Luận văn Nghiên cứu hệ thống đánh lửa động cơ Toyota Camry 2010

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1. Lý do chọn đề tài.
Động cơ đốt trong đã có lịch sử phát triển hơn 100 năm qua. Từ khi đƣợc
đƣa vào sử dụng trên ôtô máy kéo nó đã trở thành một nguồn động lực chính có tầm
quan trọng khá lớn trong nghành công nghiệp ôtô. Vấn đề lớn đƣợc đặt ra lúc này là
sự ô nhiễm môi trƣờng-khí thải-sự nóng lên toàn cầu đƣợc cả thế giới quan tâm,
xuất phát từ vấn đề này các nhà thiết kế luôn tìm cách để cải tiến, tăng hiệu suất làm
việc, giảm mức tiêu thụ nhiên liệu, tăng tính kinh tế, cũng nhƣ mức độ an toàn sử
dụng và giảm mức độ độc hại trong khí xả động cơ. Do đó các hệ thống trên động
cơ không ngừng thay đổi. Trong đó, hệ thống đánh lửa là một trong những hệ thống
đƣợc quan tâm hơn cả.
Quá trình phát triển của hệ thống đánh lửa trãi qua các đời nhƣ sau:
-

Hệ thống đánh lửa kiểu cơ khí (sử dụng vít lửa).

-

Hệ thống đánh lửa bán dẫn (sử dụng cảm biến).

-

Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng chƣơng trình.

-

Hệ thống đánh lửa trực tiếp (sử dụng bôbin đôi-đơn).

Để hiểu rõ hơn về hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng chƣơng trình

nên tôi đã chọn đề tài “ NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
ĐỘNG CƠ TOYOTA CAMRY 2010, SỬA CHỮA PHỤC HỒI MÔ HÌNH ĐỘNG
CƠ DIESEL”. Đề tài chỉ đƣợc thực hiện trong thời gian ngắn nên nhóm thực hiện
chỉ tập trung nghiên cứu, giải quyết những vấn đề cơ bản xung quanh nội dung: tìm
hiểu sự khác biệt giữa hệ thống đánh lửa này với các hệ thống đánh lửa còn lại, các
bộ phận và nguyên lý hoạt động của hệ thống, tầm quan trọng của việc đánh lửa
đúng thời điểm để giải quyết đƣợc tính kinh tế nhiên liệu và vấn đề môi trƣờng, cấu
tạo và nguyên lý hoạt động của các cảm biến, ảnh hƣởng của các tín hiệu từ các cảm
biến đến việc đánh lửa của động cơ.

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2. Mục tiệu của đề tài.
Đề tài nguyên cứu có thể dùng làm tƣ liệu cho ngƣời đọc có cơ sở hiểu rõ
hơn về hệ thống đánh lửa và mô hình động cơ có thể phục vụ cho công tác giảng
dạy thực hành.
Việc hoàn thành đề tài giúp tôi hoàn thiện đƣợc chƣơng trình bậc Cao Đẳng sau 3
năm học tập tại trƣờng.
Nhằm cũng cố và hệ thống lại khối lƣợng kiến thức đã đƣợc học, giúp tôi hiểu
thêm về những thành tựu khoa học kỹ thuật hiện đại đã và đang đƣợc áp dụng trong
lĩnh vực công nghiệp ôtô hiện nay.
Với kết cấu gọn gàng của mô hình và cách bố trí hợp lý trên sa bàn nó đã làm
tăng đƣợc mức độ trực quan của ngƣời học, qua đó sinh viên có thể tiến hành thực
hành, thử nghiệm…Kích thích khả năng tìm tòi và sáng tạo trong học tập của sinh
viên.

3. Kết cấu của đề tài.
Nghiên cứu lý thuyết với mô hình thực hành khóa luận. Nội dung chính của khóa
luận bao gồm:
-

Thực hiện lý thuyết “NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

ĐỘNG CƠ TOYOTA CAMRY 2010”.
-

Thực hiện việc sửa chữa “SỬA CHỮA PHỤC HỒI MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ

DIESEL”.
Nội dung khóa luận bao gồm:
Chƣơng 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu.
Chƣơng 2. Tổng quan về hệ thống đánh lửa trên ôtô.
Chƣơng 3. Hệ thống đánh lửa trên động cơ TOYOTA CAMRY 2010.
Chƣơng 4. Chẩn đoán hƣ hỏng của hệ thống đánh lửa.
Chƣơng 5. Sửa chữa phục hồi mô hình động cơ Diesel.
4. Giới hạn của đề tài.

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Do thời gian thực hiện đề tài hạn chế, nên đề tài của tôi chỉ tập trung vào nghiên
cứu cấu tạo các bộ phận chính và nguyên lí hoạt động của hệ thống đánh lửa trực
tiếp điều khiển bằng chƣơng trình trên động cơ TOYOTA CAMRY 2O10.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài.
Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài em có sử dụng một số phƣơng pháp

nghiên cứu sau:
- Tra cứu trong các tài liệu, giáo trình kỹ thuật, sách vở, tài liệu khai thác, bảo
dƣỡng sửa chữa của động cơ TOYOTA CAMRY 2010.
- Tìm kiếm thông tin trên mạng Internet. So sánh và chọn lựa những thông tin
cần thiết, đáng tin cậy.
- Tham khảo ý kiến của Thầy hƣớng dẫn.
- Tổng hợp và phân tích các nguồn dữ liệu thu thập đƣợc, từ đó đƣa ra những
nhận xét của mình.

