Tìm hiểu hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng cảm biến đo tín hiệu g và ne kiểu cảm ứng

1

LỜI NÓI ĐẦU
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã khơng ngừng thúc đẩy việc
tìm tịi nghiên cứu. Việc áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật cao vào
ngành cơng nghiệp nói chung và ngành cơng nghiệp ô tô nói riêng, đã đạt
được những tựu đáng kể. Trong q trình phát triển ngành cơng nghệ ơ tơ thì
HTĐL có vai trị hết sức quan trọng bởi nó ảnh hưởng trực tiếp đến công suất
động cơ, ô nhiểm mơi trường và tiêu hao nhiên liệu. Vì vậy hệ thống đánh
lửa(HTĐL) trên ô tô không ngừng được cải tiến ngày càng tối ưu.
Trong quá trình phát triển của HTĐL đã có nhiều HTĐL được sử dụng
nhưng ưu điểm hơn cả là HTĐL trực tiếp. Với các ưu điểm như thời điểm
đánh lửa chính xác,góc đánh lửa sớm ln được điều chỉnh phù hợp với chế
độ hoạt động của động cơ giúp tiết kiệm nhiên liệu và tăng công suất phát
ra…Vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trên các ô tô hiện đại.
Với mục đích củng cố kiến thức đã học, tìm hiểu sâu kiến thức chun
mơn về cơ sở điều khiển điện – điện tử trên PTCG, em đã thực hiện tiểu luận
mơn học với nội dung: Tìm hiểu Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng cảm
biến đo tín hiệu G và Ne kiểu cảm ứng.
Sau một thời gian sưu tầm tài liệu sách vở cũng như ở trên mạng
Internet, tiểu luận của em đã hoàn thành nhưng do thời gian có hạn cộng vói
sự han chế về trình độ chun mơn nên nội dung tiểu luận khơng tránh khỏi
những thiếu xót. Kính mong thầy và các đồng chí góp ý để đề tài được hồn
thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn
PGS.TS Phạm Hữu Nam đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.Em
xin chân thành cám ơn các thầy trong khoa công nghệ ô tô đã tạo điều kiện và
giúp đỡ em trong suốt qua trình học tập tại trường.
Sinh viên thực hiện

2

CHƯƠNG 1. NHIỆM VỤ VÀ ĐẶC ĐIỂM CÁC HỆ THỐNG
ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ
1.1. Nhiệm vụ và yêu cầu của HTĐL điện tử
1.1.1. Nhiệm vụ của HTĐL điện tử
Hệ thống đánh lửa trên ơ tơ có nhiệm vụ biến dịng một chiều hạ áp (1224V) thành dòng xung điện cao áp (12-24KV) và tạo tia lửa điện trên bugi để
đốt cháy hỗn hợp khí – xăng trong xi lanh ở cuối kỳ nén đúng thứ tự nổ và
đúng thời điểm.
- Đúng thứ tự nổ là phải đánh lửa theo đúng thứ tự cơng tác của các xi lanh.
(ví dụ ở động cơ 4 xi lanh là 1-3-4-2 hoặc 1-2-4-3 ).
- Đúng thời điểm là phải có góc đánh lửa sớm phù hợp:
+ Q trình đốt cháy hỗn hợp cơng tác trong xi lanh của động cơ ô tô không
xảy ra tức thời, mà phải trải qua một khoảng thời gian nhất định.công
suất,tuổi thọ của động cơ ô tô phụ thuộc rất nhiều vào việc chọn thời điểm bật
tia lửa cao áp đốt cháy hỗn hợp công tác trong xi lanh của động cơ.Do đó phải
có góc đánh lửa sớm Ө phù hợp.
+ Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ ơ tơ tính từ khi xuất
hiện tia lửa ở hai điện cực của bugi cho tới khi piston đạt tới điểm chết trên ở
cuối chu kỳ nén, kí hiệu là Ө.
1.1.2. Yêu cầu của HTĐL điện tử
- điện áp cao áp của HTĐL phải có khả năng tạo ra tia lửa cao áp trong mọi
chế độ làm việc của động cơ ( không tải, khởi động, tăng tốc, và đầy tải ).
+ Hiệu điện thế thứ cấp cực đại u2m
Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là hiệu điện thế ở hai đầu cuộn dây
thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi. Hiệu điện thế cực đại U 2m phải lớn
để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặc biệt lúc
khởi động.

