Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống.
4 . Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga.
Khi ECU động cơ nhận được tín hiệu gửi về, trong đó quan trọng nhất là các xung G, xung NE và tín hiệu của cảm biến đo gió, bộ xử lý của ECU sẽ tính toán và
1 . Tín hiệu tốc độ động cơ. 2 . Tín hiệu vị trí trí trục khuỷu. 3 . Tín hiệu lưu lượng khí nạp.
5 . Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát. 6 . Tín hiệu điện áp ắc quy.
chọn ngay ra một điểm trên bề mặt lập trình, tức là chọn ngay một góc đánh lửa sớm tối ưu ở tốc độ và mức tải đó (chương trình đánh lửa sớm ESA- Electronic Spark Advance). Rồi thông qua một bóng điều khiển trong ECU xuất xung IGT (ignition timing) tới IC đánh lửa. Khi IC đánh lửa nhận được xung IGT ở đầu vào mạch transisitor, mạch này điều khiển bóng Transistor ON để nối mát cho cuộn sơ cấp W1 của bôbin qua chân C của IC đánh lửa. Khi đó xuất hiện dòng sơ cấp trong bôbin tạo ra từ trường φ, từ trường φ tồn tại trong bôbin cho tới khi bóng Transistor OFF, khi đó từ trường φ biến thiên cực nhanh và cảm ứng ra xung cao áp ở cuộn dây thứ cấp W2 của bôbin. Xung cao áp này được bộ chia điện đưa đến bugi theo thứ tự nổ của động cơ (hoặc tới thẳng bugi), tạo tia lửa điện đốt cháy hòa khí.
Hình 3.2: Bản đồ bề mặt lập trình và thời điểm đánh lửa.
Như vậy, thời điểm mất xung IGT chính là thời điểm đánh lửa. Do đó, trước TDC của mỗi máy, ECU phải gửi ra một xung IGT và xung đó phải mất trước TDC để tạo ra góc đánh lửa sớm .
Khi chế độ làm việc của động cơ thay đổi, muốn tạo góc đánh sớm hơn nữa thì ECU chỉ việc dịch xung IGT về trước TDC xa hơn.
Xung phản hồi IGF (ignition feedback) sẽ được gửi trở lại bộ sử lý trung tâm trong ECU để báo rằng hệ thống đánh lửa đang hoạt động nhằm phục vụ công tác chuẩn đoán và điều khiển phun xăng. Trong trường hợp không có xung IGF, các kim phun xăng sẽ ngừng phun sau thời gian vài giây.
Trong trường hợp hệ thống đánh lửa không có IC đánh lửa mà chỉ có bóng Tr điều khiển, thì ECU phải xuất xung IGT điều khiển bóng Tr để thông mạch và ngắt mạch sơ cấp của bôbin ( Mitsubishi Lanser CC4G92, 4G93).
Trong trường hợp hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện (loại hai bugi chung 1 bôbin hoặc mỗi bôbin ngồi trên đầu 1 bugi) thì ECU còn phải xuất xung IGT đến từng IC đánh lửa theo thứ tự nổ của động cơ.
Hình 3.3: So sánh hệ thống đánh lửa lập trình và hệ thống đánh lửa cơ khí dùng bộ điều chỉnh đánh lứa sớm kiểu ly tâm và kiểu chân không.
Đồ thị hình 2.3 mô tả sự sai lệch giữa hai kiểu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử và cơ khí. Đối với hệ thống đánh lửa thường, việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm được thực hiện bằng cơ khí với cơ cấu đánh lửa sớm chân không và đánh lửa sớm ly tâm. Đường đặc tính đánh lửa rất đơn giản và khác rất nhiều so với đường đặc tính đánh lửa lý tưởng được tính toán bằng thực nghiệm. Còn đối với hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều
khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử, góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh gần sát với đặc tính lý tưởng.
3.1.2. Chức năng cửa ESA
a. Điều khiển thời điểm đánh lửa
Hình 3.4: Điều khiển thời điểm đánh lửa.
- Trong hệ thống đánh lửa sớm ESA góc đánh lửa sớm thực tế khi động cơ đang hoạt động được xác định = góc đánh lửa sớm ban đầu + góc đánh lửa sớm cơ bản + góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh.
