tinh toan thiet ke he thong danh lua lap trinh

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.S.

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................. 1
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA...........................4
1.1. KHÁI QUÁT CHUNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA...................................................4
1.1.1. Chức năng hệ thống đánh lửa...........................................................................4
1.1.2. Nhiệm vụ của hệ thống đánh lửa......................................................................4
1.1.3. Yêu cầu của hệ thống đánh lửa trên ôtô............................................................4
1.1.4. Phân loại hệ thống đánh lửa.............................................................................5
1.2. ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CÁC HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA........................................6
1.2.1. Hệ thống đánh lửa thường (có tiếp điểm)........................................................6
1.2.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm...................................................7
1.2.3. Hệ thống đánh lửa điện tử................................................................................7
1.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA..............................10
CHƯƠNG II: HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE TOYOTA CAMRY..................11
2.1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ TOYTA 2AZ-FE......................................................11
2.2. CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA..............................12
2.2.1. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U.....................................................................12
2.2.2. Hiệu điện thế đánh lửa ...................................................................................12
2.2.3. Hệ số dự trữ ...................................................................................................13
2.2.4. Năng lượng dự trữ .........................................................................................13
2.2.5. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S................................................13
2.2.6. Tần số và chu kỳ đánh lửa..............................................................................14
2.2.7. Góc đánh lửa sớm...........................................................................................14
2.2.8. Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện...................................................15
2.3. HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA 2AZ-FE.........................16
2.3.1. Nguyên lý làm việc hệ thống đánh lửa trên động cơ TOYOTA 2AZ-FE........16
2.3.2. Tín hiệu IGT và IGF.......................................................................................17

2.3.3. Sự điều khiển của ESA...................................................................................19
2.3.4. Điều khiển góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh........................................................22
2.4. KẾT CẤU CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA................................24
2.4.1. Bugi................................................................................................................ 24
2.4.2. Bôbin.............................................................................................................. 24

SV


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

2.4.3. IC đánh lửa.....................................................................................................25
2.4.4. ECU ( Electronic Control Unit)......................................................................26
2.4.5. Cảm biến vị trí trục cam.................................................................................27
2.4.6. Cảm biến vị trí trục khuỷu.............................................................................28
2.4.7. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ( tín hiệu THW).........................................29
2.4.8. Cảm biến lưu lượng khí nạp( tín hiệu VG )....................................................30
2.4.9. Cảm biến vị trí bướm ga (tín hiệu VTA)........................................................32
2.4.10. Cảm biến tiếng gõ động cơ (tín hiệu KNK )................................................33
2.5. THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA..................................................34
2.5.1. Dụng cụ chuẩn bị............................................................................................34
2.5.2. Mô phỏng trên proteus...................................................................................42
2.5.3. Kết quả mô phỏng trên proteus.......................................................................43
2.5.4. Mô hình thực tế..............................................................................................44
2.5.5. Sơ đồ khối biểu diễn thuật toán.....................................................................45
CHƯƠNG III: SỬA CHỮA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA..............................................47
3.1. KIẾN THỨC CHUNG VỀ CHẨN ĐOÁN.............................................................47
3.1.1. Khái niệm độ tin cậy.......................................................................................47

3.1.2. Lý thuyết cơ bản về chẩn đoán.......................................................................47
3.1.3. Khái niệm về tự chẩn đoán.............................................................................48
3.1.4. Nguyên lý hình thành hệ thống tự chẩn đoán.................................................48
3.1.5. Các loại thông số dùng trong chẩn đoán.........................................................49
3.1.6. Cách đọc sơ đồ mạch điện..............................................................................50
3.1.7. Cách kiểm tra giắc nối và cầu chì...................................................................53
3.1.8. Cách kiểm tra mạch điện................................................................................55
3.2. THÔNG SỐ SỬA CHỮA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐỘNG CƠ 2AZ-FE............60
3.3. KIỂM TRA SỬA CHỮA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐỘNG CƠ 2AZ –FE............61
3.3.1. Quy trình kiểm tra cơ bản...............................................................................61
3.3.2. Mô phỏng triệu trứng khi cân thiết.................................................................62
3.3.3. Hệ thống chẩn đoán M-OBD..........................................................................63
3.3.4. Kiểm tra bugi..................................................................................................65
3.3.5. Quy trình phát mã...........................................................................................67
3.3.6. Xóa mã chẩn đoán..........................................................................................68
KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ..............................................................................................69
SV:


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

PHỤ LỤC........................................................................................................................ 71

SV:


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

LỜI NÓI ĐẦU
Ô tô là một trong những phương tiện giao thông quan trọng đối với sự phát triển của
nền kinh tế- xã hội hiện nay. Lịch sử ra đời và phát triển của nó đã trải qua nhiều năm với
những giai đoạn thăng trầm để tiến tới sự hoàn thiện và tiện nghi hơn như tăng công suất
động cơ, tăng tính kinh tế nhiên liệu, đảm bảo tính năng an toàn tăng tính tiện nghi và
bảo mật...Các hãng xe đã áp dụng các tiến bộ khoa học vào những chiếc ô tô của mình
như điều khiển điện tử, kỹ thuật bán dẫn, công nghệ nano….Từ đó nhiều hệ thống hiện
đại ra đời: Hệ thống phun xăng điện tử (EFI), hệ thống phun diesel điện tử CRDI, hệ
thống đánh lửa lập trình ESA, hệ thống phanh ABS, hệ thống đèn tự động, sử dụng bộ
chìa khóa nhận dạng…
Ở Việt Nam, với ngành công nghiệp ô tô còn non trẻ thì hầu hết những công nghệ
về ô tô đều đến từ các nước trên thế giới. Chúng ta cần phải tiếp cận với công nghệ tiên
tiến này để không những tạo tiền đề cho nền công nghiệp ô tô mà còn phục vụ cho công
tác bảo dưỡng, sửa chữa.
Qua thời gian học tập và nghiên cứu về chuyên ngành “Cơ Điện Tử” tại trường Đại
Học Công Nghệ GTVT, em đươc khoa tin tưởng giao cho đề tài tốt nghiệp “Tính toán
thiết kế hệ thống đánh lửa trên xe du lịch” đây là một đề tài rất thiết thực nhưng còn
nhiều khó khăn. Với sự cố gắng của em và dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Chu Văn
Huỳnh cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô trong Khoa Cơ khí, các bạn trong lớp
66DCC022 em đã hoàn thành đề tài đáp ứng được yêu cầu đưa ra. Song trong quá trình
làm đồ án tốt nghiệp, với khả năng và kinh nghiệm còn hạn chế nên không thể tránh khỏi
thiếu sót. Vì vậy em rất mong sự đóng góp, chỉ bảo của các thầy cô để đề tài của em được
hoàn thiện hơn và đó chính là những kinh nghiệm nghề nghiệp cho em sau khi ra trường.
1. Lý do chọn đề tài
Với một sự phát triển nhanh và mạnh của thị trường ô tô Việt Nam. Một yêu cầu
được đặt ra, đó là làm thế nào để khai thác được hiệu quả nhất động cơ của ô tô, nhất là
về phần điều khiển, để có thể đánh giá và sử dụng hết được những tính năng của nó, đem
lại chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật (ít tiêu hao nhiên liệu, sự ô nhiễm, công suất động cơ) cao

nhất… Đó là một nhiệm vụ được đặt ra cho một nước đang hội nhập với thế giới như Việt
Nam.
Đó cũng là lý do mà em chọn Đề tài tốt nghiệp của mình là “Tính toán thiết kế hệ
thống đánh lửa trên xe du lịch”. Trong phạm vi giới hạn của Đề tài, khó mà có thể nói
hết được tất cả các công việc cần phải làm để khai thác hết tính năng về phần điều khiển
đánh lửa động cơ xe ô tô. Tuy nhiên, đây sẽ là nền tảng cho việc lấy cơ sở để khai thác

Page 1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

những động cơ tương tự sau này, làm thế nào để sử dụng một cách hiệu quả nhất, kinh tế
nhất trong khoảng thời gian lâu nhất.

Xe Toyota Camry
2. Mục tiêu của đề tài
Như đã trình bày ở phần trên, mục tiêu của Đề tài này là làm thế nào để chúng ta có
thể có một cái nhìn khái quát về các công việc có thể tiến hành để khai thác có hiệu quả
nhất hệ thống đánh lửa động cơ 2AZ-FE lắp trên xe CAMRY của hãng TOYOTA.
Qua tìm hiểu, ta có thể nắm được tổng quan về kết cấu các bộ phận của hệ thống
đánh lửa động cơ 2AZ-FE của Toyota Camry, nắm được cấu tạo chi tiết và sự hoạt động
của từng bộ phận trong hệ thống đánh lửa trên động cơ. Từ đó ta có thể rút ra được những
nguyên nhân hư hỏng và cách sửa chữa khi hệ thống gặp sự cố, ngoài ra ta cũng có thể
thấy được những ưu nhược điểm của hệ thống đánh lửa trên động cơ 2AZ-FE.
Nhờ những hiểu biết này, những người kỹ sư về ô tô có thể đưa ra những lời khuyên
cho người sử dụng cần phải làm như thế nào để sử dụng, khai thác hệ thống đánh lửa
động cơ Toyota Camry 2AZ-FE một cách hiệu quả nhất, trong thời gian lâu nhất giúp

động cơ hoạt động được với tính kinh tế và năng suất cao nhất. Cuối cùng, nắm vững và
khai thác hiệu quả hệ thống đánh lửa động cơ Toyota Camry 2AZ-FE,trên cơ sở nền tảng
đó chúng ta sẽ có thể khai thác tốt các loại hệ thống đánh lửa kiểu mới hơn, được ra đời
sau này và có các hệ thống tiên tiến hơn. Khai thác và sử dụng tốt hệ thống đánh lửa động
cơ 2AZ-FE cũng là một cách để chúng ta bảo vệ môi trường sống của chính chúng ta, bảo
vệ sức khỏe cộng đồng.
3. Mục đích của đề tài

Page 2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài này, bản thân sinh viên nhận thấy đây là
một cơ hội rất lớn để có thể củng cố các kiến thức mà mình đã được học. Ngoài ra, sinh
viên còn có thể biết thêm những kiến thức thực tế mà trong nhà trường khó có thể truyền
tải hết được, đó thực sự là những kiến thức mà mỗi sinh viên rất cần khi công tác sau này.
Ngoài ra, thực hiện luận văn cũng là dịp để sinh viên có thể nâng cao các kỹ năng
nghề nghiệp, khả năng nghiên cứu độc lập và phương pháp giải quyết các vấn đề. Bản
thân sinh viên phải không ngừng vận động để có thể giải quyết những tình huống phát
sinh, điều đó một lần nữa giúp cho sinh viên nâng cao các kỹ năng và kiến thức chuyên
ngành.
Cuối cùng, việc hòan thành luận văn tốt nghiệp sẽ giúp cho sinh viên có thêm tinh
thần trách nhiệm, lòng say mê học hỏi, sáng tạo. Và đặc biệt quan trọng là lòng yêu nghề
nghiệp.
4. Phương pháp nghiên cứu
Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài em có sử dụng một số phương pháp
nghiên cứu sau:

- Tra cứu trong các tài liệu, giáo trình kỹ thuật, sách vở, đặc biệt là các cuốn cẩm nang
khai thác, bảo dưỡng sửa chữa của chính hãng Toyota.
- Tìm kiếm thông tin trên mạng Internet, các website trong và ngoài nước. So sánh và
chắt lọc để sử dụng những thông tin cần thiết và đáng tin cậy.
- Tham khảo ý kiến của các Giảng viên trong ngành cơ khí ô tô.
- Tổng hợp và phân tích các nguồn dữ liệu thu thập được, từ đó đưa ra những đánh giá và
nhận xét của riêng mình.
5. Giới hạn của đề tài
Do thời gian làm luận văn có hạn nên chỉ nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt
động bộ phận chính trong hệ thống, từ đó có đưa ra nguyên lý hoạt động chung và cách
sửa chữa hư hỏng của hệ thống đánh lửa trên động cơ 2AZ-FE trên xe CAMRY.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa, đặc biệt là thầy Chu Văn
Huỳnh đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn em để đề tài của em được hoàn thành.
Em xin trân trọng cảm ơn !
Hà Nội, ngày …, tháng …, năm 2020
SINH VIÊN THỰC HIỆN

Page 3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
1.1. KHÁI QUÁT CHUNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
1.1.1. Chức năng hệ thống đánh lửa
Trong động cơ xăng hòa khí sau khi được đưa vào trong xylanh và được trộn đều
nhờ xoáy lốc của dòng khí, sẽ được Piston nén lại. Ở một thời điểm thích hợp cuối kỳ
nén, hệ thống đánh lửa sẽ cung cấp một tia lửa điện cao thế, đốt cháy hòa khí và sinh

công cho động cơ. Như vậy, chức năng của hệ thống đánh lửa là tạo ra tia lửa đốt cháy
hỗn hợp nhiên liệu trong buồng đốt của động cơ.
1.1.2. Nhiệm vụ của hệ thống đánh lửa.
Hệ thống đánh lửa trên động cơ có nhiệm vụ biến thiên nguồn điện xoay chiều, một
chiều có hiệu điện thế thấp 12V hoặc 24V thành các xung điện thế cao khoảng vài chục
kV.Các xung hiệu điện thế cao này sẽ được phân bố đến bugi của các xylanh đúng thời
điểm để tạo tia lửa điện cao thế đốt cháy hòa khí.
1.1.3. Yêu cầu của hệ thống đánh lửa trên ôtô.
Các yếu tố quan trọng của động cơ xăng là: Hỗn hợp không khí nhiên liệu tốt, nén
ép tốt, và đánh lửa tốt. Hệ thống đánh lửa tạo ra một tia lửa mạnh, và các thời điểm chính
xác để đốt cháy hỗn hợp không khí - nhiên liệu.
Hệ thống đánh lửa phải sinh ra sức điện động thứ cấp đủ lớn để phóng điện qua khe
hở bougie trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ.
Tia lửa trên bougie phải đủ năng lượng và thời gian phóng để đốt cháy hoàn toàn
hòa khí. Vì ngay cả khi bị nén ép với áp suất cao, không khí có điện trở, nên cần phải tạo
ra điện thế hàng chục ngàn vôn để đảm bảo phát tia lửa mạnh, có thể đốt cháy hỗn hợp
không khí nhiên liệu.
Thời điểm đánh lửa chính xác: Hệ thống đánh lửa phải luôn có thời điểm đánh lửa
chính xác để phù hợp với sự thay đổi tốc độ và tải trọng của động cơ. 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 và có đủ độ bền và độ tin
cậy để chịu đựng được trong các điều kiện nhiệt độ cao và độ rung xóc lớn. Hệ thống
đánh lửa sử dụng điện cao áp do cuộn đánh lửa tạo ra nhằm phát ra tia lửa điện để đốt
cháy hỗn hợp không khí và nhiên liệu đã được nén ép. Hỗn hợp không khí nhiên liệu
được nén ép và đốt cháy trong cylinder.
Sự bốc cháy này tạo ra động lực của động cơ. Nhờ có hiện tượng tự cảm và cảm
ứng tương hỗ, cuộn dây tạo ra điện áp cao cần thiết cho đánh lửa. Cuộn sơ cấp tạo ra điện
thế hàng trăm vôn còn cuộn thứ cấp thì tạo ra điện thế hàng chục ngàn vôn.

Page 4

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

1.1.4. Phân loại hệ thống đánh lửa.
Ngày nay hệ thống đánh lửa cao áp được trang bị trên động cơ 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:
a) Phân loại theo phương pháp điều khiển bằng cảm biến.
- Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa ( breaker ).
- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ ( Electromagnetie Sensor ). Gồm 2 loại:
Loại nam châm đứng yên và loại nam châm quay.
- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall.
- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang.
- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến từ trở.
b) Phân loại theo cách phân bố điện cao áp.
- Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện - Delco ( Distributor Ignition System ).
- Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay không có Delco ( Distributorless Ignition System).
c) Phân loại theo phương pháp điều khiển góc đánh lửa sớm.
- Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng cơ khí
( Mechanical Spark - Advance ).
- Hệ thống đánh lửa với bộ điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử ( ESA Electronic Spark Advance ).
d) Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp.
- Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa ( Conventional Ignition System ).
- Hệ thống đánh lửa sử dụng Transistor.
- Hệ thống đánh lửa sử dụng Thyristor ( CDI ).
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ sản xuất động cơ
nói riêng và sản xuất ôtô nói chung đã đạt được nhiều thành tựu cao trong mọi lĩnh vực,

từ công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí đến sự đột phá trong công nghệ chế tạo vật liệu mới.
Với sự trợ giúp đắc lực của lĩnh vực công nghiệp điện tử và điện tự động, hệ thống đánh
lửa ngày nay đã trở nên hoàn hảo. Động cơ ngày nay đều được trang bị hệ thống đánh lửa
trực tiếp với hệ thống đánh lửa sớm bằng điện tử được điều khiển hoàn toàn bằng máy
tính dựa vào các tín hiệu từ nhiều cảm biến khác nhau. Nhờ đó, có thể xác định chính xác
tình trạng của động cơ và đưa ra tín hiệu điều khiển một cách chính xác nhất.

Page 5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

1.2. ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CÁC HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
1.2.1. Hệ thống đánh lửa thường (có tiếp điểm)

Hình 1.1. Sơ
thống đánh

đồ hệ
lửa thường

1, Ắc quy
2, Khóa
7, Cam quay
3, Điện trở
8, Tiếp điểm
4, Bô bin
5, Con quay chia điện

6, Tụ điện
điện
phụ
9, Bugi
10, Bộ điều khiển góc đánh lửa chân không

Trong hệ thống đánh lửa thường có 2 mạch : mạch điện áp thấp và điện áp cao.
+ Trong mạch điệp áp thấp dùng điện của ắc quy hoặc của máy phát điện. Trong
đó ngoài nguồn điện ra còn có khóa điện, cuộn dây sơ cấp, bô bin với điện trở phụ và bộ
cắt điện.
+ Mạch điện áp cao có cuộn dây thứ cấp trong bôbin, dây dẫn cao thế,bộ chia điện,
bugi đánh lửa.
1.2.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm

Page 6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn

Về cấu tạo hệ thống đánh lửa bán dẫn không còn sử dụng tiếp điểm đóng ngắt mạch
sơ cấp nên cải thiện được chất lượng tia lửa và tuổi thọ hệ thống.
- Hệ thống đánh lửa bán dẫn ta cũng có thể chia làm 2 mạch : mạch điện hạ thế và
mạch cao thế
+ Mạch điện hạ thế dùng điện áp của ắc quy hoặc của máy phát điện trên động cơ
Trong đó ngoài nguồn điện ra còn có khóa điện, cuộn dây sơ cấp, bô bin với điện trở

phụ và IC đánh lửa.
+ Mạch điện cao thế có cuộn dây thứ cấp trong bô bin, dây cao áp, bộ chia điện và
các bugi trên xylanh.
1.2.3. Hệ thống đánh lửa điện tử
1.2.3.1 Hệ thống đánh lửa điện tử có bộ chia điện (ESA có bộ chia điện )
Về cấu tạo hệ thống đánh lửa này khác các hệ thống đánh lửa trên là không sử dụng
con quay tạo tín hiệu đánh lửa mà nó được tạo tín hiệu nhờ ECU động cơ thông qua các
tín hiệu vào từ những cảm biến liên quan qua đó tính toán được thời điểm đánh lửa phù
hợp hơn với tải trọng động cơ.

Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có ESA

Page 7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

- Hệ thống đánh lửa bán dẫn cũng được chia làm 2 mạch
+ Trong mạch điệp áp thấp dùng điện của ắc quy hoặc của máy phát điện. Trong đó
ngoài nguồn điện ra còn có khóa điện, cuộn dây sơ cấp, bô bin và IC đánh lửa.
+ Mạch điện áp cao có cuộn dây thứ cấp, dây dẫn điện áp cao, bộ chia điện và các bugi.
+ Ngoài ra còn có các cảm biến cấp tín hiệu đầu vào cho ECU và đưa ra tín hiệu điều
khiển TRANSISTOR đóng hoặc thông giúp cuộn sơ cấp được nối mát, khi đó bugi sẽ
được đánh lửa theo tín hiệu điều khiển của ECU .
1.2.3.2 Hệ thống đánh lửa điện tử không có bộ chia điện ( đánh lửa trực tiếp)

Hình 1.4 . Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp
Trong hệ thống đánh lửa trực tiếp (ĐLTT), bộ chia điện không còn được sử dụng

nữa. Thay vào đó, hệ thống ĐLTT cung cấp một bô bin cùng với một IC đánh lửa độc lập
cho mỗi xy-lanh. Vì hệ thống này không cần sử dụng bộ chia điện hoặc dây cao áp nên
nó có thể giảm tổn thất năng lượng trong khu vực cao áp và tăng độ bền. Đồng thời nó
cũng giảm đến mức tối thiểu nhiễu điện từ, bởi vì không sử dụng tiếp điểm trong khu vực
cao áp. Chức năng điều khiển thời điểm đánh lửa được thực hiện thông qua việc sử dụng
ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử).

Page 8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

Hình 1.5. Sơ đồ kết cấu hệ thống đánh lửa trực tếp( loại 1)

ECU của động cơ nhận được các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, tính toán thời
điểm đánh lửa, truyền tín hiệu đánh lửa đến IC đánh lửa. Thời điểm đánh lửa được tính
toán liên tục theo điều kiện của động cơ, dựa trên giá trị thời điểm đánh lửa tối ưu đã
được lưu giữ trong máy tính, dưới dạng một bản đồ ESA. So với điều khiển đánh lửa cơ
học của các hệ thống thông thường thì phương pháp điều khiển bằng ESA có độ chính
xác cao hơn và không cần phải đặt lại thời điểm đánh lửa.

Page 9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

1.3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA.
Trong quá trình sử dụng ôtô, trạng thái kỹ thuật của ôtô dần thay dổi theo hướng xấu
đi, dẫn tới hay hỏng hóc và giảm độ tin cậy. Quá trình thay đổi ấy có thể kéo dài theo thời
gian ( hay hành trình sử dụng ) và phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
- Chất lượng của vật liệu, công nghệ chế tạo, lắp ghép, sự không đồng nhất trong chế
tạo.
- Điều kiện sử dụng: môi trường sử dụng, trình độ người sử dụng, điều kiện bảo quản,
trang thiết bị và môi trường sửa chữa, nhiên liệu dầu mỡ bôi trơn..
- Sự mài mòn vật liệu giữa các bề mặt có chuyển động tương đối.
- Sự xuất hiện các vết nứt nhỏ hay hỏng ren do trong quá trình bảo dưỡng thay thế bugi
hoặc chịu tải thay đổi, thường gọi là mỏi.
- Sự hư hỏng kết cấu chi tiết do bị quá tải tức thời, đột xuất.
- Muội than tích tụ ở đầu đánh lửa của bugi, bugi làm việc quá nguội hoặc hệ thống
nhiên liệu cung cấp nhiên liệu quá nhiều, khi đó đánh lửa không nhận đủ nhiệt để khử các
cặn carbon, sóng điện áp cao sẽ nối tắt qua các cặn này, thay vì phóng qua khe đánh lửa
của bugi. Bugi làm việc quá nóng sẽ tiêu hủy các điện cực nhanh chóng và làm rộng khe
đánh lửa, do đó, tia lửa không thể phóng qua và sự mất lửa xảy ra.
- Cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp bị ngắn mạch.
- Do hỏng các cảm biến như cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí trục cam. làm
ảnh hưởng tới quá trình đánh lửa.
- Khoảng lắp bugi là khoảng cách từ mặt tựa đệm lót ở vỏ bugi ( hoặc đỉnh tựa mặt
côn) đến cuối các đường ren. Nếu khoảng này quá dài, bugi sẽ sâu vào buồng đốt gây cản
trở sự khuấy trộn hỗn hợp, va đập với van hoặc piston. Bugi có khoảng lắp không đủ
không thể đốt hỗn hợp một cách chính xác. Vì vậy, các bugi được sử dụng cho động cơ
phải có khoảng cách thích hợp, đúng với tiêu chuẩn của nhà chế tạo.
- Nếu hệ thống đánh lửa sử dụng bộ chia điện có tiếp điểm: Tiếp điểm bị mòn hoặc
cháy rỗ cũng làm ảnh hưởng rất lớn tới quá trình đánh lửa.

Page 10

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

CHƯƠNG II: HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE TOYOTA CAMRY
2.1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ TOYOTA 2AZ-FE
Nội dung
Kiểu động cơ

Giá trị

Ghi chú

4 kỳ 4 xylanh thẳng hàng ( I4)

Dung tích công tác của
2362cm3
xylanh

Công suất lớn nhất

150 mã lực

ở tốc độ 5600
vòng/ phút

Mô men xoắn lớn nhất

222 N.m

ở 3800 vòng/ phút

Kiểu cung cấp nhiên liệu

Phun xăng điện tử EFI

Hệ thống làm mát

Kiểu tuần hoàn cưỡng bức dưới áp
suất của bơm nước và có van hằng
nhiệt ngay cả khi xe phanh hãm đột
ngột

Hệ thống bôi trơn

Kiểu cưỡng bức và vung té có lọc
dầu toàn phần, dùng để đưa dầu bôi
trơn và làm mát các bề mặt ma sát
của các chi tiết chuyển động.

Đường kính xylanh/ hành
trình làm việc piston

86/86 mm

Tỷ số nén

Page 11

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thứ tự nổ

GVHD:

1–3–4–2

Trục khuỷu được đỡ bởi 5 ổ đỡ của thân máy. Các bạc ổ đỡ đều làm bằng hợp kim
nhôm.
Nắp máy được làm bằng hợp kim nhôm, có các cửa hút, cửa xả ở hai bên, buồng
cháy hình nệm.
Thân máy được làm bằng gang. Tất cả có 4 xylanh. Chiều dài mỗi ống gần gấp đôi
chiều dài mỗi piston. Bên trên xylanh là nắp máy, bên dưới xylanh là trục khuỷu có 5 ổ
đỡ. Ngoài ra bên thân máy còn có nước được dẫn từ bơm nước lên làm mát xylanh.
Nến điện được bố trí bên phải buồng cháy.
Các lò xo nấm hút làm bằng thép và lò xo có khả năng chịu tải ở mọi chế độ vòng
quay động cơ.
Trục cam được dẫn động bằng xích. Trục cam có 5 ổ đỡ nằm giữa các con đội của
từng xylanh và ở phía đầu xylanh số 1. Việc bôi trơn các ổ trục cam được thực hiện nhờ
có đường dầu từ nắp máy.

2.2. CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
2.2.1. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U
Hiệu điện thế thứ cấp cực đại là hiệu điện thế cực đại đo được 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 được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặc biệt là lúc khởi động.
2.2.2. Hiệu điện thế đánh lửa
Hiệu điện thế thứ cấp mà ở đó quá trình đánh lửa xảy ra, được gọi là hiệu điện thế đánh

lửa . Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tuân theo định luật
Pashen.
(1.1)
Trong đó:
- P : là áp suất buồng đốt tại thời điểm đánh lửa.
- : khe hở bugi.
- T: nhiệt độ ở điện cực trung tâm của bugi tại thời điểm đánh lửa.
- K: hằng số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp hòa khí.
Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu điện thế đánh lửa tăng khoảng 20-30% do nhiệt độ hòa
khí thấp và hòa khí không được hòa trộn tốt.

Page 12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

Khi động cơ tăng tốc độ, tăng nhưng sau đó giảm từ từ do nhiệt độ cực bugi tăng và
áp suất nén giảm do quá trình nạp xấu đi.
Hiệu điện thế đánh lửa có giá trị cực đại ở chế độ khởi động và tăng tốc, có giá trị cực
tiểu ở chế độ ổn định khi công suất cực đại. Trong quá trình vận hành xe mới, sau 2000
km đầu tiên tăng 20% do điện cực của bugi bị mài mòn.

Hình 2.1. Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa với tốc độ và tải động cơ
1. Toàn tải
2. Nửa tải
3. Cầm chừng 4. Khởi động
Sau khi đó tiếp tục tăng do khe hở bugi tăng. Vì vậy để giảm phải hiệu chỉnh lại khe hở
bugi sau mỗi 10.000 km

2.2.3. Hệ số dự trữ
Hệ số dự trữ là tỷ số giữa hiệu điện thế cực đại U và hiệu điện thế đánh lửa :
(1.2)
Đối với hệ thống đánh lửa thường, do U thấp nên thường nhỏ hơn 1,5. Trên những động
cơ xăng hiện đại với hệ thống đánh lửa lập trình, hệ số dự trữ đánh lửa có giá trị khá cao
(), đáp ứng được việc tăng tỷ số nén, tăng số vòng quay và tăng khe hở bugi.
2.2.4. Năng lượng dự trữ
Năng lượng dự trữ là năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường trong cuộn dây sơ cấp của
bôbin. Để đảm bảo tia lửa điện có đủ năng lượng để đốt cháy hoàn toàn hòa khí, hệ thống
đánh lửa phải đảm bảo năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp của bôbin ở một giá trị xác
định:
Trong đó:
-: năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp.
- : độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bôbin.
- : cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm transistor công suất ngắt.
2.2.5. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S

Page 13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

Trong đó:
- S : là tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp.
- : độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp.
- :thời gian biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp.
Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S càng lớn thì tia lửa điện xuất hiện ở điện
cực bugi càng mạnh nhờ đó dòng không bị rò qua muội than trên điện cực bugi, năng

lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm.
2.2.6. Tần số và chu kỳ đánh lửa
Đối với động cơ xăng 4 kỳ, số tia lửa trong một giây hay còn gọi là tần số đánh lửa được
xác định bởi công thức:
Đối với động cơ 2 kỳ:
Trong đó:
- f: tần số đánh lửa.
- n: số vòng quay trục khuỷu động cơ ().
- Z : số xylanh động cơ.
Chu kỳ đánh lửa : là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa.
Trong đó:
- : thời gian vít ngậm hay transistor công suất bão hòa.
- : thời gian vít hở hay transistor công suất ngắt.
Tần số đánh lửa f tỷ lệ thuận với số vòng quay trục khuỷu động cơ và số vòng quay
xylanh. Khi tăng số vòng quay của động cơ và số xylanh, tần số đánh lửa f tăng do đó
chu kì đánh lửa T giảm xuống. Vì vậy, khi thiết kế cần chú ý đến hai thông số chu kì và
tần số đánh lửa để đảm bảo ở số vòng quay cao nhất của động cơ tia lửa vẫn mạnh.
2.2.7. Góc đánh lửa sớm
Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ từ thời điểm xuất hiện tia lửa điện
tại bugi cho đến khi pittong lên đến điểm chết trên.
Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế và độ ô nhiễm của khí
thải động cơ. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:
Trong đó :
- : áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa
- : nhiệt độ buồng đốt
- p: áp suất trên đường ống nạp
- : nhiệt độ làm mát động cơ
- : nhiệt độ môi trường
- n : số vòng quay động cơ
- : chỉ số octan của xăng

Page 14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

Ở các đời xe cũ, góc đánh lửa sớm chỉ số được điều khiển theo hai thông số : tốc độ và tải
động cơ, tuy nhiên hệ số đánh lửa ở một số xe (Toyota, Honda,…) có trang bị thêm van
nhiệt và sử dụng bộ phận đánh lửa sớm theo hai chế độ. Trên các xe đời mới, góc đánh
lửa sớm được điều khiển bằng điện tử nên góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh theo thông
số nêu trên.
2.2.8. Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện
Thông thường, tia lửa điện bao gồm hai thành phần là thành phần điện dung và thành
phần điện cảm. Năng lượng của tia lửa được tính theo công thức:
Năng lượng điện dung
Trong đó :
- : năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện dung.
- :điện dung ký sinh của mạch thứ cấp của bugi (F).
- : hiệu điện thế đánh lửa.
Năng lượng điện cảm
Trong đó :
- :năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện cảm.
- : độ tự cảm của mạch thứ cấp(H).
- :cường độ dòng điện mạch thứ cấp(A).
Tùy loại hệ thống đánh lửa mà năng lượng tia lửa có đủ cả hai thành phần điện cảm (thời
gian phóng điện dài) và điện dung (thời gian phóng điện ngắn) 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 lượng tia lửa đủ lớn và thời gian phóng

điện đủ đài để đốt cháy được hòa khí ở mọi chế độ hoạt động của động cơ.

Page 15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

2.3. HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA 2AZ-FE

Hinh
1.9.
Sơ đồ
Hình 2.2 . Cácmạch
chi tiết
vàkhiển
vị trí hệ
củathống
nó trên
động
trong
hệcơ
thống
đánh lửa 2AZ-FE
điều
đánh
lửacơ
trên
động

2AZ-FE
2.3.1. Nguyên lý làm việc hệ thống đánh lửa trên động cơ TOYOTA 2AZ-FE
Trên động cơ 2AZ-FE được trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp với mỗi bugi một
bôbin đánh lửa. Khi ECU động cơ nhận được tín hiệu gửi về, trong đó quan trọng nhất là
các xung G, xung NE và tín hiệu của cảm biến đo gió, bộ xử lý của ECU sẽ tính toán và
chọn ngay ra một điểm trên bề mặt lập trình, tức là chọn ngay một góc đánh lửa sớm tối
ưu ở tốc độ và mức tải đó (chương trình đánh lửa sớm ESA- Electronic Spark Advance).
Rồi thông qua một bóng điều khiển trong ECU xuất xung IGT (ignition timing) tới IC
đánh lửa. Khi IC đánh lửa nhận được xung IGT ở đầu vào mạch transisitor, mạch này

Page 16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

Hình 2.3. Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ 2AZ-FE
điều khiển bóng Transistor ON để nối mát cho cuộn sơ cấp W1 của bôbin qua chân C của
IC đánh lửa. Khi đó xuất hiện dòng sơ cấp trong bôbin tạo ra từ trường , từ trường tồn tại

trong bôbin cho tới khi bóng Transistor OFF, khi đó từ trường biến thiên cực nhanh và
cảm ứng ra xung cao áp ở cuộn dây thứ cấp W2 của bôbin. Xung cao áp này được đưa
đến bugi theo thứ tự nổ của động cơ tạo tia lửa điện đốt cháy hòa khí.

Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa trên động cơ 2AZ-FE
1 . Tín hiệu tốc độ động cơ.
2 . Tín hiệu vị trí trí trục khủy.
3 . Tín hiệu lưu lượng khí nạp.

4 . Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga.
5 . Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát.
6 . Tín hiệu kích nổ.

Page 17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

2.3.2. Tín hiệu IGT và IGF

Hình 2.5. Tín hiệu IGT và IGF.
a) Tín hiệu IGT.
ECU động cơ tính toán thời điểm đánh lửa tối ưu theo các tín hiệu từ các cảm biến
khác nhau và truyền tín hiệu IGT đến IC đánh lửa. Tín hiệu IGT được bật ON ngay trước
khi thời điểm đánh lửa được bộ vi xử lý trong ECU động cơ tính toán, và sau đó tắt đi.
Khi tín hiệu IGT bị ngắt, các bugi sẽ đánh lửa.
Dòng điện từ ắc quy chạy qua IC đánh lửa vào cuộn sơ cấp, phù hợp với tín hiệu thời
điểm đánh lửa (IGT) do ECU động cơ phát ra. Kết quả là các đường sức từ trường được
tạo ra xung quanh cuộn dây có lõi ở trung tâm.

Page 18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

Hình 2.6. Khi phát tín hiệu IGT
Khi động cơ tiếp tục chạy, IC đánh lửa nhanh chóng ngắt dòng điện vào cuộn sơ
cấp, phù hợp với tín hiệu IGT do ECU động cơ phát ra. Kết quả là từ thông của cuộn sơ
cấp giảm đột ngột. Vì vậy, tạo ra một một sức điện động theo chiều chống lại sự giảm từ
thông hiện có, thông qua tự cảm của cộn sơ cấp và cảm ứng tương hỗ kèm theo của cuộn
thứ cấp hiệu ứng tự cảm tạo ra một thế điện động khoảng 500V trong cuộn sơ cấp, và
hiệu ứng cảm ứng tương hỗ kèm theo của cuộn thứ cấp tạo ra một suất điện động khoảng
30 kV. Sức điện động này làm cho bugi phát ra tia lửa.Dòng sơ cấp lớn và sự ngắt dòng
sơ cấp càng nhanh thì điện thế thứ cấp càng lớn.

Hình 2.7. Khi ngắt tín hiệu IGT

Page 19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

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

Hình 2.8. Bản đồ miền điều khiển ESA
Khái quát về việc điều khiển thời điểm đánh lửa:

Hình 2.9.
điều
của ESA.

Sự
khiển

Điều
khiển
đánh
lửa

Điều khiển đánh lửa
khi khởi động

Điều khiển
đánh lửa sau
khi khởi
động

Góc thời điểm đánh lửa ban đầu
Hiệu chỉnh để hâm nóng
Hiệu chỉnh để chạy không tải ổn
Góc thời điểm đánh lửa ban đầu
định
Hiệu
Góc đánh lửa sớm
banhỉnh
đầu tiếng gõ

Hiệu chỉnh khác
Điều chỉnh góc đanh lửa sớm tối
thiểu và tối đa
Page 20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

Điều chỉnh
góc đánh lửa
sớm hiệu
chỉnh
Hình 2.10. Điều khiển thời điểm đánh lửa
Góc thời điểm đánh lửa ban đầu được xác định như sau: Khi ECU động cơ nhận được
tín hiệu NE (điểm B), sau khi nhận tín hiệu G (điểm A), ECU xác định rằng đây là góc
thời điểm đánh lửa ban đầu khi trục khuỷu đạt đến 5 0, 70, hoặc 100 BTDC (khác nhau
giữa các kiểu động cơ).

Hình 2.11. Xác định thời điểm đánh lửa.
Việc điều khiển thời điểm đánh lửa gồm có hai việc điều khiển cơ bản.
a) Điều khiển đánh lửa khi khởi động.
Khi khởi động, tốc độ của động cơ thấp và khối lượng không khí nạp ch ưa ổn định,
nên không thể sử dụng tín hiệu VG (Cảm biến lưu lượng khí nạp) hoặc PIM (cảm biến áp
suất đường ống nạp) làm các tín hiệu điều chỉnh. Vì vậy, thời điểm đánh lửa được đặt ở
góc thời điểm đánh lửa ban đầu. Góc thời điểm đánh lửa ban đầu được điều chỉnh trong
IC dự trữ ở ECU động cơ. Ngoài ra, tín hiệu NE được dùng để xác định khi động cơ đang
được khởi động, và tốc độ của động cơ là 500 vòng/phút hoặc nhỏ hơn cho biết rằng việc
khởi động đang xảy ra.

Page 21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:

Tuỳ theo kiểu động cơ, có một số loại
xác định động cơ đang khởi động khi ECU
động cơ nhận được tín hiệu máy khởi động
(STA).
Hìn
h 2.12. Điều khiển đánh lửa khi khởi động.
b) Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động.
Điều chỉnh đánh lửa sau khi khởi động là việc điều chỉnh được thực hiện trong khi
động cơ đang chạy sau khi khởi động. Việc điều chỉnh này được thực hiện bằng cách tiến
hành các hiệu chỉnh khác nhau đối với góc thời điểm đánh lửa ban đầu và góc đánh lửa
sớm cơ bản.
Thời điểm đánh lửa = góc thời điểm đánh lửa ban đầu + góc đánh lửa sớm cơ bản +
góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh.
Khi thực hiện việc điều chỉnh đánh lửa sau khởi động, tín hiệu IGT được bộ vi xử lý
tính toán và truyền qua IC
dự trữ này.

Hinh 2.13.
Điều khiển đánh lửa sau
khi khởi động.
Góc đánh lửa sớm cơ
bản: Góc đánh lửa sớm cơ bản được xác định bằng cách dùng tín hiệu NE, tín hiệu VG

hoặc tín hiệu PIM. Tín hiệu NE và VG được dùng để xác định góc đánh lửa sớm cơ bản
và được lưu giữ trong bộ nhớ của ECU động cơ.
2.3.4. Điều khiển góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh.
a) Hiệu chỉnh để hâm nóng.

Page 22