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƢƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ÔTÔ
1. Nhiệm vụ - yêu cầu – phân loại.
1.1 Nhiệm vụ:
Hệ thống đánh lửa (HTĐL) có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều thế hiệu thấp
(12V, hay 24V) hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp thành các xung điện
cao thế (12000- 40000V) đủ để tạo nên tia lửa (phóng qua khe hở bugi) đốt cháy
hỗn hợp làm việc trong các xylanh đúng thời điểm để tạo ra tia lửa điện cao thế.
1.2 Yêu cầu:
- 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 lƣợng 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 tƣơng ứng với chê độ
làm việc của động cơ.
- Kết cấu đơn giản, bảo dƣỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ.
1.3 Phân loại:
Ngày nay, hệ thống đánh lửa đƣợc trang bị trên ôtô có rất nhiều loại khác nhau.
Dựa vào cấu tạo, hoạt động, phƣơng pháp điều khiển, ngƣời ta phân loại hệ thống
đánh lửa theo các cách phân loại sau:


Phân loại theo phƣơng pháp tích lũy năng lƣợng.
Hệ thống đánh lửa điện cảm: cuộn dây (bôbin).
Hệ thống đánh lửa điện dung: tụ điện.



Phân loại theo phƣơng pháp điều khiển bằng cảm biến.
Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa (loại thƣờng).
Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ.

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall.
Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang.


Phân loại theo phƣơng pháp bố trí dòng điện cao áp.
Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ chia điện (có delso).

Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS(không có delco): Bôbin đơn, Bôbin đôi.

Thay vì sử dụng bộ chia điện, hệ thống này sử dụng bô bin đơn hoặc đôi cung
cấp điện cao áp trực tiếp cho bugi. Thời điểm đánh lửa đƣợc điều khiển bởi ESA
của ECU động cơ. Trong các động cơ gần đây, hệ thống đánh lửa này chiếm ƣu thế.

Hình 2.1 Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS(bôbin đôi - đơn).


Phân loại theo phƣơng pháp điều khiển đánh lửa.
Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng cơ khí.
Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử

ESA.
2. SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA.

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa.
Cấu tạo: Accu, Công tắc chính (IGSW), Điện trở phụ (Rf ), IC (transistor T), Bộ
tạo xung, Bộ chia điện, Bôbin.
5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nguyên lý hoạt động.
Hệ thống đánh lửa hoạt động dựa vào hiện tƣợng tự cảm (tự cảm tƣơng hỗ),
trƣờng điện từ đƣợc sinh ra khi dòng điện chạy qua cuộn dây. Kết quả là sinh ra 1
suất điện động, tạo ra một từ thông chạy qua cuộn dây.
Hiện tƣợng tự cảm tƣơng hổ: khi hai cuộn dây đặt trên một đƣờng thẳng, dòng
điện trong một cuộn dây (cuộn sơ cấp) có hƣớng cản lại sự thay đổi từ thông trong
cuộn dây sơ cấp.

3. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA.
3.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại.
Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là hiệu điện thế cực đại đo đƣợc ở hai đầu
cuộn dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại
phải đủ lớn để có khả năng tạo đƣợc tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặc biệt
lúc khởi động.
3.2 Hiệu điện thế đánh lửa Uđl.
Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa xảy ra, đƣợc gọi là hiệu điện
thế đánh lửa (Uđl).
3.3 Góc đánh lửa sớm.
Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ tính từ thời điểm xuất
hiện tia lửa điện tại bugi cho đến khi pít tông lên đến tận điểm chết trên.
Góc đánh lửa sớm ảnh hƣởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế và độ ô nhiễm
của khí thải động cơ.
Nếu thời điểm đánh lửa xảy ra sớm hơn hay muộn hơn thời điểm tối ƣu đều làm
giảm công suất và chất lƣợng của động cơ.
3.4 Hệ số dự trữ Kdt.
Hệ số dự trữ là tỉ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m và hiệu điện thế đánh
lửa Uđl. Mục đích cần có hệ số dự trữ dể đảm bảo rằng hiệu điện thế đánh lửa luôn
luôn đạt trong giới hạn yêu cầu.
Kdt=

6

U 2m
U dl


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
3.5 Năng lƣợng dự trữ Wdt.

Năng lƣợng dự trữ Wdt là năng lƣợng tích lũy dƣới dạng từ trƣờng trong cuộn dây
sơ cấp của bô bin. Để đảm bảo tia lửa có đủ năng lƣợng đốt cháy hoàn toàn khí, hệ
thống đánh lửa phải đảm bảo đƣợc năng lƣợng đánh lửa trên cuộn sơ cấp của bô bin
ở một giá trị xác định.
Wdt 

Trong đó:

L1 .ing2
2

Wdt - Năng lƣợng dự trữ trên cuộn sơ cấp [W.s]
L1 - Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bô bin [H]
Ing - Cƣờng độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm transistor công

suất ngắt. [A]
3.6 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp.
du2 u 2

dt
t

S

Trong đó:

S - Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp
u 2 -

Độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

t - thời gian biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp càng lớn thì tia lửa điện xuất hiện tại
điện cực bugi càng nhanh, nhờ đó không bị rò rỉ qua muội than trên điện cực bugi,
năng lƣợng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm.
3.7 Tần số và chu kỳ đánh lửa.
Đối với động cơ 4 kỳ, số tia lửa điện xảy ra trong một giây hay còn gọi là tần số
đánh lửa, đƣợc xác định bởi công thức:
f 

n.Z
(Hz)
120

Đối với động cơ 2 kỳ:
f 

Trong đó:

n.Z
(Hz)
60

f - Tần số đánh lửa [Hz]
n - Số vòng quay của trục khuỷu động cơ (vòng phút)
Z - Số xy lanh động cơ

7

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chu kỳ đánh lửa T là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa
T

1
= tđ+ tm.
f

Trong đó :tđ - Thời gian vít đóng hay transistor công suất dẫn bão hòa [s]
Tm - Thời gian vít hở hay transistor công suất ngắt [s]
Tần số đánh lửa f tỉ lệ với số vòng quay của trục khuỷu động cơ và số xy lanh.
Khi tăng số vòng quay của động cơ và số xy lanh, tần số đánh lửa f tăng do đó chu
kỳ đánh lửa T giảm xuống. Vì vậy, khi thiết kế cần chú ý đến hai thông số chu kỳ
và tần số đánh lửa để đảm bảo ở vòng quay cao nhất của dộng cơ tia lửa vẫn mạnh.
3.8 Năng lƣợng tia lửa và thời gian phóng điện.
Thông thƣờng, tia lửa điện bao gồm hai thành phần là phần diện dung và phần
điện cảm. Năng lƣợng của tia lửa đƣợc tính theo công thức:
Wp= WC+ WL
Trong đó:
WC=

C 2 .U dl2
2

WL 

L2 .i22
2

WP - Năng lƣợng của tia lửa. [W.s]
WC - Năng lƣợng của thành phần tia lửa có điện dung. [W.s]
WL - Năng lƣợng của thành phần tia lửa có tính điện cảm. [W.s]
C2 - Điện dung ký sinh tại mạch thứ cấp của bugi [F]
Uđl - Hiệu điện thế đánh lửa. [V]
L2 - Độ tự cảm của mạch thứ cấp. [H]
i2 - Cƣờng độ dòng điện mạch thứ cấp. [A]
Tùy thuộc vào loại hệ thống đánh lửa mà năng lƣợng tia lửa có đủ hai thành phần
điện cảm và điện dung hoặc chỉ có một thành phần.
Thời gian phóng điện giữa hai điện cực của bugi tùy thuộc vào loại hệ thống
đánh lửa. Tuy nhiên, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo năng lƣợng tia lửa đủ lớn và
thời gian phóng điện đủ dài để đốt cháy đƣợc hòa khí ở mọi chế độ hoạt động của
động cơ.

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
* Lý thuyết đánh lửa trên ô tô: gồm 3 giai đoạn.
Giai đoạn 1: Tăng trƣởng dòng sơ cấp khi KK’ đóng, bộ tạo xung sinh ra tín
hiệu tạo dòng kích cho transistor T hoạt động.

Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc hệ thống đánh lửa.
Trong sơ đồ trên gồm có:
Rf: Điện trở phụ
R1: Điện trở cuộn sơ cấp
L1, L2: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp
T: Transistor công suất đƣợc điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm biến hoặc vít
lửa.
Dòng đi từ: (+)AQ - IGSW - Rf - L1 - T(IC)-Mass. Dòng I1 đi từ (0-Imass )

Giai đoạn 2: Quá trình ngắt dòng sơ cấp
Khi trasisitor công suất ngắt, dòng điện sơ cấp và từ thông do nó sinh ra giảm đột
ngột (Imass-0). Trên cuộn thứ cấp của bô bin sẽ sinh ra một hiệu điện thế vào
khoảng 15kV  40kV (dựa vào hiện tƣợng tự cảm tƣơng hỗ).
Giai đoạn 3: Quá trình phóng điện ở điện cực bugi :
Khi thế hiệu U2 vừa đạt đến giá trị Uđl, đủ để xuyên qua khe hở giữa các điện cực
của bugi, thì ở đó sẽ xuất hiện tia lửa điện cao thế. Khi xuất hiện tia lửa điện thì U2
giảm đột ngột trƣớc khi kịp đạt giá trị cực đại.
4. CÁC HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ÔTÔ.
4.1 Hệ thống đánh lửa thƣờng.
Sơ đồ cấu tạo.

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2.4 Sơ đồ ấu t o

hệ thống đánh lử th
ộc

1. Công tắc máy(IGSW), 2. Bô
tiếp

ệ

ng.

4 C m ội. 5. Cần

ểm (khóa K).

