khảo sát hệ thống đánh lửa trên động cơ 2gr FE trên camry 2007

Thời điểm đánh lửa này được gọi là “ thời điểm đánh lửa ban đầu”.Trong quá trình khởi động, khi tốc độ động cơ vẫn thấp hơn tốc độ xác định, do tín hiệu áp suất đường ống nạp PIM hay tín

Lời nói đầu 3

Các ký hiệu viết tắt 4

I MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 5

1.1 Mục đích 5

1.2 Ý nghĩa 5

II KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 6

2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống đánh lửa 6

2.1.1 Nhiệm vụ 6

2.1.2 Yêu cầu 6

2.1.3 Phân loại 6

2.2 Lý thuyết chung về hệ thống đánh lửa 8

2.2.1 Giai đoạn tăng dòng sơ cấp khi KK’ đóng 9

2.2.2 Giai đoạn gắt dòng sơ cấp 12

2.2.3 Giai đoạn phóng điện cực bugi 13

2.3 Giới thiệu sơ lược về hệ thống đánh lửa 16

2.3.1 Hệ thống đánh lửa thường 16

2.3.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn 17

2.4 Các thông số cơ bản của hệ thống đánh lửa 26

2.4.1 Hiệu điện thế thức cấp cực đại 26

2.4.2 Hiệu điện thế đánh lửa Uđl 26

2.4.8 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện 29

III KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ 2GR- FE 30

3.1 Giới thiệu về động cơ 30

3.1.1 Thông số kỹ thuật động cơ 2GR- FE 30

3.1.2 Đặc điểm chung trên động cơ 2GR- FE 31

3.2 Hệ thống đánh lửa động cơ 2GR- FE 41

3.2.1 Giới thiệu chung về hệ thống đánh lửa động cơ 2GR- FE 41

3.2.2 Cấu tạo một số thiết bị của hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ 2GR- FE 423.2.3 Nguyên lý và mạch điện các cảm biến trên động cơ 2GR- FE 48

3.2.4 Bộ điều khiển điện tử ECU 56

3.2.5 Điều khiển đánh lửa 57

3.2.6 Khiểm tra thông số của hệ thống đánh lửa 65

IV CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 69

4.1 Chẩn đoán khắc phục hư hỏng theo bảng mã 69

4.2 Chẩn đoán hư hỏng theo máy quét mã lỗi 74

4.3 Chẩn đoán hư hỏng theo tình trạng động cơ 80

V KẾT LUẬN 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

LỜI NÓI ĐẦU

Như chúng ta đã biết, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành điện tử thì ngành động cơ ôtô cũng có những sự vươn lên mạnh mẽ Hàng loạt các linh kiện bán dẫn, thiết bị điện tử được trang bị trên động

cơ ôtô nhằm mục đích giúp tăng công suất động cơ, giảm được suất tiêu hao nhiên liệu và đặc biệt là ô nhiễm môi trường do khí thải tạo ra là nhỏ nhất Và hàng loạt các ưu điểm khác mà động cơ đốt trong hiện đại đã đem lại cho công nghệ chế tạo ôtô hiện nay

Việc khảo sát cụ thể hệ thống đánh lửa khiển điện tử giúp em có một cái nhìn cụ thể hơn, sâu sắc hơn về vấn đề này Đây cũng là lý do mà đã khiến em chọn đề tài này làm đề tài tốt nghiệp với mong muốn góp phần nghiên cứu sâu hơn về hệ thống đánh lửa trên động cơ xăng, để từ đó có thể đưa ra được các giải pháp về các vấn đề hư hỏng thường gặp ở hệ thống đánh lửa động cơ này

Do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo còn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô giáo trong bộ môn chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Qua đây cho em kính gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong trường mà đặc biệt là các thầy cô giáo trong Khoa Cơ Khí Giao Thông đã tận tình dạy bảo em trong suốt năm năm học vừa qua

Em xin cảm ơn thầy giáo “Phạm Quốc Thái” đã nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất

Đà nẵng, ngày tháng năm 2008

Sinh viên thực hiện

Võ- Văn- Sỹ

Các kí hiệu và viết tắt

TDC (Top Dead Center): Điểm chết trên trục cam nạp

ATDC (After Top Dead Center):Trước điểm chết trên trục cam đóng

B TDC (After Top Dead Center):Trước điểm chết trên trục cam mở

BDC (Bottom Dead Center): Điểm chết dưới trục cam xả

ABDC (After Bottom Dead Center): Sau điểm chết dưới trục cam xả

BBDC (Bottom Dead Center): Trước điểm chết dưới trục cam xả

ESA (Electronic Spark Advance): Đánh lửa sớm điện tử

ECU (Electronic Control Unit): Bộ điều khiển điện tử

DTC: Mã lỗi trên động cơ được xác định bằng chẩn đoán

OBD (On Board Diagnosis): Hệ thống chẩn đoán

IGT: Tín hiệu đánh lửa do ECU cấp đến IC của hãng TOYOTA

IGF: Tín hiệu phản hồi đánh lửa do IC cấp đến ECU của hãng TOYOTA

IGDA, IGDB: Tín hiệu xung xác định thứ tự đánh lửa các máy

TI (Transistor ignition system): Hệ thống đánh lửa điện cảm

CDI (Capacitor discharged ignition system): Hệ thống đánh lửa điện dung

DIS (Direct Ignition System): Hệ thống đánh lửa trực tiếp

DLI (Direct Less Ignition): Sử dụng biến áp cho từng cặp bugi đánh lửa

LED (Lighting Emision Diode): Phần tử cảm quang

DOHC (Double Overhead Camshafts): Hai trục cam phía trên xylanh

EFI (Electronic Fuel Injection): Hệ thống phun xăng điện tử

VVT-i (Variable Valve Timing with intelligence): Hệ thống điều khiển van nạp nhiên liệu biến thiên thông minh

- Có thể chẩn đoán một cách chính xác và nhanh chóng các hư hỏng trong hệ thống đánh lửa của động

cơ 2GR- FE nói riêng và các động cơ hiện đại tương đương nói chung

1.2 Ý nghĩa

- Giúp cho sinh viên tổng hợp các kiến thức đã học một cách lôgic nhất

- Giúp cho sinh viên tiếp cận thực tế với các động cơ đời mới

- Hiểu rõ vai trò quan trọng của hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử so với các hệ thống đánh lửa đời cũ

- Nắm vững cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên động cơ 2GR- FE và từ đó làm tiền đề để nghiên cứu các hệ thống đánh lửa của các động cơ khác

- Giúp sinh viên tự tin hơn lúc mới ra trường chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế về các hệ thống đánh lửa điện tử của các động cơ đời mới

thông tin được lưu trong bộ nhớ đầu vào sau đó mới xuất các thông tin này đến bộ nhớ tín hiệu ra Bộ vi

xử lí hoạt động tương tự như một máy tính điện tử thông qua các chương trình đã được thiết lập từ trước do đó không cần người điều khiển

3.2.3.3 Đường truyền sử dụng mạng CAN

Chuyển các lệnh và số liệu trong máy theo hai chiều

ECU với những thành phần nêu trên có thể tồn tại dưới dạng IC hoặc nhiều IC, ngoài ra ngưới ta còn phân loại theo độ dài từ các RAM

3 2 5 Điều khiển đánh lửa

Quá trình đánh lửa của động cơ được điều chỉnh bởi ECU, quá trình đánh lửa diễn ra qua hai giai đoạn (hai điều khiển cơ bản)

Điều khiển khi khởi động, việc đánh lửa xảy ra tại một góc cố định của trục khuỷu nào đó không tính đến chế độ hoạt động của động cơ Nó được gọi là “góc thời điểm đánh lửa ban đầu”

3.2.4.1 Điều khiển đánh lửa khi khởi động

Điều khiển đánh lửa khi khởi động được thực hiện ngay lập tức sau khi nhận tín hiệu NE sau tín hiệu G (G1 hay G2) Thời điểm đánh lửa này được gọi là “ thời điểm đánh lửa ban đầu”.

Trong quá trình khởi động, khi tốc độ động cơ vẫn thấp hơn tốc độ xác định, do tín hiệu áp suất đường ống nạp (PIM) hay tín hiệu lưu lượng khí nạp (VS, KS hay VG) không ổn định, thời điểm đánh lửa được cố định tại thời điểm đánh lửa ban đầu Thời điểm đánh lửa ban đầu này được đặt trực tiếp bằng IC dự phòng trong ECU động cơ Thông thường góc đánh lửa sớm được chọn nhỏ hơn 10o Với góc đánh lửa này động cơ được khởi động dễ dàng ngay cả khi nguội, đồng thời tránh sự nổ dội.Việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ khi khởi động là không cần thiết vì thời gian khởi động rất ngắn

Hình 3-35 Sơ đồ tín hiệu IGT thời điểm đánh lửa ban đầu

Khi có tín hiệu khởi động, mạch chuyển đổi trạng thái sẽ nối đường IGT sang vị trí ST Khi đó, xung IGT được được điều khiển bởi IC dự phòng thông qua hai tín hiệu G và NE Nếu động cơ đã nổ, đường IGT sẽ được nối sang vị trí after ST (sau khởi động) và việc hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm được thực hiện bởi ECU

3.2.4.2 Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động

Hình 3-36 Sơ đồ tín hiệu IGT thời điểm đánh lửa sau khi khởi động

Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động được thực hiện trong quá trình hoạt động bình thường

Các hiệu chỉnh khác nhau được thêm vào góc thời điểm đánh lửa ban đầu và góc đánh lửa sớm cơ bản của quá trình hoạt động bình thường

Quá trình đánh lửa của động cơ được thực hiện dựa vào các tín hiệu như trên, và thể hiện qua sơ đồ khối sau

Sau khi xác định được góc đánh lửa sớm, bộ xử lý trung tâm (CPU- centrol processing unit) sẽ đưa ra xung điện áp điều khiển đánh lửa (IGT) quá trình dịch chuyển xung IGT trong CPU về phía trước của điểm thượng khi có sự hiệu chỉnh về góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh ( ) ngoài ra, xung IGT có thể được xén trước khi gửi tín hiệu đến igniter

Sự điều chỉnh góc đánh lửa của động cơ được thể hiện qua sơ đồ sau:

Điều khiển đánh

lửa khi khởi động

Góc thời điểm đánh lửa ban đầu

Góc đánh lửa sớm cơ bản

Điều khiển thời Hiệu chỉnh khi hâm nóng

điểm đánh lửa Hiệu chỉnh khi quá nóng

Hiệu chỉnh ổn định

không tải

Điều khiển Hiệu chỉnh EGR

đánh lửa Hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ

sau khi khí - nhiên liệu

khởi động Hiệu chỉnh tiếng gõ

Điều chỉnh Hiệu chỉnh điều chỉnh

Các hiệu chỉnh khác nhau (dựa trên các tín hiệu cảm biến có liên quan) được thêm vào thời điểm đánh lửa ban đầu và thêm vào góc đánh lửa sớm cơ bản (được xác định bởi tín hiệu áp suất đường ống nạp hay tín hiệu lượng khí nạp và tín hiệu tốc độ động cơ):

Thời điểm đánh lửa= Góc thời điểm đánh lửa ban đầu + Góc đánh lửa sớm cơ bản + Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh

Trong quá trình hoạt động bình thường của chức năng điều khiển đánh lửa sau khi khởi động, tín hiệu thời điểm đánh lửa (IGT) mà bộ xử lý tính toán được phát qua IC dự phòng

+ Góc thời điểm đánh lửa ban đầu

Góc thời điểm đánh lửa ban đầu được lưu trữ trong bộ nhớ của động cơ, góc đánh lửa sớm cơ bản thay đổi tuy theo tình trạng hoạt động của động cơ

+ Góc đánh lửa sởm cơ bản

Góc đánh lửa sớm cơ bản trong hệ thống đánh lửa điện tử được lưu trong bộ nhớ của ECU động cơ

- Tiếp điểm không tải đóng (ON).Thời điểm đánh lửa được làm sớm lên phụ thuộc vào tốc độ động cơ khi tiếp điểm không tải đóng

Hình 3-39 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi góc đánh lửa sớm theo tốc độ động cơ

- Tiếp điểm không tải mở (OFF)

ECU động cơ xác định góc đánh lửa sớm cơ bản dựa trên tín hiệu trong bộ nhớ, áp suất đường ống nạp

và tốc độ động cơ

+ Điều chỉnh gócđánh lửa sớm hiệu chỉnh

- Hiệu chỉnh khi hâm nóng

Hình 3-40 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ góc đánh lửa với

nhiệt độ nước làm mát

Thời điểm đánh lửa được làm sớm để nâng cao khả năng tải khi nhiệt độ nước làm mát thấp

- Hiệu chỉnh nhiệt độ quá cao

Hình 3-41 Đồ thị giới hạn góc đánh lửa lúc nhiệt độ nước quá cao

Để tránh tiếng gõ và động cơ không bị quá nóng, thời điểm đánh lửa được làm muộn đi khi nhiệt độ nước làm mát đặc biệt cao

- Hiệu chỉnh ổn định không tải

Hình 3-42 Đồ thị biểu diễn quan hệ dao động không tải và góc đánh lửa sớm

Khi tốc độ động cơ trong quá trình không tải bị dao động xung quanh tốc độ không tải chuẩn, ECU sẽ điều chỉnh thời điểm đánh lửa để ổn định tốc độ động cơ

ECU động cơ thường xuyên tính toán tốc độ trung bình Nếu tốc độ cơ bản xuống thấp hơn tốc độ chuẩn ECU sẽ làm sớm thời điểm đánh lửa một góc xác định, còn nếu tốc độ động cơ tăng quá cao tốc độ chuẩn ECU sẽ làm muộn thời điểm đánh lửa một góc xác định

- Hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ khí- nhiên liệu

Trong quá trình hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ khí- nhiên liệu, tốc độ động cơ thay đổi theo sự tăng hay giảm lượng phun nhiên liệu Động cơ đặc biệt nhạy cảm với sự thay đổi tỷ lệ khí- nhiên liệu khi nó chạy không tải, nên chế độ không tải ổn định được đảm bảo bằng cách làm sớm thời điểm đánh lửa để phù hợp với lượng phun của hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ khí- nhiên liệu Hiệu chỉnh này không xảy ra khi xe đang bị kéo

Khi hiện tượng kích nổ ngừng, ECU sẽ ngừng làm việc muộn và bắt đầu làm sớm thời điểm đánh lửa từng ít một

Thời điểm đánh lửa này được làm sớm liên tục cho đến khi sự kích nổ động cơ xảy ra, va khi đó thời điểm đánh lửa lại được làm muộn đi

Việc làm muộn thời điểm đánh lửa trong khi xảy ra hiện tượng kích nổ được thực hiện trong dải hiệu

chỉnh tiếng gõ.

Sự phản hồi các tín hiệu từ cảm biến tiếng gõ để hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa như sơ đồ sau

Hình 3-43 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi góc đánh lửa sớm theo tín hiệu gõ động cơ

- Hiệu chỉnh điều khiển mômen

Trong trường hợp xe có lắp đặt ECT (hộp số điều khiển điện tử), mỗi li hợp và phanh trong bộ truyền bánh răng hành tinh của hộp số tạo ra va đập khi chuyển số Trong một số loại xe va đập này được làm giảm bằng cách làm muộn thời điểm đánh lửa khi chuyển xuống hay lên số

Khi chuyển số bắt đầu, ECU động cơ làm muộn thời điểm đánh lửa để giẩm mômen của động cơ Kết quả là, va đập của ly hợp và phanh trong bộ bánh răng hành tinh giảm xuống và chuyển số diễn ra êm hơn

Góc thời điểm đánh lửa được làm muộn đến một giá trị tối đa khoảng 20o bởi hiệu chỉnh này Hiệuc hỉnh này không xảy ra ki nhiệt độ nước làm mát hay điện áp ắc quy dưới một giá trị nhất định

- Hiệu chỉnh ổn định không tải:

Khi động cơ ở chế độ không tải thì sẽ dao động ở tốc độ không tải chuẩn, ECU động cơ sẽ điều chỉnh thời điểm đánh lửa để ổn định tốc độ động cơ Nếu tốc độ động cơ giảm xuống thấp hơn tốc độ chuẩn ECU

sẽ điều chỉnh cho góc đánh lửa sớm lên, và khi tốc độ động cơ quá cao ECU động cơ sẽ làm giảm góc đánh lửa sớm Góc đánh lửa sớm được thay đổi tối đa xấp xỉ ±50 bởi hiệu chỉnh này

- Các hiệu chỉnh khác

+ Hiệu chỉnh khi chuyển đổi

Trong quá trình chuyển đổi từ giảm tốc đến, thời điểm đánh lửa hoặc được làm giảm hoặc tăng để phù hợp với sự tăng tốc

+ Hiệu chỉnh điều khiển khi chạy chân ga tự động

Khi lái xe xuống dốc với chế độ chân ga tự động, để tạo ra sự êm dịu trong hoạt động điều khiển chân ga

và giảm sự tối thiểu sự thay đổi về mômen động cơ gây ra bởi việc cắt nhiên liệu do phanh bằng động

cơ, một tín hiệu gửi từ ECU điều khiển chân ga đến ECU động cơ và làm muộn thời điểm đánh lửa.+ Hiệu chỉnh ACIS ( Hệ thống nạp khí điều khiển độ dài đường nạp)

Khi tốc độ động cơ tăng lớn hơn một giá trị xác định, ACIS hoạt động tại thời điểm này, ECU động cơ sẽ đồng thời làm sớm thời điểm đánh lửa, do vậy nâng cao công suất ra, do vậy nâng cao được tính động

cơ cả tốc độ thấp và cao

+ Hiệu chỉnh khi hỏng bộ làm mát trung gian

Hiệu chỉnh này làm muộn thời điểm đánh lửa nếu tín hiệu báo bộ làm mát trung gian hỏng

+ Điều khiển góc đánh lửa sớm tối đa và tối thiểu

Nếu thời điểm đánh lửa (Thời điểm đánh lửa ban đầu + góc đánh lửa sớm cơ bản + Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh) trở nên không bình thường, hoạt động của đông cơ sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng Để ngăn chặn điều này, ECU động cơ điều khiển góc đánh lửa thực tế sao cho tổng góc đánh lửa sớm cơ bản và góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh không thể lớn hơn hay nhỏ hơn một giá trị xác định

Góc này có giá trị là:

Bảng 3-3 Góc đánh sớm trên động cơ

GÓC TỐI ĐA35O~ 45OGÓC TỐI THIỂU-10O~ 0OGóc đánh lửa sớm = Góc đánh lửa sớm cơ bản + Góc

đánh lửa sớm hiệu chỉnh.

3.2.6 Kiểm tra thông số của hệ thống đánh lửa

Việc kiểm tra một thông số của hệ thống đánh lửa giúp chúng ta xác định xem các thong số của hệ thống

có đảm bảo với yêu cầu của hệ thong, cũng như giúp chúng ta xác định được đúng với những thông số

mà nhà sản xuất đưa ra

Các thông số trong hệ thống có liên quan với nhau, vây nên ta chọn một thông số bất kỳ để kiểm tra, với các thông số khác đã biết Sau đây em kiểm tra thông số “Hiệu điện thế thứ cấp”

Để xác định hiệu điện thế thứ cấp, ta thông qua cường độ dòng điện để xác định Cường độ dòng điện lúc đó là dòng ngắt mạch được xác định dựa vào các thông số ban đầu của mạch điện

Từ đồ thị ta thấy rằng i1 tăng trưởng ở giai đoạn đầu là rất nhanh, sau đó giữ nguyên Giai đoạn tăng trưởng dòng sơ cấp phụ thuộc vào các thông số ban đầu như: R1¬, Rf, L1, U… Khoảng thời gian để cho dòng điện đạt đến dòng Ing là tđ được biểu diễn trên đồ thị

tđ thời gian transistor công suất dẫn bão hòa được xác định

: Thời gian tích lũy năng lượng tương đối (Với động cơ đời mới chúng ta lấy = 15 (ms)

Như đã nêu ở phần lý thuyết đánh lửa ở trên chúng ta có dòng gắt mạch được xác định theo công thức

Thay tđ vào ta xác định được Ing theo công thức sau

L1: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp (H)

Các thông số ban đầu ta đã có:

Hình 3-45 Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa

Bỏ qua hiệu điện thế Accu vì hiệu điện thế accu rất nhỏ so với sực điện động tự cảm xuất hiện trên cuộn

sơ cấp lúc transistor công suất ngắt Ta xét trường hợp không tải, có nghĩa là dây cao áp tách khỏi bougine Tại thời điểm transistor công suất ngắt, năng lượng từ trường tích luỹ trong cuộn sơ cấp của bobine được chuyển thành năng lượng điện trường chứa trên tụ điện C1 và C2 và một phần mất mát