nghiên cứu chuyển đổi hệ thống đánh lửa trực tiếp cho động cơ xe jeep

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHUYỂN ĐỔI
HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRỰC TIẾP
CHO ĐỘNG CƠ XE JEEP
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T49 - 2008

S KC 0 0 2 1 3 4

Tp. Hồ Chí Minh, 2009


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH



ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƢỜNG

NGHIÊN CỨU CHUYỂN ĐỔI
HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRỰC TIẾP
CHO ĐỘNG CƠ XE JEEP
MÃ SỐ: T49 – 2008

THUỘC NHÓM NGÀNH
NGƢỜI CHỦ TRÌ
ĐƠN VỊ

: KHOA HỌC KỸ THUẬT
: ThS. NGUYỄN QUỐC ĐẠT
: KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TP. HỒ CHÍ MINH – 05/2009


TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Nghiên cứu chuyển đổi Hệ thống đánh lửa cho động cơ xe Jeep dùng hệ thống đánh
lửa thƣờng sang hệ thống đánh lửa trực tiếp là việc làm vô cùng hữu ích vì các lý do sau:
- Không có dây cao áp nên giảm mất mát năng lƣợng, giảm điện dung ký sinh và giảm

nhiễu vô tuyến trên mạch thứ cấp.
- Không có mỏ quẹt nên không có khe hở giữa mỏ quẹt và dây cao áp.
- Bỏ đƣợc các chi tiết cơ dễ hƣ hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu tốt.
-Trong hệ thống đánh lửa có delco, nếu góc đánh lửa quá sớm sẽ xảy ra trƣờng hợp
đánh lửa ở 2 đầu dây cao áp kề nhau (thƣờng ở trên động cơ nhiều xy lanh, z >4)
- Loại bỏ đƣợc những hƣ hỏng thƣờng gặp do hiện tƣợng phóng điện trên mạch cao
áp.
- Giảm đƣợc chi phí bảo dƣỡng.
- Động cơ hoạt động hoàn hảo hơn do tính ƣu việt của hệ thống đánh lửa trực tiếp là loại
hệ thống điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử nên thời điểm đánh lửa đƣợc ấn định
rất phù hợp với mọi chế độ hoạt động của động cơ, năng lƣợng tia lửa rất lớn nên có thể
đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp nhiên cuối kỳ nén trong buồng đốt.Giảm suất tiêu hao nhiên
liệu nên mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.Giảm ô nhiễm môi trƣờng.
Với những ƣu điểm trên, đề tài này là cơ sở giúp cho ta cải tạo hệ thống đánh lửa
cho các động cơ ôtô thuộc thế hệ cũ còn đang đƣợc lƣu hành, đảm bảo đƣợc yêu cầu kinh
tế và cả việc kiểm định chất lƣợng khí thải theo tiêu chuẩn quy định hiện hành.
Đề tài bao gồm việc nghiên cứu lý thuyết về đánh lửa thƣờng và đánh lửa điện tử,
nghiên cứu các thông số có liên quan đến việc ấn định thời điểm đánh lửa để làm cơ sở
cho việc lựa chọn hệ thống đánh lửa có thông số kỹ thuật phù hợp khi chuyển đổi. Khảo
sát, lắp đặt một hệ thống đánh lửa trực tiếp thay cho hệ thống đánh lửa thƣờng trên động
cơ xe Jeep của trung tâm Kỹ thuật tổng hợp, trƣờng đại học Sƣ phạm Kỹ thuật thành phố
Hồ Chí Minh.

1


Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
I. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU:
Trên cơ sở lý thuyết về việc điều khiển đánh lửa thƣờng và điều khiển đánh lửa bằng
điện tử. Từ đó, nêu lên những ƣu điểm mà hệ thống đánh lửa điện tử kiểu trực tiếp đạt

đƣợc so với hệ thống đánh lửa thƣờng để khẳng định rằng việc chuyển đổi hệ thống đánh
lửa cho động cơ xe Jeep là việc làm mang tính khoa học và hữu ích. Đồng thời tìm hiểu
các thông số kỹ thuật của động cơ xe Jeep và một hệ thống đánh lửa trực tiếp loại tƣơng
thích để có thể lắp đặt, chuyển đổi nhằm đạt đƣợc các kết quả mong muốn.
II. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC:
Đối với các nƣớc phát triển, việc nghiên cứu chuyển đổi hệ thống đánh lửa sẽ làm
thay đổi đặc trƣng của nhà chế tạo, hơn nữa việc thay đổi này là không cần thiết vì ngƣời
tiêu dùng không còn sử dụng các dòng xe thuộc thế hệ cũ. Trái lại đối với các nƣớc chậm
phát triển, kinh tế ngƣời tiêu dùng còn khá hạn hẹp thì việc sử dụng các dòng xe thế hệ cũ
còn khá phổ biến trong đó có cả Việt Nam. Vì vậy , việc nghiên cứu chuyển đổi hệ thống
nhiên liệu cho các dòng xe thế hệ cũ đã và đang đƣợc rất nhiều cơ sở sửa chữa ôtô quan
tâm. Kết quả đề tài sẽ mang lại hiệu quả thiết thực về mặt kinh tế và xã hội cao vì động
cơ sẽ hoạt động hoàn hảo hơn, tiết giảm nhiên liệu và hạn chế ô nhiễm môi trƣờng.
III. NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI:
Thực tế có rất nhiều chủng loại hệ thống đánh lửa của nhiều nhà chế tạo khác nhau
trên thế giới, nhƣng ngƣời nghiên cứu không có điều kiện khảo sát và thử nghiệm để tìm
đƣợc hệ thống thay thế tối ƣu để có thể lắp đặt thật hoàn hảo.Vì vậy, ngƣời nghiên cứu
chỉ tìm ra những loại hệ thống đang có sẵn tại thị trƣờng Việt Nam nên phải cải tạo một
phần cơ cấu truyền động khi chuyển đổi.

2


Phần 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
I. MỤC TIÊU NGHIÊN CƢ́U CỦ A ĐỀ TÀI:
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là giảm cơng tác bảo dƣỡng và sửa chữa, giảm tiêu
hao nhiên liệu, tăng cơng suất động cơ và góp phần cải thiện tình trạng ơ nhiểm mơi
trƣờng do ơtơ gây ra.
II. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Nghiên cứu lý thuyết đánh lửa thƣờng và đánh lửa điện tử kiểu trực tiếp.

Tìm hiểu thơng số kỹ thuật hệ thống đánh lửa trực tiếp đang sử dụng phổ biến có
trên thị trƣờng phù hợp với động cơ xe Jeep để dự kiến thay thế.
Khảo sát kết cấu, nghiên cứu và tìm biện pháp lắp đặt.
Thực hiện việc thay thế, lắp đặt.
Cho vận hành, điều chỉnh cho động cơ hoạt động hồn hảo.
Kiểm tra tính năng hoạt động, đánh giá chỉ tiêu kỹ thuật.
Lập báo cáo kết quả nghiên cứu.
III. NỘI DUNG:
3.1- Lý thuyết đánh lửa thƣờng:
a. Sơ đồ mạch hệ thống đánh lửa thƣờng:
W2

3
W1

Kkđ
Rf

2

4

1
C1

KK’

+

Cơng tắc

máy
máy
Accu

5

Sơ đồ ngun lý hệ thống đánh lửa thường
1.
2.
3.
4.

Cam cắt điện
Vít lửa (K)
Bobine
Bộ chia điện

5. Bougie
C1 : Tụ sơ cấp
Rf : Điện trở phụ
Kkđ : Cơng tắc khởi động

b. Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa thƣờng:
Cam 1 của bộ chia điện quay nhờ truyền động từ trục cam của động cơ và làm
nhiệm vụ mở tiếp điểm KK’, cũng có nghóa là ngắt dòng điện sơ cấp của biến áp
đánh lửa 3. Khi đó, từ thông đi qua cuộn thứ cấp do dòng điện sơ cấp gây nên sẽ
mất đi đột ngột, làm xuất hiện một sức điện động cao thế trong cuộn thứ cấp W2.
3

Điện áp này sẽ qua con quay chia điện 4 và dây cao áp đến các bougie đánh lửa
5 theo thứ tự thì nổ của động cơ. Khi điện áp thứ cấp đạt giá trò đánh lửa, giữa
hai điện cực của bougie sẽ xuất hiện tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp trong
xylanh.
Cũng vào lúc tiếp điểm KK’ chớm mở, trên cuộn dây sơ cấp W1 sinh ra một sức
điện động tự cảm. Sức điện động này được nạp vào tụ C1 nên sẽ dập tắt tia lửa
trên vít. Khi vít đã mở hẳn, tụ điện sẽ xả qua cuộn dây sơ cấp của bobine. Dòng
phóng của tụ ngược chiều với dòng tự cảm khiến từ thông bò triệt tiêu đột ngột.
Như vậy, tụ C1 còn đóng vai trò gia tăng tốc độ biến thiên của từ thông, tức nâng
cao hiệu điện thế trên cuộn thứ cấp.
Nhƣợc điểm:
- Điện áp thứ cấp thấp
- Tốn năng lƣợng khi có dây cao áp
- Phải thƣờng xun làm sạch và điều chỉnh khe hở vít lửa .
- Kết cấu phức tạp nhiều chi tiết do đó bảo dƣỡng sửa chữa phức tạp.
- Xảy ra hiện tƣợng mất lửa ở số vòng quay cao.
- Rất dễ rò điện dây cao áp.
- Lắp ráp dễ nhầm lẫn vì có nhiều dây cao áp.
- Do có điện trở phụ nên làm tốn năng lƣợng ắcqui.
3.2-Lý thuyết đánh lửa theo chƣơng trình:
Hiện nay, trên các ơ tơ hiện đại đã áp dụng kỹ thuật số vào trong hệ thống
đánh lửa. Việc điều khiển góc đánh lửa sớm và góc ngậm điện sẽ đƣợc máy tính đảm
nhận. Các thơng số nhƣ tốc độ động cơ, tải, nhiệt độ đƣợc cảm biến mã hóa tín hiệu
đƣa vào ECU xử lý và tính tốn để đƣa ra góc đánh lửa sớm tối ƣu theo từng chế độ
hoạt động của động cơ. Các bộ phận nhƣ đánh lửa sớm kiểu cơ khí đã đƣợc loại bỏ
hồn tồn. Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử
(ESA) đƣợc chia làm 2 loại:
- Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ phận vi xử lý.
- Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ vi xử lý kết hợp với hệ thống phun xăng
(Motronic)

Nếu phân loại theo cấu tạo ta có:
- Hệ thống đánh lửa theo chƣơng trình có delco
- Hệ thống đánh lửa theo chƣơng trình khơng có delco.
 Những ƣu điểm của hệ thống đánh lửa với cơ cấu đánh lửa sớm bằng điện tử:
- Góc đánh lửa đƣợc điều chỉnh tối ƣu cho từng chế độ hoạt động của động
cơ.
- Góc ngậm điện ln ln đƣợc điều chỉnh theo tốc độ động cơ và hiệu điện
thế accu, bảo đảm điện thế thứ cấp có giá trị cao ở mọi thời điểm.
- Động cơ khởi động dễ dàng, cầm chừng êm dịu, tiết kiệm nhiên liệu và
giảm độc hại khí thải.
4


