Thuyết minh hệ thống đánh lửa CX5

Hệ thống đánh lửa mazda CX5.CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ1.1 Nhiệm vụ Hệ thống đánh lửa trên động cơ có nhiệm vụ biến nguồn điện xoay chiều hoặc một chiều có hiệu điện thế thấp (1224V) thành xung điện thế cao (1500040000V)Các xung hiệu điện thế cao này sẽ được phân bố đến bugi đúng thời điểm để tạo ra tia lửa điện cao thế đốt cháy hòa khí. 1.2 Yêu cầu Tạo điện áp lớn để phóng điện qua khe hở bugi trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ. Tạo ra tia lửa trên bugi phải đủ năng lượng và đủ thời gian phóng để sự cháy bắt đầu. Vì trong hệ thống đánh lửa tia lửa được phát ra giữa điện cực của bugi để đốt cháy hỗn hợp xăng và không khí. Nhưng do hoà khí bị nén với áp suất cao nên có điện trở lớn vì vậy cần có điện thế hàng chục nghìn vôn để đảm bảo phát ra tia lửa mạnh, để có thể đốt cháy hỗn hợp trong mọi điều kiện hoạt động của động cơ. Thời điểm đánh lửa phải chính xácHệ thống đánh lửa luôn luôn phải có thời điểm đánh lửa chính xác vào cuồi ký nén đầu kỳ nổ của các xilanh. Góc đánh lửa sớm phải thay đổi phù hợp với sự thay đổi tốc độ và tải trọng của động cơ để động cơ hoạt động tối ưu nhất. Sự sai mòn điện cực bugi nằm trong khoảng cho phép. Hệ thống đánh lửa phải có độ bền và tính ổn định cao. Để có thể chịu đựng được những tác động nhiệt, rung rật mà động cơ sinh ra cũng như điện áp cao trong bản thân tia lửa sinh ra. 1.3 Phân loại hệ thống đánh lửa Hệ thống đánh lửa trên ô tô được sử từ rất lâu và hầu như không thay đổi, mới chỉ thay đổi phương thức đánh lửa hoặc phương pháp phân phối tia lửa. Ta có thể phân hoại hệ thống đánh lửa như sau:Theo phương thức tích luỹ năng lượng có:Hệ thống đánh lửa điện cảm. Hệ thống đánh lửa điện dung. Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp có:Hệ thống đánh lửa truyền thống (đánh lửa má vít). Hệ thống đánh lửa tranzisror (đánh lửa bán dẫn) gồm 2 loại:+Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp +Hệ thống đánh lửa được điều khiển bằng kỹ thuật số. Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp lại chia ra loại có vít điều khiển và không có vít điều khiển. Loại không có vít điều khiển có các loại là: Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên và loại nam châm quay. Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến biến Hall. Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến biến quang. Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến từ trở … Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến cộng hưởng. Trong hệ thống đánh lửa điểu khiển bằng kỹ thuật số có: Hệ thống đánh lửa theo chương trình. Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ vi xử lý. Hệ thống đánh lửa kết hợp với hệ thống phun xăng điện tử. Phân loại theo các phân bố điện cao áp có: Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện delco. Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay không có delco. Phân loại theo phương pháp điều khiển góc đánh lửa sớm:

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ 1

1.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên ô tô 3

3.1.2 Hệ thống đánh lửa sử dụng trên xe mazda cx5-2wd: 41 3.2 Cấu tạo của hệ thống đánh lửa trực tiếp kiểu đơn chiếc 45

ĐÁNH LỬA XE MAZDA CX5 54

nói riêng ngày càng lớn mạnh Nhiều hãng xe, thương hiệu với nhiều mẫu mãchủng loại với kỹ thuật tiên tiến lần lượt được ra đời Bên cạnh đó khoa học, kỹthuật không ngừng phát triển làm cho mức sống của người dân được tăng cao, do

đó nhu cầu đi lại cũng được nâng cao Điều đó buộc các nhà sản xuất và cungcấp các phương tiện giao thông phải cho ra đời nhiều sản phẩm với những mẫu

mã đa dạng và hoàn thiện hơn Cùng với đó tính tiện nghi ngày càng hiện đạihơn Trong đó, phải kể đến tính năng êm dịu và tiết kiệm nhiên liệu phải đượctính đến để đem lại lợi ích kinh tế cho người tiêu dùng

Để có được sự êm dịu và tiết kiệm nhiên liệu đó, ngoài những quy địnhnghiêm ngặt không thể thiếu trong quá trình chế tạo lắp rắp, làm thế nào để sửdụng chúng một cách hiệu quả nhất cũng là một vấn đề quan trọng không kém Vấn đề đặt ra làm thế nào để khai thác hiệu quả nhất động cơ hiện đại của mộtchiếc ô tô hiện đại

Động cơ với hệ thống điều khiển điện tử đánh lửa chính là xu hướng pháttriển của động cơ ô tô ngày nay và trong tương lai Nó làm việc dựa trên nguyênlý: dùng các cảm biến để thu nhập các thông số trong quá trình điều khiển xe( như cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến lưu lượng khí nạp v v ) sau đó được

mã hóa và đưa vào bộ xử lý trung tâm ECU, bộ xử lý này sẽ xử lý và đưa ra tínhiệu điều khiển động cơ Do đó, việc khai thác và sử dụng động cơ hiện đại này

là một tất yếu cho sự phát triển ngành công nghiệp ô tô ở Việt Nam

Hiện nay, ở nước ta có rất nhiều loại xe sử dụng hệ thống điều khiển điện

tử và đánh lửa bán dẫn Trong đó, động cơ Skyactive trên xe Mazda CX5 sửdụng công nghệ này Điều này không chỉ đáp ứng nhu cầu của người sử dụng màcòn đáp ứng về nhu cầu tiết kiệm nhiên liệu và những quy định gắt gao về khíthải và ô nhiễm môi trường

“NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE MAZDA CX5”

Đề tài của em bao gồm các phần sau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống đánh lửa trên ô tô

Chương 2: Kết cấu, nguyên lý làm việc của các chi tiết trên hệ thống đánh lửaChương 3: Phân tích hệ thống đánh lửa trên xe Mazda CX5

Chương 4: Quy trình kiểm tra, chẩn đoán hệ thống đánh lửa trên xe MazdaCX5

Trong quá trình làm đồ án do trình độ và kiến thức thực tế còn hạn chế, thờigian ngắn nên khó tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự đóng góp

ý kiến của các thầy và bạn bè

Đồ án được hoàn thành đúng tiến độ nhờ có sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tìnhcủa thầy giáo trong bộ môn công nghệ ô tô cùng với sự đóng góp ý kiến của bạn

bè Đặc biệt là sự chỉ bảo nhiệt tình của GVHD và bạn bè đã đóng góp ý kiến Xin cảm ởn tất cả đã giúp đỡ em thực hiện đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn!

Stt Tên bảng Trang

2 Bảng thông số đặc tính của cảm biến lưu lượng khí nạp 37

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.3 Sơ đồ bôbin 7Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển 10

Hình 1.6 Nguyên lý làm việc của cảm biến điện từ loại nam châm

Hình 1.11 Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ

loại nam châm đứng yên

16

Hình 1.14 Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc

đánh lửa sớm bằng điện tử

21

Hình 1.15 Sơ đồ mạch điện của hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều

khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử có sử dụng delco

Hình 2.7 Dạng sóng tín hiệu của cảm biến vị trí trục cam 34

Hình 2.10 Đặc tính của cảm biến lưu lượng khí nạp 36Hình 2.11 Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ 37

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lí làm việc của hệ thống đánh lửa trực tiếp 44

Hình 3.9 Sơ đồ khái niệm hệ thống đánh lửa kỹ thuật số 52

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ 1.1 Nhiệm vụ

Hệ thống đánh lửa trên động cơ có nhiệm vụ biến nguồn điện xoay chiềuhoặc một chiều có hiệu điện thế thấp (12-24V) thành xung điện thế cao (15000-40000V)

Các xung hiệu điện thế cao này sẽ được phân bố đến bugi đúng thời điểm

để tạo ra tia lửa điện cao thế đốt cháy hòa khí

Thời điểm đánh lửa phải chính xác

Hệ thống đánh lửa luôn luôn phải có thời điểm đánh lửa chính xác vàocuồi ký nén đầu kỳ nổ của các xilanh Góc đánh lửa sớm phải thay đổi phù hợpvới sự thay đổi tốc độ và tải trọng của động cơ để động cơ hoạt động tối ưu nhất

Sự sai mòn điện cực bugi nằm trong khoảng cho phép

Hệ thống đánh lửa phải có độ bền và tính ổn định cao Để có thể chịu đựng được những tác động nhiệt, rung rật mà động cơ sinh ra cũng như điện áp cao trong bản thân tia lửa sinh ra

1.3 Phân loại hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa trên ô tô được sử từ rất lâu và hầu như không thay đổi,

mới chỉ thay đổi phương thức đánh lửa hoặc phương pháp phân phối tia lửa Ta

có thể phân hoại hệ thống đánh lửa như sau:

Theo phương thức tích luỹ năng lượng có:

-Hệ thống đánh lửa điện cảm

-Hệ thống đánh lửa điện dung

Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp có:

-Hệ thống đánh lửa truyền thống (đánh lửa má vít)

-Hệ thống đánh lửa tranzisror (đánh lửa bán dẫn) gồm 2 loại:

+Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp

+Hệ thống đánh lửa được điều khiển bằng kỹ thuật số

* Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp lại chia ra loại có vít điềukhiển và không có vít điều khiển Loại không có vít điều khiển có các loại là:

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên và loạinam châm quay

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến biến Hall

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến biến quang

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến từ trở …

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến cộng hưởng

* Trong hệ thống đánh lửa điểu khiển bằng kỹ thuật số có:

- Hệ thống đánh lửa theo chương trình

- Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ vi xử lý

- Hệ thống đánh lửa kết hợp với hệ thống phun xăng điện tử

Phân loại theo các phân bố điện cao áp có:

-Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện delco

-Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay không có delco

Phân loại theo phương pháp điều khiển góc đánh lửa sớm:

-Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng cơ khí

-Hệ thống đánh lửa với bộ điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử

Phân loại theo kiểu đánh lửa trực tiếp có:

-Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bôbin cho một bugi

-Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bôbin cho từng cặp bugi

-Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng một bôbin cho 4 bugi

1.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên ô tô

1.4.1 Nguyên lý tạo ra dòng điện cao áp

Hiện tượng tự cảm:

Trường điện từ được sinh ra khi có 1 dòng điện chạy qua một cuộn dây,kết quả là sinh ra một sức điện động và tạo ra một từ thông có hướng cản trở sựsinh ra của từ thông trong cuộn dây Do đó dòng điện không chạy qua cuộn dâyngay khi được dẫn vào cuộn dây, mà nó sẽ tăng sau một thời gian nhất định Nhưvậy khi dòng điện bắt đầu chạy trong cuộn dây hoặc khi các dòng điện trongcuộn dây sinh ra sức điện động có hướng tác dụng cản trở sự thay đổi từ thôngtrong cuộn dây thì hiện tưởng đó gọi là hiện tượng tự cảm

Hiện tượng cảm ứng điện từ:

Hiện tượng cảm ứng điện từ là sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch kín khi từ thông qua mạch đó biến đổi Suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch điện kín

1.4.2 Nguyên lý của hệ thống đánh lửa

Trong động cơ xăng, hoà khí được đưa vào xylanh và được trộn đều nhờ

sự xoáy lốc của dòng khí, sau đó piston nén lại Tới thời điểm thích hợp thì hệthống đánh lửa sẽ cung cấp điện cao thế để đốt cháy hỗn hợp hoà khí Quá trìnhđốt cháy đó được chia làm 3 giai đoạn là: Quá trình tăng dòng sơ cấp, quá trìnhngắt dòng sơ cấp và thời kỳ xuất hiện tia lửa ở cực bugi

Quá trình tăng dòng sơ cấp:

Quá trình tăng dòng sơ cấp được thực hiện khi mạch sơ cấp được thôngmạch (khi tiếp điểm đóng hoặc transitor mở) khi đó dòng điện từ (+) ắc quy quakhoá điện qua má vít hoặc transitor tới IC đánh lửa rồi trở về mát tạo thành mộtmạch điện kín Ở giai đoạn này mạch điện thứ cấp gần như không ảnh hưởng gìtới quá trình tăng dòng sơ cấp và hiệu điện thế, cường độ dòng điện xuất hiệntrong mạch cũng gần như không đổi nên ta có thể coi như mạch thứ cấp hở.Trong giai đoạn này dòng điện trong cuộn sơ cấp tăng dần theo thời gian

Quá trình ngắt dòng sơ cấp:

Quá trình ngắt dòng sơ cấp được diễn ra khi má vít đóng hoặc transitorngắt Dòng điện từ nguồn điện chạy qua cuộn sơ cấp của bôbin, đột ngột dòngđiện bị ngắt đi tại thời điểm đánh lửa Khi dòng điện ở cuộn sơ cấp bị ngắt đi, từtrường điện do cuộn sơ cấp sinh ra giảm đột ngột Theo nguyên tắc cảm ứng điện

từ, cuộn thứ cấp sinh ra một dòng điện để chống lại sự thay đổi từ trường đó Do

số vòng của cuộn thứ cấp lớn gấp rất nhiều lần số vòng dây cuộn sơ cấp nêndòng điện ở cuộn thứ cấp có điện áp rất lớn (có thể đến 100.000 vôn) Dòng điệncao áp này được bộ chia điện đưa đến bugi qua dây cao áp

Quá trình phóng tia lửa ở điện cực bugi:

Quá trình diễn ra ngay sau khi quá trình ngắt dòng sơ cấp diễn ra Khi đóđiện áp thứ cấp đã đạt tới điện áp đánh lửa Bằng thực nghiệm người ta chứngminh được là tia lửa xuất hiện ở hai điện cực gồm hai thành phần là thành phầnđiện dung và thành phần điện cảm

Thành phần điện dung của tia lửa do năng lượng tích luỹ trên mạch thứcấp Tia lửa điện dùng đặc trưng bởi sự sụt áp và tăng dòng đột ngột trong bôbin.Tia lửa có màu xanh xám và kèm theo tiếng nổ tanh tách và tia lửa gây nhiễu vôtuyến điện và làm mài mòn điện cực của bugi Để ngăn hiện tượng đó trên mạch

sơ cấp thường được mắc thêm các điện trở Do tia lửa điện xuất hiện trước khi

hiệu điện thế đạt giá trị cực đại nên năng lượng của tia lửa chỉ là một phần củanăng lượng tích lũy trong bugi

Tia lửa điện cảm là thành phần chính trong tia lửa của bugi Thời gian xuấthiện tia lửa kéo dài gấp 100 đến 1000 lần tia lửa điện dung Thời gian này phụthuộc vào loại bugi và khe hở của bugi đặc biệt là chế độ làm việc của động cơ.Thường thì vào khoảng 1 đến 1.5ms Tia điện cảm có màu vàng và còn gọi làđuôi lửa

1.5 Hệ thống đánh lửa má vít

1.5.1 Mô tả hệ thống

Hệ thống này ra đời từ khi có ô tô tới những năm 1974 (Hình 1.1) Hệ thốnggồm những bộ sau: bôbin, bộ chia điện, dây cao áp, bugi, và các cơ cấu điềukhiển góc đánh lửa sớm bằng ly tâm, bằng chân không;

Sự nổ của hỗn hợp không khí – nhiên liệu do tia lửa điện từ bugi được gọichung là sự bùng cháy Tuy nhiên, sự bùng cháy không phải xảy ra ngay tứckhắc mà theo trình tự như sau:

Tia lửa xuyên qua hỗn hợp không khí-nhiên liệu từ điện cực trung tâm đếnkhi điện cực tiếp đất Kết quả là phần hỗn hợp không khí – nhiên liệu dọc theotia lửa bị kích hoạt, phản ứng hóa học (oxy hóa) xảy ra và sản sinh ra nhiệt đểhình thành cái gọi là “nhân ngọn lửa”

Nhân ngọn lửa này lại kích hoạt hỗn hợp không khí – nhiên liệu bao quanh,

và phần hỗn hợp này lại kích hoạt chung quanh nó Cứ như thế nhiệt của nhânngọn lửa được mở rộng ra trong một quá trình được gọi là lan truyền ngọn lửa đểđốt cháy hỗn hợp không khí – nhiên liệu

Nếu nhiệt độ của các điện cực quá thấp hoặc khe hở giữa các điện cực quánhỏ, các điện cực sẽ hấp thụ nhiệt tạo ra từ tia lửa Kết quả là nhân ngọn lửa bị

tắt và động cơ không nổ

Hiện tượng này được gọi là sự dập tắt điện cực Nếu hiệu ứng dập tắt điện cực này lớn thì nhân ngọn lửa sẽ bị tắt Điện cực càng bé thì hiệu ứng dập tắtcàng nhỏ Và điện cực càng vuông thì càng dễ phóng điện

Một số bugi có rãnh chữ U trong điện cực tiếp đất, hoặc rãnh chữ V trongđiện cực trung tâm để tăng độ đánh lửa Những bugi này có hiệu ứng dập tắt thấphơn các bugi không có rãnh trong điện cực Chúng cho phép hình thành nhữngnhân ngọn lửa lớn Ngoài ra, một số bugi còn giảm hiệu ứng dập tắt bằng cách sửdụng những điện cực mạnh

1.5.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa má ví

Cam 1 của bộ chia điện quay nhờ truyền động từ cam của động cơ và làmnhiệm vụ mở tiếp điểm KK’ Cũng có nghĩa là ngắt dòng điện sơ cấp của biến ápđánh lửa số 3 Khi đó, từ thông đi qua cuộn thứ cấp do dòng điện sơ cấp gây nên

sẽ mất đi đột ngột , làm xuất hiện sức điện động cao thế trong cuộn thứ cấp W2

Điện áp này sẽ qua con quay chia điện 4 và dây cao áp đến các bôbin đánh lửatheo thứ tự nổ của động cơ Khi điện áp cấp đạt giá trị đánh lửa, giữa hai điệncực của bôbin sẽ xuất hiện tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp trong xy lanh.

Hinh 1.2: Sơ đồ hệ thống đánh lửa má vít Cũng vào lúc tiếp điểm KK chớm mở, trên cuộn dây sơ cấp W1 sinh ramột sức điện động tự cảm Sức điện động này được nạp vào tụ C1 nên sẽ dập tắttia lửa trên vít Khi vít đã mở hẳn, tụ điện sẽ xả qua cuộn dây sơ cấp của bôbin.Dòng phóng của tụ ngược chiều với dòng tự cảm khiến từ thông bị triệt tiêu độtngột Như vậy, tụ C1 còn đóng vai trò gia tăng tốc độ biến thiên của từ thông trêncuộn thứ cấp

1.6 Hệ thống đánh lửa bán dẫn

1.6.1 Nguyên lý chung của hệ thống đánh lửa bán dẫn

Mạch điện của hệ thống đánh lửa transitor rất phức tạp Để tiện cho việcnghiên cứu chúng ta sử dụng sơ đồ mạch điện đơn giản để mô tả quá trình hoạtđộng của hệ thông như sau

1 bugi; 2 cuộn thứ cấp; 3 Lõi sắt; 4 cuộn sơ cấp; 5 IC đánh lửa

Khi động cơ dừng:

Bộ phát tín hiệu bật transitor nguồn bật nhưng động cơ không hoạt động Khi

đó điện áp ở cực B được giữ ở dưới mức điện áp cơ bản >6V để cho transitorhoạt động Kết quả là transitor không hoạt động khi động cơ dừng, vì vậy không

có dòng điện sơ cấp chạy trong bôbin đánh lửa

Động cơ hoạt động có tín hiệu đánh lửa

Khi động cơ hoạt động, rôto tín hiệu của bộ chia điện quay sinh ra điện ápxoay chiều trong cuộn nhận tín hiệu Nếu điện áp sinh ra là dương thì nó bổ sungcho điện áp đặt tại cực B làm tăng điện áp tại điểm B vượt qua điện áp hoạt độngcủa transitor như vậy làm transitor mở

Do đó dòng điện sơ cấp trên cuộn đánh lửa chạy qua transitor từ cực gốc Ctới cực điều khiển E Như vậy quá trình tạo ra từ trường và tăng điện áp trongcuộn sơ cấp của bôbin được diễn ra

Tiếp theo điện áp xoay chiều sinh ra trong cuộn nhận tín hiệu có giá trị âm,điện áp này được bổ sung cho điện áp ở cực B vì vậy làm giảm điện áp tại điểm

B xuống dưới mức điện áp hoạt động của transitor làm transitor đóng Do vậydòng điện trong cuộn sơ cấp bị ngắt sinh ra điện áp cao trong cuộn thứ cấp để tạo

Điều khiển góc ngậm

Góc ngậm là khoảng thời gian dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp và đượctính bằng góc quay của roto tín hiệu Khoảng thời gian dòng điện chạy qua cuộn

sơ cấp bị giảm dần khi tốc độ động cơ tăng cao Vì vậy điện áp tự cảm trongcuộn thứ cấp giảm xuống sinh ra dòng điện cao áp yếu Đối với hệ thống đánhlửa transitor ta có thể điều khiển góc ngậm bằng cách điều khiển mạch hoặc điềukhiển dạng sóng Điều khiển này phụ thuộc vào từng kiểu bộ đánh lửa

Ở kiểu điều khiển mạch việc tăng góc ngậm được tạo ra trong bộ đánh lửabằng cách hạ thấp điện áp hoạt động của transitor nguồn nhờ việc tăng điện áp tựcảm trong cuộn thu tín hiệu khi có sự tăng tốc của động cơ Nhưng để transitornguồn được mở sớm hơn khi tốc độ động cơ tăng đồng nghĩa với việc tăng thờigian cho dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp ( tăng góc ngậm)

Ở kiểu điều khiển dạng sóng ra việc tăng góc ngậm bằng cách thay đổihình dáng của roto tín hiệu so với loại thường Với kiểu roto tín hiệu này thìtransitor mở sớm hơn khi tốc độ động cơ tăng Điều này làm cho chu kỳ mởtransitor tăng lên nghĩa là tăng góc ngậm

Điều khiển giới hạn dòng:

Điều khiển giới hạn dòng là một hệ thống cải thiện sự tăng dòng điện chạytrong cuộn sơ cấp đảm bảo cho nó luôn luôn không đổi, từ dải tốc độ thấp đếnphạm vi tốc độ cao Nhưng khi giảm điện trở cuộn dây và cải thiện đặc tính tăngdòng điện, hệ thống này làm tăng dòng điện Vì vậy nếu dùng nó thì sẽ gây nêncháy cuộn dây transitor vì lý do đó, sau khi dòng điện sơ cấp đạt đến giá trị địnhmức, bộ đánh lửa điều khiển không cho dòng điện quá lớn qua nữa Do đó bôbinkhông cần có điện trở ngoài

1.6.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn loại có vít điều khiển

Cuộn sơ cấp W1 của bôbin được mắc nối tiếp với transistor T, còn tiếpđiểm K được nối với cực gốc của transistor T Do có transistor T nên điều kiện

làm việc của tiếp điểm được cải thiện rất rõ, bởi vì dòng qua tiếp điểm chỉ làdòng điều khiển cho transitor nên thường không lớn hởn 1A

Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiểnNguyên lý làm việc của sơ đồ như sau:

Khi công tắt máy IG,SW đóng thì cực E của transistor T được cấp điện thếdương Còn điện thế ở cực C của transistor có giá trị âm Khi cam không đổi,tiếp điểm K đóng, sẽ xuất hiện dòng điện qua cực gốc của transistor theo mạchsau: (+) ắc quy  SW  Rf  Wt  cực E  cực B  Rb  K  (-) ắc quy Rb làđiện trở phân cực được tính toán sao cho dòng Ib vừa đủ để transistor dẫn bãohòa Khi transistor dẫn dòng qua cuộn sơ cấp đi theo mạch: (+) ắc quy  SW

Rf  Wt  cực E  cực C  mát (âm ắc quy) Dòng sơ cấp của bôbin có thểđược tính bằng tổng dòng điện Ib + Ic của transistor T Dòng điện này tạo nênmột năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường trên cuộn sơ cấp của bôbin và khitiếp điểm K mở, dòng Ib = 0, transistor T khóa lại, dòng sơ cấp I1 qua Wt bị ngắtthì năng lượng này được chuyển hóa thành năng lượng để đánh lửa, và một phầnthành sức điện động tự cảm trong cuộn Wt của bôbin

Sức điện động tự cảm trong cuộn Wt ở hệ thống đánh lửa thường có giá trịkhoảng 200  400V Do vậy, không thể dùng các bôbin của hệ thống đánh lửathường cho một số hệ thống đánh lửa bán dẫn vì transistor sẽ không chịu nổi

Wt

RfRb

Ie

TCE

điện áp cao đặt vào giữa các cực E – C của transistor khi nó ở trạng thái khóa.Trong các hệ thống đánh lửa bán dẫn người ta thường sử dụng các bôbin có hệ

số biến áp lớn và có độ tự cảm L1 nhỏ hơn loại thường hoặc người ta có thể mắcthêm các mạch bảo vệ cho transistor

1.6.3 Hệ thống đánh lửa bán dẫn loại không có vít điều khiển

1.6.3.1 Cảm biến đánh lửa

A Cảm biến điện từ :

