Nghiên cứu chế tạo mô hình đánh lửa điều khiển điện tử trên xe toyota

9 Sơ đồ mạch điện trong hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử có bộ chia điện được thể hiện trên hình 1.11.. Hình 1.1: Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa sử dụng vít Trong kiểu hệ th

Căn cứ Quyết định số 17/2014/VBHN-BGD-ĐT ngày 15/04/2014 của Bộ trưởng Bộ Giáo dục

và Đào tạo ban hành Quy chế đào tạo đại học và cao đẳng hệ chính quy theo hệ thống tín chỉ;

Căn cứ Quyết định số 612/2009/QĐ-ĐHNT ngày 29/4/2009 của Hiệu trưởng trường Đại học Nha Trang ban hành Quy định đào tạo đại học và cao đẳng hệ chính quy theo hệ thống tín chỉ tại Trường Đại học Nha Trang;

Căn cứ Quyết định 74/2012/QĐ-ĐHNT ngày 07/2/2012 về việc sửa đổi, bổ sung một số điều của Quy định đào tạo đại học và cao đẳng hệ chính quy theo hệ thống tín chỉ ban hành theo Quyết định

số 612/2009/QĐ-ĐHNT ngày 29/4/2009 của Hiệu trưởng Trường Đại học Nha Trang;

Căn cứ Quy định đào tạo đại học và cao đẳng hệ chính quy theo hệ thống tín chỉ của trường Đại học Nha Trang, ban hành kèm theo Quyết định số 197/QĐ-ĐHNT ngày 28 tháng 02 năm 2013 của Hiệu trưởng trường Đại học Nha Trang;

Căn cứ Quyết định số 1204/QĐ-ĐHNT ngày 20/9/2012 của Hiệu trưởng trường Đại học Nha Trang ban hành Quy định quản lý, tổ chức đào tạo trình độ đại học và cao đẳng hệ chính quy theo hệ thống tín chỉ tại Trường Đại học Nha Trang;

Xét đề nghị của Trưởng Phòng Đào tạo và Trưởng Khoa Kỹ thuật Giao thông;

QUYẾT ĐỊNH:

Điều 1 Giao cho sinh viên: Hoàng Văn Hà MSSV: 56136848 Lớp:56CNOT-2

và sinh viên: Nguyễn Văn Trung MSSV: 56130794 Lớp: 56 CNOT-2

Khoá: 56 Ngành/Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô

Thực hiện đồ án tốt nghiệp:

Nội dung thực hiện:

1 Kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa

2 Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống đánh lửa

3 Kết quả thử nghiệm

4 Kết luận

Nơi thực hiện: Nha Trang

Thời gian thực hiện: Từ ngày 12/03/2018 đến ngày 23/6/2018

Nộp báo cáo đồ án trước ngày: 14/07/2018 cho Bộ môn Kỹ thuật Ô tô

Điều 2 Giảng viên ThS Huỳnh Trọng Chương hướng dẫn sinh viên thực hiện đồ án tốt

nghiệp theo Quy chế của Bộ Giáo dục & Đào tạo và Hướng dẫn thực hiện Quy chế của Trường

Trưởng Bộ môn Kỹ thuật Ô tô định kỳ báo cáo Trưởng khoa việc thực hiện công tác tốt nghiệp của sinh viên và giảng viên hướng dẫn được giao quản lý

Sinh viên Hoàng Văn Hà và Nguyễn Văn Trung có trách nhiệm chấp hành đúng Quy chế

của Bộ Giáo dục & Đào tạo, Quy định của Trường và nơi thực tập trong quá trình làm công tác tốt nghiệp, hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời gian quy định

Điều 3 Sinh viên có tên trong Điều 1, Giảng viên hướng dẫn và Trưởng bộ môn có tên trong

Điều 2 chịu trách nhiệm thi hành Quyết định này./

Giảng viên hướng dẫn: ThS Huỳnh Trọng Chương

Sinh viên được hướng dẫn: (1) Hoàng Văn Hà MSSV: 56136848

(2) Nguyễn Văn Trung MSSV: 56130794

Khóa: 56 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô

Kiểm tra giữa tiến độ của Trưởng Bộ môn

Ngày kiểm tra:

Điểm hình thức:…./10 Điểm nội dung:…./10 Điểm tổng kết:…./10

Đồng ý cho sinh viên: Được bảo vệ: Không được bảo vệ:

Khánh Hòa, ngày…….tháng…….năm………

Cán bộ hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

iii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho cán bộ chấm phản biện)

1 Họ tên người chấm:………

2 Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đồ án: (Sĩ số trong nhóm: 2) (1) Hoàng Văn Hà MSSV: 56136848 (2) Nguyễn Văn Trung MSSV: 56130794 Lớp: 56.CNOT-2 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô 3 Tên đề tài:“Nghiên cứu chế tạo mô hình đánh lửa điều khiển điện tử trên xe TOYOTA” 4 Nhận xét - Hình thức:

- Nội dung:

Điểm hình thức:…/10 Điểm nội dung:…/10 Điểm tổng kết:…/10 Đồng ý cho sinh viên: Được bảo vệ: Không được bảo vệ:

Khánh Hòa, ngày…….tháng………năm………

Cán bộ chấm phản biện (Ký và ghi rõ họ tên)

iv

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

PHIẾU CHẤM CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ ĐỒ ÁN (Dùng cho thành viên Hội đồng bảo vệ đồ án)

1 Họ tên thành viên Hội đồng:

Chủ tịch: Thư ký: Ủy viên:

2 Tên đề tài: “Nghiên cứu chế tạo mô hình đánh lửa điều khiển điện tử trên

xe TOYOTA”

3 Họ tên sinh viên thực hiện:

(1) Hoàng Văn Hà MSSV: 56136848

(2) Nguyễn Văn Trung MSSV: 56130794

4 Ph n đánh giá và cho điểm của thành viên Hội đồng (theo thang điểm 10) a) Hình thức, bố cục bài báo cáo (sạch, đẹp, cân đối giữa các

b) Nội dung bản báo cáo (thể hiện mục tiêu, kết quả,…) ……… c) Trình bày (đ y đủ, ngắn gọn, lưu loát, không quá thời gian…) ……… d) Trả lời các câu hỏi của người chấm (đúng/sai) ……… đ) Trả lời các câu hỏi của thành viên hội đồng (đúng/sai) ………

Điểm trung bình của các cột điểm trên:……./10 (làm tròn đến 1 số lẻ)

Cán bộ chấm điểm

(Ký và ghi rõ họ tên)

v

MỤC LỤC

QUYẾT ĐỊNH i

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ii

PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii

PHIẾU CHẤM CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ ĐỒ ÁN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC HÌNH ẢNH viii

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 1 KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 2

1.1 Tổng quan về hệ thống đánh lửa cho động cơ 2

1.1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu 2

a Nhiệm vụ 2

b Yêu cầu 2

1.1.2 Sự phát triển của hệ thống đánh lửa trên ô tô 2

1.1.2.1 Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện 2

a Sử dụng vít lửa cắt dòng sơ cấp 2

a.1 Mạch điện 2

a.2 Các kiểu đánh lửa sớm trong hệ thống đánh lửa bằng vít 3

b Sử dụng cảm biến điều khiển transistor cắt dòng sơ cấp 4

b.1 Mạch điện 4

b.2 Sử dụng cảm biến điều khiển transistor cắt dòng sơ cấp 5

b.2.1 Cảm biến điện từ 6

b.2.2 Cảm biến quang 8

b.3 Cảm biến Hall 9

c Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử có bộ chia điện 9

1.1.2.2 Hệ thống đánh lửa điện tử điều khiển trực tiếp 10

1.2 Chọn hệ thống đánh lửa chế tạo mô hình 11

1.2.1 Lựa chọn hệ thống đánh lửa để chế tạo mô hình 11

a Các mô hình hiện có trong phòng thí nghiệm Bộ môn 11

a.1 Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện 11

vi

a.1.1 Sử dụng vít lửa cắt dòng sơ cấp 11

a.1.2 Sử dụng các cảm biến điều khiển transistor cắt dòng sơ cấp 11

a.1.3 Điều khiển bằng ECU – Electronic Control Unit 12

a.1.3.1 Động cơ trên xe FORD LASER 12

a.1.3.2 Động cơ trên xe TOYOTA 12

b Lựa chọn hệ thống đánh lửa để chế tạo mô hình 13

1.2.2 Hệ thống đánh lửa điều khiển điện tử trên động cơ 2NZ – FE 13

1.2.2.1 Mạch điện hệ thống đánh lửa 13

1.2.2.2 Nguyên lý hoạt động 24

Chương 2 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRỰC TIẾP TRÊN ĐỘNG CƠ 2NZ-FE 29

2.1 Các phương án, phân tích và lựa chọn chế tạo 29

2.1.1 Các phương án 29

2.1.2 Phân tích và chọn phương án 29

2.2 Phân tích và lựa chọn thiết bị dựa trên sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa động cơ 2NZ-FE 30

2.2.1 Phân tích sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa trong động cơ 2NZ-FE 30

2.2.2 Lựa chọn thiết bị chế tạo mô hình 31

2.3 Đặc tính thiết bị 31

a Cảm biến và đĩa cảm biến vị trí trục khuỷu 31

b Cảm biến và đĩa cảm biến vị trí trục cam 31

c ECM 32

d Cuộn đánh lửa (bôbin) 32

e Bugi 32

f Khóa điện 33

2.4 Thiết kế, chế tạo mô hình 33

2.4.1 Bố trí thiết bị 33

2.4.2 Chế tạo mô hình 37

2.4.2.1 Chế tạo giá đỡ thiết bị mô hình 37

a Chọn vật liệu 37

b Gia công giá đỡ 37

vii

2.4.2.2 Mô hình được lắp đặt 39

2.5 Đấu dây điện trên mô hình 40

2.6 Các yêu cầu và hướng dẫn khi sử dụng mô hình 40

a Yêu cầu trước khi sử dụng mô hình 40

b Hướng dẫn khởi động mô hình 40

2.7 Những bài thực hành trên mô hình 41

2.7.1 Bài thực hành về cấu tạo 41

2.7.2 Bài thực hành tìm nguyên nhân hư hỏng (phương pháp đánh Pan) 43 Chương 3 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 45

