Đồ án Hệ thống đánh lửa trực tiếp trên xe Toyota Vios

Hệ thống đánh lửa HTĐL có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều thế hiệu thấp 6, 12 hay 24 hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp thành các xung điện cao thế 12000 ÷ 24000V đủ để tạo nê

LỜI MỞ ĐẦU Chiếc ô tô không còn xa lạ với tất cả mọi người, nó có tính cơ động cao và phạm

vi hoạt động rộng Do vậy, trên toàn thế giới ô tô đóng vai trò rất quan trọng, phục

vụ cho sự phát triển kinh tế xã hội và an ninh quốc phòng

Năm 1885, đánh dấu sự ra đời của chiếc ô tô đầu tiên do Kral Benz chế tạo Năm 1891, ô tô điện ra đời ở Mỹ

Năm 1892, Rudolf Diesel cho ra đời động cơ Diesel và chế tạo hàng loạt

Cuộc cách mạng ô tô thực sự bắt đầu năm 1896 khi Henry Ford hoàn thiện và cho lắp ráp hàng loạt lớn

Cho tới nay, ô tô không ngừng được chế tạo và phát triển, ngành ô tô đã trở thành ngành công nghiệp đa ngành

Ở Việt Nam, ngành ô tô đã trở thành ngành công nghiệp trọng điểm và đạt được nhiều bước tiến vượt bậc với nhiều nhà máy lắp ráp, các trung tâm dịch vụ bảo dưỡng, sửa chữa và trung tâm phụ tùng lớn của nhiều hãng xe lớn như Toyota, Ford, GM, Mazda, Hyundai, Kia, Misubishi, Mecxedec Benz, Renault, Vì vậy nguồn nhân lực cho ngành ô tô rất lớn, đòi hỏi phải có trình độ và khả năng làm việc trong môi trường công nghiệp Nên việc đào tạo nguồn nhân lực rất được chú trọng

Sau ba năm học tập tại trường, em đã được các thầy cô trang bị cho những kiến thức cơ bản về chuyên ngành Để tổng kết và đánh giá quá trình rèn luyện em được khoa cơ khí và bộ môn ô tô giao cho nhiệm vụ hoàn thành đồ án môn học với nội dung: “ Hệ thống đánh lửa trực tiếp trên xe Toyota Vios” Với kinh nghiệm ít ỏi và kiến thức còn hạn chế nhưng với sự tận tình chỉ bảo của thầy em đã hoàn thành được đồ án này Đồ án gồm có 4 chương, bao gồm:

- Chương 1: Tổng quan về xe Toyota

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết về hệ thống đánh lửa

- Chương 3: Hệ thống đánh lửa trực tiếp trên xe Toyota Vios

- Chương 4: Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống đánh lửa trực tiếp trên xe

Toyota Vios

Mặc dù đã hết sức cố gắng và đƣợc sự chỉ bảo tận tình của thầy và các bạn

nhƣng do khả năng của bản thân em có hạn nên đồ án không tránh khỏi những

thiếu sót Vì vậy, em mong nhận đƣợc sự chỉ đạo và góp ý của các thầy cô và các

bạn để đồ án của em đƣợc hoàn thiện hơn

Em xin trân thành cảm ơn thầy đã tận tình chỉ bảo, các thầy cô trong bộ môn

đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án này

Hà nội, ngày tháng 6 năm 2015 Sinh viên thực hiện:

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XE TOYOTA

1.1 Giới thiệu chung về xe toyota vios

1.2 Các thông số của xe toyota vios

1.2.1 Xuất sứ, kích thước, hình dáng

1.2.2 Động cơ 1NZ-FE (DOHC 16 xu páp với VVT-I)

1.2.3 Hệ thống truyền lực

1.2.4 Hệ thống trang bị điện

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

2.1 Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống đánh lửa

2.2.3.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển

2.2.3.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm

3.1.1.4 Bộ sử lý và điều khiển trung tâm ECU

a Vai trò của ECU (ELECTRIC CONTROL UNIT)

b Sự điều khiển thời điểm đánh lửa

c Điều khiển góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh

d Nguyên lý hoạt động

CHƯƠNG 4 BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

TRỰC TIẾP TRÊN XE TOYOTA VIOS

4.1 Những hư hỏng của hệ thống

4.2 Quy trình kiểm tra chẩn đoán

4.2.1 Kiểm tra hệ thống đánh lửa ngay trên xe

4.3.2 Kiểm tra buji

4.3.3 Kiểm tra mạch điều khiển điện tử

4.3.4 Chức năng tự chẩn đoán bằng đèn báo lỗi (check conector)

4.3.5 Chẩn đoán hư hỏng bằng phần mềm chẩn đoán OBD II 4.3.5.1 Giới thiệu thiết bị đọc lỗi động cơ OBD II của Toyota 4.3.5.2 Đọc mã chẩn đoán OBD II

4.3.5.3 Hướng dẫn sử dụng máy chẩn đoán

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Á, những chiếc Sedan này dần được Toyota ra mắt tại các thị trường khác

sử dụng động cơ nhỏ hơn với dung tích 1.3 lít

- Phiên bản đầu tiên được chế tạo dựa trên mẫu Toyota Platz Nhờ cải tiến về ngoại thất, những chiếc Vios mang một dáng vẻ khác biệt, đặc biệt là phiên bản 2006 Phiên bản này được chỉnh sửa khá nhiều với lưới tản nhiệt, đèn pha, đèn hậu được làm mới cùng với vành đúc và nội thất mới

- Thế hệ thứ 2 ( từ năm 2007 đến nay)

Kiểu thiết kế: Sedan 4 chỗ

Động cơ 1.5 lít

- Chiếc Vios mới là sự tái hiện lại mẫu Toyota Belta sedan ra mắt năm 2005

Toyota Belta còn có tên khác là Toyota Yaris (tên này chỉ có ở Mỹ, Nhật,

Australia), Toyota Echo (tên gọi tại Canada) và Toyota Vitz Nếu Vios chỉ có phiên bản sedan thì Belta có thêm phiên bản hachtback

- Toyota Vios 2007 vẫn sử dụng động cơ cũ (năm 2003) I4, ký hiệu 1NZ-FE 1.5L DOHC tích hợp công nghệ điều khiển van biến thiên VVT-i Công suất cực đại của

2

động cơ là 107 mã lực, mô men xoắn tối đa 144 Nm Tuy nhiên, khung gầm thiết

kế hoàn toàn mới

- Phiên bản Vios mới 1.5E 5 số sàn được nâng cấp từ Vios 2003 1.5G 5 số sàn, còn phiên bản 1.5G mới 4 số tự động lần đầu tiên được ra mắt tại thị trường Việt Nam

- Toyota Vios 2007 có kích thước lớn hơn xe đời cũ Trang bị an toàn và tiện nghi

có nhiều cải tiến Về ngoại thất, thay đổi lớn nhất là lưới tản nhiệt có cấu trúc hình chữ V, cụm đèn hậu nhô ra ngoài, đèn xi nhan tích hợp trên gương, vành hợp kim thiết kế mới,

1.2 Các thông số của xe toyota vios

1.2.1.Xuất sứ, kích thước, hình dáng

Xuất sứ: Thái Lan

Kích thước: (dài x rộng x cao) 4300 x 1700 x 1460 (mm)

Hình 1.2 Hình dáng xe Toyota Vios

3

4

1.2.2.động cơ 1NZ-FE (DOHC 16 xu páp với VVT-I)

Động cơ sử dụng trên xe Toyota Vios là động cơ xăng 4 kỳ, 4 xy lanh đặt thẳng hàng, thứ tự làm việc 1 – 3 – 4 – 2

Động cơ 1NZ-FE

5

Kết cấu động cơ

Sử dụng trục cam kép, dẫn động bằng đai với công nghệ điều khiển đóng mở xu páp thông minh VVT-i, giúp cho xe tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường

Hệ thống VVT-i Vios

- Công suất tối đa: 107 HP / 6000 rpm

- Mô men xoắn tối đa: 144 NM / 4200 rpm

6

- Tỷ số nén: 10,5 : 1

- Dung tích công tác 1497 cc

- Mức tiêu hao nhiên liệu: 5,5L / 100 Km (trong điều kiện thử nghiệm)

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu: phun xăng điện tử đa điểm MPI, sử dụng các loại xăng có chỉ số octan là RON 95, 92 Dung tích bình xăng là 42 lít