Loại nam châm đứng yên

Hình 1.5: Cảm biến nam châm đứng yên

1 Khe hở không khí; 2 Cuộn tín hiệu; 3 Giá bắt; 4 Nam châm vĩnh cửu; 5

Roto tín hiệuCảm biến được đặt trong delco bao gồm một rotor có số răng cảm biếntương ứng với số xylanh động cơ, một cuộn dây quấn quanh một lõi sắt từ cạnhmột thanh nam châm vĩnh cữu Cuộn dây và lõi sắt được đặt đối diện với cácrăng cảm biến rotor và được cố định trên vỏ delco Khi rotor quay, các răng cảmbiến sẽ lần lượt tiến lại gần và lùi ra xa cuộn dây Khe hở nhỏ nhất giữa răngcảm biến của rotor và lõi thép từ vào khoảng 0, 2  0, 5 mm

Khi rotor ở vị trí như hình 1.5, điện áp trên cuộn dây cảm biến bằng 0 Khirăng cảm biến của rotor tiến lại gần cực từ của lõi thép, khe hở giữa rotor và lõithép giảm dần và từ trường mạnh dần lên Sự biến thiên của từ thông xuyên quacuộn dây sẽ tạo nên một sức điện động e

Khi răng cảm biến của rotor đối diện với lõi thép, độ biến thiên của từtrường bằng 0 và sức điện động trong cuộn cảm biến nhanh chóng giảm về 0

Khi rotor đi xa ra lõi thép, từ thông qua lõi thép giảm dần và sức điệnđộng xuất hiện trong cuộn dây cảm biến có chiều ngược lại Sức điện động sinh

ra ở hai đầu dây cuộn cảm biến phụ thuộc vào tốc độ của động cơ Ở chế độ khởiđộng, sức điện động phát ra, chỉ vào khoảng 0, 5V, ở tốc độ cao nó có thể lênđến vài chục volt

Hình 1.6: Nguyên lý làm việc của cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên

1 Nam châm; 2 Cuộn tín hiệu; 3 Sự thay đổi từ thông bằng không; 4 Sự thayđổi từ thông lớn nhất; 5 Sức điện động; 6 Mật độ từ thông; 7 Mật độ thấp; 8

Mật độ caoHình 1.6 mô tả quá trình biến thiên của từ thông lõi thép và xung điện áp ởhai đầu ra của cuộn dây cảm biến Chú ý rằng, xung tín hiệu này khá nhọn Cảmbiến điện từ loại nam châm đứng yên có ưu điểm là rất bền, xung tín hiệu códạng 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 sửdụng transistor có độ nhạy cao và phải chống nhiễu cho dây tín hiệu

Cảm biến điện từ loại nam châm quay

Hình 1.7: Cảm biến điện từ loại nam châm quay cho loại động cơ 8 xylanh

1 Rotor nam châm; 2 Lõi thép từ; 3 Cuộn dây cảm biếnĐối với loại này, nam châm được gắn trên rotor, còn cuộn dây cảm biếnđược quấn quanh một lõi thép và cố định trên vỏ delco Khi nam châm quay, từtrường xuyên qua cuộn dây biến thiên tạo nên một sức điện động sinh ra trongcuộn dây Do từ trường qua cuộn dây đổi dấu nên sức điện động sinh ra trongcuộn dây lớn Ở chế độ cầm chừng, tín hiệu điện áp ra khoảng 2V Xung điện áp

có dạng như trên

Do tín hiệu điện áp ở chế độ khởi động lớn nên igniter dùng cho loại này ít

bị nhiễu Tuy nhiên, xung tín hiệu điện áp không nhọn nên khi tăng tốc độ động

cơ, thời điểm đánh lửa sẽ thay đổi

B Cảm biến quang

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

- Loại sử dụng một cặp LED – photo transistor

- Loại sử dụng một cặp LED – photo điốt

Phần tử phát quang (LED – lighting emision điốt) và phần tử cảm quang(photo transistor hoặc photo điốt) được đặt trong delco có vị trí tưởng ứng Đĩacảm biến được gắn vào trục của delco và có số rãnh tưởng ứng với số xylanhđộng cơ Do tín hiệu điện áp ở chế độ khởi động lớn nên igniter dùng cho loạinày ít bị nhiễu Tuy nhiên, xung tín hiệu điện áp không nhọn nên khi tăng tốc độ

động cơ, thời điểm đánh lửa sẽ thay đổi

Hình 1.8: Nguyên lý làm việc của cảm biến quang

1 LED; 2 Photo transistor; 3 Photo điốt; 4 Đĩa cảm biến

Khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng phát ra từ LED sẽ bị ngắt quãnglàm phần tử cảm quang dẫn ngắt liên tục, tạo ra các xung vuông dùng làm tínhiệu điều khiển đánh lửa

Hình 1.9: Sơ đồ mạch điện của cảm biến quang

Hình 1.9 là sơ đồ mạch của một loại cảm biến quang Cảm biến bao gồm

ba đầu dây: một đầu dương (Vcc), một đầu tín hiệu (Vout) và một đầu mát Khi đĩacảm biến chắn ánh sáng từ LED qua photo điốt D2, D2 không dẫn, điện áp tại ngõvào (+) sẽ thấp hơn điện áp so sánh ss ở ngõ vào (- ) trên Op -Amp A nên ngõ racủa Op -Amp A ở mức thấp làm transistor T ngắt, 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 sosánh Us và điện áp ngõ ra của Op -Amp A ở mức cao làm transistor T dẫn, Voutlập tức chuyển sang mức thấp Đây chính là thời điểm đánh lửa Xung điện áp tạiVout sẽ là xung vuông qua igniter điều khiển transistor công suất Do tín hiệu ra làxung vuông nên thời điểm đánh lửa không bị ảnh hưởng khi thay đổi số vòngquay của trục khuỷu động cơ

C Cảm biến Hall

Do điện áp UH rất nhỏ nên trong thực tế, để điều khiển đánh lửa người ta

phải khuếch đại và xử lý tín hiệu trước khi đưa đến Igniter Hình 1.10 là sơ đồ

khối của một cảm biến Hall Cảm biến Hall được đặt trong delco, gồm một rotorbằng 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 cánhchắn sẽ lần lượt xen vào khe hở giữa nam châm và IC Hall

Hình 1.10: Sơ đồ cấu tạo cảm biến Hall

1 Phần tử Hall; 2 Ổn áp; 3 Op Amp; 4 Bộ vi sử lý tín hiệu; 5 VCC; 6 Vout; 7

7

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 ICHall, tín hiệu điện áp từ IC Hall mất làm transistor Tr ngắt Tín hiệu điện áp ralúc này bằng điện áp từ igniter nối với ngõ ra của cảm biến Hall

Như vậy, khi làm việc, cảm biến Hall sẽ tạo ra một xung vuông làm tínhiệu đánh lửa Bề rộng của cánh chắn xác định góc ngậm điện (Dwell Angle)

Do xung điều khiển là xung vuông nên tốc độ động cơ không ảnh hưởng đến thờiđiểm đánh lửa

