MỤC LỤC

MỤC LỤC ......................................................................................................................1

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 U_đl................................................................................... 26

2.4.3. Góc đánh lửa sớm q_đl.......................................................................................... 26

2.4.4. Hệ số dự trữ K_dt.................................................................................................... 27

2.4.5. Năng lượng dự trữ W_dt... ..................................................................................... 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 ngành động 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 suất động cơ, giảm được suất tiêu hao nhiên liệu và đặc biệt là ô nhiễm môi trường do khí thải 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 cụ thể hơn, sâu sắc hơn về vấn đề này. Đây cũng là lý do mà đã khiến em chọn đề tài này làm đề tài tốt nghiệp với mong muốn góp phần nghiên cứu sâu hơn về hệ thống đánh lửa trên động cơ xăng, để từ đó có thể đưa ra được các giải pháp về các vấn đề hư hỏng 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 khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô giáo trong bộ môn chỉ bảo để đồ án của em được 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 đã tận tình dạy bảo em trong suốt năm năm học vừa qua.

   Em xin cảm ơn thầy giáo:ThS………...….. đã nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất.

                                                                                                               …….,  ngày…. tháng …. năm 20….

                                                                                                                 Sinh viên thực hiện

                                                                                                                 …………………

CÁC KÝ 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 nhiên liệu 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 tiếp điểm cơ khí bằng hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử trên các loại xe đời mới hiện nay.

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

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

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 với các hệ thống đánh lửa đời cũ.

- Nắm vững cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên động cơ 2GR- FE và từ đó làm tiền đề để nghiên cứu các hệ thống đánh lửa của các động cơ khác.

- Giúp sinh viên tự tin hơn lúc mới ra trường chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế về các 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 tạo nên 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, tạo điều 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) gồm hai 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 hệ thống 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 cháy hỗn 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 hiện ngắn < 10^-6 s, tần số cao 10⁶ ¸ 10⁷ hz, có tiếng nổ lách tách và gây ra nhiễu xạ vô tuyến. 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:

           [ w.s]                                                     (2.1).  

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

             U_đl- 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 cuộn dây sinh ra. Tia lửa điện cảm có màu vàng hoặc tím nhạt, cường độ dòng điện nhỏ khoảng 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:

          [W.s]                                                      (2. 2).

Trong đó:        L:   Điện cảm của mạch điện.

                I_ng: 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 chia làm ba giai đoạn: Quá trình tăng trưởng của dòng sơ cấp hay còn gọi là quá trình tích luỹ năng lượng, quá trình ngắt dòng sơ cấp và quá trình xuất hiện tia lửa điện ở cực Bugi.

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

Hình 2-1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa

Trong sơ đồ trên gồm có:

R_f: Điện trở phụ.

R₁: Điện trở cuộn sơ cấp.

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

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

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

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 ® K_đ ® R_f ® W₁ ® Cần tiếp điểm 2 ® KK' ® (-)AQ

Dòng điện này tăng từ không đến một giá trị giới hạn xác định bởi điện trở của mạch 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 giai đoạn gia tăng dòng sơ cấp ta có thể viết phương trình sau:

U_ng + e_L1 = i₁.R₁                                        (2. 3).

Trong đó:      U_ng            - Thế hiệu của nguồn điện (ắc quy hoặc máy phát) [V].

e_L1            - SĐĐ tự cảm trong cuộn sơ cấp [V].

R₁             - Điện trở thuần của mạch sơ cấp [W].

Mà:                                                          (2. 4).

Giải phương trình vi phân (2.3) ta xác định được:

                                          (2.5).

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

                       - Hằng số thời gian của mạch sơ cấp.

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

                                                             (2.6).

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

Khi t=¥ (tiếp điểm đóng rất lâu) thì:  

                                               (2. 7).                              

Từ các biểu thức trên ta thấy rõ rằng, tốc độ gia tăng dòng sơ cấp  phụ thuộc vào giá trị U_ng và L₁. L­₁ càng lớn thì tốc độ tăng dòng sơ cấp càng giảm. Tốc độ này có giá trị cực đại vào thời điểm tiếp điểm bắt đầu đóng (t=0).

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 bao giờ giảm đến không. Vì thời gian tiếp điểm đóng ngắn nên dòng sơ cấp không kịp đạt giá trị ổn định.

Giá trị cực đại mà dòng sơ cấp có thể đạt được (i_1max) phụ thuộc vào điện trở mạch sơ cấp và thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng. Thay giá trị t= t_đ vào phương trình (2.5), ta xác định được:

                                         (2. 8).

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 cấp chậm hơn so với bobine xe đời mới có độ tự cảm nhỏ đường (2). Chính vì điều này làm cho lửa yếu lúc xe có tốc độ cao. Trên xe đời mới đã được khắc phục nhờ sử dụng bobine có độ tự cảm nhỏ.

Trong đó:            I_1ng       - Giá trị dòng sơ cấp khi tiếp điểm mở [A]

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

Nếu ký hiệu      là thời gian đóng tiếp điểm tương đối (ở đây:     T_ck = (t_đ + t_m); t_m - Thời gian tiếp điểm ở trạng thái mở) thì thời gian tiếp điểm đóng có thể xác định theo công thức:

                                                     (2. 9).

Trong đó:

                                 - Tần số đóng mở của tiếp điểm

Biểu thức này có thể chứng minh với lập luận như sau: Trong 2 vòng quay của trục khuỷu, tức là trong  thời gian (60/n_e)x 2 giây, tiếp điểm phải đóng mở Z lần để thực hiện đánh lửa. Vậy trong thời gian 1 giây tiếp điểm cần phải đóng mở [Z/(120/n_e)] hay f=(n_eZ/120));

            Z - Số xi lanh của động cơ 4 kỳ.

            ne - Số vòng quay của động cơ.

