ĐỒ ÁN ĐIỆN Ô TÔ , HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ( CAD + THUYẾT MINH )

Công dụng Hệ thống đánh lửa HTĐL có nhiệm vụ biến đổi dòng điện một chiều thếhiệu thấp 6, 12 hay 24V hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp trongHTĐL Manheto hay Volang Manhetic th

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ 2

1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại 2

1.1.1 Công dụng 2

1.1.2 Yêu cầu 2

1.1.3 Phân loại 3

1.2 Hệ thống đánh lửa thường 4

1.2.1 Cấu tạo 4

1.4.1 HTĐL gián tiếp (HTĐL có bộ chia điện ) 9 1.4.2 HTĐL trực tiếp (không có bộ chia điện) 11

1.4.2.2 Hệ thống đánh lửa sử dụng bôbin đơn 13

CHƯƠNG 2: CÁC BỘ PHẬN DÙNG TRONG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

2.2.5.1 Cảm biến tốc độ động cơ –NE và vị trí piston-G 21 2.2.5.2 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát-THW 22

2.3.2 Điều chỉnh đánh lửa sau khi khởi động 29

2.3.3 Hiệu chỉnh theo nhiệt độ động cơ 31

2.3.5 Hiệu chỉnh phản hồi tỉ lệ khí – nhiên liệu 32

CHƯƠNG 3: TÍNH VÀ VẼ ĐẶC TÍNH DÒNG ĐIỆN

3.2 Vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp của biến áp đánh lửa 37

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

4.5 Tính toán các thông số cơ bản của bobbin đánh lửa 44

4.5.1.1 Tính số vòng dây cuộn thứ cấp của bobin đánh lửa 444.5.1.2 Tính đường kính dây của cuộn thứ cấp 444.5.1.3 Tính số lớp quấn dây cuộn thứ cấp 464.5.1.4 Tính chiều dài dây quấn cuộn thứ cấp 47

4.5.2.1 Tính đường kính dây quấn cuộn sơ cấp 484.5.2.2 Tính số lớp quấn dây cuộn sơ cấp 484.5.2.3 Tính chiều dài dây quấn của cuộn sơ cấp 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ 1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại

1.1.1 Công dụng

Hệ thống đánh lửa (HTĐL) có nhiệm vụ biến đổi dòng điện một chiều thếhiệu thấp (6, 12 hay 24V) hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp (trongHTĐL Manheto hay Volang Manhetic) thành các xung điện cao thế (12000 …24000V) đủ để tạo nên tia lửa điện (phóng điện qua khe hở bugi) đốt cháy hỗnhợp làm việc trong các xylanh của động cơ vào những thời điểm thích hợp vàtương ứng với trình tự xylanh và các chế độ làm việc của động cơ

Trong một số trường hợp, hệ thống đánh lửa còn dùng để hỗ trợ khởi độngtạo điều kiện khởi động động cơ được dễ dàng ở nhiệt độ thấp

1.1.2 Yêu cầu

Hệ thống đánh lửa phải đáp ứng các yêu cầu chính sau:

- Phải đảm bảo thế hiệu đủ để tạo ra được tia lửa điện phóng qua khe hởgiữa các điện cực của bugi

- Tia lửa điện phải có năng lượng đủ lớn để đốt cháy hỗn hợp làm việctrong mọi điều kiện làm việc của động cơ

- Thời điểm đánh lửa phải tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lý nhất ởmọi chế độ làm việc của động cơ

- Độ tin cậy làm việc của hệ thống đánh lửa phải tương ứng với độ tin cậylàm việc của động cơ

- Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ

- Loại bán dẫn hay điện tử: Với sự có mặt của các linh kiện bán dẫn trongthành phần cấu tạo Đây là loại HTĐL mới, có nhiều ưu điểm hơn hẳn loạiHTĐL thường và có xu hướng thay thế dần các HTĐL thường

- Loại đánh lửa bằng Manheto hoặc Vô lăng Manhetic: Là loại HTĐL cao

áp độc lập, không cần đến acquy máy phát và có độ tin cậy cao

- Loại nhiều tia lửa điện liên tục: Là loại cơ cấu đánh lửa dùng để sấy nóngcác môi chất, hỗ trợ khởi động cho động cơ diesel hoặc động cơ máy bay.Theo cảm biến đánh lửa, HTĐL bán dẫn được chia làm:

- HTĐL sử dụng cảm biến điện từ

- HTĐL sử dụng cảm biến quang

- HTĐL sử dụng cảm biến Hall

Theo năng lượng tích lũy trước khi đánh lửa:

- HTĐL điện cảm: năng lượng đánh lửa được tích lũy bên trong từ trường cuộndây biến áp đánh lửa

- HTĐL điện dung: năng lượng đánh lửa được tích lũy trong điện trường của tụđiện

Theo phương pháp phân bố điện cao áp:

- HTĐL có bộ chia điện (đánh lửa gián tiếp)

- HTĐL không có bộ chia điện (đánh lửa trực tiếp)

1.2 Hệ thống đánh lửa thường

1.2.1 Cấu tạo

Hệ thống đánh lửa thường gồm những thiết bị chủ yếu như: biến áp đánhlửa 3, bộ chia điện 4 và các bu-gi đánh lửa 5 được mô tả như hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đánh lửa thường

1: Cam; 2: Cần tiếp điểm; 3: Biến áp đánh lửa; 4: Bộ chia điện; 5: Bugi;

6: Má vít.

1.2.2 Nguyên lý hoạt động

Khi KK’ đóng: trong mạch sơ cấp xuất hiện dòng điện sơ cấp i1 Dòngnày tạo nên một từ thông khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến ápđánh lửa.

Khi KK’ mở: mạch sơ cấp bị ngắt, dòng i1 và từ trường do nó tạo nên mất

đi Do đó, trong cả hai cuộn dây sẽ xuất hiện các sức điện động tự cảm tỷ lệthuận với tốc độ biến thiên của từ thông Bởi vì cuộn W2 có số vòng dây lớnnên sức điện động cảm ứng sinh ra trong nó cũng lớn, đạt giá trị khoảng 12000

÷ 24000V Điện áp cao này truyền từ cuộn thứ cấp qua rô to của bộ chia điện 4

và các dây dẫn cao áp đến các bugi đánh lửa 5 theo thứ tự nổ của động cơ Khithế hiệu thứ cấp đạt giá trị Udl thì sẽ xuất hiện tia lửa điện phóng qua khe hởbugi đốt cháy hỗn hợp làm việc trong xylanh

Vào thời điểm tiếp điểm mở, trong cuộn W1 cũng xuất hiện một SĐĐ tựcảm khoảng 200 … 300V Nếu như không có tụ điện C1 mắc song song với tiếpđiểm KK’, thì SĐĐ này sẽ gây ra tia lửa mạnh phóng qua tiếp điểm, làm cháy

rỗ các má vít, đồng thời làm cho dòng sơ cấp và từ trường của nó mất đi chậmhơn và vì thế thế hiệu thứ cấp cũng sẽ không lớn

Hình 1.2 Sơ đồ làm việc của HTĐL thường

Khi có tụ C1 dòng sơ cấp và sức điện động tự cảm e1 được dập tắtnhanh chóng, không gây ra tia lửa ở tiếp điểm và U2 tăng lên

1.3 HTĐL bán dẫn

1.3.1 HTĐL bán dẫn có tiếp điểm

HTĐL bán dẫn có tiếp điểm là HTĐL bán dẫn kết hợp với cơ khí, có cấutạo tương tự HTĐL thường nhưng việc đóng ngắt dòng sơ cấp được thực hiệnbằng Transistor, điều khiển Transistor được thực hiện nhờ bộ phận tạo xung(KK’ và cam) như hình 1.3.

Hình 1.3: Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển

thứ cấp; R b , R f : Các điện trở; K: Khóa điện; →: Chiều dòng điện;

Dòng sơ cấp: I1 = Ic + Ib = Ie Dòng điện này tạo nên từ thông khép mạchqua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa

Khi tiếp điểm KK’ mở dòng sơ cấp và từ thông do nó sinh ra bị mất độtngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp một sức điện động cao thế và xuất hiện tialửa

Tại thời điểm KK’ mở, trong cuộn sơ cấp cũng xuất hiện sức điệnđộng E1 = (200 ÷ 300)V, làm hỏng Transistor Để giảm E1 người ta phải dùngbiến áp có Kba lớn và L1 nhỏ hoặc dùng các mạch bảo vệ cho Transistor Trênthực tế, để giảm dòng điện qua tiếp điểm người ta dùng nhiều Transistor mắcnối tiếp

1.3.2 HTĐL sử dụng cảm biến điện từ

HTĐL sử dụng cảm biến điện từ có cấu tạo tương tự HTĐL bán dẫn có tiếpđiểm, tuy nhiên ở HTĐL này việc điều khiển Transistor được thực hiện bằngmột cảm biến điện từ được đặt trong bộ chia điện Sơ đồ mạch điện của HTĐL

sử dụng cảm biến điện từ được mô tả như hình 1.4

Hình 1.4 Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ

T 1 , T 2 , T 3 : Các Transistor; R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 : Các điện trở; C: Tụ điện;

1: Ắc quy; 2: Cuộn dây cảm biến; 3: Bobin; 4: Đến bugi.

Khi bật công tắc máy sẽ xuất hiện các dòng điện sau:

- Dòng I1: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R1 đến R2 đến (-) AQ, tạo ra điện ápđệm UR2 trên cực B của T1 Tuy nhiên UR2 chưa đủ để làm cho T1 mở

- Dòng I2: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R4 đến R5 đến (-) AQ, tạo ra điện ápđệm UR5 trên cực B của T3, T3 dẫn, xuất hiện dòng điện sơ cấp đi từ (+) AQ đếnIG/SW đến bobin đến T3 đến (-) AQ Dòng điện này tạo nên từ thông khép kínmạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa

- Khi trên cuộn dây cảm biến không có tín hiệu điện áp hoặc điện áp âm thìT1 ngắt, T2 ngắt, T3 vẫn tiếp tục dẫn

- Khi trên cuộn dây cảm biến có tín hiệu điện áp dương, kết hợp với điện

áp đệm UR2, làm cho T1 dẫn, T2 dẫn, T3 ngắt Dòng điện qua cuộn sơ cấp và từthông do nó sinh ra bị mất đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp một sức điệnđộng cao thế và xuất hiện tia lửa

1.3.3 HTĐL sử dụng cảm biến quang

HTĐL sử dụng cảm biến quang có cấu tạo tương tự HTĐL sử dụng cảmbiến điện từ Ở HTĐL này, một cảm biến quang được thay thế cho cảm biếnđiện từ để điều khiển các Transistor Sơ đồ mạch điện của HTĐL sử dụng cảmbiến quang được mô tả như hình 1.5.

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang

T 1 , T 2 , T 3 , T 4 , T 5 : Các Transistor; R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R f : Các điện trở;

D 1 , D 2 , D 3 : Các diode; IG/SW; Công tắc; 1: Ắc quy; 2: Bô bin; 3: Đến bugi.

Khi bật công tắc máy sẽ xuất hiện các dòng điện sau:

- Dòng I1: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R6 đến R1 đến D1

- Dòng I2: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R7 đến R8 đến (-) AQ, tạo ra điện ápđệm UR8 trên cực B của T5, T5 dẫn, xuất hiện dòng sơ cấp đi từ: (+) AQ qua IG/

SW đến Rf đến bobin đến T5 đến (-) AQ Dòng điện này tạo nên từ thông khépmạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa

Khi rotor quay, tại vị trí đĩa cảm quang ngăn dòng ánh sáng tử LED D1sang Transistor T1, T1 ngắt, T2 ngắt, T3 ngắt, T4 ngắt, T5 vẫn tiếp tục dẫn

Tại vị trí đĩa cảm quang cho dòng ánh sáng tử LED D1 sangTransistor T1, T1 dẫn, T2 dẫn, T3 dẫn, T4 dẫn, T5 ngắt Dòng điện qua cuộn sơcấp và từ thông do nó sinh ra bị mất đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp mộtsức điện động cao thế và xuất hiện tia lửa

Tương tự như HTĐL sử dụng cảm biến quang HTĐL sử dụng cảm biếnHall điều khiển việc đóng ngắt dòng sơ cấp bằng các Transitstor được điều

khiển bởi các tín hiệu từcảm biến Hall đặt trong bộ chia điện Sơ đồ mạch điện

của HTĐL sử dụng cảm biến quang được mô tả như hình 1.6

Khi bật công tắc máy sẽ xuất hiện dòng điện I1 đi từ (+) AQ qua IG/SWđến D1 đến R1, cung cấp điện cho cảm biến Hall

Khi rotor quay tại vị trí cánh chắn xen giữa nam châm và phần tử Hall thìđiện áp đầu ra của cảm biến Ura ≈ 12V, T1 dẫn,T2 dẫn, T3 dẫn Lúc này dòng sơcấp đi theo mạch sau: (+) AQ qua IG/SW đến Rf đến bobin đến T3 đến (-) AQ.Dòng điện này tạo nên từ thông khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây củabiến áp đánh lửa

Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall

IG/SW: Công tắc; C 1 , C 2 : Các tụ điện; T 1 , T 2 , T 3 : Các Transistor; R 1 , R 2 , R 3 , R 4 ,

R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R f : Các điện trở; D 1 , D 2 , D 3 , D 4 , D 5 : Các diode; 1: Ắc

quy; 2: Bobin; 3: Đến bugi.

Khi cánh chắn rời khỏi vị trí giữa nam châm và phần tử Hall thìđiện áp đầu ra của cảm biến Hall Ura≈ 0V, T1 ngắt, T2 ngắt, T3 ngắt Dòng điệnqua cuộn sơ cấp và từ thông do nó sinh ra bị mất đột ngột, cảm ứng sang cuộnthứ cấp một sức điện động cao thế và xuất hiện tia lửa

1.4 HTĐL theo chương trình

1.4.1 HTĐL gián tiếp (HTĐL có bộ chia điện )

Hệ thống đánh lửa này là một trong số các kiểu hệ thống đánh lửa điềuchỉnh theo một chương trình trong bộ nhớ của ECU Sau khi nhận các tín hiệu

từ các cảm biến như cảm biến tốc độ động cơ NE, cảm biến vị trí trục khuỷu G,cảm biến nhiệt độ khí nạp,cảm biến nhiệt độ nước làm mát,… ECU sẽ tính toán

và phát ra tín hiệu đánh lửa tối ưu đến IC đánh lửa để điều khiển việc đánh lửa.Việc phân phối điện cao thế đến các bugi theo thứ tự làm việc và các chế độtương ứng của các xi lanh thông qua bộ chia điện

- Ưu điểm:

+ Thời điểm đánh lửa chính xác, + Loại bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng như: bộ ly tâm, chân không

Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống đánh lửa gián tiếp

T: Transistor; W1, W2: Cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp; G: Cảm biến vị trí trục khuỷu; NE: Cảm biến tốc độ động cơ; 1: ECU; 2: IC ; 3: Bô bin;

4: Bộ chia điện; 5: Rơ le; 6: Công tắc; 7: Cầu chì; 8: Bugi; 9: Ắc quy.

1.4.2 HTĐL trực tiếp (không có bộ chia điện)

HTĐL trực tiếp cũng là HTĐL có góc đánh lửa sớm được điều khiển bằngmột chương trình lưu trong bộ nhớ của ECU Trong đó, điện cao thế đượctruyền trực tiếp từ các biến áp đánh lửa đến các bugi, không có bộ chia điện

Hệ thống đánh lửa này có những ưu điểm sau:

- Không có dây cao áp hoặc dây cao áp rất ngắn nên giảm được năng lượngmất mát, giảm điện dung ký sinh và giảm nhiễu sóng vô tuyến

- Không còn bộ phận phân phối cao áp nên không còn khe hở trên đườngdẫn cao áp

- Bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu cách điệntốt như bộ phận nối, chổi than, nắp bộ chia điện

- Không có sự đánh lửa giữa hai dây cao áp gần nhau

HTĐL trực tiếp được chia làm hai loại:

+ HTĐL sử dụng biến áp đánh lửa cho từng cặp bugi đánh lửa (bôbinđôi)

+ HTĐL sử dụng biến áp đánh lửa cho từng bugi đánh lửa (bôbin đơn)

1.4.2.1 HTĐL sử dụng bôbin đôi

Trong HTĐL sử dụng bôbin đôi, các bôbin đôi phải được gắn vào Bugi củahai xilanh song hành Sơ đồ bố trí như hình 1.8

Hình 1.8 Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bobin đôi

G1, G2: Cảm biến vị trí trục khuỷu; Ne: Cảm biến tốc độ động cơ; T1, T2: Các Transistor; 1: Ắc quy; 2: Công tắc; 3: Bugi; 4: Cuộn đánh lửa;

5: Các cảm biến khác.

Giả sử đến thời điểm đánh lửa thích hợp cho máy nổ số 1, piston của máy

số 1 và máy số 4 đều đến gần điểm chết trên nhưng do máy số 4 đang trong kỳthải nên vùng môi chất lúc này chứa nhiều ion, tạo thành môi trường dẫn điệnnên bugi ở máy số 4 sẽ không đánh lửa Còn máy số 1 đang trong kỳ nén nên

sẽ đánh lửa ở bugi máy số 1 Việc đánh lửa ở bugi của máy số 2 và 3 cũngtương tự

Với hệ thống đánh lửa này, tuy đã có nhiều ưu điểm nhưng vẫncòn tồn tại dây cao áp từ bobin đôi đến các bugi Do đó vẫn còn tổn thất nănglượng trên dây cao áp

1.4.2.2 Hệ thống đánh lửa sử dụng bôbin đơn

ECU

5

G1

G2Ne

Với hệ thống đánh lửa sử dụng bobin đơn, mỗi bobin dùng cho một bugi.

IC đánh lửa, bobin và bugi được tích hợp vào một kết cấu gọn nhẹ, không còndây cao áp Điều này làm hạn chế rất nhiều năng lượng mất mát, tránh làmnhiễu sóng vô tuyến và làm giảm tần số hoạt động của bobin nên hệ thống nàyđược sử dụng rất nhiều trên những động cơ hiện đại trong thời gian gần đây sơ

T1

T2

T3

23

1GNe

Hình 1.9 Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bobin đơn

G: Cảm biến vị trí trục khuỷu; Ne: Cảm biến tốc độ động cơ; ECU:Bộ điều

khiển điện tử; T1, T2, T3: Các Transistor;2 bobin; 3: Bugi.

CHƯƠNG 2: CÁC BỘ PHẬN DÙNG TRONG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐÁNH LỬA

2.1 Phương án thiết kế

- Với sự phát triển vuợt bậc của kỹ thuật điện tử và điều khiển tự động các thiết

bị điện điện tử, trên các ô tô hiện đại hiện nay hầu như không tồn tại dưới các

bộ phận, các cụm tương đối độc lập về chức năng như trước mà kết hợp lạithành các vi mạch tích hợp, được xử lý và điều khiển thống nhất bởi một bộ xử

lý trung tâm (ECU – Electronic Control Unit)

- Hệ thống đánh lửa chương trình có những ưu điểm sau:

+ Góc đánh lửa sớm được điều chỉnh tối ưu ở mọi chế độ làm việc củađộng cơ

+ Không có dây cao áp nên giảm được năng lượng mất mát, giảm điệndung ký sinh và nhiễu sóng vô tuyến

+ Động cơ khởi động dễ dàng, chạy không tải êm, tiết kiệm được nhiênliệu…

+ Công suất của động cơ được cải thiện

+ Không còn bộ phận phân phối điện cao áp nên không còn khe hở trênđường dẫn cao áp

+ Ít hư hỏng, tuổi thọ cao và ít bảo dưỡng

Nhờ những ưu điểm nỗi bật như trên nên ta chọn thiết kế hệ thống đánh lửatheo chương trình sử dụng bô bin đơn, mỗi bô bin dùng cho một bugi từ loại hệthống đánh lửa theo chương trình IC đánh lửa, bô bin và bugi đánh lửa đượctích hợp vào trong một kết cấu gọn nhẹ

- Theo đề tài được giao, với số xylanh Z = 4 và HTĐL sử dụng bobin đơn Vì vậy chọn sơ đồ đánh lửa như sau:

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống đánh lửa sử dụng bôbin đơn cho động cơ 4 xylanh

1 Các cảm biến; 2 ECU; 3 IC đánh lửa; 4 Boobin; 5 Bugi; 6 Cầu chì;

7 Rơ le; 8 Công tắc; 9 Ác quy.

2.2 Các bộ phận dùng trong hệ thống đánh lửa

2.2.1 Bugi đánh lửa

- Bugi là bộ phận tạo nên tia lửa cao thế đốt chấy hỗn hợp làm việc trongxilanh Khi nhận được các xung điện cao thế từ bộ chia điện truyền đến

- Chọn loại bugi K16R–U11 có hình ảnh và thông số như hình

Hình 2.2 Kết cấu bugi K16R-U11

1 Đầu nối; 2 Gân vỏ; 3 Điện cực giữa; 4 Sứ cách điện;

5 Chất làm kín dẫn điện; 6 Đệm làm kín; 7 Đai ốc lục giác; 8 Vỏ bugi;

+ Sứ cách điện: được chế tạo từ vật liệu gốm có thành phần oxit nhôm cao

để đảm bảo độ bền điện và cơ ở nhiệt độ cao như: Uralit , tinh thểKorunt và Bo-Korunt

- Các yếu tố sau đây ảnh hưởng đến hiệu quả đánh lửa của bugi:

+ Hình dáng điện cực và đặc tính phóng điện: Các điện cực tròn khóphóng điện, trong khi đó các điện cực vuông hoặc nhọn dễ phóng điện Quaquá trình sử dụng lâu dài, các điện cực bị làm tròn dần và trở nên khó đánh lửa.

Vì vậy cần phải thay thế bugi Các bugi có điện cực mảnh và nhọn thì phóngđiện dễ hơn Tuy nhiên những điện cực như thế sẽ chóng mòn và uổi thọ bugingắn hơn.Vì thế một số bugi có điện cực được hàn đắp platin hoặc iridium đểchống mòn Chúng được gọi là các bugi có cực là platin hoặc iridium Khoảngthời giant hay thế bugi đối với kiểu bugi thông thường thì khoảng 10000 đến

60000 km, kiểu có điện cực platin hoặc iridium sau 100000 đến 240000 km.Khoảng thời gian thay thế bugi có thể thay đổi tùy theo kiểu xe, đặc tính động

cơ và nước sử dụng

+ Khe hở điện cực và điện áp yêu cầu: khi bugi bị ăn mòn thì khe hở giữacác điện cực tăng lên và động cơ có thể bỏ máy Khi khe hở giữa cực trung tâm

và cực tiếp đất tăng lên, sự phóng tia lửa giữa các điện cự trở nên khó khăn Do

đó cần có một điện áp lớn hơn để phóng tia lửa.Vì vậy cần phải định kì điềuchỉnh khe hở điện cực hoặc thay thế bugi

- Vùng nhiệt của bugi:

Hình 2.3- Các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt lượng bức xạ của bugi

+ Nhiệt lượng do một bugi bức xạ rất hay đổi tùy theo hình dáng và vậtliệu của bugi Nhiệt lượng bức xạ đó gọi là vùng nhiệt

+ Kiểu bugi phát xạ ra nhiều nhiệt gọi là kiểu bugi lạnh, bởi vì nókhông bị nóng lên nhiều Kiểu bugi phát xạ ra ít nhiệt gọi là kiều nóng, vì nógiữ lại nhiệt

+ Mã số của bugi được in trên bugi, nó mô tả cấu tạo và đặc tính củabugi Mã số có khác nhau đôi chút tùy theo nhà chế tạo Thông thường con sốvùng nhiệt càng lớn thì bugi càng lạnh vì nó phát xạ nhiệt tốt Bugi làm việc tốt

nhất khi nhiệt độ tối thiểu của điện cực trung tâm nằm trong khoảng nhiệt độ tựlàm sạch: 450 độ C và nhiệt độ tự bén lửa 950 độ C.

+ Vùng nhiệt thích hợp cuả bugi thay đổi tùy theo kiểu xe Việc lắp mộtbugi có vùng nhiệt khác đi sẽ gây nhiễu cho nhiệt độ tự làm sạch và nhiệt độ tựbén lửa Để ngăn ngừa hiện tượng này cần sử dụng kiểu bugi đã quy định đểthay thế Sử dụng bugi lạnh khi động cơ chạy với tốc độ và tải trọng thấp sẽlàm giảm nhiệt độ của điện cực và làm cho động cơ chạy không tốt

2.2.2 Biến áp đánh lửa (bobin)

- Biến áp đánh lửa là loại biến áp cao thế đặc biệt , nhiệm vụ của biến áp là

biến những xung điện thế hiệu thấp (6,12 hay 24 V) thành các xung điện caothế (12000…24000V) để tạo ra tia lửa phục vụ việc đánh lửa cho động cơ

- Trên hình 2.2 và 2.3 là cấu tạo và sơ đồ mạch điện của một biến áp đánh lửa

Hình 2.4 - Biến áp đánh lửa

1 Dây cao áp; 2 Cuộn dây thứ cấp; 3 Giắc cắm ; 4 Lõi thép;

5 Cuộn sơ cấp; 6 Đầu nối;

Lõi thép được ghép từ các lá thép kỹ thuật dày 0,35 mm ,có sơn cách điện

để tránh dòng phu cô Lõi thép được chèn chặc trong một ống các tông cáchđiện

Cuộn dây thứ cấp có rất nhiều vòng (W2=19000…26000 vòng) đường

khính dây khoảng 0,07…0,1mm,được quấn phía ngoài ống các tông Chiềurộng của lớp giấy cách điện lớp hơn khoảng dây quấn khá nhiều để tránh chạmcác lớp dây và tránh bị phóng điện qua phần mặt bên của cuộn dây ,hai đầu dâycủa cuộn thứ cấp được dẫn ra hai đầu cao áp ra của hai xilanh đôi phụ tráchđánhlửa

Cuộn dây sơ cấp được quấn trên ống các tông cách điện bao ngoài cuộn thứ

cấp Số vòng của cuộn sơ cấp không nhiều (khoảng 250…400 vòng) đườngkính dây lớn hơn khoảng 0,72…0,86mm Tất cả cuộn dây và lõi thép được baongoài bởi hợp chất khuôn, ống xilanh được làm từ nhựa exopy bên trong được

đổ đầy dầu biến thế, dầu có khả năng nóng chảy ở nhiệt độ cao và tạo bọt khí,điều này giúp cho các cuộn dây được thoát nhiệt tốt.

2.2.3 IC đánh lửa

- IC đánh lửa dùng để nhận tín hiệu từ ECU đóng hay cắt dòng sơ cấp củabobin đánh lửa để tạo ra tín hiệu phản hồi IGF đưa về ECU giúp ECU nhận biếttình tạng hoạt động của hệ thống

- Cấu tạo của IC đánh lửa:

Hình 2.5- Cấu tạo của IC đánh lửa.

1- Bộ tạo tín hiệu phản hồi IGF; 2- Bộ kiểm soát góc ngậm điện;

T- Transistor công suất; R- Điện trở trong IC; B- Chân nối tới một đầu của cuộn sơ cấp của bobin; E- Chân nối mass; IGT- Chân tín hiệu đánh lửa;

IGF- Chân tín hiệu phản hồi.

- IC đánh lửa có cấu tạo gồm các linh kiện bán dẫn chủ yếu là các transistor lắp lại thành mạch điện để tạo ra tín hiệu phản hồi hay tạo thành mạch điện các

bộ kiểm soát góc ngậm …trong IC có transistor công suất để tiến hành đóng

mở dòng điện qua cuộn sơ cấp của bobin khi có tín hiệu IGT

- Kết cấu của IC rất đơn giản và nhỏ gọn dễ dàng bố trí lên động cơ, tuổi thọ cao hơn nữa giá thành chế tạo tương đối rẻ

2.2.4 Cấu tạo của ECU

a Bộ nhớ

- Bộ nhớ trong của ECU chia ra làm 4 loại:

+ ROM: dùng lưu trữ thông tin thường trực, bộ nhớ này chỉ đọc thôngtin từ đó ra chứ không thể ghi vào được, thông tin của nó đã được cài đặt sẵn.ROM cung cấp thông tin cho bộ xử lý và được lắp cố định trên mạch in

+ RAM: bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu trữ thông tin mớiđược ghi trong bộ nhớ và xác định bởi vi xử lý RAM có thể đọc và ghi các sốliệu theo địa chỉ bất kỳ RAM có hai loại:

- Loại RAM xóa được: bộ nhớ sẽ mất khi mất dòng điện cung cấp

- Loại RAM không xóa được: vẫn duy trì bộ nhớ cho dù khi khóanguồn cung cấp ô tô RAM lưu trữ những thông tin về hoạt động của cảm biếndùng cho hệ thống tự chẩn đoán

+ PROM: cấu trúc cơ bản giống như ROM nhưng cho phép lập trình ởnơi sử dụng chứ không phải nơi sản xuất như ROM PROM cho phép sữa đổichương trình điều khiển theo những đòi hỏi khác nhau

+ KAM: dùng để lưu trữ thông tin mới cung cấp đến bộ vi xử lý KAMvẫn duy trì bộ nhớ cho dù động cơ ngừng hoạt động hoặc tắt công tắc máy Tuynhiên nếu tháo nguồn cung cấp từ ắc quy đến máy tính thì bộ nhớ KAM sẽ bịmất

b Bộ vi xử lý

Bộ vi xử lý có chức năng tính toán và ra quyết định, nó là bộ não của ECU

Hình 2.6- Sơ đồ khối của các hệ thống.

1- Bộ vi xử lý; 2- ROM; 3- PROM; 4- RAM.

c Đường truyền bus

- Chuyển các lệnh và số liệu máy tính theo hai chiều ECU với những thànhphần nêu trên có thể tồn tại dưới dạng 1 IC hoặc trên nhiều IC Ngoài ra người

ta thường phân loại máy tính theo độ dài từ các RAM ở những thế hệ đầu tiên,máy tính điều khiển động cơ dùng loại 4,8 hoặc 16 bit phổ biến nhất là loại 4

và 8 bit Máy tính 4 bit chứa rất nhiều lệnh vì nó thực hiện các lệnh logic tốthơn Tuy nhiên máy tính 8 bit làm việc tốt hơn với các phép đại số và chính xáchơn 16 lần so với loại 4 bit Vì vậy hiện nay để điều khiển các hệ thống khác

nhau trên ô tô với tốc độ thực hiện nhanh và chính xác cao người ta sử dụngmáy 8 bit, 16 bit hoặc 32 bit.

2.2.5 Một số loại cảm biến

2.2.5.1 Cảm biến tốc độ động cơ –NE và vị trí piston-G

- Cảm biến vị trí Piston (TDC sensor) hay còn gọi là cảm biến G, báo cho ECUbiết vị trí tử điểm chết trên hoặc gần đến vị trí tử điểm chết trên của piston.Trong một số trường hợp, chỉ có vị trí của piston xylanh số một hoặc số sáuđược báo về ECU còn vị trí các xylanh còn lại sẽ được tính toán Công dụngcủa cảm biến này là để ECU xác định thời điểm đánh lửa và thời điểm phunxăng

- Cảm biến tốc độ động cơ (Engine speed; Crankshaft Angle Sensor hay còngọi là tín hiệu NE), để báo tốc độ động cơ để tính toán hoặc tìm góc đánh lửatối ưu và lượng nhiên liệu sẽ phun cho từng xylanh Cảm biến này cũng đượcdùng vào mục đích điều khiển tốc độ cầm chừng hoặc cắt nhiên liệu ở chế độcầm chừng cưỡng bức

- Cảm biến vị trí xylanh và cảm biến tốc độ động cơ có nhiều dạng khác nhaunhư: cảm biến điện từ (loại nam châm quay hoặc đứng yên), cảm biến quang,cảm biến Hall … Dưới đây là sơ đồ mạch điện từ sử dụng hai sensor: một lắp

ở trục khuỷu để xác định tốc độ động cơ (Ne) và một lắp tại trục cam để xácđịnh vị trí của piston (G)

Hình 2.7- Tín hiệu Ne và tín hiệu G

3600

1200

2.2.5.2 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát-THW (Coolant Water

Temperature Sensor)

- Dùng để xác định nhiệt độ động cơ, có cấu tạo là một điện trở nhiệt

(Thermistor) hoặc Diode

- Điện áp 5V đưa qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theonhiệt độ) tới cảm biến rồi trở về ECU về mass Như vậy nhiệt điện trở và điệntrở chuẩn trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp Điện áp điểm giữa cầuđược đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự - số (Bộ chuyển đổi ADC)

- Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ

chuyển đổi ADC lớn Tín hiệu điện áp được biến đổi thành một dãy xungvuông và được giải mã bằng bộ vi xử lý để thông báo cho ECU biết động cơđang lạnh Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện ápđặt giảm, báo cho ECU biết là động cơ đang nóng

Hình 2.8- Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát

2.2.5.3 Cảm biến nhiệt độ khí nạp -THA (Intake Air Temperature Sensor)

Cảm biến nhiệt độ khí nạp dung để xác định nhiệt độ khí nạp Cũng giống nhưcảm biến nhiệt độ nước làm mát, nó gồm một điện trở được gắn trong bộ đo gióhoặc trên đường ống nạp Có đặc tính tương tự như cảm biến nhiệt độ nước

Hình 2.9 - Mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp

2.2.5.4 Cảm biến lưu lượng khí nạp-VS

- Cảm biến lưu lượng khí nạp là một trong những cảm biến quan trọng nhất vì

nó được sử dụng trong EFI kiểu L để phát hiện khối lượng hoặc thể tích khôngkhí nạp Tín hiệu của khối lượng hoặc thể tích của không khí nạp được dùng đểtính thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản

- Có ba loại cảm biến đo lưu lượng khí nạp: Kiểu cánh và kiểu gió xoáy quanghọc Karman

Hình 2.10 - Cảm biến lưu lượng khí nạp

- Hiện nay hầu hết các xe sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp khí kiểu dâynóng vì nó đo chinh xác hơn, trọng lượng nhẹ hơn và độ bền cao hơn

- Cấu tạo: Cảm biến lưu lượng khí nạp gọn và nhẹ như được thể hiện tronghình minh họa ở bên dưới là loại cắm phích được đặt vào đường không khí, vàlàm cho phần không khí nạp chạy qua khu vực phát hiện Một dây nóng và

nhiệt điện trở, được sử dụng như một cảm biến, được lắp vào khu vực pháthiện Bằng cách trực tiếp đo khối lượng không khí nạp, độ chính xác phát hiệnđược tăng lên và hầu như không có sức cản của không khí nạp Ngoài ra, vìkhông có các cơ cấu đặc biệt, dụng cụ này có độ bền tuyệt hảo.

Hình 2.11 - Cấu tạo cảm biến đo khối lượng khí nạp: Kiểu dây sấy

- Nguyên lý hoạt động: Dòng điện chạy vào dây sấy (bộ sấy) làm cho nó nóng

lên Khi không khí chạy quanh dây này, dây sấy được làm nguội tương ứng vớikhối không khí nạp Bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này đểgiữ cho nhiệt độ của dây sấy không đổi, dòng điện đó sẽ tỷ lệ thuận với khốikhông khí nạp Sau đó có thể đo khối lượng không khí nạp bằng cách phát hiệndòng điện đó Trong trường hợp của cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy,dòng điện nàyđược biến đổi thành một điện áp, sau đó được truyền đến ECUđộng cơ từ cực VG

Hình 2.12- Hoạt động và chức năng của cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu

dây sấy

- Sơ đồ mạch điện: Trong cảm biến lưu lượng khí nạp thực tế, một dây sấy

được ghép vào mạch cầu Mạch cầu này có đặc tính là các điện thế tại điểm A

và B bằng nhau khi tích của điện trở theo đường chéo bằng nhau([Ra+R3]*R1=Rh*R2)

Hình 2.13 - Sơ đồ mạch điện năng của cảm biến lưu lượng khí nạp

kiểu dây sấy

- Khi dây sấy này (Rh) được làm mát bằng không khí nạp, điện trở tăng lên dẫn

đến sự hình thành độ chênh giữa các điện thế của các điểm A và B Một bộkhuyếch đại xử lý phát hiện chênh lệch này và làm tăng điện áp đặt vào mạchnày (làm tăng dòng điện chạy qua dây sấy (Rh)) Khi thực hiện việc này, nhiệt

độ của dây sấy (Rh) lại tăng lên dẫn đến việc tăng tương ứng trong điện trở chođến khi điện thế của các điểm A và B trở nên bằng nhau (các điện áp của cácđiểm A và B trở nên cao hơn) Bằng cách sử dụng các đặc tính của loại mạchcầu này, cảm biến lưu lượng khí nạp có thể đo được khối lượng không khí nạpbằng cách phát hiện điện áp ở điểm B

2.2.5.5 Cảm biến vị trí bướm ga-VTA (Throttle position sensor)

- Cảm biến vị trí bướm ga có nhiệm vụ xác định độ mở của bướm ga và gửithông tin về bộ xử lý trung tâm giúp điều chỉnh lượng phun nhiên liệu tối ưutheo độ mở bướm ga Trên các dòng xe sử dụng hộp số tự động, vị trí bướm ga

là thông số quan trọng để kiểm soát quá trình chuyển số

- Có 3 loại cảm biến vị trí bướm ga:

+ Loại tiếp điểm

+ Loại tuyến tính

+ Loại phần tử Hall

- Loại tiếp điểm:

Khi bướm ga được đóng hoàn toàn, tiếp điểm IDL đóng ON và tiếp điểm PSWngắt OFF ECU động cơ xác định rằng động cơ đang chạy không tải

Khi đạp bàn đạp ga, tiếp điểm IDL sẽ bị ngắt OFF, và khi bướm ga mở quá mộtđiểm xác định, tiếp điểm PSW sẽ đóng ON, tại thời điểm này ECU động cơ xácđịnh rằng động cơ đang chạy tải nặng Điện áp 5V đi qua một điện trở trongECU đưa đến cực IDL và cực PSW Ở vị trí cầm chừng, điệp áp từ cực IDL

qua công tắc tiếp xúc IDL về mass Ở vị trí toàn tải, điện áp từ cực PSW quacông tắc tiếp xúc PSW về mass.

Hình 2.14 - Mạch điện loại tiếp điểm

Hình 2.15 - Cảm biến bướm ga loại tuyến tính

Khi cánh bướm ga mở, con trượt trượt dọc theo điện trở và tạo ra điện áptăng dần ở cực VTA tương ứng với góc mở cánh bướm ga Khi cánh bướm gađóng hoàn toàn, tiếp điểm cầm chừng nối cực IDL với cực E2 Tín hiệu sẽđược đưa đến những hộp điều khiển khác để thực hiện việc điều chỉnh lượngnhiên liệu cho động cơ