MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀ
Mục đích
- Thấy rõ vai trò quan trọng trong việc tạo ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu vào đúng thời điểm.
Tìm hiểu nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa trong động cơ châm cháy cưỡng bức giúp chúng ta nhận diện được những ưu điểm như hiệu suất cao và khả năng khởi động dễ dàng, cũng như những nhược điểm như chi phí bảo trì cao và độ phức tạp trong lắp đặt.
Việc thay thế hệ thống đánh lửa điều khiển tiếp điểm cơ khí bằng hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử trên các loại xe đời mới hiện nay là rất quan trọng Hệ thống đánh lửa điện tử không chỉ giúp cải thiện hiệu suất động cơ mà còn tăng cường độ tin cậy và giảm tiêu hao nhiên liệu Sự chuyển đổi này góp phần nâng cao hiệu quả vận hành và bảo vệ môi trường, đồng thời đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về công nghệ tiên tiến trong ngành ô tô.
- Tìm hiểu và nắm vững nguyên lý hoạt động của các cảm biến sử dụng trong hệ thống đánh lửa trên động cơ 2GR- FE.
Chẩn đoán nhanh chóng và chính xác các hư hỏng trong hệ thống đánh lửa của động cơ 2GR-FE và các động cơ hiện đại tương đương là điều khả thi.
Ý nghĩa
- Giúp cho sinh viên tổng hợp các kiến thức đã học một cách lôgic nhất.
- Giúp cho sinh viên tiếp cận thực tế với các động cơ đời mới.
- Hiểu rõ vai trò quan trọng của hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử so với các hệ thống đánh lửa đời cũ.
Nắm vững cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên động cơ 2GR-FE là bước quan trọng, giúp tạo nền tảng cho việc nghiên cứu và hiểu rõ hơn về các hệ thống đánh lửa của các động cơ khác.
Giúp sinh viên tăng cường sự tự tin khi ra trường, mặc dù chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế với các hệ thống đánh lửa điện tử của động cơ mới.
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa chuyển đổi dòng điện một chiều hoặc xung điện xoay chiều thế hiệu thấp thành các xung điện cao thế từ 12.000 đến 40.000V Điều này giúp tạo ra tia lửa để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong các xilanh của động cơ tại những thời điểm phù hợp, tương ứng với trình tự hoạt động của động cơ.
Hệ thống đánh lửa có vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ khởi động động cơ, đặc biệt là trong những điều kiện nhiệt độ thấp, giúp quá trình khởi động diễn ra dễ dàng hơn.
Một hệ thống đánh lửa tốt phải thoả mãn các yêu cầu sau:
Hệ thống đánh lửa cần tạo ra dòng thứ cấp đủ mạnh để phóng điện qua khe hở của bugi trong mọi chế độ hoạt động của động cơ.
- Tia lửa trên Bugi phải đủ năng lượng và thời gian phóng để sự cháy bắt đầu.
- Góc đánh lửa sớm phải đúng trong mọi chế độ hoạt động của động cơ.
- Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ cao và độ rung xóc lớn.
- Sự mài mòn điện cực bugi phải nằm trong khoảng cho phép.
- Độ tin cậy làm việc của hệ thống đánh lửa phải tin cậy tương ứng với độ tin cậy làm việc của động cơ.
- Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ
Ngày nay, ôtô được trang bị nhiều loại hệ thống đánh lửa khác nhau Các hệ thống này có thể được phân loại dựa trên cấu tạo, hoạt động và phương pháp điều khiển.
* Phân loại theo đặc điểm cấu tạo:
+ Hệ thống đánh lửa thường.
+ Hệ thống đánh lửa bán dẫn.
- Loại không có tiếp điểm.
+ Hệ thống đánh lửa Manhêto.
+ Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng chương trình.
* Phân loại theo phương pháp tích luỹ năng lượng:
+ Hệ thống đánh lửa điện cảm (TI – transistor ignition system)
+ Hệ thống đánh lửa điện dung (CDI– capacitor discharged ignition system).
* Phân loại theo phương pháp điều khiển bằng cảm biến.
+ Hệ thống đánh lửa sử dụng tiếp điểm (breaker).
+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ (electromaagnetic sensor) gồm hai loại: loại nam châm đứng yên và loại nam châm quay.
+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall.
+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang.
+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến từ trở
+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến cộng hưởng.
* Phân loại theo các phân bố điện cao áp.
+ Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện Delco.
+ Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay không có Delco.
* Phân loại theo phương pháp 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 cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng bằng điện tử ( ESA- electronic spark advance).
Theo phân loại, có nhiều hệ thống đánh lửa khác nhau Để hiểu rõ hơn về từng loại hệ thống này, bài viết sẽ phân tích chi tiết một số hệ thống đánh lửa tiêu biểu.
Lý thuyết chung về hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa chuyển đổi dòng điện một chiều hoặc xoay chiều thành dòng điện cao thế, tạo ra tia lửa để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu Nghiên cứu cho thấy tia lửa này bao gồm hai phần rõ rệt.
Tia lửa điện dung có màu xanh xuất hiện trong giai đoạn đầu của quá trình đánh lửa, với nhiệt độ lên tới khoảng 1000 °C và cường độ dòng điện rất lớn từ 500 đến 1200 A Thời gian tồn tại của tia lửa này rất ngắn, dưới 10^-6 giây, và có tần số cao từ 10^6 đến 10^7 Hz Hiện tượng này phát ra âm thanh nổ lách tách và gây ra nhiễu xạ vô tuyến, đồng thời làm giảm nhanh điện thế U2 trên cuộn thứ cấp.
1500 ÷ 2000v Tia lửa này có tác dụng đốt cháy nhiên liệu trong buồng cháy động cơ.
- Năng lượng của phần điện dung:
Trong đó: C- Điện dung thứ cấp của biến áp đánh lửa.
Uđl- Điện thế đủ lớn để tạo tia lửa phóng qua giữa hai điện cực bugi
Phần điện cảm, hay còn gọi là "đuôi lửa", được tạo ra bởi mạch điện có thành phần điện cảm của cuộn dây Tia lửa điện cảm thường có màu vàng hoặc tím nhạt, với cường độ dòng điện nhỏ khoảng 80÷100 mA, nguyên nhân là do sự tụt áp của U2 ở giai đoạn trước đó.
Tia lửa điện cảm có tác dụng làm động cơ khởi động tốt hơn khi động cơ còn nguội.
Do nhiên liệu lúc này khó bay hơi, tia lửa này có tác dụng làm nhiên liệu bay hơi hết và đốt cháy kiệt nhiên liệu.
Năng lượng của tia lửa điện cảm:
Trong đó: L: Điện cảm của mạch điện.
Cường độ dòng điện sơ cấp khi bị ngắt là yếu tố quan trọng trong quá trình đánh lửa của Bugi, được chia thành ba giai đoạn: đầu tiên là quá trình tích lũy năng lượng, tiếp theo là quá trình ngắt dòng sơ cấp, và cuối cùng là sự xuất hiện của tia lửa điện giữa hai điện cực của Bugi.
2.2.1 Giai doạn tăng dòng sơ cấp khi KK’ đóng.
Hình 2-1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa Trong sơ đồ trên gồm có:
R1: Điện trở cuộn sơ cấp
L1, L2: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp.
T: Transistor công suất được điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm biến hoặc vít lửa.
Ta có thể chuyển sơ đồ mạch điện sơ cấp thành sơ đồ tương đương như sau.
Hình 2-2 Sơ đồ tương đương mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa
Khi KK' đóng, sẽ có dòng sơ cấp i1 chạy theo mạch:
(+)AQ → Kđ → Rf → W1 → Cần tiếp điểm 2 → KK' → (-)AQ
Dòng điện trong mạch sơ cấp tăng từ 0 đến một giá trị giới hạn do điện trở của mạch Trong khi đó, mạch thứ cấp được xem như hở Nhờ vào suất điện động tự cảm, dòng i1 không thể tăng ngay lập tức mà sẽ tăng dần theo thời gian Trong giai đoạn này, chúng ta có thể thiết lập phương trình mô tả sự gia tăng của dòng sơ cấp.
Trong đó: Ung - Thế hiệu của nguồn điện (ắc quy hoặc máy phát) [V]. e L1 - SĐĐ tự cảm trong cuộn sơ cấp [V].
R1 - Điện trở thuần của mạch sơ cấp [Ω].
Giải phương trình vi phân (2.3) ta xác định được:
(2.5). Trong đó: t - Thời gian tiếp điểm đóng [s].
= L τ - Hằng số thời gian của mạch sơ cấp.
Biểu thức (2.5) cho thấy: Dòng sơ cấp tăng theo quy luật đường tiệm cận
Khi t=0 (tiếp điểm vừa đóng lại) thì i1 = 0 và
Khi t=∞ (tiếp điểm đóng rất lâu) thì:
Tốc độ gia tăng dòng sơ cấp phụ thuộc vào giá trị Ung và L1; khi L1 tăng, tốc độ tăng dòng sơ cấp giảm Tốc độ này đạt giá trị cực đại tại thời điểm tiếp điểm bắt đầu đóng (t=0).
Giá trị nhỏ nhất của tốc độ tăng dòng sơ cấp
Tốc độ mở tiếp điểm trong hệ thống đánh lửa được xác định bởi thời điểm mở tiếp điểm và không bao giờ giảm xuống mức không trong quá trình hoạt động Do thời gian tiếp điểm đóng ngắn, dòng sơ cấp không kịp đạt giá trị ổn định.
Giá trị cực đại của dòng sơ cấp (i1max) phụ thuộc vào điện trở của mạch sơ cấp và thời gian tiếp điểm đóng Bằng cách thay giá trị t = tđ vào phương trình (2.5), chúng ta có thể xác định giá trị này.
Quá trình tăng dòng sơ cấp i1 cho thấy rằng xe đời cũ với bobine có độ tự cảm lớn (đường (1)) có tốc độ tăng dòng chậm hơn so với xe đời mới với bobine độ tự cảm nhỏ (đường (2)) Điều này dẫn đến hiện tượng lửa yếu khi xe chạy ở tốc độ cao Tuy nhiên, vấn đề này đã được khắc phục trên xe đời mới nhờ việc sử dụng bobine có độ tự cảm nhỏ hơn.
Trong đó: I1ng - Giá trị dòng sơ cấp khi tiếp điểm mở [A] tđ - Thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng [s].
T t t t t = + τ là thời gian đóng tiếp điểm tương đối (ở đây:
Tck = (tđ + tm); tm - Thời gian tiếp điểm ở trạng thái mở) thì thời gian tiếp điểm đóng có thể xác định theo công thức:
120 - Tần số đóng mở của tiếp điểm
Trong 2 vòng quay của trục khuỷu, tiếp điểm cần đóng mở Z lần để thực hiện đánh lửa Do đó, trong 1 giây, số lần đóng mở tiếp điểm là Z/(120/ne), hay f = (neZ/120).
Z - Số xi lanh của động cơ 4 kỳ. ne - Số vòng quay của động cơ.
Từ biểu thức (2.10) ta rút ra các nhận xét sau:
- Giá trị dòng I1ng phụ thuộc các thông số của mạch sơ cấp (R1 và L1).
- I1ng giảm đi khi tăng số vòng quay và số xi lanh động cơ.
Thời gian đóng tiếp điểm tương đối tăng lên khi tăng I1ng, được xác định bởi dạng cam và việc điều chỉnh tiếp điểm Tuy nhiên, thời gian τ đ không nên vượt quá 0,63, vì lúc này cam sẽ trở nên rất nhọn, dẫn đến rung động và va đập, gây ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc và làm giảm tuổi thọ của tiếp điểm.
2.2.2 Quá trình ngắt dòng sơ cấp.
Khi transistor công suất ngắt, dòng điện sơ cấp và từ thông giảm đột ngột, dẫn đến việc cuộn thứ cấp của bobine sinh ra hiệu điện thế khoảng 15kV đến 40kV Giá trị hiệu điện thế thứ cấp phụ thuộc vào nhiều thông số của mạch sơ cấp và thứ cấp Để tính toán hiệu điện thế thứ cấp cực đại, cần sử dụng sơ đồ tương đương thích hợp.
Rm: Điện trở mất mát.
Rr: Điện trở rò qua điện cực bougie
Hình 2-4 Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa
Bỏ qua hiệu điện thế của accu do nó rất nhỏ so với sức điện động tự cảm trên dòng sơ cấp khi transistor công suất ngắt Năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn sơ cấp của bobine được chuyển hóa thành năng lượng điện trường.
R∑ tụ điện C1 và C2 và một phần mất mát Để xác định hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m ta lập phương trình cân bằng lúc transistor công suất ngắt:
Trong đó: C1: Điện dung của tụ điện mắc song song với transistor công suất.
C2: Điện dung ký sinh của mạch thứ cấp.
U1m, U2m: Hiệu điện thế sơ cấp, thứ cấp lúc transistor công suất ngắt. Q: Tổn thất dưới dạng nhiệt.
Kbb= W1/W2: Hệ số biến áp của bobine.
W1,W2: Số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp.
Sau khi biến đổi ta nhận được:
(2.13). η': Hệ số tính đến sự giảm U 2 do tổn thất năng lượng dưới dạng nhiệt trong cả hai mạch sơ cấp và thứ cấp (η'=0,75 0,85). i 1 , A
Hình 2-5 Qui luật biến đổi dòng điện sơ cấp i1 và hiệu điện thế thứ cấp U2
Transistor công suất ngắt, cuộn sơ cấp sẽ sinh ra một sức điện động khoảng 100÷
2.2.3 Quá trình phóng điện ở điện cực bugi.
Khi điện áp U2 đạt giá trị Uđl, tia lửa điện cao thế sẽ xuất hiện giữa các điện cực của bugi Sự xuất hiện của tia lửa điện dẫn đến việc U2 giảm đột ngột trước khi có thể đạt giá trị cực đại.
Hình 2-6 Sự thay đổi thế hiệu U2 khi phóng tia lửa điện a Thời gian tia lửa điện dung, b Thời gian tia lửa điện cảm.
Kết quả của nhiều công trình nghiên cứu đã xác định được rằng: Tia lửa điện có hai phần rõ rệt: phần điện dung và phần điện cảm
Phần điện dung xuất hiện đầu tiên trong quá trình phóng điện, tạo ra sự phóng tĩnh điện từ năng lượng điện trường tích lũy trong các điện dung C1 và C2 của hệ thống đánh lửa Tia lửa điện dung phát ra màu xanh lam chói lóa với nhiệt độ lên tới 10.000 °C, dẫn đến công suất tức thời có thể đạt hàng chục kW Tuy nhiên, thời gian tồn tại của tia lửa này rất ngắn, dưới 1 micro giây, khiến năng lượng điện trường không lớn Đặc trưng của tia lửa điện dung là tiếng nổ lách tách và tần số dao động cao, từ 10^6 đến 10^7 Hz, gây ra nhiễu xạ vô tuyến mạnh.
Giới thiệu sơ lược về hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa của động cơ xăng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra tia lửa điện, kích thích sự nổ của hỗn hợp khí-nhiên liệu Bài viết này sẽ giới thiệu về sự phát triển của các hệ thống đánh lửa từ những ngày đầu của động cơ đốt trong cho đến hiện tại, cho thấy sự hoàn thiện của chúng nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao trong việc cải thiện hiệu suất động cơ.
2.3.1 Hệ thống đánh lửa thường. a, Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc
Hệ thống đánh lửa thường bao gồm:
Hình 2-7 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa thường 1.Trục cam, 2 cần tiếp điểm, 3 Biến áp đánh lửa, 4 Bộ chia điện, 5 Bugi.
Bình ắc quy là nguồn điện chính trên ôtô, cung cấp năng lượng cho các thiết bị phụ như máy khởi động và đèn còi Nó tích lũy điện năng từ máy phát điện để đảm bảo hoạt động ổn định của xe.
- Khoá công tắc: Để nối hay ngắt dòng điện sơ cấp của hệ thống khi cần khởi động hay tắt máy
- Biến áp đánh lửa: Có hai cuộn dây ; cuộn sơ cấp W1 có khoảng 250 400 vòng, cuộn thứ cấp W2 có khoảng 19000 26000 vòng.
Bộ chia điện đóng vai trò quan trọng trong việc cắt và nối dòng điện sơ cấp, tạo ra biến thiên từ thông cho các Bugi vào thời điểm chính xác Cam của bộ chia điện được dẫn động quay từ trục phân phối, có nhiệm vụ đóng mở tiếp điểm KK, tức là kết nối và ngắt mạch sơ cấp của biến áp đánh lửa Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa thường dựa trên cơ chế này để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Khi KK đóng, dòng điện sơ cấp i1 xuất hiện trong mạch sơ cấp, tạo ra một từ trường khép kín qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa.
- Khi KK ’ mở: Mạch sơ cấp bị ngắt, dòng i1 và từ trường do nó tạo nên mất.
Trong cả hai cuộn dây, suất điện động tự cảm xuất hiện tỷ lệ thuận với tốc độ biến thiên của từ thông Cuộn thứ cấp với số vòng dây lớn tạo ra suất điện động cao, đạt khoảng 12000 đến 24000 V Điện áp này được truyền qua roto của bộ chia điện và dây dẫn cao áp đến Bugi đánh lửa theo thứ tự nổ của động cơ Khi thế hiệu thứ cấp đạt giá trị Udl, tia lửa điện sẽ phóng qua khe hở Bugi, đốt cháy hỗn hợp làm việc trong xylanh.
Khi KK mở, cuộn W1 sẽ xuất hiện suất điện động tự cảm khoảng 200-300V Tụ C1 được mắc song song với tiếp điểm nhằm tích điện từ các tia lửa, bảo vệ các tiếp điểm khỏi bị cháy rổ Đồng thời, tụ C1 sẽ phóng dòng điện ngược về cuộn sơ cấp trong Bobine, giúp triệt tiêu dòng sơ cấp nhanh hơn và làm tăng nhanh chóng hiệu điện thế thứ cấp.
2.3.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn.
Hệ thống đánh lửa truyền thống có nhiều hạn chế, bao gồm hiệu điện thế đánh lửa không đủ lớn và không cung cấp dòng điện cần thiết cho quá trình tăng tốc Thêm vào đó, do sử dụng cơ cấu điều khiển cơ khí, hệ thống này dễ gặp phải hư hỏng trong quá trình vận hành.
Ngày nay, hầu hết ô tô đều sử dụng hệ thống đánh lửa bán dẫn nhờ vào khả năng tạo tia lửa mạnh tại điện cực bougie, giúp đáp ứng tốt các chế độ làm việc của động cơ và có tuổi thọ cao Hệ thống đánh lửa điện tử đã trải qua quá trình phát triển và cải tiến với nhiều loại khác nhau, nhưng có thể chia thành hai loại chính.
Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp bao gồm hai loại chính: hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển và hệ thống đánh lửa bán dẫn không có vít điều khiển.
- Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng kỹ thuật số hay còn được gọi là hệ thống đánh lửa theo chương trình.
2.3.2.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp
Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp có khả năng điều khiển đánh lửa thông qua vít điều khiển hoặc cảm biến như cảm biến điện từ, cảm biến quang, và cảm biến Hall Bài viết này sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về một trong các hệ thống đánh lửa này.
Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm sử dụng cảm biến quang
Cảm biến quang gồm hai loại, chúng chỉ khác nhau ở phần tử cảm biến quang. Loại sử dụng một cặp Led-Photo Transistor
Loại sử dụng một cặp Led-Photo diode.
Phần tử cảm quang, bao gồm đèn LED (Diode Phát Sáng) và cảm biến quang (Transistor quang hoặc diode quang), được lắp đặt trong bộ chia điện Đĩa cảm biến được gắn trên trục của bộ chia điện, với số rãnh tương ứng với xilanh của động cơ.
Hoạt động của cảm biến quang như sau:
Khi ánh sáng chiếu vào hai phần tử cảm quang, chúng sẽ dẫn điện, trong khi không có ánh sáng, chúng sẽ không dẫn điện Độ dẫn điện của các phần tử này phụ thuộc vào cường độ ánh sáng và hiệu điện thế giữa hai cực.
Khi đĩa cảm biến quay, ánh sáng từ LED bị ngắt quãng, khiến phần tử cảm quang dẫn ngắt liên tục Quá trình này tạo ra các xung vuông, được sử dụng làm tín hiệu đánh lửa.
Sơ đồ đánh lửa bán dẫn của Motorola, được điều khiển bởi cảm biến quang, hoạt động thông qua việc cảm biến này được lắp đặt trong bộ chia điện, gửi tín hiệu đánh lửa đến bộ điều khiển.
Khi đĩa cảm biến quay đến vị trí đĩa chắn ánh sáng từ LED D1 sang photo Transistor T1 làm T1 bị ngắt, làm cho các Transistor T2, T3, T4 ngắt theo, còn T5 dẫn
1 Led, 2 Photo Transito, 3 photo Diode, 4 Mâm quay, 5 Khe chiếu sáng. ánh sáng đi qua T1 sẽ ở trạng thái dẫn, đồng thời T2, T3, T4 cũng dẫn theo, T5 lúc này ở trạng thái đóng, làm cho dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột Do dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột nên trên cuộn thứ cấp xuất hiện một hiệu điện thế có giá trị 25÷35KV, hiệu điện thế này qua bộ chia điện để đến các bugi sinh ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp khí -nhiên liệu theo đúng thứ làm việc của các xilanh.
* Ưu, nhược điểm của hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm so với hệ thống đánh lửa thường:
- Có thể đồng hoá hệ thống đánh lửa chung cho các loại động cơ ôtô khác nhau.
- Điện thế thứ cấp U2= 25÷50kV ở mọi chế độ làm việc của động cơ.
Các thông số cơ bản của hệ thống đánh lửa
2.4.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại.
Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là giá trị đo được ở hai đầu cuộn dây thứ cấp khi dây cao áp được tách ra khỏi bugi Để tạo ra tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặc biệt trong quá trình khởi động, hiệu điện thế thứ cấp cực đại cần phải đạt một mức độ đủ lớn.
2.4.2 Hiệu điện thế đánh lửa U đl
Hiệu điện thế đánh lửa (Uđl) là hiệu điện thế tại đó quá trình đánh lửa xảy ra, và nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, theo định luật Pashen.
Trong đó: Uđl: Thế hiệu đánh lửa [V].
P: Áp suất hỗn hợp hòa khí tại thời điểm đánh lửa [N/m 2 ]. δ: Khoảng cách giữa các điện cực [m].
T: Nhiệt độ ở điện cực bugi tại thời điểm đánh lửa [ 0 C ].
K: Hằng số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp hòa khí.
Hình 2-14 Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa vào tốc độ và tải của động cơ
1 Toàn tải, 2 Vừa tải, 3 Toàn tải, 4 khởi động và cầm chừng.
Góc đánh lửa sớm là một thông số quan trọng trong động cơ, được xác định từ thời điểm tia lửa điện xuất hiện tại bugi cho đến khi piston đạt đến điểm chết trên Việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và công suất của động cơ.
Góc đánh lửa sớm đóng vai trò quan trọng trong việc xác định công suất, hiệu quả kinh tế và mức độ ô nhiễm khí thải của động cơ Để đạt được góc đánh lửa sớm tối ưu, cần xem xét nhiều yếu tố khác nhau.
( bd , bd , , wt , mt , , o ) opt = f p t p t t n N θ (2 18).
Áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa (pbđ) và nhiệt độ buồng cháy (tbđ) là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ Bên cạnh đó, áp suất trên đường ống nạp (p) và nhiệt độ nước làm mát động cơ (twt) cũng đóng vai trò không kém trong việc duy trì hoạt động ổn định Cuối cùng, số vòng quay của động cơ (n) là chỉ số quan trọng để đánh giá hiệu suất và khả năng hoạt động của động cơ.
No: Chỉ số ôctan của xăng
2.4.4 Hệ số dự trữ K dt
Hệ số dự trữ được xác định bằng tỉ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m và hiệu điện thế đánh lửa Uđl Việc duy trì hệ số dự trữ là cần thiết để đảm bảo hiệu điện thế đánh lửa luôn nằm trong giới hạn yêu cầu.
Hệ số dự trữ của động cơ với hệ thống đánh lửa truyền thống thường thấp hơn so với động cơ xăng hiện đại sử dụng hệ thống đánh lửa điện tử Điều này xảy ra vì hiệu điện thế U2m của hệ thống đánh lửa truyền thống thường nhỏ, trong khi hệ thống đánh lửa hiện đại có hệ số dự trữ cao hơn để đáp ứng nhu cầu tăng tỷ số nén, tăng số vòng quay và khe hở bugi.
2.4.5 Năng lượng dự trữ W dt
Năng lượng dự trữ Wdt được tích lũy dưới dạng từ trường trong cuộn dây sơ cấp của bobine Để tia lửa có đủ năng lượng đốt cháy hoàn toàn khí, hệ thống đánh lửa cần đảm bảo năng lượng đánh lửa trên cuộn sơ cấp của bobine đạt giá trị xác định.
Trong đó: Wdt: Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp.
L1: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bobine.
Cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm transistor công suất ngắt là yếu tố quan trọng Trong chế độ khởi động lạnh, hiệu điện thế đánh lửa chỉ đạt khoảng 20 đến 30% do nhiệt độ của cực bougine thấp.
Khi động cơ tăng tốc, Uđl tăng do áp suất nén tăng Tuy nhiên, nhiệt độ giảm do nhiệt độ của điện cực bougine tăng, đồng thời áp suất nén cũng giảm do quá trình nạp không hiệu quả.
Hiệu điện thế đánh lửa 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.
2.4.6 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp. t u dt
Trong đó: S: Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp. u 2
∆ : 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, tia lửa điện tại điện cực bougine xuất hiện nhanh hơn, giúp ngăn ngừa rò rỉ qua muội than trên điện cực bugine, từ đó giảm năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp.
2.4.7 Tần số và chu kỳ đánh lửa. Đối với động cơ 4 kỳ, số tia lửa điện xảy ra trong một giây hay còn gọi là tần số đánh lửa, được xác định bởi công thức:
.Z f = n (Hz) (2 22). Đối với động cơ 2 kỳ:
Trong đó: f: Tần số đánh lửa. n: Số vòng quay của trục khuỷu động cơ (1/s) Z: Số xylanh động cơ.
Chu kỳ đánh lửa T là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa.
T = 1f = tđ+ tm (2 24). tđ: Thời gian vít ngậm hay transistor công suất dẫn bão hòa.
Tm: Thời gian vít hở hay transistor công suất ngắt.
Tần số đánh lửa f tỷ lệ thuận với số vòng quay của trục khuỷu và số xy-lanh của động cơ Khi số vòng quay và số xy-lanh tăng, tần số đánh lửa f cũng tăng, dẫn đến chu kỳ đánh lửa T giảm Do đó, trong quá trình thiết kế động cơ, cần chú ý đến hai thông số chu kỳ và tần số đánh lửa để đảm bảo rằng tia lửa vẫn mạnh mẽ ở vòng quay cao nhất.
2.4.8 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện.
Thông thường, tia lửa điện bao gồm hai thành phần là phần diện dung và phần điện cảm Năng lượng của tia lửa được tính theo công thức:
WP: Năng lượng của tia lửa.
WC: Năng lượng của thành phần tia lửa có điện dung.
WL: Năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện cảm.
C2: Điện dung ký sinh tại mạch thứ cấp của bougine (F)
Uđl: Hiệu điện thế đánh lửa.
L2: Độ tự cảm của mạch thứ cấp. i2: Cường độ dòng điện mạch thứ cấp.
Tùy thuộc vào loại hệ thống đánh lửa mà năng lượng tia lửa có đủ hai thành phần điện cảm va điện dung hoặc chỉ có một thành phần.
Thời gian phóng điện giữa hai điện cực của bougine phụ thuộc vào loại hệ thống đánh lửa Hệ thống đánh lửa cần đảm bảo năng lượng tia lửa đủ lớn và thời gian phóng điện đủ dài để đốt cháy hòa khí ở tất cả các chế độ hoạt động của động cơ.
KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ 2GR- FE
Giới thiệu về động cơ
3.1.1 Thông số kỹ thuật động cơ 2GR- FE.
Bảng 3-1 Thông số động cơ 2GR- FE
Kiểu xe Camry 2007 Động cơ 2GR- FE
No Số xy lanh và bố trí 6 xy lanh chữ V
Cơ cấu xu páp 24 xu páp DOHC, dẫn động xích, VVT-I kép Trục cam nạp mở
Trục cam nạp đóng Trục cam xả mở Trục cam xả đóng
Dung tích xy lanh [cm 3 ] 3,456 Đường kính xy lanh X Hành trình xi lanh
Công suất tối đa [KW (rpm)] 200 6200
Mômem xoắn tối đa [N.m (rpm)] 336 4700
Nắp quy lát Dùng hộp trục cam
VVT-i VVT-i kép Đĩa căng xích cam Có cao su
Lọc dầu Loại thay thế phần tử lọc
Van ACIS Van quay điện từ Điều khiển hệ thống nạp khí AIC Có
Hệ thống nhiên liệu Không có đường hồi
Bugi Loại Iridium đầu dài
Puly máy phát Có ly hợp 1 chiều
Quạt làm mát Quạt điện điều khiển vô cấp
ECU động cơ Bố trí trong khoang động cơ
3.1.2 Đặc điểm chung của động cơ. Động cơ 2GR- FE là động cơ xăng, 4 kỳ, lắp trên xe ôtô Camry 2007 của hãng
Động cơ Toyota hiện đại, phù hợp với xe di chuyển trên mọi địa hình, được điều khiển điện tử qua ECU, nhận tín hiệu từ cảm biến để truyền tín hiệu điều khiển Động cơ có 6 xilanh bố trí V6 với dung tích 3500 cm³ và thứ tự nổ 1-2-3-4-5-6 Tất cả các chi tiết cần bảo dưỡng thường xuyên đều được bố trí dễ thao tác Động cơ kết hợp với hộp số và hộp số phụ tạo thành cụm động lực lắp dọc xe Hai trục cam trên nắp máy với 24 xupap (mỗi máy 4 xupap, hai nạp và hai thải) giúp giảm khối lượng chi tiết trung gian, đảm bảo hoạt động ổn định ở vòng quay cao Trục cam dẫn động bằng xích từ trục khuỷu, sử dụng trục cam kép DHOC và hệ thống VVT-i kép để điều khiển van nạp xả thông minh, cùng với hệ thống nạp ACIS và bướm ga điện tử ETCS-i.
3.1.2.1 Hệ thống điều khiển động cơ
Tín hiệu đầu vào ECU động cơ Bộ phận chấp hành
Cảm biến lưu lượng khí nạp
Cảm biến nhiệt độ khí nạp
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến bàn đạp chân ga
Cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến VVT trục cam nạp
Cảm biến VVT trục cam xả
Công tắc đèn phanh Đồng hồ công tơ mét
Công tắc khởi động trung gian
Cảm biến tỉ lệ khí- Nhiên liệu
Cảm biến oxy có dây sấy
Cảm biến trợ lực lái
VPA/VAP2 VTA1/VTA2 NKN1/NKN2 M + VCV1/VCV2
EFI Vòi phun số 1 đến vòi phun số 6
ESA Cuộn đánh lửa và IC đánh lửa
Mô tơ điều khiển bướm ga
VVT- I (trục cam nạp) Van điều khiển dầu trục cam bên trái Van điều khiển dầu trục cam bên phải
VVT- I (trục cam xả) Van điều khiển dầu trục cam bên trái Van điều khiển dầu trục cam bên phải
ACIS Van điện tử điều khiển ACIS
Hệ thống điều khiển khí nạp Van điện tử VSV
Hệ thống điều khiển bơm xăng
Rơ le hở mạch Điều khiển quạt làm mát: ECU quạt Điều khiển khởi động
Rơ le cắt máy khởi động Công tắc khởi động trung gian
Rơ le máy khởi động
ECU hộp số tự động điều khiển bộ sấy tỉ lệ khí và nhiên liệu, cùng với bộ sấy cảm biến oxy Hệ thống cũng điều khiển khí xăng bay hơi thông qua van VSV và điều khiển chân động cơ bằng van VSV Ngoài ra, đồng hồ táp lô hiển thị đèn báo động cơ để thông báo tình trạng hoạt động của xe.
Cảm biến túi khí trung tâm
Tên đề tài tốt nghiệp: Khảo sát HTĐL động cơ 2GR- FE lắp trên xe Camry 2007
Hệ thống điều khiển động cơ là một hệ thống điện tử quan trọng, trong đó ECU nhận và xử lý tín hiệu từ các cảm biến để điều khiển các hệ thống trong động cơ Việc áp dụng công nghệ điều khiển điện tử giúp đáp ứng các yêu cầu khắt khe của động cơ và nâng cao công suất hoạt động.
3.1.2.2 Cơ cấu phân phối khí Để đảm bảo công suất cực đại của động cơ, cần phải hút càng nhiều hỗn hợp khí- nhiên liệu vào xylanh và thải ra càng nhiều khí cháy càng tốt Vì thế, hỗn hợp khí- nhiên liệu và quán tính khí cháy được tính đến trong quá trình thiết kế tăng tối đa thời gian mở xu páp Đối với động cơ 2GR- FE thời điểm đóng mở xu páp nạp và xả thay đổi trong khoảng (Xu páp nạp mở -3 o ~ 37 o BTDC, xu páp nạp đóng 71 o ~ 31 o ABTC
Xu páp xả mở 60 o ~ 25 o BBDC, xu páp xả đóng 4 o ~ 39 o ATDC.
Cơ cấu phối khí bao gồm cò mổ con lăn, hệ thống điều chỉnh khe hở xu páp thủy lực và điều khiển xu páp thông minh VVT-i Nó cũng sử dụng trục cam kép DOHC với 24 xu páp, được dẫn động bằng xích.
Cò mổ: Cò mổ loại con lăn dùng 1 vòng bi kim giúp giảm ma sát, do đó cải thiện được tính kinh tế nhiên liệu.
Hình 3-2 Kết cấu cò mổ
VPA/VAP2 VTA1/VTA2 NKN1/NKN2 M + VCV1/VCV2
Cơ cấu điều chỉnh khe hở thủy lực giúp duy trì khe hở xu páp luôn bằng “0” tại một điểm, thay thế cho các con đội thông thường Điều này không chỉ giảm tiếng ồn xu páp mà còn loại bỏ nhu cầu điều chỉnh khe hở nhờ vào áp lực của dầu và lực lò xo.
Hoạt động của con đội thủy lực phụ thuộc vào chế độ của động cơ trong quá trình nạp hoặc xả Trong thời kỳ nạp, khe hở của xu páp luôn bằng không nhờ lò xo piston đẩy piston lên phía Dầu có áp lực sẽ đẩy viên bi ép vào lò xo viên bi, cho phép dầu chảy vào buồng làm việc.
Hình 3-3 Kết cấu con đội thủy lực
1 Piston đẩy, 2 Buồng áp suất thấp, 3 Đường dầu, 4.Lò xo
5 Buồng dầu áp suất cao, 6.Lò xo van bi, 7.Van bi.
Khi làm việc, cam quay nén bộ piston và dầu trong buồng áp suất cao, dẫn đến việc cò mổ bị nén xuống xu páp Đồng thời, quá trình này diễn ra quanh bộ điều chỉnh khe hở thủy lực Khi piston đẩy lên, van một chiều mở ra, cho phép dầu điền đầy vào khoảng không gian mới, giúp khe hở xu páp luôn được giữ bằng không.
3.1.2.3 Hệ thống nạp và xả khí
Hệ thống nạp của động cơ AIC được lắp đặt trên vỏ lọc gió, giúp ECU động cơ điều chỉnh đường khí nạp phù hợp với tải và tốc độ, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm tiếng ồn nạp.
Buồng nạp khí bằng nhựa được trang bị van ACIS, được kết nối với đường ống nạp thông qua mối hàn laze Van quay điện từ ACIS được điều khiển trực tiếp bởi ECU, giúp cải thiện hiệu suất động cơ theo điều kiện tốc độ và tải trọng.
Hình 3-5 Kết cấu của buồng nạp khí
1 Van quay điện từ ACIS, 2 Mối hàn laze, 3 Buồng nạp
Van ACIS hoạt động dưới sự điều khiển trực tiếp từ ECU động cơ, nhận tín hiệu từ các cảm biến để xử lý thông tin ECU động cơ điều chỉnh van nhằm đảm bảo lượng khí vào phù hợp với các chế độ hoạt động của động cơ.
Hình 3-6 Sơ đồ điều khiển trực tiếp của van ACIS
1 Mô tơ quay cần, 2 Cần điều khiển van khí nạp, 3 Bướm ga
4 Cảm biến vị trí bướm ga.
4 Hình 3-4 Kết cấu và sơ đồ nguyên lý hệ thống AIC
1 VSV, 2 Bộ chấp hành, 3 Van điều khiển khí nạp, 4 Bình chân không.
Hệ thống xả với đôi ống xả kết hợp với cơ cấu dài sẽ giảm tối đa tiếng ồn trong khi động cơ chạy ở vùng tốc độ thấp.
Hệ thống nhiên liệu động cơ 2GR-FE rất quan trọng cho hoạt động của động cơ, là một phần của hệ thống điều khiển điện tử, bao gồm hệ thống đánh lửa và điều khiển tốc độ Kim phun của hệ thống này, với 12 lỗ, giúp phun nhiên liệu tơi, dễ hòa trộn với không khí, tạo ra hỗn hợp cháy tối ưu cho quá trình đốt Nhờ khả năng điều khiển tốt, hệ thống này không chỉ tăng công suất động cơ mà còn giảm tiêu hao nhiên liệu.
Không khí nạp được lọc sạch qua bộ lọc không khí và được đo bởi cảm biến lưu lượng Tỷ lệ hỗn hợp được ECU nhận biết thông qua tín hiệu từ cảm biến tỷ lệ khí-nhiên liệu Cảm biến ôxy ở ống xả giúp phát hiện lượng ôxy dư, từ đó điều chỉnh lượng phun nhiên liệu một cách hiệu quả hơn.
Hình 3-7 Sơ đồ điều khiển phun nhiên liệu động cơ 2GR-FE
Xăng, 5 Bộ lọc than hoạt tính, 6 Lọc không khí, 7 Cảm biến lưu lượng khí nạp
8 Van điện từ, 9 Môtơ bước, 10 Bướm ga, 11 Cảm biến vị trí bướm ga, 12 Ống góp nạp, 13 Cảm biến vị trí bàn đạp ga, 14 Bộ ổn định áp suất, 15.Cảm biến vị trí trục cam, 16 Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu, 17 Ống phân phối nhiên liệu, 18 Vòi phun, 19 Cảm biến tiếng gõ, 20 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát, 21 Cảm biến vị trí trục khuỷu, 22 Cảm biến ôxy.
Hệ thống nhiên liệu không đường hồi, ống phân phối bằng nhựa, ống phải và trái được nối với nhau bằng ống nhựa.
Hệ thống nhiên liệu của động cơ 2GR- FE được lắp trên xe Camry theo sơ đồ
Hình 3-9 Sơ đồ cung cấp nhiên liệu trên xe Camry
1 Ống dẫn dầu, 2 Kim phun, 3, 5 Giắt nối nhanh, 4 bơm nhiên liệu
6 Vỏ chứa, 7 Thùng xăng, 8 Bộ giảm chấn mạnh.
Hình 3-8 Sơ đồ đường ống dẫn nhiên liệu.
1,9 Bộ phận giảm rung động, 2 Bộ điều hòa áp suất, 3 Lọc nhiên kiệu
4 Bơm nhiên liệu, 5 Tổng bơm nhiên liệu, 6 Bình xăng, 7 Ống phân phối nạp nhiên liệu, 8 Vòng kẹp, 10 Vòng đàn hồi, 11 Ống nối mềm.
Hệ thống bôi trơn cung cấp dầu máy cho các chi tiết chuyển động quay và trượt của động cơ, giúp chúng hoạt động êm ái Bên cạnh đó, hệ thống này còn có vai trò quan trọng trong việc làm mát động cơ.
Hệ thống đánh lửa động cơ 2GR- FE
3.2.1 Giới thiệu chung về hệ thống đánh lửa động cơ 2GR- FE.
Hệ thống đánh lửa trên động cơ 2GR-FE sử dụng công nghệ điện tử DIS (Direct Ignition System), cho phép phân phối trực tiếp điện cao áp đến các bugi mà không cần bộ chia Hệ thống này bao gồm các thành phần chính như ECU, cảm biến tín hiệu, bugi và cuộn đánh lửa.
Bọỹ loỹc Accu xung GND
Cạc tên hiệu khác EC U đô üng cơ
Hình 3-14 Sơ đồ hệ thống đánh lửa điện tử động cơ 2GR- FE
Các bộ phận chính trên sơ đồ hệ thống đánh lửađộng cơ 2GR- FE.
Cảm biến có vai trò quan trọng trong việc nhận diện các hoạt động khác nhau của động cơ, từ đó phát tín hiệu đến ECU (bộ điều khiển điện tử), tạo thành nhóm tín hiệu đầu vào cần thiết cho quá trình điều khiển.
ECU: Có nhiệm vụ xử lý và tính toán các thông số đầu vào từ đó phát ra các tín hiệu điều khiển đầu ra.
Các cơ cấu chấp hành: Trực tiếp điều khiển lựợng phun thông qua các tín hiệu điều khiển nhận được từ ECU.
Hệ thống đánh lửa trực tiếp loại đơn khác biệt với hệ thống điều chỉnh góc đánh lửa sớm ở chỗ ECU động cơ nhận tín hiệu IGT tương ứng với số cuộn dây đánh lửa Các tín hiệu IGT này được truyền đến IC đánh lửa theo thứ tự nổ của động cơ.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa bắt đầu khi ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến đầu vào Sau đó, ECU xử lý và so sánh các tín hiệu này với chương trình đã lập trình để gửi tín hiệu điều khiển đến từng máy trong động cơ Tín hiệu được truyền theo thứ tự làm việc của động cơ nhằm tối ưu hóa hiệu suất hoạt động Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS (distributor ignition system) là một ví dụ điển hình của hệ thống phân phối đánh lửa, nơi tín hiệu được nhận trực tiếp từ các cảm biến.
ECU điều khiển, vậy nên đảm bảo luôn luôn được chính xác đối với sự hoạt động của các máy trên động cơ.
Hình 3-15 Sơ đồ tín hiệu IGT và IGF
Bugi sẽ tạo ra tia lửa khi nhận tín hiệu từ IGF Khi tín hiệu IGT chuyển từ trạng thái 'On' sang 'Off', ECU sẽ gửi tín hiệu điều khiển đánh lửa IGT từ 'Off' sang 'On' Lúc này, IC đánh lửa nhận tín hiệu và quá trình đánh lửa được kích hoạt.
3.2.2 Cấu tạo một số thiết bị của hệ thống đánh lửa trực tiếp lắp trên động cơ 2GR- FE
IC đánh lửa là một mạch điện tử tích hợp, bao gồm các linh kiện như transistor, diode, tụ điện và điện trở Chức năng chính của nó là điều khiển việc đóng ngắt dòng sơ cấp, đồng thời tạo ra tín hiệu ngược IGF gửi về ECU động cơ.
IC đánh lửa trên động cơ 2GR- FE được làm thành một cụm chi tiết với bôbin đánh lửa nên kết cấu rất đơn giản, gọn nhẹ
IC đánh lửa đảm bảo việc đóng và ngắt dòng sơ cấp vào cuộn đánh lửa một cách chính xác, tương thích với tín hiệu IGT từ ECU động cơ.
Mạch IC đánh lửa trên động cơ 1TR-FE bao gồm bốn chân giao tiếp: +B, GND, IGT, và IGF Chân +B kết nối với acquy, chân GND nối với mass, trong khi chân IGT và IGF kết nối với ECU động cơ Hình vẽ minh họa sơ đồ điện của một IC đánh lửa bôbin đơn.
Hình 3-16 Sơ đồ điện của IC đánh lửa bôbin đơn
1 Mạch điện tử tạo tín hiệu IGF, 2 Mạch đánh lửa
IC đánh lửa không chỉ có chức năng khởi động mà còn điều khiển dòng điện không đổi Khi dòng sơ cấp đạt mức đã định, IC sẽ điều chỉnh cường độ cực đại để duy trì dòng điện ổn định Điều này giúp kéo dài tuổi thọ của biến áp đánh lửa và đảm bảo điện áp đánh lửa ổn định.
Góc ngậm điện (góc Dwell) là khoảng thời gian mà dòng điện tăng lên và duy trì ổn định trong cuộn sơ cấp Trên động cơ 2GR-FE đang được khảo sát, ECU của động cơ thực hiện việc điều chỉnh góc ngậm điện thông qua việc điều chỉnh thời gian ngắt xung IGT.
Cuọỹ n õạnh lỉ ớa cọ
IC âạnh lỉ ía Điệ n ỏp thư ù cấ p
ON 5V ECU Điề u khiể n góc đóng tiế p điể m Âạnh lỉ ía Điề u khiể n dòng điệ n không đổ i Trị số quy định
Tố c độ độ ng cơ
Thấ p Cao Âạnh lỉ ía
Hình 3-17 Vai trò của IC đánh lửa trên động cơ 2GR- FE
3.2.2.2 Cuộn đánh lửa (Bôbin đánh lửa)
Cuộn đánh lửa là biến áp cao thế chuyên dụng, chuyển đổi xung điện thế thấp (12V) thành xung điện thế cao (12000…40000V) để đảm bảo quá trình đánh lửa trong động cơ Động cơ 2GR-FE sử dụng bôbin đơn cho mỗi máy, với các IC đánh lửa được tích hợp ngay trên cuộn đánh lửa, tạo thành cụm chi tiết nhỏ gọn và hiệu quả.
Cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp được quấn quanh lõi, trong đó số vòng quay của cuộn thứ cấp lớn hơn nhiều so với cuộn sơ cấp Một đầu của cuộn sơ cấp kết nối với IC đánh lửa, trong khi đầu còn lại của cuộn thứ cấp được nối với bugi Các đầu còn lại của các cuộn được kết nối với nguồn điện từ acquy thông qua giắc cắm.
Hình 3-18 Kết cấu cuộn đánh lửa có IC đánh lửa.
1 Vỏ, 2 Giắc cắm, 3 IC đánh lửa, 4 Cuộn sơ cấp, 5.Cuộn thứ cấp
6 Lõi sắt, 7 Sứ cách điện, 8 Mũ bugi.
*Hoạt động của cuộn đánh lửa đơn (bôbin đơn)
1 Dòng điện trong cuộn sơ cấp:
Khi động cơ hoạt động, ECU sẽ nhận tín hiệu từ các cảm biến và tính toán để phát ra tín hiệu đánh lửa IGT Tín hiệu IGT này sẽ đóng mạch sơ cấp, cho phép dòng điện từ acquy chạy qua IC đánh lửa vào cuộn sơ cấp.
Kết quả là các đường sức từ trường được tạo ra chung quanh cuộn dây có lõi ở trung tâm như hình vẽ sau:
B ọb in õ ạn h lỉ ớa
Cuộ n sơ cấ p Cuộ n thứ cấ p
2 Ngắt dòng điện vào cuộn sơ cấp: Động cơ tiếp tục chạy, ECU sẽ ngắt tín hiệu IGT (OFF), IC đánh lửa nhanh chóng ngắt dòng điện từ acquy vào cuộn sơ cấp Kết quả là từ thông của cuộn sơ cấp bắt đầu giảm vì vậy tạo ra một sức điện động theo chiều chống lại sự giảm từ thông hiện có Hiệu ứng tự cảm tạo ra một thế điện động khoảng 500V trong cuộn sơ cấp, hiệu ứng cảm ứng tương hỗ kèm theo của cuộn thứ cấp tạo ra một sức điện động khoảng 30kV Thế điện động này làm cho bugi phát ra tia lửa điện.
Điện thế thứ cấp tăng lên khi dòng sơ cấp lớn hơn và sự ngắt dòng sơ cấp diễn ra nhanh hơn Động cơ 2GR-FE được khảo sát sử dụng bốn cuộn đánh lửa cho sáu máy, với các IC đánh lửa gắn trên các cuộn này Dưới đây là sơ đồ điện của cụm chi tiết.
Hình 3-20 Sơ đồ điện của cụm IC đánh lửa bôbin đơn
1 Mạch điện tử tạo tín hiệu IGF, 2 Mạch đánh lửa.
Hình 3-19 Dòng điện trong cuộn sơ cấp