Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus

Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................1
1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................5
1.1. Mục đích đề tài .....................................................................................................5
1.2. Ý nghĩa .................................................................................................................5
2. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ XE FORD FOCUS .........................................6
2.1. Tổng quan về xe Ford Focus ................................................................................6
2.2. Giới thiệu một số hệ thống điện trên xe Ford Focus ............................................8
2.2.1. Hệ thống điều khiển động cơ ............................................................................8
2.2.2. Hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ Z6 ...................................................9
2.2.3. Hệ thống cung cấp điện ...................................................................................11
2.2.3.1. Ắc quy ........................................................................................................... 12
2.2.3.2. Máy phát điện ...............................................................................................13
2.2.3.3. Bộ chỉnh lưu .................................................................................................15
2.2.3.4. Bộ điều chỉnh điện áp ...................................................................................17
2.2.3.5. Hệ thống khởi động .....................................................................................19
2.3. Khảo sát hệ thống đánh lửa trên xe Ford Focus.................................................22
2.3.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống đánh lửa ............................................22
2.3.1.1. Nhiệm vụ.......................................................................................................22
2.3.1.2. Yêu cầu .........................................................................................................22
2.3.1.3. Phân loại .....................................................................................................22
2.3.2. Giới thiệu chung về hệ thống đánh lửa trên xe Ford Focus ............................23
2.3.3. Kết cấu các bộ phận trong hệ thống đánh lửa trên xe Focus ..........................25
2.3.3.1. Kết cấu biến áp đánh lửa (Bô bin) ...............................................................25
2.3.3.2. Bugi ..............................................................................................................26
2.3.3.3. IC đánh lửa ..................................................................................................28
2.3.3.4. Các tín hiệu đầu vào ....................................................................................29
2.3.3.5. Bộ xử lý PCM (powertrain control module) ................................................37
2.3.4. Điều khiển đánh lửa trong hệ thống đánh lửa theo chương trình ...................42
2.3.4.1. PCM điều khiển góc đánh lửa sớm của động cơ .........................................42

2.3.4.2. Hiệu chỉnh góc đánh lửa theo chế độ làm việc của động cơ .......................46

1


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus
2.3.4.3. Điều khiển chống kích nổ.............................................................................50
3. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE FORD FOCUS ..................51
3.1. Cơ sở về hệ thống đánh lửa ................................................................................51
3.1.1. Các thông số chủ yếu của hệ thống đánh lửa ..................................................51
3.1.1.1. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U 2 m ..............................................................51
3.1.1.2. Hiêu điện thế đánh lửa U đl ..........................................................................52
3.1.1.3. Hệ số dự trữ K dt ...........................................................................................52
3.1.1.4. Năng lượng dự trữ W dt trong cuộn sơ cấp ..................................................52
3.1.1.5. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S .............................................53
3.1.1.6. Tần số và chu kỳ đánh lửa ............................................................................53
3.1.1.7. Năng lượng tia lửa .......................................................................................54
3.2. Tính toán thông số điện áp thứ cấp của hệ thống đánh lửa................................54
3.2.1. Cơ sở tính toán ................................................................................................54
3.2.2. Tính toán thông số điện áp thứ cấp của hệ thống đánh lửa.............................58
4. CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ........................................59
4.1. Các hư hỏng thường xảy ra trong hệ thống đánh lửa điện tử .............................59
4.1.1. Mất điện trong mạch sơ cấp ............................................................................59
4.1.2. Mất điện trong mạch thứ cấp ..........................................................................59
4.1.3. Sai thời điểm đánh lửa ....................................................................................59
4.2. Chẩn đoán và khắc phục hư hỏng theo tín hiệu đèn check engine ....................59
4.3. Chẩn đoán hư hỏng theo máy quét mã lỗi .........................................................60
4.4. Chẩn đoán hư hỏng theo tình trạng động cơ Z6 .................................................67
5. KẾT LUẬN ...........................................................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................70

2


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ , ngày nay trên những chiếc xe
ôtô mà bạn đang sử dụng được ứng dụng rất nhiều công nghệ hiện đại để hoàn thiện
cả về mặt tính kinh tế cũng như tính kỹ thuật . Cùng với sự phát triển đó , thì hệ
thống đánh lửa trên ôtô đã không ngừng cải tiến để ngày càng tối ư u hơn trong việc
đánh lửa . Từ đó , nâng cao công suất , giảm tiêu hao nhiên liệu và nhất là giảm ô
nhiễm môi trường .
Nhận thấy sự quan trọng của hệ thống đánh lửa trên ôtô , qua tìm hiểu thực tế,
Em đã chọn đề tài tốt nghiệp Tính toán HTĐL trên động cơ Z6 lắp trên xe Ford
Focus. Đây là đề tài tốt nghiệp đòi hỏi sinh viên ngành động lực biết nhiều kiến
thức về điện tử . Hệ thống đánh lửa mà em khảo sát là loại hệ thống đánh lửa trực
tiếp sử dụng cho từng bugi. Đây là loại hệ thống đánh lửa sử dụng phổ biến trên các
dòng xe hiện đại hiện nay.
Trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu do kiến thức còn hạn chế nên đồ án
không thể tránh khỏi những sai sót và thiếu sót, nên mong các thầy cô giáo chỉ bảo
Qua đồ án tốt nghiệp em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo
trong khoa cơ khí giao thông, đồng thời em gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo
hướng dẫn ThS. Phạm Quốc Thái, người thầy đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành
đồ án tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn.
Đà Nẵng, ngày 10 tháng 06 năm 2012
Sinh viên thực hiện:

Mai Văn Ngự

3


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus
Các kí hiệu viết tắt
STT

Viết tắt

Tiếng anh

Tiếng việt

1

PCM

Power train control

Bộ điều khiển điện tử

2

ECT

Engineer coolant temperature

Nhiệt độ động cơ

3

TP

Throttle positinon sensor

Vị trí bướm ga

4

KS

Knock sensor

Cảm biến kích nổ

5

CMP

Camshaft position

Vị trí trục cam

6

CKP

Cranshaft position

Vị trí trục khuỷu

7

HO2S

Heated oxygen sensor

Cảm biến oxy

8

MAF

Mass air flow

Lưu lượng khí nạp

9

VCT

Variable camshaft timing

Điều chỉnh góc xoay cam

10

IAC

Idle air control

Van điều khiển tốc độ khô ng tải

11

A/CC

Air conditiming conpressor

Điều hòa không khí

12

DLC

Data link connecter

Đường kết nối dữ liệu

13

EGR

Exhaust gas recirculation

Tuần hoàn khí xả

14

DIC

Direct ignition coils

Đánh lửa trực tiếp

15

IC

Integrared circuir

Mạch tích hợp

16

DTC

Diagnostic trouble code

Mã lỗi chẩn đoán hư hỏng

17

EFI

Electronic fuel ijnection

Hệ thống phun xăng điện tử

18

ESA

Electronic spack advance

Đánh lửa sớm điện tử

19

DOHC

Double overhead camshafts

Hai trục cam phía trên xy lanh

Electronic brake-force

Phân bố lực phanh điện tử

20

EBD

distribution

21

ABS

Anti lock braking system

Hệ thống chống bó cứng

22

ESP

Electric stability program

Hệ thống ổn định xe

4


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus
1. MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Mục đích đề tài
- Thấy rõ vai trò quan trọng trong việc tạo ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp
nhiên liệu vào đúng thời điểm .
- Tìm hiểu nắm vững nguyên lý làm việc và từ đó thấy được ưu nhược điểm
của các hệ thống đánh lửa trong các động cơ châm cháy cưỡng bức .
- Thấy được tầm quan trọng trong việc thay thế hệ thống đánh lửa điều khiển
tiếp điểm cơ khí bằng hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử trên các loại xe đời
mới hiện nay.
- Tìm hiểu và nắm vững nguyên lý hoạt động của các cảm biến sử dụng trong
hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6
- Có thể chẩn đoán một cách chính xác và nhanh chóng các hư hỏng trong hệ
thống đánh lửa của động cơ Z6 nói riêng và các động cơ hiện đại tương đương nói
chung.

1.2. Ý nghĩa
- Giúp cho sinh viên tổng hợp các kiến thức đã học một cách lôgic nhất .
- Giúp cho sinh viên tiếp cận thực tế với các động cơ đời mới.
- Hiểu rõ vai trò quan trọng của hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử so
với các hệ thống đánh lửa đời cũ.
- Nắm vững cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6
và từ đó làm tiền đề để nghiên cứu các hệ thống đánh lửa của các động cơ khác.
- Qua việc khảo sát hệ thống đánh lửa còn giúp sinh viên ngành động lực biết
thêm nhiều về các linh kiện điện tử, để từ đó có thể đọc được các sơ đồ mạch điện tử .
- Giúp sinh viên tự tin hơn lúc m ới ra trường chưa có nhiều kinh nghiệm thực
tế về các hệ thống đánh lửa điện tử của các động cơ đời mới .

5


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus
2. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ XE FORD FOCUS
2.1. Tổng quan về xe Ford Focus

Hình 2-1: Các kích thước cơ bản của xe Ford Focus
Xe Ford Focus 1.6L là 1 dòng xe du lịch đ ược sản xuất năm 2007, trang bị
động cơ xăng Z6, 4 xi lanh thẳng hàng, mạnh mẽ, tiết kiệm nhiên liệu, trục cam kép,
16 xupap, phun xăng điện tử đa điểm. Các xupáp đựợc dẫn động trực tiếp từ cam.
Cam được đặt trên nắp máy, gồm 2 trục cam dẫn động xupáp (DOH C). Z6 tích hợp
hệ thống điều khiển van biến thiên VCT (Variable Cam Timing) cho phép tối ưu
hóa thời gian, thời điểm, góc đóng mở của xupáp làm tăng công suất động cơ, tiết
kiệm được nhiên liệu.
Cụm bướm ga được điều kh iển bằng điện , do đó có độ chính xác cao và tiết
kiệm nhiên liệu.
Hệ thống an toàn được trang bị hệ thống chống bó cứng (ABS), hệ thống phân

bố lực phanh điện tử (EBD), hệ thống ổn định xe (ESP). Ngoài ra xe cón được trang
bị thêm các hệ thống an toàn khác như hệ thống túi khí, hệ thống dây đai an toàn....
Hệ thống lái có trợ lực thủ y lực, điều khiển bằng điện tử. Hệ thống điều hòa
điều khiển tự động, hai vùng khí hậu.

6


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus
Bảng 2-1: Các thông số kỹ thuật chính của xe du lịch Ford Focus 1.6L
Loại động cơ
Kiểu
Dung tích xy lanh (cc)
Tỷ số nén
Công suất cực đại
Momen xoắn cực đại (Nm)
Đường kính x hành trình piston (mm)
Thiết kế tăng áp (Turbo)
Tốc độ tối đa ( km/h)
Thời gian tăng tốc từ 0 đến 100 km/h
Hộp số truyền động
Hộp số
Kiểu dẫn động
Tỷ số truyền
Nhiên liệu
Loại nhiên liệu
Hệ thống nạp nhiên liệu
Mức tiêu thụ nhiên liệu
Kích thước - trọng lượng
Dài x Rộng x Cao (mm)

Chiều dài cơ sở (mm)
Chiều rộng cơ sở trước/sau (mm)
Khoảng sáng gầm xe (mm)
Trọng lượng không tải (kg)
Trọng lượng toàn tải (kg)
Bán kính quay vòng tối thiểu
Dung tích thùng xe
Dung tích bình nhiên liệu (lít)
Phanh - Giảm sóc - Lốp xe
Phanh trước
Phanh sau
Giảm sóc trước
Giảm sóc sau
Lốp xe
Vành mâm xe

Focus 1.6L MT
Xăng 1,6L DOHC Van VCT
4 xilanh thẳng hàng
1598
10,8 : 1
77 kw / 6000 rpm
145 Nm / 4000 rpm
83 x 83,1
5 số tay
3,416- 1,482- 1,290- 0,820
Xăng
Hệ thống phun xăng điện tử đa
điểm
6,2l\100km

4488 x 1840 x 1475
2460
1535 / 1531
135 - 180
1260
1745
5575
55
Đĩa tản nhiệt
Đĩa
Độc lập kiểu macPherson
Độc lập kiểu đa liên kết
195 / 65R15
Đúc hợp kim

7


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus
2.2. Giới thiệu một số hệ thống điện trên xe Ford Focus
2.2.1. Hệ thống điều khiển động cơ

Hình 2-2: Sơ đồ khối điều khiển động cơ của xe Focus 1.6L
1-Cảm biến nhiệt độ khí nạp. 2-Cảm biến vị trí bướm ga (cụm ga điện). 3-Cảm biến
nhiệt độ nước làm mát động cơ. 4 -Cảm biến vị trí trục khuỷu. 5-Cảm biến vị trí trục
cam. 6-Cảm biến nhiệt độ không khí xung quanh. 7 -Cảm biến ô xy. 8 -Công tắc áp
suất trợ lực lái. 9-Công tấc đèn dừng. 10 -Công tắc ly hợp. 11-Công tắc phanh. 12Cảm biến bàn đạp chân ga. 13 -Tín hiệu vào. 14 -Cảm biến kích nổ. 15-Rơ le cung
cấp điện. 16-Ắc quy. 17-check engine. 18-PCM. 19-Đường kết nối dữ liệu (DLC).
20-Rơ le bơm nhiên liệu. 21-Bơm xăng. 22-Vòi phun. 23-Đèn chống trộm.
24-Bộ hồi lưu khí xả EGR. 27-Máy nén điều hòa không k hí. 28-Tín hiệu ra.

29-Bô bin. 32- Đồng hồ táp lô.

8


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus
Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng của hệ thống điều khiển động cơ được
thể hiện ở hình 2-2. Hệ thống điều khiển bao gồm: ngõ vào (inputs) của hệ thống
với chủ yếu là các cảm bi ến, Bộ điều khiển trung tâm PCM (Powertrain control
module) là bộ não của hệ thống, ngõ ra (out puts) bao gồm các cơ cấu chấp hành
như: vòi phun, bô bin, động cơ bước (mở bướm ga)....
Cảm biến kiểm soát liên tục tình trạng hoạt động của động cơ và báo về ch o
bộ điều khiển PCM biết. Từ đó, PCM sẽ tính toán, xử lý tín hiệu và đưa tín hiệu
điều khiển đến các cơ cấu chấp hành.
Chương trình điều khiển động cơ được nhà chế tạo viết và cài đặt trong bộ nhớ
của PCM. Tùy thuộc vào từng chế độ làm việc hay tình trạng của động cơ mà PCM
sẽ tính toán dựa trên chương trình sẵn có để đưa ra những tín hiệu điều khiển đến cơ
cấu chấp hành sao cho động cơ làm việc tối ưu.
2.2.2. Hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ Z6

Hình 2-3: Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ Z6
9


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus
Trong động cơ xe Ford 1.6L được trang bị hệ thống p hun xăng điện tử đa điểm
loại L–Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt. Đây là hệ thống phun nhiên liệu đa
điểm, với mỗi kim phun cho từng xy lanh được bố trí gần supáp hút. Ống góp hút
được thiết kế sao cho đường đi của không khí từ bướm ga đến xylanh khá dài, nhờ
vậy, nhiên liệu phun ra được hòa trộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc. Nhiên liệu

cũng không còn thất thoát trên đường ống nạp.
Hệ thống phun xăng điện tử bao gồm 3 phần chính:
- Phần điện trong hệ thống có nhiệm vụ cung cấp thông tin của động cơ tới bộ
điều khiển trung tâm (PCM), thực hiện cấp tín hiệu cho các bộ phận thừa hành, các
bộ phận cảnh báo. Các thông tin cần thu thập phản ánh trang thái làm việc tức thời
của động cơ gồm: nhiệt độ máy, lượng O 2 trong khí xả, lưu lượng khí nạp, vị trí
bướm ga, tín hiệu thời điểm đánh lửa, tín hiệu khởi động, số vòng quay trục khuỷu,
hiện tượng kích nổ, …. Các thông tin được thực hiện nhờ các cảm biến và đưa về
PCM. PCM xử lý các thông tin, tính toán các trạng thái thực tế và đưa ra các tín
hiệu tối ưu điều khiển các cơ cấu thừa hành: vòi phun khởi động lạnh, các vòi phun
chính, điều chỉnh chế độ mở van khí đường không tải.
- Phần cung cấp xăng có nhiệm vụ cung cấp xăng cho các vòi phun xăng chính
và vòi phun xăng khởi động lạnh. Mạch cung cấp xăng thực hiện từ thùng xăng,
bơm xăng, lọc xăng thô, bộ van điều áp, bộ triệt xung áp suất, qua ống dẫn tới các
vòi phun. Xăng được cấp cho vòi phun qua các phần tử lọc tinh bằng Ceramic đặt
trong vòi phun. Trên đường dẫn sau bơm xăng, áp suất xăng có thể đạt tới 220 kPa,
luôn ổn định. Vòi phun xăng chính và vòi phun khởi động lạnh chỉ phun xăng cấp
cho xy lanh động cơ khi có tín hiệu điều khiển từ PCM. Lượng phun của vòi phun
xăng chính được quyết định bởi áp suất nhiên liệu khi phun, thời gian phun, do
PCM điều khiển, theo trạng thái làm việc của động cơ.
- Phần cung cấp không khí có nhiệm vụ cung cấp khí đã lọc sạch và trộn hòa
với xăng tạo thành hỗn hợp được nạp vào các xi lanh qua xupap. Mạch cấp khí
thường xuyên bao gồm: không khí từ khí quyển qua bầu lọc khí, qua bộ đo lưu
lượng khí (lưu lượng kế), tới bướm ga (điều tiết lượng nạp khí theo điều khiển của
chân ga) vào khoang chứa khí chung và chia ra các đường nạp vào từng xy lanh. Tại

10


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus

đây không khí được trộn hòa với xăng, phun ra từ vòi phun chính, đi qua xupap nạp
đến buồng đốt xy lanh.
Hệ thống phun xăng đa điểm ra đời đã khắc phục được các nhược điểm cơ bản
của hệ thống phun xăng đơn điểm như:
- Có thể cấp hỗn hợp khí nhiên liệu đồng đều đến từng xi lanh.
Có thể đạt được tỷ lệ khí nhiên liệu chính xác với tất cả các chế độ làm việc của
động cơ. Hiệu suất nạp hỗn hợp không khí – nhiên liệu cao.
- Đáp ứng k ịp thời với sự thay đổi góc mở bướm ga.
- Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng:có thể làm đậm hỗn
hợp khi nhiệt độ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc.
2.2.3. Hệ thống cung cấp điện
Xe được trang bị rất nhiều thiết bị điện để lái xe được an toàn và thuận tiện.
Xe cần sử dụng điện không chỉ khi đang chạy mà cả khi dừng. Vì vậy, xe có ắc quy
để cung cấp điện và hệ thống nạp để tạo ra nguồn cung cấp điện khi động cơ đang
nổ máy. Hệ thống nạp cung cấp điện cho tất cả các thiết bị điện và để nạp điện cho
ắc quy.
Hệ thống cung cấp bao gồm các thiết bị chính sau đây: Ắc quy, máy phát điện,
bộ chỉnh lưu (đặt trong máy phát), bộ điều chỉnh điện , đèn báo nạp, công tắc máy.

Hình 2-4: Sơ đồ hệ thống cung cấp điện trên xe
11


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus
2.2.3.1. Ắc quy
Chức năng của ắc quy ôtô là cung cấp một dòng điện đủ cho các thiết bị điện
của xe như mô tơ khởi động, đèn pha và gạt nư ớc hoạt động…
Trên xe Focus được trang bị bình ắc quy 12V, với dung lượng 200AH. Mỗi ắc
quy 12V thường có 6 ngăn, mỗi ngăn sản sinh ra một điện áp khoảng 2,1V, các
ngăn được mắc nối tiếp với nhau. Mỗi ngăn bao gồm các tấm cực dương làm bằng

monoxide chì, tấm ngăn có cấu trúc rỗng tổ ong cho phép axit đi qua, cực âm làm
bằng chì nguyên chất và dung dịch điện dịch bằng axi t sulfuric cho phép dòng điện
chạy qua.

Hình 2-5: Cấu tạo bình ắc quy axit.
1-Bản cực âm. 2-Tấm cách. 3- Bản cực dương. 4- Khối bản cực. 5- Cầu nối
các bản cực cùng tên . 6- Đầu ra. 7- Cực dương. 8- Vỏ bình . 9- Đệm làm kín . 10Nút. 11- Nắp. 12- Cầu nối các ngăn. 13-Lỗ thông hơi. 14- Cực âm.
Các tấm cực dương nối với nhau tạo thành cực dương, các tấm cực âm nối với
nhau tạo thành cực âm. Trong quá trình hoạt động (nạp điện hoặc phóng điện) sẽ có
sự chuyển dịch các ion điện tích từ cực dương qua điện dịch đến các cực âm.
Khi ắc quy được nạp đầy điện, tỉ trọng của dung dịch điện dịch là 1,28g/cm 3.
Trong điều kiện thời tiết lạnh, công suất ắc quy và khả năng khởi động lạnh sẽ giảm
xuống do phản ứng hóa học xảy ra chậm hơn. Khi ắc quy được nạp đầy điện, điện
áp của một ngăn có thể lên đến 2,2V, và ắc quy được coi là phóng điện hoàn toàn
khi điện áp của một ngăn giảm xuống 1,75V và tỉ trọng còn là 1,16g/cm3. Trong
điều kiện nạp đầy, cực dương là PbO 2 và cực âm là Pb, dung dịch điện dịch là
H2SO4 hòa tan trong nước. Khi có tải đặt vào hai cực, xảy ra các phản ứng hóa học,
12


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus
ion âm sulfat SO4- sẽ di chuyển về hai cực âm và dương tạo thành PbSO 4, đồng
thời, các phần tử ô xy từ cực dương cũng tách ra và tác dụng với các ion dương
hydrogen tạo thành nước, quá trình này giải phóng năng lượng điện cấp cho các tải.
Trong quá trình phóng điện, nồng độ axit giảm đồng thời tỉ trọng điện dịch cũng
giảm do đó có thể dùng tỉ trọng điện dịch để đo độ nạp của ắc quy. Trong quá trình
nạp lại ắc quy, quá trình xảy ra ngược lại, PbSO 4 tại hai cực sẽ biến thành Pb và
PbO2 và dung dich điện dịch sẽ chuyển thành nước. Thông thường ắc quy luôn ở
trong tình trạng nạp một ph ần. Khi ắc quy đã nạp đầy mà vẫn tiếp tục nạp thì xảy ra
quá trình tách nước và giải phóng khí hidrogen có thể gây cháy nổ. Khi sử dụng ắc

quy để khởi động cho một xe khác, do dòng điện sử dụng lớn nên một lượng lớn khí
hidrogen được giải phóng cũng có thể gây cháy nổ. Ắc quy chì được thiết kế không
để tình trạng phóng điện hoàn toàn mà phải luôn được nạp đầy, khi phóng điện hoàn
toàn có thể xảy ra quá trình sulfat hóa hoặc biến cứng bề mặt sulfat chì làm giảm
công suất của ắc quy hay còn gọi là hiện tượng ắc quy bị chai. Cần hết sức cẩn thận
khi thao tác với ắc quy vì nó chứa H 2SO4 là một chất ăn mòn mạnh và hidrogen,
một chất dễ cháy nổ.
2.2.3.2. Máy phát điện

Hình 2-6: Cấu tạo máy phát điện xoay chiều kích thích kiểu điện từ
1- Stato và cuộn dây; 2- Rô to; 3- Cuộn kích thích; 4- Quạt gió; 5- Puli;
6,7- Nắp; 8 - Bộ chỉnh lưu; 9 - Vòng tiếp điện; 10 - Chổi điện và giá đỡ

13


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus
Máy phát điện trên ô tô nói chung được sử dụng để cung cấp điện cho các phụ
tải và nạp điện cho ắcquy. Nguồn điện phải đảm bảo một hiệu đ iện thế ổn định ở
mọi chế độ phụ tải và thích ứng với mọi điều kiện môi trường làm việc.
Máy phát sử dụng trên xe Focus là loại máy phát điện xoay chiều 3 pha kích thích
kiểu điện từ.
Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều kich thích kiểu điện từ loại có v òng tiếp
điện gồm những bộ phận chính là: rotor, stator, puli, cánh quạt, bộ chỉnh lưu, quạt,
vòng tiếp điểm. Máy phát trang bị trên xe sử dụng bộ điều chỉnh điện bên ngoài.
Rotor: Gồm hai chùm cực hình móng lắp then trên trục. Giữa các chùm cực có
các cuộn dây kích thích đặt trên trục qua ống lót bằng thép. Các đầu của cuộn dây
kích thích được nối với các vòng tiếp điện gắn trên trục máy phát. Trục của rôto
được đặt trên các ổ bi lắp trong các nắp bằng hợp kim nhôm. Trên nắp, phía vòng
tiếp điện còn bắt gi á đỡ chổi điện. Một chổi điện được nối với vỏ máy phát, chổi

còn lại nối với đầu ra cách điện với vỏ. Trên trục còn lắp cánh quạt và puli dẫn
động.

Hình 2-7: Rotor và các chi tiết chính của rotor.
1,3- Các nửa rotor trái và phải; 2 - Cuộn kích thích; 4- trục.
Stator: Stator gồm khối thép từ ghép từ các lá thép điện kỹ thuật, phía trong có
xẻ rãnh phân bố đều để đặt cuộn dây phần ứng.

14


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus

Hình 2-8: Stator và các chi tiết chính của stator.
1-Stator; 2- Cuộn dây stator; 3- Lõi stator; 4- Đầu ra.
2.2.3.3. Bộ chỉnh lưu
Các thiết bị điện trên xe đều yêu cầu dòng điện một chiều để hoạt động và ắc
quy cần dòng điện một chiều để nạp. Trên xe sử dụng máy phát điện xoay chiều 3
pha nên muốn sử dụng dòng điện này cần phải biến đổi thành dòng một chiều. Việc
biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều gọi là “chỉnh lưu”.
Trên xe Focus sử dụng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha, dùng các diode như hình 2-9.
Diode là một vật liệu bán dẫn nó chỉ cho phép dòng điện đi qua theo một chiều, cấu
tạo bởi chất bán dẫn Silic hoặc Gecmani có pha thêm một số chất để tăng cường
electron tự do.
Điện áp tức thờ i trên các pha A, B, C là :
UA = Um.sin t ; UB = Um.sin( t  2 / 3 ); UC = Um.sin( t  2 / 3 )
Trong đó:
Um là điện áp cực đại của máy phát.

  2 . f

 là vận tốc góc.

Giá trị tức thời của điện áp chỉnh lưu:
U mf = 3 .U m .Cos  t

15


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus

Hình 2-9: Sơ đồ bộ chỉnh lưu cầu 3 pha
Khi rôto quay các vòng tiếp theo một vòng, dòng điện được sinh ra trong mỗi
cuộn dây được lặp lại theo chu trình trên. Ta nhận thấy dòng điện sau khi được nắn
(chỉnh lưu) thành dòng một chiều vẫn còn nhấp nhô, vì vậy trên ô tô thường sử
dụng các bộ lọc (tụ điện, cuộn cảm) nắn điện sao cho dòng điện ra đến tải gần với
dạng đường thẳng.

Hình 2-10: Dòng điện và điện áp phát ra.
16


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus
2.2.3.4. Bộ điều chỉnh điện áp
Khi điều chỉnh điện áp và cường độ dòng điện của máy phát trong các hệ
thống cung cấp điện thì đối tượng điều chỉnh là máy phát và ắc quy. Hoạt động
đồng thời của máy phát cùng ắc quy xả y ra khi có sự thay đổi vận tốc quay của
phần ứng (rotor) của máy phát, của tải và của nhiệt độ trong phạm vi rộng. Để các
bộ phận tiếp nhận điện năng làm việc bình thường thì điện thế của lưới điện phải
không đổi. Vì vậy cần phải có sự điều chỉnh điện thế .
Trong quá trình vận hành, máy phát có thể có những trường hợp khi tải vượt

quá trị số định mức. Điều này sẽ dẫn đến hiện tượng bị cháy, làm giảm khả năng
chuyển đổi mạch hoặc quá nhiệt, dẫn đến tăng tải trên các chi tiết cơ khí của hệ
thống dẫn động máy phát. Vì vậy, cần có thiết bị đảm bảo sự hạn chế dòng điện của
máy phát. Tất cả các chức năng này ở hệ thống cung cấp điện cho ôtô, máy kéo
được thực hiện tự động nhờ bộ điều chỉnh điện.
Điện áp của máy phát được xác định như sau:
U mf 

C E .n.
1 

(V)

Trong đó: Umf - Điện áp ra của máy phát (V).
n - Tốc độ của máy phát (v/ph).
 - Từ thông cực từ (Wb).
CE - Hệ số phụ thuộc kết cấu mạch từ.
 - Hệ số tải.
Từ biểu thức trên ta thấy: điện áp ra của máy phát phụ thuộc vào tốc độ má y
phát (tức là phụ thuộc vào tốc độ động cơ) và phụ thuộc vào tải.
Trên ôtô, tốc độ động cơ thay đổi trong một phạm vi rộng từ 500 ÷ 700 (v/ph)
ở tốc độ cầm chừng và đến khoảng 4000 ÷ 6000 (v/ph) ở tốc độ cao  tốc độ máy
phát thay đổi. Ngoài ra, các phụ t ải sử dụng trên xe như: đèn, hệ thống điều hòa, gạt
nước mưa.... luôn thay đổi (tức là  luôn thay đổi)  Làm cho Umf thay đổi.
 Để Umf ổn định cần phải sử dụng bộ điều chỉnh. Từ biểu thức ta thấy để
Umf = Uđm cần phải điều chỉnh , tức là điều chỉnh dòng kích từ.
Trên các ô tô hiện đại ngày ngay, người ta sử dụng bộ điều chỉnh bán dẫn vì
những ưu điểm vượt trội của nó so với bộ điều chỉnh cơ khí. Các bộ điều chỉnh cơ
17

Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus
khí có nhược điểm quan trọng là tính trễ và đặc tính nhiệt của nó, tính trễ gây ra sự
sụt áp, khi tiếp điểm cơ khí làm việc ở tốc độ cao với dòng lớn sẽ sinh nhiệt lớn làm
cho tiếp điểm nhanh mòn và phải thường xuyên bảo dưỡng. Trong khi đó bộ điều
chỉnh bán dẫn có những ưu điểm: Điện áp điều chỉnh ổn định, biên độ dao động
nhỏ. Dải điện áp ra hẹp hơn và ít thay đổi theo thời gian. Chịu được rung động và
có độ bền cao do không có các chi tiết chuyển động.

Hình 2-11: Mạch điều chỉnh điện áp
Bộ điều chỉnh dòng điện gồm hai thành phần: thành phần đo R 1, R2, D1 và
thành phần hiệu chỉnh T1, T2.
Khi bật công tắc máy, dòng điện từ ắc quy đến bộ điều chỉnh, đến R1  R2
 mass. Điện áp đặt vào D1 = U.R2 /(R1 + r2) < UOZ điện thế làm việc của D 1, nên
T1 đóng. Do đó, dòng đi theo mạch R 3  D2  R4  mass.
Khi số vòng quay n máy phát tăng cao, hiệu điện thế tăng và điện áp đặt vào D 1
tăng khiến nó dẫn làm T 1 dẫn bão hòa và T 2 đóng.
Dòng điện trong cuộn W kt giảm khiến điện áp máy phát giảm theo. D 1 sẽ đóng
trở lại làm T 1 đóng và T2 mở. Quá trình này lại lặp đi lặp lại.
Khi cường độ dòng điện I kt giảm trên Wkt xuất hiện một sức điện động tự cảm
và đi ốt D3 dùng để bảo vệ transistor T2.
18


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus
Trong sơ đồ này, người ta sử dụng mạch hồi tiếp âm bao gồm R 5 và tụ C. Khi
T2 chớm đóng, điện áp tại cực C tăng làm xuất hiện dòng nạp I c (Wkt  T1 C 
R5  R  mass).
Điện thế tại chân B của T 1 tăng vì UBE1 = R (I + IC) khiến T 1 chuyển nhanh
sang trạng thái bão hoà và T2 chuyển nhanh sang trạng thái đóng.

Khi T2 chớm mở, tụ C bắt đầu phóng theo mạch + C  T2  R  R5  - C.
Dòng phóng đi qua điện trở R theo chiều ngược lại v à điện áp đặt vào mối nối BE
của T1 có giá trị: UBE1 = (I – Ic)R khiến T 1 chuyển nhanh sang trạng thái đóng và T 2
chuyển nhanh sang trạng thái bão hòa. Như vậy, mạch hồi tiếp giúp tăng tần số
đóng mở của tiết chế, giúp tăng chất lượng điện áp hiệu chỉnh và giảm nhiệt tỏa ra
trên transistor.
Lúc bắt đầu hoạt động, hiệu điện thế làm việc của tiết chế được xác định:
U1 = I1R1 + R2(I1 – I)
U1 = I1R1 + UOZ + RZI + IR.
Trong đó:
I = UBE1 /R. Thế giá trị I vào 2 phương trình trên, ta được:
U1 (R1 + R2) – R2UBE1/R
U1 = R1I1 + UOZ + RZUBE1/R + UBET1
Giải hệ phương trình trên qua U1, ta thu được:
U1 = (1 + R1/R2)[UOZ + (RZ + R)UBE/R] + R1UBE1/R
Như vậy, muốn tăng hiệu điện thế hiệu chỉnh ta tăng R 1 hoặc giảm R 2
2.2.3.5. Hệ thống khởi động
Hệ thống khởi động có nhiệm vụ cung cấp một nguồn năng lượng bên ngoài ,
quay động cơ đến một tốc độ tối thiểu nào đó để đảm bảo nhiên liệu đưa vào động
cơ có thể đốt cháy được và sau đó động cơ có thể tự làm việc được . Tốc độ tối thiểu
đó gọi là tốc độ khởi động của động cơ ( nkd). Đối với động cơ xăng tốc độ khởi
động thường nằm trong khoảng 35÷50 (v/ph) . Hầu hết trên ô tô đều trang bị hệ thống
khởi động bằng động cơ điện một chiều .

19


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus

Hình 2-12: Sơ đồ nguyên lý hệ thống khởi động

1- Ắc quy; 2- Máy khởi động; 3- Lò xo; 4- Khớp truyền động; 5- Cần gạt; 6- Lõi
Solennoid; 7- Cuộn hút; 8- Cuộn giữ; 9- Đĩa tiếp điện; 10 - Tiếp điểm; 11- Cầu chì;
12- Rơle máy khởi động; 13- Công tắc máy khởi động.
Khi bật công tắc máy khởi động ở vị trí Star (13) có dòng điện từ (+) ắc quy
 Cầu chì (11)  Rơle (12)  Vào đồng thời cuộn kéo (7) và cuộn giữ (8). Dòng
điện từ ăcquy chạy qua cuộn giữ về mát trực tiếp , đồng thời cũng chạy qua cuộn
kéo về mát trong máy khởi động. Cả hai cuộn cùng tạo từ trường mạnh hút lõi thép
qua phía phải áp đĩa tiếp điện vào hai tiếp điểm đóng mạch cho dòng điện chạy trực
tiếp từ (+) ắc quy vào roto máy khởi động làm quay máy khởi động .
Công dụng của cuộn kéo là tạo thêm từ trường đủ mạnh vào lúc đầu để đẩy
bánh răng khớp truyền động cài vào vành răng bánh đà , áp đĩa tiếp điện vào hai tiếp
điểm. Khi đĩa tiếp điện đã áp vào hai tiếp điểm thì điện (+) ăcquy đặt vào cả hai đầu
dây của cuộn kéo nên không có dòng điện qua cuộn này. Cuộn giữ vẫn tiếp tục tạo
từ trường duy trì đĩa tiếp điện áp vào hai tiếp điểm đóng mạch cho máy khởi động.
Hệ thống khởi động điện bao gồm ba bộ phận chính là: Động cơ điện một
chiều; Khớp truyền động và cơ cấu điều khiển .

20


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus

Hình 2-13: Sơ đồ mạch điện hệ thống khởi động
21


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus
2.3. Khảo sát hệ thống đánh lửa trên xe Ford Focus
2.3.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống đánh lửa
2.3.1.1. Nhiệm vụ

Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều thế hiệu thấp hoặc
các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp thành các xung điện cao thế (1500040000V) đủ để tạo nên tia lửa (phóng qua khe hở bugi) đốt cháy hỗn hợp làm việc
trong các xy lanh của động cơ vào những thời điểm thích hợp và tương ứng với
trình tự xy lanh và chế độ làm việc của động cơ.
2.3.1.2. Yêu cầu
Hệ thống đánh lửa phải thoả mãn các yêu cầu sau:
- HTĐL phải sinh ra dòng thứ cấp đủ lớn để tạo ra tia lửa điện phóng điện qua
khe hở bugi trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ.
- Tia lửa trên bugi phải đủ năng lượng và thời gian phóng để sự cháy bắt đầu.
- Góc đánh lửa sớm phải đúng trong mọi chế độ hoạt động của động cơ.
- Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt
độ cao và độ rung xóc lớn.
- Sự mài mòn điện cực bugi phải nằm trong khoảng cho phép.
- Độ tin cậy làm việc của hệ thống đánh lửa phải tin cậy tương ứng với chê độ
làm việc của động cơ.
- Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ.
2.3.1.3. Phân loại
Ngày nay, hệ thống đánh lửa được trang bị trên ôtô có rất nhiều loại khác
nhau. Dựa vào cấu tạo, hoạt động, phương pháp điều khiển, người ta phân loại hệ
thống đánh lửa theo các cách phân loại sau:
- Phân loại theo đặc điểm cấu tạo
- Phân loại theo phương pháp tích luỹ năng lượng trước khi đánh lửa:
- Phân loại theo phương pháp điều khiển bằng cảm biến
- Phân loại theo cách phân bố điện cao áp
- Phân loại theo phương pháp góc đánh lửa sớm

22


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus

2.3.2. Giới thiệu chung về hệ thống đánh lửa trên xe Ford Focus
Động cơ Z6 được trang bị hệ thống đánh lửa theo chương trình sử dụng bôbin
đơn, hệ thống có bốn cuộn đánh lửa cùng với bốn IC đánh lửa độc lập cho mỗi
xylanh. IC đánh lửa cùng với cuộn đ ánh lửa làm thành một cụm chi tiết nên hệ
thống cực kì nhỏ gọn . PCM động cơ sẽ nhận tín hiệu đầu vào từ các cảm biến và xử
lý thông tin một cách chính xác từ đó xác định thời điểm và phát ra tín hiệu đánh
lửa tối ưu cho các quá trình hoạt động khác nhau củ a động cơ .

Hình 2-14: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ Z6
Trong sơ đồ hình 2-14, PCM sau khi khi xử lý tín hiệu từ các cảm biến sẽ
gửi tín hiệu đến cực C của từng transistor công suất trong IC đánh lửa (igniter) theo
thứ tự thì nổ và thời điểm đánh lửa.
Cuộn sơ cấp của các bô bin loại này có điện trở rất nhỏ (R1<1 Ω) và trên
23


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus
mạch sơ cấp không sử dụng điện trở phụ vì xung điều khiển đã được xén sẵn trong
PCM. Vì vậy, không được thử trực tiếp loại bôbin này bằng điện áp 12V.

Hình 2-15: Sơ đồ mạch điện hệ t hống đánh lửa động cơ Z6
1- bô bin xylanh số 1; 2- bô bin xylanh số 2; 3- bô bin xy lanh số 3; 4- bô bin
xylanh số 4; 5- Tụ điện; 6,9 - Powertranin Control Module (PCM); 7- cảm biến vị
trí trục khuỷu; 8- cảm biến vị trí trục cam; 10- cảm biến kích nổ.
Một hệ thống đánh lửa với các cuộn dây đánh lửa trực tiếp được sử dụng. Điều
này làm cho quá trình đốt cháy nhiên liệu được ổn định hơn và lượng khí thải ra
môi trường giảm. Hệ thống đánh lửa này thì một bô bin đánh lửa trức tiếp cho mỗ i
bugi và chỉ có 1 tia lử a điện được tạo ra cho mỗi cuộn dây đánh lửa trực tiếp trong
kì nén của động cơ. Để làm được điều này thì PCM (powertrain control module)
của động tiếp nhận và đánh giá các tín hiệu được gửi về từ các cảm biến trục

khuỷu(CKP) và tr ục cam (CMP) để làm sao cho đánh lửa đúng thời điểm.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên xe Ford Focus:
PCM động cơ nhận các tín hiệu CMP , tín hiệu CKP và các tín hiệu khác từ các
cảm biến lắp trên động cơ Z6. Các tín hiệu này đều được chuyển t hành tín hiệu điện
24


Tính toán hệ thống đánh lửa trên động cơ Z6 trên xe Ford Focus
trước khi đến PCM động cơ và PCM động cơ sẽ xử lý các tín hiệu này dựa vào bộ
nhớ trong của nó để xác định thời điểm đánh lửa sao cho tối ưu nhất ứng với mọi
điều kiện làm việc của động cơ. Khi đã xác định được thời điểm đánh lửa, PCM
độ ng cơ gửi tín hiệu điều khiển đánh lửa đến chân C của IC đánh lửa. Trong khi tín
hiệu điều khiển đánh lửa được gửi đến để bật IC đánh lửa, dòng điện sơ cấp chạy
trong cuộn dây đánh lửa. Khi tín hiệu điều khiển đánh lửa tắt, dòng điện sơ cấp đến
cuộn dây đánh lửa sẽ bị ngắt. Việc dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột sẽ tạo ra dòng cao
áp trong cuộn dây đánh lửa, đốt cháy hỗn hợp trong buồng cháy.
2.3.3. Kết cấu các bộ phận trong hệ thống đánh lửa trên xe Focus
2.3.3.1. Kết cấu biến áp đánh lửa (Bô bin)
Biến áp đá nh lửa là loại biến áp cao thế đặc biệt dùng để biến xung điện thế
hiệu thấp (12V) thành các xung điện thế cao (15000…40000V) đảm bảo cho việc
đánh lửa trong động cơ .
Động cơ Z6 sử dụng bô bin đơn cho từng máy, các IC đánh lửa cũng được bố trí
ngay trên các cuộn đánh lửa tạo thành cụm chi tiết có kết cấu rất nhỏ gọn .
Các cuộn sơ cấp và thứ cấp được quấn quanh lõi , số vòng quay của cuộn thứ
cấp lớn hơn rất nhiều so với cuộn sơ cấp . Một đầu cuộn sơ cấp được nối với IC
đánh lửa , còn một đầu của cuộn thứ cấp được nối với bugi. Các đầu còn lại của các
cuộn được nối với dòng cấp từ ắc quy thông qua giắc cắm.
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 IC điều khiển đóng ngắt dòng điện thông qu a
các transistor (đang đóng kín mạch điện thì đột ngột mở ra). Khi dòng điện ở cuộn

sơ cấp bị ngắt đi, từ điện trường 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 vòng của cuộn thứ cấp lớn gấp rất nhiều lần số vòng dây cuộn sơ
cấp nên dòng điện ở cuộn thứ cấp có điện áp rất lớn. Dòng điện cao áp này được bộ
chia điện đưa đến nến bugi qua dây cao áp.

25