HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA CỦA AUDI A8

 Đánh lửa điện tử đánh lửa bán dẫn; được phát minh vào đầu thập kỷ 70, và nó trở nên thông dụng khi yêu cầu về kiểm soát và độ tin cậy trở trên rất quan trọng đối với hệ thống kiểm soát

Nhận xét giáo viên hướng dẫn

Nhận xét giáo viên của hội đồng phản biện

Mục lục Mục lục III Danh mục hình ảnh VI CHƯƠNG 1: Danh mục bảng biểu: VII LỜI MỞ ĐẦU VIII

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 1

1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu, phân loại của hệ thống đánh lửa điện tử 1

1.2 Phân loại hệ thống đánh lửa 1

1.3 Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa 2

1.3.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m 2

1.3.2 Hiệu điện thế đánh lửa Udl 2

1.3.3 Hệ số dự trữ Kdt 3

1.3.4 Năng lượng dự trữ Wdt 3

1.3.5 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S: 3

1.3.6 Tần số và chu kỳ đánh lửa: 4

1.3.7 Góc đánh lửa sớm : 4

1.3.8 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện: 5

1.3.9 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp 6

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ 7

2.1 Hệ thống đánh lửa ma vít 7

2.2 Hệ thống đánh lủa bán dẫn 8

2.2.1 Nguyên lý hoạt động 8

2.2.2 Cảm biến đánh lửa bán dẫn được dùng 8

2.2.3 Phân loại đánh lửa bán dẫn 14

2.3 Hệ thống đánh lửa kiểu kĩ thuật số 16

2.3.1 Đánh lửa kỹ thuật số có bộ chia điện 16

2.3.2 Hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện (Đánh lửa trực

tiếp) 18

2.4 Kết luận cuối chương 22

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA CỦA AUDI A8 23

3.1 Tìm hiểu về dòng xe audi 23

3.2 Giới thiệu hệ thống đánh lửa audi A8 24

3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trực tiếp 25

3.3.1 Nguyên lý hoạt động khi có tín hiệu IGT 26

3.3.2 Khi ngắt tín hiệu IGT 27

3.3.3 Cảm biến vị trí trục cơ 28

3.3.4 Cảm biến vị trí trục cam 30

3.3.5 Cảm biến kích nổ 32

3.3.6 Cảm biến lưu lượng khí nạp 34

3.3.7 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 35

3.3.8 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 36

3.3.9 Cảm biến vị trí bướm ga 38

3.3.10 Cảm biến ô xy 39

3.3.11 Cảm biến bàn đạp chân ga 39

3.4 Hoạt động điều khiển của ECUvào các thời điểm đánh lửa của xe 40

3.4.1 Tín hiệu IGT 40

3.4.2 Tín hiệu IGF 41

3.4.3 Điều khiển đánh lửa khi khởi động 41

3.4.4 Điều khiển góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh 45

3.4.5 Các hiệu chỉnh khác 48

3.5 Kết luận cuối chương 50

CHƯƠNG 4: CÁC HƯ HỎNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN AUDI A8 51

