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

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

sự ô nhiễm môi trường-khí thải-sự nóng lên toàn cầu được cả thế giới quan tâm, xuất phát từ vấn đề này các nhà thiết kế luôn tìm cách để cải tiến, tăng hiệu suất làm việc, giảm mức tiêu thụ nhiên liệu, tăng tính kinh tế, cũng như mức độ an toàn sử dụng và giảm mức độ độc hại trong khí xả động cơ Do đó các hệ thống trên động

cơ không ngừng thay đổi Trong đó, hệ thống đánh lửa là một trong những hệ thống được quan tâm hơn cả

Quá trình phát triển của hệ thống đánh lửa trãi qua các đời như sau:

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

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

- Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng chương trình

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

Để hiểu rõ hơn về hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng chương trình nên tôi đã chọn đề tài “ NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐỘNG CƠ TOYOTA CAMRY 2010, SỬA CHỮA PHỤC HỒI MÔ HÌNH ĐỘNG

CƠ DIESEL” Đề tài chỉ được thực hiện trong thời gian ngắn nên nhóm thực hiện chỉ tập trung nghiên cứu, giải quyết những vấn đề cơ bản xung quanh nội dung: tìm hiểu sự khác biệt giữa hệ thống đánh lửa này với các hệ thống đánh lửa còn lại, các

bộ phận và nguyên lý hoạt động của hệ thống, tầm quan trọng của việc đánh lửa đúng thời điểm để giải quyết được tính kinh tế nhiên liệu và vấn đề môi trường, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các cảm biến, ảnh hưởng của các tín hiệu từ các cảm biến đến việc đánh lửa của động cơ

2 Mục tiệu của đề tài

Đề tài nguyên cứu có thể dùng làm tư liệu cho người đọc có cơ sở hiểu rõ hơn về hệ thống đánh lửa và mô hình động cơ có thể phục vụ cho công tác giảng dạy thực hành

Việc hoàn thành đề tài giúp tôi hoàn thiện được chương trình bậc Cao Đẳng sau 3 năm học tập tại trường

Nhằm cũng cố và hệ thống lại khối lượng kiến thức đã được học, giúp tôi hiểu thêm về những thành tựu khoa học kỹ thuật hiện đại đã và đang được áp dụng trong lĩnh vực công nghiệp ôtô hiện nay

Với kết cấu gọn gàng của mô hình và cách bố trí hợp lý trên sa bàn nó đã làm tăng được mức độ trực quan của người học, qua đó sinh viên có thể tiến hành thực hành, thử nghiệm…Kích thích khả năng tìm tòi và sáng tạo trong học tập của sinh viên

3 Kết cấu của đề tài

Nghiên cứu lý thuyết với mô hình thực hành khóa luận Nội dung chính của khóa luận bao gồm:

- Thực hiện lý thuyết “NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐỘNG CƠ TOYOTA CAMRY 2010”

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

Nội dung khóa luận bao gồm:

Chương 1 Tổng quan về đề tài nghiên cứu

Chương 2 Tổng quan về hệ thống đánh lửa trên ôtô

Chương 3 Hệ thống đánh lửa trên động cơ TOYOTA CAMRY 2010

Chương 4 Chẩn đoán hư hỏng của hệ thống đánh lửa

Chương 5 Sửa chữa phục hồi mô hình động cơ Diesel

4 Giới hạn của đề tài

Do thời gian thực hiện đề tài hạn chế, nên đề tài của tôi chỉ tập trung vào nghiên cứu cấu tạo các bộ phận chính và nguyên lí hoạt động của hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng chương trình trên động cơ TOYOTA CAMRY 2O10

5 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

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, tài liệu khai thác, bảo dưỡng sửa chữa của động cơ TOYOTA CAMRY 2010

- Tìm kiếm thông tin trên mạng Internet So sánh và chọn lựa những thông tin cần thiết, đáng tin cậy

- Tham khảo ý kiến của Thầy hướng dẫn

- Tổng hợp và phân tích các nguồn dữ liệu thu thập được, từ đó đưa ra những nhận xét của mình

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ÔTÔ

1 Nhiệm vụ - yêu cầu – phân loại

1.1 Nhiệm vụ:

Hệ thống đánh lửa (HTĐL) có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều thế hiệu thấp (12V, hay 24V) hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp thành các xung điện cao thế (12000- 40000V) đủ để tạo nên tia lửa (phóng qua khe hở bugi) đốt cháy hỗn hợp làm việc trong các xylanh đúng thời điểm để tạo ra tia lửa điện cao thế

1.2 Yêu cầu:

- HTĐL phải sinh ra dòng thứ cấp đủ lớn để tạo ra tia lửa điện phóng điện qua khe hở bugi trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ

- Tia lửa trên bugi phải đủ năng lượng và thời gian phóng để sự cháy bắt đầu

- Góc đánh lửa sớm phải đúng trong mọi chế độ hoạt động của động cơ

- Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ cao và độ rung xóc lớn

- Sự mài mòn điện cực bugi phải nằm trong khoảng cho phép

- Độ tin cậy làm việc của hệ thống đánh lửa phải tin cậy tương ứng với chê độ làm việc của động cơ

- Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ

1.3 Phân loại:

Ngày nay, hệ thống đánh lửa được trang bị trên 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:

 Phân loại theo phương pháp tích lũy năng lượng

Hệ thống đánh lửa điện cảm: cuộn dây (bôbin)

Hệ thống đánh lửa điện dung: tụ điện

 Phân loại theo phương pháp điều khiển bằng cảm biến

Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa (loại thường)

Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ

Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall

Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang

 Phân loại theo phương pháp bố trí dòng điện cao áp

Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ chia điện (có delso)

Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS(không có delco): Bôbin đơn, Bôbin đôi Thay vì sử dụng bộ chia điện, hệ thống này sử dụng bô bin đơn hoặc đôi cung cấp điện cao áp trực tiếp cho bugi Thời điểm đánh lửa được điều khiển bởi ESA của ECU động cơ Trong các động cơ gần đây, hệ thống đánh lửa này chiếm ưu thế

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

 Phân loại theo phương pháp điều khiển đánh lửa

Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng cơ khí

Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử ESA

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

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa

Cấu tạo: Accu, Công tắc chính (IGSW), Điện trở phụ (Rf ), IC (transistor T), Bộ

Nguyên lý hoạt động

Hệ thống đánh lửa hoạt động dựa vào hiện tượng tự cảm (tự cảm tương hỗ), trường điện từ được sinh ra khi dòng điện chạy qua cuộn dây Kết quả là sinh ra 1 suất điện động, tạo ra một từ thông chạy qua cuộn dây

Hiện tượng tự cảm tương hổ: khi hai cuộn dây đặt trên một đường thẳng, dòng điện trong một cuộn dây (cuộn sơ cấp) có hướng cản lại sự thay đổi từ thông trong cuộn dây sơ cấp

3 CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

3.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại

Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là hiệu điện thế cực đại đo 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

3.2 Hiệu điện thế đánh lửa U đl

Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa xảy ra, được gọi là hiệu điện thế đánh lửa (Uđl)

3.5 Năng lượng dự trữ W dt

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 hoàn toàn 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

1 ng dt

i L

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

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

Ing - Cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm transistor công

suất ngắt [A]

3.6 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

u dt

du S

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

Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp càng lớn thì tia lửa điện xuất hiện tại điện cực bugi càng nhanh, nhờ đó không bị rò rỉ qua muội than trên điện cực bugi, năng lượng tiêu hao trên mạch thứ cấp giảm

Chu kỳ đánh lửa T là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa

T  1= tđ+ tm

Trong đó :tđ - Thời gian vít đóng hay transistor công suất dẫn bão hòa [s]

Tm - Thời gian vít hở hay transistor công suất ngắt [s]

Tần số đánh lửa f tỉ lệ với số vòng quay của trục khuỷu động cơ và số xy lanh Khi tăng số vòng quay của động cơ và số xy lanh, tần số đánh lửa f tăng do đó chu

kỳ đánh lửa T giảm xuống Vì vậy, khi thiết kế cần chú ý đến hai thông số chu kỳ

và tần số đánh lửa để đảm bảo ở vòng quay cao nhất của dộng cơ tia lửa vẫn mạnh

3.8 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện

Thông 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 công thức:

W L 

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]

* Lý thuyết đánh lửa trên ô tô: gồm 3 giai đoạn

Giai đoạn 1: Tăng trưởng dòng sơ cấp khi KK’ đóng, bộ tạo xung sinh ra tín

hiệu tạo dòng kích cho transistor T hoạt động

Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc hệ thống đánh lửa

Trong sơ đồ trên gồm có:

Rf: Điện trở phụ

R1: Điện trở cuộn sơ cấp

L1, L2: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp

T: Transistor công suất được điều khiển nhờ tín hiệu từ cảm biến hoặc vít lửa

Dòng đi từ: (+)AQ - IGSW - Rf - L1 - T(IC)-Mass Dòng I1 đi từ (0-Imass )

Giai đoạn 2: Quá trình ngắt dòng sơ cấp

Khi trasisitor công suất ngắt, dòng điện sơ cấp và từ thông do nó sinh ra giảm đột ngột (Imass-0) Trên cuộn thứ cấp của bô bin sẽ sinh ra một hiệu điện thế vào khoảng 15kV  40kV (dựa vào hiện tượng tự cảm tương hỗ)

Giai đoạn 3: Quá trình phóng điện ở điện cực bugi :

Khi thế hiệu U2 vừa đạt đến giá trị Uđl, đủ để xuyên qua khe hở giữa các điện cực của bugi, thì ở đó sẽ xuất hiện tia lửa điện cao thế Khi xuất hiện tia lửa điện thì U2giảm đột ngột trước khi kịp đạt giá trị cực đại

4 CÁC HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ÔTÔ

4.1 Hệ thống đánh lửa thường

Sơ đồ cấu tạo

Hình 2.4 Sơ đồ ấu t o hệ thống đánh lử th ng

1 Công tắc máy(IGSW), 2 Bô ộ c ệ 4 C m ội 5 Cần

tiếp ểm (khóa K)

Hệ thống đánh lửa thường bao gồm:

- Bình ắc quy: Là nguồn điện thường trực trên ôtô, giúp khởi động động cơ và sử

dụng cho các thiết bị khác Tích điện năng do máy phát điện nạp vào

- Công tắc máy (IGSW): Để nối hay ngắt dòng điện sơ cấp của hệ thống khi cần

khởi động hay tắt máy

- Bô bin đánh lửa: Có hai cuộn dây, cuộn sơ cấp W1 có khoảng 250 400 vòng, cuộn thứ cấp W2 có khoảng 19000 26000 vòng

- Bộ chia điện: phân phối tia lửa điện đến các xy lanh động cơ theo thứ tự nổ của

động cơ

Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa thường

- Khi K đóng (cam không đội): Trong mạch sơ cấp xuất hiện dòng điện sơ cấp I1 Dòng này tạo nên một từ trường khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của bô bin đánh lửa

Dòng I1: Accu - IGSW – W1 - Cần tiếp điểm (5) - Mass

- Khi K mở (cam đội): Mạch sơ cấp bị ngắt, dòng I1 và từ trường do nó tạo nên mất Lúc này trong cuộn thứ cấp W2 do có số vòng dây lớn nên suất điện động sinh

ra trong nó cũng lớn khoảng 12kv ÷ 24kv (hiện tượng tự cảm tương hỗ) Khi hiệu điện thế thứ cấp U2 đạt giá trị Uđl thì sẽ xuất hiện tia lửa điện phóng qua khe hở điện cực bugi đốt cháy hỗn hợp hòa khí trong xy lanh cháy giãn nở sinh công theo thứ tự công tác

Dòng I2: Accu - IGSW – W1 – W2 - Bộ chia điện(3) - Mass

Ưu, nhược điểm

Hệ thống đánh lửa thường còn nhiều hạn chế trong quá trình sử dụng: Dễ cháy rỗ

má vít do phóng điện, thất thoát điện cao áp do còn phải phân phối qua bộ chia điện

Vì là hệ thống đánh lửa được điều khiển bằng cơ khí do đó quá trình hoạt động sẽ phải hiệu chỉnh thường xuyên nên tốn công

4.2 Hệ thống đánh lửa bán d n

Hệ thống đánh lửa bán dẫn về nguyên lí hoạt động cơ bản như hệ thống đánh lửa thường chỉ khác việc điều chỉnh đóng ngắt dòng sơ cấp để tạo hiệu điện thế sơ cấp cực đại U2 bằng các tiếp điểm cơ khí được thay thế bằng việc đóng mở các transistor công suất, việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm của động cơ được điều khiển thông qua tín hiệu của các cảm biến như cảm biến điện từ, cảm biến quang, cảm biến Hall

Hệ thống đánh lửa bán dẫn được phân làm hai loại chính như sau:

Hệ thống đánh lửa bán d n có tiếp điểm điều khiển: Tiếp điểm điều khiển có

nhiệm vụ đóng mở các transistor để tạo ra hiệu điện thế U2 trên cuộn dây thứ cấp

Hệ thống đánh lửa bán d n không có tiếp điểm điều khiển: Loại này điều

khiển các transistor ngắt dẫn thông qua các cảm biến tín hiệu

4.2.1 Hệ thống đánh lửa bán d n có tiếp điểm điều khiển

Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán d n sử dụng tiếp điểm điều khiển

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm

c qu C tắc m IGSW(K o ện), 4 Bô bin, 5 Transistor, 6 Tiếp ểm, W 1 &W 2 Cuộ dâ sơ cấp W 1 và thứ cấp W 2 , R B ện trở phân cực

Nguyên lý làm việc:

Khi công tắc máy IGSW đóng cực E của transistor T được cấp điện dương, cưc B,C cấp điện âm Khi tiếp điểm đóng, dòng điện đi qua cực gốc B của transistor: Dòng kích (Ib): (+) Ắc quy - IGSW - Rf - W1 - Cực E - Cực B - RB - tiếp điểm 6 - (-) Ắc quy

RB là một điện trở phân cực được tính toán sao cho dòng Ib vừa đủ để transistor bảo hòa Khi transistor dẫn dòng qua cuộn sơ cấp đi theo mạch như sau:

Dòng chính: Ắc quy - IGSW - Rf - W1 - Cực C - Cực E - (-)Ắc quy

Khi tiếp điểm mở transistor ngắt (dòng kích Ib=0) dòng đi qua cuộn sơ cấp lúc này bị mất đột ngột (triệt tiêu) Do dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột nên trên cuộn thứ cấp xuất hiện một hiệu điện thế có giá trị lớn từ 15-24Kv, hiệu điện thế này qua bộ chia điện để đến các bugi sinh ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp không khí - nhiên liệu theo đúng thứ tự làm việc của các xy lanh trong động cơ

Ưu, nhược điểm: Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm ra đời thay thế cho hệ

thống đánh lửa thường, cơ bản khắc phục những nhược điểm mà hệ thống đánh lửa thường chưa khắc phục được, nó giúp việc khởi động động cơ được dễ dàng, tăng tính tăng tốc và tiết kiệm được nhiên liệu của động cơ Các tiếp điểm không bị oxy hoá và bị cháy rổ (má vít chỉ đóng mở transistor công suất có trị số điện áp thấp), giảm được sai lệch góc đánh lửa sớm trong quá trình sử dụng

4.2.2 Hệ thống đánh lửa bán d n không có tiếp điểm điều khiển

Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm điều khiển thì thời điểm đánh lửa được điều khiển bằng các cảm biến Trong hệ thống đánh lửa loại này các loại cảm biến thường được dùng như: Cảm biến điện từ, cảm biến Hall, cảm biến quang Các cảm biến này có nhiệm vụ tạo ra các tín hiệu điện (điện áp, dòng điện)

để dẫn hoặc ngắt các Transistor, ngoài ra các cảm biến này còn có nhiệm vụ xác định số vòng quay của động cơ, vị trí trục khuỷu, thời điểm phun nhiên liệu Để hiểu rõ hơn về nguyên lí hoạt động của hệ thống đánh lửa này ta tìm hiểu về nguyên

lí hoạt động của một loại cảm biến điển hình là cảm biến quang

a) Cấu tạo của cảm biến quang

Phần tử phát quang (Led-Lighting Emision Diode) và phần tử cảm quang (Photo Transistor hoặc photo diode) được đặt trong bộ chia điện Đĩa của cảm biến được

Hình 2.6 Cảm biến quang

1 Led, 2 Photo Transisto, 3 Photo Diode, 4 Mâm quay, 5 Khe chiếu sáng

b) Hoạt động của cảm biến quang như sau

Khi có ánh sáng chiếu vào giữa hai phần tử này thì nó sẽ trở nên dẫn điện và ngược lại khi không có ánh sáng đi qua nó sẽ không dẫn điện Độ dẫn điện của nó phụ thuộc vào cường độ ánh sáng và hiệu điện thế giữa hai đầu cực của phần tử cảm quang

Khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng phát ra từ LED sẽ bị ngắt quãng làm phần

tử cảm quang dẫn ngắt liên tục, tạo ra các xung vuông để dùng làm tín hiệu đánh lửa

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

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

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

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

Rf - Cuộn sơ cấp W1 - Cực C – Cực E(transistor T5) - Mass

Khi đĩa cảm biến cho dòng ánh sáng đi qua T1 sẽ ở trạng thái dẫn, đồng thời T2,

T3, T4 cũng dẫn theo, T5 lúc này ở trạng thái đóng, làm cho dòng sơ cấp W1 bị ngắt đột ngột Do dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột nên trên cuộn thứ cấp xuất hiện một hiệu điện thế có giá trị 2535 kV, hiệu điện thế này qua bộ chia điện để đến các bugi sinh ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp không khí - nhiên liệu theo đúng thứ tự làm việc của các xy lanh

*Ưu, nhược điểm của hệ thống đánh lửa bán d n so với hệ thống đánh lửa thường

Ưu điểm: Có thể sử dụng rộng rãi trên ô tô, điện thế thứ cấp cao và ổn định, tiếp

điểm không bị cháy rổ (tiếp điểm điều khiển transistor đóng ngắt dòng điện qua tiếp

điểm không cao), làm việc ổn định, ít phải chăm sóc bảo dưỡng

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

khi sơ đồ phức tạp và suất tiêu hao năng lượng riêng cho hệ thống đánh lửa lớn

(khoảng gấp đôi hệ thống đánh lửa thường)

4.3 Hệ thống đánh lửa điều hiển theo chương trình

Hệ thống đánh lửa điện tử điều khiển bằng chương trình hay còn gọi là hệ thống đánh lửa điện tử ESA là hệ thống đánh lửa kiểu mới được phát triển dựa trên hệ thống đánh lửa bán dẫn thuần tuý trước đây Hệ thống này có góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng một chương trình tính toán được thiết lập trong một máy tính điện tử, được bố trí trên xe gọi là ECU Góc đánh lửa sớm được tính toán thông qua các tín hiệu của các cảm biến ghi nhận từ động cơ, từ các tín hiệu này bộ vi xử lí của ECU sẽ tính toán đưa ra góc đánh lửa sớm tối ưu nhất phù hợp với điều kiện làm việc hiện tại của động cơ

Do việc đánh lửa được điều khiển bằng một chương trình tính toán của ECU dựa trên các tín hiệu của cảm biến nên hệ thống đánh lửa này đã loại bỏ hoàn toàn các

cơ cấu điều chỉnh đánh lửa sớm trước đây như cơ cấu điều khiển đánh lửa sớm li tâm, cơ cấu điều chỉnh đánh lửa sớm bằng chân không, cơ cấu điều chỉnh theo trị số octan của xăng Góc đánh lửa sớm được điều chỉnh tối ưu cho từng chế độ hoạt động của động cơ

Hình 2.8 Sơ đồ khối c a hệ thống đánh lửa với ơ ấu điều khiển gó đánh

lửa sớm bằng điện tử

Tro ó : C vị trí trục khuỷu, 2 CB vị trí trục cam, 3 CB vị trí ga, 4 CB

kích nổ 5 C ưu ượng khí nạp, 6 CB nhiệt ộ ộ cơ

a) Sơ đồ cấu tạo

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

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

b) Nguyên lí hoạt động của hệ thống đánh lửa điện tử dùng bộ chia điện như sau

Sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến, bộ điều khiển điện tử ECU sẽ xử lí các tín hiệu và đưa ra các xung tín hiệu phù hợp với góc đánh lửa sớm tối ưu đã được lưu trong bộ nhớ để điều khiển Transitor T2 đóng ngắt

Cực E của Transitor mắc nối tiếp với điện trở R2 có giá trị nhỏ, cảm biến dòng sơ cấp kết hợp với bộ kiểm soát góc ngậm điện để hạn chế dòng sơ cấp trong trường hợp dòng sơ cấp tăng cao hơn quy định Khi T2 ngắt, bộ phát xung hồi tiếp IGF sẽ dẫn và ngược lại khi T2 dẫn bộ phát xung IGF sẽ tắt Quá trình này tạo ra các xung IGF và được gửi lại ECU để báo cho ECU biết hệ thống đánh lửa đang hoạt động Ngoài ra xung IGF còn có tác dụng để mở mạch phun xăng, nếu xung IGF bị mất các kim phun sẽ ngừng phun trong vài giây

* Ưu, nhược điểm

Động cơ khởi động dễ dàng, chạy không tải êm, tiết kiệm được nhiên liệu và giảm độc hại của khí thải (cảm biến khí xả Ox sẽ báo cho ECU biết mức độ oxy có trong khí thải điều chỉnh thời điểm và lượng phun nhiên liệu vào động cơ), công suất và đặc tính của động cơ được cải thiện rõ rệt, có khả năng chống kích nổ cho động cơ, ít hư hỏng, tuổi thọ cao và ít phải bảo dưỡng Do các ưu điểm trên mà hệ thống đánh lửa điện tử điều khiển góc đánh lửa sớm bằng chương trình được sử dụng hầu hết ở các loại động cơ trên các xe hiện đại ngày nay, đáp ứng được các yêu cầu sử dụng ngày càng khắt khe của con người, đặc biệt là vấn đề khí xả với môi trường

4.4 Hệ thống đánh lửa trực tiếp

Hệ thống đánh lửa không dùng bộ chia điện hay hệ thống đánh lửa trực tiếp cũng

là hệ thống đánh lửa có góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng một chương trình lưu trong bộ nhớ của ECU Ưu điểm: loại bỏ được bộ chia điện, khắc phục được nhược điểm của hệ thống đánh lửa bằng chương trình sử dụng bộ chia điện, giảm giá thành sản xuất và tổn hao năng lượng đánh lửa

4.4.1 Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bô bin đơn

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

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

bugi

 Nguyên lí hoạt động:

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

4.4.2 Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bô bin đôi

Hình 2.11 Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bôbin đôi

 Bô bin thứ 2 nối với bugi 2 và 3

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

CHƯƠNG 3

HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐỘNG CƠ TOYOTA CAMRY 2010

1 Thông số kỹ thuật động cơ TOYOTA CAMRY 2010

2 Hệ thống đánh lửa động cơ TOYOTA CAMRY 2010

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

sử dụng bô bin đơn cho từng bugi

Hình 3.1 Sơ đồ m h điện động ơ TYOTA C mry 2010 (động ơ 2AZ-FE)

Các bộ phận chính trên sơ đồ hệ thống đánh lửa động cơ TOYOTA CAMRY 2010:

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

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

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

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

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

đƣợc tín hiệu điều khiển từ ECU và biến dòng điện có hiệu điện thế thấp thành dòng

có hiệu cao đến bugi thực hiện việc quá trình đánh lửa đốt cháy hỗn hợp hòa khí sinh công

3 Cấu tạo các bộ phận của hệ thống đánh lửa

biến và được dẫn động từ trục khuỷu

Khi động cơ làm việc, rô to quay làm thay đổi khe hở giữa các răng của rôto và

cuộn nhận tín hiệu, làm cho từ trường xuyên qua cuộn dây biến thiên Sự biến thiên

từ trường tạo nên sức điện động xoay chiều cảm ứng trên cuộn dây tín hiệu Tín hiệu này được đưa về ECU

Ngoài ra, trên rô to có 2 răng khuyết nên cảm biến này còn dùng để xác định vị trí pít tông ECU động cơ dùng thông tin này để xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa

b) Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu

Hình 3.3 Sơ đồ m h điện cảm biến trục khuỷu

Đĩ tí ệu, 2 Cuộn dây

3.1.2 Cảm biến vị trí bướm ga

a) Kết cấu và nguyên lý làm việc

Cảm biến vị trí bướm ga loại không tiếp xúc Cảm biến vị trí bướm ga sẽ chuyển

sự thay đổi mật độ đường sức của từ trường thành tín hiệu điện

Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý điều khiển góc mở b ớm ga

1.Cảm biến vị trí ướm M tơ ước ều khiể ướm ga

Góc mở bướm ga được điều khiển bởi ECU động cơ, ECU nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí bàn đạp ga xử lý và truyền tín hiệu điều khiển đến mô tơ bước điều khiển

Mô tơ bướm ga sẽ đóng mở bướm ga theo tín hiệu điều khiển từ ECU, từ mô tơ bướm ga truyền sang trục bướm ga thông qua bộ răng giảm tốc

b) Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga

IC Hall

IC Hall

VTA1 E VC VTA2

1

Hình 3.5 Sơ đồ m h điện vị trí b ớm ga

Cảm biến vị trí bướm ga có 2 tín hiệu phát ra VTA1 và VTA2 Dùng 2 tín hiệu VTA1 và VTA2 là để dự phòng Điện áp cấp vào VTA1 và VTA2 thay đổi từ 0-5V

tỷ lệ thuận với góc mở của bướm ga ECU thực hiện một vài phép kiểm tra để xác định đúng hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga

ECU đánh giá góc mở bướm ga thực tế từ các tín hiệu này qua các cực VTA1 và VTA2 và ECU điều khiển mô tơ bướm ga, nó điều khiển góc mở bướm ga đúng với đầu vào do người lái tác động lên bàn đạp ga

3.1.3 Cảm biến kích nổ

a) Kết cấu và nguyên lí làm việc

Cảm biến kích nổ được gắn vào thân máy và truyền tín hiệu KNK tới ECU động

cơ khi phát hiện sự kích nổ của động cơ ECU động cơ nhận tín hiệu KNK và làm trễ thời điểm đánh lửa nhằm ngăn chặn hiện tượng kích nổ xảy ra, đến lúc ECU động cơ nhận thấy hiện tượng kích nổ kết thúc thì nó sẽ điều chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại sau khoảng thời gian nhất định

Cảm biến kích nổ được chế tạo từ vật liệu áp điện, thường dùng nhất là tinh thể thạch anh Khi có hiện tượng kích nổ xảy ra, tinh thể thạch anh sẽ chịu một áp lực lớn và tần số rung động cao (f = 6 – 15 kHz), do đó sẽ sinh ra tín hiệu điện áp

b) Mạch điện cảm biến kích nổ:

5V

KNKEKNK

Hình 3.6 Sơ đồ m ch cảm biến kích nổ

3.1.4 Cảm biến oxy (Ox)

Công dụng: Cảm biến oxy dùng để xác định lượng oxy trong khí xả để điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp hòa khí lý thuyết, tiết kiệm nhiên liệu, nâng cao công suất, giảm thiểu ô nhiễm môi trường

a) Nguyên lý làm việc:

Hình 3.7 Cảm biến oxy

Loại này được chế tạo chủ yếu từ chất Zirconium dioxide (ZrO2) có tính chất hấp thụ những ion oxy âm tính Thực chất, cảm biến oxy loại này là một pin điện có sức điện động phụ thuộc vào nồng độ oxy trong khí thải với ZrO2 là chất điện phân Mặt trong ZrO2 tiếp xúc với không khí, mặt ngoài tiếp xúc với oxy trong khí thải Ở mỗi mặt của ZrO2 được phủ một lớp điện cực bằng plantin để dẫn điện Lớp plantin này rất mỏng và xốp để oxy dễ khuyếch tán vào Khi khí thải chứa lượng oxy ít do hỗn hợp giàu nhiên liệu thì số ion oxy tập trung ở điện cực tiếp xúc khí thải ít hơn

số ion oxy tập trung ở điện cực tiếp xúc không khí Sự chênh lệch số ion này sẽ tạo một tín hiệu điện áp khoảng 600-900mV Ngược lại, khi độ chênh lệch số ion ở hai điện cực nhỏ trong trường hợp nghèo xăng, pin oxy sẽ phát ra tín hiệu điện áp thấp khoảng 100-400 mV

Mạch điện cảm biến ôxy

Hình 3.8 Sơ đồ m h điện cảm biến ôxy

3.1.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW)

a) Kết cấu và nguyên lý làm việc

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

1.Nhiệt ện trở, 2.Thân cảm biến, 3.Lớp c c ện, 4 Giắc cắm dây

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

Hình 3.10 Cảm biến nhiệt độ n ớc làm mát

Khi động cơ hoạt động, cảm biến nhiệt độ nước làm mát thường xuyên theo dõi

và báo cho ECU biết tình hình nhiệt độ nước làm mát động cơ Nếu nhiệt độ nước làm mát của động cơ thấp (động cơ vừa mới khởi động) thì ECU sẽ ra lệnh cho hệ thống phun thêm xăng khi động cơ còn nguội Cũng thông tin về nhiệt độ nước làm mát, ECU sẽ thay đổi điểm đánh lửa thích hợp với nhiệt độ động cơ Cảm biến nhiệt

độ nước làm mát và điện trở R được mắc nối tiếp Khi giá trị điện trở của cảm biến thay đổi theo sự thay đổi của nhiệt độ nước làm mát, điện áp tại cực THW cũng thay đổi theo Dựa trên tín hiệu này ECU tăng lượng phun nhiên liệu nhằm nâng cao khả năng ổn định khi động cơ nguội

b) Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát

chạy qua, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối lượng không khí nạp, bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ dây sấy không đổi, dòng điện đó sẽ tỉ lệ thuận với lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó ta xác định được lượng không khí nạp Trong trường hợp này, dòng điện chuyển thành điện áp và gửi đến ECU động cơ

b) Mạch điện cảm biến lưu lượng khí nạp:

Hình 3.13 Sơ đồ m h điện c a cảm biến l u l ợng khí n p

1.Bộ khuếc ại,2 Nhiệt ện trở R a , 3.Dây sấy platin R h

Cảm biến lưu lượng khí nạp được đặt trên đường ống nạp, bao gồm một dây sấy bằng platin (Rh) và nhiệt điện trở Ra được ghép vào mạch cầu Wheatstone Tín hiệu điện áp đầu ra của cảm biến VG tỷ lệ với lưu lượng khối lượng khí nạp ECU nhận dựa vào tín hiệu này để điều chỉnh thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản

3.2 Bộ điều khiển trung tâm

3.2.1 Tổng quan

Hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình bao gồm các cảm biến kiểm soát liên tục tình trạng hoạt động của động cơ, một bộ ECU tiếp nhận các tín hiệu từ cảm biến, xử lý tín hiệu và đưa tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành Cơ cấu chấp hành luôn đảm bảo thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến Hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ đem lại sự chính xác và thích ứng cần thiết để giảm tối đa chất độc hại trong khí thải cũng như lượng tiêu hao nhiên liệu ECU cũng đảm bảo công suất tối đa ở các chế độ hoạt động của động cơ

và giúp chẩn đoán động cơ khi có sự cố xảy ra (việc chẩn đoán mã lỗi thông qua

đèn check Engine hoặc máy chẩn đoán chuyên dụng)

ECU là một tổ vi mạch và bộ phận dùng để nhận biết tín hiệu, lưu trữ thông tin, tính toán, quyết định chức năng hoạt động và gửi các tín hiệu điều khiển thích hợp ECU được đặt trong vỏ kim loại để giải nhiệt tốt và được bố trí ở nơi ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm

Một đầu gồm nhiều giắc cắm dùng nối ECU với hệ thống điện trên xe, với các cơ cấu chấp hành và các cảm biến

3.2.2 Các bộ phận trong ECU

a Bộ nhớ: bộ nhớ trong ECU gồm các loại:

 ROM (Read Only Memory):

Dùng trữ thông tin thường trực Bộ nhớ này chỉ đọc thông tin từ đó ra chứ không thể ghi vào được Thông tin của nó đã được cài đặt sẵn ROM cung cấp thông tin cho bộ xử lý và được lắp trên mạch in Chương trình điều khiển động cơ do nhà sản xuất lập trình và được nạp sẵn trong bộ nhớ ROM

 RAM (Ramdom Access Memory):

Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu trữ thông tin mới được ghi trong bộ nhớ và xác định bởi vi xử lý RAM có thể đọc và ghi các các số liệu theo địa chỉ bất

kỳ RAM vẫn duy trì bộ nhớ cho đến khi mất nguồn cung cấp từ ắc quy đến máy tính thì bộ nhớ RAM sẽ mất

 PROM (Programmable Read Only Memory):

Cấu trúc cơ bản giống như ROM nhưng cho phép lập trình (nạp dữ liệu) ở nơi sử dụng chứ không phải nơi sản xuất như ROM PROM cho phép sửa đổi chương trình điều khiển theo nhưng yêu cầu khác nhau

 Bộ nhớ KAM (Keep Alive Memory): Bộ nhớ này dùng để lưu trữ các thông

tin mới (thông tin tạm thời) Bộ nhớ KAM vẫn được duy trì lưu trữ các thông tin khi

động cơ đã tắt hoặc tắt khoá điện

Để đảm bảo được vấn đề này một phần của bộ nhớ được cấp nguồn điện độc lập

từ Accu nên những thông tin được cập nhật trong vùng nhớ này theo yêu cầu của bộ

vi xử lý không bị mất đi khi tắt khoá điện

Thông tin lưu trữ trong vùng nhớ này gọi là thông tin hiệu chỉnh ví dụ như các thông tin về tình trạng hư hỏng mà bộ xử lý phát hiện khi động cơ đang hoạt động

b Bộ vi xử lý (Microprocessor):

Bộ vi xử lý có chức năng tính toán và ra quyết định Nó là “bộ não” của ECU

Hình 3.14 Sơ đồ các hệ thống trong ECU

 Đường truyền –BUS:

Có nhiệm vụ chuyển các lệnh và số liệu trong ECU theo hai chiều Sự phát triển của ECU trên động cơ gắn liền với sự phát triển của vi xử lý Trên những thế hệ ECU đầu tiên dùng loại 4,8 bit Hiện nay, nhu cầu điều khiển trên ô tô ngày càng nhiều, chương trình điều khiển càng nhiều và phức tạp, người ta sử dụng ECU loại

16 và 32 bit

3.2.3 Cấu trúc của ECU

Cấu trúc của ECU

Hình 3.15 Cấu trúc máy tính

Bộ phận chủ yếu của ECU là bộ vi xử lý hay còn gọi là ECU, ECU lựa chọn các lệnh và xử lý số liệu từ bộ nhớ ROM và RAM chứa các chương trình và dữ liệu ngõ

ra điều khiển nhanh số liệu từ các cảm biến và chuyển các dữ liệu đã xử lý đến các

cơ cấu thực hiện

Mạch giao tiếp ngõ vào

Bộ chuyển đổi A/D :

Hình 3.16 Bộ chuyển đổi A/D

Dùng để chuyển các tín hiệu tương tự từ đầu vào với sự thay đổi điện áp trên các cảm biến thành các tín hiệu số để đưa vào bộ xử lý

Hình 3.18 Bộ nhớ trung gian

Bộ khuếch đại :

Hình 3.19 Bộ khuế h đ i

Bộ ổn áp:

Bên trong ECU có các IC 7812 và 7805 để ổn áp : 12V và 5V

Hình 3.20 Bộ ổn áp

3.2.4 Giao tiếp ngõ ra

Tín hiệu điều khiển từ bộ vi xử lý sẽ đƣa đến các transistor công suất điều khiển rơle, solenoid, mô tơ, Các transistor này có thể đƣợc bố trí bên trong hoặc bên ngoài ECU

Hình 3.21 Giao tiếp

phản hồi IGF gởi về cho ECU động cơ IC đánh lửa trên động cơ TOYOTA

CAMRY 2010 đƣợc làm thành một cụm chi tiết với bô bin đánh lửa (IC bôbin kết hợp) nên kết cấu rất đơn giản, gọn nhẹ

ECU động cơ xác định thời điểm đánh lửa dựa vào tín hiệu G, tín hiệu NE và các tín hiệu từ các cảm biến khác

Khi đã xác định đƣợc thời điểm đánh lửa, ECU động cơ gửi tín hiệu IGT đến IC đánh lửa Trong khi tín hiệu IGT đƣợc chuyển đến để bật IC đánh lửa, dòng điện sơ cấp chạy vào cuộn dây đánh lửa Trong khi tín hiệu IGT tắt đi, dòng điện sơ cấp chạy đến cuộn dây đánh lửa sẽ bị ngắt Đồng thời, tín hiệu IGF đƣợc gửi đến ECU

động cơ để điều khiển phun xăng, các tín hiệu IGT và IGF ngắt quãng liên tục

3.3.2 Bô bin đánh lửa

7

8 1

Hình 3.23 Kết cấu cuộn đánh lửa có IC đánh lửa

1.Giắc cắm IC a, 3 Cuộ sơ cấp, 4 Cuộn thứ cấp.5 Lớp c c ện, 6

Đầu cắm bugi, 7 Lõi sắt, 8 Vỏ

Bô bin đánh lửa là loại biến áp cao thế đặc biệt dùng để biến dòng điện hiệu điện thế thấp (12V) thành các xung có hiệu điện thế cao đảm bảo cho việc đánh lửa trong

động cơ đƣợc tối ƣu nhất

Động cơ TOYOTA CAMRY 2010 sử dụng bô bin đơn cho từng máy, các IC đánh lửa cũng đƣợc bố trí ngay trên các cuộn đánh lửa tạo thành cụm chi tiết có kết cấu rất nhỏ gọn

Hình 3.24 Bô bin đánh lử động ơ TOYOTA CAMRY 2010

Các cuộn sơ cấp và thứ cấp đƣợc quấn quanh lõi, số vòng quay của cuộn thứ cấp lớn hơn rất nhiều so với cuộn sơ cấp Một đầu cuộn sơ cấp đƣợc nối với IC đánh

lửa, còn một đầu của cuộn thứ cấp được nối với bugi Các đầu còn lại của các cuộn

được nối với dòng cấp từ ắc quy thông qua giắc cắm

Hoạt động của cuộn đánh lửa :

Dòng điện trong cuộn sơ cấp

Khi động cơ hoạt động, dòng điện từ ắc quy chạy qua IC đánh lửa, vào cuộn sơ cấp, phù hợp với tín hiệu điều khiển thời điểm đánh lửa (IGT) do ECU động cơ phát

ra

Kết quả là các đường sức từ trường được tạo ra chung quanh cuộn dây có lõi ở trung tâm

Hình 3.25 Dòng điện trong cuộn sơ ấp

Ngắt dòng điện vào cuộn sơ cấp

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 bắt đầu giảm

Vì vậy, tạo ra một sức điện động theo chiều chống lại sự giảm từ thông hiện có, thông qua tự cảm của cuộn sơ cấp và cảm ứng tương hổ chủa 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 hổ kèm theo của cuộn thứ cấp tạo ra một sức điện động khoảng 30KV Thế điện động này làm cho bugi phát ra tia lửa

Dòng sơ cấp càng lớn và sự ngắt dòng sơ cấp càng nhanh thì điện thế thứ cấp càng lớn

3.3.3 Bugi

Bugi đánh lửa có nhiệm vụ nhận các xung điện cao thế từ bô bin đánh lửa và bật tia lửa điện cao thế để đốt cháy hỗn hợp khí-nhiên liệu trong xy lanh Đây là chi tiết quan trọng, quyết định sự làm việc ổn định và hiệu quả của hệ thống đánh lửa Do tiếp xúc với buồng đốt nên trong quá trình làm việc bugi chịu tác động của 3 tải trọng:

Điện thế cao trong cuộn thứ cấp làm phát sinh ra tia lửa giữa điện cực trung tâm

và điện cực nối mát của bugi để đốt cháy hỗn hợp hòa khí đã đƣợc nén trong xy

lanh

Hình 3.27 Bugi

- Cơ cấu đánh lửa

Sự nổ của hỗn hợp hòa khí do tia lửa từ bugi đƣợc gọi chung là sự bốc cháy Tuy nhiên, sự bốc cháy không phải xảy ra tức khắc, mà diễn ra nhƣ sau: Tia lửa xuyên qua hỗn hợp hòa khí từ điện cực trung tâm đến điện cực nối mát Kết quả là phần hỗn hợp hòa khí dọc theo tia lửa bị kích hoạt, phản ứng hoá học (ôxy hoá) xảy ra, và sản sinh ra nhiệt để hình thành “nhân ngọn lửa” Nhân ngọn lửa này lại kích hoạt hỗn hợp hòa khí bao quanh, và phần hỗn hợp này lại kích hoạt chung quanh

nó Cứ nhƣ thế nhiệt của nhân ngọn lửa đƣợc mở rộng ra trong một quá trình lan truyền ngọn lửa để đốt cháy hỗn hợp hòa khí Nếu nhiệt độ của các điện cực quá thấp hoặc khe hở giữa các điện cực quá nhỏ, các điện cực sẽ hấp thụ nhiệt toả ra từ

tia lửa Kết quả là nhân ngọn lửa bị tắt và động cơ không nổ Hiện tượng này được gọi là sự dập tắt điện cực Nếu hiệu ứng dập tắt điện cực này lớn thì nhân ngọn lửa

Các điện cực tròn khó phóng điện, trong khi đó các điện cực vuông hoặc nhọn lại

dễ phóng điện Qua quá trình sử dụng lâu dài, các điện cực bị làm tròn dần và trở nên khó đánh lửa Vì vậy, cần phải thay thế bugi Các bugi có điện cực mảnh và nhọn thì phóng điện dễ hơn Tuy nhiên, những điện cực như thế sẽ chóng mòn và tuổi thọ của bugi sẽ ngắn hơn Vì thế, một số bugi có các điện cực được hàn đắp platin hoặc iridium để chống mòn Chúng được gọi là các bugi có cực platin hoặc iridium

Hình 3.29 Đặ tính đánh lửa

Khoảng thời gian thay thế bugi: Kiểu bugi thông thường: sau 10.000 đến 60.000

km Kiểu có điện cực platin hoặc iridium: sau 100.000 đến 240.000 km Khoảng thời gian thay bugi có thể thay đổi tuỳ theo kiểu xe, đặc tính động cơ, và nước sử dụng

- Khe hở điện cực và điện áp yêu cầu

Khi bugi bị ăn mòn thì khe hở giữa các điện cực tăng lên, và động cơ có thể bỏ máy Khi khe hở giữa cực trung tâm và cực nối mát tăng lên, sự phóng tia lửa giữa các điện cực trở nên khó khăn Do đó, cần có một điện áp lớn hơn để phóng tia lửa Vì vậy cần phải định kỳ điều chỉnh khe hở điện cực hoặc thay thế bugi

Nếu có thể cung cấp đủ điện áp cần thiết cho dù khe hở điện cực tăng lên thì bugi

sẽ tạo ra tia lửa mạnh, mồi lửa tốt hơn Vì thế, trên thị trường có những bugi có khe

Hình 3.30 Nhiệt độ tự làm s ch và tự bén lửa

- Nhiệt độ tự bén lửa

Nếu bản thân bugi trở thành nguồn nhiệt và đốt cháy hỗn hợp hòa khí mà không cần đánh lửa, thì hiện tượng này được gọi là “nhiệt độ tự bén lửa” Hiện tượng tự bén lửa xảy ra khi nhiệt độ của điện cực vượt quá 9500 C Nếu nó xuất hiện, công suất của động cơ sẽ giảm sút vì thời điểm đánh lửa không đúng, và các điện cực hoặc piston có thể bị chảy từng phần

Bugi là chi tiết phản ánh tình trạng làm việc của động cơ Việc quan sát bugi sau một thời gian làm việc sẽ giúp rất nhiều trong việc chẩn đoán động cơ

3.4 Quá trình điều khiển đánh lửa

Hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình có góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng một chương trình tính toán được thiết lập trong một máy tính điện tử được bố trí trên xe gọi là ECU Góc đánh lửa sớm được tính toán thông qua các tín hiệu vào ECU từ các cảm biến ghi nhận từ động cơ, từ các tín hiệu này bộ vi xử lý của ECU sẽ tính toán đưa ra các góc đánh lửa sớm tối ưu phù hợp với điều kiện làm việc hiện tại của động cơ

Việc đánh lửa điều khiển theo chương trình được chia làm hai giai đoạn làm việc

cơ bản: điều khiển đánh lửa khi khởi động và điều khiển đánh lửa sau khi khởi động

3.4.1 Điều khiển đánh lửa khi khởi động

Điều khiển đánh lửa khi khởi động được thực hiện ngay sau khi ECU nhận được tín hiệu Ne Góc đánh lửa này tương ứng với thời điểm đánh lửa ban đầu, bd= 5o ÷

15o được lưu sẵn trong bộ nhớ Khi có tín hiệu khởi động mạch chuyển đổi trạng thái (có thể nằm trong hoặc ngoài ECU) sẽ nối đường IGT sang vị trí ST Khi đó xung IGT được điều khiển bởi Back up IC (IC dự phòng) thông qua hai tín hiệu G

và Ne Nếu động cơ đã nổ thì IGT sẽ được nối sang vị trí After ST (sau khởi động)

và việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm được thực hiện bởi ECU

Hình 3.31 Điều khiển đánh lửa ở chế độ khởi động

3.4.2 Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động

Sau khi điều khiển động cơ, ECU sẽ nhận tín hiệu từ các cảm biến và hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm tùy theo chế độ làm việc của động cơ Các hiệu chỉnh khác nhau (dựa trên các tín hiệu từ cảm biến có liên quan) được thêm vào góc điều khiển thời điểm đánh lửa ban đầu và thêm vào góc đánh lửa sớm cơ bản

Góc đánh lửa sớm sau khi khởi động được xác định như sau:

hc cb bd

 : Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh bd: Góc đánh lửa sớm ban đầu

Góc đánh lửa cơ bản cb được xác định theo tốc độ và tải động cơ và được lưu sẵn trong bộ nhớ của ECU

Góc đánh lửa hiệu chỉnh hc là tổng tất cả các góc đánh lửa theo các điều kiện làm việc của động cơ sao cho động cơ làm việc tối ưu Việc hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm trên động cơ được thực hiện theo các yếu tố sau:

Hiệu chỉnh theo nhiệt độ động cơ

Hiệu chỉnh ổn định không tải

Hiệu chỉnh phản hồi tỉ lệ khí – nhiên liệu

Hiệu chỉnh kích nổ

Hiệu chỉnh góc ngậm điện

Hiệu chỉnh bù độ cao…

Hiệu chỉnh theo nhiệt độ động cơ

Tùy thuộc vào nhiệt độ động cơ thông qua các cảm biến nhiệt độ nước làm mát

mà góc đánh lửa sớm được điều chỉnh tăng hay giảm cho phù hợp với điều kiện cháy của động cơ Khi nhiệt độ của động cơ nằm trong khoảng 20÷ 60o, góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh từ 0o÷15o Nếu nhiệt độ của động cơ nhỏ hơn 20o góc đánh lửa sớm cũng chỉ được cộng thêm 15o Sở dĩ phải tăng góc đánh lửa sớm lúc động

cơ nguội là vì ở nhiệt độ thấp thì tốc độ cháy chậm nên phải kéo dài thời gian để nhiên liệu cháy hết phát huy tối đa công suất của động cơ Khi nhiệt độ động cơ vào khoảng 60o ÷110o thì ECU không thực hiện sự hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ

Trong trường hợp nhiệt độ động cơ quá nóng (>110o) sẽ dễ gây ra hiện tượng kích nổ và tăng hàm lượng NOx trong khí thải vì vậy ECU sẽ điều khiển góc đánh lửa sớm xuống một góc tối đa 5o

Tín hiệu liên quan đến hiệu chỉnh này là tín hiệu nhiệt độ nước làm mát THW

Hiệu chỉnh ổn định chế độ không tải

Khi động cơ ở chế độ không tải thì sẽ dao động ở chế 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 ±5o bởi hiệu chỉnh này

Tín hiệu liên quan đến hiệu chỉnh này là: Tốc độ động cơ (NE), vị trí bướm ga (VTA), tốc độ xe (SPD)

Hiệu chỉnh phản hồi tỉ lệ không khí-nhiên liệu

Trong quá trình phản hồi tỉ 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 những thay đổi trong tỉ lệ khí-nhiên liệu khi nó chạy không tải, nên để chế độ chạy không tải ổn định ECU động cơ sẽ làm sớm thời điểm đánh lửa để phù hợp với tỉ lệ khí – nhiên liệu Thời điểm đánh lửa được làm sớm lên tối đa khoảng 5o bởi hiệu chỉnh này Các tín hiệu liên quan đến cảm biến này: Cảm biến oxy,cảm biến vị trí bướm ga,cảm biến tốc độ xe

Hiệu chỉnh tránh kích nổ

Để nhận biết và tránh được sự kích nổ trên các xy lanh động cơ, trên động cơ được trang bị cảm biến kích nổ, cảm biến này ghi nhận lại sự kích nổ thông qua sự rung động của động cơ sau đó chuyển thành các xung tín hiệu dưới dạng tín hiệu điện và chuyển đến ECU của động cơ

Khi động cơ hoạt động bình thường thì các xung tín hiệu dao động rất nhỏ, khi xảy ra hiện tượng kích nổ các xung này sẽ dao động với biên độ lớn và truyền tới ECU của động cơ, ECU sẽ điều chỉnh và giảm góc đánh lửa sớm

Tín hiệu liên quan đến hiệu chỉnh nay là tín hiệu kích nổ (KNK)

Hiệu chỉnh góc ngậm điện

Một chức năng khác của ECU về điều khiển đánh lửa trên động cơ là sự điều chỉnh góc ngậm điện Nhằm hạn chế hiện tượng sụt áp (ổn định điện áp) và làm giảm lãng phí năng lượng đánh Trong trường hợp dòng sơ cấp vẫn tăng cao hơn giá trị ổn định, bộ phận hạn chế dòng sẽ làm việc và giữ dòng diện sơ cấp không thay đổi