Hệ thống ESA (Đánh lửa sớm điện tử) 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.

ECU động cơ tính toán thời điểm đánh lửa từ thời điểm đánh lửa tối ưu được lưu trong bộ nhớ để phù hợp với tình trạng của động cơ, và sau đó chuyển các tín hiệu đánh lửa đến IC đánh lửa.

Thời điểm đánh lửa tối ưu cơ bản được xác định bằng tốc độ của động cơ và lượng không khí nạp (áp suất đường ống nạp).

Cấu Tạo

Hệ thống ESA gồm có các cảm biến khác nhau, ECU động cơ, các IC đánh lửa, cuộn dây đánh lửa và các bugi.

• Vai trò của các cảm biến

– Cảm biến vị trí trục cam (tín hiệu G):
Cảm biến này phát hiện góc quay chuẩn và thời điểm của trục cam.
– Cảm biến vị trí trục khuỷu (tín hiệu NE):
Cảm biến này phát hiện góc quay trục khuỷu và tốc độ của động cơ.
– Cảm biến lưu lượng khí nạp hoặc cảm biến áp suất đường ống nạp (tín hiệu VG hoặc PIM):
Cảm biến này phát hiện khối lượng khí nạp hoặc áp suất đường ống nạp.
– Cảm biến vị trí bướm ga (tín hiệu IDL):
Cảm biến này phát hiện điều kiện chạy không tải.
– Cảm biến nhiệt độ nước (tín hiệu THW):
Cảm biến này phát hiện nhiệt độ của nước làm mát.
– Cảm biến tiếng gõ (tín hiệu KNK):
Cảm biến này phát hiện tình trạng của tiếng gõ.
– Cảm biến oxy (tín hiệu OX):
Cảm biến này phát hiện nồng độ của oxy trong khí xả.

• Vai trò của ECU động cơ
ECU động cơ nhận các tín hiệu từ các cảm biến, tính toán thời điểm đánh lửa tối ưu theo các tình trạng động cơ, và truyền tín hiệu đánh lửa (IGT) đến IC đánh lửa.

• Vai trò của IC đánh lửa
IC đánh lửa nhận tín hiệu IGT do ECU động cơ phát ra để ngắt dòng điện sơ cấp trong cuộn đánh lửa một cách gián đoạn. Nó cũng gửi tín hiệu xác nhận đánh lửa (IGF) đến ECU động cơ.

Mạch Đánh Lửa

ECU động cơ xác định thời điểm đánh lửa dựa vào tín hiệu G, tín hiệu 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 đến cuộn dây đánh lửa sẽ bị ngắt.

Đồng thời, tín hiệu IGF được gửi đến ECU động cơ.

Hiện nay, mạch đánh lửa chủ yếu dùng loại DIS (hệ thống đánh lửa trực tiếp). ECU động cơ phân phối dòng điện cao áp đến các xi lanh bằng cách gửi từng tín hiệu IGT đến các IC đánh lửa theo trình tự đánh lửa. Điều này làm cho nó có thể tạo ra việc điều chỉnh thời điểm đánh lửa có độ chính xác cao.

Mạch Đánh Lửa Kiểu Phân Phối

Mạch đánh lửa kiểu phân phối là một hệ thống sử dụng một bộ chia điện để gửi dòng điện cao áp tới các bugi.
Mạch đánh lửa kiểu phân phối về cơ bản thực hiện việc điều chỉnh giống như loại DIS.
Tuy nhiên vì chỉ có một IC đánh lửa và một cuộn đánh lửa, chỉ có một IGT và IGF được truyền đi.
Điện áp cao sinh ra bởi cuộn dây đánh lửa được bộ chia điện phân phối đến mỗi xi lanh.

Tín Hiệu IGT Và IGF

1. Tín hiệu IGT
ECU động cơ tính toán thời điểm đánh lửa tối ưu theo các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau và truyền tín hiệu IGT đến IC đánh lửa.
Tín hiệu IGT được bật ON ngay trước khi thời điểm đánh lửa được bộ vi xử lý trong ECU động cơ tính toán, và sau đó tắt đi. Khi tín hiệu IGT bị ngắt, các bugi sẽ đánh lửa.

2. Tín hiệu IGF
IC đánh lửa gửi một tín hiệu IGF đến ECU động cơ bằng cách dùng lực điện động ngược được tạo ra khi dòng sơ cấp đến cuộn đánh lửa bị ngắt hoặc bằng giá trị dòng điện sơ cấp. Khi ECU động cơ nhận được tín hiệu IGF nó xác định rằng việc đánh lửa đã xảy ra. (Tuy nhiên điều này không có nghĩa là thực sự đã có đánh lửa).
Nếu ECU động cơ không nhận được tín hiệu IGF, chức năng chẩn đoán sẽ vận hành và một DTC được lưu trong ECU động cơ và chức năng an toàn sẽ hoạt động và làm ngừng phun nhiên liệu.

Sự Điều Khiển Của ESA

Khái quát về việc điều khiển thời điểm đánh lửa
Việc điều khiển thời điểm đánh lửa gồm có hai việc điều khiển cơ bản.

1. Điều khiển đánh lửa khi khởi động
Điều khiển việc đánh lửa lúc khởi động được thực hiện bằng việc tiến hành đánh lửa ở góc trục khuỷu được xác định trước trong các điều kiện làm việc của động cơ.
Góc trục khuỷu này được gọi là “góc thời điểm đánh lửa ban đầu”.

2. Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động
Việc điều chỉnh đánh lửa sau khi khởi động được thực hiện bởi góc thời điểm đánh lửa ban đầu, góc đánh lửa sớm cơ bản, được tính toán theo trọng tải và tốc độ của động cơ, và các hiệu chỉnh khác nhau.

Xác định góc thời điểm đánh lửa ban đầu

Góc thời điểm đánh lửa ban đầu được xác định như sau:

Khi ECU động cơ nhận được tín hiệu NE (điểm B), sau khi nhận tín hiệu G (điểm A), ECU xác định rằng đây là góc thời điểm đánh lửa ban đầu khi trục khuỷu đạt đến 5 ° , 7 °, hoặc 10 ° BTDC (khác nhau giữa các kiểu động cơ).

Điều khiển đánh lửa khi khởi động và điều khiển đánh lửa sau khi khởi động.

1. Điều khiển đánh lửa khi khởi động
Khi khởi động, tốc độ của động cơ thấp và khối lượng không khí nạp chưa ổn định, nên không thể sử dụng tín hiệu VG hoặc PIM làm các tín hiệu điều chỉnh.

Vì vậy, thời điểm đánh lửa được đặt ở góc thời điểm đánh lửa ban đầu.

Góc thời điểm đánh lửa ban đầu được điều chỉnh trong IC dự trữ ở ECU động cơ.

Ngoài ra, tín hiệu NE được dùng để xác định khi động cơ đang được khởi động, và tốc độ của động cơ là 500 vòng/phút hoặc nhỏ hơn cho biết rằng việc khởi động đang xảy ra.

GỢI Ý:
Tuỳ theo kiểu động cơ, có một số loại xác định động cơ đang khởi động khi ECU động cơ nhận được tín hiệu máy khởi động (STA).

2. Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động
Điều chỉnh đánh lửa sau khi khởi động là việc điều chỉnh được thực hiện trong khi động cơ đang chạy sau khi khởi động.

Việc điều chỉnh này được thực hiện bằng cách tiến hành các hiệu chỉnh khác nhau đối với góc thời điểm đánh lửa ban đầu và góc đánh lửa sớm cơ bản.

Thời điểm đánh lửa = góc thời điểm đánh lửa ban đầu + góc đánh lửa sớm + góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh

Khi thực hiện việc điều chỉnh đánh lửa sau khởi động, tín hiệu IGT được bộ vi xử lý tính toán và truyền qua IC dự trữ này.

Góc đánh lửa sớm cơ bản

Góc đánh lửa sớm cơ bản được xác định bằng cách dùng tín hiệu NE, tín hiệu VG hoặc tín hiệu PIM. Tín hiệu NE và VG được dùng để xác định góc đánh lửa sớm cơ bản và được lưu giữ trong bộ nhớ của ECU động cơ.

1. Điều khiển khi tín hiệu IDL bật ON
Khi tín hiệu IDL bật ON, thời điểm đánh lửa là sớm theo tốc độ của động cơ.

GỢI Ý:
Trong một số kiểu động cơ góc đánh lửa sớm cơ bản thay đổi khi máy điều hòa không khí bật ON hoặc tắt OFF. (Xem khu vực đường nét đứt ở bên trái). Ngoài ra, trong các kiểu này, một số kiểu có góc đánh lửa sớm là 0 trong thời gian máy chạy ở tốc độ không tải chuẩn.

2. Điều khiển khi tín hiệu IDL bị ngắt OFF
Thời điểm đánh lửa được xác định theo tín hiệu NE và VG hoặc tín hiệu PIM dựa vào các dữ liệu được lưu trong ECU động cơ.

Tuỳ theo kiểu động cơ, 2 góc đánh lửa sớm cơ bản được lưu giữ trong ECU động cơ. Các dữ liệu của một trong các góc này được dùng để xác định góc đánh lửa sớm dựa trên chỉ số octan của nhiên liệu, nên có thể chọn các dữ liệu phù hợp với nhiên liệu được người lái sử dụng.

Ngoài ra, một số kiểu xe có khả năng đánh giá chỉ số octan của nhiên liệu, sử dụng tín hiệu KNK để tự động thay đổi các dữ liệu để xác định thời điểm đánh lửa.

Điều khiển góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh

1. Hiệu chỉnh để hâm nóng
Góc đánh lửa sớm được sử dụng cho thời điểm đánh lửa khi nhiệt độ nước làm mát thấp nhằm cải thiện khả năng làm việc. Một số kiểu động cơ tiến hành hiệu chỉnh sớm lên tương ứng với khối lượng không khí nạp.

Góc của thời điểm đánh lửa sớm lên xấp xỉ 15 ° bằng chức năng hiệu chỉnh này trong suốt thời gian ở các điều kiện cực kỳ lạnh.

GỢI Ý:
Đối với một số kiểu động cơ, tín hiệu IDL hoặc tín hiệu NE được sử dụng như một tín hiệu liên quan đối với việc hiệu chỉnh này.

2. Hiệu chỉnh khi quá nhiệt độ
Khi nhiệt độ của nước làm nguội quá cao, thời điểm đánh lửa được làm muộn đi để tránh tiếng gõ và quá nóng.

Góc thời điểm đánh lửa được làm muộn tối đa là 5° bằng cách hiệu chỉnh này..

GỢI Ý:
Một số kiểu động cơ cũng sử dụng các tín hiệu sau đây để hiệu chỉnh.

Tín hiệu lượng không khí nạp (VG hoặc PIM)

Tín hiệu tốc độ động cơ (NE)

Tín hiệu vị trí bướm ga (IDL)

3. Hiệu chỉnh để tốc độ chạy không tải ổn định
Nếu tốc độ của động cơ khi chạy không thay đổi từ tốc độ chạy không tải mục tiêu, ECU động cơ sẽ điều chỉnh thời điểm đánh lửa để làm cho tốc độ của động cơ được ổn định.

ECU động cơ liên tục tính toán tốc độ trung bình của động cơ, nếu tốc độ của động cơ giảm xuống dưới tốc độ mục tiêu của động cơ, ECU động cơ sẽ làm thời điểm đánh lửa sớm lên theo góc đã được xác định trước.

Nếu tốc độ động cơ vượt quá tốc độ chạy không tải mục tiêu, ECU động cơ sẽ làm muộn thời điểm đánh lửa theo góc đã xác định trước.

Góc của thời điểm đánh lửa có thể thay đổi đến mức tối đa là ±5 ° bằng cách hiệu chỉnh này.

THAM KHẢO:
Một số kiểu động cơ thực hiện góc đánh lửa sớm theo điều kiện máy điều hòa không khí bật mở hay tắt.

Ngoài ra một số kiểu động cơ chỉ thực hiện việc hiệu chỉnh này khi tốc độ của động cơ thấp hơn tốc độ mục tiêu của động cơ.

4. Hiệu chỉnh tiếng gõ
Nếu tiếng gõ xảy ra trong động cơ, cảm biến tiếng gõ biến đổi độ rung tạo ra bởi tiếng gõ thành tín hiệu điện áp (tín hiệu KNK) và chuyển nó đến ECU động cơ.

ECU động cơ sẽ xác định xem tiếng gõ này mạnh, vừa phải hoặc yếu từ độ lớn của tín hiệu KNK.
Sau đó nó hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa bằng cách làm muộn đi theo độ lớn của tín hiệu KNK. Nói khác đi, khi tiếng gõ mạnh, thời điểm đánh lửa bị muộn nhiều, và khi tiếng gõ yếu, thời điểm đánh lửa chỉ bị muộn một chút.

Khi hết tiếng gõ ở động cơ, ECU động cơ ngừng làm muộn thời điểm đánh lửa và làm nó sớm lên một chút tại thời điểm được xác định trước.
Việc làm sớm này được tiến hành cho đến khi tiếng gõ lại xảy ra, và sau đó khi tiếng gõ xảy ra, việc điều chỉnh lại được thực hiện lại bằng cách làm muộn thời điểm đánh lửa.

Góc của thời điểm đánh lửa được làm muộn tối đa là 10° theo cách hiệu chỉnh này.

Một số kiểu động cơ thực hiện việc hiệu chỉnh này gần tới phạm vi trọng tải hoàn toàn của động cơ, và các kiểu động cơ khác chỉ tiến hành việc hiệu chỉnh này trong thời gian có trọng tải cao.

5. Các hiệu chỉnh khác
Có một số kiểu động cơ bổ sung các hiệu chỉnh sau đây vào hệ thống ESA để điều chỉnh thời điểm đánh lửa chính xác hơn.

(1) Hiệu chỉnh phản hồi của tỷ lệ không khí – nhiên liệu
Trong lúc hiệu chỉnh phản hồi của tỷ lệ không khí – nhiên liệu, tốc độ của động cơ sẽ thay đổi theo lượng phun nhiên liệu tăng/giảm.
Để duy trì tốc độ chạy không tải ổn định, thời điểm đánh lửa được làm sớm lên trong thời gian hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ không khí – nhiên liệu cho phù hợp với lượng phun nhiên liệu.
Việc hiệu chỉnh này không được thực hiện trong khi xe đang chạy.

(2) Hiệu chỉnh EGR (Tuần hoàn khí xả)
Khi EGR đang hoạt động và tiếp điểm IDL bị ngắt, thời điểm đánh lửa được làm sớm lên theo khối lượng không khí nạp và tốc độ của động cơ để tăng khả năng làm việc.

(3) Hiệu chỉnh điều khiển mômen
Đối với các xe có trang bị ECT (Hộp số điều khiển bằng điện tử), ly hợp hoặc phanh của bộ truyền hành tinh của hộp số tạo ra sự va đập trong lúc thay đổi tốc độ. Một số kiểu xe sẽ làm muộn thời điểm đánh lửa để giảm mômen quay của động cơ khi chuyển lên số cao hoặc xuống số thấp để giảm thiểu va đập này.

(4) Hiệu chỉnh chuyển tiếp
Khi thay đổi từ giảm tốc sang tăng tốc, thời điểm đánh lửa sẽ sớm lên hoặc muộn đi theo sự tăng tốc.

(5) Hiệu chỉnh điều khiển chạy xe tự động
Khi xe chạy xuống dốc trong khi hệ thống điều khiển chạy xe tự động đang hoạt động, một tín hiệu được chuyển từ ECU điều khiển chạy tự động đến ECU động cơ để làm muộn thời điểm đánh lửa nhằm giảm thiểu sự thay đổi mômen quay của động cơ sinh ra bằng việc cắt nhiên liệu trong lúc phanh bằng động cơ để thực hiện việc điều khiển chạy xe tự động được trơn tru.

(6) Hiệu chỉnh điều khiển lực kéo
Thời điểm đánh lửa được làm muộn đi khi việc điều khiển lực kéo đang được thực hiện để giảm mômen quay của động cơ.

Điều khiển góc đánh lửa sớm lớn nhất và nhỏ nhất

Khi có sự cố với thời điểm đánh lửa được xác định trước từ thời điểm đánh lửa ban đầu, góc đánh lửa sớm cơ bản và góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh, nó sẽ tác động có hại đến hiệu suất của động cơ.

Để ngăn chặn điều này, ECU động cơ sẽ điều chỉnh góc đánh lửa thực tế (thời điểm đánh lửa) để làm cho tổng của góc đánh lửa sớm cơ bản và góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị được xác định.

Kiểm tra thời điểm đánh lửa

Góc thời điểm đánh lửa được đặt cố định trong quá trình điều chỉnh/kiểm tra thời điểm đánh lửa được gọi là “Thời điểm đánh lửa tiêu chuẩn”.

Thời điểm đánh lửa tiêu chuẩn này gồm có thời điểm đánh lửa ban đầu và góc đánh lửa sớm cố định*.

*Góc đánh lửa sớm cố định là giá trị được tạo ra trong khi điều chỉnh thời điểm đánh lửa được lưu giữ trong ECU động cơ và việc điều chỉnh đó không liên quan đến việc hiệu chỉnh được sử dụng trong thời gian xe chạy bình thường.

Việc điều chỉnh/kiểm tra thời điểm đánh lửa được tiến hành như sau:
Tạo ra một ngắn mạch bằng cách nối tắt cực TE1 (TC) với E1 (CG) của giắc DLC1, DLC2, hoặc DLC3, và đặt thời điểm đánh lửa tiêu chuẩn. Thời điểm đánh lửa tiêu chuẩn này khác nhau theo kiểu xe được thể hiện trong bảng ở bên trái. Vì vậy khi tiến hành việc điều chỉnh này, hãy tham khảo Sách hướng dẫn sửa chữa thích hợp.

Khi thời điểm đánh lửa chuẩn không thích hợp, cần phải điều chỉnh.

GỢI Ý:
Khi tín hiệu IDL bị ngắt, mặc dù có ngắn mạch giữa các cực TE1 (TC) và E1 (CG), thì không thể đặt được thời điểm đánh lửa.

Đối với các kiểu xe hiện nay, không thể điều chỉnh thời điểm đánh lửa, vì các cảm biến của các tín hiệu G và NE được cố định vào động cơ.

NHỮNG HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA:

- Bugi bị mòn quá tiêu chuẩn cho phép (hiện tượng động cơ rung giật, ra nhiều khói...). Chúng ta kiểm tra bằng cách tháo từng cái kiểm tra khe hở và màu sắc phần đầu bugi.

- Bô bin bị hư (chúng ta kiểm tra bằng cách tháo từng giắc Bô bin của mỗi máy và kiểm tra độ rung của động cơ để xác định từng chiếc có bị hư hỏng hay không).

- Cầu chì, Dây dẫn điện trong hệ thống đánh lửa bị hở mạch (thông thường do chuột cắn).

- Hôp điều khiển ECU đánh lửa không nhận được tín hiệu từ các cảm biến trong động cơ (gây ra hiện tượng đánh lửa sớm hoặc muộn dẫn đến hiện tượng cháy trong đường ống xả, tốn xăng, nóng động cơ, không tăng tốc được, động cơ khó khởi động).

- Hôp điều khiển ECU đánh lửa bị hư (hiếm gặp).

- Ngoài ra còn một số dạng hư hỏng khác...