-Sơ đồ hoạt động
Hình 2.21: Sơ đồ hoạt động của hệ thống đánh lửa
- Nguyên lý: Hoạt động điều khiển đánh lửa và thời điểm đánh lửa do ECU quyết định. Các cảm biến Ne và G cảm nhận tốc độ động cơ và vị trí của piston gửi tín hiệu về ECU xử lý. Tín hiệu đánh lửa phát ra là IGt, sẽ làm các trazito của igniter mở mạch tiếp mass cho cuộn sơ cấp của bô bin. Dòng điện cao áp được tạo ra từ bô bin, theo dây cao áp chính dến bộ chia điện phân ra cho từng bugi.
Tín hiệu sau khi đánh lửa được gửi về thông qua tín hiệu IGf để báo về ECU. Tụ điện có tác dụng tích trữ năng lượng điện và được phóng đi để tăng dòng điện khi cuộn sơ cấp của bô bin có tín hiệu nối mass.
Sơ đồ khối làm việc như sau:
Hình 2.23: Bugi
Kết cấu của một bugi gồm: Phần sứ cách điện bọc trong vỏ kim loại. Cực trung tâm được làm bằng thép hợp kim chịu được nhiệt độ cao, chống sét rỉ, không bị ăn mòn hóa học. Phần trên vỏ kim loại có dạng lục giác để tháo lắp bugi. Quanh chân bugi có ren để vặn vào nắp quy lát.Cực âm hàn nơi chân bugi.Khoảng cách giữa khe hở cực âm và cực trung tâm gọi là khe hở bugi. Khe hở này khoảng 0,6 - 0,8 mm.
2.4.2.4. Dây cao áp.
Dây cao áp có tác dụng chuyển tải điện thế từ 20.000 V đến hơn 50.000 V từ bô bin đến bộ chia điện và từ bộ chia điện đến các bugi. Dây cao áp phải chịu một nhiệt lượng cao của động cơ đang vận hành và sự thay đổi đáng kể của thời tiết. Để hoàn thành nhiệm vụ của mình, dây cao áp phải rất dầy, và độ dầy đó dùng để cách ly với dây bán dẫn nằm tại trung tâm của ruột dây cáp. Đương nhiên, l ớp vỏdầy sẽ cách ly điện với các bộ phận của động cơ và sức nóng của động cơ,do đó sẽ tránh bị hao mòn, đứt gẫy nói cách khác là các hỏng hóc. Khi dây cao áp hỏng, nó sẽ không chuyền tải đủ điện thế đến bugi và sẽ xảy ra mất đánh lửa. Đó là triệu chứng “động cơ bỏ máy”, để khắc phục cần phải thay dây cáp bugi.
2.4.2.5. Bô bin.
Trong hệ thống đánh lửa, bô bin biến dòng điện 12V thành dòng điện cao thế từ 15000 V – 20000 V cung cấp cho các bugi.
Bô bin gồm hai cuộn dây quấn trên lõi thép. Cuộn thứ cấp làm bằng dây đồng cách điện dày khoảng 0.07 – 0.1 mm, quấn từ 19.000 đến 20.0000 vòng sát lõi. Cuộn sơ cấp quấn bằng dây đồng dày khoảng 0.7 – 0.8 mm từ 250 đến 400 vòng, quấn bọc bên ngoài cuộn thứ cấp.Hai đầu mối cuộn sơ cấp hàn vào hai cọc vít đưa ra ngoài. Cọc dương nhận điện dương từ ắc quy, cọc âm nối với tiếp điểm trong dầu bộ chia điện.
Một đầu cuộn thứ cấp hàn vào cuối cuộn sơ cấp, đầu kia ra cọ trung ương dẫn điện cao thế tới bugi.
Hình 2.25: Mạch điện bô bin
2.4.2.6. Bộ chia điện.
Hệ thống đánh lửa kiểu tiếp điểm (có bộ chia điện) có các tác dụng sau:
Phân phối điện áp cao từ cuộn thứ cấp của bô bin sang cho các bugi. Bên trong bộ chia điện, má vít được lắp trên rotor, khi rotor này quay đ ầu má vít lần lượt chạm vào các đầu dây cao áp dẫn đến bugi. Trục bộ phân phối được truyền động bởi trục cam của động cơ có tốc độ quay bằng một nửa tốc độ trục khuỷu.
Chuyển mạch cho bô bin để tạo ra dãy liên tiếp các đỉnh điện áp cao bằng cách đóng và ngắt mạch sơ cấp. Hoạt động đóng và ngắt được điều khiển bởi IC đánh lửa.
Bộ chia điện có thêm các cơ cấu điều chỉnh đánh lửa sớm và trễ. Cơ cấu được lắp trên bộ chia điện này kiểu cơ cấu đánh lửa sớm ly tâm. Thời điểm đánh lửa sớm và trễ được điều chỉnh tự động bằng điện tử.
