Nghiên cứu về hệ thống đánh lửa trên động cơ 2AZ FE lắp trên dòng xe CAMRYcủa hãng TOYOTA

Lịch sử ra đời và phát triển của nó đã trải qua nhiềunăm với những giai đoạn thăng trầm để tiến tới sự hoàn thiện và tiện nghi hơn nhưtăng công suất động cơ, tăng tính kinh tế nhiên liệu

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

PHẦN I: MỞ ĐẦU 4

GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 4

1 Lý do chọn đề tài 4

2 Mục tiêu của đề tài 4

3 Mục đích của đề tài 5

4 Phương pháp nghiên cứu 5

5 Giới hạn của đề tài 6

PHẦN II: NỘI DUNG 7

Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 7

1.1 KHÁI QUÁT CHUNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 7

1.1.1 Chức năng hệ thống đánh lửa 7

1.1.2 Nhiệm vụ của hệ thống đánh lửa 7

1.1.3 Yêu cầu của hệ thống đánh lửa trên ôtô 7

1.1.4 Phân loại hệ thống đánh lửa 8

1.2 ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CÁC HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 9

1.2.1 Hệ thống đánh lửa thường (có tiếp điểm) 9

1.2.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm 10

1.2.3 Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm 11

1.2.4 Hệ thống đánh lửa điện tử 12

1.2.5 Hệ thống đánh lửa CDI ( Capacitor Discharge Ignition ) 14

1.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 14

Chương 2: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐỘNG CƠ 2AZ - FE 16

2.1 Giới thiệu về động cơ TOYTA 2AZ-FE 16

2.2 Cấu tạo và vi trí hệ thống đánh lửa trên động cơ TOYOTA 2AZ-FE 17

Chương 3: ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ CỦA CÁC CỤM HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐỘNG CƠ 2AZ-FE 28

3.1 Cấu tạo các bộ phận chính 28

3.1 1.Bugi 28

3.1.2 Bôbin 28

3.1.3 IC đánh lửa 30

3.1.4 ECU ( Electronic Control Unit) 30

3.2 Các cảm biến của hệ thống 32

3.2.1 Cảm biến vị trí trục cam (bộ tạo tín hiệu G) 32

3.2.2 Cảm biến vị trí trục khuỷu ( bộ tạo tín hiệu NE ) 34

3.2.3 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ( tín hiệu THW) 35

3.2.4 Cảm biến lưu lượng khí nạp( tín hiệu VG ) 36

3.2.5 Cảm biến tiếng gõ động cơ (tín hiệu KNK ) 39

CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH KIỂM TRA, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA XE CAMRY 40

4.1 Các hư hỏng của hệ thống đánh lửa 40

4.2 Quy trình kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống đánh lửa 41

4.2.1 Quy trình kiểm tra hư hỏng của hệ thống đánh lửa 41

4.2.2 Phương pháp kiểm tra, sửa chữa các bộ phận của hệ thống đánh lửa 44

4.2.3 Tóm tắt các phán đoán hư hỏng thuộc hệ thống đánh lửa 49

4.2.4 Bảng mã chẩn đoán hư hỏng (DTC) hệ thống đánh lửa động cơ 2AZ-FE 50

PHẦN III: KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 57

I KẾT LUẬN 57

II KIẾN NGHỊ 57

LỜI NÓI ĐẦU

Ô tô là một trong những phương tiện giao thông quan trọng đối với sự phát triểncủa nền kinh tế- xã hội hiện nay Lịch sử ra đời và phát triển của nó đã trải qua nhiềunăm với những giai đoạn thăng trầm để tiến tới sự hoàn thiện và tiện nghi hơn nhưtăng công suất động cơ, tăng tính kinh tế nhiên liệu, đảm bảo tính năng an toàn tăngtính tiện nghi và bảo mật Các hãng xe đã áp dụng các tiến bộ khoa học vào nhữngchiếc ô tô của mình như điều khiển điện tử, kỹ thuật bán dẫn, công nghệ nano….Từ

đó nhiều hệ thống hiện đại ra đời: Hệ thống phun xăng điện tử (EFI), hệ thống phundiesel điện tử CRDI, hệ thống đánh lửa lập trình ESA, hệ thống phanh ABS, hệ thốngđèn tự động, sử dụng bộ chìa khóa nhận dạng…

Ở Việt Nam, với ngành công nghiệp ô tô còn non trẻ thì hầu hết những công nghệ

về ô tô đều đến từ các nước trên thế giới Chúng ta cần phải tiếp cận với công nghệtiên tiến này để không những tạo tiền đề cho nền công nghiệp ô tô mà còn phục vụcho công tác bảo dưỡng, sửa chữa

Qua thời gian học tập và nghiên cứu về chuyên ngành “Công nghệ kỹ thuật ô tô”tại trường Đại Học , chúng em đươc khoa tin tưởng giao

cho đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu về hệ thống đánh lửa trên động cơ 2AZ-FE lắp trên dòng xe CAMRYcủa hãng TOYOTA” đây là một đề tài rất thiết thực nhưng còn nhiều

khó khăn Với sự cố gắng của chúng em và dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy

……….cùng với sự giúp đỡ của các thầy cô trong Khoa Cơ khí Động lực, các

bạn trong lớp chúng em đã hoàn thành đề tài đáp ứng được yêu cầu đưa

ra Song trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, với khả năng và kinh nghiệm còn hạnchế nên không thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy chúng em rất mong sự đóng góp, chỉbảo của các thầy cô để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn và đó chính là nhữngkinh nghiệm nghề nghiệp cho chúng em sau khi ra trường

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa, đặc biệt là thầy

đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn chúng em để đề tài

chúng em được hoàn thành

Chúng em xin trân trọng cảm ơn !