4.1 Chẩn đoán hư hỏng theo máy quét mã lỗi 51

4.1.1 Nội dung cơ bản của từng bước chẩn đoán như sau: 51

4.2 Các hưu hỏng thường xảy ra: và cách khắc phục 52

4.2.1 Hư hỏng bugi 52

4.2.2 Tia lửa yếu 53

4.2.3 Kiểm tra không có tia lửa 54

4.3 Kết luận cuối chương 58

KẾT LUẬN 59

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

Danh mục hình ảnh

Hình 2.1: Sơ đồ đánh lửa má vít 7

Hình 2.2: Sơ đồ đánh lửa bán dẫn 8

Hình 2.3: Cảm biến vị trí trục cam 9

Hình 2.4: Mạch cảm biến quang 11

Hình 2.5: Giải thích hiện tương hall 12

Hình 2.6: Cảm biến hall trong bộ chia điện 13

Hình 2.7: Sơ đồ đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm 14

Hình 2.8: Sơ đồ đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm 15

Hình 2.9: Hệ thống đánh lửa lập trình có bộ chia điện 16

Hình 2.10: Sơ đồ bobin một bugi 19

Hình 2.11: Sơ đồ mạch một boobin cho hai bugi 19

Hình 2.12: Một bobin cho 4 bugi 20

Hình 2.13: Sơ đồ đánh lửa trực tiếp 21

Hình 3.1: Sơ đồ tổng quan 24

Hình 3.2.sơ đồ hoạt động của hệ thống đánh lửa trên audi A8l 25

Hình 3.3: Sơ đồ mạch điện của bôbin 25

Hình 3.4: Nguyên lý hoạt động khi có tín hiệu IGT 26

Hình 3.5: Khi ngắt tín hiệu IGT 27

Hình 3.6: Vị trí cảm biến trục cơ 28

Hình 3.7: Cấu tạo của cảm biến trục cơ 29

Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý làm việc 29

Hình 3.9: Cấu tạo cảm biến trục cam 31

Hình 3.10: Vị trí cảm biến kích nổ trái 32

Hình 3.11: Cấu tạo của cảm biến 33

Hình 3.12: Sơ đồ mạch điện 33

Hình 3.13: Cảm biến lưu lượng khí nạp 34

Hình 3.14: Cảm biến lưu lượng khí nạp và nhiệ độ khí nạp 35

Hình 3.15: Cảm biến nhiệt độ khí nạp 36

Hình 3.16: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 36

Hình 3.17: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát 37

Hình 3.18: Cảm biến vị trí bướm ga và sơ đồ mạch điện 38

Hình 3.19: Cảm biến ô xy 39

Hình 3.20: Cảm biến bàn đạp chân ga 40

Hình 3.21: Góc đánh lửa sớm ban đầu 41

Hình 3.22: Sơ đồ hiệu chỉnh góc đánh lửa 42

Hình 3.23: Hiệu chỉnh đánh lửa sớm ban đầu 42

Hình 3.24: Tín hiệu mạch 43

Hình 3.25: Xác định góc dánh lửa sớm 44

Hình 3.26: Bản đồ đánh lửa ESA 45

Hình 3.27: Biểu đồ hiệu chỉnh đánh lửa theo nhiệt độ khởi động 46

Hình 3.28: Điều chỉnh khi qúa nhiệt độ 47

Hình 3.29: Hiệu chỉnh theo tiếng gõ 48

Hình 4.1: Những hư hỏng của bugi 53

Danh mục bảng biểu: Bảng 4.1: Hư hỏng do nguồn cấp 54

Bảng 4.2: Hư hỏng do tín hiệu 56 Danh sách viết tắt:

ECU: Electronic Control Unit

ESA: Electronic Spark Advance

CI:Conventional Ignition system

MAP:Manifold Absolute Presure sensor

LỜI MỞ ĐẦU Trong vài thập niên gần đây nền kinh tế thế giới đã có những dấu hiệu chuyển mình khá rõ rệt,các ngành kinh tế của các nước có những đột phá mới

mẽ Cùng với sự đi lên của nền kinh tế mở mang, năng động mang tính thị trường của thế giới nền kinh tế Việt Nam ta cũng có những phát triển đáng kể.Các phương tiện vận tải hiện đại từ các nước có nền công nghệ tiên tiến được nhập vào Việt Nam ngày càng nhiều Nền công nghiệp ô tô nước ta tuy còn rất non trẻ nhưng đã bắt đầu có nhưng bước đi đầy triển vọng

Những năm gần đây ở Việt Nam xe ô tô bắt đầu được sử dụng rộng rãi, số lượng ô tô hiện đại sử dụng hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trực tiếp ngày càng nhiều Nhờ vào hệ thống phun xăng và đánh lửa và hoạt động các cảm biến dẫn tới việc điều khiển xe ô tô ngày càng dễ dàng cho tất

cả mọi đối tượng Mặt khác nó cũng đề ra thách thức khi xử lý sự cố hỏng hóc của các dòng xe này, một mặt là do trang thiết bị sửa chữa bảo dưỡng còn nghèo nàn, lạc hậu, mặt khác do trình độ của người kỹ thuật còn yếu và nhiều hạn chế về ngoại ngữ trong vấn đề tiếp thu trình độ khoa học kỹ thuật nước ngoài

Qua quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp chúng em thấy rằng hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng trên ô tô có những ưu điểm vượt trội so với các hệ thống nhiên liệu trước đó như tiết kiệm nhiên liệu hơn,khí thải ra sạch

sẽ hơn, công suất được nâng cao hơn

Với mục đích giúp sinh viên có khả năng làm việc độc lập, sáng tạo

và củng cố kiến thức đã học đào sâu tìm tòi nghiên cứu về kiến thức chuyên môn về nguyên lý,cấu tạo ô tô và các hệ thống phun xăng đánh lửa trực tiếp nhằm nâng cao hiểu biết cơ sở lý luận chuyên ngành ô tô em đã thực hiện đề

trực tiếp trên xe auddi A8”

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu, phân loại của hệ thống đánh lửa điện tử

Hệ thống đánh trên ôtô có nhiệm vụ biến dòng một chiều hạ áp 12V thành xung điện cao áp 12 kV ÷ 24 kV và tạo ra tia lửa điện trên bugi để Đốt cháy hỗn hợp khí – xăng trong xylanh ở cuối kỳ nén

Nhiệm vụ đó đòi hỏi hệ thống đánh lửa phải bảo đảm được các yêu cầu chính sau:

Tia lửa điện phóng qua khe hở giữa hai cực của bugi trong điều kiện áp suất lớn, nhiệt cao phải đủ mạnh để đốt cháy hỗn hợp khí – xăng ở mọi chế độ Thời điểm phát tia lửa trên bugi trong từng xylanh phải đúng theo góc đánh lửa và thứ tự đánh lửa quy định