Cuối cùng ta có:

                          (2. 10).

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

- Giá trị dòng I_1ng phụ thuộc các thông số của mạch sơ cấp (R₁ và L₁).

-  I_1ng giảm đi khi tăng số vòng quay và số xi lanh động cơ.

- I_1ng tăng lên khi tăng thời gian đóng tiếp điểm tương đối, thời gian này được ấn định bởi dạng cam và việc điều chỉnh tiếp điểm. Thường t_đ không thể làm tăng quá 0,63 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 đột ngột. 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 sơ cấp và thứ cấp. Để tính toán hiệu điện thế thứ cấp cực đại ta sử dụng sơ đồ tương đương sau.

R_m: Điện trở mất mát.

R_r­: Điện trở rò qua điện cực bougie

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 tự cảm xuất hiện trên dòng sơ cấp lúc transistor công suất ngắt, năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn sơ cấp của bobine được chuyển thành năng lượng điện trường trên tụ điện C₁ và C₂ và một phần mất mát. Để xác định hiệu điện thế thứ cấp cực đại U_2m ta lập phương trình cân bằng lúc transistor công suất ngắt:

                                 (2.11).

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

C₂: Điện dung ký sinh của mạch thứ cấp.

U_1m, U_2m: Hiệu điện thế sơ cấp, thứ cấp lúc transistor công suất ngắt.

Q: Tổn thất dưới dạng nhiệt.

U_2m= k_bb. U_1m

K_bb= W₁/W₂: Hệ số biến áp của bobine.

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

Mà:                                         (2.12).

Sau khi biến đổi ta nhận được:

                                       (2.13).

h': Hệ số tính đến sự giảm U₂ do tổn thất năng lượng dưới dạng nhiệt trong cả hai mạch sơ cấp và thứ cấp (h'=0,75...0,85).

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 100300 V.

2.2.3. Quá trình phóng điện ở điện cực bugi.

Khi thế hiệu U₂ vừa đạt đến giá trị U_đl, đủ để xuyên qua khe hở giữa các điện cực của bugi, thì ở đó sẽ xuất hiện tia lửa điện cao thế (hình 2-6). Khi xuất hiện tia lửa điện thì U₂ giảm đột ngột trước khi kịp đạt giá trị cực đại.

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 có hai 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 10000^OC. Thế hiệu cao và dòng điện phóng rất lớn  nên công suất tức thời của nó cũng khá lớn (có thể đạt đến hàng chục kW). Tuy nhiên, thời gian tồn tại tia lửa này rất ngắn (<1ms)  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 lớn tới (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. Vì tia lửa xuất hiện trước khi U₂ đạt giá trị cực đại, nên phần tia lửa điện dung chỉ tiêu tốn một phần năng lượng của từ trường tích luỹ trong biến áp đánh lửa là:

                                                                (2. 14).

Trong đó:                       .                                                        (2. 15).

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

.                                                              (2. 16).

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

Đuôi lửa có tác dụng tốt khi khởi động động cơ nguội. Vì khi khởi động nhiên liệu bốc hơi kém, khó cháy. Nên khi nhiên liệu đã bén lửa của phần điện dung, nó sẽ bốc hơi 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 châm ngòi gây nổ hỗn hợp khí- nhiên liệu. Theo phân loại hệ thống đánh lửa như trên và để hiểu rõ hơn về quá trình phát triển của hệ thống đánh lửa. Sau đây em xin giới thiệu một số hệ thống đánh lửa từ lúc mới ra đời của động cơ đốt trong cho đến nay, hệ thống 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:

Hình  2-7 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa thường

1.Trục cam, 2. cần tiếp điểm, 3. Biến áp đánh lửa, 4. Bộ chia điện, 5. Bugi.

- Bình ắc quy: Là nguồn điện thường trực trên ôtô, cung cấp cho các nguồn phụ tải như máy khởi động, đền còi..v.v..tích luỹ điện năng do máy phát điện nạp vào.

- Khoá công tắc: Để nối hay ngắt dòng điện sơ cấp của hệ thống khi cần khởi động hay tắt máy.

- Biến áp đánh lửa: Có hai cuộn dây ; cuộn sơ cấp W₁ có khoảng 250 ...400 vòng, cuộn thứ cấp W₂  có khoảng 19000....26000 vòng.

- Bộ chia điện: Cắt và nối dòng điện sơ cấp gây nên biến thiên từ thông trong Bobine làm cho cuộn thứ cấp cảm ứng điện cao thế. Bộ chia điện còn có công dụng chia dòng điện cao thế cho các Bugi vào đúng thời điểm. Cam của bộ chia điện  được dẫn động quay từ trục phân phối làm nhiệm vụ đóng mở tiếp điểm KK^’­ tức là nối ngắt mạch 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 tạo nên một từ trường khép mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa.

- Khi KK^’ mở: Mạch sơ cấp bị ngắt, dòng i₁ và từ trường do nó tạo nên mất.

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

Khi KK^’ mở, trong cuộn W₁ cũng xuất hiện suất điện động tự cảm khoảng 200..300V. Tụ C­­₁ mắc song song với tiếp điểm với mục đích tích điện từ các tia lửa ở các tiếp điểm bảo vệ các tiếp điểm không bị cháy rổ..đồng thời tụ C₁ sẽ phóng dòng điện 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.

2.3.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn.

