Chương 8. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
8.2. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
8.3.3. Hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình
Hệ thống đánh lửa điện tử điều khiển bằng chương trình hay còn gọi là hệ thống đánh lửa điện tử ESA là hệ thống đánh lửa kiểu mới đƣợc phát triển dựa trên hệ thống đánh lửa bán dẫn thuần tuý trước đây. Hệ thống này có góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng một chương trình tính toán được thiết lập trong một máy tính điện tử, đƣợc bố trí trên xe gọi là ECU. Góc đánh lửa sớm đƣợc tính toán thông qua các tín hiệu của các cảm biến ghi nhận từ động cơ, từ các tín hiệu này bộ vi xử lí của ECU sẽ tính toán đƣa ra góc đánh lửa sớm tối ƣu nhất phù hợp với điều kiện làm việc hiện tại của động cơ.
Do việc đánh lửa được điều khiển bằng một chương trình tính toán của ECU dựa trên các tín hiệu của cảm biến nên hệ thống đánh lửa này đã loại bỏ hoàn toàn các cơ cấu điều chỉnh đánh lửa sớm trước đây như cơ cấu điều khiển đánh lửa sớm li tâm, cơ cấu điều chỉnh đánh lửa sớm bằng chân không, cơ cấu điều chỉnh theo trị số octan của xăng nên hệ thống đánh lửa điện tử ESA này có những ƣu điểm sau:
- Góc đánh lửa sớm đƣợc điều chỉnh tối ƣu cho từng chế độ hoạt động của động cơ.
- Góc ngậm điện luôn đƣợc điều chỉnh theo tốc độ động cơ và hiệu điện thế ắc quy, đảm bảo cho hiệu điện thế luôn có giá trị cao ở mọi thời điểm.
1 2 3 4 5 6 7
IG/SW Acquy
Bugi
Biến áp IC âạnh
lửa(hộp đánh lửa)
ECU
Hình 8-10. Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa điện tử ESA 1. Tín hiệu tốc độ động cơ NE, 2. Tín hiệu vị trí trục khuỷu G,
3. Tín hiệu tải, 4. Tín hiệu vị trí bướm ga, 5. Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát, 6. Tín hiệu điện áp ắc quy, 7. Tín hiệu kích nổ
- Có khả năng chống kích nổ cho động cơ.
- Ít hƣ hỏng, tuổi thọ cao và không cần bảo dƣỡng.
Do các ƣu điểm trên mà hệ thống đánh lửa điện tử điều khiển góc đánh lửa sớm bằng chương trình được sử dụng hầu hết ở các loại động cơ trên các xe hiện đại ngày nay, đáp ứng được các yêu cầu sử dụng ngày càng khắt khe của con người, đặc biệt là vấn đề khí xả với môi trường. Hình 3.12 là sơ đồ khối hệ thống đánh lửa điện tử ESA. Để nắm rõ hệ thống đánh lửa này ta tìm hiểu thông qua hệ thống điều khiển đánh lửa sớm điện tử ESA trong ECU động cơ.
Hệ thống đánh lửa điện tử ESA có bộ chia điện
Hệ thống đánh lửa này là một trong số các kiểu hệ thống đánh lửa có góc đánh lửa điều chỉnh theo một chương trình trong bộ nhớ của ECU, sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến nhƣ cảm biến tốc độ NE, cảm biến vị trí trục khuỷu G, cảm biến nhiệt độ khí nạp...ECU sẽ phát ra tín hiệu đánh lửa cho IC đánh lửa để điều khiển việc đánh lửa, tạo tia lửa phân phối đến các bugi theo thứ tự làm việc và các chế độ tương ứng của các xy lanh thông qua bộ chia điện. Sơ đồ mạch điện của hệ thống đánh lửa điện tử sử dụng bộ chia nhƣ hình (8-12).
Hình 8-11. Sơ đồ hệ thống đánh lửa điện tử ESA dùng bộ chia điện
Nguyên lí hoạt động của hệ thống đánh lửa điện tử dùng bộ chia điện nhƣ sau:
Sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến, bộ điều khiển điện tử ECU sẽ xử lí các tín hiệu và đƣa ra các xung tín hiệu phù hợp với góc đánh lửa sớm tối ƣu đã được lưu trong bộ nhớ để điều khiển Transitor T2 đóng ngắt.
Cực E của Transitor mắc nối tiếp với điện trở R2 có giá trị 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 T2 ngắt, bộ phát xung hồi tiếp IGF sẽ dẫn và ngƣợc lại khi T2 dẫn bộ phát xung IGF sẽ tắt. Quá trình này tạo ra các xung IGF và đƣợc gửi lại ECU để báo cho ECU biết hệ thống đánh lửa đang hoạt
ST/SW
Acquy
G NE Cạc caím biến
Bọỹ vi xử lí
Kiểm soát góc ngậm
điện Tín hiệu phản hồi
IGT IGF
5v
Igniter ECU
Bugi Biến ạp W2 W1
T
2 T
R2 1
R1
động. Ngoài ra xung IGF còn có tác dụng để mở mạch phun xăng, nếu xung IGF bị mất các kim phun sẽ ngừng phun trong vài giây.
Hệ thống đánh lửa điện tử ESA không dùng bộ chia điện (hệ thống đánh lửa trực tiếp)
Hệ thống đánh lửa không dùng bộ chia điện hay hệ thống đánh lửa trực tiếp cũng là hệ thống đánh lửa có góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng một chương trình lưu trong bộ nhớ của ECU. Trong đó các biến áp đánh lửa được sử dụng cho từng bugi hoặc cho từng cặp bugi. Hệ thống đánh lửa này có những ƣu điểm sau:
- Không còn bộ phân phối điện cao áp nên không còn khe hở trên đường dẫn cao áp.
- Bỏ đƣợc các chi tiết dễ hƣ hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu cách điện tốt nhƣ bộ phân phối, chổi than, nắp chia điện.
- Không có sự đánh lửa giữa 2 dây cao áp gần nhau khi xảy ra hiện tƣợng đánh lửa sớm (xảy ra với động cơ nhiều xy lanh).
* Phân loại: Hệ thống đánh lửa trực tiếp đƣợc phân thành:
- Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng biến áp đánh lửa cho từng bugi đánh lửa.
- Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng biến áp đánh lửa cho từng cặp bugi đánh lửa.
a. Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bô bin đơn
Hệ thống đánh lửa này phân phối trực tiếp điện cao áp đến các bugi mà không dùng bộ chia điện. Do sử dụng mỗi biến áp cho mỗi bugi nên tần số hoạt động của biến áp ít vì vậy các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp không nóng, kích thước của biến áp đƣợc thu nhỏ và đƣợc gắn dính với nắp chụp của bugi đánh lửa.
* Nguyên lí hoạt động:
ECU động cơ nhận các tín hiệu từ các cảm biến của động cơ sau đó xử lí đƣa ra các tín hiệu vào các Transitor công suất để tạo ra các tín hiệu IGT. Các tín hiệu IGT đƣợc gửi đến IC đánh lửa theo thứ tự nổ của động cơ. Cuộn sơ cấp của các biến áp đánh lửa này rất nhỏ (< 1) và trên mạch sơ cấp không sử dụng điện trở phụ vì các xung điều khiển đã đƣợc điều chỉnh sẵn trong ECU. Vì vậy không đƣợc thử trực tiếp điện áp 12V với loại này.
Sơ đồ mạch đánh lửa sử dụng bộ đánh lửa trực tiếp:
b. Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bô bin đôi
Sơ đồ mạch điện đánh lửa sử dụng biến áp đánh lửa cho từng cặp bugi đánh lửa:
Trong hệ thống đánh lửa này, bô bin đôi phải gắn vào bugi của 2 xy lanh song hành.
Trên hình 1.13 thể hiện sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bô bin đôi Hình 8-12. Hệ thống đánh lửa sớm trực tiếp sử dụng bô bin đơn
ECU
Cạc caím biến
G
NE
IGT1 B
+
T1
Bugi
IGT2 B
+
T2
Bugi
IGTn B
+
Tn
Bugi .
. .
Ắc quy Khọa điện
1
ECU
4
2 3
Cạc caím biến G1 G2 NE IGT1
IGT2 T1
T2 Cuộn đánh lửa Bugi
Hình 8-13. Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bô bin đôi
trên động cơ 4 xy lanh, có thứ tự nổ 1-3-4-2, dùng 2 bô bin đôi.
- Bô bin thứ nhất nối với bugi 1 và 4 - Bô bin thứ 2 nối với bugi 2 và 3
Giả sử đến thời điểm đánh lửa thích hợp cho máy số 1, pít tông của máy số 1 và máy số 4 đều đến gần điểm chết trên nhƣng do máy số 4 đang trong kỳ thải nên vùng môi chất lúc này chứa nhiều ion, tạo thành môi trường dẫn điện nên bugi ở máy số 4 sẽ không đánh lửa. Còn máy số 1 đang trong kỳ nén nên sẽ đánh lửa ở bugi của máy số 1. Việc đánh lửa ở bugi của máy số 2 và 3 cũng tương tự.