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 cao thế (12000…24000V) để tạo ra tia lửa phục vụ việc đánh lửa cho động cơ.

Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

Tất cả cuộn dây và lõi thép được bao ngoài 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.

2.3. Mạch đánh lửa (IC đánh lửa)

IC đánh lửa là mạch điện tử được tích hợp từ các linh kiện điện tử như

transistor ,diot, tụ điện, điện trở… để điều khiển đóng ngắt dòng sơ cấp (và tạo ra

tín hiệu phản hồi IGF về cho ECU động cơ.

Đối với các động cơ được trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp dùng chi tiết với

bobine đánh lửa nên kết cấu rất đơn giản gọn nhẹ. Điển hình trong trường hợp này

là IC đánh lửa của động cơ 1TR-FE (lắp trên xe Toyota Innova) có 4 chân giao tiếp

đó là các chân: +B, GND, IGT, IGF. Trong đó chân +B nối với accu, chân GND nối

mass, chân IGT và IGF nối với ECU động cơ.



Hình 2.6- Cấu tạo của IC đánh lửa.

1- bộ tạo tín hiệu phản hồi IGF; 2- bộ kiểm soát góc ngậm điện; T- là transistor

công suất; R- là điện trở trong IC; B- là chân nối tới một đầu của cuộn sơ cấp của

bobin; E- là chân nối mass; IGT- chân tín hiệu đánh lửa; IGF- chân tín hiệu phản

hồi.

Ngoài ra, trên một số loại động cơ, IC đánh lửa cón có chức năng hạn chế dòng

điện. Khi dòng điện sơ cấp vượt quá giá trị cho phép, IC đánh lửa sẽ hạn chế dòng

điện, tránh trường hợp làm cho biến áp đánh lửa quá nóng.



-38-



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

2.4. Hệ thống điều khiển ECU

2.4.1. Vai trò của ECU điều khiển

Thật sự, có thể nghĩ rằng ECU (hay còn gọi là hộp đen) chính là “bộ não” điều

khiển chi phối tất cả mọi hoạt động của động cơ thông qua việc tiếp nhận dữ liệu

các cảm biến trên động cơ hoặc ô tô, sau đó được truyền về ECU xử lý tín hiệu và

đưa ra “mệnh lệnh” buộc các cơ cấu chấp hành phải thực hiện như việc điều khiển

nhiên liệu, góc đánh lửa, góc phối cam, ga tự động, lực phanh ở mỗi bánh...

Mặc khác, cơ cấu chấp hành phải luôn bảo đảm thừa lệnh ECU và đáp ứng các

tín hiệu phản hồi từ các cảm biến nhằm đem lại sự chính xác và thích ứng cần thiết.

Bên cạnh đó, nhằm giảm tối đa chất độc hại trong khí thải và cải thiện lượng tiêu

hao nhiên liệu, đảm bảo công suất tối ưu ở các chế độ hoạt động của động cơ. Hơn

hết, ECU can thiệp và xử lý nhanh những tính huống mất kiểm soát của người khi

gặp tình huống nguy hiểm và điều đặc biệt giúp việc chuẩn đoán “bệnh” của động

cơ một cách nhanh chóng.

Tóm lại, ECU ngày nay trên những mẫu ô tô hiện đại có thể hiểu đó là bộ tổ hợp

vi mạch và bộ phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, trữ thông tin, tính toán, gửi đi

các tín hiệu thích hợp và quyết định chức năng làm việc của xe sao cho hiệu quả

nhất trong các tình huống khác nhau.

Vai trò của ECU đối với hệ thống đánh lửa thì nhờ vào cảm biến tốc độ động cơ

và vị trí piston – công dụng của cảm biến này sẽ giúp ECU xác định thời điểm đánh

lửa và thời điểm phun xăng tối ưu nhằm cải thiện hiệu suất và khả năng tiêu thụ

nhiên liệu. Ngoài ra với những cảm biến khác như vị trí bướm ga xác định lưu

lượng không khí nạp, gửi đến ECU tính toán lượng nhiên liệu phun thích hợp với

từng chế độ tải, song song đó với các dữ liệu về tốc độ động cơ, tải, nhiệt độ… nhờ

các cảm biến mã hoá tín hiệu đưa vào ECU xử lý và tính toán để đưa ra góc đánh

lửa sớm tối ưu theo từng chế độ hoạt động của động cơ. Với những ưu điểm nổi

bật, ngày nay hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện



-39-



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

tử kết hợp với phun xăng đã thay thế hoàn toàn hệ thống đánh lửa bán dẫn thông

thường.

2.2.2. Cấu tạo của ECU



Hình 2.5. Hệ thống điều khiển ECU

ECU cấu thành từ 3 bộ phận chính: bộ nhớ trong ECU, bộ vi xử lý (bộ não của

ECU) và đường truyền – BUS.

a Bộ nhớ trong ECU: bao gồm 4 thành viên đãm nhiệm chức năng riêng biệt:



RAM, ROM, PROM, KAM

– ROM (Read Only Memory): Dùng trữ thông tin thường trực. Bộ nhớ này chỉ

đọc thông tin đã được lập trình sẵn, chứ không thể ghi vào được. Do đó, ROM

chính là nơi 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.

– 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 không phải nơi sản



-40-



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

xuất như ROM. PROM cho phép sữa đổi chương trình điều khiển theo những đòi

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)

MICROPROCESSOR



ROM



PROM

RAM



Từ việc tiếp nhận thông tin tín hiệu ở các cảm biến trên động cơ thông qua các

bộ nhớ trong ECU, tín hiệu lập tức gửi đến Bộ vi xử lý, lúc này nó có chức năng

tính toán và đưa ra mệnh lệnh cho bộ phận chấp hành thích hợp. Có thể nói, đây là

bộ phận quan trọng nhất của ECU.

c. Đường truyền – BUS: Dùng để chuyển các lệnh và số liệu trong ECU.

Có thể hiểu nôm na rằng để thông tin có thể truyền từ bộ vi xử lý gửi đến các cơ cấu

chấp hành nhanh nhất có thể, đường truyền đóng một vai trò không nhỏ. Trước đây,

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.



-41-



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

2.5. Các cảm biến

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 ECU biết

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 sáu được báo về ECU

còn vị trí các xylanh còn lại sẽ được tính toán. Công dụng của cảm biến này là để

ECU xác định thời điểm đánh lửa và thời điểm phun xăng.

- Cảm biến tốc độ động cơ (Engine speed; Crankshaft Angle Sensor hay còn gọi là

tín hiệu NE), để báo tốc độ động cơ để tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tối ưu và

lượng nhiên liệu sẽ phun cho từng xylanh. Cảm biến này cũng được dùng vào mục

đích điều khiển tốc độ cầm chừng hoặc cắt nhiên liệu ở chế độ cầm chừng cưỡng

bức.

- Cảm biến vị trí xylanh và cảm biến tốc độ động cơ có nhiều dạng khác nhau như:

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 xác định vị trí của piston

(G)



Cuộn dây tín hiệu NE



ECU



Hình 2.9- Sơ đồ mạch điện cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston



-42-



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa



1200

Tín hiệu NE



Tín hiệu G

3600



Hình 2.10- Tín hiệu Ne và tín hiệu G

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 theo nhiệt

độ) tới cảm biến rồi trở về ECU về mass. Như vậy nhiệt điện trở và điện trở chuẩn

trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp. Điện áp điểm giữa cầu được 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 xung vuông và

được giải mã bằng bộ vi xử lý để thông báo cho ECU biết động cơ đang lạnh. Khi

động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm, báo cho

ECU biết là động cơ đang nóng.



Hình 2.11 - Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát



-43-



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

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 như

cảm biến nhiệt độ nước làm mát, nó gồm một điện trở được gắn trong bộ đo gió

hoặc trên đường ống nạp. Có đặc tính tương tự như cảm biến nhiệt độ nước.



Hình 2.12 - Mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp

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 không khí nạp.

Tín hiệu của khối lượng hoặc thể tích của không khí nạp được dùng để tính 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 quang học

Karman.

- Hiện nay hầu hết các xe sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp khí kiểu dây nóng vì

nó đo chinh xác hơn, trọng lượng nhẹ hơn và độ bền cao hơn.



Hình 2.13- Cảm biến lưu lượng khí nạp



-44-



Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa

- Cấu tạo: Cảm biến lưu lượng khí nạp gọn và nhẹ như được thể hiện trong hình

minh họa ở bên dưới là loại cắm phích được đặt vào đường không khí, và làm 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 phát hiện. Bằng cách trực

tiếp đo khối lượng không khí nạp, độ chính xác phát hiện được tăng lên và hầu như

không có sức cản của không khí nạp. Ngoài ra, vì không có các cơ cấu đặc biệt,

dụng cụ này có độ bền tuyệt hảo.



Hình 2.14 - 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 với khối

không khí nạp. Bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho

nhiệt độ của dây sấy không đổi, dòng điện đó sẽ tỷ lệ thuận với khối không khí nạp.

Sau đó có thể đo khối lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó.

Trong trường hợp của cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy, dòng điện này được

biến đổi thành một điện áp, sau đó được truyền đến ECU động cơ từ cực VG.

- 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).

- 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 bộ khuyếch đại

xử lý phát hiện chênh lệch này và làm tăng điện áp đặt vào mạch này (làm tăng

dòng điện chạy qua dây sấy (Rh)).



-45-