3

+ Hiệu điện thế đánh lửa Uđl
Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó q trình đánh lửa được xảy ra được
gọi là hiệu điện thế đánh lửa (Udl). Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ
thuộc vào nhiều yếu tố, theo định luật Pashen.
Udl = K

(1.1)

Trong đó:
P: là áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa.
δ: khe hở bugi.
T: nhiệt độ ở điện cực trung tâm của bugi tại thời điểm
đánh lửa.
K: hằng số phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp hồ khí.
+ Hệ số dự trữ Kdt
Hệ số dự trữ là tỷ số giữa hiệu điên thế thứ cấp cực đại U 2m và hiệu điện thế
đánh lửa Udl.
Kdl =

(1.2)

Đối với hệ thống đánh lửa thường, do U 2m thấp nên Kdt thường nhỏ hơn
1,5. Trên những động cơ xăng hiện đại với với hệ thống đánh lửa điện tử hệ
số dự trữ có khả năng tăng cao (K dt = 1,5 ÷ 1,8) đáp ứng được việc tăng tỷ số
nén, tăng số vòng quay và tăng khe hở bugi.
- Năng lượng của tia lửa (A tl) và thời gian tồn tại của tia lửa t tl giữa các điện
cực của bugi phải đủ lớn để châm lửa chắc chắn cho mọi chế độ làm việc của
động cơ (đặc biệt là chế độ khởi động).

+Năng lượng dự trữ Wdt:
Năng lượng dữ trữ Wdt là năng lượng tích luỹ dưới dạng từ trường trong
cuộn dây sơ cấp của bobin. Để đảm bảo tia lửa điện có đủ năng lượng để đốt
cháy hồn tồn hồ khí.
Wdt =
Trong đó:
Wdt: Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp.

(1.3)


4

L1: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bobin.
Ing: Cường độ dịng điện sơ cấp tại thời điểm cơng suất ngắt.
- Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp (S) có ý nghĩa rất lớn đảm bảo
cho việc hình thành tia lửa giữa các điện cực của bugi một cách chắc chắn kể
cả khi chân sứ của bugi bị bám muội.
S = = = 200 ÷ 700 (V/µs)

(1.4)

Trong đó:
S: tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp.
ΔU2 độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp.
Δt: Thời gian biến thiên của hiệu thế thứ cấp.
Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế cấp S càng lớn thì tia lửa điện xuất
hiện tại điện cực bugi càng mạnh nhờ đó d ịng khơng bị rị qua có muội than
trên cực bugi, năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm.
- 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 điểm chết trên. Góc
đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến cơng suất, tính kinh tế và độ ơ nhiễm của
khí thải động cơ. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:
Өopt = f(Pbđ, tbđ,p, twt, tmt, n, No…)
Trong đó:
Pbđ: Áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa.
tbđ: Nhiệt độ đốt.
P: Áp suất trên đường ống nạp.
twt : Nhiệt độ làm mát động cơ.
tmt : Nhiệt độ môi trường.
n: Số vòng quay động cơ.
No : Chỉ số octan của xăng.


5

1.2. Phân loại HTĐL điện tử
1.2.1. Theo nguyên lý tích lũy năng lượng
-Hệ thống đánh lửa kiểu điện cảm (HTĐL CI).
Trong hệ thống đánh lửa CI , năng lượng đánh lửa được tích lũy trong
từ trường cuộn dây của biến áp đánh lửa.Năng lượng đó được tính theo cơng
thức:
WL =

(1.5)

Trong đó:
WL- năng lượng tích lũy trong từ trường của cuộn dây (J).
L – Điện cảm của cuộn dây sơ cấp của biến áp đánh lửa (H).

I1 – Dòng điện sơ cấp của biến áp đánh lửa (A).
Hệ thống đánh lửa kiểu điện dung (HTĐL CDI).
Trong HTĐL CDI , năng lượng đánh lửa được tích lũy trong điện
trường của tụ điện đặc biệt (gọi là tụ tích điện) và được tính theo cơng thức:
Wc =

(1.6)

Trong đó : Wc – năng lượng tích lũy trong điện trường của tụ điện,J.
C1 - điện dung của tụ điện,F.
U1 – trị số điện áp nạp cho tụ điện trước thời điểm xuất hiện tia
Lửa điện,V.
1.2.2. Theo cảm biến sử dụng
- Cảm biến cảm ứng.
Cảm biến loại cảm ứng gồm có hai loại:
+ Loại nam châm đứng yên
+ Loại nam châm quay


6

Hình 1.1. Cảm biến đánh lửa kiểu cảm ứng
- Cảm biến quang

Hình 1.2 Cảm biến đánh lửa quang
- Cảm biến đánh lửa kiểu Hall.

Hình 1.3. Cảm biến đánh lửa kiểu Hall

7

1.2.3. Phân loại theo biến áp đánh lửa
- HTĐL điện tử dùng một biến áp đánh lửa cho tất cả các bugi.

Hình 1.4. HTĐL dùng một biến áp cho tất cả các bugi
- HTĐL điện tử trực tiếp sử dung một bôbin cung cấp cho 2 bugi hoặc
cung cấp cho một bugi.

Hình 1.5. HTĐL điện tử dùng 1 bobin cung cấp cho 2 bugi hoặc 1 bugi
1.2.4. Phân loại theo phương pháp điều khiển
- kiểu bán dẫn có ESA (Đánh lửa Sớm bằng điện tử)


8

Trong kiểu hệ thống đánh lửa này không sử dụng bộ đánh lửa sớm chân
không và li tâm. Thay vào đó, chức năng ESA của Bộ điều khiển điện tử
(ECU) sẽ điều khiển góc đánh lửa sớm.

Hình 1.6. kiểu bán dẫn có ESA
- Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS)

Hình 1.7. Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS)
- Thay vì sử dụng bộ chia điện, hệ thống này sử dụng bô bin đơn hoặc đôi
cung cấp điện cao áp trực tiếp cho bugi. Thời điểm đánh lửa được điều khiển


9

bởi ESA của ECU động cơ. Trong các động cơ gần đây, hệ thống đánh lửa
này chiếm ưu thế.
1.3. Đặc điểm các HTĐL điện tử
1.3.1. Hệ thống đánh lửa kiểu bán dẫn có ESA

Hình 1.8. Hệ thống đánh lửa kiểu bán dẫn có ESA
Trong kiểu hệ thống đánh lửa này không sử dụng bộ đánh lửa sớm chân
không và li tâm. Thay vào đó, chức năng ESA của Bộ điều khiển điện tử
(ECU) sẽ điều khiển góc đánh lửa sớm.
-ECU động cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, tính tốn thời điểm
đánh lửa tối ưu, và gửi tín hiệu đánh lửa tới IC đánh lửa. (ECU động cơ cũng
có

vai

trị

trong

việc

tác

dụng

điều

khiển

đánh

lửa

sớm).

- IC đánh lửa nhận tín hiệu đánh lửa và lập tức cho chạy dịng sơ cấp.
- Bơ bin, với dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột, sinh ra dòng cao áp.
- Bộ chia điện sẽ phân phối dòng cao áp từ cuộn thứ cấp đến các bugi.
- Bugi nhận dòng cao áp và đánh lửa để đốt cháy hỗn hợp hịa khí.
1.3.2. Hệ thống đánh lửa trực tiếp
- Đặc điểm
Trong hệ thống đánh lửa trực tiếp (ĐLTT), bộ chia điện khơng cịn
được sử dụng nữa. Thay vào đó, hệ thống ĐLTT cung cấp một bô bin cùng
với một IC đánh lửa độc lập cho mỗi xy-lanh. Vì hệ thống này không cần sử
dụng bộ chia điện hoặc dây cao áp nên nó có thể giảm tổn thất năng lượng
trong khu vực cao áp và tăng độ bền. Đồng thời nó cũng giảm đến mức tối


10

Hình1.9. Hệ thống đánh lửa trực tiếp
thiểu nhiễu điện từ, bởi vì khơng sử dụng tiếp điểm trong khu vực cao áp.
Chức năng điều khiển thời điểm đánh lửa được thực hiện thông qua việc sử
dụng ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử). ECU của động cơ nhận được các tín
hiệu từ các cảm biến khác nhau, tính tốn thời điểm đánh lửa, truyền tín hiệu
đánh lửa đến IC đánh lửa. Thời điểm đánh lửa được tính tốn liên tục theo
điều kiện của động cơ, dựa trên giá trị thời điểm đánh lửa tối ưu đã được lưu
giữ trong máy tính, dưới dạng một bản đồ ESA. So với điều khiển đánh lửa cơ
học của các hệ thống thông thường thì phương pháp điều khiển bằng ESA có
độ chính xác cao hơn và không cần phải đặt lại thời điểm đánh lửa. Kết quả là

hệ thống này giúp cải thiện tiết kiệm nhiên liệu và tăng công suất phát ra.
Sơ đồ HTĐL trực tiếp

Hình 1.10. Sơ đồ bố trí của HTĐL trực tiếp


11

Cấu tạo HTĐL trực tiếp gồm có các bộ phận sau:
*Cụm tích lũy năng lượng:
Bơ bin kết hợp với IC đánh lửa.
*Cụm điều khiển đánh lửa:
- Cảm biến vị trí trục khuỷu (NE)
- Cảm biến vị trí của trục cam (G)
- Cảm biến kích nổ (KNK): Phát hiện tiếng gõ của động cơ
- Cảm biến vị trí bướm ga (VTA)
- Cảm biến lưu lượng khí nạp (VG/PIM)
- Cảm biến nhiệt độ nước (THW).
- ECU động cơ.
* Bộ phận đánh lửa
Bugi
Hoạt động
- ECU động cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau và xác định thời điểm
đánh lửa tối ưu. (ECU động cơ cũng tác động đến việc điều khiển đánh lửa
sớm.
- ECU động cơ gửi tín hiệu IGT đến bơ bin có IC đánh lửa. Tín hiệu IGT
được gửi đến IC đánh lửa.theo thứ tự đánh lửa (1-3-4-2).
- Cuộn đánh lửa với dòng sơ cấp dược ngắt đột ngột, sẽ sinh ra dịng cao áp.
- Tín hiệu IGF được gửi đến ECU động cơ khi dòng sơ cấp vượt quá một trị
số đã định.

- Sòng cao áp phát ra từ cuộn thứ cấp sẽ được dẫn đến bugi và gây đánh lửa.


12

CHƯƠNG 2. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ
THỐNG ĐÁNH LỬA TRỰC TIẾP SỬ DỤNG CẢM BIẾN G
VÀ NE KIỂU CẢM ỨNG
2.1. Sơ đồ HTĐL điện tử

Hình 2.1. Sơ đồ bố trí của HTĐL
Cấu tạo HTĐL trực tiếp gồm có các bộ phận sau:
*Cụm tích lũy năng lượng:
Bơ bin kết hợp với IC đánh lửa.
*Cụm điều khiển đánh lửa:
- Cảm biến vị trí trục khuỷu (NE)
- Cảm biến vị trí của trục cam (G)
- Cảm biến kích nổ (KNK): Phát hiện tiếng gõ của động cơ
- Cảm biến vị trí bướm ga (VTA)
- Cảm biến lưu lượng khí nạp (VG/PIM)
- Cảm biến nhiệt độ nước (THW).


13

- ECU động cơ.
* Bộ phận đánh lửa
Bugi
2.2. Nguyên lý hoạt động của HTĐL điện tử

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của HTĐL trực tiếp.
Quá trình đánh lửa được chia làm 3 giai đoạn:
-

Giai đoạn tăng dòng sơ cấp I1

ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến, sử lý các tín hiệu này và truyền tín
hiệu điều khiển ( IGT ) đến IC đánh lửa điều khiển đóng ngắt dịng sơ cấp.
Khi tín hiệu IGT chuyển từ ngắt sang dẫn, IC đánh lửa bắt đầu cho dòng điện
vào cuộn sơ cấp.Do cuộn dây sơ cấp của biến áp đánh lửa có điện cảm L 1 rất
lớn cho nên cường độ dòng I 1 tăng đến trị số xác lập không tức thời mà phải
sau một khoảng thời gian nhất định do có sức điện động tự cảm của cuộn
dây.Trong q trình tăng trưởng của dịng I 1 Tín hiệu khẳng định (IGF) được
phát ra khi dòng sơ cấp đạt đến một trị số đã được ấn định IF1. Khi dòng sơ
cấp vượt quá trị số qui định IF2 thì hệ thống sẽ xác định rằng lượng dịng cần
thiết đã chạy qua và cho phát tín hiệu IGF để trở về điện thế ban đầu. (Dạng


