Bao gồm cảm biến Hall, bộ điều khiển, khối lắp ghép kim phun và dây điện. - Bộ điều khiển quyết định việc cung cấp bao nhiêu nhiên liệu cần thiết cho động
cơ thơng qua các tín hiệu phát ra từ các cảm biến.
- Bộ điều khiển cấp tín hiệu điều khiển kim phun chính xác theo thời gian: xác định độ rộng của xung đưa đến kim phun hoặc thời gian phun để tạo ra một tỷ lệ LPG và khơng khí thích hợp.
2.1.1. Tín hiệu đầu vào (cảm biến Hall đo tốc độ động cơ)
Cảm biến Hall là loại cảm biến dùng để phát hiện từ tính của nam châm. Khi đưa một cục nam châm lại gần cảm biến Hall thì cảm biến sẽ phát ra một tín hiệu và từ tín hiệu đó có thể điều khiển một cơng việc nào đó. Cơng dụng của cảm biến này là để hộp điều khiển xác định thời điểm đánh lửa và cả thời điểm phun [6].
Hình 2. 1: Cảm biến Hall NJK-5002CNPN
Hiệu ứng Hall là một hiệu ứng vật lý được thực hiện khi áp dụng một từ trường vng góc lên thanh Hall đang có dịng điện chạy qua. Lúc đó, ta nhận được một hiệu điện thế U sinh ra tại 2 mặt đối diện thanh Hall.
Hình 2. 2: Hiệu ứng Hall
Có hai loại cảm biến Hall. Một loại có đầu ra là tín hiệu Analog và một loại có đầu ra Digital. Loại cảm biến đầu ra là tín hiệu Analog thường được sử dụng làm cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến có đầu ra là tín hiệu digital thường được sử dụng làm cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến tốc độ xe.
Cảm biến có đầu ra là tín hiệu digital chỉ cung cấp hai trạng thái đầu ra, “ON” hoặc “OFF”. Các loại cảm biến này có thêm phần tử Schmitt Trigger (giữ chậm) cung cấp độ trễ hoặc hai ngưỡng khác nhau để đầu ra cao hoặc thấp.
2.1.2. Bộ điều khiển
2.1.2.1. Công dụng và nhiệm vụ của bộ điều khiển
Bộ điều khiển đảm nhận nhiệm vụ là kiểm soát mọi thứ liên quan đến hoạt động cũng như hiệu suất động cơ như: vòng tua máy (RPM) hay phun LPG và thời điểm phun LPG cùng thời điểm đánh lửa, cường độ dòng điện đánh lửa hay điều chỉnh hỗn hợp LPG – gió (hồ khí),… và cịn nhiều cơng dụng nữa tùy vào từng loai động cơ. Sau đó, nó được truyền về bộ điều khiển xử lý tín hiệu và đưa ra mệnh lệnh yêu cầu các cơ cấu chấp hành phải thực hiện các nhiệm vụ như: điều khiển nhiên liệu, góc đánh lửa. Mặt khác, cơ cấu chấp hành này phải luôn đảm bảo thực hiện theo hiệu lệnh bộ điều khiển và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ cảm biến để đem lại sự chính xác và thích ứng cần thiết. Với mục đích làm giảm tối đa chất độc hại trong khí thải và giúp cải thiện lượng tiêu hao nhiên liệu và đảm bảo công suất ở các chế độ hoạt động của động cơ đã được cài đặt trước. Đặc biệt là giúp cho việc chẩn đoán “bệnh” của động cơ một cách nhanh chóng.
2.1.2.2. Cấu tạo của bộ điều khiển
Bộ điều khiển trên ơ tơ và xe máy dịng EFI (điều khiển điện tử) hay còn gọi là ECU là sự tập hợp của nhiều modul khác nhau: ổn áp, mạch khuyếch đại, chuyển đổi Analog sang Digital và ngược lại, vi điều khiển, thạch anh tạo dao động, mạch tách tín hiệu,… Tất cả được tích hợp trên một bo mạch cứng qua đó tín hiệu được truyền cho nhau với tốc độ nhanh hơn, tiết kiệm năng lượng và ổn định hơn.
2.1.2.3. Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển
Việc điều khiển góc đánh lửa sớm và góc ngậm điện sẽ được máy tính đảm nhận. Các thống số như tốc độ động cơ, tải, nhiệt độ được các cảm biến mã hóa tín hiệu đưa vào ECU xử lý và tính tốn để đưa ra góc đánh lửa sớm tối ưu theo từng chế độ hoạt động của động cơ [7]. Cuối cùng, các bộ phận thực thi sẽ phải thực hiện đúng
theo những dữ liệu mà bộ điều khiển truyền đến để đảm bảo động cơ vận hành ổn định và hiệu quả nhất.
2.1.3. Cơ cấu chấp hành
Ba yếu tố quan trọng của động cơ đánh lửa cưỡng bức là: Hỗn hợp khơng khí nhiên liệu (hịa khí) tốt, sức nén tốt và đánh lửa tốt. Hệ thống đánh lửa tạo ra một tia
lửa mang năng lượng phù hợp, vào thời điểm chính xác để đốt cháy sạch hỗn hợp hịa khí.
Bao gồm bét phun, các rơle, công tắc điện từ, sử dụng điện áp 12V và tiêu thụ công suất lớn hơn rất nhiều so với điện áp cung cấp từ cổng ra của vi điều khiển. Vi điều khiển đưa ra tín hiệu dạng xung để điều khiển cơ cấu chấp hành.
2.1.3.1. Đánh lửa
Hình 2. 3: Hệ thống đánh lửa điện tử
a. Bobin đánh lửa
Chức năng và nhiệm vụ: Bobin nằm giữa ECM và Bugi, Bobin có khả năng
biến hiệu điện thế thấp từ 6 đến 24V từ hai cực của bình ắc quy thành xung điện có hiệu điện thế lên 12000 - 40000V để phát ra tia lửa điện trên Bugi. Nhờ vậy mà nó có vai trị cực kỳ quan trọng trong việc hỗ trợ bugi đánh lửa.
Cấu tạo: Cấu tạo của bobin gồm có: cuộn dây sơ cấp, cuộn dây thứ cấp và dây
Hình 2. 4: a IC tích hợp bobbin, b đầu chụp nến đánh lửa
Một cuộn dây có ít vịng được gọi là cuộn sơ cấp, quấn xung quanh cuộn dây sơ cấp nhưng nhiều vòng hơn là cuộn dây thứ cấp. Cuộn thứ cấp có số vịng lớn gấp hàng trăm lần cuộn sơ cấp [2]. Điện thế cao hơn được sinh ra chính là nhờ cảm ứng từ giữa hai cuộn dây này.
Nguyên lý hoạt động: Dòng điện bắt đầu chạy từ cuộn sơ cấp. Tại thời điểm
được đánh lửa, ECM sẽ làm cho dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp và sẽ ngắt đột ngột. Đến lúc dịng điện sơ cấp này bị ngắt thì từ trường điện do cuộn sơ cấp sinh ra sẽ bị giảm một cách đột ngột. Đúng theo nguyên tắc, lúc này, cuộn dây thứ cấp lại sinh ra một dòng điện để chống lại sự biến đổi do từ trường. Số vòng của cuộn thứ cấp lớn gấp nhiều lần cuộn sơ cấp nên dòng điện sẽ được tăng cao hơn. Đây chính là dịng điện giúp bugi đánh lửa thông qua cuộn dây cao áp.
b. Bugi
Chức năng và nhiệm vụ: Bugi xe là một bộ phận quan trọng ảnh hưởng đến khả năng vận hành của động cơ xe máy. Bugi có nhiệm vụ bật tia lửa điện giữa 2 điện cực – cực trung tâm và cực bên nối mát – để đốt cháy hỗn hợp hồ khí đã được nén ở buồng đốt, bên cạnh đó bugi phải tản nhiệt thật nhanh để giảm bớt áp lực trong buồng đốt [2].
Cấu tạo: Cấu tạo như hình vẽ bên gồm ba phần chính: Điện cực trung tâm, vỏ cách điện và vùng nhiệt bugi.
b a
Hình 2. 5: Cấu tạo Bugi [2]
Nguyên lý hoạt động: Về lý thuyết thì khá đơn giản, nó là cơng cụ để nguồn điện phát ra hồ quang qua một khoảng trống (giống như tia sét). Nguồn điện này phải có điện áp rất cao để tia lửa có thể phóng qua khoảng trống và phát ra tia lửa mạnh. Thông thường, điện áp giữa hai cực của nến điện khoảng từ 12.000 đến 40.000V.
2.1.3.2. Phun nhiên liệu
a. Bộ điều áp
Bộ điều áp có tác dụng làm giảm áp suất của các luồng khí đi qua nó. Nó được cấu tạo từ hợp kim đồng với độ bền bỉ cùng độ an toàn cao, bên cạnh đó nó có thể làm việc ở điều kiện áp suất lớn. Bộ điều áp được ứng dụng nhiều trong các khu công nghiệp, nhà máy sản xuất và ở các hộ gia đình.
Cấu tạo của bộ điều áp gồm những phần chính sau:
- Thân van làm từ chất liệu đồng, gang, đồng mạ crom, là nơi làm việc trực tiếp của khí gas.
- Núm điều chỉnh đùng để điều chỉnh áp suất tăng, giảm của khí gas. - Đầu lắp bình khí dùng để kết nối với bình gas.
- Đầu khí ra là nơi kết nối với hệ thống gas.
Hình 2. 6: Cấu tạo của bộ điều áp
Nguyên lý hoạt động: Ở đầu ra của van giảm áp luôn được cài đặt áp lực bé hơn ở đầu vào. Khi có dịng lưu chất qua van, tùy vào áp lực của dòng chảy, áp lực càng bé khoảng cách của piston và đầu ra càng bé, áp lực lớn hơn sẽ đẩy lò xo áp lực lên, kéo piston lên cao hơn, khe hở giữa piston và đầu ra sẽ lớn hơn.
b. Họng phun nhiên liệu
Cấu tạo của họng phun gồm có:
- Vỏ kim: giúp bảo vệ và liên kết các chi tiết trong kim phun. - Giắc cắm: kết nối với bộ điều khiển để điều khiển.
- Cuộn dây: tạo ra từ trường dể hút ti kim khi có tín hiệu điện áp gởi từ bộ điều khiển.
- Ti kim: đóng kín vịi phun, cho nhiên liệu đi qua khi được hút lên nhờ từ trường của cuộn dây.
- Vòi phun: định hướng phun và làm tơi nhiên liệu.
Nguyên lý hoạt động của họng phun: Trong quá trình hoạt động của động cơ, bộ điều khiển liên tục nhận tín hiệu đầu vào từ các cảm biến sau đó mã hố, tính được lượng nhiên liệu cần cung cấp cho động cơ và làm thay đổi thời gian đóng, mở kim phun. Q trình đóng mở diễn ra ngắt quãng. Thời gian đóng mở phụ thuộc vào thời gian bộ điều khiển gửi tín hiệu điện áp tới cuộn dây làm hút ti kim để mở vòi phun. Sự thay đổi thời gian phun phụ thuộc vào tín hiệu cảm biến. Ví dụ như độ mở bướm ga làm thay đổi khối lượng khơng khí nạp hay độ rộng xung từ cảm biến Hall.