Sinh viên thực hiện:

Đoàn Văn Linh

PHẦN I: MỞ ĐẦU GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI

Đó cũng là lý do mà em chọn Đề tài tốt nghiệp của mình là ““Nghiên cứu về hệ thống đánh lửa trên động cơ 2AZ-FE lắp trên dòng xe CAMRY của hãng TOYOTA”.

Trong phạm vi giới hạn của Đề tài, khó mà có thể nói hết được tất cả các công việccần phải làm để khai thác hết tính năng về phần điều khiển đánh lửa động cơ xe ô tô.Tuy nhiên, đây sẽ là nền tảng cho việc lấy cơ sở để khai thác những động cơ tương tựsau này, làm thế nào để sử dụng một cách hiệu quả nhất, kinh tế nhất trong khoảngthời gian lâu nhất

Xe Toyota Camry

2 Mục tiêu của đề tài

Như đã trình bày ở phần trên, mục tiêu của Đề tài này là làm thế nào để chúng ta

có thể có một cái nhìn khái quát về các công việc có thể tiến hành để khai thác có hiệu

quả nhất hệ thống đánh lửa động cơ 2AZ-FE lắp trên xe CAMRY của hãngTOYOTA.

Qua tìm hiểu, ta có thể nắm được tổng quan về kết cấu các bộ phận của hệ thốngđánh lửa động cơ 2AZ-FE của Toyota Camry, nắm được cấu tạo chi tiết và sự hoạtđộng của từng bộ phận trong hệ thống đánh lửa trên động cơ Từ đó ta có thể rút rađược những nguyên nhân hư hỏng và cách sửa chữa khi hệ thống gặp sự cố, ngoài ra

ta cũng có thể thấy được những ưu nhược điểm của hệ thống đánh lửa trên động cơ2AZ-FE

Nhờ những hiểu biết này, những người kỹ sư về ô tô có thể đưa ra những lờikhuyên cho người sử dụng cần phải làm như thế nào để sử dụng, khai thác hệ thốngđánh lửa động cơ Toyota Camry 2AZ-FE một cách hiệu quả nhất, trong thời gian lâunhất giúp động cơ hoạt động được với tính kinh tế và năng suất cao nhất Cuối cùng,nắm vững và khai thác hiệu quả hệ thống đánh lửa động cơ Toyota Camry 2AZ-FE,trên cơ sở nền tảng đó chúng ta sẽ có thể khai thác tốt các loại hệ thống đánh lửakiểu mới hơn, được ra đời sau này và có các hệ thống tiên tiến hơn Khai thác và sửdụng tốt hệ thống đánh lửa động cơ 2AZ-FE cũng là một cách để chúng ta bảo vệ môitrường sống của chính chúng ta, bảo vệ sức khỏe cộng đồng

3 Mục đích của đề tài

Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài này, bản thân sinh viên nhận thấy đây

là một cơ hội rất lớn để có thể củng cố các kiến thức mà mình đã được học Ngồi ra,sinh viên còn có thể biết thêm những kiến thức thực tế mà trong nhà trường khó có thểtruyền tải hết được, đó thực sự là những kiến thức mà mỗi sinh viên rất cần khi côngtác sau này

Ngồi ra, thực hiện luận văn cũng là dịp để sinh viên có thể nâng cao các kỹ năngnghề nghiệp, khả năng nghiên cứu độc lập và phương pháp giải quyết các vấn đề Bảnthân sinh viên phải không ngừng vận động để có thể giải quyết những tình huống phátsinh, điều đó một lần nữa giúp cho sinh viên nâng cao các kỹ năng và kiến thứcchuyên ngành

Cuối cùng, việc hòan thành luận văn tốt nghiệp sẽ giúp cho sinh viên có thêm tinhthần trách nhiệm, lòng say mê học hỏi, sáng tạo Và đặc biệt quan trọng là lòng yêunghề nghiệp

4 Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài em có sử dụng một số phương phápnghiên cứu sau:

- Tra cứu trong các tài liệu, giáo trình kỹ thuật, sách vở, đặc biệt là các cuốn cẩm nangkhai thác, bảo dưỡng sửa chữa của chính hãng Toyota

- Tìm kiếm thông tin trên mạng Internet, các website trong và ngòai nước So sánh vàchắt lọc để sử dụng những thông tin cần thiết và đáng tin cậy

- Tham khảo ý kiến của các Giảng viên trong ngành cơ khí ô tô Trong đó phải kể đếncác Thầy trong khoa CNKT Ô Tô của trường ĐHCN Hà Nội , các kỹ sư, chuyên viên

kỹ thuật về ô tô tại các Trung tâm bảo hành, các xưởng sửa chữa, và cả những người

có kinh nghiệm lâu năm trong việc sử dụng và bảo quản xe…

- Tổng hợp và phân tích các nguồn dữ liệu thu thập được, từ đó đưa ra những đánh giá

và nhận xét của riêng mình

5 Giới hạn của đề tài

Do thời gian làm luận văn có hạn nên chỉ nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động

bộ phận chính trong hệ thống, từ đó có đưa ra nguyên lý hoạt động chung và cách sửachữa hư hỏng của hệ thống đánh lửa trên động cơ 2AZ-FE trên xe CAMRY

PHẦN II: NỘI DUNG Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

1.1.1 Chức năng hệ thống đánh lửa

Trong động cơ xăng hòa khí sau khi được đưa vào trong xylanh và được trộn đềunhờ xoáy lốc của dòng khí, sẽ được Piston nén lại ở một thời điểm thích hợp cuối kỳnén, hệ thống đánh lửa sẽ cung cấp một tia lửa điện cao thế, đốt cháy hòa khí và sinhcông cho động cơ Như vậy, chức năng của hệ thống đánh lửa là tạo ra tia lửa đốt cháyhỗn hợp nhiên liệu trong buồng đốt của động cơ

1.1.2 Nhiệm vụ của hệ thống đánh lửa.

Hệ thống đánh lửa trên động cơ có nhiệm vụ biến thiên nguồn điện xoay chiều,một chiều có hiệu điện thế thấp 12V hoặc 24V thành các xung điện thế cao khoảng vàichục kV.Các xung hiệu điện thế cao này sẽ được phân bố đến bugi của các xylanhđúng thời điểm để tạo tia lửa điện cao thế đốt cháy hòa khí

1.1.3 Yêu cầu của hệ thống đánh lửa trên ôtô.

Các yếu tố quan trọng của động cơ xăng là: Hỗn hợp không khí nhiên liệu tốt,nén ép tốt, và đánh lửa tốt Hệ thống đánh lửa tạo ra một tia lửa mạnh, và các thờiđiểm chính xác để đốt cháy hỗn hợp không khí - nhiên liệu

Hệ thống đánh lửa phải sinh ra sức điện động thứ cấp đủ lớn để phóng điện quakhe hở bougie trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ

Tia lửa trên bougie phải đủ năng lượng và thời gian phóng để đốt cháy hoàntoàn hòa khí Vì ngay cả khi bị nén ép với áp suất cao, không khí có điện trở, nên cầnphải tạo ra điện thế hàng chục ngàn vôn để đảm bảo phát tia lửa mạnh, có thể đốt cháyhỗn hợp không khí nhiên liệu

Thời điểm đánh lửa chính xác: Hệ thống đánh lửa phải luôn có thời điểm đánhlửa chính xác để phù hợp với sự thay đổi tốc độ và tải trọng của động cơ Góc đánhlửa sớm phải đúng trong mọi chế độ hoạt động của động cơ

Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt và có đủ độ bền và độ tincậy để chịu đựng được trong các điều kiện nhiệt độ cao và độ rung xóc lớn Hệ thốngđánh lửa sử dụng điện cao áp do cuộn đánh lửa tạo ra nhằm phát ra tia lửa điện để đốt

cháy hỗn hợp không khí và nhiên liệu đã được nén ép Hỗn hợp không khí nhiên liệuđược nén ép và đốt cháy trong cylinder.

Sự bốc cháy này tạo ra động lực của động cơ Nhờ có hiện tượng tự cảm và cảmứng tương hỗ, cuộn dây tạo ra điện áp cao cần thiết cho đánh lửa Cuộn sơ cấp tạo rađiện thế hàng trăm vôn còn cuộn thứ cấp thì tạo ra điện thế hàng chục ngàn vôn

1.1.4 Phân loại hệ thống đánh lửa.

Ngày nay hệ thống đánh lửa cao áp được trang bị trên động cơ ôtô có rất nhiềuloại khác nhau Dựa vào cấu tạo, hoạt động, phương pháp điều khiển, người ta phânloại hệ thống đánh lửa theo các cách phân loại sau:

a) Phân loại theo nguồn điện sơ cấp

- Hệ thống đánh lửa dùng man-hê-tô

- Hệ thống đánh lửa dùng acqui

b) Phân loại theo phương pháp tích lũy năng lượng.

- Hệ thống đánh lửa điện cảm ( Transistor Ignition System )

- Hệ thống đánh lửa điện dung ( Capacitor Discharged Ignition System )

c) Phân loại theo phương pháp điều khiển bằng cảm biến.

- Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa ( breaker )

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ ( Electromagnetie Sensor ) Gồm 2loại:

Loại nam châm đứng yên và loại nam châm quay

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang

- Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến từ trở

d) Phân loại theo cách phân bố điện cao áp.

- Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện - Delco ( Distributor Ignition System )

- Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay không có Delco ( Distributorless IgnitionSystem)

e) Phân loại theo phương pháp điều khiển góc đánh lửa sớm.

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

( Mechanical Spark - Advance ).

Hệ thống đánh lửa với bộ điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử ( ESA Electronic Spark Advance )

-f) Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp

- Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa ( Conventional Ignition System )

- Hệ thống đánh lửa sử dụng Transistor

- Hệ thống đánh lửa sử dụng Thyristor ( CDI )

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ sản xuấtđộng cơ nói riêng và sản xuất ôtô nói chung đã đạt được nhiều thành tựu cao trongmọi lĩnh vực, từ công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí đến sự đột phá trong công nghệ chếtạo vật liệu mới Với sự trợ giúp đắc lực của lĩnh vực công nghiệp điện tử và điện tựđộng, hệ thống đánh lửa ngày nay đã trở nên hoàn hảo Động cơ ngày nay đều đượctrang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp với hệ thống đánh lửa sớm bằng điện tử được điềukhiển hoàn taonf bằng máy tính dựa vào các tín hiệu từ nhiều cảm biến khác nhau.Nhờ đó, có thể xác định chính xác tình trạng của động cơ và đưa ra tín hiệu điều khiểnmột cách chính xác nhất

1.2 ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CÁC HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

1.2.1 Hệ thống đánh lửa thường (có tiếp điểm)

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống đánh lửa thường

1, Ắc quy 6, Tụ điện

2, Khóa điện 7, Cam quay

3, Điện trở phụ 8, Tiếp điểm

4, Bô bin 9, Bugi

5, Con quay chia điện 10, Bộ điều khiển góc đánh lửa chân không Trong hệ thống đánh lửa thường có 2 mạch : mạch điện áp thấp và điện áp cao

+ Trong mạch điệp áp thấp dùng điện của ắc quy hoặc của máy phát điện Trong

đó ngoài nguồn điện ra còn có khóa điện, cuộn dây sơ cấp, bô bin với điện trở phụ và

+ Mạch điện áp cao có cuộn dây thứ cấp trong bôbin, dây dẫn cao thế, bộ chia điện,bugi đánh lửa

1.2.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm

Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm khác với hệ thống đánh lửa thường làgiữa bobin và tiếp điểm của bộ cắt điện có mắc hộp chuyển mạch kiểu tranzito.

Cuộn sơ cấp của bobin được mắc vào mạch góp của bộ khuếch đại, tiếp điểmcủa cắt điện được mắc vào mạch của cực gốc (cực điều khiển) của tranzito Khi tiếpđiểm đóng, dòng điện có cường độ không lớn(0,75A) đi qua tiếp điểm, lúc đó ở cựcđiều khiển phát sinh điện thế và tranzito cho dòng điện chay qua tới cuộn sơ cấp củabobin Do cường độ của cực gốc không lớn nên sự mòn tiếp điểm do tia lửa điện sinh

ra thực tế không có và thời gian sử dụng của tiếp điểm chỉ chịu mòn cơ học

1.2.3 Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm

+ Mạch điện cao thế có cuộn dây thứ cấp trong bô bin, dây cao áp, bộc chia điện vàcác bugi trên xylanh.

1.2.4 Hệ thống đánh lửa điện tử

1.2.4.1 Hệ thống đánh lửa điện tử có bộ chia điện (ESA có bộ chia điện )

Về cấu tạo hệ thống đánh lửa này khác các hệ thống đánh lửa trên là không sử dụng con quay tạo tín hiệu đánh lửa mà nó được tạo tín hiệu nhờ ECU động cơ thông qua các tín hiệu vào từ những cảm biến liên quan qua đó tính toán được thời điểm đánh lửa phù hợp hơn với tải trọng động cơ

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có ESA

- Hệ thống đánh lửa bán dẫn cũng được chia làm 2 mạch

+ Trong mạch điệp áp thấp dùng điện của ắc quy hoặc của máy phát điện Trong đóngoài nguồn điện ra còn có khóa điện, cuộn dây sơ cấp, bô bin và IC đánh lửa

+ Mạch điện áp cao có cuộn dây thứ cấp, dây dẫn điện áp cao, bộ chia điện và cácbugi

+ Ngoài ra còn có các cảm biến cấp tín hiệu đầu vào cho ECU và đưa ra tín hiệuđiều khiển TRANSISTOR đóng hoặc thông giúp cuộn sơ cấp được nối mát, khi đóbugi sẽ được đánh lửa theo tín hiệu điều khiển của ECU

1.2.4.2 Hệ thống đánh lửa điện tử không có bộ chia điện ( đánh lửa trực tiếp)

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp

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

Hình 1.6 Sơ đồ kết cấu hệ thống đánh lửa trực tếp( loại 1)

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

1.2.5 Hệ thống đánh lửa CDI ( Capacitor Discharge Ignition )

Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống đánh lửa CDI trên xe máy

1-Man-hê-tô 4- khóa điện

2-Biến áp đánh lửa WN - Cuộn nguồn

3-Bugi WĐK- Cuộn điều khiển

W1-Cuộn sơ cấp D1, D2- Điôt thường

W2 –Cuộn thứ cấp DĐK - Điôt điều khiển

CT – Tụ điện

1.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA.

Trong quá trình sử dụng ôtô, trạng thái kỹ thuật của ôtô dần thay dổi theo hướngxấu đi, dẫn tới hay hỏng hóc và giảm độ tin cậy Quá trình thay đổi ấy có thể kéo dàitheo thời gian ( hay hành trình sử dụng ) và phụ thuộc vào nhiều yếu tố

- Chất lượng của vật liệu, công nghệ chế tạo, lắp ghép, sự không đồng nhất trongchế tạo.

- Điều kiện sử dụng: môi trường sử dụng, trình độ người sử dụng, điều kiện bảoquản, trang thiết bị và môi trường sửa chữa, nhiên liệu dầu mỡ bôi trơn

- Sự mài mòn vật liệu giữa các bề mặt có chuyển động tương đối

- Sự xuất hiện các vết nứt nhỏ hay hỏng ren do trong quá trình bảo dưỡng thay thếbougie hoặc chịu tải thay đổi, thường gọi là mỏi

- Sự hư hỏng kết cấu chi tiết do bị quá tải tức thời, đột xuất

- Muội than tích tụ ở đầu đánh lửa của bugi, bugi làm việc quá nguội hoặc hệ thốngnhiên liệu cung cấp nhiên liệu quá nhiều, khi đó đánh lửa không nhận đủ nhiệt để khửcác cặn carbon, sóng điện áp cao sẽ nối tắt qua các cặn này, thay vì phóng qua kheđánh lửa của bugi Bougie làm việc quá nóng sẽ tiêu hủy các điện cực nhanh chóng vàlàm rộng khe đánh lửa, do đó, tia lửa không thể phóng qua và sự mất lửa xảy ra

- Cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp bị ngắn mạch

- Do hỏng các cảm biến như cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí trục cam.làm ảnh hưởng tới quá trình đánh lửa

- Khoảng lắp bougie là khoảng cách từ mặt tựa đệm lót ở vỏ bugi ( hoặc đỉnh tựamặt côn ) đến cuối các đường ren Nếu khoảng này quá dài, bugi sẽ sâu vào buồng đốtgây cản trở sự khuấy trộn hỗn hợp, va đập với van hoặc piston Bugi có khoảng lắpkhông đủ không thể đốt hỗn hợp một cách chính xác Vì vậy, các bugi được sử dụngcho động cơ phải có khoảng cách thích hợp, đúng với tiêu chuẩn của nhà chế tạo

- Nếu hệ thống đánh lửa sử dụng bộ chia điện có tiếp điểm: Tiếp điểm bị mòn hoặccháy rỗ cũng làm ảnh hưởng rất lớn tới quá trình đánh lửa

Chương 2: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH

LỬA ĐỘNG CƠ 2AZ - FE 2.1 Giới thiệu về động cơ TOYTA 2AZ-FE

Bảng 1:Thông số động cơ 2AZ-FE

Kiểu động cơ 4 kỳ 4 xylanh thẳng hàng ( I4)

Dung tích công tác của

Hệ thống bôi trơn

Kiểu cưỡng bức và vung té có lọcdầu toàn phần, dùng để đưa dầubôi trơn và làm mát các bề mặt masát của các chi tiết chuyển động

Nến điện được bố trí bên phải buồng cháy.

Các lò xo nấm hút làm bằng thép và lò xo có khả năng chịu tải ở mọi chế độ vòng quay động cơ

Trục cam được dẫn động bằng xích Trục cam có 5 ổ đỡ nằm giữa các con đội củatừng xylanh và ở phía đầu xylanh số 1 Việc bôi trơn các ổ trục cam được thực hiện nhờ có đường dầu từ nắp máy

2.2 Cấu tạo và vi trí hệ thống đánh lửa trên động cơ TOYOTA 2AZ-FE

Hình 2.1 Các chi tiết và vị trí của nó trên động cơ trong hệ thống đánh lửa 2AZ-FE

Hinh 2.2 Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống đánh lửa trên động cơ 2AZ-FE

1 Tín hiệu vị trí trí trục khủy 4 Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát.

2 Tín hiệu lưu lượng khí nạp 5 Tín hiệu vị trí trục cam.

3 Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga 6 Tín hiệu kích nổ.

Qua những hình ảnh về bố trí và sơ đồ điều khiển hệ thống đánh lửa ta kết luận hệ

thống đánh lửa trên động cơ 2AZ-FE thuộc loại hế thống đánh lửa trực tiếp sử dụng

mỗi bugi một boobin có tích hợp IC đánh lửa (loại 1 trên hình 1.5)

2.3.1Nguyên lý làm việc hệ thống đánh lửa trên động cơ TOYOTA 2AZ-FE

Trên động cơ 2AZ-FE được trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp với mỗi bugimột bôbin đánh lửa Khi ECU động cơ nhận được tín hiệu gửi về, trong đó quan trọngnhất là các xung G, xung NE và tín hiệu của cảm biến đo gió, bộ xử lý của ECU sẽtính toán và chọn ngay ra một điểm trên bề mặt lập trình, tức là chọn ngay một gócđánh lửa sớm tối ưu ở tốc độ và mức tải đó (chương trình đánh lửa sớm ESA-Electronic Spark Advance) Rồi thông qua một bóng điều khiển trong ECU xuất xung

IGT (ignition timing) tới IC đánh lửa Khi IC đánh lửa nhận được xung IGT ở đầu vàomạch transisitor, mạch này

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ 2AZ-FE

điều khiển bóng Transistor ON để nối mát cho cuộn sơ cấp W1 của bôbin qua chân Ccủa IC đánh lửa Khi đó xuất hiện dòng sơ cấp trong bôbin tạo ra từ trường φ , từ

trường φ tồn tại trong bôbin cho tới khi bóng Transistor OFF, khi đó từ trường φ

biến thiên cực nhanh và cảm ứng ra xung cao áp ở cuộn dây thứ cấp W2 của bôbin.Xung cao áp này được đưa đến bugi theo thứ tự nổ của động cơ tạo tia lửa điện đốtcháy hòa khí

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa trên động cơ 2AZ-FE

1 Tín hiệu tốc độ động cơ 4 Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga

2 Tín hiệu vị trí trí trục cam 5 Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát.

3 Tín hiệu lưu lượng khí nạp 6 Tín hiệu kích nổ.

2.3.2 Tín hiệu IGT và IGF

Hình 2.5 Tín hiệu IGT và IGF.

a) Tín hiệu IGT

ECU động cơ tính toán thời điểm đánh lửa tối ưu theo các tín hiệu từ các cảmbiến khác nhau và truyền tín hiệu IGT đến IC đánh lửa Tín hiệu IGT được bật ONngay trước khi thời điểm đánh lửa được bộ vi xử lý trong ECU động cơ tính toán, vàsau đó tắt đi Khi tín hiệu IGT bị ngắt, các bugi sẽ đánh lửa

Dòng điện từ ắc quy chạy qua IC đánh lửa vào quận sơ cấp, phù hợp với tín hiệuthời điểm đánh lửa (IGT) do ECU động cơ phát ra Kết quả là các đường sức từtrường được tạo ra xung quanh cuộn dây có lõi ở trung tâm

Hình 2.6 Khi phát tín hiệu IGT

Khi động cơ tiếp tục chạy, IC đánh lửa nhanh chóng ngắt dòng điện vào cuộn sơcấp, phù hợp với tín hiệu IGT do ECU động cơ phát ra Kết quả là từ thông của cuộn

sơ cấp giảm đột ngột Vì vậy, tạo ra một một sức điện động theo chiều chống lại sựgiảm từ thông hiện có, thông qua tự cảm của cộn sơ cấp và cảm ứng tương hỗ kèmtheo của cuộn thứ cấp hiệu ứng tự cảm tạo ra một thế điện động khoảng 500V trongcuộn sơ cấp, và hiệu ứng cảm ứng tương hỗ kèm theo của cuộn thứ cấp tạo ra một suấtđiện động khoảng 30 kV Sức điện động này làm cho bugi phát ra tia lửa.Dòng sơ cấplớn và sự ngắt dòng sơ cấp càng nhanh thì điệ thế thứ cấp càng lớn

Hình 2.7 Khi ngắt tín hiệu IGT

b) Tín hiệu IGF

IC đánh lửa gửi một tín hiệu IGF đến ECU động cơ bằng cách dùng lực điện độngngược được tạo ra khi dòng sơ cấp đến cuộn đánh lửa bị ngắt hoặc bằng giá trị dòngđiện sơ cấp Khi ECU động cơ nhận được tín hiệu IGF nó xác định rằng việc đánh lửa

đã xảy ra (Tuy nhiên điều này không có nghĩa là thực sự đã có đánh lửa) Nếu ECUđộng cơ không nhận được tín hiệu IGF, chức năng chẩn đoán sẽ vận hành và mộtDTC được lưu trong ECU động cơ và chức năng an toàn sẽ hoạt động và làm ngừngphun nhiên liệu

2.3.3 Sự điều khiển của ESA

Khái quát về việc điều khiển thời điểm đánh lửa:

Hình 2.8 Bản đồ miền điều khiển ESA

Hình 2.9 Sự điều khiển của ESA.

Hình 2.10 Điều khiển thời điểm đánh lửa

Góc thời điểm đánh lửa ban đầu được xác định như sau: Khi ECU động cơ nhậnđược tín hiệu NE (điểm B), sau khi nhận tín hiệu G (điểm A), ECU xác định rằng đây

là góc thời điểm đánh lửa ban đầu khi trục khuỷu đạt đến 50, 70, hoặc 100 BTDC (khácnhau giữa các kiểu động cơ)

Hình 2.11 Xác định thời điểm đánh lửa.

Điều khiển đánh lửa khi khởi động

Góc thời điểm đánh lửa ban đầuĐiều

đánh lửa sau khi khởi động

Hiệu chỉnh để hâm nóngHiệu chỉnh để chạy không tải ổn định

Hiệu hỉnh tiếng gõHiệu chỉnh khácĐiều chỉnh góc đanh lửa sớm tối thiểu và tối đa

Điều chỉnh góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh

Việc điều khiển thời điểm đánh lửa gồm có hai việc điều khiển cơ bản

a) Điều khiển đánh lửa khi khởi động

Khi khởi động, tốc độ của động cơ thấp và khối lượng không khí nạp chưa ổnđịnh, nên không thể sử dụng tín hiệu VG hoặc PIM làm các tín hiệu điều chỉnh Vìvậy, thời điểm đánh lửa được đặt ở góc thời điểm đánh lửa ban đầu Góc thời điểmđánh lửa ban đầu được điều chỉnh trong IC dự trữ ở ECU động cơ Ngoài ra, tín hiệu

NE được dùng để xác định khi động cơ đang

được khởi động, và tốc độ của động cơ là

500 vòng/phút hoặc nhỏ hơn cho biết rằng

việc khởi động đang xảy ra

Tuỳ theo kiểu động cơ, có một số loại

xác định động cơ đang khởi động khi ECU

động cơ nhận được tín hiệu máy khởi động

(STA)

Hình 2.12 Điều khiển đánh lửa khi khởi

động.

b) Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động

Điều chỉnh đánh lửa sau khi khởi động là việc điều chỉnh được thực hiện trongkhi động cơ đang chạy sau khi khởi động Việc điều chỉnh này được thực hiện bằngcách tiến hành các hiệu chỉnh khác nhau đối với góc thời điểm đánh lửa ban đầu vàgóc đánh lửa sớm cơ bản

Thời điểm đánh lửa = góc thời điểm đánh lửa ban đầu + góc đánh lửa sớm + gócđánh lửa sớm hiệu chỉnh

Khi thực hiện việc điều chỉnh đánh lửa sau khởi động, tín hiệu IGT được bộ vi xử

lý tính toán và truyền qua

IC dự trữ này

Hinh 2.13.

Điều khiển đánh lửa sau

khi khởi động.

Góc đánh lửa sớm cơ bản: Góc đánh lửa sớm cơ bản được xác định bằng cách

dùng tín hiệu NE, tín hiệu VG hoặc tín hiệu PIM Tín hiệu NE và VG được dùng đểxác định góc đánh lửa sớm cơ bản và được lưu giữ trong bộ nhớ của ECU động cơ

c) Điều khiển khi tín hiệu IDL bật ON

Khi tín hiệu IDL bật ON, thời

điểm đánh lửa là sớm theo tốc độ của

động cơ Trong một số kiểu động cơ

góc đánh lửa sớm cơ bản thay đổi khi

máy điều hòa không khí bật ON hoặc

tắt OFF (Xem khu vực đường nét đứt

ở bên trái) Ngoài ra, trong các kiểu

này, một số kiểu có góc đánh lửa

sớm là 00 trong thời gian máy chạy ở

tốc độ không tải chuẩn

d) Điều khiển khi tín hiệu IDL bị ngắt OFF

Thời điểm đánh lửa được xác định theo tín hiệu NE và VG hoặc tín hiệu PIMdựa vào các dữ liệu được lưu trong ECU động cơ Tuỳ theo kiểu động cơ, 2 góc đánhlửa sớm cơ bản được lưu giữ trong ECU động cơ Các dữ liệu của một trong các gócnày được dùng để xác định góc đánh lửa sớm dựa trên chỉ số octan của nhiên liệu, nên

có thể chọn các dữ liệu phù hợp với nhiên liệu được người lái sử dụng Ngoài ra, một

số kiểu xe có khả năng đánh giá chỉ số octan của nhiên liệu, sử dụng tín hiệu KNK để

tự động thay đổi các dữ liệu để xác định thời điểm đánh lửa

2.3.4 Điều khiển góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh

a) Hiệu chỉnh để hâm nóng

Góc đánh lửa sớm được sử dụng

cho thời điểm đánh lửa khi nhiệt độ

nước làm mát thấp nhằm cải thiện khả

năng làm việc Một số kiểu động cơ

tiến hành hiệu chỉnh sớm lên tương ứng

với khối lượng không khí nạp Góc của

Hình 2.14 Điều khiển tín hiệu IDL bật

Hình 2.15 Hiệu chỉnh để hâm nóng

thời điểm đánh lửa sớm lên xấp xỉ 15 bằng chức năng hiệu chỉnh này trong suốt thờigian ở các điều kiện cực kỳ lạnh

Đối với một số kiểu động cơ, tín hiệu IDL hoặc tín hiệu NE được sử dụng như một tín hiệu liên quan đối với việc hiệu chỉnh này

b) Hiệu chỉnh khi quá nhiệt độ

Khi nhiệt độ của nước làm nguội

quá cao, thời điểm đánh lửa được làm

muộn đi để tránh kích nổ và quá nóng Góc

thời điểm đánh lửa được làm muộn tối đa

là 5 bằng cách hiệu chỉnh này

Một số kiểu động cơ cũng sử dụng các

tín hiệu sau đây để hiệu chỉnh

- Tín hiệu lượng không khí nạp (VG

hoặc PIM)

- Tín hiệu tốc độ động cơ (NE)

- Tín hiệu vị trí bướm ga (IDL)

c) Hiệu chỉnh để tốc độ chạy không tải ổn định.

Nếu tốc độ của động cơ khi chạy không thay đổi từ tốc độ chạy không tải mụctiêu, ECU động cơ sẽ điều chỉnh thời điểm đánh lửa để làm cho tốc độ của động cơđược ổn định

ECU động cơ liên tục tính toán tốc độ trung bình của động cơ, nếu tốc độ củađộng cơ giảm xuống dưới tốc độ mục tiêu của động cơ, ECU động cơ sẽ làm thờiđiểm đánh lửa sớm lên theo góc đã được xác định trước Nếu tốc độ động cơ v-ượt quá tốc độ chạy không tải mục

tiêu, ECU động cơ sẽ làm muộn thời

điểm đánh lửa theo góc đã xác định

trước Góc của thời điểm đánh lửa có

thể thay đổi đến mức tối đa là 50 bằng

cách hiệu chỉnh này

Hình 2.16 Hiệu chỉnh khi quá nhiệt độ.

Hình 2.17 Hiệu chỉnh tốc độ chạy không tải

ổn định.

c) Hiệu chỉnh kích nổ

Nếu kích nổ xảy ra trong động cơ,

cảm biến kích nổ biến đổi độ rung tạo

ra bởi kích nổ thành tín hiệu điện áp

(tín hiệu KNK) và chuyển nó đến

ECU động cơ ECU động cơ sẽ xác

định xem kích nổ này mạnh, vừa phải

hoặc yếu từ độ lớn của tín hiệu KNK

Sau đó nó hiệu chỉnh thời điểm đánh

lửa bằng cách làm muộn đi theo độ

lớn của tín hiệu KNK Nói khác đi,

khi kích nổ mạnh, thời điểm đánh lửa bị muộn nhiều, và khi kích nổ yếu, thời điểmđánh lửa chỉ bị muộn một chút Khi hết kích nổ ở động cơ, ECU động cơ ngừng làmmuộn thời điểm đánh lửa và làm nó sớm lên một chút tại thời điểm được xác địnhtrước Việc làm sớm này được tiến hành cho đến khi kích nổ lại xảy ra, và sau đó khikích nổ xảy ra, việc điều chỉnh lại được thực hiện lại bằng cách làm muộn thời điểmđánh lửa Góc của thời điểm đánh lửa được làm muộn tối đa là 10 theo cách hiệuchỉnh này Một số kiểu động cơ thực hiện việc hiệu chỉnh này gần tới phạm vi trọngtải hoàn toàn của động cơ, và các kiểu động cơ khác chỉ tiến hành việc hiệu chỉnh nàytrong thời gian có trọng tải cao

Hình 2.18 Hiệu chỉnh kích nổ

Chương 3: ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ CỦA CÁC CỤM HỆ

THỐNG ĐÁNH LỬA ĐỘNG CƠ 2AZ-FE 3.1 Cấu tạo các bộ phận chính

3.1 1.Bugi

Về lý thuyết thì khá đơn giản, nó là công cụ để nguồn

điện phát ra hồ quang qua một khoảng trống (giống

như tia sét) Nguồn điện này phải có điện áp rất cao để

tia lửa có thể phóng qua khoảng trống và tia lửa mạnh

Thông thường, điện áp giữa hai cực của nến điện

khoảng từ 40.000 đến 100.000 vôn Bugi phải cách ly

được điện thế cao để tia lửa xuất hiện đúng theo vị trí

đã định trước của các điện cực của nến, mặt khác nó

phải chịu đựng được điều kiện khắc nghiệt trong

xilanh như áp suất và nhiệt độ rất cao, hơn nữa nó phải

được thiết kế để các bụi than không bám lại trên các bề

mặt điện cực trong quá trình làm việc Một số xe đòi

hỏi phải sử dụng loại bugi nóng Loại bugi này được

thiết kế có chất sứ bao bọc tiếp xúc với kim loại ít hơn

do vậy việc trao đổi nhiệt kém hơn và nến nóng hơn và

làm sạch bụi bẩn tốt hơn Bugi lạnh thì ngược lại, thiết

kế với vùng trao đổi nhiệt lớn hơn vì vậy sẽ nguội hơn

khi hoạt động

3.1.2 Bôbin

Bôbin tạo ra điện áp cao đủ để phóng tia hồ quang giữa 2 điện cực của bugi.Các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được quấn quanh lõi Số vòng của cuộn thứ cấp lớhơn cuộn sơ cấp khoảng 100 lần Một đầu của cuộn dây sơ cấp được lối với IC đánhlửa để được điều khiển tiếp mát, một đầu của cuộn dây thứ cấp được lối với bugi Cácđầu còn lại của các cuộn được lối với ắc quy

Hình 3.1 Cấu tạo

Hình 3.2 Kiểu chân giắc và cấu tạo của bô bin

Hình 3.3 Sơ đồ đấu dây bôbin

3.1.3 IC đánh lửa

IC đánh lửa thực hiện một cách chính xác sự ngắt dòng sơ cấp đi vào bôbin theotín hiều đánh lửa IGT do ECU động cơ phát ra Khi tín hiệu IGT chuyển từ ngắt sangdẫn, IC đánh lửa bắt đầu cho dòng điện vào cuộn sơ cấp Sau đó, IC đánh lửa truyềnmột tín hiệu khẳng định ( IGF) cho ECU phù hợp với cường độ của dòng sơ cấp Tínhiêu khẳng định (IGF) được phát ra khi dòng sơ cấp đạt đến trị số xác định IF1 Khidòng sơ cấp vượt quá trị số quy định IF2 thì hệ thống sẽ xác định rằng lượng dòng cầnthiết đã chạy qua và cho phát tín hiệu IGF thay đổi theo từng kiểu động cơ.Nếu ECUkhông nhận được tín hiệu IGF, nó sẽ quyết định rằng đã có sai sót trong hệ thống đánhlửa Để ngăn ngừa sự quá nhiệt ECU sẽ cho ngừng phun nhiên liệu và lưu trữ sự saisót này trong chức năng chẩn đoán Tuy nhiên ECU động cơ khó phát hiện được cácsai sót trong mạch thứ cấp vì nó chỉ kiểm soát mạch sơ cấp để nhận tín hiệu IGF

3.1.4 ECU ( Electronic Control Unit)

Là bộ xử lý và điều khiển điện tử trung tâm, thực tế là bộ máy tính điện tử tiếpnhận và xử lý các tín hiệu theo một chương trình định sẵn

Cơ cấu chấp hành luôn bảo đảm thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từcác cảm biến Hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ đem lại sự chính xác vàthích ứng cần thiết, để giảm tối đa chất độc hại trong khí thải cũng như lượng tiêu hao

Hình 3.4 Sơ đồ tín hiệu điều khiển đánh lửa