Hệ thống đánh lửa thƣờng bao gồm:
- Bình ắc quy: Là nguồn điện thƣờng trực trên ôtô, giúp khởi động động cơ và sử
dụng cho các thiết bị khác...Tích điện năng do máy phát điện nạp vào.
- Công tắc máy (IGSW): Để nối hay ngắt dòng điện sơ cấp của hệ thống khi cần
khởi động hay tắt máy.
- Bô bin đánh lửa: Có hai cuộn dây, cuộn sơ cấp W1 có khoảng 250...400 vòng,
cuộn thứ cấp W2 có khoảng 19000...26000 vòng.
- Bộ chia điện: phân phối tia lửa điện đến các xy lanh động cơ theo thứ tự nổ của
động cơ.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa thƣờng.
- Khi K đóng (cam không đội): Trong mạch sơ cấp xuất hiện dòng điện sơ cấp I1.
Dòng này tạo nên một từ trƣờng khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của bô bin
đánh lửa.
Dòng I1: Accu - IGSW – W1 - Cần tiếp điểm (5) - Mass.
- Khi K mở (cam đội): Mạch sơ cấp bị ngắt, dòng I1 và từ trƣờng do nó tạo nên
mất. Lúc này trong cuộn thứ cấp W2 do có số vòng dây lớn nên suất điện động sinh
ra trong nó cũng lớn khoảng 12kv ÷ 24kv (hiện tƣợng tự cảm tƣơng hỗ). Khi hiệu
điện thế thứ cấp U2 đạt giá trị Uđl thì sẽ xuất hiện tia lửa điện phóng qua khe hở điện
cực bugi đốt cháy hỗn hợp hòa khí trong xy lanh cháy giãn nở sinh công theo thứ tự
công tác
của động cơ.
10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Dòng I2: Accu - IGSW – W1 – W2 - Bộ chia điện(3) - Mass.
Ƣu, nhƣợc điểm.

Hệ thống đánh lửa thƣờng còn nhiều hạn chế trong quá trình sử dụng: Dễ cháy rỗ
má vít do phóng điện, thất thoát điện cao áp do còn phải phân phối qua bộ chia điện.
Vì là hệ thống đánh lửa đƣợc điều khiển bằng cơ khí do đó quá trình hoạt động sẽ
phải hiệu chỉnh thƣờng xuyên nên tốn công.
4.2 Hệ thống đánh lửa bán d n.
Hệ thống đánh lửa bán dẫn về nguyên lí hoạt động cơ bản nhƣ hệ thống đánh lửa
thƣờng chỉ khác việc điều chỉnh đóng ngắt dòng sơ cấp để tạo hiệu điện thế sơ cấp
cực đại U2 bằng các tiếp điểm cơ khí đƣợc thay thế bằng việc đóng mở các
transistor công suất, việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm của động cơ đƣợc điều khiển
thông qua tín hiệu của các cảm biến nhƣ cảm biến điện từ, cảm biến quang, cảm
biến Hall...
Hệ thống đánh lửa bán dẫn đƣợc phân làm hai loại chính nhƣ sau:
Hệ thống đánh lửa bán d n có tiếp điểm điều khiển: Tiếp điểm điều khiển có
nhiệm vụ đóng mở các transistor để tạo ra hiệu điện thế U2 trên cuộn dây thứ cấp.
Hệ thống đánh lửa bán d n không có tiếp điểm điều khiển: Loại này điều
khiển các transistor ngắt dẫn thông qua các cảm biến tín hiệu.
4.2.1 Hệ thống đánh lửa bán d n có tiếp điểm điều khiển.
Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán d n sử dụng tiếp điểm điều khiển.

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm.
c qu
Tiếp

C

tắc m

IGSW(K o

ện), 4. Bô bin, 5. Transistor, 6.

ểm, W1&W2. Cuộ dâ sơ cấp W1 và thứ cấp W2, RB ện trở phân cực.

Nguyên lý làm việc:

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Khi công tắc máy IGSW đóng cực E của transistor T đƣợc cấp điện dƣơng, cƣc
B,C cấp điện âm. Khi tiếp điểm đóng, dòng điện đi qua cực gốc B của transistor:
Dòng kích (Ib): (+) Ắc quy - IGSW - Rf - W1 - Cực E - Cực B - RB - tiếp điểm 6 (-) Ắc quy.
RB là một điện trở phân cực đƣợc tính toán sao cho dòng Ib vừa đủ để transistor
bảo hòa. Khi transistor dẫn dòng qua cuộn sơ cấp đi theo mạch nhƣ sau:
Dòng chính: Ắc quy - IGSW - Rf - W1 - Cực C - Cực E - (-)Ắc quy.
Khi tiếp điểm mở transistor ngắt (dòng kích Ib=0) dòng đi qua cuộn sơ cấp lúc
này bị mất đột ngột (triệt tiêu). Do dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột nên trên cuộn thứ
cấp xuất hiện một hiệu điện thế có giá trị lớn từ 15-24Kv, hiệu điện thế này qua bộ
chia điện để đến các bugi sinh ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp không khí - nhiên
liệu theo đúng thứ tự làm việc của các xy lanh trong động cơ.
Ƣu, nhƣợc điểm: Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm ra đời thay thế cho hệ
thống đánh lửa thƣờng, cơ bản khắc phục những nhƣợc điểm mà hệ thống đánh lửa
thƣờng chƣa khắc phục đƣợc, nó giúp việc khởi động động cơ đƣợc dễ dàng, tăng
tính tăng tốc và tiết kiệm đƣợc nhiên liệu của động cơ. Các tiếp điểm không bị oxy
hoá và bị cháy rổ (má vít chỉ đóng mở transistor công suất có trị số điện áp thấp),
giảm đƣợc sai lệch góc đánh lửa sớm trong quá trình sử dụng.
4.2.2 Hệ thống đánh lửa bán d n không có tiếp điểm điều khiển.
Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển thì thời điểm
đánh lửa đƣợc điều khiển bằng các cảm biến. Trong hệ thống đánh lửa loại này các
loại cảm biến thƣờng đƣợc dùng nhƣ: Cảm biến điện từ, cảm biến Hall, cảm biến

quang. Các cảm biến này có nhiệm vụ tạo ra các tín hiệu điện (điện áp, dòng điện)
để dẫn hoặc ngắt các Transistor, ngoài ra các cảm biến này còn có nhiệm vụ xác
định số vòng quay của động cơ, vị trí trục khuỷu, thời điểm phun nhiên liệu. Để
hiểu rõ hơn về nguyên lí hoạt động của hệ thống đánh lửa này ta tìm hiểu về nguyên
lí hoạt động của một loại cảm biến điển hình là cảm biến quang.
a) Cấu tạo của cảm biến quang.
Phần tử phát quang (Led-Lighting Emision Diode) và phần tử cảm quang (Photo
Transistor hoặc photo diode) đƣợc đặt trong bộ chia điện. Đĩa của cảm biến đƣợc
gắn trên trục bộ chia điện, số rãnh tƣơng ứng với xylanh của động cơ.
12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1

