Khái quát về đánh lửa sớm điện tử (ESA)
Để có thể phát huy tối đa công suất của động cơ, hỗn hợp không khí-nhiên liệu
phải được đốt cháy sao cho áp suất cháy tối đa xảy ra, đó là khoảng 10 độ sau
điểm chết trên (TDC).
1. Đánh lửa sớm điện tử là gì?
Tuy nhiên thời gian từ khi đốt cháy hỗn hợp không khí-nhiên liệu đến khi đạt được
áp suất cháy tối đa thay đổi theo tốc độ động cơ và áp suất đường ống nạp. Việc
đốt cháy phải xảy ra sớm hơn khi tốc độ động cơ cao và muộn hơn khi tốc độ động
cơ thấp. Trong hệ thống đánh lửa thường, thời điểm đánh lửa được điều chỉnh sớm
hay muộn đi bằng bộ đánh lửa sớm ly tâm trong bộ chia điện.
Hơn nữa, việc đánh lửa phải được diễn ra sớm hơn khi áp suất đường ống nạp
thấp. Trong hệ thống đánh lửa thường, điều này được thực hiện bằng bộ đánh lửa
sớm chân không trong bộ chia điện.
Tuy nhiên, thời điểm đánh lửa sớm tối ưu cũng bị ảnh hưởng bởi một số các yếu tố
khác bên cạnh tốc độ và độ chân không như: hình dạng của buồng cháy, nhiệt độ
bên trong của buồng cháy,… Vì lý do này, bộ đánh lửa sớm chân không và ly tâm
không thể tạo ra thời điểm đánh lửa lý tưởng cho động cơ.
Hệ thống đánh lửa sớm điện tử (Electronic Spark Advance-ESA) giúp động cơ gần
đạt được đặc tính thời điểm đánh lửa lý tưởng.
So với các hệ thống đánh lửa trước đó, hệ thống đánh lửa với cơ cấu đánh lửa sớm
bằng điện tử có những ưu điểm sau:
- Góc đánh lửa sớm được điều chỉnh tối ưu cho từng chế độ hoạt động của động
cơ.
- Góc ngậm điện luôn luôn được điều chỉnh theo tốc độ động cơ và hiệu điện thế
accu, đảm bảo hiệu điện thế thứ cấp có giá trị cao ở mọi thời điểm.
- Động cơ khởi động dễ dàng, cầm chừng êm dịu, tiết kiệm nhiên liệu và giảm độc
hại khí thải.
- Công suất và đặc tính động học của động cơ được cải thiện rõ rệt.
- Có khả năng điều khiển chống kích nổ cho động cơ.
- Ít bị hư hỏng, có tuổi thọ cao và không cần bảo dưỡng.
Với những ưu điểm nổi bật như vậy, ngày nay hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều
khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử kết hợp với hệ thống phun xăng đã thay thế
hoàn toàn hệ thống đánh lửa bán dẫn thông thường, giải quyết các yêu cầu ngày
càng cao về độ độc hại của khí thải.
Hình 1 : So sánh đặc tuyến điều chỉnh góc đánh lửa sớm điện tử và cơ khí
Hình 2 : Sơ đồ ESA với cơ cấu đánh lửa sớm bằng điện tử
Hệ thống ESA là một hệ thống dùng ECU động cơ để xác định thời điểm đánh lửa
dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau. Số tín hiệu vào càng nhiều thì
việc xác định góc đánh lửa sớm tối ưu càng chính xác. Sơ đồ hệ thống đánh lửa
với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử có thể chia thành 3 thành
phần: tín hiệu vào (input signals), ECU và tín hiệu điều khiển igniter (output
signals).
Ngoài ra còn có thể 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 các cảm biến ECU động cơ tính toán
thời điểm đánh lửa tối ưu được lưu trong bộ nhớ để phù hợp với từng chế độ hoạt
động của động cơ, sau đó gửi tín hiệu đánh lửa thích hợp đến IC đánh lửa.
Trong các tín hiệu ngõ vào, tín hiệu tốc độ động cơ, vị trí piston (cốt máy) và tín
hiệu tải là các tín hiệu quan trọng nhất. Để xác định tốc độ động cơ, người ta có
thể đặt cảm biến trên một vành răng ở đầu cốt máy, bánh đà, đầu cốt cam hoặc
delco. Để xác định tải của động cơ, ECU dựa vào tín hiệu áp suất trên đường ống
nạp hoặc tín hiệu lượng khí nạp. Do sự thay đồi về áp suất trên đường ống nạp khi
thay đổi tải, tín hiệu điện áp gởi về ECU sẽ thay đổi và ECU nhận tín hiệu này để
xử lí và quy ra mức tải tương ứng để xác định góc đánh lửa sớm.
Trong các hệ thống đánh lửa trước đây, việc hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm được
thực hiện bằng phương pháp cơ khí với cơ cấu 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 đánh lửa lý tưởng được xác định bằng thực nghiệm rất phức tạp và phụ thuộc
vào nhiều thông số. Đồ thị hình 1 mô tả sự sai lệch giữa 2 kiểu điều khiển góc
đánh lửa sớm bằng điện tử và 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 lí tưởng. Kết hợp hai đặc tính đánh lửa sớm theo tốc độ và theo tải có
bản đồ góc đánh lửa sớm lý tưởng, hình 3, với khoảng 1000 đến 4000 điểm đánh
lửa sớm được chọn lựa đưa vào bộ nhớ.
Hình 3 : Bản đồ góc đánh lửa sớm lý tưởng
2. Mô tả hoạt động của hệ thống ESA
ECU động cơ xác định thời điểm đánh lửa dựa vào tín hiệu góc quay trục khuỷu
(G), tín hiệu tốc độ động cơ (NE) và các tín hiệu từ các cảm biến khác.
Khi đã xác định được thời điểm đánh lửa, ECU động cơ gửi tín hiệu IGT đến IC
đánh lửa.
Trong khi tín hiệu IGT được chuyển đến để bật IC đánh lửa, dòng điện sơ cấp
chạy vào cuộn dây đánh lửa này. Trong khi tín hiệu IGT tắt đi, dòng điện sơ cấp
và từ thông giảm đột ngột. Trên cuộn thứ cấp của bô bin sẽ sinh ra một hiệu điện
thế vào khoảng từ 15KV à 40KV. Đồng thời, tín hiệu IGF được gửi đến ECU
động cơ.
Hình 4 : Sơ đồ mạch điện mô tả hoạt động của ESA