Chương 4 KẾT LUẬN 47

4.1 Kết luận 47

4.2 Đề xuất 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa sử dụng vít 3

Hình 1.2: Cấu tạo bộ đánh lửa sớm bằng ly tâm 3

Hình 1.3: Cấu tạo bộ đánh lửa sớm bằng chân không 4

Hình 1.4: Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điều khiển 5

Hình 1.5: Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên 6

Hình 1.6: Vị trí tương đối của rotor với cuộn nhận tín hiệu 7

Hình 1.7: Sơ đồ cảm biến điện từ loại nam chân quay cho loại động cơ 8 xylanh 7

Hình 1.8: Nguyên lý làm việc cảm biến quang 8

Hình 1.9: Hiệu ứng Hall 9

Hình 1.10: Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall 9

Hình 1.11: Sơ đồ mạch điện trong hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử 9

Sơ đồ mạch điện trong hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử có bộ chia điện được thể hiện trên hình 1.11 10

Hình 1.12: Sơ đồ hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp (DIS) 10

Hình 1.13a: Mô hình đánh lửa có bộ chia điện sử dụng vít lửa 11

Hình 1.13b: Mô hình đánh lửa có bộ chia điện sử dụng các cảm biến điều khiển transistor cắt dòng sơ cấp 11

Hình 1.13c: Mô hình đánh lửa có bộ chia điện điều khiển bằng điện tử trên xe Ford Laser 12

Hình 1.13d: Mô hình đánh lửa có bộ chia điện điều khiển bằng điện tử trên xe Toyota 12

Hình 1.14: Sơ đồ mạch đánh lửa trên động cơ 2NZ-FE 13

Hình 1.15: Sơ đồ cấu tạo và mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu 14

Hình 1.16: Sơ đồ cấu tạo và mạch điện của cảm biến vị trí trục cam 15

Hình 1.17: Sơ đồ cảm biến cánh bướm ga loại biến trở 16

Hình 1.18: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga 16

Hình 1.19: Sơ đồ cấu tạo cảm biến kích nổ 17

Hình 1.20: Đồ thị biểu diễn tần số kích nổ 17

Hình 1.21: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát 18

Hình 1.22: Sơ đồ điện của IC đánh lửa bôbin đơn 19

ix

Hình 1.23: Kết cấu bôbin có IC đánh lửa 22

Hình 1.24: Kết cấu bugi đầu dài dùng trên động cơ 2NZ-FE 23

Hình 1.25: Sơ đồ tín hiệu IGT tại thời điểm đánh lửa ban đầu 24

Hình 1.26: Sơ đồ tín hiệu IGT thời điểm đánh lửa sau khi khởi động 25

Hình 1.27: Góc đánh lửa sớm thực tế 25

Hình 1.28: Sơ đồ hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm của động cơ 27

Hình 2.1: Sơ đồ mạch đánh lửa trên động cơ 2NZ-FE 30

Hình 2.2 Cảm biến và đĩa cảm biến vị trí trục khuỷu 31

Hình 2.3 Cảm biến và đĩa cảm biến vị trí trục cam 31

Hình 2.4: Hình ảnh ECU 32

Hình 2.5: Cuộn đánh lửa trên mô hình 32

Hình 2.6: Bugi trên mô hình 32

Hình 2.7: Khóa điện dùng trên mô hình 33

Hình 2.8: Sơ đồ bố trí sơ bộ 33

Hình 2.9: Sơ đồ bố trí các thiết bị trên mô hình 34

Hình 2.10: Kích thước ECU 35

Hình 2.11: Kích thước cuộn đánh lửa lắp trên sa bàn 35

Hình 2.12: Kích thước các nút đánh ban lắp trên sa bàn 36

Hình 2.13: Kích thước cảm biến và đĩa cảm biến trục cam lắp trên sa bàn 36

Hình 2.14: Kích thước cảm biến và đĩa cảm biến trục cam lắp trên sa bàn 37

Hình 2.15: Sơ đồ gia công các thiết bị trong lần 1 38

Hình 2.16: Sơ đồ gia công các chi tiết còn lại 39

Hình 2.17: Giá đỡ sau khi lắp đặt các chi tiết xong 39

Hình 2.18: Sơ đồ đấu dây điện trên mô hình 40

Hình 2.19: Các chân tín hiệu ECU 41

Hình 2.20: Các chân tín hiệu của cuộn đánh lửa 41

Hình 2.21: Các chân tín hiệu của cảm biến vị trí trục cam 42

Hình 2.22: Các chân tín hiệu của cảm biến vị trí trục khuỷu 42

Hình 2.23: Kiểm tra cảm biến bằng đồng hồ đo Volt 42

Hình 2.24: Phương pháp kiểm tra thông mạch trên mô hình 43

Hình 3.25: Mô hình hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp động cơ 2NZ-FE của xe TOYOTA VIOS 2006 45

x

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Giá trị nguồn điện áp cung cấp cho ECU 43 Bảng 3.1 kết quả thử nghiệm đánh lỗi các chân tín hiệu của mô hình 46

1

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học – kỹ thuật, ngành ô

tô đang có những bước tiến vượt trội trong việc nghiên cứu chế tạo và sản xuất ô

tô Đưa ô tô trở thành một phương tiện giao thông đi lại quan trọng đối với sự phát triển của nền kinh tế - xã hội hiện nay Lịch sử ra đời và sự phát triển của ô

tô trải qua nhiều năm tháng với những thăng tr m để tiến tới sự hoàn thiện và tiện nghi trong việc nâng cao công suất động cơ, tăng tính kinh tế nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đảm bảo an toàn, các hãng e đã áp dụng các tiến bộ khoa học vào những chiếc xe của mình như điều khiển điện tử, công nghệ nano, Từ đó, cho ra đời những hệ thống hiện đại