1

4

2

5

3

Hình 2.6 Cảm biến quang.
1. Led, 2. Photo Transisto, 3. Photo Diode, 4. Mâm quay, 5. Khe chiếu sáng.
b) Hoạt động của cảm biến quang nhƣ sau.
Khi có ánh sáng chiếu vào giữa hai phần tử này thì nó sẽ trở nên dẫn điện và

ngƣợc lại khi không có ánh sáng đi qua nó sẽ không dẫn điện. Độ dẫn điện của nó
phụ thuộc vào cƣờng độ ánh sáng và hiệu điện thế giữa hai đầu cực của phần tử cảm
quang.
Khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng phát ra từ LED sẽ bị ngắt quãng làm phần
tử cảm quang dẫn ngắt liên tục, tạo ra các xung vuông để dùng làm tín hiệu đánh
lửa.


Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán d n không sử dung tiếp điểm điều khiển.

Hình 2.7 sơ đồ hệ thống đánh lửa không sử dụng tiếp điểm điều khiển.


Nguyên lí hoạt động của hệ thống đánh lửa không sử dụng tiếp điểm

điều khiển.
Khi đĩa cảm biến quay đến vị trí đĩa chắn, ánh sáng từ LED D1 chiếu sang photo
Transistor T1 làm T1 bị ngắt, làm cho các Transistor T2, T3, T4 ngắt theo, còn T5 dẫn
cho dòng điện qua cuộn sơ cấp sau đó đến vị trí mass. Dòng đi từ: Accu - IGSW -

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Rf - Cuộn sơ cấp W1 - Cực C – Cực E(transistor T5) - Mass.
Khi đĩa cảm biến cho dòng ánh sáng đi qua T1 sẽ ở trạng thái dẫn, đồng thời T2,
T3, T4 cũng dẫn theo, T5 lúc này ở trạng thái đóng, làm cho dòng sơ cấp W1 bị ngắt
đột ngột. Do dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột nên trên cuộn thứ cấp xuất hiện một hiệu
điện thế có giá trị 2535 kV, hiệu điện thế này qua bộ chia điện để đến các bugi
sinh ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp không khí - nhiên liệu theo đúng thứ tự làm

việc của các xy lanh.
*Ƣu, nhƣợc điểm của hệ thống đánh lửa bán d n so với hệ thống đánh lửa
thƣờng.
Ƣu điểm: Có thể sử dụng rộng rãi trên ô tô, điện thế thứ cấp cao và ổn định, tiếp
điểm không bị cháy rổ (tiếp điểm điều khiển transistor đóng ngắt dòng điện qua tiếp
điểm không cao), làm việc ổn định, ít phải chăm sóc bảo dƣỡng.


Nhƣợc điểm: Giá thành còn khá cao vì sử dụng nhiều linh kiện bán dẫn, Đôi

khi sơ đồ phức tạp và suất tiêu hao năng lƣợng riêng cho hệ thống đánh lửa lớn
(khoảng gấp đôi hệ thống đánh lửa thƣờng).
4.3 Hệ thống đánh lửa điều hiển theo chƣơng trình.
Hệ thống đánh lửa điện tử điều khiển bằng chƣơng trình hay còn gọi là hệ thống
đánh lửa điện tử ESA là hệ thống đánh lửa kiểu mới đƣợc phát triển dựa trên hệ
thống đánh lửa bán dẫn thuần tuý trƣớc đây. Hệ thống này có góc đánh lửa sớm
đƣợc điều khiển bằng một chƣơng trình tính toán đƣợc thiết lập trong một máy tính
điện tử, đƣợc bố trí trên xe gọi là ECU. Góc đánh lửa sớm đƣợc tính toán thông qua
các tín hiệu của các cảm biến ghi nhận từ động cơ, từ các tín hiệu này bộ vi xử lí
của ECU sẽ tính toán đƣa ra góc đánh lửa sớm tối ƣu nhất phù hợp với điều kiện
làm việc hiện tại của động cơ.
Do việc đánh lửa đƣợc điều khiển bằng một chƣơng trình tính toán của ECU dựa
trên các tín hiệu của cảm biến nên hệ thống đánh lửa này đã loại bỏ hoàn toàn các
cơ cấu điều chỉnh đánh lửa sớm trƣớc đây nhƣ cơ cấu điều khiển đánh lửa sớm li
tâm, cơ cấu điều chỉnh đánh lửa sớm bằng chân không, cơ cấu điều chỉnh theo trị số
octan của xăng. Góc đánh lửa sớm đƣợc điều chỉnh tối ƣu cho từng chế độ hoạt
động của động cơ.