Hệ thống đánh lửa thường còn nhiều hạn chế trong quá trình sử dụng, như hiệu điện thế đánh lửa không lớn, không đáp ứng dòng điện cho quá trình tăng tốc, hơn nữa do cơ cấu điều khiển bằng cơ khí nên trong quá trình sử dụng sẽ có nhiều hư hỏng …

Vậy nên ngày nay hầu hết các ô tô đều được trang bị hệ thống đánh lửa bán dẫn vì loại này còn có ưu điểm là tạo được tia lửa mạnh ở điện cực bougie, đáp ứng tốt các chế độ làm việc của động cơ, tuổi thọ cao…. Quá trình phát triển hệ thống đánh lửa điện tử cũng được chế tạo, cải tiến với nhiều loại khác nhau, song có thể chia thành hai loại chính sau:

- Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp, gồm có: Hệ thống đánh lửa bán dẫn 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 đánh lửa 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 bằng vít điều khiển hoặc dùng một cảm biến để điều khiển (Cảm biến điện từ, cảm biến Quang, cảm biến Hall). Để hiểu rõ hơn về hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp 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 (Photo Transistor hoặc photo diode) được đặt trong bộ chia điện. Đĩa của cảm biến được gắn trên 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 và ngược lại khi không có ánh sáng đi qua nó sẽ không dẫn điện. Độ dẫn điện của nó phụ thuộc vào cường độ ánh sáng và hiệu điện thế giữa hai đầu cực của phần tử cảm quang.

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

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

Khi đĩa cảm biến quay đến vị trí đĩa chắn ánh sáng từ LED D₁ sang photo Transistor T₁ làm T₁ bị ngắt, làm cho các Transistor T₂, T₃, T₄ ngắt theo, còn T₅ dẫn cho dòng điện qua cuộn sơ cấp sau đó đến vị trí masse. Khi đĩa cảm biến cho dòng ánh sáng đi qua T₁ sẽ ở trạng thái dẫn, đồng thời T₂, T₃, T₄ cũng dẫn theo, T₅ lúc này ở trạng thái đóng, làm cho dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột. Do dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột nên trên cuộn thứ cấp xuất hiện một hiệu điện thế có giá trị 25¸35KV, hiệu điện thế này qua bộ chia điện để đến các bugi sinh ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp khí -nhiên liệu theo đúng thứ làm việc của các xilanh.

* Ưu, nhược điểm của hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm so với hệ thống đánh lửa thường:

+ Ưu điểm:

 - Có thể đồng hoá hệ thống đánh lửa chung cho các loại động cơ ôtô khác nhau.

- Điện thế thứ cấp U₂= 25÷50kV ở mọi chế độ làm việc của động cơ.

- Nếu là loại tiếp điểm điều khiển thì dòng điện qua tiếp điểm điều khiển khi ngắt mạch không quá 1A, do đó tiếp điểm làm việc được bảo đảm, còn dòng điện sơ cấp I₁ ngắt có thể đạt đến 7÷ 25 A và hơn nữa.

- Với hệ thống đánh lửa bán dẫn động cơ tăng tốc rất nhanh và điều hoà, không có sự ngắt quãng trong làm việc.

- Nhiên liệu được đốt cháy hết ở cả số vòng quay thấp và số vòng quay cao, do đó tiết kiệm nhiên liệu được 10%.

- Ít phải chăm sóc bảo dưỡng.

+ Nhược điểm: - Giá thành còn khá cao vì sử dụng nhiều linh kiện bán dẫn.

- Đôi khi sơ đồ phức tạp và suất tiêu hao năng lượng riêng cho hệ thống đánh lửa lớn (khoảng gấp đôi hệ thống đánh lửa thường).

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 mới hiện 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 quyết được nhiều hạn chế mà hệ thống đánh lửa thường còn tồn tai, cũng như đảm bảo được yêu cầu của hệ thống đánh lửa. Tuy nhiên hệ thống đánh lửa bán dẩn có vít làm tiếp điểm hay sử dụng các cảm cũng còn những hạn chế như, với hệ thống còn có tiếp điểm 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 biến không kịp thời với chế độ động cơ.

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

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 trên các tín hiệu của cảm biến nên hệ thống đánh lửa này loại bỏ hoàn toàn các cơ điều chỉnh đánh lửa sớm trước đây như cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa sớm ly tâm, cơ cấu điều chỉnh bằng chân không, cơ cấu điều chỉnh theo trị số ốc tan của xăng. Hệ thống đánh 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 thế acquy, 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 và giảm 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 lửa điều 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 đánh lửa 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 đánh lửa điều chỉnh theo một chương trình trong bộ nhớ của ECU, sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến như cảm biến tốc độ NE, cảm biến vị trí trục khuỷu G, cảm biến nhiệt độ khí nạp...

Hình 2-11 Sơ đồ hệ thống đánh lửa điện tử ESA dùng bộ chia điện

ECU sẽ phát ra tín hiệu đánh lửa cho IC đánh lửa để điều khiển việc đánh lửa, tạo tia lưả phân phối đến các bugi theo thứ tự làm việc và các chế độ tương ứng của các xilanh thông qua bộ chia điện. Sơ đồ mạch điện của hệ thống đánh lửa điện tử sử dụng bộ chia như hình 2-11.

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

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

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

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

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

Hệ thống đánh lửa không dùng bộ chia điện hay hệ thống đánh lửa trực tiếp cũng là hệ thống đánh lửa có góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng một chương trình lưu trong bộ nhớ của ECU. Trong đó các biến áp đánh lửa được sử dụng cho từng bugi hoặc cho từng cặp bugi. Hệ thống đánh lửa này có những ưu điểm sau:

- Bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu cách điện tốt như bộ phân phối, chổi than, nắp chia điện.

- Không có sự đánh lửa giữa 2 dây cao áp gần nhau khi xảy ra hiện tượng đánh lửa sớm (xảy ra với động cơ nhiều xilanh).

- Dây cao áp ngắn hoặc không có dây cao áp nên giảm sự mất mát năng lượng, giảm điện dung ký sinh và giảm nhiễu vô tuyến mạch thứ cấp.

- Không còn mỏ quẹt nên không còn khe hở giữa mỏ quẹt và dây cao áp.

- Loại bỏ dược những hư hỏng thường gặp do hiện tượng phóng điện trên mach cao áp và giảm chi phí bảo dưỡng.

b2, Phân loại, cấu tạo và hoạt động của hệ thống đánh trực tiếp.

Hệ thống đánh lửa trực tiếp được chia làm hai loại sau:

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

Hệ thống đánh lửa được trình bày ở hình dưới gồm có: ECU, igniter và ba bobine cho động cơ 6 xylanh.

Sơ đồ mạch điện đánh lửa sử dụng biến áp cho từng bugi đánh lửa.

Hình 2-12 Sơ đồ điều chỉnh góc đánh lửa sớm của hệ thống đánh lửa sớm trực tiếp loại bobine đôi

Sau khi nhận được các tín hiệu cần thiết, bộ xử lý trung tâm sẽ dựa vào các tín hiệu ngõ vào, tính toán thời điểm đánh lửa và đưa đến igniter ba xung IGT, IGDA, IGDB. Xung IGT quyết định góc đánh lửa sớm được đưa vào 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 mà igniter 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 phát tín 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

Trong trường hợp xung IGDA ở mức thấp (0), xung IGDB ở mức cao (1), mạch xác định xylanh sẽ phân phối xung IGT đến đóng ngắt transistor T₁. Khi transistor T₁ 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 IGF hồi 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 tiếp bobine đơn còng có ưu điểm hơn là: Không bị lãng phí dòng điện phóng mà ở hệ thống đánh lửa bobine đôi cùng phóng một lúc còn tồn tại. Vậy nên làm cho các bộ phận chi tiết trong buồng cháy sẽ bền hơn.

Hệ thống đánh lửa DIS này phân phối trực tiếp điện cao áp đến các bugi mà không dùng bộ chia điện. Do sử dụng mỗi biến áp cho mỗi bugi nên tần số hoạt động của 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.

Nguyên lí hoạt động: ECU động cơ nhận các tín hiệu từ các cảm biến của động cơ sau đó xử lí đưa ra các tín hiệu vào các Transitor công suất để tạo ra các tín hiệu IGT. Các tín hiệu IGT được gửi đến IC đánh lửa theo thứ tự nổ của động cơ.

Cuộn sơ cấp của các biến áp đánh lửa này rất nhỏ (< 1W) và trên mạch sơ cấp không sử dụng điện trở phụ vì các xung điều khiển đã được điều chỉnh sẵn trong ECU. Vì vậy không được thử trực tiếp điện áp 12V với loại này.

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 U_2m là hiệu điện thế cực đại đo được ở hai đầu cuộn đây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại phải đủ lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi, đặc biệt lúc khởi động.

2.4.2. Hiệu điện thế đánh lửa U_đl.

Hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa xảy ra, được gọi là hiệu điện thế đánh lửa (U_đl). Hiệu điện thế đánh lửa là một hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tuân theo định luật Pashen.

U_đl = .K   [V]                                                      (2. 17).

Trong đó: U_đl: Thế hiệu đánh lửa [V].

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

            d:   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.

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.

2.4.3. Góc đánh lửa sớm.

Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ tính từ thời điểm xuất hiện tia lửa điện tại bougine cho đến khi piston lên đến tận điểm chết trên.

Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế và độ ô nhiễm của khí thải động cơ. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc rất nhiều yếu tố:

.                                      (2. 18).

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

                   t_bđ:   Nhiệt độ buồng cháy.

                         p:     Áp suất trên đường ống nạp.

t_wt:   Nhiệt độ nước làm mát động cơ.

n:     Số vòng quay của động cơ.

N_o:   Chỉ số ôctan của xăng.  

2.4.4. Hệ số dự trữ K_dt.

Hệ số dự trữ là tỉ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại U_2m và hiệu điện thế đánh lửa U_đl. Mục đích cần có hệ số dự trữ dể đảm bảo rằng hiệu điện thế đánh lửa luôn luôn đạt trong giới hạn yêu cầu.

K_dt=                                                                                (2.19).

Hệ số dự trữ của những động cơ có hệ thống đánh lửa thường là bé hơn so với hệ thống đánh lửa của những động cơ xăng hiện đạivới hệ thống đánh lửa điện tử. Vì hiệu điện thế U_2m của hệ thống đánh lửa thường bé, còn đồi với hệ thống đánh lửa hiện đại có hệ số dực trữ cao nhằm đảm bảo việc đám ứng việc tăng tỉ số nén, tăng số vòng quay và khe hở bougine.

2.4.5. Năng lượng dự trữ W_dt.

Năng lượng dự trữ W_dt 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, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo được năng lượng đánh lửa trên cuộn sơ cấp của bobine ở một giá trị xác định.

                                                                            (2. 20).

Trong đó:    W_dt: Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp.

L₁: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp của bobine.

I_ng: 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, U_đl 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 ở chế độ ổn định khi công suất cực đại.

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

                                                                      (2. 21).

Trong đó:            S: Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp.

: Độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp.

: 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.