Qua thời gian học tập và nghiên cứu về chuyên ngành “Công nghệ kỹ thuật

ô tô” tại trường Đại học Nha Trang, chúng em được Khoa tin tưởng và giao cho

đề tài tốt nghiệp “Chế tạo mô hình đánh lửa điều khiển điện tử trên xe TOYOTA” Đây là đề tài rất thiết thực giúp cho chúng em có cái nhìn cụ thể và sâu sắc hơn về hệ thống đánh lửa điện tử, từ đó có thể đưa ra giải pháp về các vấn đề hư hỏng thường gặp ở hệ thống đánh lửa này

Trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp, do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều nên không tránh khỏi được những thiếu sót Chúng em kính mong quý Th y Cô chỉ bảo và đóng góp ý kiến thêm để đề tài của chúng em được đ y đủ và hoàn thiện hơn

Qua đây, cho chúng em kính gửi lời cảm ơn chân thành đến các quý Th y

Cô giáo trong khoa Kỹ Thuật Giao Thông, đặc biệt là th y ThS Huỳnh Trọng Chương đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn chúng em hoàn thành đề tài

Chúng em xin trân trọng cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Hoàng Văn Hà Nguyễn Văn Trung

2

Chương 1 KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

ĐÁNH LỬA 1.1 Tổng quan về hệ thống đánh lửa cho động cơ

1.1.1 Nhiệm vụ, yêu cầu

a Nhiệm vụ

Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều thấp áp (12V, 24V) thành các ung điện cao áp (15 kV – 40 kV) Các ung điện thế cao áp này được phân bố đến bugi của các ylanh đúng thời điểm để tạo tia lửa điện cao thế đốt cháy hòa khí và phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ

Ngoài ra, hệ thống đánh lửa còn dùng để hỗ trợ khởi động động cơ được dễ dàng hơn ở nhiệt độ thấp

b Yêu cầu

Để hệ thống đánh lửa hoạt động tốt c n phải bảo đảm các yếu tố sau:

- Hệ thống đánh lửa phải sinh ra sức điện động thứ cấp đủ lớn để phóng điện qua khe hở bugi trong tất cả chế độ làm việc của động cơ;

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

đ u;

- Thời điểm đánh lửa phải tương ứng với góc đánh lửa sớm phù hợp và chính xác theo từng chế độ hoạt động của động cơ;

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

- Kết cấu đơn giản, dễ bảo dưỡng và sửa chữa;

- Hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt và tin cậy trong điều kiện nhiệt độ cao

và độ rung xóc lớn

1.1.2 Sự phát triển của hệ thống đánh lửa trên ô tô

1.1.2.1 Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện

a Sử dụng vít lửa cắt dòng sơ cấp

a.1 Mạch điện

Trên hình 1.1 thể hiện sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa sử dụng vít

3

Kiểu hệ thống đánh lửa này có cấu tạo cơ bản nhất Trong kiểu hệ thống đánh lửa này, dòng sơ cấp và thời điểm đánh lửa được điều khiển bằng cơ Dòng sơ cấp của bôbin được điều khiển cho chạy ngắt quãng qua tiếp điểm của vít lửa

Bộ chia điện sẽ phân phối điện cao áp từ cuộn thứ cấp đến các bugi

Hình 1.1: Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa sử dụng vít

Trong kiểu hệ thống đánh lửa này tiếp điểm của vít lửa c n được điều chỉnh thường xuyên hoặc thay thế Một điện trở phụ được sử dụng để giảm số vòng dây của cuộn sơ cấp, cải thiện đặc tính tăng trưởng dòng của cuộn sơ cấp và giảm đến mức thấp nhất sự giảm áp của cuộn thứ cấp ở tốc độ cao

a.2 Các kiểu đánh lửa sớm trong hệ thống đánh lửa bằng vít

Hệ thống đánh lửa bằng vít sử dụng bộ điều chỉnh đánh lửa sớm ly tâm và chân không để điều khiển thời điểm đánh lửa

Bộ điều chỉnh góc đánh lửa kiểu ly tâm: Tên gọi đ y đủ là bộ điều chỉnh góc

đánh lửa sớm theo số vòng quay kiểu ly tâm được thể hiện trên hình 1.2 Bộ điều chỉnh này làm việc tự động tùy thuộc vào tốc độ động cơ

Hình 1.2: Cấu tạo bộ đánh lửa sớm bằng ly tâm

4

Bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm bằng ly tâm cấu tạo gồm hai quả văng liên kết bằng khớp bản lề với mâm Khi tốc độ động cơ tăng, trục quay nhanh và các quả văng bị văng ra phía ngoài do lực ly tâm lớn Khi đó, các chốt trượt trong các rãnh iên đòn dẫn quay và oay cam đi một góc theo chiều quay của trục cam Cam oay đi một góc đưa tiếp điểm động mở sớm hơn, thực hiện dịch chuyển thời điểm đánh lửa sớm Ngược lại, khi tốc độ động cơ giảm, trục quay chậm, lực ly tâm trên các quả văng nhỏ, các lò xo kéo quả văng vào tâm Đòn và cam oay ngược chiều quay của cam thực hiện giảm góc đánh lửa sớm

Bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm bằng chân không

Có nhiệm vụ điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo chế độ tải trọng của động cơ Cấu tạo bộ điều chỉnh góc đánh lửa sớm bằng chân không được thể hiện trên hình 1.3 Nguyên lý làm việc của nó dựa trên độ chênh áp suất (độ chân không)

để tạo lực làm xoay mâm tiếp điểm đi một góc đối với cam điều khiển đánh lửa

Hình 1.3: Cấu tạo bộ đánh lửa sớm bằng chân không

Khi tải của động cơ nhỏ, bướm ga mở nhỏ, hỗn hợp khí hòa trộn không tốt và

c n đánh lửa sớm Độ chân không ở họng hút động cơ và ở buồng bên trái màng lớn, kéo màng và thanh kéo về phía bên phải, thực hiện đánh lửa sớm hơn khi tải trọng động cơ lớn (chế độ đã điều chỉnh) Khi bướm ga mở lớn, độ chân không tại họng hút động cơ giảm, màng bị lò o đẩy về phía bên trái, thanh kéo đưa mâm tiếp điểm trở về vị trí ban đ u

b Sử dụng cảm biến điều khiển transistor cắt dòng sơ cấp

b.1 Mạch điện

5

Trong kiểu hệ thống đánh lửa này transistor điều khiển dòng sơ cấp, để nó chạy một cách gián đoạn theo đúng các tín hiệu điện được phát ra từ bộ phát tín hiệu

Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điều khiển transistor cắt dòng sơ cấp được thể hiện trên hình 1.4

Bộ phát tín hiệu này chính là một cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên được lắp ngay trong bộ chia điện Cảm biến này sẽ điều khiển trạng thái của transistor công suất qua mạch khuếch đại trong IC đánh lửa (Igniter) để đóng ngắt dòng điện qua cuộn sơ cấp

Thông thường, trong hệ thống đánh lửa thì thường dùng cảm biến Hall, cảm biến điện từ, cảm biến quang, cảm biến từ trở Trong đó, ba loại cảm biến đ u là phổ biến nhất

Hình 1.4: Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điều khiển

transistor cắt dòng sơ cấp

1 Accu; 2 Khóa điện; 3 Bôbin; 4 Transistor; 5 Bộ chia điện;

6 Cảm biến điện từ; 7 Bugi

b.2 Sử dụng cảm biến điều khiển transistor cắt dòng sơ cấp

Cảm biến sử dụng trong điều khiển transistor cắt dòng sơ cấp trên hệ thống đánh lửa của ô tô có 3 loại

- Cảm biến điện từ;

- Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên

Sơ đồ cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên trong điều khiển transistor cắt dòng sơ cấp của hệ thống đánh lửa có bộ chia điện được thể hiện ở hình dưới đây (hình 1.5)

Hình 1.5: Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên

Cảm biến được đặt trong delco bao gồm một rotor có số răng cảm biến tương ứng với số xylanh động cơ, một cuộn dây quấn quanh một lõi sắt từ cạnh một thanh nam châm vĩnh cữu Cuộn dây và lõi sắt được đặt đối diện với các răng cảm biến rotor và được cố định trên vỏ delco Khi rotor quay, các răng cảm biến

sẽ l n lượt tiến lại g n và lùi ra xa cuộn dây

Khi răng cảm biến của rotor đối diện với lõi thép, độ biến thiên của từ trường bằng 0 và sức điện động trong cuộn cảm biến nhanh chóng giảm về 0 Khi rotor

đi a ra lõi thép, từ thông qua lõi thép giảm d n và sức điện động xuất hiện trong cuộn dây cảm biến có chiều ngược lại Hiệu điện thế sinh ra ở hai đ u dây cuộn cảm biến phụ thuộc vào tốc độ của động cơ

7

Ở chế độ khởi động, sức điện động phát ra chỉ vào khoảng 0,5V Ở tốc độ cao

nó có thể lên đến vài chục volt

Hình 1.6 thể hiện vị trí tương đối của rotor với cuộn nhận tín hiệu ở những vị trí khác nhau

Cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên có ưu điểm là rất bền, xung tín hiệu có dạng nhọn nên ít ảnh hưởng đến sự sai lệch về thời điểm đánh lửa Tuy nhiên, ung điện áp ra ở chế độ khởi động nhỏ, vì vậy ở đ u vào của Igniter phải

sử dụng transistor có độ nhạy cao và phải chống nhiễu cho dây tín hiệu

Hình 1.6: Vị trí tương đối của rotor với cuộn nhận tín hiệu

- Cảm biến điện từ loại nam châm quay

Sơ đồ cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên trong điều khiển transistor cắt dòng sơ cấp của hệ thống đánh lửa có bộ chia điện được thể hiện ở hình dưới đây (hình 1.7)

Hình 1.7: Sơ đồ cảm biến điện từ loại nam chân quay cho loại động cơ 8 xylanh

1 Rôto nam châm ; 2 Lõi thép từ; 3 Cuộn dây cảm biến

8

Nam châm được gắn trên rotor, còn cuộn dây cảm biến được quấn quanh một lõi thép và cố định trên vỏ delco Khi nam châm quay, từ trường xuyên qua cuộn dây biến thiên tạo nên một sức điện động sinh ra trong cuộn dây Do từ trường qua cuộn dây đổi dấu nên sức điện động sinh ra trong cuộn dây lớn

b.2.2 Cảm biến quang

Cảm biến quang bao gồm hai loại khác nhau chủ yếu ở ph n tử cảm quang:

- Loại sử dụng một cặp LED – photo transistor;

- Loại sử dụng một cặp LED – photo diode

Ph n tử phát quang (LED – Lighting Emision Diode) và ph n tử cảm quang (photo transistor hoặc photo diode) được đặt trong delco Đĩa cảm biến được gắn vào trục của delco và có số rãnh tương ứng với số ylanh động cơ

Điểm đặc biệt của hai loại ph n tử cảm quang này là khi có dòng ánh sáng chiếu vào, nó sẽ trở nên dẫn điện và ngược lại, khi không có dòng ánh sáng nó

sẽ không dẫn điện Độ dẫn điện của chúng phụ thuộc vào cường độ dòng ánh sáng và hiệu điện thế giữa hai đ u của ph n tử cảm quang

Sơ đồ cảm biến quang điều khiển transistor cắt dòng sơ cấp trong hệ thống đánh lửa có bộ chia điện được thể hiện trên hình 1.8

Hình 1.8: Nguyên lý làm việc cảm biến quang

Khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng phát ra từ đèn LED sẽ bị ngắt quãng làm ph n tử cảm quang dẫn ngắt liên tục, tạo ra các ung vuông dùng làm tín hiệu điều khiển đánh lửa

Hình 1.10: Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall

c Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử có bộ chia điện

Hình 1.11: Sơ đồ mạch điện trong hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử

có bộ chia điện

10

Sơ đồ mạch điện trong hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử có bộ chia điện được thể hiện trên hình 1.11.

Trong kiểu hệ thống đánh lửa này không sử dụng bộ đánh lửa sớm chân không và

ly tâm Thay vào đó, bộ điều khiển điện tử (ECU) có chức năng sẽ điều khiển góc đánh lửa sớm một cách lý tưởng nhất phù hợp với từng chế độ hoạt động của động

cơ

1.1.2.2 Hệ thống đánh lửa điện tử điều khiển trực tiếp

(Direct Ignition System – DIS)

Sơ đồ hệ thống đánh lửa điều khiển điện tử trực tiếp (DIS) được thể hiện trên hình 1.12

Hình 1.12: Sơ đồ hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp (DIS)

Trong hệ thống đánh lửa trực tiếp, bộ chia điện không còn được sử dụng nữa Thay vào đó, hệ thống DIS cung cấp mỗi bôbin cho một bugi đánh lửa độc lập cho mỗi xylanh hoặc có thể dùng mỗi bôbin cho từng cặp bugi đánh lửa Vì hệ thống này không c n sử dụng bộ chia điện hoặc dây cao áp nên nó có thể giảm tổn thất năng lượng trong khu vực cao áp và tăng độ bền Đồng thời nó cũng giảm đến mức tối thiểu nhiễu điện từ, bởi vì không sử dụng tiếp điểm trong khu vực cao áp Chức năng điều khiển thời điểm đánh lửa được thực hiện thông qua việc sử dụng ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử) ECU của động cơ nhận được các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, tính toán thời điểm đánh lửa, truyền tín hiệu đánh lửa đến IC đánh lửa Thời điểm đánh lửa được tính toán liên tục theo

11

điều kiện của động cơ, dựa trên giá trị thời điểm đánh lửa tối ưu đã được lưu giữ trong máy tính, dưới dạng một bản đồ ESA So với điều khiển đánh lửa cơ học của các hệ thống thông thường thì phương pháp điều khiển bằng ESA có độ chính ác cao hơn và không c n phải đặt lại thời điểm đánh lửa Kết quả là hệ thống này giúp cải thiện tiết kiệm nhiên liệu và tăng công suất phát ra

1.2 Chọn hệ thống đánh lửa chế tạo mô hình

1.2.1 Lựa chọn hệ thống đánh lửa để chế tạo mô hình

a Các mô hình hiện có trong phòng thí nghiệm Bộ môn

a.1 Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện

a.1.1 Sử dụng vít lửa cắt dòng sơ cấp

Mô hình đánh lửa có bộ chia điện - sử dụng vít lửa cắt dòng sơ cấp (hình 1.13a)

Hình 1.13a: Mô hình đánh lửa có bộ chia điện sử dụng vít lửa

a.1.2 Sử dụng các cảm biến điều khiển transistor cắt dòng sơ cấp

Hình 1.13b: Mô hình đánh lửa có bộ chia điện sử dụng các cảm biến điều khiển

transistor cắt dòng sơ cấp

Mô hình đánh lửa có bộ chia điện - sử dụng các cảm biến điều khiển transistor cắt dòng sơ cấp (hình 1.13b)

12

a.1.3 Điều khiển bằng ECU – Electronic Control Unit

a.1.3.1 Động cơ trên xe FORD LASER

Mô hình đánh lửa có bộ chia điện - điều khiển bằng ECU trên động cơ xe FORD LASER được thể hiện trên hình 1.13c

Hình 1.13c: Mô hình đánh lửa có bộ chia điện điều khiển bằng điện tử trên xe Ford

Laser

a.1.3.2 Động cơ trên xe TOYOTA

Mô hình đánh lửa có bộ chia điện - điều khiển bằng ECU trên động cơ xe TOYOTA được thể hiện trên hình 1.13d

Hình 1.13d: Mô hình đánh lửa có bộ chia điện điều khiển bằng điện tử trên xe Toyota

13

b Lựa chọn hệ thống đánh lửa để chế tạo mô hình

Phòng thí nghiệm Bộ môn Kỹ thuật Ô tô đã có các mô như:

- Mô hình đánh lửa có bộ chia điện sử dụng vít lửa;

- Mô hình đánh lửa có bộ chia điện sử dụng các cảm biến điều khiển transistor cắt dòng sơ cấp;

- Mô hình đánh lửa có bộ chia điện lửa điều khiển bằng điện tử

Như vậy, trong phòng thí nghiệm Bộ môn Kỹ thuật Ô tô chưa có “Hệ thống

đánh lửa điều khiển bằng điện tử trực tiếp”

Nên, chọn “hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử trực tiếp trên động

cơ 2NZ - FE” trên xe TOYOTA VIOS 2006 để chế tạo

1.2.2 Hệ thống đánh lửa điều khiển điện tử trên động cơ 2NZ – FE

1.2.2.1 Mạch điện hệ thống đánh lửa

Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa được thể hiện trên hình 1.14

Hình 1.14: Sơ đồ mạch đánh lửa trên động cơ 2NZ-FE

14

- Accu

Accu có nhiệm vụ cung cấp dòng điện một chiều, điện áp 12V đến ECM và bôbin đánh lửa Có hai loại accu để cung cấp điện là accu axit và accu kiềm, nhưng thông dụng nhất là accu axit vì so với accu kiềm nó có sức điện động của mỗi cặp bản cực cao hơn, có điện trở nhỏ hơn

- Khóa điện

Khóa điện có chức năng đóng mở dòng điện từ accu đi đến các thiết bị tải điện

và bảo vệ mạch điện Ngoài ra khóa điện còn có chức năng khởi động động cơ

- Các cảm biến tạo tín hiệu

+ Cảm biến vị trí trục khuỷu - NE (vòng quay động cơ)

Đĩa tạo tín hiệu Ne được làm liền với puly trục khuỷu và có 34 răng

Chuyển động quay của đĩa tạo tín hiệu sẽ làm thay đổi khe hở không khí giữa các răng của đĩa và cuộn nhận tín hiệu Ne, điều đó tạo ra tín hiệu Ne

ECU sẽ ác định khoảng thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản dựa vào tín hiệu này Khi răng càng ra a cực nam châm thì khe hở không khí càng lớn nên từ trở cao, do đó từ trường yếu đi Tại vị trí đối diện, khe hở nhỏ nên từ trường mạnh, tức là có đường sức từ cắt ngang, trong cuộn dây sẽ xuất hiện một dòng điện xoay chiều, đường sức từ qua nó càng nhiều thì dòng điện phát sinh càng lớn

Sơ đồ cấu tạo và mạch điện của cảm biến vị trí trục khuỷu được thể hiện như trên hình 1.15

Hình 1.15: Sơ đồ cấu tạo và mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu

1 Cuộn dây; 2 Thân cảm biến;; 3 Lớp cách điện;

4 Giắc cắm; 5 Roto tín hiệu; 6 Cuộn dây cảm biến

+ Cảm biến vị trí trục cam - G

Đĩa tạo tín hiệu G được làm liền với puly trục cam và có 4 răng tương ứng với

4 xylanh Chuyển động quay của đĩa tạo tín hiệu sẽ làm thay đổi khe hở không khí giữa các răng của đĩa và cuộn nhận tín hiệu G, điều đó tạo ra tín hiệu G Tín hiệu G được gửi đến ECU giúp ECU ác định xylanh nào đang ở kỳ nổ, hệ thống máy tính trên xe sẽ so sánh vị trí quay của trục cam so với trục khuỷu thông qua cảm biến vị trí trục cam ECU sẽ dùng thông tin này để điều khiển thời điểm đánh lửa Vì vậy, cảm biến này ảnh hưởng đến các yếu tố như tiết kiệm nhiên liệu, kiểm soát lượng khí thải và công suất động cơ

Có hai loại cảm biến đó là loại điện từ và Hall Cả hai loại trên đều truyền tín hiệu điện áp đến ECU động cơ Loại cảm biến điện từ sẽ tạo ra xung có dạng hình sin còn loại Hall sẽ tạo ra xung vuông

Sơ đồ cấu tạo và mạch điện của cảm biến trục cam được thể hiện như trên hình sau (hình 1.16)

Hình 1.16: Sơ đồ cấu tạo và mạch điện của cảm biến vị trí trục cam

+ Cảm biến vị trí bướm ga (Throttle position sensor)

Cảm biến vị trí bướm ga được lắp ở trên trục cánh bướm ga Cảm biến này đóng vai trò chuyển vị trí góc mở cánh bướm ga thành tín hiệu điện thế gửi đến ECU

Hình 1.17: Sơ đồ cảm biến cánh bướm ga loại biến trở

Có nhiều loại cảm biến vị trí bướm ga, tùy theo yêu c u và thiết kế trên các đời e ta thường có các loại: Loại công tắc, loại biến trở, loại có thêm các giắc phụ Trên động cơ 2NZ-FE sử dụng cảm biến vị trí bướm ga loại biến trở

Loại này có cấu tạo gồm hai con trượt, ở đ u mỗi con trượt được thiết kế có các tiếp điểm cho tín hiệu c m chừng và tín hiệu góc mở cánh bướm ga (hình 1.17)

Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga thể hiện trên hình 1.18

Hình 1.18: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga

17

Một điện áp không đổi 5V từ ECU cung cấp đến cực VC Khi cánh bướm ga

mở, con trượt trượt dọc theo điện trở và tạo ra điện áp tăng d n ở cực VTA tương ứng với góc mở cánh bướm ga Khi cánh bướm ga đóng hoàn toàn, tiếp điểm c m chừng nối cực IDL với cực E2 đưa tín hiệu đến các hộp điều khiển khác

+ Cảm biến kích nổ (knock sensor)

Hình 1.19: Sơ đồ cấu tạo cảm biến kích nổ.

1 Đáy cảm biến; 2 Tinh thể thạch anh; 3 Khối lượng quán tính;

Cảm biến kích nổ thường được chế tạo bằng vật liệu áp điện Nó thường được gắn trên thân xylanh hoặc nắp máy để cảm nhận xung kích nổ phát sinh trong động cơ và gửi tín hiệu này tới ECU làm trễ thời điểm đánh lửa nhằm ngăn chặn hiện tượng kích nổ Sơ đồ cấu tạo được thể hiện trên hình 1.19

Thành ph n áp điện trong cảm biến kích nổ được chế tạo bằng tinh thể thạch anh, là vật liệu khi có áp lực sẽ sinh ra điện áp Ph n tử áp điện được thiết kế có kích thước với t n số riêng (hình 1.20) trùng với t n số rung của động cơ khi có hiện tượng kích nổ để xảy ra hiệu ứng cộng hưởng (f = 7 KHz)

Hình 1.20: Đồ thị biểu diễn tần số kích nổ

18

Như vậy, khi có kích nổ, tinh thể thạch anh sẽ chịu áp lực lớn nhất và sinh ra một điện áp Tín hiệu điện áp này có giá trị nhỏ hơn 2,4V Nhờ tín hiệu này, ECU động cơ nhận biết hiện tượng kích nổ và điều chỉnh giảm góc đánh lửa cho đến khi không còn kích nổ ECU động cơ có thể điều chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại

+ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát dùng để ác định nhiệt độ động cơ Có cấu

tạo là một nhiệt điện trở hay là một diode. Hình 1.21 thể hiện cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát loại nhiệt điện trở

Hình 1.21: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Nhiệt điện trở là một ph n tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ Nó được làm từ vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm Khi nhiệt độ tăng thì điện trở giảm và ngược lại sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp được gửi đến ECU trên nền tảng c u phân áp

Nguyên lý làm việc: Khi động cơ hoạt động, cảm biến nhiệt độ nước làm mát thường xuyên theo dõi và báo cáo về cho ECU biết tình hình nhiệt độ nước làm mát của động cơ Nếu nhiệt độ thấp (động cơ mới khởi động) thì ECU sẽ lệnh cho hệ thống phun thêm ăng khi động cơ còn nguội Cũng thông tin về nhiệt độ nước làm mát, ECU sẽ thay đổi thời điểm đánh lửa cho phù hợp với nhiệt độ động cơ

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát thường được gắn ở thân máy, g n bọng nước làm mát Một số trường hợp, cảm biến này được lắp trên nắp máy

19

+ Cảm biến oxy (Oxygen sensor)

Cảm biến o y được dùng để ác định thành ph n hòa khí tức thời của động cơ đang hoạt động Nó phát ra một tín hiệu điện thế gửi về ECU để điều chỉnh tỷ lệ hòa khí thích hợp trong một điều kiện làm việc nhất định

Cảm biến o y được gắn ở đường ống thải Có hai loại cảm biến oxy, khác nhau chủ yếu ở vật liệu chế tạo

- Chế tạo từ dioxide zirconium (ZrO2);

- Chế tạo từ dioxide titanium (TiO2)

- IC đánh lửa

IC đánh lửa là mạch điện tử tích hợp từ các linh kiện điện tử như transistor, diot, tụ điện, các con điện trở, để điều khiển đóng ngắt dòng sơ cấp và tạo ra tín hiệu ngược IGF về cho ECU

IC đánh lửa trên động cơ 2NZ-FE được làm thành một cụm chi tiết với bôbin đánh lửa nên kết cấu đơn giản, gọn nhẹ

IC đánh lửa thực hiện một cách chính xác sự đóng và ngắt dòng sơ cấp đi vào cuộn đánh lửa, phù hợp với tín hiệu IGT do ECU động cơ phát ra

Mạch IC đánh lửa trên động cơ 2NZ-FE mà ta đang khảo sát có 4 chân giao tiếp, đó là các chân: +B, GND, IGT, IGF.Trong đó, chân +B nối với accu, chân GND nối với mass, chân IGT và IGF nối với ECU động cơ Hình 1.232 thể hiện

sơ đồ điện của một IC đánh lửa bôbin đơn

Hình 1.22: Sơ đồ điện của IC đánh lửa bôbin đơn

1 Mạch điện tử tạo tín hiệu IGF; 2 Mạch đánh lửa