưa vào ECU xử lý rồi tính toán để có thể đưa ra góc đánh lửa sớm tối ưu theo từng chế độ hoạt động của động cơ.
Chú ý:
Hệ thống đánh lửa sử dụng trên động cơ xăng phải đáp ứng đủ 5 tiêu chí:
- Phải đảm bảo hiệu điện thế đủ để tạo ra được tia lửa điện, phóng qua
khe hở giữa các điện cực của bugi.
- Tia lửa điện phải có năng lượng đủ lớn để đốt cháy được hỗn hợp làm việc trong mọi điều kiện làm việc của động cơ.
- Thời điểm đánh lửa phải tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lý nhất ở mọi chế độ làm việc của động cơ.
- Độ tin cậy làm việc của hệ thống đánh lửa phải tương ứng với độ tin cậy làm việc của động cơ.
CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH CHUẨN ĐOÁN HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE CAMRY
4.1 Những hư hỏng của hệ thống đánh lửa
Hỏng biến áp
Hỏng bộ chia điện
Hỏng bugi
4.2 Quy trình kiểm tra
4.2.1. Kiểm tra hệ thống đánh lửa ngay trên xe
Mục đích: để kiểm tra xem có đánh lửa không. Bước 1: tháo nắp đậy nắp quy lát
Bước 2: ngắt 4 giắc nối vào cuộn đánh lửa Bước 3: tháo 4 bulông và cuộn đánh lửa Bước 4: tháo 4 bugi
Bước 5: lắp bugi vào cuộn dây đánh lửa và nối giắc cuộn đánh lửa Bước 6: ngắt 4 giắc nối vòi phun nhiên liệu
Bước 7: tiếp mát cho bugi
Bước 8: quan sát xem có tia lửa phát ra ở đầu điện cực của bugi hay không
Chú ý:
Nối mát cho bugi khi kiểm tra.
Thay cuộn đánh lửa khi nó đã bị va đập.
Không được quay khởi động động cơ lâu hơn 2 giây.
4.2.2. Kiểm tra bugi.
Kiểm tra điện cực:
Đo điện trở cách điện. Điện trở tiêu chuẩn trên 10MΩ.
Nếu điện trở không nư tiêu chuẩn thì làm sạch bugi và thử lại lần nữa. Nếu không có MΩ kế thì kiểm tra như sau:
Tăng ga nhanh để đạt tốc độ động cơ 4,000 vòng/phút trong 5 lần. Tháo bugi.
Kiểm tra bằng cách quan sát bugi
Nếu điện cực khô, bugi hoạt động đúng chức năng.
Kiểm tra hư hỏng ở phần ren và phần cách điện của bugi. Nếu có hư hỏng, hãy thay thế bugi.
Kiểm tra khe hở điện cực của bugi.
Khe hở điện cực lớn nhất cho bugi cũ: 1.1 mm (0.043 in). Nếu khe hở điện cực lớn hơn giá trị lớn nhất, hãy thay thế bugi. Khe hở điện cực của bugi mới: 0.7 đến 0.8 mm (0.028 đến 0.032 in). Làm sạch các bugi. Nếu điện cực bị bám muội cacbon, hãy làm sạch bugi bằng máy làm sạch sau đó làm khô nó.
Gợi ý: Chỉ dùng máy làm sạch bugi khi điện cực đã sạch dầu. Nếu điện cực có bám dầu, thì dùng xăng để làm sạch dầu trước khi dùng máy làm sạch.
4.2.3. Quy trình kiểm tra hệ thống đánh lửa
Bước 1: Kiểm tra rằng giắc nối phía dây điện của cuộn đánh lửa đã được cắm chắc chắn.
Nếu đã cắm chắc chắn thì đi đến bước 2. Nếu giắc nối bị lỏng thì lắp lại cho chắc chắn.
Bước 2: Tiến hành thử đánh lửa cho mỗi cuộn đánh lửa.
Nếu không có lửa thì thay thế cuộn đánh lửa đó bằng chiếc còn tốt và tiến hành thử lại 1 lần nữa.
Nếu vẫn không có lửa thì đi tới bước 3. Bước 3: Kiểm tra bugi.
Nếu bugi hỏng thì thay thế.
Nếu bugi còn tốt thì đi đến bước 4.
Bước 4: Kiểm tra sự cấp nguồn đến cuộn đánh lửa có IC đánh lửa. Bật khóa điện ON. Kiểm tra rằng có điện áp ắc quy tại cực dương (+) của cuộn đánh lửa. Nếu không có điện áp thì kiểm tra dây điện giữa khóa điện và cuộn dây đánh lửa có IC đánh lửa.