1.2 Phân loại hệ thống đánh lửa

Cùng với sự phất triển của nhiều mẫu xe mới hiện đại cải thiện tối ưu được quá trình đốt cháy trong buồng đốt Các hãng xe đã đưa ra nhiều công nghệ mới Một trong số đó là cải tiến hệ thống đánh lửa, và tính đến hiện nay

có ba hệ thống đánh lửa chính được sửa dụng trên ô tô đó là:

 Đánh lửa cơ học: được dùng rất phổ biến cho đến năm 1975, nó vận hành bằng cơ và điện, không bằng điện tử.(loại nây ít và hầu như không sửa dụng trên ô tô hiện nay

 Đánh lửa điện tử (đánh lửa bán dẫn); được phát minh vào đầu thập kỷ 70,

và nó trở nên thông dụng khi yêu cầu về kiểm soát và độ tin cậy trở trên rất quan trọng đối với hệ thống kiểm soát khí xả (loại này hiên nay vẫn sửa dụng trên các dòng xe cũ, xe tải nhỏ)

 Cuối cùng là hệ thống đánh lửa không cần bộ chia điện (đánh lửa lập trình); nó được phát triển vào giữa thập kỷ 80 Loại đành hoạt động trên chương trình đã được lập trình sẵn, mang dến độ tiên cậy cao và được sử dụng trên các dòng xe đời mới hiện nay Mỗi hạng lại có một cách tính toán và lập trình riêng để đảm bảo công suất của động cơ

1.3 Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa

Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m

1.3.1

phải lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặc biệt lúc khởi động

Hiệu điện thế đánh lửa Udl

1.3.2

Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa được xảy ra được gọi

phụ thuộc vào nhiều yếu tố, theo định luật Pashen

𝑈Trong đó:

 P: Là áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa

 δ: Khe hở bugi

 T: Nhiệt độ ở điện cực trung tâm của bugi tại thời điện đánh lửa

 K: Hằng số phụ vào thành phần của hỗn hợp hoà khí

do nhiệt độ hoà khí thấp và hoà khí không được hoà trộn tốt

độ cực bugi tăng và áp suất nén giảm do quá trình nạp xấu đi

Hiệu điện thế đánh lửa có giá trị cực đại ở chế độ khởi động và tăng tốc,

có giá trị cực tiểu ở chế độ ổn định khi công suất cực đại.Trong quá trình

bị mài mòn

Sau khi đó Udl tiếp tục tăng do khe hở bugi tăng.Vì vậy để giảm Udlphải hiệu chỉnh lại khe hở bugi sau mỗi 10.000 km

số nén, tăng số vòng quay và tăng khe hở bugi

Năng lượng dự trữ Wdt

1.3.4

cuộn dây sơ cấp của bôbin Để đảm bảo tia lửa điện có đủ năng lượng để đốt cháy hoàn toàn hoà khí Hệ thống đánh lửa phải đảm bảo được năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp của bobin ở một giá trị xác định

Trong đó:

Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S:

 S: tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

 Δt: Thời gian biến thiên của hiệu thế thứ cấp

Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế cấp S càng lớn thì tia lửa điện xuất hiện tại điện cực bugi càng mạnh nhờ đó dòng không bị rò qua có muội than trên cực bugi, năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm

 td: thời gian công suất dẫn

 tm: thời gian công suất ngắt

Tần số đánh lửa f tỷ lệ thuận với quay trục khuỷu động cơ và số vòng quay xy lanh Khi tăng số vòng quay của động cơ và số xy lanh, tần số đánh lửa f tăng và do đó chu kỳ đánh lửa T giảm xuống Vì vậy, khi thiết kế cần chú ý đến 2 thông số chu kỳ và tần số đánh lửa để đảm bảo ở số vòng quay cao nhất của động cơ tia lửa vẫn mạnh

Góc đánh lửa sớm :

1.3.7

Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ từ thời điểm xuất hiện tia lửa điện tại bugi cho đến khi piston lên đến tử điểm thượng Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế và độ ô nhiễm của khí thải động cơ Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:

 No: Chỉ số octan của xăng

Ở các đời xe cũ, góc đánh lửa sớm chỉ số được điều khiển theo hai thông số: tốc độ và tải động cơ.Tuy nhiên, hệ số đánh lửa ở một số

xe (Toyota, honda…),có trang bị thêm van nhiệt và sử dụng bộ phận đánh lửa sớm theo hai chế độ nhiệt độ Trên các đời xe mới, góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng điện tử nên góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh theo thông số nêu trên

Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện:

1.3.8

Thông thường, tia lửa điện bao gồm hai thành phần là thành phần điện dung và thành phần điện cảm Năng lượng của tia lửa được tính theo công thức:

: Năng lượng của tia lửa

Trong đó : S : tốc độ biến thiên của hiệu điên thế thứ cấp

∆𝑢 : độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

∆𝑡 : thời gian biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp càng lớn thì tia lửa điện xuất hiện tại điện cực bougine càng nhanh , nhờ đó không bị rò rỉ qua muội than trên điện cực bugine , năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

TRÊN Ô TÔ 2.1 Hệ thống đánh lửa má vít

Hình 2.1: Sơ đồ đánh lửa má vít

Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa ( CI Conventional Ignition system) là một kiểu của hệ thống đánh lửa theo kiểu ngắt mạch sơ cấp

Cam 1 của bộ chia điện quay nhờ truyền động từ trục cam của động cơ

và làm nhiệm vụ mở tiếp điểm KK’, cũng có nghĩa là ngắt dòng điện sơ cấp của biến áp đánh lửa 3 Khi đó từ trường do dòng điện sơ cấp gây nên sẽ mất

đi đột ngột, làm cảm ứng ra sức điện động cao thế trong cuộn thứ cấpW2 Điện thế này sẽ qua con quay chia điện 4 và dây cao áp đến các bugi đánh lửa

5 theo thứ tự thì nổ của động cơ Khi điện thế thứ cấp đạt giá trị đủ để đánh lửa thì giữa hai điện cực của bugi đánh lửa sẽ xuất hiện tia lửa điện cao thế để

đố tcháy hỗn hợp nổ trong xylanh

2.2 Hệ thống đánh lủa bán dẫn

Nguyên lý hoạt động

2.2.1

Hình 2.2: Sơ đồ đánh lửa bán dẫn Khi bật khóa điện on thì bộ phát tín hiệu phát ra tín hiệu đánh lửa.Bộ đánh lửa (IC đánh lửa) nhận tín hiệu đánh lửa và lập tức cho chạy dòng sơ cấp.khi bắt đầu khởi động cảm biến hoạt động và cấp tiến hiệu cho cuộn đánh lửa, với dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột, sinh ra dòng cao áp ở quận thứ cấp và ra

bộ chia điện.Bộ chia điện sẽ phân phối dòng cao áp từ cuộn thứ cấp đến các bugi.Bugi nhận dòng cao áp và đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp hòa khí Thời điểm đánh lửa sớm được điều khiển bởi bộ đánh lửa sớm li tâm và bộ đánh lửa sớm chân không

Cảm biến đánh lửa bán dẫn được dùng

2.2.2

Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn không vít điều khiển, cảm biến đánh lửa sẽ thay thế vít điều khiển và làm nhiệm vụ tạo ra hoặc làm mất tín hiệu điện áp hoặc tín hiệu dòng điện vào đúng thời điểm đánh lửa để gởi về IC

điều khiển các transistor công suất đóng hoặc mở.Thông thường, trong hệ thống đánh lửa người ta thường dùng cảm biến Hall, cảm biến điện từ, cảm biến quang, cảm biến từ trở, trong đó, ba loại cảm biến đầu là phổ biến nhất Các loại cảm biến này cũng có thể được dùng trong các hệ thống đánh lửa theo chương trình sẽ được trình bày ở phần sau Ngoài công dụng phát tín hiệu, các cảm biến này còn có thể dùng để xác định số vòng quay động cơ, vị trí cốt máy, thời điểm phun của kim phun.Trong phần này chúng ta sẽ lần lượt nghiên cứu cấu tạo, hoạt động của từng loại cảm biến

2.2.2.2 Cảm biến điện từ :

+ Loại nam châm đứng yên:

Hình 2.3: Cảm biến vị trí trục cam Cảm biến được đặt trong delco bao gồm một rotor có số răng cảm biến tương ứng với số xy lanh động cơ, một cuộn dây quấn quanh một lõi sắt từ cạnh một thanh nam châm vĩnh cữu Cuộn dây và lõi sắt được đặt đối diện với các răng cảm biến rotor và được cố định trên vỏ delco Khi rotor quay, các răng cảm biến sẽ lần lượt tiến lại gần và lùi ra xa cuộn dây Khe hở nhỏỷ nhất

giữa răng cảm biến của rotor và lõi thép từ vào khoảng 0,2-0,5 mm.sự tạo từ trường của cuộn nam châm đứng yên:

Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên có ưu điểm là rất bền, xung tín hiệu có dạng nhọn nên ít ảnh hưởng đến sự sai lệch về thời điểm đánh lửa Tuy nhiên, xung điện áp ra ở chế độ khởi động nhỏ, vì vậy ở đầu vào của Igniter phải sử dụng transistor có độ nhạy cao và phải chống nhiễu cho dây tín hiệu

2.2.2.3 Cảm biến quang:

Cảm biến quang bao gồm hai loại, khác nhau chủ yếu ở phần tử cảm quang:

- Loại sử dụng một cặp LED – photo transistor

- Loại sử dụng một cặp LED – photo diode

Phần tử phát quang (LED – lighting emision diode) và phần tử cảm quang (photo transistor hoặc photo diode) được đặt trong delco có vị trí tương

số xylanh động cơ.Điểm đặc biệt của hai loại phần tử cảm quang này là khi có dòng ánh sáng chiếu vào, nó sẽ trở nên dẫn điện và ngược lại, khi không có dòng ánh sáng, nó sẽ không dẫn điện Độ dẫn điện của chúng phụ thuộc vào

Khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng phát ra từ LED sẽ bị ngắt quãng làm phần tử cảm quang dẫn ngắt liên tục, tạo ra các xung vuông dùng làm tín

Hình 2.4: Mạch cảm biến quang Cảm biến bao gồm ba đầu dây: một đầu dương (Vcc), một đầu tín hiệu (Vout) và một đầu mát Khi đĩa cảm biến chắn ánh sáng từ LED qua photo diode D2, D2không dẫn, điện áp tại ngõ vào (+) sẽ thấp hơn điện áp so sánh Usở ngõ vào (-)trên Op-Amp A nên ngõ ra của Op-Amp A không có tín hiệu làm transistor Tngắt, tức Vout đang ở mức cao Khi có ánh sáng chiếu vào D2, D2 dẫn, điện áp ở ngõ vào (+)sẽ lớn hơn điện áp so sánh UsAở mức cao làm transistor T dẫn, Voutlập tức chuyển sang mức thấp Đây chính là thời điểm đánh lửa Xung điện áp tại Vout sẽ là xung vuông gởi đến Igniter điều khiển transistor công suất Do tín hiệu ra là xung vuông nên thời điểm đánh lửa cũng không bị ảnh hưởng khi thay đổi số vòng quay của trục khuỷu động cơ.và điện áp ngõ ra của Op-Amp

2.2.2.4 Cảm biến Hall:

Cảm biến Hall được chế tạo dựa trên hiệu ứng Hall Hiện tương Hall xảy ra như sau:

Hình 2.5: Giải thích hiện tương hall Một tấm bán dẫn loại N có kích thước như hình vẽ được đặt trong từ trường đều B sao cho vectơ cường độ từ trường vuông góc với bề mặt của

phải, các hạt điện tử đang dịch chuyển với vận tốc trong tấm bán dẫn sẽ bị tác dụng bởi lực Lawrence là tích có hướng của hai vector và có chiều hướng từ dưới lên trên

2.2.2.5 Nguyên lý làm việc

ta phải khuếch đại và xử lý tín hiệu trước khi đưa đến Igniter Cảm biến Hall được đặt trong delco, gồm một rotor bằng thép có các cánh chắn và các cửa sổ cách đều nhau gắn trên trục của delco Số cánh chắn sẽ tương ứng với số xylanh của động cơ Khi rotor quay, các cánh chắn sẽ lần lượt xen vào khe hở giữa nam châm và IC Hall

Hình 2.6: Cảm biến hall trong bộ chia điện Khi cánh chắn ra khỏi khe hở giữa IC Hall và nam châm, từ trường sẽ xuyên qua khe hở tác dụng lên IC Hall làm xuất hiện điện áp điều khiển transistor Tr, làm cho Tr dẫn Kết quả là trên đường dây tín hiệu (cực C), điệp

áp sẽ giảm xuống chỉ còn 1V Khi cánh chắn đi vào khe hở giữa nam châm

và IC Hall từ trường bị cánh chắn bằng thép khép kín, không tác động lên IC Hall, tín hiệu điện áp từ IC Hall mất làm transistor Tr ngắt Tín hiệu điện áp

ra lúc này bằng điện áp từ Igniter nối với ngõ ra của cảm biến Hall Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall Như vậy, khi làm việc cảm biến Hall sẽ tạo ra một xung vuông làm tín hiệu đánh lửa Bề rộng của cánh chắn xác định góc ngậm điện (Dwell Angle) Do xung điều khiển là xung vuông nên không ảnh hưởng đến thời điểm đánh lửa

Phân loại đánh lửa bán dẫn

2.2.3

2.2.3.1 Đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm

Hình 2.7: Sơ đồ đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm

-Chất lượng đánh lửa giảm khi tăng hiệu điện thế nguồn, dòng điện qua cuộn sơ cấp giảm, hiệu điện thế ở cuộn thứ cấp giảm

2.2.3.2 Đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm

Hình 2.8: Sơ đồ đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm

-Cấu tạo bộ cảm biến phức tạp làm tăng giá thành

-Tín hiệu điện áp ra của cảm biến có dạng phi tuyến và biên độ của nó phụ thuộc vào tốc độ quay của rô to

-Ở chế độ khởi động điện áp ra của cảm biến không đủ lớn để đưa trực tiếp vào điều khiển transistor công suất trong hệ thống đánh lửa vì vậy trong mạch cần có thêm mạch ổn định và biến đổi điện áp làm phức tạp cấu tạo của mạch điện