14

sóng của tín hiệu IGF thay đổi theo từng kiểu động cơ). Nếu ECU khơng nhận
được tín hiệu IGF, nó sẽ quyết định rằng đã có sai sót trong hệ thống đánh
lửa. Để ngăn ngừa sự quá nhiệt, ECU sẽ cho ngừng phun nhiên liệu và lưu giữ
sự sai sót này trong chức năng chẩn đoán. Tuy nhiên, ECU động cơ khơng thể
phát hiện các sai sót trong mạch thứ cấp vì nó chỉ kiểm sốt mạch sơ cấp để
nhận tín hiệu IGF.
- Giai đoạn ngắt dịng mạch sơ cấp
Khi tín hiệu ( IGT ) chuyển từ dẫn sang ngắt, IC đánh lửa ngắt dòng sơ
cấp.dòng điện trong mạch sơ cấp I1 giảm nhanh về khơng. Từ thơng móc vịng
qua cuộn dây thứ cấp của biến áp đánh lửa biến thiên rất nhanh sẽ làm xuất

hiện trong cuộn dây thứ cấp của biến áp đánh lửa một suất điện động cảm ứng
E2 có trị số rất lớn ( tới hàng chục KV ). Trị số suất điện động cảm ứng E 2 phụ
thuộc vào tốc độ biến thiên của dòng I1.
- Giai đoạn xuất hiện dòng I2
Khi suất điện động E2 đạt đến giá trị của Uđl sẽ sảy ra hiện tượng phóng
điện qua khe hở của bugi đốt cháy hỗn hợp công tác trong xi lanh của động cơ
ô tơ.
Do bơ bin có thể nối trực tiếp đến bugi của từng xi lanh thông qua việc
sử dụng bô bin kết hợp với IC đánh lửa. Khoảng cách dẫn điện cao áp được
rút ngắn nhờ nối trực tiếp bô bin với bugi, làm giảm tổn thất điện áp và nhiễu
điện từ.Ngồi ra góc đánh lửa sớm liên tục được điều chinh thích hợp với sự
thay đổi trong q trình hoạt động của động cơ (nhờ các cảm biến báo về
ECU ). Nhờ thế độ tin cậy của hệ thống đánh lửa được nâng cao.
2.3. Các thành phần của HTĐL điện tử
2.3.1. Biến áp đánh lửa
Biến áp đánh lửa tạo ra điện áp cao đủ để phóng tia hồ quang giữa hai điện
cực của bugi. Các cuộn sơ cấp và thứ cấp được quấn quanh lõi sắt. Số vòng
của cuộn thứ cấp lớn hơn cuộn sơ cấp khoảng 100 lần. Một đầu của cuộn sơ
cấp được nối với IC đánh lửa, còn một đầu của cuộn thứ cấp được nối với


15

bugi. Các đầu còn lại của các cuộn được nối với ắc quy.
Hoạt động của biến áp đánh lửa
- Dòng điện trong cuộn sơ cấp
Khi động cơ chạy, dòng điện từ ắc quy chạy qua IC đánh lửa, vào cuộn sơ
cấp, phù hợp với tín hiệu thời điểm đánh lửa (IGT) do ECU động cơ phát ra.
Kết quả là các đường sức từ trường được tạo ra chung quanh cuộn dây có lõi
ở trung tâm.

Hình 2.3. Hoạt động của bơbin
- Ngắt dòng điện vào cuộn sơ cấp
Khi động cơ tiếp tục chạy, IC đánh lửa nhanh chóng ngắt dịng điện vào cuộn
sơ cấp, phù hợp với tín hiệu IGT do ECU động cơ phát ra. Kết quả là từ thông
của cuộn sơ cấp giảm đột ngột. Vì vậy, tạo ra một sức điện động theo chiều
chống lại sự giảm từ thơng hiện có, thơng qua tự cảm của cuộn sơ cấp và cảm
ứng tương hỗ của cuộn thứ cấp. Hiệu ứng tự cảm tạo ra một thế điện động
khoảng 500 V trong cuộn sơ cấp, và hiệu ứng cảm ứng tương hỗ kèm theo của
cuộn thứ cấp tạo ra một sức điện động khoảng 30 kV. Sức điện động này làm
cho bugi phát ra tia lửa. Dòng sơ cấp càng lớn và sự ngắt dịng sơ cấp càng
nhanh thì điện thế thứ cấp càng lớn.
2.3.2. IC đánh lửa
IC đánh lửa thực hiện một cách chính xác sự ngắt dịng sơ cấp đi vào
bơ bin theo tín hiệu đánh lửa (IGT) do ECU động cơ phát ra. Khi tín hiệu IGT


16

chuyển từ ngắt sang dẫn, IC đánh lửa bắt đầu cho dịng điện vào cuộn sơ cấp.
Sau đó, IC đánh lửa truyền một tín hiệu khẳng định (IGF) cho ECU phù hợp
với cường độ của dịng sơ cấp. Tín hiệu khẳng định (IGF) được phát ra khi
dòng sơ cấp đạt đến một trị số đã được ấn định IF1. Khi dịng sơ cấp vượt q
trị số qui định IF2 thì hệ thống sẽ xác định rằng lượng dòng cần thiết đã chạy
qua và cho phát tín hiệu IGF để trở về điện thế ban đầu. (Dạng sóng của tín
hiệu IGF thay đổi theo từng kiểu động cơ). Nếu ECU không nhận được tín
hiệu IGF, nó sẽ quyết định rằng đã có sai sót trong hệ thống đánh lửa. Để
ngăn ngừa sự quá nhiệt, ECU sẽ cho ngừng phun nhiên liệu và lưu giữ sự sai
sót này trong chức năng chẩn đốn. Tuy nhiên, ECU động cơ khơng thể phát
hiện các sai sót trong mạch thứ cấp vì nó chỉ kiểm sốt mạch sơ cấp để nhận

tín hiệu IGF.
Trong một số kiểu động cơ, tín hiệu IGF được xác định thơng qua điện thế sơ
cấp.

Hình 2.4. Hoạt động của IC đánh lửa
– Điều khiển dịng khơng đổi
Khi dịng sơ cấp đạt đến một trị số đã định, IC đánh lửa sẽ khống chế cường
độ cực đại bằng cách điều chỉnh dòng.
- điều kiển đóng góc tiếp điểm
Để điều chỉnh quãng thời gian (góc đóng) tồn tại của dịng sơ cấp; thời gian
này cần phải giảm xuống khi tốc độ của động cơ tăng lên (trong một số kiểu


17

Hình 2.5. Các điều khiển của IC đánh lửa
- điều kiển đóng góc tiếp điểm
động cơ gần đây, chức năng kiểm sốt này được thực hiện thơng qua tín hiệu
IGT). Khi tín hiệu IGT chuyển từ dẫn sang ngắt, IC đánh lửa sẽ ngắt dòng sơ
cấp. Vào thời điểm dòng sơ cấp bị ngắt, điện thế hàng trăm vôn được tạo ra
trong cuôn sơ cấp và hàng chục ngàn vôn được tạo ra trong cuộn thứ cấp, làm
cho bugi phóng tia lửa.
2.3.3. Bugi
Điện thế cao trong cuộn thứ cấp làm phát sinh ra tia lửa giữa điện cực
trung tâm và điện cực nối mát của bugi để đốt cháy hỗn hợp hịa khí đã được
nén trong xi lanh.
+ Hoạt động của bugi
Sự nổ của hỗn hợp hịa khí do tia lửa từ bugi được gọi chung là sự bốc cháy.
Tuy nhiên, sự bốc cháy không phải xảy ra tức khắc, mà diễn ra như sau: Tia
lửa xuyên qua hỗn hợp hịa khí từ điện cực trung tâm đến điện cực nối mát.

Kết quả là phần hỗn hợp hịa khí dọc theo tia lửa bị kích hoạt, phản ứng hố
học (ơxy hố) xảy ra, và sản sinh ra nhiệt để hình thành “nhân ngọn
lửa”.Nhân ngọn lửa này lại kích hoạt hỗn hợp hịa khí bao quanh, và phần hỗn
hợp này lại kích hoạt chung quanh nó. Cứ như thế nhiệt của nhân ngọn lửa


18

được mở rộng ra trong một quá trình lan truyền ngọn lửa để đốt cháy hỗn hợp
hịa khí.

Hình 2.6. Bugi
Nếu nhiệt độ của các điện cực quá thấp hoặc khe hở giữa các điện cực
quá nhỏ, các điện cực sẽ hấp thụ nhiệt toả ra từ tia lửa. Kết quả là nhân ngọn
lửa bị tắt và động cơ không nổ. Hiện tượng này được gọi là sự dập tắt điện
cực. Nếu hiệu ứng dập tắt điện cực này lớn thì nhân ngọn lửa sẽ bị tắt.

Hình 2.7. Hoạt động của bug
+ Đặc tính đánh lửa
- Hình dáng điện cực và đặc tính phóng điện


19

Các điện cực trịn khó phóng điện, trong khi đó các điện cực vng hoặc nhọn
lại dễ phóng điện. Qua quá trình sử dụng lâu dài, các điện cực bị làm trịn dần
và trở nên khó đánh lửa. Vì vậy, cần phải thay thế bugi. Các bugi có điện cực
mảnh và nhọn thì phóng điện dễ hơn. Tuy nhiên, những điện cực như thế sẽ
chóng mịn và tuổi thọ của bugi sẽ ngắn hơn. Vì thế, một số bugi có các điện
cực được hàn đắp platin hoặc iridium để chống mịn. Chúng được gọi là các

bugi có cực platin hoặc iridium.
Khoảng thời gian thay thế bugi: Kiểu bugi thông thường: sau 10.000 đến
60.000 km Kiểu có điện cực platin hoặc iridium: sau 100.000 đến 240.000 km
Khoảng thời gian thay bugi có thể thay đổi tuỳ theo kiểu xe, đặc tính động cơ,
và nước sử dụng.
– Khe hở điện cực và điện áp u cầu
Khi bugi bị ăn mịn thì khe hở giữa các điện cực tăng lên, và động cơ
có thể bỏ máy. Khi khe hở giữa cực trung tâm và cực nối mát tăng lên, sự
phóng tia lửa giữa các điện cực trở nên khó khăn. Do đó, cần có một điện áp
lớn hơn để phóng tia lửa. Vì vậy cần phải định kỳ điều chỉnh khe hở điện cực
hoặc thay thế.

Hình 2.8. Đặc tính đánh lửa
Nếu có thể cung cấp đủ điện áp cần thiết cho dù khe hở điện cực tăng lên thì
bugisẽ tạo ra tia lửa mạnh, mồi lửa tốt hơn. Vì thế, trên thị trường có những
bugi có khe hở rộng đến 1,1 mm. Các bugi có điện cực platin hoặc iridium
khơng cần điều chỉnh khe hở vì chúng khơng bị mịn (chỉ cần thay thế)


20

- Nhiệt độ tự làm sạch
Khi bugi đạt đến một nhiệt độ nhất định, nó đốt cháy hết các muội than đọng
trên khu vực đánh lửa, giữ cho khu vực này luôn sạch. Nhiệt độ này được gọi
là nhiệt độ tự làm sạch.

Hình 2.9. Nhiệt độ tự làm sạch và tự bèn lửa
- Nhiệt độ tự bén lửa
Nếu bản thân bugi trở thành nguồn nhiệt và đốt cháy hỗn hợp hịa khí mà
khơng cần đánh lửa, thì hiện tượng này được gọi là “nhiệt độ tự bén lửa”.

Hiện tượng tự bén lửa xảy ra khi nhiệt độ của điện cực vượt q 950 0 C. Nếu
nó xuất hiện, cơng suất của động cơ sẽ giảm sút vì thời điểm đánh lửa khơng
đúng, và các điện cực hoặc píttơng có thể bị chảy từng phần.

2.3.4. ECU
Hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình, bao gồm các cảm biến kiểm
sốt liên tục tình trạng hoạt động của động cơ. Một bộ ECU tiếp nhận tín hiệu
từ cảm biến, xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành.
2.3.4.1. Cấu tạo bộ điều khiển điện tử
a) Bộ nhớ: Bộ nhớ trong ECU chia làm 4 loại:
- ROM (Read Only Memory): Dùng trữ thông tin thường trực. Bộ nhớ này chỉ
đọc thơng tin từ đó ra chứ khơng thể ghi vào được. Thơng tin của nó đã được
cài đặt sẵn, ROM cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý.
- RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, dùng để lưu
trữ thông tin mới được ghi trong bộ nhớ và xác định bởi vi xử lý. RAM có thể
đọc và ghi các số liệu theo địa chỉ bất kỳ. RAM có hai loại:


21

Hình 2.10. Sơ đồ tín hiệu ECU
Loại RAM xóa được: Bộ nhớ sẽ mất khi mất dòng điện cung cấp.
Loại RAM khơng xóa được: Vẫn giữ duy trì bộ nhớ cho dù khi tháo nguồn
cung cấp. RAM lưu trữ những thông tin về hoạt động của các cảm biến dùng
cho hệ thống tự chuẩn đoán.
- PROM (Programmable Read Only Memory): Cấu trúc cơ bản giống như
ROM nhưng cho phép lập trình (nạp dữ liệu) ở nơi sử dụng chứ khơng phải
nơi sản xuất như ROM. PROM cho phép sữa đổi chương trình điều khiển theo
những địi hỏi khác nhau.
- KAM (Keep Alive Memory): KAM dùng để lưu trữ những thông tin mới

(những thông tin tạm thời) cung cấp đến bộ vi xử lý. KAM vẫn duy trì bộ nhớ
cho dù động cơ ngưng hoạt động hoặc tắt công tắc máy. Tuy nhiên, nếu tháo
nguồn cung cấp từ acquy đến máy tính thì bộ nhớ KAM sẽ bị mất.
b) Bộ vi xử lý (Microprocessor)
Bộ vi xử lý có chức năng tính tốn và ra quyết định. Nó là “bộ não” của ECU.


