Giới thiệu: Bài học này giúp cho người học tìm hiểu về nguyên lý điều khiển
đánh lửa, sơ đồ mạch điện điều khiển và phương pháp kiểm tra, sửa chữa hệ thống đánh lửa trên động cơ phun xăng.
Mục tiêu: Sau khi học xong Bài 4, sinh viên cĩ khả năng
- Trình bày được nguyên lý điều khiển của mạch đánh lửa
- Phân tích được đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc của các cụm chi tiết của hệ thống đánh lửa;
- Xác định được các đầu dây chi tiết của hệ thống đánh lửa.
- Thực hiện đươc cơng việc đấu dây hệ thống đánh lửa động cơ phun xăng đúng quy trình.
- Thực hiện kiểm tra hư hỏng và đưa ra phương pháp sửa chữa. - Đảm bảo an tồn cho người và thiết bị
Nội dung
1. Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa bán dẫn
1.1. Sơ hệ thống đánh lửa bán dẫn loại điện từ
Hình 4.1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ
loại nam châm đứng yên (HONDA)
R R R R 2 R1 R R7 R R R D5 T T T T R St 1 St2 D D D C D C C 3 K Đ A q Cảm biến điện từ a
2. Nguyên lý làm việc
Khi cuộn dây cảm biến khơng cĩ tín hiệu điện áp hoặc điện áp âm, transistor T1
ngắt nên T2 ngắt, T3 dẫn cho dòng qua cuộn sơ cấp về mass.
Khi răng của rotor cảm biến tiến lại gần cựa của cuộn dây cảm biến, trên cuộn dây sẽ xuất hiện một sức điện động xoay chiều, nửa bán kỳ dương cùng với điện áp đệm trên điện trở R2 sẽ kích cho transistor T1 dẫn, T2 dẫn theo và T3 sẽ ngắt.
Dòng qua cuộn sơ cấp ở bobine bị ngắt đột ngột tạo nên một sức điện động cảm ứng lên cuộn thứ cấp một điện áp cao và được đưa đến bộ chia điện.
3. Đấu dây IC
3.1.Sơ đồ đấu dây
3.2.Quy trình đấu dây mạch đánh lửa bán dẫn IC rời.
Nội dung cơng việc Dụng cụ, thiết bị Yêu cầu kỹ thuật 1
Đấu dây mạch điện cung cấp
nguồn cho ECU Động cơ phun xăng còn hoạt động
Đấu đúng sơ đồ, đúng chân, chắc chắn
2
Đấu dây mạch cảm biến Ne,G
Động cơ phun xăng còn hoạt động
Đấu đúng sơ đồ, đúng chân, chắc chắn
3 Nối chân +B của IC với về
sau cơng tắc máy Động cơ phun xăng còn hoạt Đấu đúng sơ đồ, đúng chân, chắc ắc qui Cơng tắc Tín hiệu phản hồi IGF Kiểm sốt gĩc ngậm IC Bơbin C E B IGT IGF G1 G2 Ne IGT IGF ECU B _-_ + Đến delco
động, dây điện, kiềm, băng keo, VOM
chắn
4
Nối chân T của IC về IGT
của hộp ECU Động cơ phun xăng còn hoạt động
Đấu đúng sơ đồ, đúng chân, chắc chắn
5
Nối chân F của IC về IGF
của hộp ECU Động cơ phun xăng còn hoạt động, dây điện, kiềm, băng keo
Đấu đúng sơ đồ, đúng chân, chắc chắn
6
Nối chân C của IC về “ - “
của bơ bin sườn Động cơ phun xăng còn hoạt động, VOM
Đấu đúng sơ đồ, đúng chân, chắc chắn
7
Nối chân + của bơ bin về “+”
sau cơng tắc máy Động cơ phun xăng còn hoạt động, dây điện, kiềm, băng keo
Đấu đúng sơ đồ, đúng chân, chắc chắn
8 Nối dây cao áp của bơ bin đến bộ chia điện
9
Cấp nguồn ắc quy kiểm tra
lưa Động cơ phun xăng còn hoạt động, đèn led
Cần lưu ý an tồn trong lao động
Bảng 4.1. Quy trình đấu dây mạch đánh lửa bán dẫn IC rời.
4. Hệthốngđánh lửa lập trình cĩ bộ chia điện.
- Thực hiện kiểm tra hư hỏng và đưa ra phương pháp sửa chữa
Hình 4.3. Sơ đồ hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển gĩcđánh lửa sớm bằng điện tử cĩ sử dụng delco trên xe TOYOTA
(CPU) sẽ xử lý các tín hiệu và đưa ra các xung tín hiệu phù hợp với gĩc đánh lửa sớm tối ưu đã nạp sẵn trong bộ nhớđể điều khiển transistor T1 tạo ra các xung IGT đưa vào igniter.
Các xung IGT đi qua mạch kiểm sốt gĩc ngậm (dwell angle control) và sẽ được xén trước khi điều khiển đĩng ngắt transistor cơng suất T2. Cực E của transistor cơng suất T2 mắc nối tiếp với điện trở (cĩ giá trị rất nhỏ) cảm biến dịng sơ cấp kết hợp với bộ kiểm sốt gĩc ngậm điện để hạn chế dịng sơ cấp trong trường hợp dịng sơ cấp tăng cao hơn quy định. Khi transistor T2 ngắt bộ phát xung hồi tiếp IGF dẫn và ngượclại, khi T2 dẫn bộ phát xung IGF ngắt, quá trình này sẽ tạo ra xung IGF.
Xung IGF sẽ được gửi trở lại bộ xử lý trung tâm trong ECU để báo rằng hệ thống đánh lửa đang hoạt động phục vụ cơng tác chẩn đốn. Ngồi ra, để đảm bảo an tồn, xung IGF cịn được dùng để mở mạch phun xăng. Trong trường hợp khơng cĩ xung IGF, các kim phun sẽ ngừng phun sau thời gian vài giây.
Trên một số loại động cơ, điện áp từ cảm biến điện từ trong delco được đưa thẳng vào Igniter. Tại đây, sau khi chuyển thành xung vuơng sẽ gửi về ECU. ECU dựa vào xung này để xác định đồng thời tốc độ động cơ và vị trí piston để dựa vào đĩ đưa ra xung IGT điều khiển đánh lửa sớm (TOYOTA, VAN, CADILAC, DAEWOO…).
5. Hệthốngđánh lửa lập trình khơng cĩ bộ chia điện.
5.1.Ưuđiểmcủa hệthống đánh lửa trực tiếp
Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS - direct ignition system) hay cịn gọi là hệ thống đánh lửa khơng cĩ bộ chia điện (DLI - distributorless ignition) được phát triển từ giữa thập kỷ 80, trên các loại xe sang trọng và ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên các loại xe khác nhờ cĩ các ưu điểm sau:
Dây cao áp ngắn hoặc khơng cĩ dây cao áp nên giảm sự mất mass năng lượng, giảm điện dung ký sinh và giảm nhiễu vơ tuyến trên mạchthứcấp.
Khơng cịn mỏ quẹt nên khơng cĩ khe hở giữa mỏquẹt và dây cao áp. Bỏ được các chi tiết cơ dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu cách điện tốt như mỏ quẹt, chổi than, nắp delco.
Trong hệ thống đánh lửa cĩ delco, nếu gĩc đánh lửa quá sớm sẽ xảy ra trường hợp đánh lửa ở hai đầu dây cao áp kề nhau (thường xảy ra ởđộng cơ cĩ số xylanh Z > 4).
Loại bỏ được những hư hỏng thường gặp do hiện tượng phĩng điện trên mạch cao áp và giảm chi phí bảodưỡng.
5.2.Phân loại, cấu tạovà hoạtđộng của hệthống đánh lửa trực tiếp
Đa số các hệ thống đánh lửa trực tiếp thuộc loại điều khiển gĩc đánh lửa sớm bằng điện tử nên việc đĩng mở transistor cơng suất trong igniter được thực hiện bởi ECU.
5.2.1. Loại 1: Sử dụng mỗi bobine cho một bougie
Nhờ tần số hoạt động của mỗ bobine nhỏ hơn trước nên các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp ít nĩng hơn. Vì vậy kích thước của bobine rất nhỏ và được gắn dính với nắp chụp bougie.
Trong sơ đồ (hình 4.9), ECU sau khi xử lý tín hiệu từ các cảm biến sẽ gởi tín hiệu đến cực B của từng transistor cơng suất trong igniter theo thứ tự thì nổ và thời điểm đánh lửa.
Cuộn sơ cấp của các bobine loại này cĩ điện trở rất nhỏ (<1 ) và trên mạch sơ cấp khơng sử dụng điện trở phụ vì xung điều khiển đã được xén sẵn trong ECU. Vì
vậy, khơng đượcthử trực tiếpbằngđiện áp 12V.
Hình 4.4. Hệ thốngđánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bobine cho từng bougie 5.2.2. Loại 2: sử dụng mỗi bobine cho từng cặp bougie
Hình 4.5 Hệ thốngđánh lửa trực tiếpsử dụng mỗi bơ bin cho từng cặp bougie
Các bobine đơiphảiđược gắn vào bougie của 2 xylanh song hành. Ví dụ, đốivới động cơ 4 xylanh cĩ thứ tự thì nổ: 1 - 3 - 4 - 2, ta sử dụng hai bobine. Bobine thứnhất cĩ hai đầu của cuộn thứ cấp được nối trực tiếp với bougie số 1 và số 4 cịn bobine thứ hainối với bougie số 2 và số 3. Phân phối điện áp cao được thực hiện như sau: giả sử điện áp thứ cấp xuất hiện ở bougie số 1 và 4.
ECU đưa ra xung điều khiểnđể đĩng mở các transistor T1 và T2 theo thứ tự thì nổ là 1
- 3 - 4 - 2 hoặc 1-2-4-3.
Đối vớiđộng cơ 6 xylanh, để đảm bảothứtự thì nổ 1 - 5 - 3 - 6 - 2 - 4, hệthống đánh lửa trực tiếp sử dụng ba bobine: một cho xylanh số 1 và số 6. Một cho xylanh số 2 và số 5 và một cho xylanh số 3 và số 4.
5.2.3. Loại 3: Sử dụng một bobine cho 4 xylanh
Trong sơ đồ trên, bobine cĩ hai cuộn sơ cấp và một cuộn thứ cấp được nối với các bougie qua các diode cao áp. Do hai cuộn sơ cấp quấn ngược chiều nhau nên khi ECU điều khiển mở lần lượt transistor T1 và T2, điện áp trên cuộn thứ cấp sẽ đổi dấu.
Tùy theo dấu của xung cao áp, tia lửa sẽ xuất hiện ở bougie tương ứng qua các diode cao áp theo chiều thuận. Ví dụ: nếu cuộn thứ cấp cĩ xung dương, tia lửa sẽxuất hiệnở số 1hoặc số 4.
Diode D5 và D6 dùng để ngăn chặn ảnh hưởng từ giữa hai cuộn sơ (lúc T1 hoặc T2 đĩng) nhưng chúng làm tăng cơng suất tiêu hao trên igniter.
Hình 4.6. Hệ thốngđánh lửa trực tiếpsử dụng một bobine cho 4 xylanh
Nhược điểm của hệ thống đánh lửa trực tiếp loại 2 và 3 là chiều đánh lửa trên hai bougie cùng cặp ngược nhau dẫn đến hiệu điện thế đánh lửa chênh nhau khoảng 1,5 đến 2 kV.
Hệ thống đánh lửa trực tiếp cĩ sơ đồ gĩc đánh lửa sớm nêu trên được trình bày trên hình 4.12 bao gồm ECU, igniter và ba bobine đánh lửa cho độngcơ 6
xylanh.
Hình 4.7. Sơđồđiều khiển gĩc đánhlửa sớm củahệthốngđánh lửa trực tiếp
trên xe Toyota
6. Chẩn đốn tình trạng kỹ thuật của IC
- Đấu dây kiểm tra như hình vẽ.
- Khi đĩng, mở khĩa K nếu đèn Led 1 phảI sáng, tắt thì IC còn tốt.
IC bị thủng.
- Khi đĩng, mở khĩa K nếu đèn Led 1 khơng sáng thì thì tran-si-to cơng suất của IC bị đứt.
Hình 4.8 Sơ đồ kiểm tra IC bằng đèn LED
7. PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA TÍN HIỆU G VÀ NE
7.1. YÊU CẦU:
Phải cĩ tối thiểu phương tiện và các thiết bị sau:
▪ Động cơ sử dụng tín hiệu G và Ne dạng cảm biến điện từ. ▪ ECU và bộ chia điện sử dụng cảm biến quang.
▪ ECU và bộ chia điện sử dụng cảm biến Hall. ▪ Đồng hồ đo VOM.
▪ Ắc quy.
7.2.PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN :
▪ Tín hiệu G dùng để xác định thời điểm phun nhiên liệu và thời điểm đánh lửa so với điểm chết trên ở cuối kì nén.
▪ Tín hiệu Ne dùng để xác định số vòng quay trục khuỷu, tín hiệu này kết hợp với cảm biến lưu lượng khí nạp để xác định lưu lượng phun cơ bản và gĩc đánh lửa sớm cơ bản. Tín hiệu Ne còn gọi là cảm biến số vòng quay động cơ. ▪ Ở hệ thống đánh lửa dùng bộ chia điện, tín hiệu G và Ne được bố trí trong bộ chia điện. Ở hệ thống đánh lửa trực tiếp, tín hiệu G và Ne được bố trí trong một bộ dẫn động (giống như Delco nhưng khơng cĩ bộ chia điện), thường tín hiệu G được bố trí ở trục cam còn gọi là cảm biến vị trí trục cam và tín hiệu Ne được bố trí ở đầu trục khuỷu hoặc ở bánh đà, còn gọi là cảm biến vị trí trục khuỷu. Ở một số động cơ tín hiệu G và Ne cĩ thể lấy chuyển động ở giữa trục khuỷu.
▪ Cảm biến điện từ. ▪ Cảm biến quang. ▪ Cảm biến Hall.
7.3. CẢM BIẾN ĐIỆN TỪ:
Cảm biến điện từ được kiểm tra bởi 3 thơng số: ▪ Điện trở cuộn dây cảm biến.
▪ Khe hở từ : 0.2 – 0.4 mm.
▪ Đường dây nối từ cảm biến về ECU.
Hình 4.9. Sơ đồ cảm biến
Kiểm tra xung tín hiệu G và Ne:
▪ Cho động cơ hoạt động ở chế độ cầm chừng.
▪ Dùng thiết bị kiểm tra dạng xung của tín hiệu G và Ne.
7.4. . CẢM BIẾN QUANG:
Cảm biến quang được sử dụng phổ biến ở các hãng Nissan, Mitsubisi, Hyundai… cảm biến điểm chết trên (TDC) hay còn gọi là tín hiệu G và cảm biến gĩc độ trục khuỷu (Crank) Ne bao gồm một đĩa nhơm mỏng, một bộ cảm biến được bố trí trong delco và được dẫn động bởi trục cam.
Hình 4.10. sơ đồ sử dụng cảm biến quang
7.5. KIỂM TRA XUNG TÍN HIỆU TDC VÀ CRANK:
Cực 1: +B. Cực 2: TDC. Cực 3: Crank. Cực 4: Mass.
Hình 4.11. Sơ đồ giắc kiểm tra
Bước 1: Tháo đầu nối điện đến cảm biến quang.
Bước 2: Bật cơng tắc máy tới vị trí “ON”. Kiểm tra điện nguồn cung cấp cho cảmbiến tại cực số một: 12V.
Bước3: Kiểm tra sự thơng mạch giữa cực 4 và mass là 0 .
Bước 4: Kiểm tra điện áp từ ECU cấp đến cực số 2 (TDC) là 5V. Nếu khơng cĩ, kiểm tra đường dây cĩ bị chạmass hoặc cĩ bị đứt mạch khơng.
Bước 5: Kiểm tra điện áp từ ECU cấp đến cực số 3 ( Crank) là 5V. Nếu khơng cĩ kiểm tra đường dây từ cực Crank đến ECU.
Bước 6: Lắp giắc nối điện. Khởi động và kiểm tra tín hiệu xung TDC và Crank. Nếu khơng cĩ xung vuơng tín hiệu TDC và Crank, thay mới cảm biến.
Hình 4.12. Tín hiệu xung TDC
Bước7: Nếu đo điện áp, chúng ta thực hiện như sau: ▪ Chọn thang đo 12V.
▪ Bật cơng tắc máy đến vị trí “ON”.
▪ Đo điện áp tại cực Crank của cảm biến và xoay cảm biến thật chậm, điện áp trên đồng hồ đo thể hiện: 5V → 0V → 5V → 0V là cảm biến tốt.
▪ Tương tự kiểm tra tín hiệu TDC. Kiểm tra bằng Led:
Để kiểm tra tín hiệu TDC và Crank, dùng Led kiểm tra như sau: Bước1: Cấp nguồn 12V cho cảm biến.
Bước 2: Đấu Led để kiểm tra theo sơ đồ:
Hình 4.13. Kiểm ra bằng LED
Bước3: Xoay cảm biến → các Led sẽ chớp tắt. Led cho tín hiệu Crank cĩ tần số chớp tắt nhanh hơn Led cho tín hiệu TDC.
7.6.CẢM BIẾN HALL:
Hình 4.14. Cảm biến Hall
Hình 4.15. Sơ đồ đấu dây và chân cảm biến trên mitsubishi
Kiểm tra:
Bước 1: Tháo đầu nối điện đến cảm biến Hall.
Bước 2: Bật cơng tắc máy đến vị trí “ON”, kiểm tra điện nguồn cấp cho cảm biếntại cực số 6 là 12V.
Bước3: Kiểm tra sự thơng mạch giữa cực số 7 và mass là 0V.
Bước 4: Kiểm tra điện áp từ ECU cấp đến cực số 5 (Ne) là 5V. Nếu khơng cĩ điện áp, kiểm tra đường dây cĩ bị chạm mass hoặc cĩ bị đứt mạch hay khơng. Bước 5: Lắp giắc nối điện, khởi động và kiểm tra xung tín hiệu Ne. Nếu khơng cĩ tín hiệu xung vuơng thì thay cảm biến mới.
Hình 4.16. Xung cảm biến
Bước6: Nếu đo điện áp chúng ta thực hiện như sau: ▪ Chọn thang đo 12V.
▪ Xoay cơng tắc máy đến vị trí “ON”.
▪ Đo điện áp tại cực Ne của cảm biến và quay cảm biến thật chậm. Điện áp trên đồng hồ đo thể hiện là 5V → 0V → 5V → 0V thì cảm biến còn tốt.
Kiểm tra bằng Led:
Để kiểm tra tín hiệu Ne, dùng Led kiểm tra như sau: Bước 1: Cấp nguồn 12V cho cảm biến.
Bước2: Đấu Led để kiểm tra theo sơ đồ hình 85. Bước3: Xoay trục cảm biến Led sẽ chớp tắt.
Bước 4: Nếu Led luơn sáng hoặc luơn tắt → Cảm biến bị hỏng.