- Công suất và đặc tính động học của động cơ đƣợc cải thiện rõ rệt.
- Có khả năng điều khiển chống kích nổ cho động cơ.
- Ít bị hƣ hỏng, tuổi thọ cao và ít tốn công bảo dƣỡng.
Với những ƣu điểm nhƣ vậy, ngày nay hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều
khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử kết hợp với hệ thống phun xăng đã thay thế
hoàn toàn hệ thống đánh lửa bán dẫn thông thƣờng, giải quyết các yêu cầu ngày càng
cao về tiêu chuẩn khí thải trên ô tô.
Để có thể xác định chính xác thời điểm đánh lửa cho từng xy lanh của động cơ
theo thứ tự thì nổ, ECU cần phải nhận các tín hiệu cần thiết sau:
1. T ín hiệu tốc độ động cơ (Ne).
2. T ín hiệu vị trí cốt máy (G).
3. T ín hiệu cảm biến vị trí bƣớm ga.
4. T ín hiệu nhiệt độ nƣớc làm mát.
5. T ín hiệu điện áp accu.
6. T ín hiệu kích nổ.
7. T ín hiệu tải.

1
igniter
Bobine

2
3

E C U

4

Bougie
IG/SW

5
Accu

6
7

Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển
góc đánh lửa sớm bằng điện tử
Ngoài ra còn có thể có các tín hiệu vào từ cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến
tốc độ xe, cảm biến oxy. Sau khi nhận tín hiệu từ các cảm biến ECU sẽ xử lý và đƣa ra
xung đến igniter để điều khiển đánh lửa.
5


Trong các tín hiệu ngõ vào, tín hiệu tốc độ động cơ, vị trí piston và tín hiệu tải là
các tín hiệu quan trọng nhất.

Để xác định tốc độ động cơ, ngƣời ta có thể đặt cảm biến trên một vành răng ở
đầu cốt máy, bánh đà, đầu cốt cam hoặc delco. Các loại cảm biến có thể dùng loại
Hall, loại điện từ, loại quang học.
Để xác định tải của động cơ, ECU dựa vào tín hiệu đo gió và vị trí bƣớm ga
khi thay đổi tải, tín hiệu này sẽ chuyển thành tín hiệu điện áp gởi về ECU và ECU
nhận tín hiệu này để xử lý và quy ra mức tải tƣơng ứng để xác định góc đánh lửa
sớm.
Trong các loại hệ thống đánh lửa trƣớc đây, việc hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm
đƣợc điều khiển bằng phƣơng pháp cơ khí kiểu ly tâm và áp thấp. Đƣờng đặc tính của
loại này rất đơn giản và phù hợp cho mọi chế độ hoạt động của động cơ. Trong khi đó
đƣờng đặc tính đánh lửa lý tƣởng rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều thông số.

(độ)

(độ)
1

1
2

2

(áp thấp)

n(min)-1

(1) đặc tính đánh lửa sớm bằng điện tử.
(2) đặc tính đánh lửa sớm bằng cơ khí.
So sánh đặc tuyến điều chỉnh góc đánh lửa sớm kiểu cơ
khí và điện tử

Qua đồ thị mô tả sự sai lệch giữa 2 kiểu điều khiển góc đánh lửa sớm
bằng điện tử và cơ khí. Đối với kiểu bằng điện tử, đƣờng đặc tính đƣợc tính
toán hiệu chỉnh gần sát với đƣờng đặc tính lý tƣởng. Kết hợp với hai đặc tính
đánh lửa sớm theo tốc độ và tải có bản đồ góc đánh lửa sớm lý tƣởng với khoảng
1000 - 4000 điểm đánh lửa sớm đƣợc lựa chọn đƣa vào bộ nhớ.
Một chức năng khác của ECU trong việc điều khiển đánh lửa là sự điều
chỉnh góc ngậm điện. Góc ngậm điện phụ thuộc vào 2 yếu tố đó là: hiệu điện thế
accu và tốc độ động cơ.
Trong trƣờng hợp khởi động, hiệu điện thế accu bị giảm do sụt áp vì vậy ECU
sẽ điều khiển tăng thời gian ngậm điện nhằm tăng dòng điện trong cuộn sơ cấp.
Ở tốc độ thấp, do thời gian tích luỹ năng lƣợng quá dài vì vậy gây lãng
6


phí năng lƣợng nên ECU giảm bớt thời gian ngậm điện nhằm mục đích tiết kiệm
năng lƣợng và tránh nóng bobine. Trong trƣờng hợp dòng sơ cấp vẫn tăng cao hơn
giá trị cho phép, bộ phận hạn chế dòng sẽ làm việc và giữ cho dòng điện sơ cấp
khơng thay đổi cho đến khi đánh lửa.
* Việc điều khiển góc ngậm điện có thể đƣợc thực hiện trong ECU hay
ở igniter. Vì vậy, igniter của hai loại có và khơng có bộ phận điều chỉnh góc ngậm
điện khơng thể lắp lẫn.
Hệ thống đánh lửa lập trình khơng có bộ chia điện
Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS- Direct Ignition System) và hệ thống đánh
lửa khơng có bộ chia điện (DLI- Distributorless Ignition) đƣợc phát triển giữa thập kỷ
80 và cho đến nay đƣợc ứng dụng ngày càng rộng rãi vì có các ƣu điểm sau:
- Dây cao áp ngắn hoặc khơng có dây cao áp nên giảm mất mát năng lƣợng,
giảm điện dung ký sinh và giảm nhiễu vơ tuyến trên mạch thứ cấp.
- Khơng có mỏ quẹt nên khơng có khe hở giữa mỏ quẹt và dây cao áp.
- Bỏ đƣợc các chi tiết cơ dễ hƣ hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu tốt.
- Trong hệ thống đánh lửa có delco, nếu góc đánh lửa q sớm sẽ xảy ra