2.4.2.7. IC đánh lửa.
Là một thiết bị điện tử có nhiệm vụ truyền tín hiệu đánh lửa IGt đến bộ chia điện và phản hồi tín hiệu IGf về ECU ngay sau khi thực hiện đánh lửa xong. Bên trong các IC đánh lửa có các tranzito mở mạch, dùng để mở mạch về mass cho cuộn sơ cấp của bô bin.
Hình 2.27: IC đánh lửa
Hoạt động đóng và mở tiếp điểm được điều khiển bởi các tranzito. Tín hiệu IGt dùng để báo ECU đến igniter để thực hiện đánh lửa, sau khi đãđánh lửa xong thì báo về lại ECU bằng tín hiệu IGf.
2.5. HỆ THỐNG CÁC CẢM BIẾN VÀ ECU 2.5.1. Các cảm biến.
2.5.1.1. Cảm biến áp suất dầu bôi trơn.
Cảm biến áp suất dầu bôi trơn có tác dụng cảm nhận áp suất dầu bôi trơn của hệ thống bôi trơn và gửi tín hiệu báo về đèn trên taplo.
Vị trí trên thân động cơ:
Hình 2.29: Mạch đèn báo nguy áp suất dầu bôi trơn 1)Đèn báo. 2) Tiếp điểm. 3) Công tắc khóa - Hoạt động:
Khi bật công tắc khóa về vị trí “ON”, lúc này động cơ chưa nổ nên áp suất của dầu bôi trơn thấp, tiếp điểm (2) nối, mạch thông làm cho đèn báo nguy sáng lên màu đỏ trên bảng taplo.
Khi bật công tắc khóa về vị trí “START”, động cơ hoạt động, áp suất dầu tăng lên, tác động vào màng và làm mở tiếp điểm gây hở mạch và lúc này đèn báo nguy tắt.
Nếu trong khi động cơ hoạt động mà đèn báo nguy sáng thì có vấn đề xảy ra đối với hệ thống bôi trơn. Lập tức tắt máy và kiểm tra lại hệ thống.
2.5.1.2. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
Hiện nay thường sử dụng loại cảm biến nhiệt điện trở, và được lắp ngay trên thân máy chỗ tiếp xúc với dòng nước của hệ thống làm mát chảy qua.
Trên động cơ này có sử dụng 3 cảm biến nhiệt độ nước làm mát: - Cảm biến dùng để báo nhiệt độ trên Taplo.
- Cảm biến dùng để mở mạch rơ le cho quạt làm mát của hệ thống làm mát của động cơ.
- Cảm biến dùng để báo về ECU động cơ. Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của cảm biến.
Hình 2.31: Sơ đồ cấu tạo
Hình 2.32: Sơ đồ nối mạch của cảm biến.
Hoạt động: Nhiệt điện trở nằm bên trong cảm biến có tác dụng thay đổi điện áp qua nó khi có sự thay đổi vê nhiệt độ. Khi động cơ lạnh, nhiệt độ của nước làm mát khoảng 200C thì giá trị điện trở bằng với giá trị chuẩn ban đầu của nhà sản xuất.Khi động cơ hoạt động, nhiệt độ của nước làm mát tăng lên, lúc này nhi ệt điện trở sẽ tự động giảm giá trị xuống và điện áp báo về ECU sẽ tăng lên.
Tín hiệu điện áp báo về ECU được quy ước là THW, tùy vào sự thay đổi của giá trị này mà ECU sẽ có những hoạt động điều khiển động cơ khác nhau, đặc biệt là lượng phun nhiên liệu của vòi phun.
Hình 2.33: Vị trí lắp công tắc nhiệt thời gian trên thân động cơ.
Rơle nhiệt thời gian là một loại công tắc nhiệt, sử dụng thanh lưỡng kim giản nở bằng nhiệt để đóng và ngắt tiếp điểm. Do vậy bản thân nó được lắpở nơi có ảnh hưởng của nhiệt độ nhiều nhất (lắp trực tiếp tiếp xúc với ngăn nước làm mát của động cơ) để ghi nhận nhiệt độ đặc trưng của động cơ. Với phương án này, một loại vòi phun khởi động lạnh sẽ được điều khiển bởi rơle nhiệt thời gian. Bằng cách đấu nối tiếp tín hiệu điều khiển vòi phun khởi động lạnh với rơle nhiệt thời gian để khống chế sự đóng mở vòi phun khởi động lạnh tuỳ theo nhiệt độ của động cơ. Khi động cơ khởi động khi máy còn lạnh vòi phun khởi động lạnh sẽ phun thêm một lượng xăng bổ sung vào đường nạp, ngoài lượng xăng do vòi phun chính đã cung cấp. Rơle nhiệt thời gian gồm có các thành phần chính sau:
Hình 2.34: Rơle nhiệt thời gian 1- Đầu nối dây 2- Thân 3- Thanh lưỡng kim 4- Dây đốt tạo nhiệt bằng điên 5- Tiếp điểm
Đây chính là một công tắc nhiệt, sử dụng thanh lưỡng kim giản nở bằng nhiệt để đóng ngắt tiếp điểm. Do vậy bản thân công tắc được lắp ở nơi có ảnh hưởng nhiệt nhiều nhất (lắp trực tiếp tiếp xúc với ngăn nước làm mát của động cơ).