22

Hình 2.11: Sơ đồ khối các hệ thống trong ECU với bộ vi xử lý
c) Đường truyền – BUS: Dùng để chuyển các lệnh và số liệu trong ECU.
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 tốt hơn. Tuy nhiên, máy tính 8 bit làm việc tốt
hơn với các phép đại số, và chính xác hơn 16 lần so với loại 4 bit. Vì vậy,
hiện nay để điều khiển các hệ thống khác nhau trên ôtô với tốc độ thực hiện
nhanh và chính xác cao, người ta sử dụng máy tính 8 bit, 16 bit hoặc 32 bit.
2.3.4.2. Cấu trúc bộ điều khiển điện tử
Cấu trúc của ECU được trình bày trên hình 2.12

Hình 2.12: Sơ đồ khối cấu trúc của ECU
Bộ phận chủ yếu của nó là bộ vi xử lý (Microprocessor) hay còn gọi là
CPU(Control Processing Unit), CPU lựa chọn các lệnh và xử lý số liệu từ bộ


23

nhớ ROM và RAM, chứa các chương trình và dữ liệu đã xử lý đến các cơ cấu
.Sơ đồ cấu trúc của CPU trên hình 2.12. Nó bao gồm cơ cấu đại số logic để
tính tốn dữ liệu, các bộ ghi nhận lưu trữ tạm thời dữ liệu và bộ điều khiển

các chức năng khác nhau. Ở các CPU thế hệ mới, người ta thường chế tạo
CPU, ROM, RAM trong một IC, gọi là bộ vi điều khiển (Microcontroller).
Bộ điều khiển ECU hoạt động trên cơ sở tín hiệu số nhị phân với điện áp cao
biểu hiện cho số 1, điện áp thấp biểu hiện cho số 0.

Hình 2.13: Cấu trúc của CPU
Mỗi một số hạng 0 hoặc 1 gọi là bit. Mỗi dãy 8 bit sẽ tương đương 1
byte hoặc 1 từ (Word). Byte này được dùng để biểu hiện cho một lệnh hoặc 1
mẫu thơng tin.

Hình 2.14: Chuỗi tín hiệu nhị phân
2.3.4.3. Mạch giao tiếp vào/ra (I/O)
a) Bộ chuyển đổi A/D


24

Dùng để chuyển các tín hiệu tương tự từ đầu vào, với sự thay đổi điện áp trên
các cảm biến nhiệt độ, cảm biến bướm ga, …thành các tín hiệu số để bộ vi xử
lý hiểu được.

Hình 2.15: Mạch điện của bộ chuyển đổi A/D
b) Bộ đếm (Couter)
Dùng để đếm xung, ví dụ như từ cảm biến vị trí piston rồi gửi lượng đếm về
bộ vi xử lý.

Hình 2.16: Mạch điện của bộ đếm
c) Bộ nhớ trung gian
Chuyển tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu sóng vng dạng số, nó khơng giữ
lượng đếm như trong bộ đếm. Bộ phận chính là một transistor sẽ đóng mở

theo cực tính của tín hiệu xoay chiều.

Hình 2.17:Mạch điện của bộ nhớ trung gian
d) Bộ khuếch đại (Amplifier)
Một số cảm biến có tín hiệu rất nhỏ nên trong ECU có thêm bộ khuếch đại tín
hiệu.


25

Hình 2.18. Mạch điện của bộ khuếch đại
e) Bộ ổn áp (Voltage regulator)
Trong ECU thường có hai bộ ổn áp 5V và 12V.

Hình 2.19: Mạch điện bộ ổn áp
f) Mạch giao tiếp ngõ ra
Tín hiệu điều khiển từ bộ vi xử lý sẽ đưa đến các transistor công suất điều
khiển relay, solenoid, motor,…Các transistor này có thể được bố trí bên trong
hoặc bên ngồi ECU.

Hình 2.20. Mạch điện giao tiếp ngõ ra