2.4.7. Tần số và chu kỳ đánh lửa.

Đối với động cơ 4 kỳ, số tia lửa điện xảy ra trong một giây hay còn gọi là tần số đánh lửa, được xác định bởi công thức:

  (Hz)                                                                       (2. 22).

Đối với động cơ 2 kỳ:

  (Hz)                                                                        (2. 23).

Trong đó:            f: Tần số đánh lửa.

n: Số vòng quay của trục khuỷu động cơ (1/s)

Z: Số xylanh động cơ.

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

= t_đ+ t_m.                                                                                              (2. 24).

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

T_m: 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 đánh lửa T giảm xuống. Vì vậy, khi thiết kế cần chú ý đến hai thông số chu kỳ và tần số đánh lửa để đảm bảo, ở vòng quay cao nhất của dộng cơ  tia lửa vẫn mạnh.

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 điện cảm. Năng lượng của tia lửa được tính theo công thức:

W_p= W_C+ W_L                                                                        (2. 25).

Trong đó:      

W_C=                                                                           (2. 26).

                                                                             (2. 27).

W_P: Năng lượng của tia lửa.

W_C: Năng lượng của thành phần tia lửa có điện dung.

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

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

U_đl: 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 phần điện 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 thống đánh lửa. Tuy nhiên, hệ thống đánh lửa phải đảm bảo năng lượng tia lửa đủ lớn và thời gian 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

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 địa hình, các hệ thống trong động cơ đều được điều khiển điện tử băng ECU động cơ điều khiển, hệ thống điều khiển của đông cơ được thể hiện qua  sơ đồ sau. ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến xử lý và truyền tín hiệu điều khiển.

Động cơ có 6 xilanh, bố trí chữ V6 góc nghiêng 60^o, 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 chỉnh thường 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, hai nạp và hai thải). Trục cam đặt trên nắp máy cho phép làm giảm khối lượng các chi tiết trung 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 bằng xích từ trục khuỷu. Với trục cam kép DHOC (Double overhead camshafts), hệ thống VVT- i kép điều khiển đóng mở van nạp xả thông minh, điều khiển đánh lửa thông minh. 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.

      Tín hiệu đầu vào                        ECU động cơ                   Bộ phận chấp hành

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 khắt khe 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 khí- 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 -3^o ~ 37^o BTDC, xu páp nạp đóng 71^o ~ 31^o ABTC. Xu páp xả mở 60^o ~ 25^o BBDC, xu páp xả đóng 4^o ~ 39^o ATDC.

Cơ cấu phối khí bao gồm: Cò mổ loại con lăn, cơ cấu điều chỉnh khe hở xu páp thủy lực và hệ thống điều khiển xu páp thông minh VVT-i, trục cam kép DOHC, 24 xu páp,  dẫn động bằng xích.

Cò mổ: Cò mổ loại con lăn dùng 1 vòng bi kim giúp giảm ma sát, do đó cải thiện được tính kinh tế nhiên liệu.

Hình 3-2 Kết cấu cò mổ

1. Ổ bi kim, 2. Cò mổ.

Cơ cấu điều chỉnh khe hở thủy lực: Duy trì khe hở xu páp luôn bằng “0” tại một điểm, nó thay thế cho những con đội thông thường để giảm tiếng ồn xu páp không phải 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 piston đẩy piston lên phía. Dầu có áp cũng đẩy viên bi ép vào lò xo viên bi và dàu chảy vào buồng làm việc.

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 cao hiệu suất và giảm tiếng ồn nạp.

Buồng nạp khí bằng nhựa: Buồng nạp khí có van ACIS, van được hợp nhất với đường ống nạp bằng mối hàn laze. Van quay điện từ ACIS điều khiển trực tiếp bằng ECU 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 vào phù hợp với các chế độ hoạt động của động cơ.

+, Hệ thống xả:

Hệ thống xả với đôi ống xả kết hợp với cơ cấu dài sẽ giảm tối đa tiếng ồn trong khi động cơ chạy ở vùng tốc độ thấp.

3.1.2.4. Hệ thống nhiên liệu.

Hệ thống nhiên liệu động cơ 2GR-FE đóng vai trò rất quan trọng, đảm bảo sự hoạt động của động cơ,  là một trong những hệ thống của hệ thống điều khiển điện tử trong động cơ, như  hệ thống đánh lửa điện tử, điều khiển tốc độ động cơ, tạo ra sự tương trợ lẫn nhau, kim phun hoạt động như các kim phun của các xe đời mới, kim phun có 12 lỗ có tác dụng tạo nhiên liệu phun ra tơi dẫn đến dễ hòa trộn với không khí tạo hỗn hợp cháy tốt cho quá trình cháy. Khả năng điều khiển tốt, công suất động cơ tăng, giảm tiêu hao nhiên liệu.

Lượng không khí nạp được lọc sạch khi đi qua lọc không khí và được đo bởi cảm biến 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. Ống góp nạp, 13. Cảm biến vị trí bàn đạp ga, 14. Bộ ổn định áp suất, 15.Cảm biến vị trí trục cam, 16. Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu, 17. Ống phân phối nhiên liệu, 18. Vòi phun, 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 trái được nối với nhau bằng ống nhựa.

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

3.1.2.5. Hệ thống bôi trơn.

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

Hệ thống bôi trơn gồm có các chi tiết chính sau: Bơm dầu, bầu lọc dầu, cácte dầu, các đường ống... dầu sẽ từ cácte được hút bằng bơm dầu, qua lọc dầu, vào các đường 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 các đường 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 đảm bảo được dầu bôi trơn.

3.1.2.6. Hệ thống làm mát.

Hệ thống làm mát bằng nước kiểu kín, tuần hoàn cưỡng bức, bao gồm áo nước, xylanh và nắp máy, két nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió,đường ống.