14

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2.8 Sơ đồ khối c a hệ thống đánh lửa với ơ ấu điều khiển gó đánh
lửa sớm bằng điện tử.
Tro

ó:

C vị trí trục khuỷu, 2. CB vị trí trục cam, 3. CB vị trí ga, 4. CB

kích nổ 5 C

ưu ượng khí nạp, 6. CB nhiệt ộ ộ

cơ

a) Sơ đồ cấu tạo.
Hệ thống đánh lửa này là một trong số các kiểu hệ thống đánh lửa có góc đánh
lửa điều chỉnh theo một chƣơng trình trong bộ nhớ của ECU, sau khi nhận các tín
hiệu từ các cảm biến nhƣ cảm biến tốc độ NE, cảm biến vị trí trục khuỷu G, cảm
biến nhiệt độ khí nạp. ECU sẽ xử lý và phát ra tín hiệu đánh lửa cho IC đánh lửa để
điều khiển việc đánh lửa, tạo tia lửa phân phối đến các bugi theo thứ tự làm việc và
các chế độ làm việc của động cơ thông qua bộ chia điện. Sơ đồ mạch điện của hệ
thống đánh lửa điện tử sử dụng bộ chia nhƣ sau:

Hình 2.9 sơ đồ hệ thống đánh lử điện tử sử dụng bộ hi điện.

15

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

b) Nguyên lí hoạt động của hệ thống đánh lửa điện tử dùng bộ chia điện
nhƣ sau.
Sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến, bộ điều khiển điện tử ECU sẽ xử lí các
tín hiệu và đƣa ra các xung tín hiệu phù hợp với góc đánh lửa sớm tối ƣu đã đƣợc
lƣu trong bộ nhớ để điều khiển Transitor T2 đóng ngắt.
Cực E của Transitor mắc nối tiếp với điện trở R2 có giá trị nhỏ, cảm biến dòng sơ
cấp kết hợp với bộ kiểm soát góc ngậm điện để hạn chế dòng sơ cấp trong trƣờng
hợp dòng sơ cấp tăng cao hơn quy định. Khi T2 ngắt, bộ phát xung hồi tiếp IGF sẽ
dẫn và ngƣợc lại khi T2 dẫn bộ phát xung IGF sẽ tắt. Quá trình này tạo ra các xung
IGF và đƣợc gửi lại ECU để báo cho ECU biết hệ thống đánh lửa đang hoạt động.
Ngoài ra xung IGF còn có tác dụng để mở mạch phun xăng, nếu xung IGF bị mất
các kim phun sẽ ngừng phun trong vài giây.
* Ƣu, nhƣợc điểm.
Động cơ khởi động dễ dàng, chạy không tải êm, tiết kiệm đƣợc nhiên liệu và
giảm độc hại của khí thải (cảm biến khí xả Ox sẽ báo cho ECU biết mức độ oxy có
trong khí thải điều chỉnh thời điểm và lƣợng phun nhiên liệu vào động cơ), công
suất và đặc tính của động cơ đƣợc cải thiện rõ rệt, có khả năng chống kích nổ cho
động cơ, ít hƣ hỏng, tuổi thọ cao và ít phải bảo dƣỡng. Do các ƣu điểm trên mà hệ
thống đánh lửa điện tử điều khiển góc đánh lửa sớm bằng chƣơng trình đƣợc sử
dụng hầu hết ở các loại động cơ trên các xe hiện đại ngày nay, đáp ứng đƣợc các
yêu cầu sử dụng ngày càng khắt khe của con ngƣời, đặc biệt là vấn đề khí xả với
môi trƣờng.
4.4 Hệ thống đánh lửa trực tiếp.
Hệ thống đánh lửa không dùng bộ chia điện hay hệ thống đánh lửa trực tiếp cũng
là hệ thống đánh lửa có góc đánh lửa sớm đƣợc điều khiển bằng một chƣơng trình
lƣu trong bộ nhớ của ECU. Ƣu điểm: loại bỏ đƣợc bộ chia điện, khắc phục đƣợc
nhƣợc điểm của hệ thống đánh lửa bằng chƣơng trình sử dụng bộ chia điện, giảm

giá thành sản xuất và tổn hao năng lƣợng đánh lửa.

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
4.4.1 Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bô bin đơn.
Hệ thống đánh lửa này phân phối trực tiếp tia lửa điện cao áp đến các bugi mà
không dùng bộ chia điện. Do sử dụng mỗi bôbin đơn cho mỗi bugi nên tần số hoạt
động hoạt động ổn định, vì vậy các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp không nóng, kích
thƣớc đƣợc thu nhỏ và đƣợc gắn dính với nắp chụp của bugi đánh lửa.

Hình 2.10 Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đơn ho từng
bugi.


Nguyên lí hoạt động:

ECU động cơ nhận các tín hiệu từ các cảm biến của động cơ sau đó xử lí đƣa ra
các tín hiệu vào các Transitor công suất để tạo ra các tín hiệu IGT. Các tín hiệu IGT
đƣợc gửi đến IC đánh lửa theo thứ tự nổ của động cơ. Cuộn sơ cấp của các bôbin
đánh lửa này rất nhỏ (< 1) và trên mạch sơ cấp không sử dụng điện trở phụ vì các
xung điều khiển đã đƣợc điều chỉnh sẵn trong ECU. Vì vậy không đƣợc thử trực
tiếp điện áp 12V với loại này.
4.4.2 Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bô bin đôi.

Hình 2.11 Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi
cho từng cặp bugi.
Trong hệ thống đánh lửa này, bô bin đôi phải gắn vào bugi của 2 xy lanh song
hành.



Bô bin thứ nhất nối với bugi 1 và 4
17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


Bô bin thứ 2 nối với bugi 2 và 3

Giả sử đến thời điểm đánh lửa thích hợp cho máy số 1, pít tông của máy số 1 và
máy số 4 đều đến gần điểm chết trên nhƣng do máy số 4 đang trong kỳ thải nên
vùng môi chất lúc này chứa nhiều ion, tạo thành môi trƣờng dẫn điện nên bugi ở
máy số 4 sẽ không đánh lửa. Còn máy số 1 đang trong kỳ nén nên sẽ đánh lửa ở
bugi của máy số 1. Việc đánh lửa ở bugi của máy số 2 và 3 cũng tƣơng tự.

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƢƠNG 3

HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐỘNG CƠ TOYOTA CAMRY 2010.
1. Thông số kỹ thuật động cơ TOYOTA CAMRY 2010.
STT

HẠNG MỤC

THÔNG SỐ - ĐƠN VỊ

1

Loại động cơ

2 AZ-FE

2

Động cơ

I4, 16Van, VTTi

3

Dung tích công tác

2316 cc

4

Công suất cực đại

5

Momen xoắn cực đại

222 N.m

6

Tỷ số nén

9.8

7

Đƣờng kính xy lanh

86 mm

8

Hộp số

5 số tự động

9

Số xy lanh

4

10

Cam đóng mở xuppap

DOHC

11

Thứ tự thì nổ

1-3-4-2

12

Phun xăng điện tử

Có

13

Hệ thống đánh lửa

DIS

14

Số vòng quay

5.600 vòng/phút

150 mã lực ở tốc độ
5600vòng/phút

2. Hệ thống đánh lửa động cơ TOYOTA CAMRY 2010.
Hệ thống đánh lửa trên động cơ TOYOTA CAMRY 2010 là hệ thống đánh lửa
điều khiển theo chƣơng trình loại DIS (Direct Ignition System). Đánh lửa trực tiếp

sử dụng bô bin đơn cho từng bugi.

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 3.1 Sơ đồ m h điện động ơ TYOTA C mry 2010 (động ơ 2AZ-FE)
Các bộ phận chính trên sơ đồ hệ thống đánh lửa động cơ TOYOTA CAMRY 2010:

20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


Các cảm biến tín hiệu: Có nhiệm vụ nhận biết các hoạt động khác nhau của

động cơ và phát ra các tín hiệu gửi đến ECU hay còn gọi là nhóm tín hiệu vào.


Cảm biến vị trí trục khuỷu.



Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát.



Cảm biến vị trí bƣớm ga.



Cảm biến nhiệt độ khí nạp.



Cảm biến kích nổ.



Cảm biến lƣu lƣợng khí nạp.



Cảm biến oxy.



ECU: Có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lý tín hiệu và đƣa tín

hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành. Cơ cấu chấp hành luôn đảm bảo thừa lệnh
ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến. Ngoài ra ECU cũng giúp
chẩn đoán động cơ khi có sự cố xảy ra.


Cơ cấu chấp h nh: Gồm bô bin và bugi. Trong đó bô bin đánh lửa nhận

đƣợc tín hiệu điều khiển từ ECU và biến dòng điện có hiệu điện thế thấp thành dòng
có hiệu cao đến bugi thực hiện việc quá trình đánh lửa đốt cháy hỗn hợp hòa khí

sinh công.
3. Cấu tạo các bộ phận của hệ thống đánh lửa.
3.1 Các cảm biến.
3.1.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu
a) Nguyên lý làm việc:
1

2

4

3

5

6

Hình 3.2 Cảm biến vị trí trụ khuỷu.
Cuộ dâ

4. Nam châm

Lõ sắt

5 Lớp c c

T â cảm

ế

ệ

6 G ắc cắm

Cảm biến vị trí trục khuỷu dùng để xác định tốc độ động cơ. ECU nhận tín hiệu
này để tính toán góc đánh lửa tối ƣu và thời điểm phun nhiên liệu cho từng xy lanh.
Cảm biến gồm nam châm vĩnh cửu đƣợc gắn với lõi thép, trên lõi thép đƣợc quấn
cuộn dây tính hiệu. Rô to tín hiệu dùng để khép mạch từ đƣợc đặt gần cuộn dây cảm

21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
biến và đƣợc dẫn động từ trục khuỷu.
Khi động cơ làm việc, rô to quay làm thay đổi khe hở giữa các răng của rôto và
cuộn nhận tín hiệu, làm cho từ trƣờng xuyên qua cuộn dây biến thiên. Sự biến thiên
từ trƣờng tạo nên sức điện động xoay chiều cảm ứng trên cuộn dây tín hiệu. Tín
hiệu này đƣợc đƣa về ECU.
Ngoài ra, trên rô to có 2 răng khuyết nên cảm biến này còn dùng để xác định vị
trí pít tông. ECU động cơ dùng thông tin này để xác định thời gian phun và thời
điểm đánh lửa.
b) Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu.

Hình 3.3 Sơ đồ m h điện cảm biến trục khuỷu.
Đĩ tí

ệu, 2. Cuộn dây.

3.1.2 Cảm biến vị trí bƣớm ga.
a) Kết cấu và nguyên lý làm việc.

Cảm biến vị trí bƣớm ga loại không tiếp xúc. Cảm biến vị trí bƣớm ga sẽ chuyển
sự thay đổi mật độ đƣờng sức của từ trƣờng thành tín hiệu điện.

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý điều khiển góc mở b ớm ga.
1.Cảm biến vị trí ướm

M tơ ước

ều khiể

ướm ga.

Góc mở bƣớm ga đƣợc điều khiển bởi ECU động cơ, ECU nhận tín hiệu từ cảm
biến vị trí bàn đạp ga xử lý và truyền tín hiệu điều khiển đến mô tơ bƣớc điều khiển.
Mô tơ bƣớm ga sẽ đóng mở bƣớm ga theo tín hiệu điều khiển từ ECU, từ mô tơ
bƣớm ga truyền sang trục bƣớm ga thông qua bộ răng giảm tốc.
b) Mạch điện cảm biến vị trí bƣớm ga.

22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1

VTA1
E

IC Hall

VC

IC Hall

VTA2

Hình 3.5 Sơ đồ m h điện vị trí b ớm ga.
Cảm biến vị trí bƣớm ga có 2 tín hiệu phát ra VTA1 và VTA2. Dùng 2 tín hiệu
VTA1 và VTA2 là để dự phòng. Điện áp cấp vào VTA1 và VTA2 thay đổi từ 0-5V
tỷ lệ thuận với góc mở của bƣớm ga. ECU thực hiện một vài phép kiểm tra để xác
định đúng hoạt động của cảm biến vị trí bƣớm ga.
ECU đánh giá góc mở bƣớm ga thực tế từ các tín hiệu này qua các cực VTA1 và
VTA2 và ECU điều khiển mô tơ bƣớm ga, nó điều khiển góc mở bƣớm ga đúng với
đầu vào do ngƣời lái tác động lên bàn đạp ga.
3.1.3 Cảm biến kích nổ.
a) Kết cấu và nguyên lí làm việc.
Cảm biến kích nổ đƣợc gắn vào thân máy và truyền tín hiệu KNK tới ECU động
cơ khi phát hiện sự kích nổ của động cơ. ECU động cơ nhận tín hiệu KNK và làm
trễ thời điểm đánh lửa nhằm ngăn chặn hiện tƣợng kích nổ xảy ra, đến lúc ECU
động cơ nhận thấy hiện tƣợng kích nổ kết thúc thì nó sẽ điều chỉnh thời điểm đánh
lửa sớm trở lại sau khoảng thời gian nhất định.
Cảm biến kích nổ đƣợc chế tạo từ vật liệu áp điện, thƣờng dùng nhất là tinh thể
thạch anh. Khi có hiện tƣợng kích nổ xảy ra, tinh thể thạch anh sẽ chịu một áp lực
lớn và tần số rung động cao (f = 6 – 15 kHz), do đó sẽ sinh ra tín hiệu điện áp.
b) Mạch điện cảm biến kích nổ:

23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ECU

5V

KNK
EKNK

Hình 3.6 Sơ đồ m ch cảm biến kích nổ.
3.1.4 Cảm biến oxy (Ox).
Công dụng: Cảm biến oxy dùng để xác định lƣợng oxy trong khí xả để điều
chỉnh tỷ lệ hỗn hợp hòa khí lý thuyết, tiết kiệm nhiên liệu, nâng cao công suất,
giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng.
a) Nguyên lý làm việc:

Hình 3.7 Cảm biến oxy.
Loại này đƣợc chế tạo chủ yếu từ chất Zirconium dioxide (ZrO2) có tính chất hấp
thụ những ion oxy âm tính. Thực chất, cảm biến oxy loại này là một pin điện có sức
điện động phụ thuộc vào nồng độ oxy trong khí thải với ZrO2 là chất điện phân.
Mặt trong ZrO2 tiếp xúc với không khí, mặt ngoài tiếp xúc với oxy trong khí thải. Ở
mỗi mặt của ZrO2 đƣợc phủ một lớp điện cực bằng plantin để dẫn điện. Lớp plantin
này rất mỏng và xốp để oxy dễ khuyếch tán vào. Khi khí thải chứa lƣợng oxy ít do
hỗn hợp giàu nhiên liệu thì số ion oxy tập trung ở điện cực tiếp xúc khí thải ít hơn
số ion oxy tập trung ở điện cực tiếp xúc không khí. Sự chênh lệch số ion này sẽ tạo
một tín hiệu điện áp khoảng 600-900mV. Ngƣợc lại, khi độ chênh lệch số ion ở hai
điện cực nhỏ trong trƣờng hợp nghèo xăng, pin oxy sẽ phát ra tín hiệu điện áp thấp
khoảng 100-400 mV .

24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Mạch điện cảm biến ôxy

Hình 3.8 Sơ đồ m h điện cảm biến ôxy.
3.1.5 Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát (THW).
a) Kết cấu và nguyên lý làm việc.

Hình 3.9 Kết cấu cảm biến nhiệt độ n ớc làm mát.
1.Nhiệt

ện trở, 2.Thân cảm biến, 3.Lớp c c

ện, 4. Giắc cắm dây.

Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát là một nhiệt điện trở có hệ số nhiệt âm (điện trở
thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ tăng điện trở giảm và ngƣợc lại).

Hình 3.10 Cảm biến nhiệt độ n ớc làm mát.
Khi động cơ hoạt động, cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát thƣờng xuyên theo dõi

25