trƣờng hợp đánh lửa ở 2 đầu dây cao áp kề nhau (thƣờng ở trên động cơ nhiều
xy lanh, z >4)
- Loại bỏ đƣợc những hƣ hỏng thƣờng gặp do hiện tƣợng phóng điện trên
mạch cao áp.
- Giảm đƣợc chi phí bảo dƣỡng.
• Phân loại, cấu tạo và hoạt động của hệ thống đánh lửa trực tiếp.
- Hệ thống đánh lửa trực tiếp và hệ thống đánh lửa khơng delco đƣợc chia
làm 3 loại chính sau:
+ Loại 1: Sử dụng mỗi bobine cho 1 bougie:
Nhờ tần số hoạt động của mỗ bobine nhỏ hơn trước nên các cuộn dây sơ
cấp và thứ cấp ít nóng hơn. Vì vậy kích thước của bobine rất nhỏ và được
gắn dính với nắp chụp bougie.
Trong sơ đồ (hình 6.86), ECU sau khi khi xử lý tín hiệu từ các cảm biến sẽ
gởi tín hiệu đến cực B của từng transistor công suất trong igniter theo thứ tự
thì nổ và thời điểm đánh lửa.
Cuộn sơ cấp của các bobine loại này có điện trở rất nhỏ (<1 ) và trên
mạch sơ cấp không sử dụng điện trở phụ vì xung điều khiển đã được xén
sẵn trong ECU. Vì vậy, không được thử trực tiếp bằng điện áp 12V.

7


4

+
1

2

3

Bougie

Bobine

T2

T3

T4

ECU

T1

Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bobine
cho một bougie
+ Loại 2: Sử dụng mỗi bobine cho từng cặp bougie
Loại này các bobine đôi phải đƣợc gắn vào bougie của 2 xylanh song hành. Ví
dụ 1-4 và 2-3 cho động cơ có 4 xylanh thứ tự nổ 1-3-4-2.
Ở thời điểm đánh lửa, xylanh số 1 và số 4 cùng ở vị trí gần tử điểm thƣợng
nhƣng trong hai thì khác nhau nên điện trở khe hở bougie của các xylanh trên cũng
khác nhau (R1 ≠ R4). Khi xylanh số 1 đang ở thì nén thì R1 rất lớn, ở xylanh số 4
đang ở thì thoát nên R4 rất nhỏ do xuất hiện nhiều ion nhờ phản ứng cháy và nhiệt độ
cao. Do đó R1 >> R4 , vì vậy tia lửa sẽ xuất hiện ở bougie số 1.
1
T1

ECU

4
+
3
T2
2

Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bobine
8


+ Loại 3: Sử dụng một bobine cho 4 xylanh

D5

+(-)

D1

1
2

T1

D2

+
ECU
T2

D3

-(+)

3
4

D6

D4

Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng một bobine
cho 4 bougie
Trong sơ đồ trên bobine có 2 cuộn sơ cấp và 1 cuộn thứ cấp quấn ngƣợc chiều
nhau nên khi ECU điều khiển mở lần lƣợt T1 và T2, điện áp trên cuộn thứ cấp sẽ đổi
dấu. Tuỳ theo dấu của xung cao áp, tia lửa sẽ xuất hiện ở bougie tƣơng ứng qua các
diode cao áp theo chiều thuận. Ví dụ: nếu cuộn thứ cấp xung dƣơng tia lửa sẽ xuất
hiện ở số 1 hoặc là số 4.
Diode D5 và D6 dùng để ngăn chặn ảnh hƣởng về tác động cảm ứng từ giữa 2
cuộn sơ cấp (lúc T1 hoặc T2 đóng) nhƣng chúng làm tăng công suất tiêu hao trên
igniter.
Nhƣợc điểm của hệ thống đánh lửa trực tiếp loại 2 và 3 là hiệu điện thế đánh
lửa chênh nhau khoảng (1,5-2)KV.
3.3- Nghiên cứu hệ thống đánh lửa trực tiếp đƣợc chuyển đổi cho động cơ xe Jeep:
3.3.1•
•
•
•

Các tín hiệu đầu vào:
Cảm biến tốc độ động cơ
Cảm biến vị trí piston

Cảm biến vị trí cánh bƣớm ga
Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát

 Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát
Dùng để xác định nhiệt độ động cơ, có cấu tạo là một điện trở nhiệt có nhiệt
điện trở âm.
Nguyên lý:
Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ. Nó
9


đƣợc làm bằng vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm (NTC – negative
temperature co-efficient). Khi nhiệt độ tăng điện trở giảm và ngƣợc lại. Các loại cảm
biến nhiệt độ hoạt động cùng nguyên lý nhƣng mức hoạt động và sự thay đổi điện trở
theo nhiệt độ có khác nhau. Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp
đƣợc gửi đến ECU trên nền tảng cầu phân áp

Mạch điện của cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Trên sơ đồ mạch ta có:
Điện áp 5V qua điện trở chuẩn ( điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt
độ) tới cảm biến rồi trở về ECU về mass. Nhƣ vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở
trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp. Điện áp điểm giữa cầu đƣợc đƣa đến bộ
chuyển đổi tín hiệu tƣơng tự - số (bộ chuyển đổi ADC – analog to digital converter).
Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ
biến đổi ADC lớn. Tín hiệu điện áp đƣợc chuyển đổi thành một dãy xung vuông và
đƣợc giải mã bằng một bộ vi xử lý để thông báo cho ECU biết động cơ đang lạnh.
Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện ápgiảm,báocho
ECU biết là động cơ đang nóng.
Đƣờng đặc tuyến

Đường đặc tuyến của cảm biến nhiệt
độ nước làm mát
10


Nhiệt độ nƣớc làm mát
oC)
(-20
0
20
40
60
80
100

Điện trở của cảm biến
(KΩ)
16
5.9
2.5
1.2
0.6
0.3
0.2

Điện áp (V)
4.3
3.4
2.4
1.5

0.9
0.5
0.3

Bảng giá trị nhiệt độ và điện áp của cảm biến nhiệt độ nước làm mát
 Cảm biến vị trí cánh bƣớm ga
Cảm biến vị trí cánh bƣớm ga đƣợc lắp ở thân cánh bƣớm ga – cảm biến này
chuyển đổi vị trí góc mở cánh bƣớm ga thành tín hiệu điện áp gởi đến ECU.

Cảm biến vị trí bướm ga loại biến trở
Loại này có cấu tạo gồm hai con trƣợt, ở đầu mỗi con trƣợt đƣợc thiết kế có
các tiếp điểm cho tín hiệu cầm chừng và tín hiệu góc mở cánh bƣớm ga, có cấu tạo
nhƣ hình 2.6.
Tín hiệu cầm chừng: dùng để điều khiển sự phun nhiên liệu khi tăng tốc và
giảm tốc cũng nhƣ hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa.
Một điện áp không đổi 5V từ ECU cung cấp đến cực VC. Khi cánh bƣớm ga
mở, con trƣợt trƣợt dọc theo điện trở và tạo ra điện áp tăng dần ở cực VTA tƣơng ứng
với góc mở bƣớm ga. Khi cánh bƣớm ga đóng hoàn toàn, tiếp điểm cầm chừng nối
cực IDL với cực E2. Trên đa số các xe trừ Toyota, cảm biến bƣớm ga loại biến trở chỉ
có 3 dây VC, VTA và E2 mà không có IDL.
 Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston
 Cảm biến vị trí piston (TDC sensor hay còn gọi là cảm biến G) báo cho ECU biết vị trí
11


tử điểm thƣợng hoặc trƣớc tử điểm thƣợng của piston. Trong một số trƣờng hợp, chỉ có
vị trí của piston xylanh số 1 (hoặc số 6) đƣợc báo về ECU, còn vị trí các xylanh còn lại
sẽ đƣợc tính toán. Công dụng của cảm biến này là để ECU xác định thời điểm đánh
lửa và cả thời điểm phun. Vì vậy, trong nhiều hệ thống điều khiển động cơ, số xung
phát ra từ cảm biến phụ thuộc vào kiểu phun (độc lập, nhóm hay đồng loạt) và thƣờng

bằng số lần phun trong một chu kỳ. Trên một số xe, tín hiệu vị trí piston xylanh số 1
còn dùng làm xung reset để ECU tính toán và nhập giá trị mới trên RAM sau mỗi chu
kỳ (2 vòng quay trục khuỷu).
 Cảm biến tốc độ động cơ (Engine speed; crankshaft angle sensor hay còn gọi là tín
hiệu Ne) dùng để báo tốc độ động cơ để tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tối ƣu và lƣợng
nhiên liệu sẽ phun cho từng xylanh. Cảm biến này cũng đƣợc dùng vào mục đích điều
khiển tốc độ cầm chừng hoặc cắt nhiên liệu ở chế độ cầm chừng cƣỡng bức.
Có nhiều cách bố trí cảm biến G và Ne trên động cơ: trong delco, trên bánh đà,
hoặc trên bánh răng cốt cam. Đôi khi ECU chỉ dựa vào một xung lấy từ cảm biến
hoặc IC đánh lửa để xác định vị trí piston lẫn tốc độ trục khuỷu.
Cảm biến vị trí piston và cảm biến tốc độ động cơ có nhiều dạng khác nhau
nhƣ: cảm biến điện từ loại nam châm quay hoặc đứng yên, cảm biến quang, cảm biến
Hall…
ECU của Nissan sử dụng một cảm biến quang để nhận biết cả hai tín hiệu tốc
độ động cơ và thứ tự làm việc các xylanh của động cơ.
Trong quá trình thực hiện, nhóm nghiên cứu dùng hệ thống đánh lửa điều
khiển bằng điện tử sử dụng cảm biến quang đƣợc lắp đặt trên xe Nissan.

Bộ tạo tín hiệu G, Ne
12


Cấu tạo bộ tạo tín hiệu G, Ne
Rotor của cảm biến (đƣợc lắp với trục delco ) là một đĩa nhôm mỏng khắc
rãnh. Trong đó, số rãnh tƣơng ứng với số xy-lanh động cơ, có một rãnh rộng
đánh dấu vị trí piston 1. Nhóm các rãnh này kết hợp với cặp diode phát quang (LED)
và diode cảm quang (photodiode) còn gọi là photocouple phát xung Ne và G.

Xung tín hiệu của cảm biến quang
3.3.2- Nguyên tắc điều khiển góc đánh lửa sớm của bộ điều khiển ( hộp ECU ):

Thời điểm đánh lửa chính xác trong suốt quá trình hoạt động động cơ rất quan
trọng vì nó ảnh hƣởng lớn đến mức tiêu thụ nhiên liệu cũng nhƣ độ ô nhiễm của khí
thải. Quá trình cháy trong xylanh đƣợc chia làm hai giai đoạn:
 Giai đoạn cháy trễ (theo thời gian):
Trong giai đoạn này, áp suất và nhiệt độ trong xylanh tăng không đáng kể.
Thời gian cháy trễ τd phụ thuộc nhiệt độ, áp suất và tỉ lệ không khí – nhiên liệu. Thời
gian này đƣợc chuyển qua góc tƣơng ứng của trục khuỷu và sẽ tăng khi tăng tốc độ.
 Giai đoạn cháy cơ bản:
Góc quay trục khuỷu ứng với giai đoạn cháy cơ bản này hầu nhƣ không đổi
trong toàn bộ dãy hoạt động của động cơ. Đó là nhờ sự dịch chuyển của piston, mức
độ xoáy lốc tăng khi tăng tốc độ động cơ cũng nhƣ quá trình cháy.
Nếu quá trình cháy xảy ra quá trễ do góc đánh lửa nhỏ thì nồng độ
hydrocacbons HC trong khí thải sẽ tăng. Áp suất quá cao do góc đánh lửa quá sớm sẽ
làm tăng lƣợng khí NOx trong khí thải. Giảm góc đánh lửa sớm để hạ thấp lƣợng NOx
nhƣng lại làm tăng mức tiêu hao nhiên liệu. Các yếu tố sau đƣợc sử dụng để điều
khiển góc đánh lửa (tƣơng tự điều khiển nhiên liệu):
• Áp suất đƣờng ống nạp pm.
• Lƣu lƣợng khí nạp ma.
•
•
•
•

Tốc độ động cơ n.
Độ mở bƣớm ga αt.
Tỉ số không khí – nhiên liệu λ
Góc quay trục khuỷu αcs và tín hiệu vị trí piston (TDC)
13

• Nhiệt độ môi trƣờng Ta.
• Điện áp accu Ub
Góc đánh lửa αi bị ảnh hƣởng bởi nhiều yếu tố:
 Góc đánh lửa αi là một hàm của tải (qui theo thời gian phun
và tốc độ động cơ. Điều này có thể diễn tả bằng bản đồ αi=f(ti,n). Bảng tra cũng chứa
những thông tin về sự thay đổi của quá trình cháy do sự phụ thuộc tải và tốc độ động
cơ. Góc đánh lửa muộn có thể sử dụng để giảm khí thải và kích nổ. Góc đánh lửa αi
ứng với mỗi điểm hoạt động của động cơ đƣợc xác định bằng thực nghiệm (trên băng
thử phòng thí nghiệm).
• Tỉ số không khí – nhiên liệu, yếu tố này xác định thời gian cháy trễ.
• Khi nhiệt độ môi trƣờng cao thì cần giảm góc đánh lửa để tránh kích
nổ. Khi đó bảng tra phụ thuộc thời gian phun tinj và nhiệt độ môi trƣờng Ta sẽ đƣợc sử
dụng.
• Chế độ hâm nóng động cơ khi nhiệt độ của động cơ còn thấp. Góc đánh
lửa muộn làm trễ quá trình chuyển hóa năng lƣợng cho đến khi supap thải đã mở.
Ống góp thải và bộ lộc khí thải (bộ hóa khử) sẽ đƣợc làm nóng lên rất nhanh.
• Ổn định tốc độ động cơ khi không tải bằng cách tăng góc đánh lửa sớm
ở tốc độ thấp, vì thế tăng công suất.
• Giới hạn tốc độ động cơ bằng cách giảm góc đánh lửa cùng với việc cắt
nhiên liệu.
• Giảm góc đánh lửa trong khi tăng tốc để tránh kích nổ.
• Chế độ điều khiển chống kích nổ kín (hồi tiếp).
• Năng lƣợng đánh lửa cũng bị ảnh hƣởng bởi điện áp accu Ub.
Góc đánh lửa sớm thực tế khi động cơ hoạt động đƣợc xác định bằng công
thức sau:
θ = θbđ + θcb + θhc
Trong đó:
θ - góc đánh lửa sớm thực tế
θbđ - góc đánh lửa sớm ban đầu θcb - góc đánh
lửa sớm cơ bản

θhc - góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh

θbđ

θcb θhc

Hình 2.10: Góc đánh lửa sớm thực tế
Góc đánh lửa sớm ban đầu (θbđ) phụ thuộc vào vị trí của delco hoặc cảm biến
vị trí cốt máy (tín hiệu G). Thông thƣờng, trên các loại xe góc đánh lửa sớm ban đầu
14


đƣợc hiệu chỉnh từ 5o đến 15o trƣớc tử điểm thƣợng ở tốc độ cầm chừng. Đối với hệ
thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử, khi điều chỉnh
góc đánh lửa sớm, ta chỉ chỉnh đƣợc góc đánh lửa sớm ban đầu.
Dựa vào tốc độ (tín hiệu Ne) và tải của động cơ (từ tín hiệu áp suất trên đƣờng
ống nạp hoặc lƣu lƣợng khí nạp), ECU sẽ đọc giá trị của góc đánh lửa sớm cơ bản
(θcb ) đƣợc lƣu trữ trong bộ nhớ.
Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh (θhc) là góc đánh lửa sớm cộng thêm hoặc giảm
bớt khi ECU nhận đƣợc các tín hiệu khác nhƣ nhiệt độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, tín
hiệu kích nổ, tín hiệu tốc độ xe…Vì vậy góc đánh lửa sớm thực tế đƣợc tính bằng góc
đánh lửa sớm ban đầu cộng với góc đánh lửa sớm cơ bản và góc đánh lửa sớm hiệu
chỉnh để đạt đƣợc góc đánh lửa sớm lý tƣởng theo từng chế độ hoạt động của động
cơ. .

Xung điều khiển đánh lửa IGT
Sau khi xác định đƣợc góc đánh lửa sớm, bộ xử lý trung tâm (CPU – Central
Processing Unit) sẽ đƣa ra xung điện áp để điều khiển đánh lửa (IGT) mô tả quá
trình dịch chuyển xung IGT trong CPU về phía trƣớc của tử điểm thƣợng khi có sự
hiệu chỉnh về góc đánh lửa sớm cơ bản (θcb ) và góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh (θhc).

Ngoài ra, xung IGT có thể đƣợc xén trƣớc gởi qua Igniter.
Giá trị góc đánh lửa sớm cố định ban đầu của động cơ xe Jeep là 10o.

 SƠ ĐỒ CỰC MẮC DÂY VÀ MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG

Sơ đồ chân ECU

15


Sơ đồ mạch điện của hệ thống
Chú thích cực mắc dây mạch điện hệ thống
101: Accu
102: Cầu chì chính
103: Công tắc máy
104: Cầu chì hộp ECU
105: Cảm biến G, Ne
106: Igniter
107: Bobine
108: Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát
109: Cảm biến vị trí bƣớm ga
110: Relay
111: Cầu chì relay
112: Máy khởi động
Chú thích cực mắc dây ECU
A7: Mass
A8: Mass
A9: Dƣơng nguồn
A16:Mass
B1:Tín hiệu đến bobine cho xylanh 1

16


B2: Tín hiệu đến bobine cho xylanh 2
B3: Tín hiệu đến bobine cho xylanh 3
B10: Mass
B11: Tín hiệu đến bobine cho xylanh 4
B16:Điều khiển relay
B20: Mass
C8: Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát
C10: Nguồn VC
C18: Tín hiệu cảm biến vị trí bƣớm ga
D1: Tín hiệu G
D2: Tín hiệu Ne
D5: Dƣơng nguồn
D8: IG
D9: Dƣơng nguồn
D10: Mass
D11:Tín hiệu G
D12:Tín hiệu Ne
D18: Dƣơng nguồn
D19: Dƣơng nguồn
D20: Mass
3.3.3- Quy trình thử hệ thống trên băng thử delco:
Sau khi đấu dây các bộ phận của hệ thống (cảm biến G, Ne, Igniter, 4 bougie,
ECU) lại với nhau, ta tiến hành gá lắp hệ thống trên băng thử. Cảm biến nhiệt độ
nƣớc làm mát và cảm biến vị trí bƣớm ga đƣợc thay thế bằng các biến trở để tiện cho
việc thay đổi điện áp gửi về ECU (giả tín hiệu).
Các bƣớc tiến hành :
− Cấp điện cho băng thử.

− Cấp điện áp 12V cho ECU
− Cấp điện áp 12V cho đèn cân lửa
− Vặn nút điều khiển tốc độ động cơ theo chiều tăng tốc.
− Bắt đầu cho động cơ quay ở tốc độ 800 vòng/phút (tốc độ cầm chừng), chọn
góc đánh lửa sớm 0o tại tốc độ này
− Tăng tốc độ động cơ lên dần.
_ Quan sát đồng hồ tốc độ của động cơ, xác định góc đánh lửa dựa vào đèn
cân lửa.
_ Tiến hành xác định góc đánh lửa sớm ở các tốc độ: 800, 1000, 1500, 2000,
2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000 (vòng/phút).
_ Ghi nhận các giá trị tại mỗi vị trí tốc độ.
17


 Kết quả:
 Khi chỉ có cảm biến G và Ne
Tốc độ
(vòng/phút)

800

Góc đánh
lửa sớm (o)

0

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
2

8

15

17

21

26

30

31

32

Góc đánh lửa sớm với tín hiệu G, Ne
 Thử kết hợp với tín hiệu cảm biến vị trí cánh bƣớm ga
Cảm biến vị trí bƣớm ga đƣợc sử dụng là loại biến trở có giá trị điện áp đo
đƣợc ở chân VTA và mass tăng dần tƣơng ứng với góc mở cánh bƣớm ga.
Tốc độ
(vòng/phút)
800 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
Điện áp
(V)
0.5
1
3
10
17
18

23
27
31
31
32
1.0
1
3
10
17
18
23
27
31
31
32
1.5
1
3
10
17
18
23
27
31
31
32
2.0
1
3

10
17
18
23
27
31
31
32
2.5
1
3
10
17
18
23
27
31
31
32
3.0
1
3
10
17
18
23
27
31
31
32

3.5
1
3
10
17
18
23
27
31
31
32
4.0
1
3
10
17
18
23
27
31
31
32
4.5
1
3
10
17
18
23
27

31
31
32
5.0
1
3
10
17
18
23
27
31
31
32
Góc đánh lửa sớm khi có tín hiệu G, Ne và cảm biến vị trí bướm ga
Tốc độ
(vòng/phút)
800 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
Điện áp
(V)
0.5
1
3
10
17
18
23
27
31
31

32
1.0
1
3
10
17
18
23
27
31
31
32
1.5
1
3
10
17
18
23
27
31
31
32
2.0
1
3
10
17
18
23

27
31
31
32
2.5
1
3
10
17
18
23
27
31
31
32
3.0
1
3
10
17
18
23
27
31
31
32
3.5
1
3
10

17
18
23
27
31
31
32
18


4.0
4.5
5.0

1
1
1

3
3
3

10
10
10

17
17
17

18
18
18

23
23
23

27
27
27

31
31
31

31
31
31

32
32
32

Góc đánh lửa sớm khi có tín hiệu G, Ne và cảm biến vị trí bướm ga
 Thử kết hợp với tín hiệu cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát
Dựa vào bảng 2.1, ta tiến hành xác định góc đánh lửa sớm tại các mức điện
áp tƣơng ứng với nhiệt độ nƣớc làm mát tăng dần từ 20oC đến 100oC nhƣ sau:
Tốc độ
(vòng/phút)

Điện áp
(V)
2.4
1.5
0.9
0.5
0.3

800 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

5
5
5
5
2

8
8
8
8
4

14
14
14
14
11

16
16

16
16
13

18
18
18
18
16

23
23
23
23
20

27
27
27
27
23

31
31
31
31
29

31
31

31
31
29

32
32
32
32
29

Góc đánh lửa sớm khi có tín hiệu G, Ne và cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Qua các số liệu góc đánh lửa sớm thu đƣợc trên băng thử delco cho thấy
sự ảnh hƣởng của cảm biến vị trí bƣớm ga đến góc đánh lửa sớm là không đáng
kể nên nhóm thực hiện đã bỏ qua, không lắp cảm biến vị trí bƣớm ga mà chỉ lắp
cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát vào hệ thống đánh lửa trực tiếp cho động cơ xe
Jeep.
3.4- Xác định vị trí và tiến hành lắp đặt hệ thống đánh lửa trực tiếp trên xe
Jeep:
3.4.1- Vị trí lắp đặt bộ tạo tín hiệu G, Ne:
Bộ tạo tín hiệu G, Ne đƣợc lắp đặt tại vị trí cũ của bộ chia điện
-

19

Dễ lắp đ
Không ả


Vị trí lắp bộ tạo tín hiệu G, Ne
3.4.2-Vị trí lắp đặt bobine:

Bobine đƣợc lắp đặt trực tiếp đến bougie không phải qua dây cao áp. Do đó hệ
thống có kết cấu rất nhỏ gọn và đơn giản.

Vị trí lắp đặt bobine

20


3.4.3-Vị trí lắp đặt Igniter:
Igniter đƣợc lắp chặt vào xe trên tản nhiệt giúp tăng độ bền của Igniter.

Vị trí lắp đặt Igniter
3.4.4-Vị trí lắp đặt ECU:
ECU đƣợc bố trí ở vị trí an toàn bên trong cabin, tránh đƣợc sự ảnh hƣởng của
nhiệt độ động cơ và nƣớc, bụi bẩn,…

Vị trí lắp đặt ECU

21


3.4.5-Vị trí lắp đặt cảm biến nhiệt độ nƣớc:
Cảm biến đƣợc lắp đặt vào thân động cơ tiếp xúc với nƣớc làm mát .

Vị trí lắp đặt cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát
3.5- Qui trình cân lửa và vận hành động cơ:
3.5.1- Cân lửa:
- Quay động cơ đến khi máy 1 đến ĐCT (ở thời điểm cuối nén đầu nổ )
- Quay ngƣợc động cơ một góc đánh lửa sớm 100 trƣớc ĐCT.
- Lắp bộ tạo tín hiệu G, Ne vào trục dẫn động.

- Quay bộ tạo tín hiệu G, Ne đến vị trí máy 1 đánh lửa.
- Siết các đai ốc giữ bộ tạo tín hiệu G, Ne.
- Tiến hành đi dây điện cho toàn bộ hệ thống.
- Nối ống dẫn xăng đi và về.
3.5.2- Vận hành:
 Những điều lƣu ý trƣớc khi vận hành:
- Phải kiểm tra lại toàn bộ hệ thống dây điện, phải đảm bảo đi dây đúng.
- Lắp bình accu vào phải đảm bảo đúng cực, đúng trình tự tháo lắp.
- Kiểm tra nƣớc làm mát động cơ, kiểm tra dầu bôi trơn, phải đảm bảo đủ.
- Tay số phải ở vị trí số 0.
- Không có thiết bị, dụng cụ nào gác trên động cơ.
 Vận hành máy:
- Bậc công tắc máy ở vị trí ON. Kiểm tra điện áp của các chân theo bảng điện áp tiêu
chuẩn.
- Khi điện áp đảm bảo đúng, khởi động động cơ.
- Khi máy nổ tiến hành đo điện áp của các chân theo bảng tiêu chuẩn.
- Điều chỉnh gió, xoay vỏ delco điều chỉnh lửa sao cho hợp lý nhất, động cơ nổ êm
và đều nhất.

22


3.6-Kết quả chuyển đổi:
Việc thiết kế lắp đặt hệ thống đánh lửa trực tiếp cho xe Jeep đã đem lại kết quả nhƣ
sau:
- Điện thế thứ cấp cao, tia lửa mạnh nên cho phép điều chỉnh khe hở điện cực bugie
lớn.
- Động cơ dễ khởi động.
- Tăng tốc tốt.
- Suất tiêu hao nhiên liệu giảm đáng kể so với khi lắp đặt hệ thống đánh lửa thƣờng.

(Theo đánh giá của các Thầy ở trung tâm Dạy lái xe trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật
TP.HCM).
- Nồng độ các chất độc hại có trong khí xả giảm, đảm bảo về tiêu chuẩn khí xả. (Theo
kết quả đánh giá, kiểm định của Trạm đăng kiểm xe cơ giới).

23