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 hệ thống. Quạt gió được điều khiển bằng ECU, ECU điều khiển áp suất dầu tác dụng lên môtơ 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 sẽ giảm 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 thân máy, áo nước xung quanh xilanh, lên nắp máy làm mát các chi tiết xung quanh buồng cháy, sau đó về lại két nước và bộ sưởi, từ nắp máy nước cũng được đưa lên làm mát hộp bướm ga rồi về lại van hằng nhiệt.

Van hằng nhiệt 3 có tác dụng: Khi nhiệt độ nước làm mát còn thấp, van hằng nhiệt đóng và van chuyển dòng mở. Nước làm mát được bơm vào thân máy và nắp qui lát bởi bơm nước sau đó chảy qua mạch chuyển dòng và trở về bơm nước. Khi nước làm mát nóng lên van hăng nhiệt đóng và van chuyển dòng đóng. Nước nóng chảy vào két 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 liên tục 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. các cảm biến VVT là loại MRE, sẽ phát ra 6 xung tín hiệu số trên mỗi vòng quay của trục khuỷu. Tín hiệu số không đổi ngay cả khi tốc độ động cơ thấp, Cơ chế phát hiện vị trí trục 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 khi tín hiệu cao/thấp được phát ra.

1. Tín hiệu điều khiển trục cam xả OCV* (RH), 2. Tín hiệu điều khiển trục cam nạp OCV* (RH), 3. Cảm biến VVT xả (RH), 4. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 5. Tín hiệu điều khiển trục cam nạp OCV* (LH), 6. Cảm biến VVT xả (LH),7. Tín hiệu điều khiển trục cam xả OCV* (LH), 8. Cảm biến VVT nạp (LH),9. Cảm biến vị trí trục khuỷu, 10. Cảm biến VVT nạp (LH).

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

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

Hệ thống đánh lửa trên động cơ 2GR- FE là hệ thống đánh lửa điện tử loại DIS (Direct ignition system) là một hệ thống phân phối trực tiếp điện cao áp đến các bugi từ các cuộn đánh lửa đánh lửa mà không dùng bộ chia bao gồm: ECU, các cảm biến tín hiệu, bugi và các cuộn đánh lửa.

Hình 3-14 Sơ đồ hệ thống đánh lửa điện tử động cơ 2GR- FE

Các bộ phận chính trên sơ đồ hệ thống đánh lửađộng cơ 2GR- FE.

Các cảm biến: Có nhiệm vụ nhận biết các hoạt động khác nhau của động cơ và phát ra các tín hiệu gửi đến ECU hay còn gọi là nhóm tín hiệu vào.

ECU: Có nhiệm vụ xử lý và tính toán các thông số đầu vào từ đó phát ra các tín hiệu điều khiển đầu ra.

Các cơ cấu chấp hành: Trực tiếp điều khiển lựợng phun thông qua các tín hiệu điều khiển nhận được từ ECU.

Hệ thống đánh lửa trực tiếp loại đơn này có đặc điểm khác với hệ thống đánh lửa điều chỉnh góc đánh lửa sớm khác là: ECU động cơ có cùng tín hiệu IGT với số cuộn dây đánh lửa. Các tín hiệu IGT sau đó được gửi đến IC đánh lửa theo thứ tự nổ của động cơ.

Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa: ECU nhận được tín hiệu tử các cảm biến đầu vào, sau đó xử lý các tín hiệu nhận được và so sánh với chương trình đã được lập trình trong ECU để truyền tín hiệu điều khiển đến từng máy trong động cơ, tín hiệu sẽ được truyền đến từng máy theo thứ tự làm việc của động cơ đảm bảo việc tối ưu hóa hoạt động của động cơ. Với hệ thống đánh lửa trực tiếp loại DIS (distributor ignition system) hệ thống phân phối đánh lửa. Với tín hiệu được nhận trực tiếp từ ECU điều khiển, vậy nên đảm bảo luôn luôn được chính xác đối với sự hoạt động của các máy trên động cơ.

Hình 3-15 Sơ đồ tín hiệu IGT và IGF

Từ sơ đồ ta thấy rằng bugi sẽ đánh lửa khi nhận được tín hiệu truyền về IGF, tín hiệu IGT chuyển từ ‘On’ sang ‘Off’ lúc này ECU sẽ truyền tín hiệu điều khiển đánh lửa IGT từ trạnh thái ‘Off’ sang ‘On’, lúc này IC đánh lửa nhận được tín hiệu và quá trình đánh lửa xảy ra.

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

3.2.2.1. IC đánh lửa.

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

IC đánh lửa trên động cơ 2GR- FE được làm thành một cụm chi tiết với bôbin đánh lửa nên kết cấu rất 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 1TR-FE mà ta đang khảo sát có bốn chân giao tiếp, đó là các chân: +B, GND, IGT, IGF. Trong đó, chân +B nối với acquy, chân GND nối mass, chân IGT và IGF nối với ECU động cơ. Hình vẽ sau thể hiện sơ đồ điện của một IC đánh lửa bôbin đơn.

Hình 3-16 Sơ đồ điện của IC đánh lửa bôbin đơn

1. Mạch điện tử tạo tín hiệu IGF, 2. Mạch đánh lửa

Ngoài ra IC đánh lửa còn có chức năng điều khiển dòng không đổi. Khi dòng sơ cấp đạt đến một trị số đã định, IC đánh lửa sẽ khống chế cường độ cực đại bằng cách điều chỉnh dòng. Việc điều khiển dòng điện sơ cấp ở một giá trị xác định sẽ làm tăng tuổi thọ cho biến áp đánh lửa và đảm bảo điện áp đánh lửa tạo ra ổn định.

Khoảng thời gian để dòng điện tăng và duy trì ổn định trong cuộn sơ cấp gọi là góc ngậm điện (góc Dwell). Trên động cơ 2GR- FE mà ta đang khảo sát, ECU động cơ sẽ thực hiện việc điều chỉnh góc ngậm điện bằng cách điều chỉnh thời gian ngắt xung IGT.

Hình 3-17 Vai trò của IC đánh lửa trên động cơ 2GR- FE

3.2.2.2 Cuộn đánh lửa (Bôbin đánh lửa)

* Mô tả:

Cuộn đánh lửa là loại biến áp cao thế đặc biệt dùng để biến xung thế hiệu thấp (12V) thành các xung điện thế cao (12000…40000V) đảm bảo cho việc đánh lửa trong động cơ.

Động cơ 2GR­- FE sử dụng bôbin đơn cho từng máy, các IC đánh lửa cũng được bố trí ngay trên các cuộn đánh lửa tạo thành cụm chi tiết có kết cấu rất nhỏ gọn.

Các cuộn sơ cấp và thứ cấp được quấn quanh lõi, số vòng quay của cuộn thứ cấp lớn hơn rất nhiều so với cuộn sơ cấp. Một đầu cuộn sơ cấp được nối với IC đánh lửa, còn một đầu của cuộn thứ cấp được nối với bugi. Các đầu còn lại của các cuộn được nối với dòng cấp từ acquy thông qua giắc cắm.

Hình 3-18 Kết cấu cuộn đánh lửa có IC đánh lửa.

1. Vỏ,  2. Giắc cắm,  3. IC đánh lửa,  4. Cuộn sơ cấp,  5.Cuộn thứ cấp

6. Lõi sắt, 7. Sứ cách điện,  8. Mũ bugi.

*Hoạt động của cuộn đánh lửa đơn (bôbin đơn)

1. Dòng điện trong cuộn sơ cấp:

Khi động cơ chạy, tín hiệu từ các cảm biến sẽ được ECU tính toán và phát ra tín hiệu đánh lửa IGT. Tín hiệu IGT sẽ đóng mạch sơ cấp và sẽ có dòng từ acquy chạy qua IC đánh lửa vào cuộn sơ cấp.

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

2. Ngắt dòng điện vào cuộn sơ cấp:

Động cơ tiếp tục chạy, ECU sẽ ngắt tín hiệu IGT (OFF), IC đánh lửa nhanh chóng ngắt dòng điện từ acquy vào cuộn sơ cấp. Kết quả là từ thông của cuộn sơ cấp bắt đầu giảm vì vậy tạo ra một sức điện động theo chiều chống lại sự giảm từ thông hiện có. Hiệu ứng tự cảm tạo ra một thế điện động khoảng 500V trong cuộn sơ cấp, hiệu ứng cảm ứng tương hỗ kèm theo của cuộn thứ cấp tạo ra một sức điện động khoảng 30kV. Thế điện động này làm cho bugi phát ra tia lửa điện.

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

Động cơ 2GR- FE mà ta đang khảo sát sử dụng bốn cuộn đánh lửa cho sáu máy, trên các cuộn đánh lửa là các IC đánh lửa. Sau đây là sơ đồ điện của cụm chi tiết.

Hình 3-20 Sơ đồ điện của cụm IC đánh lửa bôbin đơn

1. Mạch điện tử tạo tín hiệu IGF, 2. Mạch đánh lửa.

3.2.2.3 Bugi.

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

Hình 3-21 Hình dáng bugi lắp trên động cơ

1. Đầu cực Platin, 2. Đầu cực i- rit, 3. Hình dáng bugi dài được sử dụng trên động cơ, 4. Bugi thời cũ, 5. Áo nước làm mát bugi.

- Tải trọng cơ khí: Phát sinh do áp suất khí cháy dưới dạng xung áp suất, áp suất cực đại tác động lên bugi có thể đến 50÷60 kG/cm², đồng thời bugi cũng phải thường xuyên chịu sự rung động do xe gây ra.

- Tải trọng nhiệt: Phát sinh do sự thay đổi tải trọng nhiệt trong mỗi xilanh sau một chu kì làm việc. Khi hỗn hợp khí-nhiên liệu cháy nhiệt độ khoảng 1800⁰ ÷2200⁰C, còn trong kỳ hút nhiệt độ khoảng 50÷80⁰C.

- Tải trọng điện: Do các xung điện truyền đến trong thời điểm đánh lửa, xung áp điện khoảng 15¸ 40 KV hoặc cao hơn nữa.

- Việc sử dụng bugi đầu dài sẽ cải thiện vị trí và hình dáng áo nước làm mát tốt hơn so với sử dụng loại bugi đầu ngắn.

Do phải chịu các loại tải trọng trên nên về mặt kết cấu và vật liệu cũng có những yêu cầu đặc biệt để đảm bảo cho hệ thống đánh lửa làm việc hiệu quả.

Bugi dùng trên động cơ 2GR- FE là loại bugi đầu dài do hãng DENSO sản xuất.

Thông số kĩ thuật của loại bugi này như sau:

Kết cấu của loại bugi này được thể hiện qua hình vẽ sau:

Hình 3-22 Kết cấu bugi đầu dài lắp trên động cơ 2GR- FE

1. Đầu nối, 2. Các nếp nhăn, 3. Điện cực giữa, 4. Sứ cách điện, 5. Vỏ

 6. Thủy tinh làm kín, 7. Điện trở, 8. Gioăng đệm, 9. Lõi đồng, 10. Cách nhiệt

  11. Điện cực trung tâm, 12. Điện cực tiếp mát.

