ĐỀ tài NGHIÊN cứu hệ THỐNG ĐÁNH lửa TRỰC TIẾP ĐỘNG cơ 1TR FE TRÊN XE TOYOTA INNOVA 2010

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Ô TÔ
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRỰC TIẾP ĐỘNG CƠ
1TR-FE TRÊN XE TOYOTA INNOVA 2010

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Phạm Hòa Bình
Sinh viên thực hiện: Đào Hữu Đáng
Lớp: ĐH Ơ Tơ 5 _K13

Hà Nội, năm 2021


BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CN Ô TÔ

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Ô TÔ
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRỰC TIẾP ĐỘNG CƠ
1TR-FE TRÊN XE TOYOTA INNOVA 2010

Giáo viên hướng dẫn: ThS. Phạm Hịa Bình
Sinh viên thực hiện: Đào Hữu Đáng
Lớp: ĐH Ô TÔ 5 _K13

Hà Nội, năm 2021


I

MỤC LỤC
MỤC LỤC..................................................................................................................I
DANH MỤC HÌNH ẢNH......................................................................................III
LỜI NĨI ĐẦU...........................................................................................................1
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ÔTÔ2
1.1.
Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống đánh lửa trên ô tô...................2
1.1.1. Nhiệm vụ:.........................................................................................................2
1.1.2. Yêu cầu:...........................................................................................................2
1.1.3. Phân loại:..........................................................................................................2
1.2. Các giai đoạn cháy của hịa khí........................................................................3
1.3. Lý thuyết chung về hệ thống đánh lửa trên ơ tơ.............................................4
1.3.1. Q trình ngắt dịng sơ cấp..............................................................................8
1.3.2. Q trình phóng điện ở điện cực bugi............................................................10
1.4. Các thớng số cơ bản của hê ̣ thống đánh lửa.................................................12
1.4.1. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại.........................................................................12
1.4.2. Hiệu điện thế đánh lửa Uđl..............................................................................12
1.4.3. Góc đánh lửa sớm..........................................................................................13
1.4.4. Hệ số dự trữ Kdt..............................................................................................14
1.4.5. Năng lượng dự trữ Wdt...................................................................................15
1.4.6. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp...................................................15
1.4.7. Tần số và chu kỳ đánh lửa..............................................................................16
1.4.8. Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện...................................................17
1.5. Giới thiêụ sơ lược về các loại hê ̣ thống đánh lửa trên xe ô tô ngày nay.....17
1.5.1. Hệ thống đánh lửa dùng má vít......................................................................17
1.5.2. Hê ̣ thớng đánh lửa bán dẫn.............................................................................19
1.5.3. Hê ̣ thống đánh lửa trực tiếp............................................................................20
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1.......................................................................................23
CHƯƠNG 2: KẾT CẤU & NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC HT ĐÁNH LỬA TRỰC

TIẾP ĐỘNG CƠ 1TR-FE TRÊN XE TOYOTA INNOVA 2010..........................24
2.1. Giới thiệu chung về xe Toyota Innova 2010.................................................24
2.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển của xe Toyota Innova tại Việt Nam...........24
2.1.2 Thông số kỹ thuật động cơ 1TR-FE lắp trên Toyota Innova 2010.................26
2.2. Các thành phần chính hệ thống đánh lửa trực tiếp động cơ 1TR-FE........27
2.2.1. Các cảm biến và tín hiệu đầu vào ( INPUT)..................................................27
2.2.2. Khối xử lý tín hiệu ( Electronic Control Unit – ECU )..................................33
2.2.3. Khối chấp hành..............................................................................................35
2.3. Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ 1TR-FE
của xe TOYOTA INNOVA 2010..........................................................................38
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2.......................................................................................41


II

CHƯƠNG 3: HƯ HỎNG , SỬA CHỮA VÀ BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG ĐÁNH
LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ 1TR-FE............................................................................42
3.1. Những hư hỏng thường gặp trong hệ thống đánh lửa.................................42
3.1.1. Hỏng bobin đánh lửa......................................................................................42
3.1.2. Hư hỏng bugi..................................................................................................42
3.1.3. Bộ cảm biến bị hỏng......................................................................................43
3.2. Chuẩn đoán và kiểm tra - sửa chữa hệ thống đánh lửa trực tiếp...............44
3.3. Quy trình kiểm tra,bảo dưỡng,sửa chữa hệ thống đánh lửa trực tiếp.......47
3.3.1. Kiểm tra thời điểm đánh lửa..........................................................................47
3.3.2. Kiểm tra & bảo dưỡng Bugi...........................................................................48
KẾT LUẬN..............................................................................................................51
Tài liệu tham khảo..................................................................................................52


III

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Chương 1: Tổng quan chung về hệ thống đánh lửa trên ơ tơY

Hình 1. 1 Sơ đồ ngun lý hệ thống đánh lửa............................................................4
Hình 1. 2 Sơ đờ tương đương mạch sơ cấp của hê ̣ thống đánh lửa............................5
Hình 1. 3 Quá trình tăng dòng sơ cấp i1.....................................................................7
Hình 1. 4 Sơ đồ tương đương của hê ̣ thống đánh lửa................................................8
Hình 1. 5 Quy l ̣t biến đởi dòng điê ̣n sơ cấp i1 và hiê ̣u điê ̣n thế thứ cấp U2..........10
Hình 1. 6 Sự thay đởi hiê ̣u điê ̣n thế U2 khi phóng tia lửa điê ̣n.................................10
Hình 1. 7 Sự phụ th ̣c của hiê ̣u điê ̣n thế đánh lửa vào tốc đô ̣ và tải đơ ̣ng cơ........12
Hình 1. 8 Sơ đồ hệ thống đánh lửa má vít................................................................18
Hình 1. 9 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn.............................................................19
Hình 1. 10 Hai loại hệ thống đánh lửa trưc tiếp.......................................................20
Hình 1. 11 Hệ thống đánh lửa trực tiếp dùng bobine đơi.........................................21
Hình 1. 12 Hệ thống đánh lửa trực tiếp dùng bobine đơn........................................22
Chương 2:Kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa trên động cơ
của xe toyota innova 2010YY
Hình 2. 1 Xe Toyota Innova năm 2006 lần đầu tiên ra mắt tại Việt Nam...............24
Hình 2. 2 Hình ảnh chiếc xe Toyota Innova được ra mắt năm 2010......................25
Hình 2. 3 Toyota Innova 2021 mới nhất tại Việt Nam............................................25
Hình 2. 4 Các thành phần cơ bản trên hệ thống đánh lửa trên động cơ 1TR-FE.....27
Hình 2. 5 Cảm biến vị trí trục khuỷu.......................................................................28
Hình 2. 6 Cảm biến vị trí trục cam...........................................................................29
Hình 2. 7 Cảm biến vị trí bướm ga..........................................................................30
Hình 2. 8 Hoạt động cảm biến kích nổ do ECU động cơ điều khiển.......................31
Hình 2. 9 Cảm biến oxy...........................................................................................32
Hình 2. 10 Cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF)......................................................32
Hình 2. 11 Khối xử lý thơng tin ECU động cơ........................................................33
Hình 2. 12 Tín hiệu đánh lựa IGT theo thứ tự đánh lửa..........................................34

Hình 2. 13 Tín hiệu phản hồi đã đánh lửa IGF........................................................35
Hình 2. 14 Cuộn đánh lửa........................................................................................35
Hình 2. 15 Ngun tắc khuếch đại dịng điện trong bobine.....................................36
Hình 2. 16 Bugi đầu dài trên động cơ 1TR-FE........................................................37


IV

Hình 2. 17 Sơ đồ mạch điện điều khiển hệ thống đánh lửa trên xe Toyota Innova
2010..........................................................................................................................39
Hình 2. 18 Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa.................................................................40
CHƯƠNG 3: HƯ HỎNG , SỬA CHỮA VÀ BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG ĐÁNH
LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ 1TR-FE
YHình 3. 1 Bobine bị hỏng..........................................................................................
Hình 3. 2 Một số bugi bị hỏng.................................................................................43
Hình 3. 3 Kiểm tra hư hỏng các cảm biến trên xe....................................................43
Hình 3. 4 Mơ tả q trình kiểm tra thời điểm đánh lửa............................................48
Hình 3. 5 Đo kiểm điện cực Bugi............................................................................48
Hình 3. 6 Quan sát điện cực bugi.............................................................................49
Hình 3. 7 Kiểm tra khe hở bugi................................................................................49
Hình 3. 8 Vệ sinh bugi.............................................................................................50


1

LỜI NĨI ĐẦU
Ơ tơ hiện nay có một vai trị rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực của
nền kinh tế quốc dân, dùng để vận chuyển hành khách, hàng hóa và nhiều
công việc khác....Nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật và xu thế giao lưu,
hội nhập quốc tế trong lĩnh vực sản xuất và đời sống, giao thông vận tải đã và

đang là một ngành kinh tế kỹ thuật cần được ưu tiên của mỗi quốc gia.
Hiện nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật và cơng
nghệ, ngành ơ tơ đã có những tiến bộ vượt bậc về thành tựu kỹ thuật mới như:
Điều khiển điện tử và kỹ thuật bán dẫn cũng như các phương pháp tính tốn
hiện đại…đều được áp dụng trong ngành ơ tơ. Khả năng cải tiến, hồn thiện
và nâng cao để đáp ứng với mục tiêu chủ yếu về tăng năng suất, vận tốc, tải
trọng có ích, tăng tính kinh tế, nhiên liệu, giảm cường độ lao động cho người
lái, tăng tiện nghi sử dụng cho hành khách. Các loại xe ơ tơ hiện có ở nước ta
rấ đa dạng vể chủng loại, phong phú về chất lượng do nhiều nước chế tạo.
Trong thời gian học tập tại trường,em được trang bị những kiến thức về
chuyên ngành và để đánh giá quá trình học tập và rèn luyện tại trường và
trong môn đồ án chuyên ngành ô tô, em đã chọn đề tài “Nghiên cứu hệ thống
đánh lửa trực tiếp động cơ 1TR-FE trên xe Toyota Innova 2010“.Trong quá
trình làm đồ án, dù bản thân đã hết sức cố gắng, cộng với sự giúp đỡ nhiệt
tình của thầy cơ và bạn bè xong do khả năng, tài liệu ,thời gian dịch covid cịn
hạn chế nên khó có thể tránh khỏi những sai sót. Vì vậyem rất mong sự chỉ
bảo của thầy cơ và sự góp ý của bạn bè để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Qua đây em cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình
của thầy giáo ThS.Phạm Hịa Bình đã hướng dãn tận tình và tạo điều kiện để
em hồn thành nhiệm vụ được giao.
Hà Nội,năm 2021?


2

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
TRÊN ÔTÔ
1.1.

Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống đánh lửa trên ô tô

1.1.1. Nhiệm vụ:
Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ biến điện áp từ 12v thành các xung

điện thế cao lên tới 40KV [4]. Các xung điện thế cao này được phân bổ tới
các bugi tạo tia lửa điện đốt cháy nhiên liệu.
1.1.2. Yêu cầu:
Hệ thống đánh lửa được làm việc tốt phải đảm bảo các yêu cầu sau:
 Hệ thống đánh lửa phải sinh ra sức điện động đủ lớn để phóng qua khe
hở bugi trong tất cả các chế độ làm việc.
 Tia lửa điện trên bugi phải đủ năng lượng và thời gian để phóng để q
trình cháy đảm bảo
 Góc đánh lửa phải đúng trong mọi điều kiện làm việc của động cơ
 Các thành phần của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt trong mọi
điều kiện làm việc.
 Sự mài mòn điện cực bugi phải nằm trong khoảng cho phép
1.1.3. Phân loại:
Hệ thống đánh lửa trên ô tô được sử dụng 75 năm qua hầu như không
thay đổi mới chi thay đổi phương thức đánh lửa hoặc phương pháp phân phối
tia lửa.Ta có thể phân hoại hệ thống đánh lửa như sau:
Theo phương thức tích luỹ năng lượng có:
 Hệ thống đánh lửa điện cảm.
 Hệ thống đánh lửa điện dung. 
Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp có:
 Hệ thống đánh lửa truyền thống (đánh lửa má vít).
 Hệ thống đánh lửa tranzistor(đánh lửa bán dẫn) gồm 2 loại:


3

+        Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp

+        Hệ thống đánh lửa được điếu khiển bằng kỹ thuật số.
Trong HTDL bán dẫn điều khiển trực tiếp lại chia ra loại có vít điều
khiển vít và khơng có vít điều khiển. Loại khơng có vít điều khiển có các loại
là:
- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ loại loại nam châm đứng
yên và loại nam châm quay.
- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến biến Hall.
- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến biến quang. 
- Trong HTDL điểu khiển băng kỹ thuật số có:
- Hệ thống đánh lửa theo chương trình.
- Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ vi xử lý.
- Hệ thống đánh lửa kết hợp với hệ thống phun xăng điện tử.
Phân loại theo các phân bố điện cao áp có:    
- Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện-delco.
- Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay khơng có delco.
Phân loại theo phương pháp điều khiển góc đánh lửa sớm:
- Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng cơ khí.
- Hệ thống đánh lửa với bộ điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử.
1.2. Các giai đoạn cháy của hịa khí
- Giai đoạn cháy trễ
Sự bốc cháy (nổ) của hỗn hợp hịa khí khơng phải xuất hiện ngay sau
khi đánh lửa. Thoạt đầu, một khu vực nhỏ (hạt nhân) ở sát ngay tia lửa bắt


4

đầu cháy, và quá trình bắt cháy này lan ra khu vực xung quanh.  Quãng thời
gian từ khi hỗn hợp hòa khí được đánh lửa cho đến khi nó bốc cháy được gọi
là giai đoạn cháy trễ [1] (khoảng A đến B trong sơ đồ). Giai đoạn cháy trễ đo
gần như khơng thay đổi, và nó khơng bị ảnh hưởng của điều kiện làm việc

động cơ.
- Giai đoạn lan truyền ngọn lửa 
Sau khi hạt nhân ngọn lửa hình thành, ngọn lửa nhanh chóng lan truyền
ra xung quanh. Tốc độ lan truyền này được gọi là tốc độ lan truyền ngọn lửa,
và thời kỳ này được gọi là thời kỳ lan truyền ngọn lửa (B~C~D trong sơ đồ)
Khi có một lượng lớn hịa khí được nạp vào, hỗn hợp hịa khí trở nên có mật
độ cao hơn. Vì thế, khoảng cách giữa các hạt trong hỗn hợp hịa khí giảm
xuống, nhờ thế, tốc độ lan truyền ngọn lửa tăng lên [3]. Ngoài ra, luồng hỗn
hợp hịa khí xốy lốc càng mạnh thì tốc độ lan truyền ngọn lửa càng cao. Khi
tốc độ lan truyền ngọn lửa cao, cần phải định thời đánh lửa sớm. Do đó cần
phải điều khiển thời điểm đánh lửa theo điều kiện làm việc của động cơ.
1.3. Lý thuyết chung về hệ thống đánh lửa trên ô tô
Hệ thống đánh lửa sau khi có nhiệm vụ biến đổi dòng điện một chiều
thế hiệu thấp hoặc xoay chiều với thế hiê ̣u thấp thành dòng điện với thế hiệu
cao có năng lượng đủ lớn thì sẽ sinh ra tia lửa để phóng qua khe hở giữa hai
điện cực của bugi đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu.
Để tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, quá trình đánh lửa
được chia làm ba giai đoạn: Quá trình tăng trưởng của dịng sơ cấp hay cịn
gọi là q trình tích luỹ năng lượng, q trình ngắt dịng sơ cấp và quá trình
xuất hiện tia lửa điện ở cực bugi. Giai doạn tăng dịng sơ cấp khi KK’ đóng

Hình 1. 1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa


5

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 được điều khiển nhờ tín hiệu từ
cảm biến hoặc vít lửa.

Ta có thể chuyển sơ đồ mạch điện sơ cấp thành sơ đồ tương đương như bên
dưới.
Khi KK' đóng, sẽ có dịng sơ cấp i1 chạy theo mạch:
(+)AQ  Kđ Rf W1 Cần tiếp điểm 2  KK'  (-)AQ

Hình 1. 2Sơ đờ tương đương mạch sơ cấp của hê ̣ thớng đánh lửa
Dịng điện này tăng từ 0 đến một giá trị giới hạn xác định bởi điện trở
của mạch sơ cấp. Mạch thứ cấp lúc này coi như hở. Do suất điện động tự cảm,
dịng i1 khơng thể tăng tức thời mà tăng dần trong một khoảng thời gian nào
đó [1]. Trong giai đoạn gia tăng dịng sơ cấp ta có thể viết phương trình sau:
Ung + eL1 = i1.R1
Trong đó:

(1. 1)

Ung - Thế hiệu của nguồn điện (ắc quy hoặc máy phát) [V].

eL1 - SĐĐ tự cảm trong cuộn sơ cấp [V].
R1 - Điện trở thuần của mạch sơ cấp [].
Mà:

e L1 =−L1

di 1
di
⇒ U ng−L1 1 =i1 R1
dt
dt

Giải phương trình vi phân (1.2) ta xác định được:

(1.2)


6
t

[

−
U ng
τ1
i1=
1−e
R1

Trong đó:
τ 1=

L1
R1

]

(1.3)

t - Thời gian tiếp điểm đóng [s]

- Hằng số thời gian của mạch sơ cấp

Biểu thức (1.3) cho thấy: Dòng sơ cấp tăng theo quy luật đường tiệm cận.

Khi t=0 (tiếp điểm vừa đóng lại) thì i1 = 0 và

di 1 U ng
=
dt L1

(1.4)

Khi t= (tiếp điểm đóng rất lâu) thì:

i 1=

U ng
di
& 1 =0
R1
dt
(1.5)

Từ các biểu thức trên ta thấy rõ rằng, tốc độ gia tăng dòng sơ cấp phụ
thuộc vào giá trị Ung và L1. L1 càng lớn thì tốc độ tăng dịng sơ cấp càng giảm.
Tốc độ này có giá trị cực đại vào thời điểm tiếp điểm bắt đầu đóng (t=0).
di 1

Giá trị nhỏ nhất của tốc độ tăng dòng sơ cấp

( )
dt

được xác định bởi

thời điểm mở tiếp điểm. Trong quá trình làm việc của hệ thống đánh lửa, tốc
độ này khơng bao giờ giảm đến 0 [5]. Vì thời gian tiếp điểm đóng ngắn nên
dịng sơ cấp khơng kịp đạt giá trị ổn định.Giá trị cực đại mà dòng sơ cấp có
thể đạt được (i1max) phụ thuộc vào điện trở mạch sơ cấp và thời gian tiếp điểm
ở trạng thái đóng. Thay giá trị t= tđ vào phương trình (1.3), ta xác định được:

[

R1

− td
U ng
L
i1max =I 1 ng=
1−e 1
R1

]

(1. 6)


7

Hình 1. 3Quá trình tăng dòng sơ cấp i1
Đường (1) ứng với xe đời cũ có bơ bin độ tự cảm lớn, tốc độ tăng dòng
sơ cấp chậm hơn so với bơ bin xe đời mới có độ tự cảm nhỏ đường (2). Chính

vì điều này làm cho lửa yếu lúc xe có tốc độ cao. Trên xe đời mới đã được
khắc phục nhờ sử dụng bơ bin có độ tự cảm nhỏ.
Trong đó:

I1ng - Giá trị dịng sơ cấp khi tiếp điểm mở [A]
tđ - Thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng [s]

Nếu ký hiệu
(ở đây:

τd=

td
t d +t m

=

td
T ck

là thời gian đóng tiếp điểm tương đối

Tck = (tđ + tm); tm - Thời gian tiếp điểm ở trạng thái mở) thì thời gian

tiếp điểm đóng có thể xác định theo công thức:

t d =τ d T ck =τ d

120
ne Z

(1. 7)
Trong đó:
ne Z
120

=f

- Tần số đóng mở của tiếp điểm

Biểu thức này có thể chứng minh với lập luận như sau: Trong 2 vòng
quay của trục khuỷu, tức là trong thời gian (60/n e)x 2 giây, tiếp điểm phải
đóng mở Z lần để thực hiện đánh lửa [14]. Vậy trong thời gian 1 giây tiếp
điểm cần phải đóng mở [Z/(120/ne)] hay f=(neZ/120));
Z - Số xy lanh của động cơ 4 kỳ.


8

ne - Số vòng quay của động cơ. [vg/phút]
Cuối cùng ta có:

[

R1

120

−( τ d
)

U ng
L1 ne Z
I 1 ng=
1−e
R1

]

(1.8)

- Giá trị dịng I1ng phụ thuộc các thơng số của mạch sơ cấp (R1 và L1).
- I1ng giảm đi khi tăng số vòng quay và số xy lanh động cơ. I1ng tăng lên khi
tăng thời gian đóng tiếp điểm tương đối, thời gian này được ấn định bởi dạng
cam và việc điều chỉnh tiếp điểm. Thường đ không thể làm tăng q 0,63 vì
lúc đó cam sẽ rất nhọn, gây ra rung động và va đập cần tiếp điểm khi làm việc
và mau mịn.
1.3.1. Q trình ngắt dịng sơ cấp
Khi trasisitor cơng suất ngắt, dịng điện sơ cấp và từ thơng do nó sinh ra
giảm đột ngột. Trên cuộn thứ cấp của bô bin sẽ sinh ra một hiệu điện thế vào
khoảng

15kV

¿

40kV. Giá trị của hiệu điện thế thứ cấp phụ thuộc

vào rất nhiều thông số của mạch sơ cấp và thứ cấp
Để tính tốn hiệu điện thế thứ cấp cực đại ta sử dụng sơ đồ tương
đương sau.

Rm - Điện trở mất mát []
Rr- Điện trở rò qua điện cực bugi []

Hình 1. 4Sơ đờ tương đương của hê ̣ thống đánh lửa


9

Bỏ qua hiệu điện thế ắc quy vì hiệu điện thế ắc quy rất nhỏ so với sức
điện động tự cảm xuất hiện trên dịng sơ cấp lúc transistor cơng suất ngắt,
năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn sơ cấp của bô bin được chuyển
thành năng lượng điện trường trên tụ điện C 1 và C2 và một phần mất mát. Để
xác định hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m ta lập phương trình cân bằng lúc
transistor cơng suất ngắt:
2
L1 I 1 ng C 1 U 12 C 2 U 22
=
+
+Q
2
2
2

(1.9)

Trong đó: C1 - Điện dung của tụ điện mắc song song với transistor công suất
[F]
C2 - Điện dung ký sinh của mạch thứ cấp [F]
U1m, U2m - Hiệu điện thế sơ cấp, thứ cấp lúc transistor công suất ngắt
[V]

Q - Tổn thất dưới dạng nhiệt [J]
U2m= kbb.U1m
Kbb= W1/W2 - Hệ số biến áp của bô bin.
W1,W2 - Số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp [vòng]

Mà:

W1
2
W1 2
1 ng
U 1 =U 2
⇒ L1 I = C 1
+C 2 U 2 +Q
2
W2
W2

[( ) ]

Sau khi biến đổi ta nhận được:
U 2 =I 1 ng

L1

√()

W1 2
C1
+C2

W2

η'

(1.11)

(1.10)


10

': Hệ số tính đến sự giảm U2 do tổn thất năng lượng dưới dạng nhiệt trong cả
hai mạch sơ cấp và thứ cấp ('=0,75...0,85).

Hình 1. 5Quy ḷt biến đởi dòng điê ̣n sơ cấp i1 và hiê ̣u điê ̣n thế thứ cấp U2
Transistor công suất ngắt, cuộn sơ cấp sẽ sinh ra một sức điện động khoảng
100

¿

300 V.

1.3.2. Q 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 (hình 3.6). Khi
xuất hiện tia lửa điện thì U2 giảm đột ngột trước khi kịp đạt giá trị cực đại.

Hình 1. 6Sự thay đổi hiê ̣u điê ̣n thế U2 khi phóng tia lửa điê ̣n
Phần điện dung xuất hiện trước, vào thời điểm đầu của q trình phóng
điện. Đó là sự phóng tĩnh điện do năng lượng của điện trường tích luỹ trong

điện dung C1 và C2 của hệ thống đánh lửa, tia lửa điện dung có màu xanh lam


11

và rất chói do nhiệt độ của nó cao tới 10000 OC. Thế hiệu cao và dịng điện
phóng rất lớn nên cơng suất tức thời của nó cũng khá lớn (có thể đạt đến hàng
chục kW). Tuy nhiên, thời gian tồn tại tia lửa này rất ngắn (<1s) nên năng
lượng điện trường cũng không lớn lắm.
Đặc trưng của phần tia lửa điện dung là có tiếng nổ lách tách, tần số
dao động lớn tới (106...107) Hz, nên gây nhiễu xạ vô tuyến mạnh.
Tia lửa điện dung làm điện thế U 2 giảm đột ngột, chỉ cịn khoảng
1500...2000V. Vì tia lửa xuất hiện trước khi U 2 đạt giá trị cực đại, nên phần
tia lửa điện dung chỉ tiêu tốn một phần năng lượng của từ trường tích luỹ
trong biến áp đánh lửa là:
CU
W C=

Trong đó:

C=C1 (

W1
W2

dl 2

2

[J]

)2 +C 2

(1.12)

[F]

(1. 13)

Phần năng lượng cịn lại được tiếp tục phóng qua khe hở bugi dưới
dạng tia lửa điện cảm hay còn gọi là đuôi lửa. Do U 2 đã giảm nhiều nên dịng
phóng lúc này cũng rất nhỏ, chỉ khoảng (80...100)mA. Tia lửa điện cảm có
màu tím nhạt-vàng, kéo dài khoảng vài s đến vài ms, phụ thuộc vào giá trị
năng lượng điện cảm tích luỹ trong mạch sơ cấp:
W L=

L1 I

1 ng2

2

[J] (1. 14)

Đi lửa có tác dụng tốt khi khởi động động cơ nguội. Vì khi khởi
động nhiên liệu bốc hơi kém, khó cháy. Nên khi nhiên liệu đã bén lửa của
phần điện dung, nó sẽ bốc hơi và hồ trộn tiếp, đi lửa sau đó sẽ đốt cho
nhiên liệu cháy hết.

12

1.4. Các thống số cơ bản của hê ̣ thống đánh lửa
1.4.1. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại
Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m 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 lúc khởi động [10].
1.4.2. Hiệu điện thế đánh lửa Uđl
Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa xảy ra, được gọi là
hiệu điện thế đánh lửa (Uđl). Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào
nhiều yếu tố, tuân theo định luật Pasen.
P.δ
Uđl = T .K [V] (1. 15)

Trong đó: Uđl – Hiê ̣u điê ̣n thế đánh lửa [V]
P - Áp suất hỗn hợp hịa khí tại thời điểm đánh lửa [N/m2]
 - Khoảng cách giữa các điện cực [m]
T - Nhiệt độ ở điện cực bugi tại thời điểm đánh lửa [ 0K ]
K - Hằng số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp hịa khí

Hình 1. 7Sự phụ thuộc của hiê ̣u điê ̣n thế đánh lửa vào tốc độ và tải động cơ


13

Khi tăng khoảng cách giữa các điện cực và tăng áp suất hỗn hợp hịa
khí thì thế hiệu đánh lửa tăng lên.Sự tăng nhiệt độ trong xy lanh tạo điều kiện
ion hóa hỗn hợp khí, vì vậy thế hiệu đánh lửa giảm đi.
Ở chế độ khởi động lạnh, nhiệt độ thành xy lanh và các điện cực còn

thấp, hỗn hợp hút vào ít bị đốt nóng và khơng kịp bay hơi hết. Những hạt
nhiên liệu chưa bay hơi rơi vào không gian giữa các điện cực làm tăng U đl
(15%...20%). Sự tăng số vòng quay của động cơ, lúc đầu làm tăng một chút
Uđl do tăng áp suất nén (lọt khí giảm), nhưng sau đó U đl giảm vì hệ số nạp
giảm và nhiệt độ bugi tăng [11].
Khi tải động cơ tăng, bướm ga mở to ra, do đó năng lượng hỗn
hợp đi vào xy lanh nhiều lên làm tăng áp suất nén và công suất của động cơ.
- Yếu tố thứ nhất làm tăng Uđl
- Yếu tố thứ 2 làm giảm Uđl (vì cơng suất tăng làm nhiệt độ tăng),
nhưng ảnh hưởng không mạnh bằng yếu tố thứ nhất nên cuối cùng U đl vẫn
tăng khi phụ tải tăng.
Sau một thời gian vận hành, điện cực bugi bị mài mịn, làm cho
khe hở bugi tăng, do đó Uđl tăng. Vì vậy sau một thời gian vận hành, phải hiệu
chỉnh lại khe hở bugi.
1.4.3. 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 tơng lên đến tận điểm chết
trên.Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến cơng suất, tính kinh tế và độ ơ
nhiễm của khí thải động cơ. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc rất nhiều yếu
tố:
θopt =f ( p bd , t bd , p , t wt , t mt , n , N o .. . . )

.

(1. 16)

Trong đó: pbđ -Áp suất trong buồng cháy tại thời điểm đánh lửa. [Pa]


14

tbđ - Nhiệt độ buồng cháy [oC]
p - Áp suất trên đường ống nạp [Pa]
twt - Nhiệt độ nước làm mát động cơ [oC]
n - Số vòng quay của động cơ [vòng/phút]
No - Chỉ số octan của xăng.
Thời điểm đánh lửa xảy ra sớm hơn hay muộn hơn thời điểm tối ưu đều
làm giảm công suất và chất lượng của động cơ:
 Nếu đánh lửa quá sớm: hỗn hợp cháy hồn tồn trong ký nén. Sự tăng
áp suất do khí cháy giãn nở sẽ cản trở chuyển động đi tiếp lên ĐCT của
pít tơng, tức là cơng của khí nén sinh ra ở hành trình này trở thành cơng
âm, làm giảm cơng suất và tính kinh tế của động cơ, tăng tải trọng lên
nhóm các chi tiết pít tơng thanh truyền. Biểu hiện của hiện tượng này:
có tiếng gõ kim loại, công suất động cơ giảm, làm việc không ổn định.
 Nếu đánh lửa quá muộn: quá trình cháy diễn ra trong kỳ giãn nở, thậm
chí nhiên liệu có thể khơng kịp cháy hết trong xy lanh mà cịn tiếp tục
cháy rớt ở ống xả. Trong trường hợp này động cơ sẽ rất nóng vì thể tích
vùng cháy và nhiệt truyền cho nước làm mát tăng, công suất động cơ
giảm.
Mức tải của động cơ cũng ảnh hưởng lớn đến góc đánh lửa sớm. Khi
mở bướm ga lớn lượng hỗn hợp đi vào xy lanh nhiều hơn làm tăng áp suất
và nhiệt độ khí nén, đồng thời cịn làm giảm % khí sót dẫn đến tăng tốc độ
cháy. Vì thế, khi tăng tải trọng của động cơ giảm xuống và ngược lại.
1.4.4. Hệ số dự trữ Kdt
Hệ số dự trữ là tỉ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại U 2m 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.


15

U 2m

Kdt= U dl

(1.17)

Hệ số dự trữ của những động cơ có hệ thống đánh lửa thường là bé hơn
so với hệ thống đánh lửa của những động cơ xăng hiện đại với hệ thống đánh
lửa điện tử [10]. Vì hiệu điện thế U 2m của hệ thống đánh lửa thường bé, cịn
đới với hệ thống đánh lửa hiện đại có hệ số dự trữ cao nhằm đảm bảo việc đáp
ứng việc tăng tỉ số nén, tăng số vòng quay và khe hở bugi.
1.4.5. Năng lượng dự trữ Wdt
Năng lượng dự trữ Wdt là năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường trong
cuộn dây sơ cấp của bô bin. Để đảm bảo tia lửa có đủ năng lượng đốt cháy
hồn tồn khí, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo được năng lượng đánh lửa trên
cuộn sơ cấp của bô bin ở một giá trị xác định.
2

L .i
W dt = 1 ng
2

Trong đó:

(3. 18)

Wdt - Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp [W.s]

L1 - Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bơ bin [H]

I ng - Cường độ dịng điện sơ cấp tại thời điểm transistor công suất
ngắt.
Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu điện thế đánh lửa khoảng 20 đến 30% do
nhiệt độ cực bugi thấp [14].Khi động cơ tăng tốc, Uđl tăng do áp suất nén
tăng nhưng sau đó nhiệt độ giảm từ từ do nhiệt độ điện cực bugi tăng và áp
suất nén giám do quá trình nạp xấu đi.Hiệu điện thế đánh lửa 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.
1.4.6. Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp
S=

du 2
dt

=

Δu 2
Δt

(1. 19)


16

Trong đó:

S - Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp
Δu 2 - Độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

Δt - thời gian biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

Tốc độ biến thiên của hiệu điê ̣n thế thứ cấp càng lớn thì tia lửa điện
xuất hiện tại điện cực bugi càng nhanh, nhờ đó khơng bị rị rỉ qua muội than
trên điện cực bugi, năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm.
1.4.7. 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, được xác định bởi công thức:
f=

n. Z
120

(Hz)

(1. 20)

f=

n. Z
60

(Hz)

(1. 21)

Đối với động cơ 2 kỳ:

Trong đó:

f - Tần số đánh lửa [Hz]

n - Số vòng quay của trục khuỷu động cơ (vòng/phút)
Z - Số xy lanh động cơ
Chu kỳ đánh lửa T là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa
T=

1
f = tđ+ tm.

(1. 22)

tđ - Thời gian vít đóng hay transistor cơng suất dẫn bão hịa [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 [11]. 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


17

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.
1.4.8. Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện
Thơng thường, tia lửa điện bao gồm hai thành phần là phần diện dung
và phần điện cảm. Năng lượng của tia lửa được tính theo cơng thức:
Wp= WC+ WL (1. 23)
Trong đó:
2

C 2 . U dl

2
WC=

(1. 24)
2

L .i
W L= 2 2
2

(1. 25)

WP - Năng lượng của tia lửa. [W.s]
WC - Năng lượng của thành phần tia lửa có điện dung. [W.s]
WL - Năng lượng 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 - Cường độ dòng điện mạch thứ cấp. [A]
Tùy thuộc vào loại hệ thống đánh lửa mà năng lượng 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 lượng tia lửa đủ lớn và thời
gian phóng điện đủ dài để đốt cháy được hịa khí ở mọi chế độ hoạt động của
động cơ.


18

1.5. Giới thiêụ sơ lược về các loại hê ̣ thống đánh lửa trên xe ô tô ngày nay

1.5.1. Hệ thống đánh lửa dùng má vít
*Sơ đồ hệ thống đánh lửa má vít
Những thiết bị chủ yếu của hệ thống đánh lửa này là biến áp đánh lửa
(bôbin), điện trở phụ, bộ chia điện, bugi đánh lửa, khóa điện và nguồn điện
một chiều (ắc quy hoặc máy phát). Sơ đồ của hệ thống đánh lửa này trình bày
trong hình 1.8

Hình 1. 8 Sơ đồ hệ thống đánh lửa má vít
* Ưu điểm:
 Cấu tạo đơn giản, ít chi tiết, dễ dàng lắp đặt, vận hành và sữa chữa.
 Cấu tạo và vận hành hệ thống bằng cơ khí điện tử nên có tính ổn định
tương đối cao.
 Khơng u cầu khắc khe trong q trình lắp đặt, có thể mang tính chính
xác tương đối.
*Nhược điểm:


19

 Sai lệch góc đánh lửa do sử dụng các tiếp điểm cơ khí nên khi làm việc
trong thời gian dài dễ bị mài mịn và cháy rỗ vì chịu ảnh hưởng của
dịng điện lớn [13].
 Khó thay đổi kịp thời góc đánh lửa cho phù hợp với từng chế độ hoạt
đông của động cơ.
 Cấu tạo các bộ tự động điều chỉnh phức tạp.
 Chất lượng đánh lửa ở số vịng quay cao giảm do thời gian đóng tiếp
điểm cơ khí ngắn hơn, dịng điện qua cuộn dây sơ cấp giảm.
 Ít được sử dụng ngày nay vì hiệu năng làm việc không ổn định.
1.5.2. Hê ̣ thống đánh lửa bán dẫn
Hầu hết các loại ô tô hiện nay sử dụng hệ thống đánh lửa bán dẫn vì

loại này tạo tia lửa mạnh ở điện cực bugi, đáp ứng tốt ở các chế độ làm việc
của động cơ, tuổi thọ cao.

Hình 1. 9 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn