Khảo sát HTĐL động cơ 2GR FE lắp trên xe camry 2007

- Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều thế hiệu thấp 6V,12V, hay 24V hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp trong hệ thống đánh lửa bằng Manhêtô và Vôlăng manhêti

Mục lục

Trang

Lời nói đầu 3

Các ký hiệu viết tắt 4

I MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 5

1.1 Mục đích 5

1.2 Ý nghĩa 5

II KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 6

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

2.1.1 Nhiệm vụ 6

2.1.2 Yêu cầu 6

2.1.3 Phân loại 6

2.2 Lý thuyết chung về hệ thống đánh lửa 8

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

2.2.2 Giai đoạn gắt dòng sơ cấp 12

2.2.3 Giai đoạn phóng điện cực bugi 13

2.3 Giới thiệu sơ lược về hệ thống đánh lửa 16

2.3.1 Hệ thống đánh lửa thường 16

2.3.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn 17

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

2.4.1 Hiệu điện thế thức cấp cực đại 26

2.4.2 Hiệu điện thế đánh lửa Uđl 26

2.4.3 Góc đánh lửa sớm θđl 26

2.4.4 Hệ số dự trữ Kdt 27

2.4.5 Năng lượng dự trữ Wdt 27

2.4.6 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp 28

2.4.7 Tần số và chu kỳ đánh lửa 28

2.4.8 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện 29

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

3.1 Giới thiệu về động cơ 30

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

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

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

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

3.2.2 Cấu tạo một số thiết bị của hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ 2GR-

FE 42

3.2.3 Nguyên lý và mạch điện các cảm biến trên động cơ 2GR- FE 48

3.2.4 Bộ điều khiển điện tử ECU 56

3.2.5 Điều khiển đánh lửa 57

3.2.6 Khiểm tra thông số của hệ thống đánh lửa 65

IV CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 69

4.1 Chẩn đoán khắc phục hư hỏng theo bảng mã 69

4.2 Chẩn đoán hư hỏng theo máy quét mã lỗi 74

4.3 Chẩn đoán hư hỏng theo tình trạng động cơ 80

V KẾT LUẬN 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

LỜI NÓI ĐẦU

Như chúng ta đã biết, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành điện tử thì ngànhđộng cơ ôtô cũng có những sự vươn lên mạnh mẽ Hàng loạt các linh kiện bán dẫn,thiết bị điện tử được trang bị trên động cơ ôtô nhằm mục đích giúp tăng công suấtđộng cơ, giảm được suất tiêu hao nhiên liệu và đặc biệt là ô nhiễm môi trường do khíthải tạo ra là nhỏ nhất Và hàng loạt các ưu điểm khác mà động cơ đốt trong hiện đại

đã đem lại cho công nghệ chế tạo ôtô hiện nay

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

Do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo còn ít

và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏinhững thiếu sót, kính mong các thầy cô giáo trong bộ môn chỉ bảo để đồ án của emđược hoàn thiện hơn

Qua đây cho em kính gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong trường

mà đặc biệt là các thầy cô giáo trong Khoa Cơ Khí Giao Thông đã tận tình dạy bảo emtrong suốt năm năm học vừa qua

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

Đà nẵng, ngày tháng năm 2008

Sinh viên thực hiện.

Võ- Văn- Sỹ.

Các kí hiệu và viết tắt

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

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

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

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

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

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

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

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

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

OBD (On Board Diagnosis): Hệ thống chẩn đoán

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

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

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

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

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

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

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

LED (Lighting Emision Diode): Phần tử cảm quang

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

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

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

IC (Integrated Circuit): Mạch tích hợp

I MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA ĐỀ TÀI.

1.1 Mục đích.

- Thấy rõ vai trò quan trọng trong việc tạo ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp nhiênliệu vào đúng thời điểm

- Tìm hiểu nắm vững nguyên lý làm việc và từ đó thấy được ưu nhược điểm của các

hệ thống đánh lửa trong các động cơ châm cháy cưỡng bức

- Thấy được tầm quan trọng trong việc thay thế hệ thống đánh lửa điều khiển tiếpđiểm cơ khí bằng hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử trên các loại xe đời mớihiện nay

- Tìm hiểu và nắm vững nguyên lý hoạt động của các cảm biến sử dụng trong hệthống đánh lửa trên động cơ 2GR- FE

- Có thể chẩn đoán một cách chính xác và nhanh chóng các hư hỏng trong hệ thốngđánh lửa của động cơ 2GR- FE nói riêng và các động cơ hiện đại tương đương nóichung

1.2 Ý nghĩa.

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

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

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

- Nắm vững cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên động cơ2GR- FE và từ đó làm tiền đề để nghiên cứu các hệ thống đánh lửa của các động cơkhác

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

II KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA.

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

2.1.1 Nhiệm vụ.

- Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều thế hiệu thấp (6V,12V, hay 24V) hoặc các xung điện xoay chiều thế hiệu thấp ( trong hệ thống đánh lửa bằng Manhêtô và Vôlăng manhêtic) thành các xung điện cao thế (12000- 40000V) đủ để tạonên tia lửa ( phóng qua khe hở Bugi) đốt cháy hổn hợp làm việc trong các xilanh của động cơ vào những thời điểm thích hợp và tương ứng với trình tự xilanh và chế độ làm việc của động cơ

- Trong một số trường hợp thì hệ thống đánh lửa còn dùng để hổ trợ khởi động, tạođiều kiện động cơ khởi động được dễ dàng ở nhiệt độ thấp

2.1.2 Yêu cầu.

Một hệ thống đánh lửa tốt phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Hệ thống đánh lửa phải sinh ra dòng thứ cấp đủ lớn để 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 độ tin cậy làm việc của động cơ

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

2.1.3 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 đặc điểm cấu tạo:

+ Hệ thống đánh lửa thường

+ Hệ thống đánh lửa bán dẫn

- Loại có tiếp điểm.

- Loại không có tiếp điểm

+ Hệ thống đánh lửa Manhêto

+ Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng chương trình

* Phân loại theo phương pháp tích luỹ năng lượng:

+ Hệ thống đánh lửa điện cảm (TI – transistor ignition system)

+ Hệ thống đánh lửa điện dung (CDI– capacitor discharged ignition system)

* Phân loại theo phương pháp điều khiển bằng cảm biến

+ Hệ thống đánh lửa sử dụng tiếp điểm (breaker)

+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ (electromaagnetic sensor) gồmhai loại: 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

+ Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến cộng hưởng

* Phân loại theo các phân bố điện cao áp

+ Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện Delco

+ Hệ thống đánh lửa trực tiếp hay không có Delco

* Phân loại theo phương pháp góc đánh lửa sớm

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

+ Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng bằng điện tử (ESA- electronic spark advance)

Theo phân loại ta có các hệ thống đánh lửa như trên, để hiểu rõ hơn về các hệthống đánh lửa sau đây em phân tích một số hệ thống đánh lửa

2.2 Lý thuyết chung về hệ thống đánh lửa trên ô tô.

Hệ thống đánh lửa sau khi có nhiệm vụ biến đổi dòng điện một chiều thế hiệu thấp(hoặc xoay chiều với xung điện thấp) thành dòng điện với thế hiệu cao có năng lượng

đủ lớn thì sẽ sinh ra tia lửa để phóng qua khe hở giữa hai điện cực của bugi đốt cháyhỗn hợp nhiên liệu.Qua nghiên cứu người ta xác định tia lửa này có hai phần rõ rệt:

- Phần điện dung: Tia lửa có màu xanh, xảy ra ở thời điểm đầu khi đánh lửa, nhiệt

độ khoảng 10000C, cường độ dòng điện rất lớn (từ 500÷1200 A) thời gian xuất hiệnngắn < 10-6 s, tần số cao 106 ÷ 107 hz, có tiếng nổ lách tách và gây ra nhiễu xạ vôtuyến Tia lửa này xuất hiện làm điện thế U2 trên cuộn thứ cấp giảm nhanh còn khoảng

1500 ÷ 2000v Tia lửa này có tác dụng đốt cháy nhiên liệu trong buồng cháy động cơ

- Năng lượng của phần điện dung:

2

dl2

C

U C

Trong đó: C- Điện dung thứ cấp của biến áp đánh lửa

Uđl- Điện thế đủ lớn để tạo tia lửa phóng qua giữa hai điện cực bugi

- Phần điện cảm: Là phần "đuôi lửa" do mạch điện có thành phần điện cảm của cuộndây sinh ra Tia lửa điện cảm có màu vàng hoặc tím nhạt, cường độ dòng điện nhỏkhoảng 80÷100 mA nguyên nhân do sự tụt áp của U2 ở giai đoạn trước đó

Tia lửa điện cảm có tác dụng làm động cơ khởi động tốt hơn khi động cơ còn nguội

Do nhiên liệu lúc này khó bay hơi, tia lửa này có tác dụng làm nhiên liệu bay hơi hết

và đốt cháy kiệt nhiên liệu

Năng lượng của tia lửa điện cảm:

2

1ng L

I L

Trong đó: L: Điện cảm của mạch điện

Ing: Cường độ dòng điện sơ cấp khi bị ngắt

Để tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của Bugi, quá trình đánh lửa được chialàm ba giai đoạn: Quá trình tăng trưởng của dòng sơ cấp hay còn gọi là quá trình tíchluỹ năng lượng, quá trình ngắt dòng sơ cấp và quá trình xuất hiện tia lửa điện ở cựcBugi

2.2.1 Giai doạn tăng dòng sơ cấp khi KK’ đóng.

T Accu

R1: Điện trở cuộn sơ cấp

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

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

Ta có thể chuyển sơ đồ mạch điện sơ cấp thành sơ đồ tương đương như sau

S U

Hình 2-2 Sơ đồ tương đương mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa

Khi KK' đóng, sẽ có dòng sơ cấp i1 chạy theo mạch:

(+)AQ → Kđ→ Rf→ W1→ Cần tiếp điểm 2 → KK' → (-)AQ

Dòng điện này tăng từ không đến một giá trị giới hạn xác định bởi điện trở củamạch sơ cấp Mạch thứ cấp lúc này coi như hở Do suất điện động tự cảm, dòng i1

không thể tăng tức thời mà tăng dần trong một khoảng thời gian nào đó Trong giaiđoạn gia tăng dòng sơ cấp ta có thể viết phương trình sau:

Ung + eL1 = i1.R1 (2 3).Trong đó: Ung - Thế hiệu của nguồn điện (ắc quy hoặc máy phát) [V].

eL1 - SĐĐ tự cảm trong cuộn sơ cấp [V]

R1 - Điện trở thuần của mạch sơ cấp [Ω]

Mà: 1 1 1 1 1 i1R1

dt

di L U dt

di L

ng

R

Ui

(2.5).Trong đó: t - Thời gian tiếp điểm đóng [s]

1

1 1

R

L

=

τ - Hằng số thời gian của mạch sơ cấp.

Biểu thức (2.5) cho thấy: Dòng sơ cấp tăng theo quy luật đường tiệm cận

1

1

L

U dt

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

Khi t=∞ (tiếp điểm đóng rất lâu) thì:

Giá trị nhỏ nhất của tốc độ tăng dòng sơ cấp 

được xác định bởi thời điểm

mở tiếp điểm Trong quá trình làm việc của hệ thống đánh lửa, tốc độ này không baogiờ giảm đến không Vì thời gian tiếp điểm đóng ngắn nên dòng sơ cấp không kịp đạtgiá trị ổn định

Giá trị cực đại mà dòng sơ cấp có thể đạt được (i1max) phụ thuộc vào điện trở mạch

sơ cấp và thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng Thay giá trị t= tđ vào phương trình(2.5), ta xác định được:

ng ng

1 max

R

UI

i

Hình 2-3 Quá trình tăng dòng sơ cấp i1

Đường (1) ứng với xe đời cũ có bobine độ tự cảm lớn, tốc độ tăng dòng sơ cấpchậm hơn so với bobine xe đời mới có độ tự cảm nhỏ đường (2) Chính vì điều nàylàm cho lửa yếu lúc xe có tốc độ cao Trên xe đời mới đã được khắc phục nhờ sử dụngbobine có độ tự cảm nhỏ

Trong đó: I1ng - Giá trị dòng sơ cấp khi tiếp điểm mở [A]

tđ - Thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng [s]

Nếu ký hiệu

ck

d m d

d d

T

t t t

+

=

τ là thời gian đóng tiếp điểm tương đối (ở đây:

Tck = (tđ + tm); tm - Thời gian tiếp điểm ở trạng thái mở) thì thời gian tiếp điểm đóng cóthể xác định theo công thức:

Z n T

t

e d ck d d

t

i (t)

21

α

Z - Số xi lanh của động cơ 4 kỳ.

ne - Số vòng quay của động cơ

R ( 1

ng ng

d 1

1

e1R

UI

(2 10)

Từ biểu thức (2.10) ta rút ra các nhận xét sau:

- Giá trị dòng I1ng phụ thuộc các thông số của mạch sơ cấp (R1 và L1)

- I1ng giảm đi khi tăng số vòng quay và số xi lanh động cơ

- I1ng tăng lên khi tăng thời gian đóng tiếp điểm tương đối, thời gian này được ấnđịnh bởi dạng cam và việc điều chỉnh tiếp điểm Thường τđ không thể làm tăng quá0,63 vì lúc đó cam sẽ rất nhọn, gây ra rung động và va đập cần tiếp điểm khi làm việc

và mau mòn

2.2.2 Quá trình ngắt dòng sơ cấp.

Khi trasisitor công suất ngắt, dòng điện sơ cấp và từ thông do nó sinh ra giảm độtngột Trên cuộn thứ cấp của bobine sẽ sinh ra một hiệu điện thế vào khoảng 15kV ÷40kV Giá trị của hiệu điện thế thứ cấp phụ thuộc vào rất nhiều thông số của mạch sơcấp và thứ cấp Để tính toán hiệu điện thế thứ cấp cực đại ta sử dụng sơ đồ tươngđương sau

Hình 2-4 Sơ đồ tương đương của hệ thống đánh lửa

Bỏ qua hiệu điện thế accu vì hiệu điện thế accu rất nhỏ so với sức điện động tựcảm xuất hiện trên dòng sơ cấp lúc transistor công suất ngắt, năng lượng từ trườngtích lũy trong cuộn sơ cấp của bobine được chuyển thành năng lượng điện trường trên

∑

R

tụ điện C1 và C2 và một phần mất mát Để xác định hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m

ta lập phương trình cân bằng lúc transistor công suất ngắt:

Q U C U C I

L ng

++

=

22

2

2 2 2

2 1 1 1

Trong đó: C1: Điện dung của tụ điện mắc song song với transistor công suất

C2: Điện dung ký sinh của mạch thứ cấp

U1m, U2m: Hiệu điện thế sơ cấp, thứ cấp lúc transistor công suất ngắt.Q: Tổn thất dưới dạng nhiệt

U2m= kbb U1m

Kbb= W1/W2: Hệ số biến áp của bobine

W1,W2: Số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp

W

W C I

L W

W U

2

1 1 1

1 2

1 2

Sau khi biến đổi ta nhận được:

'

2 2

2

1 1

1 1

C W

W C

L I

Hình 2-5 Qui luật biến đổi dòng điện sơ cấp i1 và hiệu điện thế thứ cấp U2

Transistor công suất ngắt, cuộn sơ cấp sẽ sinh ra một sức điện động khoảng 100÷

300 V

∑

R

U

2.2.3 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 cựccủa bugi, thì ở đó sẽ xuất hiện tia lửa điện cao thế (hình 2-6) Khi xuất hiện tia lửađiện thì U2 giảm đột ngột trước khi kịp đạt giá trị cực đại

t t

b

t a

1 12 20

Hình 2-6 Sự thay đổi thế hiệu U2 khi phóng tia lửa điện

a Thời gian tia lửa điện dung, b Thời gian tia lửa điện cảm

Kết quả của nhiều công trình nghiên cứu đã xác định được rằng: Tia lửa điện cóhai phần rõ rệt: phần điện dung và phần điện cảm

Phần điện dung xuất hiện trước, vào thời điểm đầu của quá trình phóng điện Đó là

sự phóng tĩnh điện do năng lượng của điện trường tích luỹ trong điện dung C1 và C2

của hệ thống đánh lửa, tia lửa điện dung có màu xanh lam và rất chói do nhiệt độ của

nó cao tới 10000OC Thế hiệu cao và dòng điện phóng rất lớn nên công suất tức thờicủa nó cũng khá lớn (có thể đạt đến hàng chục kW) Tuy nhiên, thời gian tồn tại tialửa này rất ngắn (<1µs) nên năng lượng điện trường cũng không lớn lắm

Đặc trưng của phần tia lửa điện dung là có tiếng nổ lách tách, tần số dao động lớntới (106 107) Hz, nên gây nhiễu xạ vô tuyến mạnh

Tia lửa điện dung làm điện thế U2 giảm đột ngột, chỉ còn khoảng 1500 2000V Vìtia lửa xuất hiện trước khi U2 đạt giá trị cực đại, nên phần tia lửa điện dung chỉ tiêutốn một phần năng lượng của từ trường tích luỹ trong biến áp đánh lửa là:

2

2

dl C

CU

Trong đó: 2

2 2

1

W

W C

Phần năng lượng còn lại được tiếp tục phóng qua khe hở bugi dưới dạng tia lửađiện cảm hay còn gọi là đuôi lửa Do U2 đã giảm nhiều nên dòng phóng lúc này cũngrất nhỏ, chỉ khoảng (80 100)mA Tia lửa điện cảm có màu tím nhạt-vàng, kéo dàikhoảng vài µs đến vài ms, phụ thuộc vào giá trị năng lượng điện cảm tích luỹ trongmạch sơ cấp:

2

2 1

1 ng L

I L

Trong điều kiện thực tế, tia lửa có thể chỉ có phần điện dung hoặc điện cảm thuầntúy hoặc hỗn hợp cả hai phần, tuỳ thuộc vào các thông số của hệ thống đánh lửa vàcác điều kiện vật lý khi xuất hiện tia lửa Nói chung các xoáy khí hình thành trongbuồng cháy ở số vòng quay cao của động cơ, cản trở việc tạo thành phần điện cảm củatia lửa

Đuôi lửa có tác dụng tốt khi khởi động động cơ nguội Vì khi khởi động nhiên liệubốc hơi kém, khó cháy Nên khi nhiên liệu đã bén lửa của phần điện dung, nó sẽ bốchơi và hoà trộn tiếp, đuôi lửa sau đó sẽ đốt cho nhiên liệu cháy hết

2.3 Giới thiệu sơ lược về hệ thống đánh lửa.

Hệ thống đánh lửa của động cơ xăng có tác dụng là nguồn sinh ra tia lửa điện châmngòi gây nổ hỗn hợp khí- nhiên liệu Theo phân loại hệ thống đánh lửa như trên và đểhiểu rõ hơn về quá trình phát triển của hệ thống đánh lửa Sau đây em xin giới thiệumột số hệ thống đánh lửa từ lúc mới ra đời của động cơ đốt trong cho đến nay, hệthống đánh lửa ngay một hoàn thiện và đáp ứng được yêu cầu để đảm bảo cho động

cơ ngày một hoàn thiện

2.3.1 Hệ thống đánh lửa thường.

a, Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc

Hệ thống đánh lửa thường bao gồm:

chia dòng điện cao thế cho các Bugi vào đúng thời điểm Cam của bộ chia điện đượcdẫn động quay từ trục phân phối làm nhiệm vụ đóng mở tiếp điểm KK’ tức là nối ngắtmạch sơ cấp của biến áp đánh lửa.

b, Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa thường.

- Khi KK’ đóng: Trong mạch sơ cấp xuất hiện dòng điện sơ cấp i1 Dòng này tạonên 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

Do đó trong cả hai cuộn dây sẽ xuất hiện các suất điện động tự cảm, tỷ lệ thuận vớitốc độ biến thiên của từ thông Do cuộn thứ cấp có số vòng dây lớn nên suất điện độngsinh ra trong nó cũng lớn, đạt giá trị khoảng 12000 24000 V Điện áp cao này truyềnqua roto của bộ chia điện và các dây dẫn cao áp đến Bugi đánh lửa theo thứ tự nổ củađộng cơ Khi thế hiệu thứ cấp đạt giá trị Udl thì sẽ xuất hiện tia lửa điện phóng quakhe hở Bugi đốt cháy hỗn hợp làm việc trong xylanh

Khi KK’ mở, trong cuộn W1 cũng xuất hiện suất điện động tự cảm khoảng200 300V Tụ C1 mắc song song với tiếp điểm với mục đích tích điện từ các tia lửa ởcác tiếp điểm bảo vệ các tiếp điểm không bị cháy rổ đồng thời tụ C1 sẽ phóng dòngđiện ngược này về cuộn sơ cấp trong Bobine làm cho dòng sơ cấp triệt tiêu nhanh hơn

và như vậy sẽ làm cho hiệu điện thế thứ cấp tăng lên nhanh chóng

- Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp, gồm có: Hệ thống đánh lửa bándẫn có vít điều khiển và hệ thống đánh lửa bán dẫn không có vít điều khiển

- Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng kỹ thuật số hay còn được gọi là hệ thống đánhlửa theo chương trình

2.3.2.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp.

Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp có thể điều khiển đánh lửa bằngvít điều khiển hoặc dùng một cảm biến để điều khiển (Cảm biến điện từ, cảm biếnQuang, cảm biến Hall) Để hiểu rõ hơn về hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trựctiếp sau đây em giới thiệu về một trong các hệ thống đánh lửa nêu trên.

Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm sử dụng cảm biến quang.

+ Cảm biến quang:

Cảm biến quang gồm hai loại, chúng chỉ khác nhau ở phần tử cảm biến quang.Loại sử dụng một cặp Led-Photo Transistor

Loại sử dụng một cặp Led-Photo diode

Phần tử cảm quang (Led-Lighting Emision Diode) và phần tử cảm quang (PhotoTransistor hoặc photo diode) được đặt trong bộ chia điện Đĩa của cảm biến được gắntrên trục bộ chia điện, số rãnh tương ứng với xilanh của động cơ

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 vàngược lại khi không có ánh sáng đi qua nó sẽ không dẫn điện Độ dẫn điện của nó phụthuộc vào cường độ ánh sáng và hiệu điện thế giữa hai đầu cực của phần tử cảmquang

Khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng phát ra từ LED sẽ bị ngắt quãng làm phần tửcảm quang dẫn ngắt liên tục, tạo ra các xung vuông để dùng làm tín hiệu đánh lửa

Hình 2-9 là sơ đồ đánh lửa bán dẫn được điều khiển bằng cảm biến quang củahãng Motorola Cảm biến quang được đặt trong bộ chia điện, gửi tín hiệu đánh lửa vềcho bộ điều khiển đánh lửa Nguyên lí hoạt động của sơ đồ hệ thống đánh lửa nàynhư sau:

Khi đĩa cảm biến quay đến vị trí đĩa chắn ánh sáng từ LED D1 sang photoTransistor T1 làm T1 bị ngắt, làm cho các Transistor T2, T3, T4 ngắt theo, còn T5 dẫncho dòng điện qua cuộn sơ cấp sau đó đến vị trí masse Khi đĩa cảm biến cho dòng

Hình 2-8 Cảm biến quang

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

ỏnh sỏng đi qua T1 sẽ ở trạng thỏi dẫn, đồng thời T2, T3, T4 cũng dẫn theo, T5 lỳc này ởtrạng thỏi đúng, làm cho dũng sơ cấp bị ngắt đột ngột Do dũng sơ cấp bị ngắt đột ngộtnờn trờn cuộn thứ cấp xuất hiện một hiệu điện thế cú giỏ trị 25ữ35KV, hiệu điện thếnày qua bộ chia điện để đến cỏc bugi sinh ra tia lửa điện để đốt chỏy hỗn hợp khớ-nhiờn liệu theo đỳng thứ làm việc của cỏc xilanh.

* Ưu, nhược điểm của hệ thống đỏnh lửa bỏn dẫn khụng tiếp điểm so với hệ thống đỏnh lửa thường:

+ Ưu điểm:

- Cú thể đồng hoỏ hệ thống đỏnh lửa chung cho cỏc loại động cơ ụtụ khỏc nhau.

- Điện thế thứ cấp U2= 25ữ50kV ở mọi chế độ làm việc của động cơ

- Nếu là loại tiếp điểm điều khiển thỡ dũng điện qua tiếp điểm điều khiển khi ngắtmạch khụng quỏ 1A, do đú tiếp điểm làm việc được bảo đảm, cũn dũng điện sơ cấp I1

ngắt cú thể đạt đến 7ữ 25 A và hơn nữa

- Với hệ thống đỏnh lửa bỏn dẫn động cơ tăng tốc rất nhanh và điều hoà, khụng

cú sự ngắt quóng trong làm việc

- Nhiờn liệu được đốt chỏy hết ở cả số vũng quay thấp và số vũng quay cao, do

đú tiết kiệm nhiờn liệu được 10%

- Ít phải chăm súc bảo dưỡng

+ Nhược điểm: - Giỏ thành cũn khỏ cao vỡ sử dụng nhiều linh kiện bỏn dẫn.

- Đụi khi sơ đồ phức tạp và suất tiờu hao năng lượng riờng cho hệ thống đỏnh lửalớn (khoảng gấp đụi hệ thống đỏnh lửa thường)

Bobin

IC đánh lửa

Ăcqu

y

CB quangHỡnh 2-9 Sơ đồ mạch điện HTĐL bỏn dẫn dựng cảm biến quang

Tuy còn những nhược điểm như vậy nhưng hệ thống đánh lửa bán dẫn vẫn được

ưa chuộng và ngày càng được phát triển rộng rãi, đặc biệt trong các loại xe đời mớihiện nay

2.3.2.2 Hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình.

Với sự ra đời của hệ thống đánh lửa bán dẫn như nêu ở trên cũng đã giải quyếtđược nhiều hạn chế mà hệ thống đánh lửa thường còn tồn tai, cũng như đảm bảo đượcyêu cầu của hệ thống đánh lửa Tuy nhiên hệ thống đánh lửa bán dẩn có vít làm tiếpđiểm hay sử dụng các cảm cũng còn những hạn chế như, với hệ thống còn có tiếpđiểm vẫn còn bị ôxy hóa sau qua trình sử dụng nên phải thay thế và kiểm tra định kỳ,còn đối với hệ thống sử dụng các cảm biến còn hạn chế bởi tín hiệu của cảm biếnkhông kịp thời với chế độ động cơ

Hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình ra đời nhằm đáp ứng các yêucầu đặt ra đối với hệ thống đánh lửa trên động cơ

Hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình là hệ thống đánh lửa mà gócđánh lửa sớm được điều khiển bằng một chương trình tính toán thiết lập trong mộtmáy tính điện tử, được bố trí trên xe gọi là ECU Góc đánh lửa sớm được tính toánthông qua các tín hiệu của các cảm biến ghi nhận từ động cơ, từ các tín hiệu này bộ xử

lý của ECU sẽ tính toán và đưa ra góc đánh lửa tối ưu nhất phù hợp với điều kiện làmviệc hiện tại của động cơ

1

Accu IG/SW

Hình 2-10 Sơ đồ điều khiển đánh lửa theo chương trình

1 Tín hiệu tốc độ động cơ, 2 Tín hiệu vị trí trục khuỷu, 3 Tín hiệu tải

4 Tín hiệu vị trí bướm ga, 5 Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát, 6 Tín hiệu điện acquy

7 Tín hiệu kích nổ

Do việc đánh lửa được điều khiển bằng chương trình tính toán của ECU dựa trêncác tín hiệu của cảm biến nên hệ thống đánh lửa này loại bỏ hoàn toàn các cơ điềuchỉnh đánh lửa sớm trước đây như cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa sớm ly tâm, cơ cấuđiều chỉnh bằng chân không, cơ cấu điều chỉnh theo trị số ốc tan của xăng Hệ thốngđánh lửa điều khiển theo chương trình có các ưu điểm so với các hệ thống trước đó:

- Góc đánh lửa được điều chỉnh tối ưu cho từng chế độ hoạt động của động cơ

- Góc ngậm điện luôn được điều chỉnh theo tốc độ động cơ và hiệu điện thếacquy, đảm bao cho hiệu điện thế luôn có giá trị cao nhất tai mọi thời điểm

- Động cơ khởi động dễ dàng, chạy không tải êm tiết kiệm được nhiên liệu vàgiảm được độc hại khí thải

- Công suất và dặc 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 không cần bảo dưỡng

Do có các ưu điểm này mà hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình được

sử dụng hầu hết ở các loại động cơ trên các xe hiện đại ngày nay

Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng kỹ thuật số hay còn gọi là hệ thống đánh lửađiều khiển theo chương trình gồm có:

Hệ thống đánh lửa theo chương trình có bộ chia

Hệ thống đánh lửa theo chương trình không dùng bộ chia gồm có: Hệ thống đánhlửa trực tiếp bôbin đôi và hệ thống đánh lửa trực tiếp bôbin đơn

a, Hệ thống đánh lửa theo chương trình có bộ chia điện.

Hệ thống đánh lửa này là một trong số các kiểu hệ thống đánh lửa có góc đánhlửa 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

Kiể m soát góc ngậ m điệ n

T 2

+B Igniter

Hình 2-11 Sơ đồ hệ thống đânh lửa điện tử ESA dùng bộ chia điệnECU sẽ phât ra tín hiệu đânh lửa cho IC đânh lửa để điều khiển việc đânh lửa,tạo tia lưả phđn phối đến câc bugi theo thứ tự lăm việc vă câc chế độ tương ứng củacâc xilanh thông qua bộ chia điện Sơ đồ mạch điện của hệ thống đânh lửa điện tử sửdụng bộ chia như hình 2-11

Nguyín lí hoạt động của hệ thống đânh lửa điện tử dùng bộ chia điện như sau:

Sau khi nhận câc tín hiệu từ câc cảm biến, bộ điều khiển điện tử ECU sẽ xử lí câctín hiệu vă đưa ra câc xung tín hiệu phù hợp với góc đânh lửa sớm tối ưu đê được lưutrong bộ nhớ để điều khiển Tranzitor T2 đóng ngắt

Cực E của Tranzitor mắc nối tiếp với điện trở R2 có giâ trị nhỏ, cảm biến dòng sơcấp kết hợp với bộ kiểm soât góc ngậm điện để hạn chế dòng sơ cấp trong trường hợpdòng sơ cấp tăng cao hơn quy định Khi T2 ngắt, bộ phât xung hồi tiếp IGF sẽ dẫn văngược lại khi T2 dẫn bộ phât xung IGF sẽ tắt Quâ trình năy tạo ra câc xung IGF văđược gửi lại ECU để bâo cho ECU biết hệ thống đânh lửa đang hoạt động Ngoăi raxung IGF còn có tâc dụng để mở mạch phun xăng, nếu xung IGF bị mất câc kim phun

sẽ ngừng phun trong văi giđy

b, Hệ thống đânh lửa theo chương trình không dùng bộ chia điện (hệ thống đânh lửa trực tiếp).

b1, Ưu điểm của hệ thống đânh lửa sớm trực tiếp.

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

lă hệ thống đânh lửa có góc đânh lửa sớm được điều khiển bằng một chương trình lưutrong bộ nhớ của ECU Trong đó câc biến âp đânh lửa được sử dụng cho từng bugihoặc cho từng cặp bugi Hệ thống đânh lửa năy có những ưu điểm sau:

IGF tín hiệu phản hồi

- Bỏ được câc chi tiết dễ hư hỏng vă phải chế tạo bằng vật liệu câch điện tốt như

bộ phđn phối, chổi than, nắp chia điện

- Không có sự đânh lửa giữa 2 dđy cao âp gần nhau khi xảy ra hiện tượng đânhlửa sớm (xảy ra với động cơ nhiều xilanh)

- Dđy cao âp ngắn hoặc không có dđy cao âp nín giảm sự mất mât năng lượng,giảm điện dung ký sinh vă giảm nhiễu vô tuyến mạch thứ cấp

- Không còn mỏ quẹt nín không còn khe hở giữa mỏ quẹt vă dđy cao âp

- Loại bỏ dược những hư hỏng thường gặp do hiện tượng phóng điện trín machcao âp vă giảm chi phí bảo dưỡng

b2, Phđn loại, cấu tạo vă hoạt động của hệ thống đânh trực tiếp.

Hệ thống đânh lửa trực tiếp được chia lăm hai loại sau:

+ Hệ thống đânh lửa trực tiếp DLI (Direct Less Ignition) sử dụng biến âp cho từng cặp bugi đânh lửa.

Hệ thống đânh lửa được trình băy ở hình dưới gồm có: ECU, igniter vă ba bobinecho động cơ 6 xylanh

Sơ đồ mạch điện đânh lửa sử dụng biến âp cho từng bugi đânh lửa

1

Ắ c quy

5 2

Bugi Cuộ n đánh lửa 4 3

Khóa điệ n 6

IC đánh lửa

IGF hồ i tiế p

Ngõ vào

Hiệ u chỉnh góc ngậ m điệ n

Mạ ch chọ n xylanh

Hình 2-12 Sơ đồ điều chỉnh góc đânh lửa sớm của hệ thống đânh lửa sớm trực

tiếp loại bobine đôiSau khi nhận được câc tín hiệu cần thiết, bộ xử lý trung tđm sẽ dựa văo câc tín

hiệu ngõ văo, tính toân thời điểm đânh lửa vă đưa đến igniter ba xung IGT, IGDA, IGDB Xung IGT quyết định góc đânh lửa sớm được đưa văo bộ hiệu chỉnh góc ngậm

điện để xén xung và sau đó đi qua mạch xác định xylanh Xung IGDA và xung IGDB

được đưa vào ngõ vào của igniter Tại đây tùy thuộc vào trang thái của xung màigniter sẽ xác định trạng xylanh cần đánh lửa theo thứ tự nổ

Trong hệ thống đánh lửa DLI, IC đánh lửa được nối với ECU động cơ như hình

vẽ Có 3 cuộn dây đánh lửa:

Cuộn thứ nhất cho xilanh 1 và 6

Cuộn thứ hai cho xilanh 2 và 5

Cuộn thứ ba cho xilanh 3 và 4

Do tín hiệu IGT từ ECU phải được phân phối đến 3 cuộn dây nên ECU phải pháttín hiệu nhận dạng các xilanh IGDA, IGDB Để đảm bảo đánh lửa theo đúng thứ tự thì

nổ 1- 5- 3- 6-2- 4, mạch vào sẽ xác định xylanh cần đánh lửa theo thứ tự bảng mã sau:

Bảng 2-1 Tín hiệu xung Tín hiệu

ngắt, suất điện động cảm ứng trên cuộn dây thứ cấp sẽ tạo tia lửa điện cho boubine số

1 và số 6 Hoạt động tương tự với xylang số 2 và xylanh số 5, số 3 và số 4, xung IGFhồi tiếp, báo cho ECU biết hệ thống đánh lửa đang hoạt động

+ Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng biến áp đánh lửa cho từng bugi đánh lửa DIS (Direct Ignition System).

So với hệ thống đánh lửa trực tiếp bobine đôi thì hệ thống đánh lửa trực tiếpbobine đơn còng có ưu điểm hơn là: Không bị lãng phí dòng điện phóng mà ở hệthống đánh lửa bobine đôi cùng phóng một lúc còn tồn tại Vậy nên làm cho các bộphận chi tiết trong buồng cháy sẽ bền hơn

Hệ thống đánh lửa DIS này phân phối trực tiếp điện cao áp đến các bugi màkhông dùng bộ chia điện Do sử dụng mỗi biến áp cho mỗi bugi nên tần số hoạt độngcủa biến áp ít vì vậy các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp không nóng, kích thước của biến

áp được thu nhỏ và được gắn dính với nắp chụp của bugi đánh lửa

Sơ đồ mạch đánh lửa sử dụng bộ đánh lửa trực tiếp

G NE

Các tín hiệ u

Khóa điệ n

Ắ c quy

IGT1 IGT2 IGT3 IGT4 IGT5 IGT6

Nguyín lí hoạt động: ECU động cơ nhận câc tín hiệu từ câc cảm biến của động

cơ sau đó xử lí đưa ra câc tín hiệu văo câc Transitor công suất để tạo ra câc tín hiệuIGT Câc tín hiệu IGT được gửi đến IC đânh lửa theo thứ tự nổ của động cơ

Cuộn sơ cấp của câc biến âp đânh lửa năy rất nhỏ (< 1Ω) vă trín mạch sơ cấpkhông sử dụng điện trở phụ vì câc xung điều khiển đê được điều chỉnh sẵn trong ECU

Vì vậy không được thử trực tiếp điện âp 12V với loại năy

Hình 2-13 Sơ đồ đânh lửa điện tử sử dụng mỗi biến âp cho một bugi

2.4 Các thông số cơ bản của HTĐL.

2.4.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại.

Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là hiệu điện thế cực đại đo được ở hai đầu cuộnđây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi Hiệu điện thế thứ cấp cực đại phải đủlớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặc biệt lúc khởiđộng

Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa xảy ra, được gọi là hiệu điện thếđánh lửa (Uđl) Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tuân

theo định luật Pashen.

Uđl =

T

P.δ

Trong đó: Uđl: Thế hiệu đánh lửa [V]

P: Áp suất hỗn hợp hòa khí tại thời điểm đánh lửa [N/m2]

δ: Khoảng cách giữa các điện cực [m]

T: Nhiệt độ ở điện cực bugi tại thời điểm đánh lửa [ 0C ]

K: Hằng số phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp hòa khí

U dl (KV)

n (1/s)

1 2 3 4

Hình 2-14 Sự phụ thuộc của hiệu điện thế đánh lửa vào tốc độ và tải của động cơ

1 Toàn tải, 2 Vừa tải, 3 Toàn tải, 4 khởi động và cầm chừng

Trong đó: pbđ: Áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa

tbđ: Nhiệt độ buồng cháy

p: Áp suất trên đường ống nạp

twt: Nhiệt độ nước làm mát động cơ

n: Số vòng quay của động cơ

No: Chỉ số ôctan của xăng

Hệ số dự trữ là tỉ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m và hiệu điện thế đánhlửa Uđl Mục đích cần có hệ số dự trữ dể đảm bảo rằng hiệu điện thế đánh lửa luônluôn đạt trong giới hạn yêu cầu

2.4.5 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 bobine Để đảm bảo tia lửa có đủ năng lượng đốt cháy hoàn toàn khí, hệthống đánh lửa phải đảm bảo được năng lượng đánh lửa trên cuộn sơ cấp của bobine ởmột giá trị xác định

Trong đó: Wdt: Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp

L1: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bobine

Ing: Cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm transistor công suất ngắt

Ở chế độ khởi động lạnh, hiệu điện thế đánh lửa khoảng 20 đến 30% do nhiệt độ cực bougine thấp

Khi động cơ tăng tốc, Uđl tăng, do áp suất nén tăng, nhưng sau đó nhiệt độ giảm từ

từ do nhiệt độ điện cực bougine tăng và áp suất nén giám do quá trình nạp xấu đi.Hiệu điện thế đánh lửa cực đại ở chế độ khởi động và tăng tốc, có giá trị cực tiểu ởchế độ ổn định khi công suất cực đại

2.4.6 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp.

t

u dt

du S

∆ : thời gian biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp

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

tđ: Thời gian vít ngậm hay transistor công suất dẫn bão hòa.

Tm: Thời gian vít hở hay transistor công suất ngắt

Tần số đánh lửa f tỉ lệ với số vòng quay của trục khuỷu động cơ và số xylanh Khi tăng số vòng quaycuar động cơ và số xylanh, tần số đánh lửa f tăng do đó chu kỳ đánhlửa 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

2.4.8 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 điệncảm Năng lượng của tia lửa được tính theo công thức:

2i L

WP: Năng lượng của tia lửa

WC: Năng lượng của thành phần tia lửa có điện dung

WL: Năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện cảm

C2: Điện dung ký sinh tại mạch thứ cấp của bougine (F)

Uđl: Hiệu điện thế đánh lửa

L2: Độ tự cảm của mạch thứ cấp

i2: Cường độ dòng điện mạch thứ cấp

Tùy thuộc vào loại hệ thống đánh lửa mà năng lượng tia lửa có đủ hai thành phầnđiện cảm va điện dung hoặc chỉ có một thành phần

Thời gian phóng điện giữa hai điện cực của bougine tùy thuộc vào loại hệ thốngđánh lửa Tuy nhiên, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo năng lượng tia lửa đủ lớn và thờigian phóng điện đủ dài để đốt cháy được hòa khí ở mọi chế độ hoạt động của động cơ.

III KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ.

3.1 Giới thiệu về động cơ.

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

Bảng 3-1 Thông số động cơ 2GR- FE

xích, VVT-I képTrục cam nạp mở

Trục cam nạp đóngTrục cam xả mởTrục cam xả đóng

Công suất tối đa [KW (rpm)] 200 6200

Đĩa căng xích cam Có cao su

3.1.2 Đặc điểm chung của động cơ.

Động cơ 2GR- FE là động cơ xăng, 4 kỳ, lắp trên xe ôtô Camry 2007 của hãng

Toyota là động cơ kiểu hiện đại, phù hợp với các loại xe tính cơ động trên mọi địahình, các hệ thống trong động cơ đều được điều khiển điện tử băng ECU động cơ điềukhiển, hệ thống điều khiển của đông cơ được thể hiện qua sơ đồ sau ECU nhận cáctín hiệu từ các cảm biến xử lý và truyền tín hiệu điều khiển

Động cơ có 6 xilanh, bố trí chữ V6 góc nghiêng 60o, dung tích công tác là 3500

cm3, thứ tự nổ 1- 2- 3- 4- 5- 6 Tất cả các cụm, chi tiết cần được bảo dưỡng, điều chỉnhthường xuyên nên đều được bố trí tại các vị trí dễ thao tác Động cơ cùng với hộp số

và hộp số phụ được lắp thành cụm động lực đặt dọc xe

Động cơ có hai trục cam trên nắp máy, gồm 24 xupap (mỗi máy có 4 xupap, hainạp và hai thải) Trục cam đặt trên nắp máy cho phép làm giảm khối lượng các chi tiếttrung gian chuyển động tịnh tiến (không có đũa đẩy) đảm bảo hoạt động ổn định cho

cơ cấu phân phối khí ngay cả tại số vòng quay cao Trục cam được dẫn động bằngxích từ trục khuỷu Với trục cam kép DHOC (Double overhead camshafts), hệ thốngVVT- i kép điều khiển đóng mở van nạp xả thông minh, điều khiển đánh lửa thôngminh Hệ thống nạp ACIS, đóng mở bướm ga là bướm ga điện tử ETCS- i

3.1.2.1 Hệ thống điều khiển động cơ.

Công tắc khởi động trung gian

Cảm biến tỉ lệ khí- Nhiên liệu

Cảm biến 1 thân máy 1

Cảm biến 1 thân máy 2

Cảm biến oxy có dây sấy

Cảm biến 1 thân máy 1

Cảm biến 1 thân máy 2

VCB1/VCB2 OC1 +

SPD

OB1 + IGSW OB2 +

ACIS NSW

AICV

A1A

A2A FC RFC OX1B

PSW ACCR IMI

IMO +B,B2, MREL STAR

BATT, +BM

HA1A

TACH HA2A

TC HT1B HT2B

PRG ACM

EFI Vòi phun số 1 đến vòi phun số 6

ESA Cuộn đánh lửa và IC đánh lửa

ETCS- 1

Mô tơ điều khiển bướm ga VVT- I (trục cam nạp) Van điều khiển dầu trục cam bên trái Van điều khiển dầu trục cam bên phải

VVT- I (trục cam xả) Van điều khiển dầu trục cam bên trái Van điều khiển dầu trục cam bên phải

ACIS Van điện tử điều khiển ACIS

Hệ thống điều khiển khí nạp Van điện tử VSV

Hệ thống điều khiển bơm xăng

Rơ le hở mạch Điều khiển quạt làm mát: ECU quạt

Điều khiển khởi động

Điều khiển bộ sấy tỉ lệ Khí- NL

Điều khiển bộ sấy cảm biến oxy

Điều khiển khí xăng bay hơi: Van VSV Điều khiển chân động cơ: Van VSV Đồng hồ táp lô: Đèn báo động cơ

Cảm biến túi khí trung tâm

ECU điều hòa

ECU điều khiển trượt

Tên đề tài tốt nghiệp: Khảo sát HTĐL động cơ 2GR- FE lắp trên xe Camry 2007

Hệ thống điều khiển động cơ là hệ thống điều khiển điện tử ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến, xử lý và truyền tín hiệu điều khiển các hệ thống trong động cơ, với việc sử dụng điều khiển điện tử trên động cơ nhằm đáp ứng được các yêu cầu khắtkhe của động cơ, đồng thời nâng cao được công suất của động cơ

3.1.2.2 Cơ cấu phân phối khí.

Để đảm bảo công suất cực đại của động cơ, cần phải hút càng nhiều hỗn hợp nhiên liệu vào xylanh và thải ra càng nhiều khí cháy càng tốt Vì thế, hỗn hợp khí- nhiên liệu và quán tính khí cháy được tính đến trong quá trình thiết kế tăng tối đa thời gian mở xu páp Đối với động cơ 2GR- FE thời điểm đóng mở xu páp nạp và xả thay đổi trong khoảng (Xu páp nạp mở -3o ~ 37o BTDC, xu páp nạp đóng 71o ~ 31o ABTC

Hình 3-2 Kết cấu cò mổ

1 Ổ bi kim, 2 Cò mổ

NE IG 1~ IG 6 VPA/VAP2 VTA1/VTA2 NKN1/NKN2 M + VCV1/VCV2

VCB1/VCB2 OC1 +

SPD OB1 + IGSW OB2 +

ACIS

NSW

AICV

A1A

A2A FC RFC OX1B

PSW ACCR

IMI IMO +B,B2, MREL STAR BATT, +BM

HA1A

TACH HA2A

TC HT1B HT2B

PRG ACM W

CAN + CAN -

Cơ cấu điều chỉnh khe hở thủy lực: Duy trì khe hở xu páp luôn bằng “0” tại mộtđiểm, nó thay thế cho những con đội thông thường để giảm tiếng ồn xu páp khôngphải diều chỉnh khe hở xu pápnhờ áp lực của dầu và lực lò xo.

Hoạt động của con đội thủy lực tùy theo chế độ hoạt động của động cơ tại thời

kỳ nạp hoặc xả Tại thời kỳ nạp khe hở của xu páp luôn bằng không do lò xo pistonđẩy piston lên phía Dầu có áp cũng đẩy viên bi ép vào lò xo viên bi và dàu chảy vàobuồng làm việc

23

45

671

Hình 3-3 Kết cấu con đội thủy lực

1 Piston đẩy, 2 Buồng áp suất thấp, 3 Đường dầu, 4.Lò xo

5 Buồng dầu áp suất cao, 6.Lò xo van bi, 7.Van bi

Lúc làm việc cam quay sẽ nén bộ pitton đẩy và dầu trong buồng áp suất cao, Sau

đó cò mổ bị nén xuống xu páp, đồng thời quay quanh bộ điều chỉnh khe hở thủy lực,khi piston đẩy lên, van một chiều mở ra và dầu điền đầy vào khoảng không gian mới,nên khe hở xu páp luôn luôn được giữ bằng không

3.1.2.3 Hệ thống nạp và xả khí.

+, Hệ thống nạp:

Hệ thống nạp của động cơ là hệ thống AIC lắp trên vỏ bọc lọc gió ECU động cơ

sẽ điều khiển đường khí nạp phù hợp với tải và tốc độ của động cơ nhằm nâng caohiệu suất và giảm tiếng ồn nạp

Buồng nạp khí bằng nhựa: Buồng nạp khí có van ACIS, van được hợp nhất vớiđường ống nạp bằng mối hàn laze Van quay điện từ ACIS điều khiển trực tiếp bằngECU cải thiện tính năng của động cơ phù hợp điều kiện tốc độ và tải trọng

Hình 3-5 Kết cấu của buồng nạp khí

1 Van quay điện từ ACIS, 2 Mối hàn laze, 3 Buồng nạp

4 Nam châm, 5 Stato, 6 Trục

Hoạt động của van ACIS được điều khiển trực tiếp từ ECU động cơ, ECU động

cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lý thông tin và điều khiển van cho lượng khí vàophù hợp với các chế độ hoạt động của động cơ

Ne

3 4

Hình 3-6 Sơ đồ điều khiển trực tiếp của van ACIS

1 Mô tơ quay cần, 2 Cần điều khiển van khí nạp, 3 Bướm ga

4 Cảm biến vị trí bướm ga

Hình 3-4 Kết cấu và sơ đồ nguyên lý hệ thống AIC

1 VSV, 2 Bộ chấp hành, 3 Van điều khiển khí nạp, 4 Bình chân không.

Lượng không khí nạp được lọc sạch khi đi qua lọc không khí và được đo bởi cảmbiến lưu lượng không khí Tỷ lệ hỗn hợp được ECU nhận biết qua tín hiệu từ cảm biến

tỷ lệ Khí- Nhiên liệu Có cảm biến ôxy ở đường ống xả để cảm nhận lượng ôxy dư,điều khiển lượng phun nhiên liệu vào tốt hơn

Hình 3-7 Sơ đồ điều khiển phun nhiên liệu động cơ 2GR-FE

1 Bình Xăng, 2 Bơm xăng điện, 3 Cụm ống của đồng hồ đo xăng và bơm, 4 Lọc

Xăng, 5 Bộ lọc than hoạt tính, 6 Lọc không khí, 7 Cảm biến lưu lượng khí nạp

8 Van điện từ, 9 Môtơ bước, 10 Bướm ga, 11 Cảm biến vị trí bướm ga, 12 Ốnggóp nạp, 13 Cảm biến vị trí bàn đạp ga, 14 Bộ ổn định áp suất, 15.Cảm biến vị trítrục cam, 16 Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu, 17 Ống phân phối nhiên liệu, 18 Vòiphun, 19 Cảm biến tiếng gõ, 20 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát, 21 Cảm biến vị

trí trục khuỷu, 22 Cảm biến ôxy

Hệ thống nhiên liệu không đường hồi, ống phân phối bằng nhựa, ống phải và tráiđược nối với nhau bằng ống nhựa

Hệ thống nhiên liệu của động cơ 2GR- FE được lắp trên xe Camry theo sơ đồ

6

1 2 3 4

5

67

8

Hình 3-9 Sơ đồ cung cấp nhiên liệu trên xe Camry

1 Ống dẫn dầu, 2 Kim phun, 3, 5 Giắt nối nhanh, 4 bơm nhiên liệu

6 Vỏ chứa, 7 Thùng xăng, 8 Bộ giảm chấn mạnh

6

3

4

Hình 3-8 Sơ đồ đường ống dẫn nhiên liệu

1,9 Bộ phận giảm rung động, 2 Bộ điều hòa áp suất, 3 Lọc nhiên kiệu

4 Bơm nhiên liệu, 5 Tổng bơm nhiên liệu, 6 Bình xăng, 7 Ống phân phối nạp

nhiên liệu, 8 Vòng kẹp, 10 Vòng đàn hồi, 11 Ống nối mềm

3.1.2.5 Hệ thống bôi trơn.

Hệ thống bôi trơn cung cấp dầu máy đến các chi tiết chuyển động quay và trượtcủa động cơ sao cho chúng có thể làm việc êm dịu Nó cũng đóng một vai trò quantrọng trong việc làm mát

Hệ thống bôi trơn gồm có các chi tiết chính sau: Bơm dầu, bầu lọc dầu, cáctedầu, các đường ống dầu sẽ từ cácte được hút bằng bơm dầu, qua lọc dầu, vào cácđường dầu dọc thân máy vào trục khuỷu, lên trục cam, từ trục khuỷu vào các bạc biên,theo các lỗ phun lên thành xylanh, từ trục cam vào các bạc trục cam, rồi theo cácđường dẫn dầu tự chảy về cácte

Hình 3-10 Kết cấu lọc dầu bôi trơn

1 Phần tử lọc, 2 Nắp lọc dầu, 3 bulông xả dầu

Hệ thống bôi trơn dùng lọc dầu, phần tử lọc có thể thay thế được, đảm bảo được

sự thay thế dễ dàng Đảm bảo cho dầu bôi trơn luôn luôn đảm bảo, cung như luôn đảmbảo được dầu bôi trơn

43

2

1

13

Hình 3-11 Sơ đồ hệ thống làm mát động cơ 2GR- FE

1 Thùng rót nước, 2.Nắp két nước, 3 Van hằng nhiệt, 4 Cửa ra nước dẫn lưu

5 Cửa nước ra, 6 Hộp bướm ga, 7 Nắp máy, 8 Thân máy, 9 Van bộ sưởi

10 Bộ sưởi, 11 Bơm nước, 12 Cửa nước vào, 13 Két làm mát

Hệ thống làm nước sử dụng nước sạch có pha dung dich phụ gia chống gỉ Bơm

li tâm 11 được dẫn động từ trục khuỷu qua dây đai, dẫn nước tuần hoàn trong hệthống Quạt gió được điều khiển bằng ECU, ECU điều khiển áp suất dầu tác dụng lênmôtơ thủy lực dẫn đến việc điều khiển tốc độ quạt làm mát được liên tục (vô cấp)tương ứng với hoạt động của động cơ

Theo cách này, tiếng ồn của quạt và tải trọng tác dụng tác dụng lên động cơ sẽgiảm hơn khi so sánh với các kiểu làm mát khác

Nước làm mát từ két vào bộ sưởi qua van hằng nhiệt vào bơm nước, rồi vào thânmáy, áo nước xung quanh xilanh, lên nắp máy làm mát các chi tiết xung quanh buồngcháy, sau đó về lại két nước và bộ sưởi, từ nắp máy nước cũng được đưa lên làm máthộp bướm ga rồi về lại van hằng nhiệt

Van hằng nhiệt 3 có tác dụng: Khi nhiệt độ nước làm mát còn thấp, van hằngnhiệt đóng và van chuyển dòng mở Nước làm mát được bơm vào thân máy và nắp quilát bởi bơm nước sau đó chảy qua mạch chuyển dòng và trở về bơm nước Khi nướclàm mát nóng lên van hăng nhiệt đóng và van chuyển dòng đóng Nước nóng chảy vàokét làm mát và nó được làm nguội đi sau đó chảy qua van hăng nhiệt trở về bơm nước

Ngoài các hệ thống điều khiển tượng tự như các động cơ đời mới, hệ thống điều khiển động cơ của động cơ 2GR- FE có thêm một số hệ thống khác như sau:

+ Hệ thống điều khiển điện tử cân bằng chân động cơ.

- Là hệ thống chân máy ba điểm, như sơ đồ bố trí

- Chân máy phía trước được điều khiển chủ động bằng điện tử, còn hai chân bên phải và trái là loại thủy lực nâng cao được cả tính năng lái và sự tính tiện nghi.

- Sử dụng một cảm biến giảm tốc sẽ phát hiện sự rung động của động cơ và liêntục theo dõi tình trạng của chân máy Với việc sử dụng một cảm biến giảm tốc giúp ECU luôn luôn nhận được tín hiệu để điều chỉnh động cơ cân bằng

+ Hệ thống điều khiển VVT- i kép (Thay đổi thời điểm phối khí thông minh)

Hệ thống điều khiển VVT- i được sử dụng cho cả trục cam nạp và cam xả cáccảm biến VVT là loại MRE, sẽ phát ra 6 xung tín hiệu số trên mỗi vòng quay của trụckhuỷu Tín hiệu số không đổi ngay cả khi tốc độ động cơ thấp, Cơ chế phát hiện vị trítrục cam bằng cách so sánh tín hiệu Ne với thời điểm thay đổi của tín hiệu Cao/Thấp

do các răng rô to trục cam phát ra, hoặc căn cứ trên số lượng các tín hiệu Ne trong khitín hiệu cao/thấp được phát ra

1 2 3

4

Tốc độ khíCảm biến vị trí bướm ga

56

78

9 10

ECU động cơ

Hình3.10 Sơ đồ bố trí các bộ phận cân bằng thân máy.

1 Thanh xoắn, 2 Móc nối thanh xoắn, 3 Chân máy phải

4 Chân máy trước 5 Chân máy trái

4

Hình3.10 Sơ đồ bố trí các bộ phận cân bằng thân máy.

12

3

4

5

1 2

3

5Hình 3-11 Sơ đồ bố trí các bộ phận cân bằng thân máy

1 Thanh xoắn, 2 Móc nối thanh xoắn, 3 Chân máy phải

4 Chân máy trước 5 Chân máy trái

4

Hình 3-12 Kết cấu và sơ đồ điện cảm biến giảm tốc

1 Hộp điều khiển hoạt động chân máy, 2 Cảm biến giảm tốc, 3 Nút cao su

4 buồng chất lỏng chính, 5 Màng ngăn, 6 Bơm

1

2

3 4