- Hệ thống làm mát: tuần hoàn cưỡng bức nhờ bơm nước

- Hệ thống bôi trơn: theo nguyên lý hoạt động hỗn hợp bao gồm bôi trơn cưỡng bức kết hợp với vung té Xe sử dụng các loại dầu bôi trơn: API SM, API SL, ILSAC

1.2.5 Hệ thống truyền lực

- Ly hợp: loại 1 đĩa ma sát khô, thường đóng, dẫn động bằng áp suất thủy lực

- Hộp số: Đối với phiên bản 1.5G là tự động 4 cấp

Hộp số tự động U430E được thiết kế gọn nhẹ và điều khiển điện tử linh hoạt, sử dụng dầu ATF WS

8

Hộp số thường C50 Vios

- Truyền lực chính và vi sai: đây là loại xe du lịch động cơ và hộp số đặt

ngang, cầu trước chủ động nên cặp bánh răng truyền lực chính và vi sai được

bố trí chung trong cụm hộp số Xe Toyota Vios sử dụng truyền lực chính 1 cấp, loại bánh răng trụ răng nghiêng

9

- Hệ thống đèn chiếu sáng và đèn báo hiệu bao gồm: đèn pha, đèn xi nhan, đèn sương mù, đèn phanh, đèn soi biển số, đèn trần trong xe, đèn báo áp suất dầu, đèn báo nạp ắc quy, đèn báo mức xăng thấp,

Cụm đèn sau

11 Đài xe Vios mới

12

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

2.1 Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống đánh lửa

2.1.1 Nhiệm vụ

Hệ thống đánh lửa (HTĐL) có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều thế hiệu thấp (6,

12 hay 24) hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp thành các xung điện cao thế (12000 ÷ 24000V) đủ để tạo nên tia lửa đốt cháy hỗn hợp làm việc trong các xi lanh của động cơ vào những thời điểm thích hợp và tương ứng với trình tự xi lanh

và chế độ làm việc của động cơ

Trong một số trường hợp, hệ thống đánh lửa còn dùng để hỗ trợ khởi động tạo điều kiện khởi động động cơ được dễ dàng ở nhiệt độ thấp

2.1.2 Yêu cầu

Hệ thống đánh lửa phải đáp ứng các yêu cầu chính sau:

- Phải đảm bảo thế hiệu đủ để tạo ra được tia lửa điện phóng qua khe hở giữa các điện cực của buji

- Tia lửa điện phải có năng lượng đủ lớn để đốt cháy được hỗn hợp làm việc trong mọi điều kiện làm việc của động cơ

- Thời điểm đánh lửa phải tương ứng với góc đánh lửa sớm hợp lý nhất ở mọi chế độ làm việc của động cơ

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

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

2.2 Phân loại hệ thống đánh lửa

13

Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đánh lửa thường

1- cam; 2- cần tiếp điểm; 3- bobin đánh lửa; 4- bộ chia điện 5- buji; R- điện trở; C- tụ điện; W 1 - cuộn sơ cấp; W 2 - cuộn thứ cấp

+ Khi KK’ đóng: 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 biến áp đánh lửa

+ Khi KK’ mở: mạch sơ cấp bị ngắt, dòng i1 và từ trường do nó tạo nên mất đi

Do đó, trong cả hai cuộn dây sẽ xuất hiện các sức điện động tự cảm tỷ lệ thuận với tốc độ biến thiên của từ thông Bởi vì cuộn W2 có số vòng dây lớn nên sức điện động cảm ứng sinh ra trong nó cũng lớn, đạt giá trị khoảng 12000 ÷ 24000V Điện

áp cao này truyền từ cuộn thứ cấp qua rô to của bộ chia điện 4 và các dây dẫn cao

áp đến các biji đánh lửa 5 theo thứ tự nổ của động cơ Khi thế hiệu thứ cấp đạt giá trị Udl thì sẽ xuất hiện tia lửa điện phóng qua khe hở buji đốt cháy hỗn hợp làm việc trong xi lanh

Vào thời điểm tiếp điểm mở, trong cuộn W1 cũng xuất hiện một sức điện động

tự cảm khoảng 200 ÷ 300V Nếu như không có tụ điện C mắc song song với tiếp điểm KK’, thì sức điện động sẽ gây ra tia lửa mạnh phóng qua tiếp điểm, làm cháy

rỗ các má vít, đồng thời làm cho dòng sơ cấp và từ trường của nó mất đi chậm hơn

và vì thế thế hiệu thứ cấp cũng sẽ không lớn

Khi có tụ C dòng sơ cấp và sức điện động tự cảm e1 được dập tắt nhanh chóng, không gây ra tia lửa ở tiếp điểm và U2 tăng lên

14

2.2.2 Hệ thống đánh lửa Manhêtô

Hệ thống mạch từ của Manheto

Sơ đồ mạch điện của Manheto

1 – lõi thép; 2 – cuộn sơ cấp; 3 – cuộn thứ cấp; 4 – má cực;

5 – kim đánh lửa phụ; 6 – điện cực bộ chia điện; 7 – rô to;

15

8,9 – bánh răng; 10 – buji; 11 – rô to nam châm; 12 – cam;

13 – tiếp điểm chính; 14 – tiếp điểm động; 15 – công tắc điện; 16 – cam

Nguyên lý tạo nên điện cao thế tương tự như ở hệ thống đánh lửa thường dùng

ắc quy, chỉ khác là dòng điện trong cuộn dây sơ cấp sinh ra là do sức điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây khi nam châm quay tương tự như ở máy phát xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu

Các quá trình vật lý xảy ra trong Manheto cũng tương tự như trong hệ thống đánh lửa thường, tức là cũng có thể chia làm ba giai đoạn và mô tả bằng những phương trình toán học giống nhau

2.2.3 Hệ thống đánh lửa bán dẫn

2.2.3.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển

Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển

Khi bật công tắc máy IG/SW thì cực E của transistor được cấp nguồn dương, cực C của transistor được nối trực tiếp với nguồn âm

16

Khi tiếp điểm KK’ đóng: cực B của transistor được nối với nguồn âm, UBE < 0, xuất hiện dòng Ib, transistor dẫn làm xuất hiện dòng sơ cấp đi theo mạch: Từ (+) ắc quy đến Rf đến W1 đến cực E đến cực B đến Rb đến KK’ và sau đó đến (-) ắc quy Dòng sơ cấp: I1 = Ic + Ib = Ie Dòng điện này tạo nên từ thông khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa

Khi tiếp điểm KK’ mở dòng sơ cấp và từ thông do nó sinh ra bị mất đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp một sức điện động cao thế và xuất hiện tia lửa

Tại thời điểm KK’ mở, trong cuộn sơ cấp cũng xuất hiện sức điện động E1 = (200 ÷ 300)V, làm hỏng transistor Để giảm E1 người ta phải dùng biến áp có Kba

lớn và L1 nhỏ hoặc dùng các mạch bảo vệ cho transistor

Trên thực tế, để giảm dòng điện qua tiếp điểm người ta dùng nhiều transistor mắc nối tiếp

2.2.3.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm

a Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến điện từ

Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ

T 1 , T 2 , T 3 – Các transistor

R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 – Các điện trở

17

Khi bật công tắc máy sẽ xuất hiện các dòng điện sau:

- Dòng I1: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R1 đến R2 đến (-) AQ, tạo ra điện áp đệm

UR2 trên cực B của T1 Tuy nhiên UR2 chưa đủ để làm cho T1 mở

- Dòng I2: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R4 đến R5 đến (-) AQ, tạo ra điện áp đệm

UR5 trên cực B của T3, T3 dẫn, xuất hiện dòng điện sơ cấp đi từ (+) AQ đến IG/SW đến bobin đến T3 đến (-) AQ Dòng điện này tạo nên từ thông khép kín mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa

- Khi trên cuộn dây cảm biến không có tín hiệu điện áp hoặc điện áp âm thì T1

ngắt, T2 ngắt, T3 vẫn tiếp tục dẫn

- Khi trên cuộn dây cảm biến có tín hiệu điện áp dương, kết hợp với điện áp đệm

UR2, làm cho T1 dẫn, T2 dẫn, T3 ngắt Dòng điện qua cuộn sơ cấp và từ thông do nó sinh ra bị mất đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp một sức điện động cao thế và xuất hiện tia lửa

b Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang

Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang

T 1 , T 2 , T 3 , T 4 , T 5 – Các transistor

R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R f – Các điện trở

D 1 , D 2 , D 3 – Các diode IG/SW – Công tắc; 1 - Ắc quy; 2 – Bô bin; 3 – Đến buji

18

Khi bật công tắc máy sẽ xuất hiện các dòng điện sau:

- Dòng I1: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R6 đến R1 đến D1

- Dòng I2: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R7 đến R8 đến (-) AQ, tạo ra điện áp đệm

UR8 trên cực B của T5, T5 dẫn, xuất hiện dòng sơ cấp đi từ: (+) AQ qua IG/SW đến

Rf đến bobin đến T5 đến (-) AQ Dòng điện này tạo nên từ thông khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa

Khi rotor quay, tại vị trí đĩa cảm quang ngăn dòng ánh sáng tử LED D1 sang transistor T1, T1 ngắt, T2 ngắt, T3 ngắt, T4 ngắt, T5 vẫn tiếp tục dẫn

Tại vị trí đĩa cảm quang cho dòng ánh sáng tử LED D1 sang transistor T1, T1

dẫn, T2 dẫn, T3 dẫn, T4 dẫn, T5 ngắt Dòng điện qua cuộn sơ cấp và từ thông do nó sinh ra bị mất đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp một sức điện động cao thế và xuất hiện tia lửa

c Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall

Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall

IG/SW – Công tắc; C 1 , C 2 – Các tụ điện; T 1 , T 2 , T 3 – Các transistor

R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , R f – Các điện trở

D 1 , D 2 , D 3 , D 4 , D 5 – Các diode; 1 - Ắc quy; 2 – Bobin; 3 – Đến buji

Khi bật công tắc máy sẽ xuất hiện dòng điện I1 đi từ (+) AQ qua IG/SW đến D1

đến R1, cung cấp điện cho cảm biến Hall

19

Khi rotor quay tại vị trí cánh chắn xen giữa nam châm và phần tử Hall thì điện

áp đầu ra của cảm biến Ura ≈ 12V, T1 dẫn,T2 dẫn, T3 dẫn Lúc này dòng sơ cấp đi theo mạch sau: (+) AQ qua IG/SW đến Rf đến bobin đến T3 đến (-) AQ Dòng điện này tạo nên từ thông khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa Khi cánh chắn rời khỏi vị trí giữa nam châm và phần tử Hall thì điện áp đầu ra của cảm biến Hall Ura≈ 0V, T1 ngắt, T2 ngắt, T3 ngắt Dòng điện qua cuộn sơ cấp

và từ thông do nó sinh ra bị mất đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp một sức điện động cao thế và xuất hiện tia lửa

2.2.4 Hệ thống đánh lửa điện tử

2.2.4.1 Hệ thống đánh lửa gián tiếp

Sơ đồ hệ thống đánh lửa gián tiếp

T1, T2 – Các transistor; W1, W2 – Cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp

G – Cảm biến vị trí trục khuỷu; NE – Cảm biến tốc độ động cơ

1 - Ắc quy; 2 – Công tắc; 3 – Tín hiệu phản hồi;

4 – Kiểm soát góc ngậm điện; 5 – Các cảm biến khác; 6 – Đến buji

Hệ thống đánh lửa này là một trong số các kiểu hệ thống 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 động cơ NE, cảm biến vị trí trục khuỷu G, cảm biến nhiệt

độ khí nạp… ECU sẽ tính toán và phát ra tín hiệu đánh lửa tối ưu đến IC đánh lửa

6

+ Tổn thất nhiều năng lượng qua bộ chia điện và trên dây cao áp

+ Gây nhiễu vô tuyến trên mạch thứ cấp

+ Khi động cơ có tốc độ cao và số xi lanh lớn thì dễ xảy ra đánh lửa đồng thời

ở hai dây cao áp kề nhau

+ Bộ chia điện cũng là chi tiết dễ hư hỏng nên cần phải thường xuyên theo dõi

+ Không có sự đánh lửa giữa hai dây cao áp gần nhau

Hệ thống đánh lửa trực tiếp bao gồm hai loại:

a Hệ thống đánh lửa sử dụng bobin đôi

21

Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bobin đôi

G1, G2 – Cảm biến vị trí trục khuỷu; Ne – Cảm biến tốc độ động cơ T1, T2 – Các transistor; 1 - Ắc quy; 2 – Công tắc;

3 – Buji; 4 – Cuộn đánh lửa; 5 – Các cảm biến khác

Giả sử đến thời điểm đánh lửa thích hợp cho máy nổ số 1, piston 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 buji ở máy số 4 sẽ không đánh lửa Còn máy số 1 đang trong kỳ nén nên sẽ đánh lửa ở buji máy số 1 Việc đánh lửa ở buji của máy số 2 và 3 cũng tương tự

Với hệ thống đánh lửa này, tuy đã có nhiều ưu điểm nhưng vẫn còn tồn tại dây cao áp từ bobin đôi đến các buji Do đó vẫn còn tổn thất năng lượng trên dây cao

22

Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bobin đơn

G – cảm biến vị trí trục khuỷu; Ne – cảm biến tốc độ động cơ;

Với hệ thống đánh lửa sử dụng bobin đơn, mỗi bobin dùng cho một buji IC đánh lửa, bobin và buji đƣợc tích hợp vào một kết cấu gọn nhẹ, không còn dây cao

áp Điều này làm hạn chế rất nhiều năng lƣợng mất mát, tránh làm nhiễu sóng vô tuyến và làm giảm tần số hoạt động của bobin nên hệ thống này đƣợc sử dụng rất nhiều trên những động cơ hiện đại trong thời gian gần đây

2.2.5 Góc đánh lửa sớm và điều chỉnh góc đánh lửa sớm

- Áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa

T1

T2

T3

2 3

1

G

Ne

23

- Nhiệt độ nước làm mát động cơ

- Nhiệt độ môi trường

- Số vòng quay của động cơ

- Chỉ số octan của xăng

Ở các đời xe cũ, góc đánh lửa sớm chỉ điều khiển theo hai thông số: tốc độ và tải của động cơ Tuy nhiên hệ thống đánh lửa ở một số xe có trang bị thêm van nhiệt và sử dụng bộ phận đánh lửa sớm theo hai chế độ nhiệt độ Trên các xe đời mới, góc đánh lửa sớm được điều khiển tối ưu theo chương trình phụ thuộc vào các thông số nêu trên

Góc đánh lửa sớm thực tế khi động cơ hoạt động được xác định bằng công thức:

24

Sự thay đổi góc đánh lửa sớm phụ thuộc vào số vòng quay trong hầu hết các động cơ đƣợc thực hiện nhờ bộ điều chỉnh ly tâm

Quan hệ giữa góc đánh lửa sớm và số vòng quay trục khuỷu

Tốc độ cháy của hỗn hợp phụ thuộc vào thành phần của nó và đƣợc xác định bằng hệ số dƣ lƣợng không khí α và đƣợc xác định theo biểu thức:

25

Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp đến góc đánh lửa sớm

Sự tăng tỉ số nén làm tăng nhiệt độ và áp suất ở cuối kì nén, do đó làm tăng tốc

độ cháy của hỗn hợp Vì thế sự tăng tỉ số nén làm giảm góc đánh lửa sớm

- Sự thay đổi góc đánh lửa sớm theo mức tải động cơ

Mức tải của động cơ cũng ảnh hưởng lớn đến góc đánh lửa sớm khi mở bướm

ga lớn, lượng hỗn hợp đi vào xi lanh nhiều hơn làm tăng áp suất và nhiệt độ khí nén, đồng thời còn làm giảm % khí sót, dẫn đến tăng tốc độ cháy Vì thế, khi tăng tải trong của động cơ thì θs giảm xuống và ngược lại

Ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm đến sự thay đổi áp suất

trong xy lanh động cơ

θ- góc quay trục khuỷu ;θ i – góc cháy trễ;θ s - góc đánh lửa sớm ;

26

c’- thời điểm đánh lửa; c 1 - thời điểm nhiên liệu bốc cháy

Quan hệ giữa góc đánh lửa sớm và tải trọng

ở các số vòng quay khác nhau

Nếu buji đánh lửa quá muộn thì quá trình cháy sẽ kéo dài trên hành trình giãn

nở vì nhiên liệu bốc cháy trong điều kiện không gian công tác của xy lanh tăng và tác dụng của vận động rối yếu dần Tốc độ tăng áp suất trung bình wtb và áp suất cháy cực đại pz có trị số nhỏ Buji đánh lửa quá sớm làm cho quá trình cháy diễn ra trong piston đang đi lên ĐCT làm tốn công nén, đồng thời áp suất lớn nhất cũng nhỏ

2.2.5.2 Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm

Động cơ trên ô tô có khả năng thích ứng rất cao Từ lúc khởi động và trong suốt quá trình làm việc của động cơ liên tục thay đổi Tùy từng chế độ làm việc của động cơ mà ECU thực hiện việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm đúng với bản đồ góc đánh lửa sớm lý tưởng ở chế độ khởi động, chế độ cầm chừng, chế độ hâm nóng sau khởi động…đảm bảo hiệu suất động cơ cao nhất cũng như giảm ô nhiễm và tiêu hao nhiên liệu

a Chế độ khởi động

Góc đánh lửa sớm được đặt ở một giá trị nhất định, không thay đổi trong suốt quá trình khởi động Gía trị của góc đánh lửa sớm phụ thuộc vào back-up IC trong ECU đã lưu trữ các số liệu về góc đánh lửa

27

Điều khiển đánh lửa ở chế độ khởi động

G – Cảm biến vị trí trục khuỷu; NE – Cảm biến tốc độ động cơ;

1 – Back – up; 2 – Bộ vi xử lí

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 hiệu chỉnh theo nhiệt độ góc đánh lửa sớm khi khởi động không cần thiết vì thời gian khởi động rất ngắn

Khi có tín hiệu khởi động, mạch chuyển đổi trạng thái sẽ nối đường IGT sang

vị trí ST Khi đó xung IGT được điều khiển bởi back – up IC thông qua hai tín hiệu

G và NE Nếu động cơ đã nổ, đường IGT sẽ được nối sang vị trí After ST và việc hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm sẽ được thực hiện bởi ECU

- Hiệu chỉnh theo nhiệt độ nước làm mát động cơ

- Hiệu chỉnh theo sự ổn định của động cơ trong chế độ cầm chừng

28

- Hiệu chỉnh theo sự kích nổ

- Hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp

- Hiệu chỉnh theo các điều kiện khác

Tùy loại động cơ mà một số chức năng hiệu chỉnh của ECU có hoặc không Ví

dụ chức năng hiệu chỉnh góc đánh lửa theo sự kích nổ, theo sự trượt của xe cũng chỉ có ở các loại xe sang

Để ngăn ngừa các trường hợp xấu ảnh hưởng đến hoạt động và tuổi thọ của động cơ do đánh lửa quá sớm hoặc quá trễ, ECU chỉ thực hiện việc chỉnh góc đánh lửa sớm (bao gồm θcb + θhc) trong giới hạn từ 10o đến 45o trước điểm chết trên Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ động cơ Tùy thuộc vào nhiệt độ của động cơ được nhận biết từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát mà góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh tăng hoặc giảm cho thích hợp với điều kiện cháy của hòa khí trong buồng đốt Khi nhiệt độ của động cơ nằm trong khoảng -20 đến 60oC thì góc đánh lửa được hiệu chỉnh sớm hơn từ 0 ÷ 15o

Nếu nhiệt độ động cơ nhỏ hơn -20oC thì góc đánh lửa sớm cũng chỉ được cộng thêm 15o

Sở dĩ phải tăng góc đánh lửa sớm khi động cơ nguội là vì ở nhiệt độ thấp tốc độ cháy chậm, nên phải kéo dài thời gian để nhiên liệu cháy hết nhằm tăng hiệu suất động cơ

Khi nhiệt độ động cơ nằm trong khoảng 60o ÷ 100o, ECU không thực hiện sự hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ

Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ động cơ

↑ - tăng; ↓ - giảm

29

Trong trường hợp 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 giảm góc đánh lửa xuống một góc tối đa là 5o

- Hiệu chỉnh phản hổi tỉ lệ 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 tỷ lệ khí – nhiên liệu khi nó chạy không tải, nên để chế độ không tải ổn định ECU động cơ sẽ làm sớm thời điểm đánh lửa để phù hợp với tỷ lệ khí – nhiên liệu Góc thời điểm đánh lửa được làm sớm lên tối đa khoảng 5o bởi hiệu chỉnh này Các tín hiệu liên quan đến hiệu chỉnh này:

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 hiệu chỉnh và giảm góc đánh lửa sớm

Quá trình kiểm soát kích nổ được thực hiện theo một chu trình kín, hiện tượng kích nổ chỉ xảy ra ở một vài xi lanh Vì vậy dựa vào thời điểm kích nổ và vị trí trục khuỷu mà ECU nhận biết được xi lanh nào đã cháy và xảy ra hiện tượng kích nổ Việc hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm cho quá trình kích nổ chỉ được thực hiện ở xi lanh này để ít ảnh hưởng đến công suất động cơ Việc giảm góc đánh lửa sớm được thực hiện từng góc nhỏ theo chu kì của từng xi lanh cho đến khi hiện tượng kích nổ chấm dứt thì ECU từng bước tăng dần góc đánh lửa sớm Nếu không còn hiện tượng kích nổ thì góc đánh lửa sớm trở về tối ưu

31

CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRỰC TIẾP TRÊN XE TOYOTA VIOS 3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa trực tiếp trên xe Toyota Vios

* Nguyên lý kết cấu các cảm biến

a Cảm biến vị trí trục khuỷu (tín hiệu NE)

Cảm biến này phát hiện góc quay trục khuỷu và tốc độ động cơ

Tín hiệu NE được tạo ra bởi khe hở không khí giữa cảm biến và các răng trên chu vi của rô to tín hiệu NE lắp trên trục khuỷu Tùy loại mà cảm biến có 12, 24,

34 răng và có hai răng khuyết Khu vực có hai răng khuyết được sử dụng

để phát hiện góc quay trục khuỷu, nhưng nó không phát hiện được điểm chết trên của kỳ nén hoặc xả ECU kết hợp hai tín hiệu

NE và G để xác định chính xác góc quay trục khuỷu Không có tín hiệu này động cơ không thể hoạt động

b Cảm biến vị trí trục cam (tín hiệu G)

Cảm biến này phát hiện góc quay chuẩn và thời điểm của trục cam

32

Cấu tạo tương tự cảm biến

vị trí trục khuỷu, cảm biến

vị trí trục cam có đĩa tín hiệu G có các răng, khi trục cam quay khe hở không khí giữa các vấu nhô ra trên trục cam thay đổi, sinh ra tín hiệu G Tín hiệu được truyền đi như một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ Kết hợp với tín hiệu NE để ECU xác định đúng thời gian phun nhiên liệu, thời điểm đánh lửa

c Cảm biến lưu lượng khí nạp (tín hiệu VG)

Phát hiện khối lượng khí nạp

Là loại dây sấy, được lắp vào đường nạp để đo trực tiếp lưu lượng không khí nạp

33

Hoạt động:

Dòng điện chạy vào dây sấy và làm cho nó nóng lên Khi có luồng khí thổi qua

sẽ làm nguội dây sấy Bằng cách điều chỉnh dòng điện vào dây sấy để nhiệt độ dây sấy không đổi, dòng điện

đó sẽ tỷ lệ thuận với khối lượng không khí nạp Sau

đó có thể đo khối lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó Tín hiệu được truyền đến ECU động cơ bằng tín hiệu VG

Khi sây sấy Rh được khí nạp làm mát, điện thế tại A-

B sẽ chênh nhau Bộ khuyêch đại tín hiệu sẽ xử

lý và làm tăng điện áp đặt vào dây sấy Nhiệt độ dây sấy tăng dẫn đến việc tăng tương ứng của điện trở cho đến khi điện thế ại A và B bằng nhau (các điện áp của các điểm A,B trở nên cao hơn) Bằng cách sử dụng mạch cầu này cảm biến lưu lượng khí nạp có thể đo khối lượng khí nạp bằng tín hiệu điện áp tại điểm B

34

d Cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall (tín hiệu VTA)

Cảm biến bày phát hiện vị trí của bướm ga

Được lắp trên cổ họng gió Biến đổi vị trí của bướm

ga thành tín hiệu điện áp

và truyền về ECU động

cơ

áp của hiệu ứng Hall Tín hiệu này được truyền đến ECU thành tín hiệu mở bướm ga