Thông thường mỗi loại công tắc được thiết kế có một giá trị nhiệt độ mở tiếp điểm, nếu nhiệt độ của công tắc nhỏ hơn nhiệt độ mở thì công tắc đóng mạch. Dây đốt tạo nhiệt bằng điện có tác dụng giới hạn khoảng thời gian tiếp điểm đóng để tránh tình trạng xăng thừa khi khởi động.
2.5.1.4. Cảm biến tốc độ động cơ (Ne) và vị trí piston (G).
Cảm biến vị trí piston (TDC sensor hay còn gọi là cảm biến G) báo cho ECU vị trí điểm chết trên của piston.Công dụng của cảm biến này là để ECU xác định thời điểm đánh lửa và thời điểm phun nhiên liệu.
Cảm biến tốc độ động cơ (Engine Speed –Ne) dùng để báo tốc độ động cơ để tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tối ưu và lượng nhiên liệu sẽ phun cho từng xy lanh. Cảm biến này được dùng vào mục đích điều khiển tốc độ cầm chừng hoặc cắt nhiên liệuở chế độ cầm chừng cưỡng bức.
Cấu tạo
Hình 2.35:Sơ đồ nguyên lý của cảm biến vị trí piston và tốc độ động cơ 1. Rotor phát xung G 2. Rotor phát xung Ne2
Hình 2.36: Cảm biến vị trí pitton và cảm biến tốc độ động cơ
Trên động cơ Toyota cảm biến được lắp trên delco để xác định tốc độ động cơ và vị trí trục piston.
Trên hình trình bày cấu tạo của cảm biến vị trí piston và tốc độ động cơ dạng điện từ trên xe Toyota loại nam châm đứng yên. Mỗi cảm biến gồm có một rotor để khép mạch từ và cuộn dây cảmứng mà lõi gắn với một nam châm vĩnh cửu.
Cảm biến xác định tín hiệu tốc độ động cơ gồm một cuộn dây cảm ứng và một roto 24 răng.Cảm biến xác định vị trí piston gồm một rotor 4 răng và một cuộn cảm ứng . Hai rotor này gắn đồng trục với bộ chia điện, bánh răng tín hiệu G nằm trên còn bánh răng tín hiệu Ne nằm dưới.
Hoạt động: Bộ phận chính của cảm biến là một cuộn dây cảm ứng, một nam châm vĩnh cửu và một rotor khép mạch từ có số răng tùy loại động cơ. Khi cựa răng không nằm đối diện với các cực từ, từ thông đi qua cuộn dây cảm ứng có giá trị thấp vì khe hở không khí lớn từ trở cao.Khi một cựa răng đến gần cực từ của cuộn dây, khe hở không khí giảm khiến từ thông tăng nhanh. Như v ậy, nhờ biến thiên từ thông, trên cuộn dây xuất hiện một sức điện động. Khi cựa răng của rotor đối diện với cực từ của cuộn dây, từ thông đạt giá trị cực đại nhưng điện ápở hai đầu cuộn dây bằng không. Khi cựa răng di chuyển ra khỏi cực từ, thì khe hở không khí tăng dần làm từ thông giảm sinh ra một sức điện động theo chiều ngược lại.
Hình 2.37:Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí piston và cảm biến tốc độ động cơ
2.5.1.5. Cảm biến oxy.
Để nhằm mục đích giúp cho động cơ có lắp bộ TWC đạt được hiệu quả lọc khí tốt nhất, cần phải duy trì tỉ lệ không khí nằm trong khoảng gần với tỉ lệ lý thuyết.
Cảm biến nồng độ Oxy nhận biết tỉ lệ không khí – nhiên liệu đậm hoặc nhạt hơn tỉ lệ lý thuyết.cảm biến nồng độ oxy được đặt trong đường ống xả và bao gồm một phần tử chế tạo bằng ZrO2(dioxit Zirconium – một loại vật liệu gốm). Cả mặt trong và mặt ngoài của vật liệu này được phủ một lớp mỏng Platin.Không khí bên ngoài được dẫn vào bên trong cảm biến còn phần bên ngoài của nó tiếp xúc với khí xả.
Nếu nồng độ Oxy trên bề mặt trong của phần tử ZrO2 chênh lệch lớn sơ với trên bề mặt ngoài tại nhiệt độ cao (4000C), phần tử ZrO2 sẽ sinh ra một điện áp. Khi hỗn hợp nhiên liệu– không khí nhạt, tức là có rất nhiều oxy trong khí xả do vậy có sự chênh lệch nhỏ giữa nồng độ oxyở bên trong và bên ngoài cảm biến. Do đó điện áp do ZrO2 tạo ra là thấp (gần bằng Ov).Ngược lại, nếu hỗn hợp không khí – nhiên liệu đậm, oxy trong khí xả gần như không còn. Điều đó tạo nên sự chênh lệch lớn về nồng độ oxy ở bên trong và bên ngoài cảm biến và điện áp do phân tử ZrO2 tạo ra là lớn.
Lớp Platin phủ lên phần tử gốm có tác dụng là một chất xúc tác làm cho oxy trong khí xả phản ứng và tạo thành CO. Điều đó làm giảm lượng tăng độ nhạy của cảm biến.
Hình 2.38: Sơ đồ cấu tạo cảm biến oxy
2.5.1.6. Cảm biến vị trí bướm ga.
Cảm biến vị trí bướm ga được lắp trên cổ họng gió. Cảm biến này biến đổi góc mở bướm ga thành điện áp, được truyền đến ECU động c ơ như tín hiệu mở bướm ga (VTA). Ngoài ra, một số thiết bị truyền một tín hiệu IDL riêng biệt. Các bộ phận khác xác định nó lúc tại thờ i điểm chạy không tải khi điện áp VTA này ở dưới giá trị chuẩn.
- Vị trí lắp trên động cơ.
Hình 2.39: vị trí lắp trên động cơ.
Cảm biến này gồm có 2 con trượt và một điện trở, và các tiếp điểm cho các tín hiệu IDL và VTA được cung cấp ở các đầu của mỗi ti ếp điểm. Khi tiếp điểm này trượt dọc theo điện trở đồng thời với góc mở b ướm ga, điện áp này được đặt vào cực VTA theo tỷ lệ thuận với góc mở của b ướm ga.
Hình 2.40: Sơ đồ mạch của cảm biến vị trí b ướm ga
Hình 2.41:Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý
Khi bướm ga được đóng lại hoàn toàn, tiếp điểm của tín hiệu IDL đ ược nối với các cực IDL và E2.
2.5.1.7. Van gió phụ.
Van gió phụ được lắp giữa bướm ga và song song với bướm ga, có tác dụng mở hoặc đóng để cấp thêm một phần gió vào động cơ mặc dù vị trí bướm ga không thay đổi.
Hình 2.43: Sơ đồ cấu tạo van gió phụ 1.Cánh van
2. Thanh lưỡng kim
3. Dây đốt sinh nhiệt 4. Giắc nối điện
Hoạt động: Khi động cơ ở vận tốc không tải mà nhiệt độ máy thấp thanh lưỡng kim (2) mở cánh van (1). Lượng gió nạp vào xy lanh qua đường gió chính được giới hạn do vị trí bướm ga mở, đồng thời gió nạp còn đi qua van gió phụ mà lượng gió này vẫn được cảm biến đo gió xác định nên lượng xăng phun vào nhiều hơn, động cơ quay nhanh, dễ duy trì. Khi máy nổ đã nóng, lúc này dòng điện sẽ đốt nóng thanh lưỡng kim (2) làm cho van (1) đóng, đư ờng gió phụ bị ngắt.
Hình 2.44: Sơ đồ mạch của van gió phụ
2.5.1.8. Cảm biến lưu lượng và nhiệt độ khí nạp.
Cảm biến lưu lượng khí có tác dụng cảm nhận lượng khí nạp và gửi tín hiệu đến bộ ECU, nó sẽ quyết định lượng phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản.
Hình 2.45: Vị trí lắp trên động cơ.
Cụm cảm biến này nằm ngay sau bộ lọc khí, trong đó gồm cảm biến đo lưu lượng khí kiểu cánh và cảm biến đo nhiệt độ khí nạp kiểu dây sấy.
Hình 2.46: Sơ đồ tổng quát hệ thống nạp khí
1-Bướm ga. 2 - Bộ cảm biến lưu lượng khí nạp. 3- Tín hiệu của bộ cảm biến nhiệt độ khí nạp. 4- ECU.
5- Tín hiệu của cảm biến lưu lượng khí nạp. 6- Bộ lọc khí nạp. 7- Bộ góp nạp. α- Góc xoay của mâm đo.
Thiết bị đo lưu lượng của các hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ của mô hình thuộc loại lưu lượng kế thể tích. Cảm biến đo gió được sử dụng để nhận biết lưu lượng không khí nạp vào. Nó là một trong những cảm biến quan trọng nhất