3. Hệ thống đánh lửa
3.3. Nguyên lí hoạt động
Mục tiêu của một hệ thống đánh lửa tốt là đốt cháy hỗn hợp không khí và nhiên liệu tại thời điểm chính xác phù hợp với điều kiện hoạt động hiện tại của động cơ. Nó có thể mất khoảng 2ms từ khi hỗn hợp nhiên liệu được đốt cháy cho đến khi cháy hoàn toàn. Thông tin cần thiết là tốc độ để xác định chính xác thời điểm đánh lửa:
- Tốc độ động cơ.
- Tải động cơ.
- Lượng không khí hoặc áp suất trên đường ống nạp.
- Số lượng kim phun.
- Nhiệt độ động cơ.
- Nhiệt độ khí nạp.
- Giá trị lamda.
- Lượng khí thải được tuần hoàn.
- Tốc độ không tải.
Một vài yếu tố khác ảnh hưởng đến góc đánh lửa là:
- Chỉ số chống kích nổ của nhiên liệu.
- Tỉ số nén.
Nếu không đốt cháy hết được lượng nhiên liệu đã được pha loãng trong xy lanh thông qua việc sử dụng hệ thống tuần hoàn khí xả EGR, thời gian phát triển của ngọn lửa cần được tăng lên. Để bù lại điều này, hệ thống sẽ cho đánh lửa sớm hơn.
Thông qua tính toán của hệ thống quản lí động cơ, tất cả các thông tin được yêu cầu cho tính toán của góc đánh lửa để tính toán góc đánh lửa chính xác là có sẵn cho mọi trạng thái hoạt động và mọi tình huống điều khiển.
41
Sự ưu tiên cao nhất là để đạt được hiệu quả khả thi và tiêu hao nhiên liệu là thấp nhất. Tính toán góc đánh lửa luôn diễn ra cho mục tiêu động cơ xác định trong điều kiện hoạt động luôn thay đổi.
3.3.2. Điều khiển kích nổ
Nếu tốc độ ngọn lửa trong buồng đốt đạt tới tốc độ siêu âm, hiện tượng này gọi là kích nổ động cơ. Tiếng kích nổ có thể nghe rõ khi tốc độ động cơ thấp. Tiếng này bị át đi khi tốc độ của động cơ cao. Tại tốc độ động cơ cao, kích nổ có thể làm hư hỏng nghiêm trọng động cơ.
Ảnh hưởng của kích nổ dựa trên cường độ và thời gian. Nếu giới hạn kích nổ vượt quá chỉ một thời gian ngắn, điều nay ít hoặc sẽ không ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ và khả năng vận hành. Kích nổ nghiêm trọng có thể phá hủy piston, nắp xy lanh và ron nắp máy.
Khuynh hướng của kích nổ dựa trên hình dạng của buồng đốt, tính chất nhiên liệu và nhiệt độ của hỗn hợp nhiên liệu cuối quá trình đốt.
Hình 2.39: So sánh tín hiệu điện áp của cảm biến kích nổ trong điều kiện hoạt động bình thường và khi kích nổ của động cơ.
Khuynh hướng của kích nổ có thể giảm bằng cách thay đổi thông số của điều kiện hiện tại trong buồng đốt ( ví dụ: giảm nhiệt độ khí nạp và tăng góc đánh lửa ). Giảm góc đánh lửa mỗi lần xấp xỉ khoảng 0.25 độ trong 0.2 giây. Điều chỉnh này được thực hiện cho đến khi động cơ trở lại trạng thái hoạt động bình thường.
Nếu kích nổ được phát hiện bằng hệ thống ( phát hiện giới hạn kích nổ ), điều chỉnh sẽ nhanh chóng được thực hiện. Công suất tối ưu của động cơ đạt được với loại điều khiển kích nổ này, mang lại hiệu quả cho việc tiêu thụ nhiên liệu.
42 3.3.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Hình 2.40: Sơ đồ mô tả hoạt động của hệ thống đánh lửa
1. Cảm biến CKP thông báo tốc độ và vị trí trục khuỷu bằng cách cảm nhận răng bị thiếu trên bánh răng dẫn động được gắn vào trục khuỷu. Hệ thống đánh lửa điện tử
tích hợp COP sử dụng cảm biến vị trí trục cam CMP để xác định kỳ nén của xi lanh số 1 và để đồng bộ hóa quá trình đánh lửa của các cuộn dây riêng rẽ.
2. PCM sử dụng tín hiệu của cảm biến CKP để tính toán đích đánh lửa, rồi yêu cầu bó cuộn dây hoặc COP phát tia lửa vào đích đó. PCM sử dụng tín hiệu của cảm biến CMP để xác định kỳ nén của xi lanh 1 và để đồng bộ hóa quá trình đánh lửa của các cuộn dây riêng rẽ.
3. PCM điều khiển các cuộn tăng áp sau khi tính toán đích đánh lửa. Hệ thống COP chỉ đánh lửa một bugi trên mỗi cuộn dây sau khi đồng bộ hóa trong kỳ nén.
Dòng điện được PCM điều khiển thông qua cuộn tăng áp chính, bằng cách cấp đường tiếp mát được chuyển mạch thông qua bộ điều khiển cuộn tăng áp đến đường mát. Khi bộ điều khiển cuộn tăng áp được bật, dòng điện nhanh chóng tích tụ đến giá trị tối đa, giá trị này được xác định qua điện cảm và điện trở của cuộn dây. Khi dòng điện bị ngắt, điện trường bị hủy, sẽ sinh ra điện áp cao đột biến thứ cấp và bugi được đánh lửa. Điện áp cao đột biến này tạo ra điện áp ngược, được PCM sử dụng làm tín hiệu phản hồi trong khi chẩn đoán đánh lửa. PCM sử dụng đặc điểm thời gian dừng dòng điện nạp để tiến hành chẩn đoán đánh lửa.
4. PCM xử lý tín hiệu của cảm biến CKP và sử dụng để điều khiển tốc kế dưới dạng tín hiệu đầu ra tốc kế rõ ràng (CTO).
43
Nhận và điều khiển xung đánh lửa của PCM:
Hình 2.41: Nhận và điều khiển xung đánh lửa của PCM
Khi động cơ khởi động, PCM đánh lửa đồng thời 2 bugi. Trong 2 bugi này, một được đánh lửa ở kỳ nén và một được đánh lửa ở kỳ xả. Cả hai bugi đều đánh lửa cho đến khi vị trí trục cam được xác định thông qua tín hiệu thành công của cảm biến CMP.
Sau khi vị trí trục cam được xác định, chỉ xi lanh trong kỳ nén được đánh lửa.