BTL Hệ thống đánh lửa

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
----------

BÀI TẬP LỚN
Hệ Thống Đánh Lửa Của Xe MAZDA CX5
Giáo viên hướng dẫn

: ThS. Nguyễn Trung Kiên

Tên lớp

: 20221AT6048003

Khóa

: 15

Nhóm

:1

Sinh Viên Thực Hiện

:

Họ Tên

Mã SV

Chức vụ

Nguyễn Thành An

2020604657

Nhóm trưởng

Nguyễn Viết Tuấn Anh

2020600688

Thành viên

Lê Đình Ánh

2020604571

Thành viên

Cấn Phan Thế Anh

2020604133

Thành viên

Phạm Đức Anh

2020607394

Thành viên

HÀ NỘI – 2022


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ ÔTÔ

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BÀI TẬP LỚN CƠ ĐIỆN TỬ Ô TƠ
Họ Tên

Mã SV

Chức vụ

Nguyễn Thành An

2020604657

Nhóm trưởng

Nguyễn Viết Tuấn Anh

2020600688

Thành viên

Lê Đình Ánh

2020604571

Thành viên

Cấn Phan Thế Anh

2020604133

Thành viên

Phạm Đức Anh

2020607394

Thành viên

Lớp : 20221AT6048003

Khóa : K15

Khoa: Cơng nghệ Ơtơ.

NỘI DUNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
Mã đề: Hệ Thống Đánh Lửa Của MAZDA CX5
PHẦN THUYẾT MINH
Chương 1: Tổng quan về hệ thống đánh lửa trên ô tô
Chương 2: Hệ thống đánh lửa trên xe MAZDA CX5

Chương 3: Quy trình chẩn đốn, kiểm tra, sửa chữa, bảo dưỡng hệ thống đánh lửa trên
xe MAZDA CX5
Ngày giao đề tài: … /.../2022

Ngày hoàn thành: …/…/2022
Xác nhận của giáo viên hướng dẫn

ThS. Nguyễn Trung Kiên

2
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1


Mục Lục
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................... 5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ .. 6
1.1 Nhiệm vụ

6

1.2 Yêu cầu

6

1.3 Phân loại hệ thống đánh lửa

6

1.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên ô tơ

7

1.4.1 Ngun lý tạo ra dịng điện cao áp ............................................................... 7
1.4.2 Nguyên lý của hệ thống đánh lửa................................................................. 8
CHƯƠNG 2. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CÁC CỤM CHI TIẾT
CHÍNH CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE MAZDA CX5-2015 ... 10
2.1 Tổng quan về xe Mazda CX 5-2015

10

2.1.1 Thông số cơ bản của xe Mazda CX5 [2].................................................... 10
2.1.2 Hệ thống đánh lửa sử dụng trên xe Mazda cx5-2015 ................................ 11
2.1.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa[2] .......................... 11
2.2 Cấu tạo của hệ thống đánh lửa trực tiếp kiểu đơn chiếc

14

2.3 Các cụm chi tiết chính

22

2.3.1 Bugi ............................................................................................................ 22
2.3.2 ECU ............................................................................................................ 23
2.3.3 Bobin đánh lửa ........................................................................................... 25
2.3.4 Cảm biến oxy ............................................................................................. 26
2.3.5 Cảm biến bướm ga ..................................................................................... 27
2.3.6 Cảm biến biến trục cơ ................................................................................ 29
2.3.7 Cảm biến trục cam...................................................................................... 29
3
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1

2.3.8 Cảm biến lưu lượng khí nạp ....................................................................... 31
2.3.9 Cảm biến nước làm mát ............................................................................. 33
2.3.10 Điều khiển góc đánh lửa sớm................................................................... 34
CHƯƠNG 3. QUY TRÌNH CHUẨN ĐỐN, KIỂM TRA, SỮA CHỮA VÀ
BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE MAZDA CX5 ........... 38
3.1 Các hư hỏng thường gặp [3]

38

3.2 Chẩn đoán hệ thống đánh lửa[3]

38

3.3 Kiểm tra hệ thống đánh lửa [3]

40

3.3.1 Kiểm tra nhanh bằng quan sát .................................................................... 40
3.3.2

Kiểm tra bằng dụng cụ đo....................................................................... 40

3.3.3 Kiểm tra các bộ phận của hệ thống đánh lửa ............................................. 42
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 45

4
Cơ Điện Tử Ô Tơ – Nhóm 1

LỜI NĨI ĐẦU
Ơ tơ là một trong những phương tiện giao thông quan trọng đối với sự phát
triển của nền kinh tế- xã hội hiện nay. Lịch sử ra đời và phát triển của nó đã trải
qua nhiều năm với những giai đoạn thăng trầm để tiến tới sự hoàn thiện và tiện
nghi hơn như tăng công suất động cơ, tăng tính kinh tế nhiên liệu, đảm bảo tính
năng an tồn tăng tính tiện nghi và bảo mật...Các hãng xe đã áp dụng các tiến bộ
khoa học vào những chiếc ô tô của mình như điều khiển điện tử, kỹ thuật bán dẫn,
cơng nghệ nano….Từ đó nhiều hệ thống hiện đại ra đời: Hệ thống phun xăng điện
tử (EFI), hệ thống phun diesel điện tử CRDI, hệ thống đánh lửa lập trình ESA, hệ
thống phanh ABS, hệ thống đèn tự động, sử dụng bộ chìa khóa nhận dạng…
Ở Việt Nam, với ngành cơng nghiệp ơ tơ cịn non trẻ thì hầu hết những công
nghệ về ô tô đều đến từ các nước trên thế giới. Chúng ta cần phải tiếp cận với
công nghệ tiên tiến này để không những tạo tiền đề cho nền cơng nghiệp ơ tơ mà
cịn phục vụ cho công tác bảo dưỡng, sửa chữa.
Qua thời gian học tập và nghiên cứu về chuyên ngành “Công nghệ kỹ thuật ô
tô” tại trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, chúng em đươc khoa tin tưởng giao
cho đề tài bài tập lớn “Nghiên cứu về hệ thống đánh lửa trên xe MAZDA CX5”
đây là một đề tài rất thiết thực nhưng cịn nhiều khó khăn. Với sự cố gắng của
chúng em và dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Trung Kiên cùng với
sự giúp đỡ của các thầy cô trong Khoa Công nghệ kỹ thuật ô tô, các bạn trong lớp
chúng em đã hoàn thành đề tài đáp ứng được yêu cầu đưa ra. Song trong quá trình
làm bài tập lớn, với khả năng và kinh nghiệm cịn hạn chế nên khơng thể tránh
khỏi thiếu sót. Vì vậy chúng em rất mong sự đóng góp, chỉ bảo của các thầy cô để
bài tập lớn của chúng em được hồn thiện hơn và đó chính là những kinh nghiệm
nghề nghiệp cho chúng em sau khi ra trường.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa, đặc biệt là thầy
Nguyễn Trung Kiên đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn chúng em để đề tài chúng
em được hoàn thành.

Chúng em xin trân trọng cảm ơn!

5
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN Ô TÔ
1.1 Nhiệm vụ
Hệ thống đánh lửa trên động cơ có nhiệm vụ biến nguồn điện xoay
chiều hoặc một chiều có hiệu điện thế thấp (12-24V) thành xung điện thế
cao (15000-40000V). [1]
Các xung hiệu điện thế cao này sẽ được phân bố đến bugi đúng thời
điểm để tạo ra tia lửa điện cao thế đốt cháy hịa khí.
1.2 u cầu
 Tạo điện áp lớn để phóng điện qua khe hở bugi trong tất cả các chế độ
làm việc của động cơ. [1]
 Tạo ra tia lửa trên bugi phải đủ năng lượng và đủ thời gian phóng để
sự cháy bắt đầu. Vì trong hệ thống đánh lửa tia lửa được phát ra giữa
điện cực của bugi để đốt cháy hỗn hợp xăng và khơng khí. Nhưng do
hồ khí bị nén với áp suất cao nên có điện trở lớn vì vậy cần có điện
thế hàng chục nghìn vơn để đảm bảo phát ra tia lửa mạnh, để có thể
đốt cháy hỗn hợp trong mọi điều kiện hoạt động của động cơ.
 Thời điểm đánh lửa phải chính xác.
 Hệ thống đánh lửa ln ln phải có thời điểm đánh lửa chính xác vào
cuồi ký nén đầu kỳ nổ của các xilanh. Góc đánh lửa sớm phải thay đổi
phù hợp với sự thay đổi tốc độ và tải trọng của động cơ để động cơ
hoạt động tối ưu nhất.
 Sự sai mòn điện cực bugi nằm trong khoảng cho phép.
 Hệ thống đánh lửa phải có độ bền và tính ổn định cao. Để có thể chịu
đựng được những tác động nhiệt, rung rật mà động cơ sinh ra cũng

như điện áp cao trong bản thân tia lửa sinh ra.
1.3 Phân loại hệ thống đánh lửa

6
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1


Hệ thống đánh lửa trên ô tô được sử từ rất lâu và hầu như không thay đổi,
mới chỉ thay đổi phương thức đánh lửa hoặc phương pháp phân phối tia lửa. Ta
có thể phân hoại hệ thống đánh lửa như sau:[1]
Theo phương thức tích luỹ năng lượng có:
- Hệ thống đánh lửa điện cảm.
- Hệ thống đánh lửa điện dung.
Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp có:
- Hệ thống đánh lửa truyền thống (đánh lửa má vít).
- Hệ thống đánh lửa tranzisror (đánh lửa bán dẫn) gồm 2 loại:
+ Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp.
+ Hệ thống đánh lửa được điều khiển bằng kỹ thuật số.
Phân loại theo các phân bố điện cao áp có:
-Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện delco.
-Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay khơng có delco.
Phân loại theo phương pháp điều khiển góc: đánh lửa sớm
- Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng cơ khí.
- Hệ thống đánh lửa với bộ điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử.
Phân loại theo kiểu đánh lửa trực tiếp có:
- Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bôbin cho một bugi.
- Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bôbin cho từng cặp bugi.
- Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng một bôbin cho 4 bugi.
1.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên ô tô
1.4.1 Nguyên lý tạo ra dòng điện cao áp

Hiện tượng tự cảm:
7
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1


Trường điện từ được sinh ra khi có 1 dịng điện chạy qua một cuộn dây, kết
quả là sinh ra một sức điện động và tạo ra một từ thông có hướng cản trở sự sinh
ra của từ thơng trong cuộn dây. Do đó dịng điện khơng chạy qua cuộn dây ngay
khi được dẫn vào cuộn dây, mà nó sẽ tăng sau một thời gian nhất định. Như vậy
khi dòng điện bắt đầu chạy trong cuộn dây hoặc khi các dịng điện trong cuộn dây
sinh ra sức điện động có hướng tác dụng cản trở sự thay đổi từ thông trong cuộn
dây thì hiện tưởng đó gọi là hiện tượng tự cảm.
Hiện tượng cảm ứng điện từ:
Hiện tượng cảm ứng điện từ là sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch
kín khi từ thơng qua mạch đó biến đổi. Suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng
trong mạch điện kín.
1.4.2 Nguyên lý của hệ thống đánh lửa
Động cơ xăng, hồ khí được đưa vào xylanh và được trộn đều nhờ sự xốy
lốc của dịng khí, sau đó piston nén lại. Tới thời điểm thích hợp thì hệ thống đánh
lửa sẽ cung cấp điện cao thế để đốt cháy hỗn hợp hồ khí. Q trình đốt cháy đó
được chia làm 3 giai đoạn là: Q trình tăng trong dịng sơ cấp, q trình ngắt
dịng sơ cấp và thời kỳ xuất hiện tia lửa ở cực bugi.
Q trình tăng dịng sơ cấp:
Q trình tăng dịng sơ cấp được thực hiện khi mạch sơ cấp được thơng
mạch (khi tiếp điểm đóng hoặc transitor mở) khi đó dịng điện từ (+) ắc quy qua
khố điện qua má vít hoặc transitor tới IC đánh lửa rồi trở về mát tạo thành một
mạch điện kín. Ở giai đoạn này mạch điện thứ cấp gần như khơng ảnh hưởng gì
tới q trình tăng dịng sơ cấp và hiệu điện thế, cường độ dòng điện xuất hiện
trong mạch cũng gần như khơng đổi nên ta có thể coi như mạch thứ cấp hở. Trong
giai đoạn này dòng điện trong cuộn sơ cấp tăng dần theo thời gian.

Q trình ngắt dịng sơ cấp:

8
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1


Q trình ngắt dịng sơ cấp được diễn ra khi má vít đóng hoặc transitor ngắt.
Dịng điện từ nguồn điện chạy qua cuộn sơ cấp của bơbin, đột ngột dịng điện bị
ngắt đi tại thời điểm đánh lửa. Khi dòng điện ở cuộn sơ cấp bị ngắt đi, từ trường
điện do cuộn sơ cấp sinh ra giảm đột ngột. Theo nguyên tắc cảm ứng điện từ, cuộn
thứ cấp sinh ra một dòng điện để chống lại sự thay đổi từ trường đó. Do số vịng
của cuộn thứ cấp lớn gấp rất nhiều lần số vòng dây cuộn sơ cấp nên dịng điện ở
cuộn thứ cấp có điện áp rất lớn (có thể đến 100.000 vơn). Dịng điện cao áp này
được bộ chia điện đưa đến bugi qua dây cao áp.
Quá trình phóng tia lửa ở điện cực bugi:
Q trình diễn ra ngay sau khi q trình ngắt dịng sơ cấp diễn ra. Khi đó
điện áp thứ cấp đã đạt tới điện áp đánh lửa. Bằng thực nghiệm người ta chứng
minh được là tia lửa xuất hiện ở hai điện cực gồm hai thành phần là thành phần
điện dung và thành phần điện cảm.
Thành phần điện dung của tia lửa do năng lượng tích luỹ trên mạch thứ cấp.
Tia lửa điện dùng đặc trưng bởi sự sụt áp và tăng dòng đột ngột trong bơbin. Tia
lửa có màu xanh xám và kèm theo tiếng nổ tanh tách và tia lửa gây nhiễu vơ tuyến
điện và làm mài mịn điện cực của bugi. Để ngăn hiện tượng đó trên mạch sơ cấp
thường được mắc thêm các điện trở. Do tia lửa điện xuất hiện trước khi hiệu điện
thế đạt giá trị cực đại nên năng lượng của tia lửa chỉ là một phần của năng lượng
tích lũy trong bugi.
Tia lửa điện cảm là thành phần chính trong tia lửa của bugi. Thời gian xuất
hiện tia lửa kéo dài gấp 100 đến 1000 lần tia lửa điện dung. Thời gian này phụ
thuộc vào loại bugi và khe hở của bugi đặc biệt là chế độ làm việc của động cơ.
Thường thì vào khoảng 1 đến 1.5ms. Tia điện cảm có màu vàng và cịn gọi là đi

lửa.

9
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1


CHƯƠNG 2. CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CÁC CỤM CHI TIẾT
CHÍNH CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE MAZDA CX5-2015
2.1 Tổng quan về xe Mazda CX 5-2015
2.1.1 Thông số cơ bản của xe Mazda CX5 [2]
Hạng mục

Thông số kỹ thuật

Động cơ

SKYACTIV-G 2.0

Loại

ĐC xăng, 4 kỳ

Số lượng và bố trí xylanh

4 xylanh thẳng hàng
Bố trí nằm ngang

Loại buồng đốt

Dạng vát nghiêng

Dung tích (L)

1.997

Đường kính piston * Hành trình piston (mm)

83.5*91.2

Tỉ số nén

13.0

Áp lực nén (kPa[rpm])

827[300]

Công suất cực đại [net] (kW/rpm)

113/6200

Momen xoắn cực đại [net] (Nm/rpm)

194/4100

Thời

NẠP

điểm

Mở

BTDC (°)

-32-42

Đóng

ABDC (°)

110-36

Mở

BTDC (°)

54-11

Đóng

ABDC (°)

7-50

NẠP(mm)

0 (HLA)

phối

khí

XẢ

Khe hở xupap [nguội]

XẢ (mm)

0 (HLA)

Bảng 1: Thông số cơ bản của xe Mazda CX5

10
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1


2.1.2 Hệ thống đánh lửa sử dụng trên xe Mazda cx5-2015
Hệ thống đánh lửa

Loại

Đánh lửa trực tiếp

Điều kiện đánh lửa sớm

Điều khiển điện tử

Thứ tự đánh lửa

1-3-4-2

Hệ thống đánh lửa trực tiếp của xe mazda cx5 -2015 là loại đánh lửa trực
tiếp (đánh lửa trực tiếp đơn chiếc) , nghĩa là mỗi bugi sẽ được đánh lửa bởi một
IC đánh lửa.
2.1.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa[2]
A. Cấu tạo

Hình 2.1: Hệ thống đánh lửa trực tiếp
Hệ thống đánh lửa trực tiếp bao gồm các bộ phận sau đây:
- Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKPS): Phát hiện góc quay trục khuỷu (tốc độ động
cơ)
- Cảm biến vị trí của trục cam (CMPS): Nhận biết xy lanh, kỳ và theo dõi định
thời của trục cam.
- Cảm biến kích nổ (KS): Phát hiện tiếng gõ của động cơ
- Cảm biến vị trí bướm ga (TPS): Phát hiện góc mở của bướm ga
11
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1


- Cảm biến nhiệt độ lưu lượng khí nạp (IATS): Phát hiện lượng khơng khí nạp.
- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ (ECTS): Phát hiện nhiệt độ nước làm
mát động cơ.
- Bô bin và IC đánh lửa: Đóng và ngắt dịng điện trong cuộn sơ cấp vào thời điểm
tối ưu. Gửi các tín hiệu IGF đến ECU động cơ.
- ECU động cơ: Phát ra các tín hiệu IGT dựa trên các tín hiệu từ các cảm biến
khác nhau, và gửi tín hiệu đến bơ bin có IC đánh lửa.
- Bugi: Phát ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hịa khí.
B. Ngun lý hoạt động

Hình 2.2: Sơ đồ ngun lý cảm biến ion

- Khi hịa khí được đốt cháy sẽ sinh ra ion trong buồng đốt (ion âm sẽ di
chuyển về phía điện cực dương của bugi và ion dương sẽ di chuyển về phía điện
cực âm), sự phân cực ion này sẽ tạo ra dòng điện (2) để nạp cho tụ điện.
- Dòng điện (2) được khuyếch đại thông qua mạch phát hiện ion (3) được đặt
phía trong bobin đánh lửa để tạo ra dịng điện (4).
- PCM phát hiện được lượng ion sinh ra trong buồng đốt bằng cách đo dòng
điện (4) và biến đổi dịng điện này thành tín hiệu điện áp.

12
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1


- Các cảm biến xác định lưu lượng khơng khí nạp, số vòng quay của động
cơ, tải động cơ, nhiệt độ nước làm mát và sự tăng tốc – giảm tốc. Các cảm biến
gửi tín hiệu về ECM, sau đó ECM sẽ hiệu chỉnh thời gian phun và gửi tín hiệu
đến các kim phun thông qua bộ biến đổi điện áp ECU, các kim phun sẽ phun nhiên
liệu vào đường ống nạp, lượng nhiên liệu phun tùy thuộc vào thời gian tín hiệu từ
ECM.
- Thời gian đánh lửa được điều khiển bởi hệ thống điều khiển thời gian đánh
lửa bằng điện tử. 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 điều khiển bằng ESA có độ chính xác cao hơn và không cần phải
đặt lại thời điểm đánh lửa.
- Các tài liệu tham khảo tiêu chuẩn đánh lửa dữ liệu thời gian với các điều
kiện hoạt động động cơ được lập trình sẵn trong bộ nhớ của ECM (bộ điều khiển
trung tâm động cơ).
- Điều kiện vận hành động cơ (tốc độ, tải, tình trạng ấm lên, vv) được phát
hiện bởi các cảm biến khác nhau. Dựa trên những tín hiệu cảm biến và các dữ liệu

thời gian đánh lửa, tín hiệu gián đoạn chính hiện tại được gửi đến các van. Cuộn
dây đánh lửa được kích hoạt, và thời gian được điều khiển.
- Bên trong động cơ GDI, nhiên liệu được phun trực tiếp vào xi lanh. Giúp
loại trừ những hạn chế trước đây như không thể nạp đủ nhiên liệu sau khi van hút
đóng. Để điều khiển sự cháy một cách chính xác, GDI đảm bảo phối hợp giữa tiết
kiệm nhiên liệu và tăng công suất. Trong những động cơ xăng truyền thống nhiên
liệu và không khí được trộn bên ngồi xi lanh. Nhiên liệu được phun trực tiếp vào
xi lanh đúng thời điểm làm tăng hiệu suất nhiên liệu và giảm hao phí.
- Trong những năm qua, những kỹ sư thấy rằng nếu ta có thể chế tạo một loại
động cơ xăng hoạt động giống như một động cơ diesel. Với động cơ xăng này
nhiên liệu được phun trực tiếp vào xi lanh với hỗn hợp nghèo và hỗn hợp giàu
xung quanh bugi được đánh lửa, như vậy chúng ta có được một động cơ đạt hiệu
13
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1


suất nhiên liệu của động cơ diesel và đồng thời cũng đạt được công suất cao như
các động cơ phun xăng truyền thống.
- Để đốt cháy được xăng thì xăng và khơng khí phải được hịa trộn để hình
thành ra hỗn hợp nhiên liệu đúng và cùng với sự chính xác về thời điểm phun thì
hỗn hợp nhiên liệu sẽ được nén lại giữa các cực của bugi đúng thời điểm đánh
lửa. Động cơ phun xăng trực tiếp GDI đạt được cơng nghệ này giúp điều khiển
chính xác hỗn hợp nhiên liệu.
2.2 Cấu tạo của hệ thống đánh lửa trực tiếp kiểu đơn chiếc
Hệ thống đánh lửa trực tiếp kiểu đơn chiếc bao gồm:
A. Bugi [2]

Bảng 2: Bugi dùng trên xe mazda cx5
Bugi là bộ phận tạo tia lửa điện cao thế để đốt cháy hỗn hợp làm việc trong
xi lanh, khi nhận được các xung điện cao thế từ bộ chia điện truyền đến.

Bugi là chi tiết khá đơn giản song điều kiện làm việc lại đặc biệt khắc nghiệt.
Khi làm việc nó chịu tác dụng của ba loại tải trọng là:
- Tải trọng cơ khí: do các xung áp suất của khí cháy sinh ra trong xi lanh
(với giá trị có thể tới 5-6 MPa), do rung xóc của bản thân động cơ gây ra;
- Tải trọng nhiệt: sinh ra do sự thay đổi đột ngột nhiệt độ trong xi lanh: từ
40O-60O trong kỳ hút tới 500OC-700OC trong kỳ xả và 1800OC-2500OC trong kỳ
nổ;
- Tải trọng điện: do các xung điện cao thế truyền đến trong thời điểm đánh
lửa.
14
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1


Vì vậy, về mặt kết cấu và vật liệu của bugi cũng có những yêu cầu đặc biệt.
Cấu tạo của bugi
Ø11
Ø5

7,4

1

18,8

2
3

12

5

8.4

85,8

15

4

17

6
11

7

19

10

1,1

8

Ø1,95

9
M14

Hình 2.3: Cấu tạo bugi

1-đầu nối dây cao áp; 2 lõi thép; 3-gân ; 4-sứ cách điện ; 5-đệm làm kín;
6-vỏ thép;7-vành làm kín; 8-điện cực trung tâm ; 9-điện cực bên; 10-điện trở;
11-đai ốc ; 12- lõi chống nhiễu
Khe hở giữa các điện cực của bugi thường nằm trong giới hạn 0,6-0,7 mm
đối với HTĐL thường và 1,0-1,2 mm đối với HTĐL điện tử.
Khe hở điện cực lớn thì đánh lửa hỗn hợp nghèo tốt hơn nhưng Uđl lại tăng. Khe
hở nhỏ thì có thể bị muội lấp kín nên không tạo tia lửa được, chiều dài tia lửa giảm
nên đánh lửa hỗn hợp nghèo kém.
 Nhiệm vụ
- Tạo ra tia lửa cao áp bên trong buồng đốt, để châm cháy hỗn hợp nhiên liệu.
- Kết hợp với nắp máy và đỉnh piston tạo nên buồng đốt.
- Tạo ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hịa khí đã được nén trong xy lanh
động cơ.
15
Cơ Điện Tử Ô Tơ – Nhóm 1


 Yêu cầu
- Tia lửa phải mạnh.
- Độ tin cậy lớn chịu được áp suất và nhiệt độ cao.
- Ít ăn mòn và dễ dàng thay thế khi hư hỏng.


Điều kiện làm việc.
Bugi phải cách ly được điện thế cao để tia lửa xuất hiện đúng theo vị trí đã

định trước của các điện cực của nến, mặt khác nó phải chịu đựng được điều kiện
khắc nghiệt trong xylanh như áp suất và nhiệt độ rất cao, hơn nữa nó phải được
thiết kế để các bụi than không bám lại trên các bề mặt điện cực trong quá trình
làm việc.



Cơ cấu đánh lửa
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 xung
quanh nó. Cứ như thế nhiệt của nhân ngọn lửa được mở rộng ra trong một quá
trình lan truyền ngọn lửa để đốt cháy hỗn hợp hịa khí. Nếu nhiệt độ của các điện
cực q 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.

16
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1


Hình 2.4: Cơ cấu đánh lửa


Đặc tính đánh lửa

Các yếu tố sau đây có ảnh hưởng đến hiệu quả đánh lửa của bugi:
- Hình dáng điện cực và đặc tính phóng điện:
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

Hình 2.5 Đặc tính phóng điện
Hình 2.6: Đặc tính đánh lửa

17
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1


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 bugi.
+ Nếu có thể cung cấp đủ điện áp cần thiết cho dù khe hở điện cực
tăng lên thì bugi sẽ 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).
- 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. Tác dụng tự làm sạch của bugi xảy ra
khi nhiệt độ của điện cực vượt quá 4500 C. Nếu các điện cực chưa đạt đến
nhiệt độ tự làm sạch này thì muội than sẽ tích luỹ trong khu vực đánh lửa
của bugi. Hiện tượng này có thể làm cho bugi khơng đánh lửa được tốt .

Hình 2.7: Nhiệt độ tự làm sạch và 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
18
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1


bén lửa xảy ra khi nhiệt độ của điện cực vượt q 9500 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.
B. IC đánh lửa
Là một cụm chi tiết bao gồm: bô bin và mạch điện tử bán dẫn
-Bô bin bộ phận sinh ra cao áp để tạo ra tia lửa. Rất đơn giản, điện thế cao được
sinh ra do cảm ứng giữa hai cuộn dây. Một cuộn có ít vòng được gọi là cuộn sơ
cấp (màu vàng), cuốn xung quanh cuộn sơ cấp (màu đen) nhưng nhiều vòng hơn
là cuộn thứ cấp. Cuộn thứ cấp có số vịng lớn gấp hàng trăm lần cuộn sơ cấp.
Dòng điện từ nguồn điện chạy qua cuộn sơ cấp của bôbin, đột ngột,
dòng điện bị ngắt đi tại thời điểm đánh lửa do má vít (đang đóng kín mạch
điện thì đột ngột mở ra). Khi dòng điện ở cuộn sơ cấp bị ngắt đi, từ trường
điện do cuộn sơ cấp sinh ra giảm đột ngột. Theo nguyên tắc cảm ứng điện
từ, cuộn thứ cấp sinh ra một dòng điện để chống lại sự thay đổi từ trường
đó. Do số vịng của cuộn thứ cấp lớn gấp rất nhiều lần số vòng dây cuộn sơ
cấp nên dịng điện ở cuộn thứ cấp có điện áp rất lớn (có thể đến 100.000
vơn). Dịng điện cao áp này được bộ chia điện đưa đến nến bugi qua dây
cao áp.

-Mạch điện tử bán dẫn :là có vai trị nhận xung tín hiệu IGT từ ECU
để đóng ngắt mạch sơ cấp trong bô bin để tạo ra dịng cao áp ở thứ cấp,
đồng thời gửi tín hiệu quay trở về ECU(xung tín hiệu IGT được ECU đưa
ra sau khi sử lý các thông tin từ các cảm biến để thời điểm đánh lửa được
tốt nhất).

19
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1


Hình 2.8: Cuộn đánh lửa IC và giắc cắm
C. ECU (clectronic control unit)
Là bộ xử lý trung tâm trong xe ơ tơ nó cáo vai trị như hộp đen trên máy bay. Nó
là trái tim của hệ thống đánh lửa của xe ô tô cũng như cuả hệ thống đánh lửa kỹ
thuật số.ECU dựa vào các tín hiệu như tốc độ động cơ,vị trí trục khuỷu, vị trí
bướm ga, nhiệt độ động cơ ....từ đó sẽ điều khiển thời điểm đánh lửa.
Ngồi ra cịn có các tín hiệu vào từ cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm
biến tốc độ xe, cảm biến oxy.
Quy trình hoạt động của sơ đồ: 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 mơ tả của các cảm biến trên động cơ.
Trong các loại tín hiệu vào trên, tín hiệu số vịng 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.

20
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1

Hình 2.9: Sơ đồ khái hệ thống đánh lửa kỹ thuật số
1.Tín hiệu số vịng quay động cơ (NE).

5.Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát.

2.Tín hiệu vị trí cốt máy (G).

6.Tín hiệu điện acquy.

3.Tín hiệu tải.

7.Tín hiệu kích nổ.

4.Tín hiệu từ cảm biến vị trí cánh bướm ga.

Có thể sử dụng cảm biến Hall, cảm biến điện từ, cảm biến quang. Số răng
trên các vành khác nhau tuỳ thuộc vào loại cảm biến và tuỳ thuộc vào động cơ.
Một số động chỉ sử dụng một vòng răng để xác định số vịng quay và vị trí cốt
máy. Tại một khoảng cách răng có khoảng cách lớn hơn các khe hở cịn 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 vịng 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).
Một chức năng 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 thơng 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 dịng điện 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 giảm thời gian

ngậm điện nhằm mục đích tiết kiệm năng lượng và tránh nóng bobin.
21
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1


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 dịng điện sơ cấp khơng 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 khơng có bộ điều chỉnh góc ngậm điện khơng thể dùng lẫn cho nhau
được.
2.3 Các cụm chi tiết chính
2.3.1 Bugi
Cấu tạo bugi gồm các bộ phận chính sau:
Phần sứ cách điện bọc trong vỏ kim loại.
Cực trung tâm bằng thép hợp kim chịu nhiệt độ cao, chống rỉ sét, khơng bị
ăn mịn hóa học.
Phần trên vỏ kim loại có dạng lục giác để lắp bugi.
Quanh chân bugi có ren vặn vào nắp máy.
Cực bên của bugi được hàn ở chân bugi.
Khoảng cách từ cực trung tâm và cực bên gọi là khe hở chấu bugi, thường
khe hở này được quy định từ 1,0 ÷ 1,3mm.
Bugi về lý thuyết thì khá đơn giản, nó là công cụ để nguồn phát ra hồ quang
qua một khoảng trống (giống như tia sét). Nguồn điện này phải có điện áp rất cao
để tia lửa có thể phóng qua khoảng trống và tia lửa mạnh. Thông thường điện áp
giữa hai cực của nến điện khoảng từ 40.000÷100.000V.

22
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1

Hình 2.10: Cấu tạo bugi
Bugi sử dụng loại sứ cách điện để cách ly nguồn cao áp giữa các điện cực,
nó phải đảm bảo để tia lửa phóng ra đúng ở hai đầu của điện cực chứ không phải
ở bất cứ nào thuộc hai cực. Ngoài ra chất sứ này cịn có tác dụng khơng để các
bụi than bám vào trong quá trình sử dụng. Sứ là vật liệu rất kém, vì vậy vật liệu
rất nóng trong q trình làm việc. Sức nóng đã giúp làm sạch bụi than khỏi điện
cực.
2.3.2 ECU
ECU động cơ được tạo bởi một bằng mạch điện tử gồm rất nhiều linh kiện điện
tử đã được lập trình và có cấu tạo như một chiếc máy tính với đầy đủ các bộ
phận như CPU, RAM , ROM, và các bộ phận khác như bộ lọc nhiễu bộ chuyển
đổi tín hiệu từ điện sang tín hiệu số và ngược lại. ECU động cơ là trung tâm điều
khiển tất cả các hệ thống trên xe.

23
Cơ Điện Tử Ô Tơ – Nhóm 1


Nguyên lý làm việc của ECU:
ECU nhận tín hiệu từ tất cả các cảm biến dưới dạng điện áp hoặc xung điện áp
rồi lọc và biến đổi thành tín hiệu số tương ứng để so sánh và kiểm tra với các tín
hiệu gốc đã được lập trình sẵn trong ECU sau đó ECU sẽ đưa ra các tín hiệu
điều khiển toàn bộ động cơ ở dạng số sau khi đi qua bộ chuyển đổi ngược lại tín
hiệu điện để đưa tới các cơ cấu chấp hành để điều khiển động cơ hoạt động được
tối ưu nhất. Phần điều khiển đánh lửa trong ECU chính là ESA.
ESA nhận tín hiệu từ các cảm biến vị trục cam trục khuỷu để đưa ra tín hiệu
đánh lửa dưới dạng xung (IGT và IGF) tới bơbin đánh lửa và tới bugi. Đồng thời
ECU cịn tổng hợp thông tin từ các cảm biến khác như :Cảm biến ơxi , lưu lượng
khơng khí nạp , xả , nhiệt độ nước làm mát , nhiệt độ không khí nạp , vị trí

bướm ga,... để điều chỉnh thời điểm đánh lửa cho phù hợp với từng chế độ hoạt
động của động cơ.
Tín hiệu IGT:
Tín hiệu IGT là tín do ECU động cơ gửi tới IC đánh lửa. ECU động cơ tính tốn
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 sử lý trong ECU động cơ tính tốn và sau đó tắt đi.
Khi tín hiệu IGT bị ngắt các bugi sẽ đánh lửa.
Tín hiệu IGF:
Tín hiệu IGF là tín hiệu phản hồi của IC đánh lửa để ECU động cơ báo hiệu hệ
thống đánh lửa đã hoạt động. 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 khơng có nghĩa là
thực sự đã có đánh lửa). Nếu động cơ khơng nhận được tín hiệu IGF thì chức năng
chuẩn đốn sẽ tiến hành và một DTC được lưu trữ trong ECU động cơ và chức
năng an toàn sẽ hoạt động và làm ngừng vịi phun nhiên liệu.
24
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1


2.3.3 Bobin đánh lửa
Đánh lửa của hệ thống đánh lửa trực tiếp có kết cấu và nguyên lý tưởng tự
như hệ thống đánh lửa bán dẫn. Tuỳ thuộc vào từng loại hệ thống đánh lửa trực
tiếp mà cấu tạo của bơbin có sự phức tạp khác nhau. Nhưng bơbin vẫn được cấu
tạo gồm hai cuộn sơ cấp và thứ cấp. Số vòng dây của cuộn thứ cấp lớn hơn cuộn
sơ cấp khoảng 100 lần. Một đầu cuộn sơ cấp được nối với IC đánh lửa đầu còn lại
được nối với điện áp (+) từ ắcquy. Cuộn thứ cấp loại một tia lửa chỉ có một đầu
nối với bugi đầu dây còn lại được nối chung với cuộn sơ cấp. Loại hai tia lửa thì
cả hai đầu dây đều được nối với bugi. Nhiện vụ của bôbin vẫn là phát ra xung điện

cao áp trong HTĐL.
Dòng điện trong cuộn sơ cấp:
Khi động cơ hoạt động, dòng điện từ ắcquy 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 xung quanh cuộn dây có lõi sắt từ
ở trung tâm.

Hình 2.11: Mạch điện đóng sơ cấp
1. ECU; 2. IC đánh lửa; 3. Cuộn thứ cấp;
4. Cuộn sơ cấp; 5. Cuộn đánh lửa có IC đánh lửa; 6. Bugi
Ngắt dịng điện vào cuộn sơ cấp:
25
Cơ Điện Tử Ơ Tơ – Nhóm 1