- Góc đánh lửa sớm ban đầu phụ thuộc và vị trí của bộ chia điện hoặc cảm biến vị trí G, thông thường góc đánh lửa sớm ban đầu được điều chỉnh trong khoảng 50÷150 trước điểm chết trên ở tốc độ cầm chừng. Đối với hệ thống ESA khi điều chỉnh góc đánh lửa sớm ta chỉ điều chỉnh được góc đánh lửa sớm ban đầu.
- Góc đánh lửa sớm cơ bản là góc đánh lửa đã được lập trình sẵn trong ECU bởi nhà sản xuất. Khi ECU nhận được tín hiệu tốc độ động cơ NE và tín hiệu lưu lượng khí
nạp PIM (VS, VG hoặc KS) nó sẽ tính toán và chọn ngay ra 1 góc đánh lửa sớm cơ bản trên bề mặt lập trình phù hợp với chế độ hoạt động của động cơ.
- Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh là góc đánh lửa sớm được cộng thêm hoặc giảm đi khi ECU nhận được các tín hiệu khác như nhiệt độ động cơ (THW), nhiệt độ khí nạp, tín hiệu kích nổ (KNK)..
Điều khiển đánh lửa khi khởi động
Khi khởi động, tốc độ của động cơ thấp và khối lượng không khí nạp chưa ổn định, nên không thể sử dụng tín hiệu VG , VS, KS hoặc PIM làm các tín hiệu điều chỉnh. Vì vậy, thời điểm đánh lửa được đặt ở góc thời điểm đánh lửa ban đầu. Góc thời điểm đánh lửa ban đầu được điều chỉnh trong IC dự trữ ở ECU động cơ.
Ngoài ra tín hiệu NE dùng để xác định khi động cơ đang được khởi động, và tốc độ của động cơ là 500 v/phút hoặc nhỏ
hơn cho biết rằng việc khởi động đang xảy ra. Tùy theo động cơ có một số loại xác định động cơ đang khởi động khi ECU động cơ nhận được tín hiệu máy khởi động STA.
Xác định góc thời điểm đánh lửa ban đầu:
Hình 3.5: Điều khiển đánh lửa khi khởi động.
Hình 3.6: Xác định góc đánh lửa ban đầu.
ECU nhận biết trục khuỷu đã đạt đến 50,70 hay 100 trước điểm chết trên BTDC (tùy theo loại động cơ) khi nó nhận được tín hiệu NE đầu tiên (điểm B trong hình 3.6) theo sau một tín hiệu G (điểm A hình 3.6). Góc này được hiểu như góc thời điểm đánh lửa ban đầu. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động
Điều khiển đánh lửa sau khởi động được thực hiện trong quá trình hoạt động bình thường.
Các hiệu chỉnh khác nhau (dựa trên các tín hiệu từ cảm biến có liên quan) được thêm vào góc thời điểm đánh lửa ban đầu và thêm vào góc đánh lửa sớm cơ bản (được xác định bởi tín hiệu áp suất đường ống nạp hay tín hiệu lượng khí nạp và tín hiệu tốc độ động cơ):
Hình 3.7: Điều khiển đánh lửa sau khởi động.
Thời điểm đánh lửa = góc thời điểm đánh lửa ban đầu + góc đánh lửa sớm cơ bản + góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh.
Trong qua trình hoạt động bình thường của chức năng điều khiển thời điểm đánh lửa sau khi khởi động, tín hiệu thời điểm đánh lửa (IGT) mà bộ vi sử lý tính toán được phát ra qua IC dự phòng.
Góc đánh lửa sớm cơ bản là góc đánh lửa được lập trình sẵn trong ECU do nhà sản xuất. Khi ECU nhận được tín hiệu NE và VG (PIM, KS, VS), ECU sẽ tính toán và chọn ngay ra một góc đánh lửa tối ưu trên bề mặt lập trình phù hợp với tình trạng hoạt động của động cơ.