1.6.3.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động

A Hệ thống đánh lửa bán dẫn loại cảm biến nam chân đứng yên

Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ được sử dụng phổ biếntrên các loại xe ôtô vì nó có cấu tạo khá đơn giản, dễ chế tạo và ít hư hỏng Nóđược sử dụng chủ yếu trên các xe Nhật

Hình 1.11: Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ loại nam

Khi cuộn dây cảm biến không có tín hiệu điện áp hoặc điện áp âm,transistor T1 ngắt nên T2 ngắt, T3 dẫn cho dòng qua cuộn sơ cấp về mát Khi răngcủa rotor cảm biến tiến lại gần cựa của cuộn dây cảm biến, trên cuộn dây sẽ xuấthiện một sức điện động xoay chiều, nửa bán kỳ dưởng cùng với điện áp đệm trênđiện trở R2 sẽ kích cho transistor T1 dẫn, T2 dẫn theo và T3 sẽ ngắt Dòng quacuộn sơ cấp ở bôbin bị ngắt đột ngột tạo nên một sức điện động cảm ứng lêncuộn thứ cấp một điện áp cao và được đưa đến bộ chia điện

B Hệ thống đánh lửa bán dẫn loại cảm biến Hall:

Igniter của hệ thống bao gồm 6 đầu dây, một đầu nối mát, ba đầu nối vớicảm biến Hall, một đầu nối dương sau công tắc chính (IGSW) và một đầu nốivới âm bôbin Sơ đồ mạch điện và đồ thị biểu diễn sự tưởng quan giữa tín hiệuxung điện áp của cảm biến Hall và sự tăng trưởng của dòng sơ cấp qua bôbin

Hính 1.12: Sơ đồ nguyên lý cảm biến HallNguyên lý làm việc của hệ thống

Khi bật công tắc máy, mạch điện sau công tắc IG,SW được tách làm hainhánh, một nhánh qua điện trở phụ Rf đến cuộn sơ cấp và cực C của transistorT3, một nhánh sẽ qua điốt D1 cấp cho igniter và cảm biến Hall Nhờ R1, D2 điện

áp cung cấp cho cảm biến Hall luôn ổn định Tụ điện C1 có tác dụng lọc nhiễucho điện áp đầu vào Điốt D1 có nhiệm vụ bảo vệ IC Hall trong trường hợp mắclộn cực ắc quy, còn điốt D3 có nhiệm vụ ổn áp khi hiệu điện thế nguồn cung cấp

D1

D2 D3

D4 R1 R2

R3R4

quá lớn như trường hợp tiết chế của máy phát bị hư Khi đầu dây tín hiệu củacảm biến Hall có điện áp ở mức cao, từc lúc cánh chắn bằng thép xen giữa khe

hở trong cảm biến Hall, làm T1 dẫn Khi T1 dẫn, T2 và T3 dẫn theo Lúc này dòng

sơ cấp i1 qua W1, qua T3 về mát tăng dần Khi tín hiệu điện từ cảm biến Hall ởmức thấp, từc là lúc cánh chắn bằng thép ra khỏi khe hở trong cảm biến Hall,transistor T1 ngắt làm T2, T3 ngắt theo Dòng sơ cấp i1 bị ngắt đột ngột tạo nênmột sức điện động ở cuộn thứ cấp W2 đưa đến các bugi

Tụ điện C2 có tác dụng làm giảm sức điện động tự cảm trên cuộn sơ cấpW1 đặt vào mạch khi T2, T3 ngắt Trong trường hợp sức điện động tự cảm quálớn do sút dây cao áp chẳng hạn, R5, R6, D4 sẽ khiến transistor T2, T3 mở trở lại

để giảm xung điện áp quá lớn có thể gây hư hỏng cho transistor Điốt Zener D5

có tác dụng bảo vệ transistor T3 khỏi bị quá áp vì điện áp tự cảm trên cuộn sơ cấpcủa bôbin

C Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang

Hình 1.13: Hệ thống đánh lửa cảm biến quang

R3R4

R5

R6

R7

R8D1

Hình 1.13 trình bày một sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn được điều khiểnbằng cảm biến quang của hãng Motorola Cảm biến quang được đặt trong delcophát tín hiệu đánh lửa gởi về igniter để điều khiển đánh lửa

Khi đĩa cảm biến ngăn dòng ánh sáng từ LED D1 sang photo transistor T1khiến nó ngắt Khi T1 ngắt, các transistor T2, T3, T4 ngắt, T5 dẫn, cho dòng quacuộn sơ cấp về mát Khi đĩa cảm biến cho dòng ánh sáng đi qua, T1 dẫn nên T2,T3, T4 dẫn, T5 ngắt Dòng sơ cấp bị ngắt sẽ tạo một sức điện động cảm ứng lêncuộn thứ cấp một điện áp cao và được đưa đến bộ chia điện

1.7 Hệ thống đánh lửa điều khiển kỹ thuật số

Trên các ô tô hiện đại, kỹ thuật số đã được áp dụng vào trong hệ thốngđánh lửa từ nhiều năm nay Việc điều khiển góc đánh lửa sớm và góc ngậm điện

sẽ được máy tính đảm nhận Các thông số như tốc độ động cơ, tải, nhiệt động cơđược 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 củađộng cơ Các bộ phận như bộ đánh lửa sớm kiểu cơ khí (thấp áp, ly tâm) đã đượcloại bỏ hoàn toàn Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớmbằng điện tử (ESA-electronic spark advance) được chia làm 2 loại sau :

-Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ vi xử lý

-Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ vi xử lý kết hợp với hệ thống phun xăng

Nếu phân loại theo cấu tạo ta có:

-Hệ thống đánh lửa theo chương trình có delco

-Hệ thống đánh lửa theo chương trình không có delco (đánh lửa trực tiếp)

So với các hệ thống đánh lửa trước đó, hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiểngóc đánh lửa sớm bằng điện tử có những ưu điểm sau:

Góc đánh lửa sớm được điều chỉnh tối ưu cho từng chế độ hoạt động củađộng cơ

Góc ngậm điện luôn luôn được điều chỉnh theo tốc độ động cơ và theohiệu điện thế ắc quy, bảo đảm điện áp thứ cấp có giá trị cao ở mọi thờiđiểm

Động cơ khởi động dễ dàng, cầm chừng êm dịu, tiết kiệm nhiên liệu vàgiảm độc hại của khí thải