2.3 Hệ thống đánh lửa kiểu kĩ thuật số

Trên các ô tô hiện đại, kỹ thuật số đã được áp dụng vào trong hệ thống đánh lửa từ nhiều năm nay Việc điều khiển góc đánh lửa sớm và góc ngậm điện (dwell angle) sẽ được máy tính đảm nhận Các thông số như tốc độ động

cơ, tải, nhiệt độ được các cảm biến mã hóa tín hiệu đưa vào ECU (electronic control unit) xử lý và tính toán để đưa ra góc đánh lửa sớm tối ưu theo từng chế độ hoạt động của động cơ Các bộ phận như bộ đánh lửa sớm kiểu cơ khí (áp thấp, ly tâm) đã được loại bỏ hoàn toàn Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử (ESA-electronic spark advance) được chia làm 2 loại sau

Đánh lửa kỹ thuật số có bộ chia điện

2.3.1

Hình 2.9: Hệ thống đánh lửa lập trình có bộ chia điện

Khi khóa điện bật ở vị trí ON, dòng điện từ bình ắc quy chạy qua khóa điện tới cấp nguồn cho ECU và IC đánh lửa, từ đó kích hoạt cho ECM và IC đánh lửa hoạt động.Khi trục khủy động cơ quay, thông qua sự liên động giữa trục khủy, trục cam và trục bộ chia điện làm trục bộ chia điện quay Tại thời điểm đầu roto của trục bộ chia điện di chuyển qua đầu cảm biến sẽ làm xuất hiện từ

trường biến thiên ở đầu cảm biến, từ đó cảm biến sẽ sinh ra một xung điện áp, xung điện áp này được gửi về ECU.Khi ECM nhận được tín hiệu từ cảm biến đánh lửa, và cảm biến số vòng quay, nó hiểu rằng Piston đang di chuyển đến điểm chết trên ở cuối kỳ nén đầu kỳ nổ ECM kết hợp với các tín hiệu khác trong động cơ như tín hiệu vị trí bàn đạp ga, tín hiệu nhiệt độ nước làm mát, tín hiệu nhiệt độ khí nạp, tín hiệu ô xy, từ đó ECM tính toán ra góc đánh lửa phù hợp Tiếp tục ECM thực hiện gửi tín hiệu IGT để điều khiển IC đánh lửa hoạt động dưới dạng một xung vuông.Khi nhận được tín hiệu đánh lửa IGT từ ECU thì IC đánh lửa thực hiện mở thông dòng điện từ chân C (cuộn dây đánh lửa) về mát Đây cũng là giai đoạn hình thành dòng điện sơ cấp chạy trong cuộn dây sơ cấp của bô bin đánh lửa Khi tín hiệu IGT từ ECM kết thúc thì IC đánh lửa lập tức ngắt dòng điện từ chân C và mát làm cho cuộn dây thứ cấp mất điện đột ngột, gây ra sự biến thiên từ thông lớn ở lõi thép của bô bin đánh lửa Lúc này cuộn dây thứ cấp cảm ứng ra một dòng điện có xuất điện động lớn (khoảng 30-35 kV), dòng điện này được đưa đến con quay chia điện và chia đến đầu bu gi của máy tương ứng thự hiện đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp không khí – nhiên liệu.Sau khi IC đánh lửa thực hiện xong việc đánh lửa, nó

sẽ gửi tín hiệu phản hồi IGF cho ECM thông báo cho ECM việc đánh lửa đã hoàn tất Nếu không nhận được tín hiệu IGF thì ECM sẽ phát tín hiệu báo lỗi thông qua đèn kiểm tra động cơ

Nhược điểm:

-Vẫn còn tồn tại bộ chia điện cơ khí nên vẫn còn tổn thất điện áp trên bộ chia và

trên dây cao áp

-Gây nhiễu vô tuyến trên mạch thứ cấp

-Khi động cơ ở tốc độ cao và số xi lanh nhiều thì dễ xảy ra đánh lửa đồng thời ở hai xi lanh kề nhau

Bộ chia điện là bộ phận dễ hư hỏng nên cần phải thường xuyên theo dõi

2.3.2.1 Ưu điểm của hệ thống đánh lửa trực tiếp

Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS - direct ignition system) hay còn gọi là

hệ thống đánh lửa không có 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 có các ưu điểm sau:

- Dây cao áp ngắn hoặc không có dây cao áp nên giảm sự mất mát năng lượng, giảm điện dung ký sinh và giảm nhiễu vô tuyến trên mạch thứ cấp

- Không còn mỏ quẹt nên không có khe hở giữa mỏ quẹt 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

2.3.2.2 Phân loai hệ thống đánh lửa trực tiếp:

Đa số các hệ thống đánh lửa trực tiếp thuộc loại điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử nên việc đóng mở transistor công suất trong igniter được thực hiện bởi ecu.Hệ thống đánh lửa trực tiếp được chia làm ba loại chính Mỗi bobin cho một bugi

Hình 2.10: Sơ đồ bobin một bugi Nhờ tần số hoạt động của mỗi bobin nhỏ hơn trước nên các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp ít nóng hơn Vì vậy kích thước của bobin rất nhỏ và được gắn dính với nắp chụp bugi

Sơ đồ HTĐL trực tiếp loại này được trình bày trên hình vẽ 1.14

Trong sơ đồ này ECU sau khi xử lý tín hiệu từ các cảm biến sẽ gửi đến các cực B của từng transistor công suất trong Igniter theo thứ tự thì nổ và thời điểm đánh lửa Cuộn sơ cấp của các bobin loại này có điện trở rất nhỏ (<1Ω)

và trên mạch sơ cấp không sử dụng điện trở phụ, vì xung điều khiển đã được xén sẵn trong mạch điều khiển ECU Vì vậy không thử được điện áp 12 V Mỗi bobin cho 1 cặp bugi

Hình 2.11: Sơ đồ mạch một boobin cho hai bugi

Ở thời điểm đánh lửa xylanh số 1 và 4 cùng ở vị trí gần tử điểm thượng nhưng trong hai thì khác nhau nên điện trở khe hở bugi của các xylanh trên cũng khác nhau: R1 ≠ R4

Lấy ví dụ xylanh số 1 đang ở thì nén thì R1 rất lớn còn ở xylanh số 4 đang ở thì thoát nên R4 rất nhỏ do sự xuất hiện nhiều ion nhờ phản ứng cháy

và nhiệt độ cao Do đó: R1 >> R4, và từ (1), (2) ta có U1 ≈ Utc; U4 ≈ 0 Có nghĩa là tia lửa chỉ xuất hiện ở bugi số 1

Trong trường hợp ngược lại R1 << so với R4; U1 ≈ 0; U4 ≈ Utc, tia lửa

sẽ xuất hiện bugi số 4

Quá trình tương tự cũng xảy ra ở bugi số 2 và số 3 ECU đưa ra xung điều khiển để đóng mở các transistor T1 và T2 tuần tự theo thứ tự thì nổ là 1–

3 – 4 –2 hoặc 1–2– 4–3

Đối với động cơ 6 xylanh để đảm bảo thứ tự thì nổ là 1– 5– 3 – 6 – 2 – 4.HTĐL trực tiếp sử dụng ba bobin: Một cho xylanh số 1 và số 6, một cho xylanh số 2 và số 5, một cho xylanh số 3 và xylanh số 4

Một bô bin cho 4 bu g:i

Hình 2.12: Một bobin cho 4 bugi Loại này bobin có hai cuộn sơ cấp và một cuộn thứ cấp được nối với các bugi qua các diode cao áp Do hai cuộn sơ cấp quấn ngược chiều nhau Nên khi ECU điều khiển mở tuần tự transistor T1 và T2 điện áp trên cuộn thứ

cấp sẽ đổi dấu Tuỳ theo dấu của xung cao áp, tia lửa sẽ xuất hiện ở bugi tương ứng qua diode cao áp

Ví dụ: Nếu cuộn thứ cấp có xung dương, tia lửa sẽ xuất hiện ở số 1 và

số 4 Diode D5 và D6 dùng để ngăn chặn ảnh hưởng từ lẫn nhau giữa hai cuộn sơ cấp(lúc T1 hoặc T2 đóng) nhưng chúng làm tăng công suất tiêu hao trên Igniter

Nhược điểm của HTĐL trực tiếp loại 2 và 3 là chiều đánh lửa trên hai bugi cùng cặp ngược nhau dẫn đến hiệu đánh lửachênh lệch nhau khoảng 1,5 đến 2 kV

2.3.2.3 Nguyên lý hoạt động

Hình 2.13: Sơ đồ đánh lửa trực tiếp ECU của động cơ nhận được các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, tính toán thời điểm đánh lửa, truyền tín hiệu đánh lửa đến IC đánh lửa Thời điểm đánh lửa được tính toán liên tục theo điều kiện của động cơ, dựa trên giá trị thời điểm đánh lửa tối ưu đã được lưu giữ trong máy tính, dưới dạng một bản đồ ESA So với điều khiển đánh lửa cơ học của các hệ thống thông thường thì phương pháp điều khiển bằng ESA có độ chính xác cao hơn và

không cần phải đặt lại thời điểm đánh lửa Kết quả là hệ thống này giúp cải thiện tiết kiệm nhiên liệu và tăng công suất phát ra

ECU động cơ xác định thời điểm đánh lửa dựa vào tín hiệu G, tín hiệu

NE và các tín hiệu từ các cảm biến khác Khi đã xác định được thời điểm đánh lửa, ECU động cơ gửi tín hiệu IGT đến IC đánh lửa Trong khi tín hiệu IGT được chuyển đến để bật IC đánh lửa, dòng điện sơ cấp chạy vào cuộn dây đánh lửa này Trong khi tín hiệu IGT tắt đi, dòng điện sơ cấp đến cuộn dây đánh lửa sẽ bị ngắt

Đồng thời, tín hiệu IGF được gửi đến ECU động cơ

Hiện nay, mạch đánh lửa chủ yếu dùng loại DIS (hệ thống đánh lửa trực tiếp) ECU động cơ phân phối dòng điện cao áp đến các xi lanh bằng cách gửi từng tín hiệu IGT đến các IC đánh lửa theo trình tự đánh lửa Điều này làm cho nó có thể tạo ra việc điều chỉnh thời điểm đánh lửa có độ chính xác cao 2.4 Kết luận cuối chương

Thông qua chương 2 đã đưa ra được sơ đồ nguyên lý, cũng như là nguyên lý hoạt động của các hệ thống đánh lửa nêu được ưu nhược điểm của từng loại

hệ thống đánh lửa,qua đó có thấy sự tối ưu của hệ thống đánh lửa trực tiếp, cũng như hệ thống đánh lửa trên xe audi A8

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA CỦA AUDI A8

3.1 Tìm hiểu về dòng xe audi

Ra mắt lần đầu vào năm 1994, Audi A8 là dòng xe sang cỡ lớn cạnh tranh với các đối thủ như Mercedes S-Class hay BMW 7 Series Audi A8 thế

hệ mới chính thức ra mắt vào 11/7/2017 trên thế giới

Audi A8 sở hữu chiều dài 5.172 mm, rộng 1.945 mm và cao 1.473 mm Trong khi đó chiều dài cơ sở của xe đạt 2.998 mm

Xe audi với chiều dài 5.265m, phiên bản Audi A8 mới là mẫu sedan dài nhất trong phân khúc với trục cơ sở dài 3.122m, xe rộng 2.111m và cao 1.471m Cốp sau có dung tích 520L và đã được cải tiến để chất đồ dễ dàng hơn Tiếng ồn cabin được giảm thiểu rõ rệt nhờ các các cải tiến trong công nghệ chống ồn mới

Tại quê nhà nước Đức, Audi A8 thế hệ mới có 2 tuỳ chọn động cơ V6 tăng áp gồm 3.0L TDI và 3.0L TFSI Bản động cơ diesel cho công suất 286

mã lực, trong khi bản máy xăng có công suất 340 mã lực Audi cũng sẽ cung cấp các tuỳ chọn động cơ V8 4.0L TDI công suất 435 mã lực, cùng V8 4.0L

460 mã lực Phiên bản cao cấp nhất sẽ được trang bị động cơ W12 6.0L Ngoài ra sẽ còn có một phiên bản A8 L e-tron quattro, kết hợp một động cơ 3.0L TFSI cùng một động cơ điện, cho công suất 449 mã lực và mô-men xoắn 700 Nm Nhờ bộ pin lithium-ion, nó có thể chạy được quãng đường

50 km chỉ nhờ động cơ điện

3.2 Giới thiệu hệ thống đánh lửa audi A8

Hệ thống đánh lửa A8 là hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng các tín hiệu của các cảm bỉến để tính toán thời điểm đánh lửa tối ưu nhất

Sơ đồ của hệ thống đánh lửa

Hình 3.1: Sơ đồ tổng quan

Hệ thống gồm có :

Nguồn được cấp cho hộp và các mobin đánh lửa

Hộp điều khiển ECU là bộ phận phụ trách xửa lý tín hiệu từ cẩm biến

để điều khiển đánh lửa

Bobin đánh lửa là bộ phận đảm nhiệm nhiệm vụ tạo ra rồng cao ấp truyền tới bugi

Bugi có nhiệm vụ tạo ra tia lửa điện trong buồng đốt để dốt cháy hỗn hợp nhiên liệu

Và các cảm biến có chức năng thu thập các thông số khĩ thuật như vị trí pistong, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát, tiếng gõ, cung cấp cho ECU

3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trực tiếp

Đặc điểm của hệ thống đánh lửa trực tiếp (ĐLTT):

Hình 3.2.sơ đồ hoạt động của hệ thống đánh lửa trên audi A8l

Hình 3.3: Sơ đồ mạch điện của bôbin

Không còn bộ chia điện thay thế vào đó là một bô bin cùng với một IC đánh lửa độc lập cho mỗi xy-lanh

nó có thể giảm tổn thất năng lượng trong khu vực cao áp và tăng độ bền Đồng thời nó cũng giảm đến mức tối thiểu nhiễu điện từ, bởi vì không sử dụng tiếp điểm trong khu vực cao áp

việc sử dụng ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử)

Nguyên lý hoạt động khi có tín hiệu IGT

3.3.1

Hình 3.4: Nguyên lý hoạt động khi có tín hiệu IGT Nguyên lý điều khiển khi nhận tín hiệu ICT