Điều khiển khi tín hiệu IDL bật ON
Khi tín hiệu IDL bật ON, thời điểm đánh lửa là sớm theo tốc độ của động cơ. Trong một số kiểu động cơ thay đổi khi điều hòa không khí bật ON hoặc OFF (xem khu vực đường nét đứt trên hình). Ngoài ra, trong các kiểu này, một số kiểu có góc đánh lửa sớm là 0 khi máy chạy ở tốc độ không tải chuẩn.
Hình 3.8: Góc đánh lửa sớm cơ bản.
Điều khiển khi tín hiệu IDL bật OFF
Thời điểm đánh lửa được xác định theo tín hiệu NE và VG (hoặc PIM, KS, VS) dựa vào các dữ liệu được lưu trong ECU động cơ. Tùy theo kiểu động cơ, 2 góc đánh lửa sớm cơ bản được lưu trữ trong ECU động cơ. Các dữ liệu của một trong các góc này được dùng để xác định góc đánh lửa sớm dựa trên chỉ số ốctan của nhiên liệu, nên có thể chọn các dữ liệu phù hợp với nhiên liệu được người lái sử dụng. Ngoài ra, một số kiểu xe đánh giá tỷ số ốctan của nhiên liệu, sử dụng tín hiệu KNK để tự động thay đổi các dữ liệu để xác định thời điểm đánh lửa.
c. Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh.
Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ động cơ
Tùy thuộc vào nhiệt độ động cơ được nhận biết từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát mà góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh tăng hoặc giảm cho thích hợp với điều kiện cháy của hòa khí trong buồng đốt. Khi nhiệt độ của động cơ nằm trong khoảng -200 đến 600 góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh sớm hơn từ 00 đến 150. Nếu nhiệt độ động cơ nhỏ hơn -200, góc đánh lửa sớm cũng chỉ được cộng thêm 150 ( hình 3.9).
Hình 3.9: Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ động cơ.
Sở dĩ, phải tăng góc đánh lửa sớm khi động cơ nguội là vì ở nhiệt độ thấp tốc độ cháy của hòa khí chậm nên phải kéo dài thời gian để nhiên liệu cháy hết nhằm tăng công suất động cơ.
Khi nhiệt độ động cơ nằm trong khoảng từ 60o ÷ 1100C, ECU không thực hiện hiểu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ.
Trong trường hợp động cơ quá nóng (over temperature) (>1100C) sẽ dễ gây ra hiện tượng kích nổ và làm tăng nồng độ OXY trong khí thải, vì vậy ECU sẽ giảm góc đánh lửa xuống một góc tối đa là 50.
Hiệu chỉnh để tốc độ không tải chạy ổn định
Hình 3.10: Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm để tốc độ chạy không tải ổn định.
Ở chế độ cầm chừng tốc độ của động cơ bị dao động do tải của động cơ thay đổi, việc hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm có tác dụng ổn định tốc độ không tải của động cơ. Khi cánh bướm ga đóng hoàn toàn, tín hiệu từ công tác bướm ga (hoặc cảm biến vị trí bướm ga) báo về ECU cho biết động cơ đang làm việc ở chế độ cầm chừng. Kết hợp với tín hiệu tốc độ động cơ (NE) và tốc độ xe (SPD), ECU sẽ điều khiển tăng hoặc giảm góc đánh lửa sớm. Góc hiệu chỉnh tối đa trong trường hợp này là ± 50 . Khi tốc
đánh lửa sớm này phụ thuộc vào điều kiện sử dụng máy lạnh hay điều chỉnh góc đánh lửa sớm khi tốc độ cầm chừng giảm xuống dưới mức quy định.
Hiệu chỉnh tiếng gõ
Nếu động cơ xảy ra tiếng gõ cảm tiếng gõ sẽ chuyển xung động này thành tín hiệu điện áp và gửi nó tới ECU động cơ. ECU nhận biết độ lớn của tiếng gõ ở 3 cấp độ: mạnh, trung bình và yếu. Tùy theo độ lớn của tín hiệu KNK, nó thay đổi góc đánh lửa muộn hiệu chỉnh. Nói theo cách khác, nếu tiếng gõ xảy ra mạnh thời điểm đánh lửa muộn đi nhiều trong khi nếu tiếng gõ yếu nó sẽ làm muộn ít hơn. Khi tiếng gõ ngừng, ECU sẽ ngừng việc làm muộn và bắt đầu làm sớm thời điểm đánh lửa từng ít một. Thời
điểm đánh lửa này được làm sớm liên tục cho tới khi tiếng gõ động cơ lại xảy ra, và khi đó thời điểm đánh lửa lại được làm muộn đi.
Việc làm muộn thời điểm đánh lửa trong khi xảy ra tiếng gõ được thực hiện trong dải hiệu chỉnh tiếng gõ. Ở một số loại động cơ, điều này có nghĩa là khi đang hoạt động ở dưới chế độ tải nặng (độ chân không dưới 200mmHg), trong khi ở những loại khác nó bao gồm ở tất cả các chế độ tải. ECU phản hồi các tín hiệu từ cảm biến tiếng gõ để hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa như trên hình 3.11.
Hiệu chỉnh điều khiển mô men
Trong trường hợp xe có lắp đặt ECT (hộp số tự động), mỗi ly hợp và phanh trong bộ truyền bánh răng hành tinh của hộp số tạo ra va đập lan truyền trong khi chuyển số một, số kiểu xe va đập này được giảm bằng các làm giảm thời điểm đánh lửa khi chuyển xuống hay lên số.
Khi chuyển số bắt đầu ECU động cơ làm muộn thời điểm đánh lửa để giảm mô men của động cơ. Kết quả là, va đập do ăn khớp của ly hợp và phanh trong bộ bánh răng hành tinh giảm xuống và chuyển số diễn ra êm hơn. Góc thời điểm đánh lửa được làm muộn tới một giá trị tối đa là khoảng 200 bằng hiệu chỉnh này. Hiệu chỉnh này không diễn ra khi nhiệt độ nước làm mát hay điện áp ắc quy dưới một giá trị xác định. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các hiệu chỉnh khác
-Hiệu chỉnh phản hồi của tỷ lệ không khí - nhiên liệu.
Trong lúc hiệu chỉnh phản hồi của tỷ lệ không khí – nhiên liệu, tốc độ của động cơ sẽ thay đổi theo lượng phun nhiên liệu tăng – giảm. Để duy trì tốc độ chạy không tải ổn
định, thời điểm đánh lửa được làm sớm lên trong thời gian hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ không khí - nhiên liệu cho phù hợp với lượng phun nhiên liệu. Việc hiệu chỉnh này không được thực hiện trong khi xe chạy .
-Hiệu chỉnh EGR.
Khi EGR đang hoạt động và tiếp điểm IDL bị ngắt, thời điểm đánh lửa được làm sớm lên theo khối lượng khí nạp và tốc độ của động cơ để tăng khả năng làm việc.
-Hiệu chỉnh điều khiển xe chạy tự động.
Khi xe chạy xuống dốc trong khi hệ thống điều khiển chạy xe tự động đang hoạt động, một tín hiệu được chuyển từ ECU điều khiển chạy tự động đến ECU động cơ để làm muộn thời điểm đánh lửa nhằm giảm thiểu sự thay đổi momen quay của động cơ.
-Hiệu chỉnh điều khiển lực kéo.
Thời điểm đánh lửa được làm muộn đi khi việc điều khiển lực kéo đang được thực hiện để giảm mô men quay của động cơ.
-Hiệu chỉnh chuyển tiếp.
Trong quá trình chuyển đổi từ giảm tốc đến tăng tốc thời điểm đánh lửa sẽ sớm lên hoặc muộn đi theo sự tăng tốc.
Điều khiển góc đánh lửa sớm tối đa và tối thiểu
Nếu thời điểm đánh lửa (thời điểm đánh lửa ban đầu +góc đánh lửa sớm cơ bản + góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh) trở nên không bình thường, hoạt động của động cơ sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Để ngăn chăn điều này, ECU động cơ điều khiển góc đánh lửa thực tế (thời điểm đánh lửa) sao cho tổng góc đánh lửa sớm cơ bản và góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh không thể lớn hay nhỏ hơn một giá trị xác định được thể hiện như hình vẽ.