Công suất và đặc tính động học của động cơ được cải thiện rõ rệt

Có khả năng điều khiển chống kích nổ cho động cơ

Ít bị hư hỏng, có tuổi thọ cao và không cần bảo dưỡng

Với những ưu điểm nổi bật như vậy, ngày nay hệ thống đánh lửa với cơcấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử kết hợp với hệ thống phun xăng

đã thay thế hoàn toàn hệ thống đánh lửa bán dẫn thông thường, giải quyết cácyêu cầu ngày càng cao về độ độc hại của khí thải

Để có thể xác định chính xác thời điểm đánh lửa cho từng xylanh của động cơtheo thứ tự thì nổ, ECU cần phải nhận được các tín hiệu cần thiết như tốc độđộng cơ, vị trí cốt máy (vị trí piston), lượng gió nạp, nhiệt độ động cơ… Số tínhiệu vào càng nhiều thì việc xác định góc đánh lửa sớm tối ưu càng chính xác

Sơ đồ hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử cóthể chia thành ba phần: tín hiệu vào (input signals), ECU và tín hiệu từ ECU rađiều khiển ingiter (output signals)

Ngoài ra còn có thể có các tín hiệu vào từ cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảmbiến tốc độ xe, cảm biến oxy Sau khi nhận tín hiệu từ các cảm biến ECU sẽ xử

lý và đưa ra xung đến igniter để điều khiển đánh lửa Hình1.14 mô tả vị trí củacác cảm biến trên động cơ

Trong các loại tín hiệu ngõ vào, tín hiệu tốc độ động cơ, vị trí piston (cốtmáy) và tín hiệu tải là các tín hiệu quan trọng nhất Để xác định tốc độ động cơ,người ta có thể đặt cảm biến trên một vành răng ở đầu cốt máy, bánh đà, đầu cốtcam hoặc delco Có thể sử dụng cảm biến hall, cảm biến điện từ, cảm biến

quang Số răng trên các vành răng khác nhau tuỳ thuộc loại cảm biến và tuỳthuộc loại động cơ Trong một số trường hợp, chỉ sử dụng một vòng răng đểdùng chung cho việc xác định tốc độ động cơ và vị trí cốt máy

Hình 1.14: Sơ đồ hệ khối thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa

sớm bằng điển tử

1 Tín hiệu tốc độ động cơ (NE); 2 Tín hiệu vị trí cốt máy (G); 3 Tín hiệu tải; 4.Tín hiệu từ cảm biến vị trí cánh bướm ga; 5 Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát; 6.Tín hiệu điện áp ắc quy; 7 Tín hiệu kích nổ; 8 Ắc quy; 9 Bôbin; 10 Bugi

1.7.1 Hệ thống đánh lửa lập trình có bộ chia điện

Sau khi nhận tất cả các tín hiệu từ các cảm biến, bộ xử lý trung tâm (CPU)

sẽ xử lý các tín hiệu và đưa ra các xung tín hiệu phù hợp với góc đánh lửa sớmtối ưu đã nạp sẵn trong bộ nhớ để điều khiển transistor T1 tạo ra các xung IGTđưa vào igniter Các xung IGT đi qua mạch kiểm soát góc ngậm (dwell anglecontrol) và sẽ được xén trước khi điều khiển đóng ngắt transistor công suất T2.Cực E của transistor công suất T2 mắc nối tiếp với điện trở (có giá trị rất nhỏ)cảm biến dòng sơ cấp kết hợp với bộ kiểm soát góc ngậm điện để hạn chế dòng

sơ cấp trong trường hợp dòng sơ cấp tăng cao hơn quy định Khi transistor T2ngắt bộ phát xung rồi tiếp dẫn IGF và ngược lại, 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 lýtrung tâm trong ECU để báo rằng hệ thống đánh lửa đang hoạt động phục vụcông tác chẩn đoán Ngoài ra, để đảm bảo an toàn, xung IGF còn được dùng để

mở mạch phun xăng Trong trường hợp không có xung IGF, các kim phun sẽngừng phun sau thời gian vài giây

Trên một số loại động cơ, điện áp từ cảm biến điện từ trong delco đượcđưa thẳng vào igniter Tại đây, sau khi chuyển thành xung vuông sẽ gửi về ECU.ECU dựa vào xung này để xác định đồng thời tốc độ động cơ và vị trí piston đểdựa vào đó đưa ra xung IGT điều khiển đánh lửa sớm

Hình 1.15: Sơ đồ mạch điện của hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc

đánh lửa sớm bằng điện tử có sử dụng delco

1 Ắc quy; 2 Bôbin; 3 Cuộn đánh lửa; 4 ECU; 5 IGF; 6 CPU

1.7.2 Hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện (đánh lửa trực tiếp)

A 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) đượcphát triển từ giữa năm 1980, trên các loại xe sang trọng và ngày càng được ứngdụng 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 nănglượng, giảm điện dung 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 cáchđiện tốt như mỏ quẹt, chổi than, nắp delco

-Trong hệ thống đánh lửa có delco, nếu góc đánh lửa quá sớm sẽ xảy ratrường hợp đánh lửa ở hai đầu dây cao áp kề nhau (thường xảy ra ở động cơ có

số xylanh Z > 4)

Loại bỏ được những hư hỏng thường gặp do hiện tượng phóng điện trênmạch cao áp và giảm chi phí bảo dưỡng

B Phân loại hệ thống đánh lửa trực tiếp

Đa số các hệ thống đánh lửa trực tiếp thuộc loại điều khiển góc đánh lửasớm bằng điện tử nên việc đóng mở transistor công suất trong igniter được thựchiện bởi ECU Hệ thống đánh lửa trực tiếp được chia làm ba loại chính sau:

Loại 1: Sử dụng mỗi bôbin cho một bugi

Nhờ tần số hoạt động của mỗ bôbin nhỏ hơn trước nên các cuộn dây sơcấp và thứ cấp ít nóng hơn Vì vậy kích thước của bôbin rất nhỏ và được gắndính với nắp chụp bugi

ECU sau khi khi xử lý tín hiệu từ các cảm biến sẽ gởi tín hiệu đến cực B củatừng transistor công suất trong igniter theo thứ tự thì nổ và thời điểm đánh lửa

Hình 1.16: Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng một bôbin cho một bugi

1 ECU; 2 Bôbin; 3 Bugi; 4 Cuộn đánh lửaCuộn sơ cấp của các bôbin loại này có điện trở rất nhỏ (<1 ) và trênmạch sơ cấp không sử dụng điện trở phụ vì xung điều khiển đã được xén sẵn trong ECU Vì vậy, không được thử trực tiếp bằng điện áp 12V

Loại 2: Sử dụng mỗi bôbin cho từng cặp bugi

Hình 1.17: Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bôbin cho từng cặp bugi

1 ECU; 2 Cuộn đánh lửaCác bôbin đôi phải được gắn vào bugi của 2 xylanh song hành Ví dụ, đốivới động cơ 4 xylanh có thứ tự thì nổ: 1-3-4-2, ta sử dụng hai bôbin, bôbin thứ

nhất có hai đầu của cuộn thứ cấp được nối trực tiếp với bugi số 1 và số 4 cònbôbin thứ hai nối với bugi số 2 và số 3

Ở thời điểm đánh lửa, xylanh số 1 và số 4 cùng ở vị trí gần điểm chết trênnhưng tỉ số nén của hai xylanh thì khác nhau nên điện trở khe hở bugi của cácxylanh trên cũng khác nhau: R1  R4 Lấy ví dụ xylanh số 1 đang ở thì nén thì R1rất lớn còn ở xylanh số 4 đang ở thì thoát nên R4 rất nhỏ do sự xuất nhiều ionnhờ phản ứng cháy và nhiệt độ cao Do đó: R1>>R4, và từ (a), (b) ta có U1 Utc,U4  0 Có nghĩa là tia lửa chỉ xuất hiện ở bugi số 1 Trong trường hợp ngượclại R1<< R4; U1  0, tia lửa sẽ ECU đưa ra xung điều khiển để đóng mở cáctransistor T1 và T2 theo thứ tự thì nổ là 1-3-4-2 hoặc 1-2-4-3 Đối với động cơ 6xylanh, để đảm bảo thứ tự thì nổ 1- 5 – 3 – 6 – 2 - 4, hệ thống đánh lửa trực tiếp

sử dụng ba bôbin: một cho xylanh số 1 và số 6 Một cho xylanh số 2 và số 5 vàmột cho xylanh số 3 và số 4

Loại 3: Sử dụng một bôbin cho 4 xylanh

Hình 1.18: Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng một bôbin cho 4 xylanh

1 ECU; 2 Cuộn đánh lửa; 3 Bôbin; 4 BugiTrong sơ đồ trên, bôbin có hai cuộn sơ cấp và một cuộn thứ cấp được nốivới các bugi qua các điốt cao áp Do hai cuộn sơ cấp quấn ngược chiều nhau nênkhi ECU điều khiển mở lần lượt transistor T1 và T2, điện áp trên cuộn thứ cấp sẽđổi dấu Tùy theo dấu của xung cao áp, tia lửa sẽ xuất hiện ở bugi tưởng ứng qua

các điốt cao áp theo chiều thuận Ví dụ: nếu cuộn thứ cấp có xung dưởng, tia lửa

sẽ xuất hiện ở số 1 hoặc số 4 Điốt D5 và D6 dùng để ngăn chặn ảnh hưởng từgiữa hai cuộn sơ cấp (lúc T1 hoặc T2 đóng) nhưng chúng làm tăng công suất tiêuhao trên igniter Nhược điểm của hệ thống đánh lửa trực tiếp loại 2 và 3 là chiềuđánh lửa trên hai bugi cùng cặp ngược nhau dẫn đến hiệu điện thế đánh lửachênh nhau khoảng 1, 5 đến 2 kV

CHƯƠNG 2: KẾT CẤU, NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA CÁC CHI TIẾT TRÊN HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

2.1 Bugi

Cấu tạo bugi gồm các bộ phận chính sau:

 Phần sứ cách điện bọc trong vỏ kim loại

 Cực trung tâm bằng thép hợp kim chịu nhiệt độ cao, chống rỉ sét, không bị ănmòn hóa học

 Phần trên vỏ kim loại có dạng lục giác để lắp bugi

 Quanh chân bugi có ren vặn vào nắp máy

 Cực bên của bugi được hàn ở chân bugi

Khoảng cách từ cực trung tâm và cực bên gọi là khe hở chấu bugi, thườngkhe hở này được quy định từ 1,0 ÷ 1,3mm

Hình 2.1: Cấu tạo bugi.

Bugi về lý thuyết thì khá đơn giản, nó là công cụ để nguồn phát ra hồquang qua một khoảng trống (giống như tia sét) Nguồn điện này phải có điện áprất cao để tia lửa có thể phóng qua khoảng trống và tia lửa mạnh Thông thườngđiện áp giữa hai cực của nến điện khoảng từ 40.000÷100.000V

Bugi sử dụng loại sứ cách điện để cách ly nguồn cao áp giữa các điện cực, nóphải đảm bảo để tia lửa phóng ra đúng ở hai đầu của điện cực chứ không phải ởbất cứ nào thuộc hai cực Ngoài ra chất sứ này còn có tác dụng không để các bụithan bám vào trong quá trình sử dụng Sứ là vật liệu rất kém, vì vậy vật liệu rấtnóng trong quá trình làm việc Sức nóng đã giúp làm sạch bụi than khỏi điệncực

2.2 ECU

ECU động cơ được tạo bởi một bằng mạch điện tử gồm rất nhiều linh kiệnđiện tử đã được lập trình và có cấu tạo như một chiếc máy tính với đầy đủ các bộphận như CPU, RAM , ROM, và các bộ phận khác như bộ lọc nhiễu bộ chuyểnđổi tín hiệu từ điện sang tín hiệu số và ngược lại ECU động cơ là trung tâm điềukhiển tất cả các hệ thống trên xe

Nguyên lý làm việc của ECU:

ECU nhận tín hiệu từ tất cả các cảm biến dưới dạng điện áp hoặc xungđiện áp rồi lọc và biến đổi thành tín hiệu số tương ứng để so sánh và kiểm tra vớicác tín hiệu gốc đã được lập trình sẵn trong ECU sau đó ECU sẽ đưa ra các tínhiệu điều khiển toàn bộ động cơ ở dạng số sau khi đi qua bộ chuyển đổi ngượclại tín hiệu điện để đưa tới các cơ cấu chấp hành để điều khiển động cơ hoạtđộng được tối ưu nhất Phần điều khiển đánh lửa trong ECU chính là ESA ESA nhận tín hiệu từ các cảm biến vị trục cam trục khuỷu để đưa ra tínhiệu đánh lửa dưới dạng xung (IGT và IGF) tới bôbin đánh lửa và tới bugi Đồngthời ECU còn tổng hợp thông tin từ các cảm biến khác như :Cảm biến ôxi , lưulượng không khí nạp , xả , nhiệt độ nước làm mát , nhiệt độ không khí nạp , vị tríbướm ga, để điều chỉnh thời điểm đánh lửa cho phù hợp với từng chế độ hoạtđộng của động cơ

Tín hiệu IGF: