Trang - 4 -
I.2.6. Tần số và chu kỳ đánh lửa:
Đối với động cơ 4 thì, số tia lửa xảy ra trong một giây được xác
định bởi công thức:
[ ]
Hz
nZ
f
120
=
Đối với động cơ 2 thì:
[ ]
Hz
Zn
f
60
=
Trong đó:
f: tần số đánh lửa
n: số vòng quay trục khuỷu động cơ (min
-1
).
Z : số xylanh động cơ.
Chu kỳ đánh lửa : là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa.
md
tt
f
T +==
1
t
d
: thời gian công suất dẫn.
t
m
: thời gian công suất ngắt.
Tần số đánh lửa f tỷ lệ thuận với quay trục khuỷu động cơ và số vòng
quay xylanh. Khi tăng số vòng quay của động cơ và số xylanh, tần số đánh
lửa f tăng và do đó chu kỳ đánh lửa T giảm xuống. Vì vậy, khi thiết kế cần
chú ý đến 2 thông số chu kỳ và tần số đánh lửa để đảm bảo ở số vòng quay
cao nhất của động cơ tia lửa vẫn mạnh.
I.2.7. Góc đánh lửa sớm :
Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ từ thời điểm
xuất hiện tia lửa điện tại bugi cho đến khi piston lên đến tử điểm thượng.
Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế và độ
ô nhiễm của khí thải động cơ. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào rất
nhiều yếu tố:
Trang - 5 -
θ
opt
= f(P
bđ,
t
bđ
,p, t
wt
, t
mt
, n, N
o
…)
Trong đó:
P
bđ
: Áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa.
t
bđ
: Nhiệt độ đốt.
P: Áp suất trên đường ống nạp.
t
wt
: Nhiệt độ làm mát động cơ.
t
mt
: Nhiệt độ môi trường.
n: Số vòng quay động cơ.
N
o
: Chỉ số octan của xăng.
Ở các đời xe cũ, góc đánh lửa sớm chỉ số được điều khiển theo hai
thông số: tốc độ và tải động cơ.Tuy nhiên, hệ số đánh lửa ở một số xe
(Toyota, honda…),có trang bị thêm van nhiệt và sử dụng bộ phận đánh lửa
sớm theo hai chế độ nhiệt độ. Trên các đời xe mới, góc đánh lửa sớm được
điều khiển bằng điện tử nên góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh theo thông
số nêu trên.
I.2.8. Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện:
Thông thường, tia lửa điện bao gồm hai thành phần là thành phần điện
dung và thành phần điện cảm. Năng lượng của tia lửa được tính theo công
thức:
W
P
= W
C
+ W
L
Trong đó:
2
W
2
2
C
dl
UC
2
W
2
22
L
iL
=
W
P
: Năng lượng của tia lửa.
W
C
: Năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện dung.
W
L
: Năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện cảm.
Trang - 6 -
C
2
: Điện dung ký sinh của mạch thứ cấp của bugi (F).
U
đl
: Hiệu điện thế đánh lửa.
L
2
: Độ tự cảm của mạch thứ cấp (H).
i
2
: Cường độ dòng điện mạch thú cấp (A).
Tuỳ thuộc vào loại hệ thống đánh lửa mà tăng năng lượng tia lửa có đủ
hai thành phần hoặc chỉ có một thành phần điện cảm hoặc điện dung.
Thời gian phóng điện giữa hai điện cực của bugi tuỳ thuộc vào loại hệ
thống đánh lửa. Tuy nhiên hệ thống đánh lửa phải đảm bảo năng lượng tia
lửa đủ lớn và thời gian phóng điện đủ dài để đốt cháy được hoà khí ở mọi
chế độ hoạt động của động cơ.
I.3. PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ
Hiện nay, trên hầu hết các loại ô tô đều sử dụng hệ thống đánh lửa bán
dẫn vì loại này có ưu thế là tạo được tia lửa mạnh ở điện cực bugi, đáp ứng
tốt các yêu cầu làm việc của động cơ, tuổi thọ cao…Quá trình phát triển,
hệ thống đánh lửa điện tử được chế tạo, cải tiến với nhiều loại khác nhau,
song có thể chia ra làm hai loại chính như sau:
I.3.1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp.
Trong hệ thống này, các linh kiện điện tử được tổ hợp thành một cụm
mạch được gọi là igniter. Bộ phận này có nhiệm vụ đóng ngắt mạch sơ cấp
nhờ các tín hiệu đánh lửa (tín hiệu điện áp) đưa vào. Hệ thống đánh lửa
bán dẫn loại này còn chia làm hai loại là:
- Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển: vít điều khiển có cấu
tạo giống như hệ thống đánh lửa thường nhưng chỉ làm nhiệm vụ điều
khiển đóng mở.
- Hệ thống đánh lửa không có vít điều khiển: công suất được điều
khiển bằng một cảm biến đánh lửa.
Trang - 7 -
I.3.2. Hệ thống đánh lửa bằng kỹ thuật số.
Hệ thống đánh lửa bằng kỹ thuật số còn gọi là hệ thống đánh lửa
chương trình. Dựa vào các tín hiệu như: tốc động động cơ, vị trí trục
khuỷu, vị trí bướm ga, nhiệt độ động cơ,… mà bộ vi xử lý (ECU –
electronic control unit) sẽ điều khiển thời điểm đánh lửa.
- Mô tả chung hệ thống đánh lửa điện tử.
Tiếp điểm của hệ thống đánh lửa thông thường yêu cầu bảo dưỡng
định kỳ vì chúng bị oxy hoá bởi các tia lửa trong quá trình sử dụng.
Hệ thống đánh lửa điện tử được phát triển để xoá bỏ yêu cầu bảo
dưỡng định kỳ, như vậy giảm được giá thành bảo dưỡng cho người sử
dụng. Trong hệ thống đánh lửa điện tử, bộ phận phát tín hiệu được đặt
trong bộ chia điện thay thế cho cam và tiếp điểm, nó sinh ra một điện áp,
mở đánh lửa để ngắt dòng điện sơ cấp trong cuộn dây đánh lửa. Do dùng
để đóng mạch điện sơ cấp không có tiếp xúc giữa kim loại nên nó không
mòn hay điện áp không sụt áp.
I.4. ĐIỀU KHIỂN GÓC ĐÁNH LỬA SỚM BẰNG KỸ THUẬT SỐ.
I.4.1. Sơ đồ khối và đặc điểm của hệ thống đánh lửa với cơ cấu
điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử.
Để ECU có thể xác định được chính xác thời điểm đánh lửa cho từng
xylanh của động cơ theo thứ tự thì nổ, ECU cần phải nhận được các tín
hiệu cần thiết như số vòng quay động cơ, vị trí cốt máy, lượng gió nạp,
nhiệt độ động cơ… Tín hiệu vào càng nhiều thì việc xác định góc đánh lửa
sớm tối ưu càng chính xác. Sơ đồ hệ thống đánh lửa sớm bằng điện tử có
thể chia làm ba phần: tín hiệu vào (input signal), ECU và tín hiệu từ ECU
ra điều khiển Igniter (output signal).
Trang - 8 -
Bugi
Bobin
IG/SW
Accu
Tín hiệu vào
ECU
1
2
3
4
5
6
7
Igniter
H.I -11. Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc
đánh lửa sớm bằng điện tử.
1.Tín hiệu số vòng quay 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 acquy.
7. Tín hiệu kích nổ.
Ngoài ra còn có các tín hiệu vào từ cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm
biến tốc độ xe, cảm biến oxy. Sau khi nhận tín hiệu từ hiệu từ các cảm biến
ECU sẽ xử lý đưa ra xung điều khiển đến Igniter để điều khiển đánh lửa.
Trên hình vẽ mô tả của các cảm biến trên động cơ.
Trong các loại tín hiệu vào trên, tín hiệu số vòng quay - vị trí cốt
máy và tín hiệu tải là hai tín hiệu quan trọng nhất. Để xác định số vòng
quay động cơ, người ta có thể đặt cảm biến trên một vành răng ở đầu cốt
máy, đầu cốt cam hoặc trong delco. Có thể sử dụng cảm biến Hall, cảm
biến điện từ, cảm biến quang. Số răng trên các vành khác nhau tuỳ thuộc
Trang - 9 -
θ
(độ)
θ
(độ)
1
2
1
2
vào loại cảm biến và tuỳ thuộc vào động cơ. Một số động chỉ sử dụng một
vòng răng để xác định số vòng quay và vị trí cốt máy. Tại một khoảng cách
răng có khoảng cách lớn hơn các khe hở còn lại, tại điểm đó, xung điện của
cảm biến sẽ tăng vọt lên nhờ có sự khác biệt về biên độ xung mà ECU có
thể nhận biết được vị trí của cốt máy. Cảm biến điện từ, cảm biến quan
phát xung tín hiệu về số vòng quay động cơ (NE), vị trí cốt máy (G) hai vị
trí này dùng chung để điều khiển phun xăng và điều khiển đánh lửa
(Motronic).
Để xác định mức tải động cơ, ECU sẽ đưa vào tín hiệu áp suất trên
đường ống nạp (hoặc tín hiệu lượng khí nạp). Do sự thay đổi về áp suất
trên đường ống nạp, tín hiệu điện áp gửi về ECU sẽ thay đổi và ECU nhận
tín hiệu này để xử lý và quy ra mức tải tương ứng để xác định góc đánh lửa
sớm.
(a) (b)
H. I - 12. Sự chênh lệch đánh lửa tối ưu.
1. Đặc tính đánh lửa lý tưởng.
2. Đặc tính đánh lửa sớm hiệu chỉnh bằng ly tâm (a) và áp thấp (b).
Trong các hệ thống đánh lửa trước đây, việc điều chỉnh góc đấnh lửa
sớm được thực hiện bằng phương pháp cơ khí: hiệu chỉnh bằng ly tâm và
áp thấp.
Đường đặc tính đánh lửa sớm tối ưu rất đơn giản và không chính
xác. Trong khi đó, đường đặc tính lý tưởng được xác định bằng thực
Trang - 10 -
nghiệm rất phức tạp, không tuân theo một quy luật nào cả. Đồ thị H. I – 12a
và H.I-12 b mô tả sự sai lệch góc đánh lửa sớm tối ưu và góc đánh lửa sớm
hiệu chỉnh bằng cơ khí. Đối với hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển
góc đánh lửa sớm bằng điện tử góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh gần sát
với đặc tính lý tưởng. Kết hợp hai đặc tính đánh lửa sớm theo tốc độ và
theo tải ta có bản đồ góc đánh lửa sớm lý tưởng một bản đồ như vậy có từ
1000 đến 4000 điểm đánh lửa sớm và được nhớ trong bộ nhớ.
Một chức khác của ECU trong việc điều khiển đánh lửa là sự điều
chỉnh góc ngậm điện (DWELL ANGLE Control). Bản đồ góc ngậm điện
phụ thuộc hai thông số là hiện điện thế acquy và tốc độ động cơ. Khi khởi
động chẳng hạn, hiệu điện thế acquy sẽ bị sụt áp rất lớn, vì vậy ECU sẽ
điều khiển tăng thời gian ngậm điện nhằm mục đích bảo đảm dòng điền sơ
cấp tăng trưởng đến giá trị ấn định. Ở tốc độ thấp, xung điện áp điều khiển
đánh lửa rất dài, dòng sơ cấp sẽ tăng quá cao, ECU sẽ điều khiển xén bớt
điện áp điều khiển để giản thời gian ngậm điện nhằm mục đích tiết kiệm
năng lượng và tránh nóng bobin. Trong trường hợp dòng điện sơ cấp vẫn
tăng cao hơn giá trị ấn định, bộ phận hạn chế dòng sẽ làm việc và giữ cho
dòng điện sơ cấp không thay đổi cho đến thời điểm đánh lửa. Một điểm cần
lưu ý góc ngậm điện tuỳ thuộc loại động cơ mà công việc này thực hiện
trong ECU hay tải Igniter. Vì vậy Igniter của hai loại có và không có bộ
điều chỉnh góc ngậm điện không thể dùng lẫn cho nhau được.
Góc đánh lửa sớm thực tế khi động cơ hoạt động được xác định bằng
công thức sau:
θ = θ
bđ
+ θ
cb
+ θ
hc
Trong đó:
θ: là góc đánh lửa sớm thực tế.
θ
bđ:
là góc đánh lửa sớm ban đầu.
θ
cb
: là góc đánh lửa sớm cơ bản.
Trang - 11 -
θ
hc
: là góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh.
H. I -13. Góc đánh lửa sớm thực tế.
Góc đánh lửa sớm ban đầu (θ
bđ
) phụ thuộc bởi vị trí của delco hoặc
vị trí của cảm biến xác định vị trí cốt máy (G). Thông thường, trên các loại
xe góc đánh lửa sớm ban đầu được điều chỉnh trong khoảng 5
o
đến 15
o
trước tử điểm thượng ở tốc độ cầm chừng. Đối với hệ thống đánh lửa với
cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử khi chỉnh góc đánh lửa
sớm, ta chỉ chỉnh được góc đánh lửa sớm ban đầu.
Dựa vào số vòng quay (NE) và tải động cơ (từ tín hiệu áp suất trên
đường ống nạp hoặc thể tích khí nạp). ECU sẽ đọc giá trị của góc đánh lửa
sớm cơ bản (θ
cb
) được lưu trữ trong bộ nhớ (H.I -13).
Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh (θ
hc
) là góc đánh lửa sớm được cộng
thêm hoặc giảm bớt khi ECU nhận được các tín hiệu khác nhau như nhiệt
độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, tín hiệu kích nổ, tín hiệu tốc độ xe… vì vậy
góc đánh lửa sớm thực tế được tính bằng góc đánh lửa sớm ban đầu cộng
với góc đánh lửa sớm cơ bản và góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh để đạt được
góc đánh lửa sớm lý tưởng theo từng chế độ hoạt động của động cơ.
H.I-14. Xung điều khiển đánh lửa IGT.
Sau khi xác định được góc đánh lửa sớm, bộ xử lý trung tâm
(CPU- Central Processing Unit) sẽ đưa ra xung điện áp để điều khiển
đánh lửa ICT.
θ
bd
θ
θ
cd
θ
bc
Trang - 12 -
Tử điểm
thượng
Đến
Igniter
IGT
G
NE P
CPU
5V
θ
cb
+ θ
bc
θ
bđ
b,
c,
H. I - 14. Xung điều khiển đánh lửa IGT.
H. I -14b mô tả quá trình dịch chuyển xung IGT trong CPU về phía
trước của tử điểm thượng khi có sự hiệu chỉnh về góc đánh lửa sớm cơ bản
(θ
cb
) và góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh (θ
hc
) ngoài ra, xung IGT có thể đã
được xén trước khi gửi qua Igniter (H.I -14c).
Để cân lửa cho hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa
sớm bằng điện tử trên đa số các loại xe ta nối hai đầu của check connector
trước lúc cân lửa. Đối với xe Toyota ta nối hai đầu TEI và EI khi đó ECU
điều khiển động cơ làm việc ở chế độ chuẩn (standard Ignition timing), các
yếu tố ảnh hưởng đến góc đánh lửa sớm đều bị loại trừ và việc điều chỉnh
góc đánh lửa sớm mới chính xác.
I.4.2. Sơ đồ mạch điện của HTĐL với cơ cấu điều khiển góc đánh
lửa sớm bằng điện tử:
Trong hệ HTĐL với cơ cấu đánh lửa sớm bằng điện tử tuỳ thuộc
yêu câu thiết kế của loại động cơ của các hãng khác nhau mà đặc điểm, cấu
tạo và hoạt động của hệ thống cũng khác nhau. Tuy nhiên có thể chia ra
làm hai loại sơ đồ nguyên lý làm việc chính là loại mạch điện có sử dụng
delco và loại không sử dụng delco.
Trang - 13 -
IG/SW
Accu
Đến bộ
chia điện
(Delco)
Bobin
Igniter ECU
5V
CPU
IGF
IGT
IGF
generator
Dwell
angle
control
T
1
T
2
β
-
G
1
G
2
NE
I.4.2.1. Mạch điện của HTĐL với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa
sớm bằng điện tử có sử dụng delco:
Mạch điện gồm ba phần chính: ECU, Igniter và cụm bobin-delco.
Sau khi nhận tất cả các tín hiệu từ các cảm biến. ECU sẽ đưa các tín
hiệu này vào bộ xử lý trung tâm (CPU). Tại đây CPU sẽ xử lý các tín hiệu
và đưa ra các xung tín hiệu phù hợp với góc đánh lửa sớm để điều khiển
transistor T
1
tạo các xung IGT đưa vào Igniter các xung IGT còn là xung
dài chưa được xén sẽ được đưa vào bộ kiểm soát góc ngậm (Dwell angle
control). Các xung sau khi được xén sẽ điều khiển transistor công suất T
2
đóng ngắt mạch sơ cấp tạo xung điện cao thế tại bobin và được đưa đến bộ
chia điện. Cực E của transistor công suất T
2
mắc nối tiếp với cảm biến
dòng sơ cấp đưa vào bộ kiểm soát góc ngậm để hạn chế dòng sơ cấp trong
trường hợp dòng sơ cấp tăng cao hơn quy định. Khi transistor T
2
ngắt, bộ
phát xung IGF dẫn và ngược lại khi T
2
dẫn bôn phát xung IGF ngắt, quá
trình này sẽ tạo ra một xung được gọi là xung IGF. Xung IGF sẽ được gửi
ngược trở lại bộ xử lý trung tâm trong ECU để báo rằng HTĐL đang hoạt
động.
H. I- 15. Sơ đồ mạch điện của HTĐL với cơ cấu điều khiển góc đánh
lửa sớm bằng điện tử có sử dụng delco.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét