Cuộn đánh lửa
Nhiệm vụ: cuộn đánh lửa tạo ra điện áp đủ cao tới bugi để phóng tia hồ quang giữa hai điện cực của bugi phù hợp với tín hiệu từ IC đánh lửa.
Mô tả: Cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp được quấn quanh một lõi. Số vòng dây của cuộn sơ cấp lớn hơn cuộn thứ cấp khoảng 100 lần. Một đầu của cuộn dây sơ cấp được nối với IC đánh lửa. Một đầu của cuộn thứ cấp được nối với nắp chụp của bugi. Hai đầu còn lại được nối với ăcquy.
Mỗi cuộn đánh lửa có tần số hoạt động nhỏ nên các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp ít nóng. Vì vậy, kích thước của các bôbin rất nhỏ và được gắn chặt với nắp chụp bugi. Trên mỗi bôbin có đầu để cắm giắc cắm từ ECU.
Bugi:
Nhiệm vụ: Bugi nhận dòng cao áp từ cuộn đánh lửa biến thành tia lửa để đốt cháy khí hỗn hợp trong buồng đốt vào cuối thì nén của động cơ.
Cấu tạo: một bugi gồm có các bộ phận chính sau:
- Cực trung tâm làm bằng thép hợp kim, chịu nhiệt độ cao, chống gỉ sét và không bị ăn mòn hoá học.
- Phần trên vỏ kim loại có dạng lục giác để tháo lắp bugi. - Quanh chân bugi có chân ren để vặn vào nắp máy. - Cực bên của bugi được hàn vào chân bugi.
- Phần sứ cách điện bọc trong vỏ kim loại
- Khoảng cách từ cực bên đến cực trung tâm của bugi được gọi là khe hở chấu của bugi, khe hở này từ 1,0÷1,3 mm tuỳ theo từng loại động cơ.
2.8. Chức năng điều khiển phun của ECU [1]
Trong hệ thống phun xăng điện tử (EFI), ECU động cơ có 2 chức năng chính là: - Chức năng điều khiển thời điểm phun: Quyết định khi nào từng vòi phun sẽ
phun nhiên liệu vào xy lanh.
- Chức năng điều khiển lượng phun: Quyết định bao nhiêu nhiên liệu sẽ được phun vào các xy lanh.
2.8.1. Chức năng điều khiển thời điểm phun [1]
Có nhiều phương pháp phun xăng vào các xy lanh động cơ. ECU được lập trình để phun nhiên liệu theo một phương pháp phun cụ thể. Phương pháp phun nhiên liệu bao gồm nhiều phương pháp như:
- Phun nhiên liệu đồng thời vào tất cả các xy lanh. - Phun nhiên liệu theo nhóm vào xy lanh.
- Phun nhiên liệu riêng rẽ vào từng xy lanh.
Thời điểm phun cũng khác nhau tuỳ theo từng loại động cơ. Một số động cơ luôn bắt đầu vào một thời điểm xác định trong khi một số khác thì bắt đầu phun tại thời điểm được điều khiển bởi ECU theo lượng khí nạp vào và tốc độ động cơ.
Để nhận biết được thời điểm phun thì ECU sẽ căn cứ vào tín hiệu từ cảm biến vị trí piston hay từ cảm biến vị trí trục cam.
2.8.2. Điều khiển lượng phun (khoảng thời gian phun) [1]
ECU sẽ dựa trên tín hiệu về lượng khí nạp và tốc độ động cơ để tạo ra một tín hiệu lượng phun cơ bản. Sau đó, bằng các mạch hiệu chỉnh phun khác nhau, nó hiệu chỉnh tín hiệu phun cơ bản dựa vào các tín hiệu nhận được từ các cảm biến khác (tương ứng với các chế độ vận hành khác nhau của động cơ). Các hiệu chỉnh khác nhau tuỳ thuộc vào loại động cơ, do phải tính đến các đặc tính của mỗi loại động cơ. Khi đó, ECU xác định được tín hiệu về lượng phun thực tế tối ưu. Tín hiệu phun này sau đó được khuyếch đại để kích hoạt vòi phun.
Như vậy, khoảng thời gian phun nhiên liệu thực tế được xác định bởi 2 yếu tố: - Khoảng thời gian phun cơ bản.
- Khoảng thời gian hiệu chỉnh.
2.8.3. Điều khiển phun khi khởi động [1]
Trong khi động cơ đang quay khởi động, rất khó nhận biết được chính xác áp suất đường ống nạp hay lượng khí nạp bằng cảm biến áp suất đường ống nạp hay cảm biến lưu lượng khí nạp do có sự dao động lớn về tốc độ động cơ. Vì lý do đó, ECU động cơ sẽ chọn một khoảng thời gian phun cơ bản lưu trong bộ nhớ của nó phù hợp với nhiệt độ nước làm mát động cơ mà không tính đến áp suất đường ống hay lượng khí nạp và
Các tín hiệu liên quan gồm:
- Nhiệt độ nước làm mát (THW) - Nhiệt độ khí nạp (THA)
- Điện áp accquy (+B) - Tín hiệu khởi động (STA)
Hình 2.34 - Tính toán thời gian phun khi khởi động2.8.4. Điều khiển sau khi khởi động [1] 2.8.4. Điều khiển sau khi khởi động [1]
Khi động cơ đang chạy với tốc độ ổn định lớn hơn một tốc độ nhất định (sau khởi động), ECU xác định khoảng thời gian phun như sau:
Trong đó:
tinj: khoảng thời gian phun thực tế (ms). tcb: thời gian phun cơ bản (ms).
thc: thời gian phun hiệu chỉnh (ms).
Hình 2.35 - Sơ đồ tính toán thời gian phun sau khi khởi động.
Khoảng thời gian phun cơ bản
Đây là khoảng thời gian phun cơ bản nhất và nó được xác định bởi áp suất đường ống nạp (tín hiệu PIM) hay lượng nạp vào (tín hiệu VS, KS và VG) và tốc độ động cơ (NE). Bộ nhớ trong của ECU động cơ có chứa các số liệu về khoảng thời gian phun cơ bản khác nhau tương ứng với các tín hiệu nhận được.
Các tín hiệu liêu quan gồm:
- Tín hiệu về khối lượng khí nạp (PIM, VS, KS, VG). - Tín hiệu tốc độ động cơ (NE).
Các hiệu chỉnh phun
Động cơ sẽ không hoạt động tốt chỉ với lượng phun cơ bản (mà việc tính toán dựa trên tỷ lệ không khí - nhiên liệu lý thuyết). Bởi vì, động cơ còn phải vận hành dưới rất nhiều chế độ và do đó, cần phải hiệu chỉnh tỷ lệ không khí - nhiên liệu tùy theo các chế độ khác nhau này.
ECU động cơ liên tục được thông báo về điều kiện hoạt động của động cơ tại từng thời điểm bằng các tín hiệu từ các cảm biến. Sau đó, nó thực hiện hiệu chỉnh khoảng thời gian phun cơ bản dựa trên các tín hiệu này.
Hiệu chỉnh làm đậm ngay sau khi khởi động
Ngay lập tức sau khi khởi động (tốc độ động cơ lớn hơn một giá trị mức xác định, tín hiệu khởi động (STA) tắt), sự làm đậm nhiên liệu trong quá trình khởi động không mất ngay mà vẫn tiếp tục trong một thời gian nữa nhưng giảm dần với một tốc độ không đổi theo nhiệt độ nước làm mát. Nếu nhiệt độ nước làm mát càng thấp thì thời gian làm đậm ngay sau khi khởi động càng nhiều.
Việc kéo dài quá trình làm đậm ngay sau khi khởi động này nhằm mục đích ổn định sự hoạt động của động cơ sau khởi động, đồng thời góp phần làm ấm máy.
Hình 2.36 - Sự thay đổi lượng phun trong và ngay sau khi khởi động
Các tín hiệu liên quan:
- Tín hiệu khởi động (STA). - Nhiệt độ nước làm mát (THW).
Hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp
Mật độ của không khí sẽ thay đổi theo nhiệt độ của nó. Do vậy, ECU động cơ luôn phải nhận được thông tin chính xác về nhiệt độ khí nạp (bằng cảm biến nhiệt độ khí nạp) sao cho nó có thể điều chỉnh khoảng thời gian phun nhằm đạt tỷ lệ không khí - nhiên liệu chính xác nhất.
Để thực hiện mục đích này, ECU động cơ sẽ lấy 20oC làm nhiệt độ tiêu chuẩn và lượng nhiên liệu sẽ tăng lên khi nhiệt độ khí nạp thấp hơn và ngược lại sẽ giảm xuống
Hiệu chỉnh làm đậm khi hâm nóng động cơ
Do nhiên liệu bay hơi kém khi động cơ còn lạnh nên động cơ sẽ chạy kém nếu không cung cấp cho nó một hỗn hợp đậm hơn. Vì vậy, khi nhiệt độ nước làm mát còn thấp, cảm biến nhiệt độ nước làm mát sẽ thông báo cho ECU động cơ để tăng lượng nhiên liệu phun nhằm bù lại cho đến khi nhiệt độ động cơ đạt đến một giá trị xác định.
Khi nhiệt độ nước đặc biệt thấp, hiệu chỉnh này sẽ tăng gấp đôi lượng phun. Tín hiệu liên quan: Nhiệt độ nước làm mát (THW).
Hiệu chỉnh làm đậm khi trợ tải
Khi động cơ hoạt động dưới chế độ tải nặng, cần tăng lượng nhiên liệu phun theo tải để đảm bảo cho động cơ hoạt động tốt.
Các phương pháp dùng để nhận biết tải của động cơ là nặng hay nhẹ khác nhau tuỳ thuộc vào kiểu động cơ. Trong một số động cơ, nó được xác định bằng độ mở của bướm ga, một số khác thì xác định thông qua lượng khí nạp.
Hiệu chỉnh làm đậm sẽ tăng lên khi bướm ga mở lớn hơn 50o đến 60o so với vị trí đóng (chế độ toàn tải). Khi khối lượng không khí nạp càng lớn hay tốc độ động cơ càng cao thì tỉ lệ của lượng tăng này càng lớn.
Tín hiệu liên quan:
- Vị trí bướm ga (PSW, VTA). - Công tắc Kick-down đóng (KD).
Hiệu chỉnh tỷ lệ khí khi chuyển tiếp giữa các chế độ
Chuyển tiếp là thời điểm mà khi đó tốc độ động cơ thay đổi, tăng hay giảm tốc độ. Trong quá trình chuyển tiếp, lượng phun phải tăng hay giảm để đảm bảo tính năng hoạt động của động cơ.
Hiệu chỉnh làm đậm khi tăng tốc
Khi ECU động cơ nhận thấy xe đang tăng tốc bằng tín hiệu từ các cảm biến, nó sẽ tăng lượng phun để nâng cao tính năng tăng tốc. Giá trị hiệu chỉnh ban đầu được xác định bằng nhiệt độ nước làm mát và mức độ tăng tốc. Việc hiệu chỉnh trong lúc tăng tốc tăng lên mạnh khi bắt đầu tăng tốc và sau đó giảm dần cho đến khi việc tăng này kết thúc. Hơn nữa, việc tăng tốc càng nhanh thì lượng phun nhiên liệu càng lớn.
Tín hiệu liên quan:
- Vị trí bướm ga (VTA, TL). - Nhiệt độ nước làm mát (THW).
Hình 2.37 - Hiệu chỉnh phun khi tăng tốc.
Hiệu chỉnh làm nhạt khi giảm tốc
Khi ECU động cơ nhận thấy động cơ đang giảm tốc, nó giảm lượng phun để tránh cho hỗn hợp quá đậm trong khi giảm tốc.
Tín hiệu liên quan: Vị trí bướm ga (VTA, TL, ACC1, ACC2).
Hiệu chỉnh hồi tiếp tỷ lệ không khí - nhiên liệu
Khi có các dao động không lớn về tải trọng cũng như về tốc độ động cơ, như là khi chạy không tải hoặc chạy ở tốc độ không đổi sau khi đã được hâm nóng, nhiên liệu được cung cấp căn cứ vào lượng không khí nạp vào đảm bảo hỗn hợp không khí-nhiên liệu gần với tỷ lệ không khí-nhiên liệu lý thuyết. Khi đó, ECU sẽ tiến hành hiệu chỉnh khoảng thời gian phun ở chế độ điều khiển kín (theo tín hiệu hồi tiếp về tỷ lệ không khí - nhiên liệu).
ECU sẽ hiệu chỉnh khoảng thời gian phun dựa trên tín hiệu từ cảm biến nồng độ oxy hoặc cảm biến hỗn hợp nhạt để duy trì tỷ lệ không khí - nhiên liệu trong khoảng
- Trong khi khởi động.
- Trong khi làm đậm sau khởi động. - Trong khi làm đậm tăng tốc. - Trong khi làm đậm để trợ tải.
- Khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn một giá trị xác định. - Khi xảy ra cắt nhiên liệu.
- Khi cảm biến oxy hay cảm biến hỗn hợp nhạt không hoạt động hoặc hoạt động không chính xác.
ECU sẽ so sánh điện áp của tín hiệu từ cảm biến oxy (hoặc cảm biến hỗn hợp nhạt) với điện áp đã định trước. Nếu điện áp của tín hiệu cao hơn hay thấp hơn so với điện áp đó, nó nhận thấy tỷ lệ không khí - nhiên liệu là đậm hơn hay nhạt hơn so với tỷ lệ lý thuyết mà tiến hành hiệu chỉnh lượng phun cho phù hợp.
Hình 2.38 - Hiệu chỉnh hồi tiếp tỷ lệ không khí - nhiên liệu
So với cảm biến oxy thì tín hiệu từ cảm biến hỗn hợp nhạt chính xác hơn, có dải làm việc rộng hơn, cho phép xác định chính xác tỷ lệ hòa khí.
Tín hiệu liên quan:
- Tín hiệu từ cảm biến oxy (OX).
- Tín hiệu từ cảm biến hỗn hợp nhạt (A/F).
Hiệu chỉnh điều khiển khí xả CO
Với các xe không trang bị cảm biến oxy hay hỗn hợp nhạt thì lượng phun có thể được điều chỉnh không tự động bằng một biến trở để điều chỉnh nồng độ của khí CO trong thời gian chạy không tải.
Nếu xoay biến trở về bên R thì làm cho nồng độ CO đậm lên và xoay về bên L để nồng độ CO nhạt đi. Tuy nhiên, với các xe có trang bị cảm biến oxy hay cảm biến hỗn hợp nhạt thì việc hiệu chỉnh CO là không cần thiết trong thời gian chạy không tải vì các xe này được tự động điều chỉnh đến tỷ lệ không khí - nhiên liệu thích hợp bằng tín hiệu từ cảm biến. ECU động cơ cũng giảm hàm lượng CO bằng cách điều khiển lượng phun theo tốc độ động cơ.
Hình 2.39 - Hiệu chỉnh điều khiển khí xả CO
Tín hiệu liên quan: - Biến trở (VAF). - Tốc độ động cơ (NE).
Cắt nhiên liệu
+ Cắt nhiên liệu khi giảm tốc đột ngột
Trong quá trình động cơ đang hoạt động, bướm ga đóng hoàn toàn (tiếp điểm IDL bật, góc mở bướm ga <5o), hoặc công tắc đèn phanh bật (phanh bằng động cơ) mà tốc độ động cơ cao, ECU sẽ xác định rằng động cơ đang giảm tốc đột ngột. Khi đó, ECU sẽ ngắt kim phun để cải thiện tính kinh tế nhiên liệu, tăng hiệu ứng hãm của động cơ và giảm đáng kể lượng khí thải.
- Vị trí bướm ga (IDL, VTA). - Tốc độ động cơ (NE). - Công tắc điều hòa (A/C). - Công tắc đèn phanh (STP).
+ Cắt nhiên liệu khi tốc độ động cơ cao
Nếu động cơ chạy quá cao sẽ làm tăng mài mòn của các chi tiết, tăng lượng nhiên liệu tiêu hao và gây mất an toàn. Vì vậy, ở các động cơ cao tốc dùng trên ôtô thì ECU sẽ được lập trình để hạn chế tốc độ. Mỗi loại động cơ sẽ có giá trị tốc độ quay lớn nhất cho phép no đã được lập trình sẵn từ trước (tương ứng với nhiệt độ nước làm mát).
Khi tốc độ động cơ vượt quá ngưỡng trên, ECU sẽ điều khiển cắt nhiên liệu. Việc phun nhiên liệu sẽ được tiếp tục khi tốc độ động cơ giảm xuống tới một giá trị xác định nào đó.
Như vậy, việc điều khiển “Ngừng/Phun” nhiên liệu của ECU sẽ làm cho tốc độ động cơ dao động trong một khoảng nhất định đã được định.
Hình 2.40 - Giới hạn tốc độ quay lớn nhất của động cơ
Giá trị tốc độ lớn nhất cho phép no của động cơ phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát. Nếu nhiệt độ nước làm mát càng thấp thì tốc độ lớn nhất cho phép no sẽ tăng lên và ngược lại. Do vậy, tốc độ cắt nhiên liệu và tốc độ phun nhiên liệu trở lại sẽ tăng lên khi nhiệt độ nước làm mát còn thấp và ngược lại (như hình 2.36).
Hình 2.41 - Giới hạn tốc độ cắt nhiên liệu và phun trở lại theo nhiệt độ nước làm mát
Tín hiệu liên quan: - Tốc độ động cơ (NE).
- Nhiệt độ nước làm mát (THW).
+ Cắt nhiên liệu khi tốc độ xe cao
Trong một số kiểu xe, việc phun nhiên liệu giảm đi khi tốc độ xe vượt quá một giá trị xác định. Nhiên liệu sẽ phun trở lại khi tốc độ giảm đến một giá trị nhất định. Tốc độ cắt nhiên liệu của động cơ và tốc độ phun trở lại sẽ cao hơn khi nhiệt độ nước làm mát thấp.
Tín hiệu liên quan: Tốc độ xe (SPD).
Hiệu chỉnh ổn định không tải (chỉ cho loại D-EFI)
Ở các chế độ không tải: Không tải chuẩn (nkt =750÷900 vòng/phút), không tải nhanh (nkt =2300÷3000 vòng/phút), không tải cưỡng bức được đảm bảo nhờ thay đổi lượng khí nạp qua đường khí không tải bằng bộ điều khiển không tải (van ISC). ECU sẽ tính toán lượng phun nhiên liệu đảm bảo cho động cơ hoạt động không tải căn cứ vào lượng khí nạp trên. Tuy nhiên, tốc độ lưu thông của dòng khí thấp, khả năng hòa trộn khí nhiên liệu thấp, đồng thời để động cơ có thể hoạt động ổn định ở chế độ không tải thì ECU thường hiệu chỉnh tỷ lệ hòa khí theo hướng hơi đậm.