            Bugi là chi tiết phản ánh tình trạng làm việc của động cơ. Việc quan sát bugi sau một thời gian làm việc sẽ giúp cho người kĩ thuật viên rất nhiều trong việc chẩn đoán động cơ. Chi tiết của việc chẩn đoán này ta sẽ tìm hiểu trong phần sau của đồ án.

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

3.2.2.1. Cảm biến vị trí trục khuỷu.

Đĩa tạo tín hiệu NE được làm liền với puly trục khuỷu và có 36 răng, thiếu 2 răng (thiếu 2 răng vì ứng với từng tín hiệu được tạo ra do sự chuyển động quay của một răng ta sẽ xác định được góc quay trục khuỷu và xác định được góc đánh lửa sớm của động cơ). Chuyển động quay của đĩa tạo tín hiệu sẽ làm 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 xác định khoảng thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản dựa vào tín hiệu này. Khi răng càng ra xa 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 nhiều đường sức từ cắt, trong cuộn dây sẽ xuất hiện một dòng điện xoay chiều, đường sức qua nó càng nhiều, thì dòng điện phát sinh càng lớn.

Hình 3-23 Kết cấu và sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu

1. Cuộn dây, 2. Thân cảm biến, 3. Lớp cách điện,  4. Giắc cắm, 5. Rôto tín hiệu    

6. Cuộn dây cảm biến vị trí trục cam.

Tín hiệu sinh ra thay đổi theo vị trí của răng, và nó được ECU đọc xung điện thế sinh ra, nhờ đó mà ECU nhận biết vị trí trục khuỷu và tốc động cơ.

Loại tín hiệu NE này có thể nhận biết được cả tốc độ động cơ và góc quay trục khuỷu tại vị trí răng thiếu của đĩa tạo tín hiệu, nhưng không xác định được điểm chết trên của kỳ nén hay kỳ thải.

3.2.2.2. Cảm biến kích nổ.

Cảm biến kích nổ trong động cơ 2GR-FE là loại phẳng (không cộng hưởng) có cấu tạo để phát hiện rung động trong phạm vi từ 6- 15khz. Bên trong cảm biến có một điện trở phát hiện hở mạch.

Cảm biến kích nổ được gắn vào thân máy và truyền tín hiệu KNK tới ECU động cơ khi phát hiện sự kích nổ của động cơ. ECU động cơ nhận tín hiệu KNK và làm trễ thời điểm đánh lửa nhằm ngăn chặn hiện tượng kích nổ xảy ra, đến lúc ECU động cơ nhận thấy tiếng gõ kết thúc thì nó sẽ điều chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại sau khoảng thời gian nhất định.

Hình 3-24 Kết cấu cảm biến tếng gõ

1. Thân cảm biến, 2. Phần tử áp điện, 3. Điện trở phát hiện hở mạch     

4. phần tử điện áp, 5. DIện trở.

Cảm biến này có một phần tử áp điện tạo ra một điện áp AC khi tiếng gõ gây ra rung động trong thân máy khi có tiếng gõ.

3.2.2.3. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.

Hình 3-25 Kết cấu và sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát

1. Điện trở, 2. Thân cảm biến, 3. Lớp cách điện, 4.Giắc cắm dây , 5. Khối cảm biến   6. Điện trở nhiệt, 7. Khối điều khiển, 8. Khối điện trở giới hạn dòng.

Nguyên lý làm việc: Khi động cơ hoạt động, cảm biến nhiệt độ nước làm mát thường xuyên theo dõi và báo cho ECU biết tình hình nhiệt độ nước làm mát động cơ. Nếu nhiệt độ nước làm mát của động cơ thấp (động cơ vừa mới khởi động) thì ECU sẽ ra lệnh cho hệ thống phun thêm xăng khi động cơ còn nguội. Cũng thông tin về nhiệt độ nước làm mát, ECU sẽ thay đổi điểm đánh lửa thích hợp với nhiệt độ động cơ. Khi ECU tính toán nhiệt độ nước làm mát thấp hơn -40⁰C hoặc lớn hơn 140⁰C lúc này ECU sẽ báo hỏng và ECU nhập chế độ dự phòng với nhiệt độ quy ước là 80⁰C.

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

3.2.2.4. Cảm biến nhiệt độ khí nạp.

Cảm biến nhiệt độ khí nạp lắp bên trong cảm biến lưu lượng khí nạp và theo dõi nhiệt độ khí nạp. Cảm biến nhiệt độ khí nạp sử dụng một nhiệt điện trở - điện trở của nó thay đổi theo nhiệt độ khí nạp, có đặc điểm là điện trở của nó giảm khi nhiệt độ khí nạp tăng. Sự thay đổi của điện trở được thông tin gửi đến ECU dưới sự thay đổi của điện áp.

Hình 3-26 Kết cấu và sơ đồ điện cảm biến nhiệt độ khí nạp

1. Nhiệt điện trở, 2.Vỏ cảm biến, 3. Khối cảm biến, 4. Điện trở nhiệt

5. ECU, 6. Điện trở giới hạn dòng.

Cảm biến nhiệt độ khí nạp có một nhiệt điện trở được mắc nối tiếp với điện trở được gắn trong ECU động cơ sao cho điện áp của tín hiệu được phát hiện bởi ECU động cơ sẽ thay đổi theo các thay đổi của nhiệt điện trở này, khi nhiệt độ của khí nạp thấp, điện trở của nhiệt điện trở lớn tạo nên một tín hiệu điện áp cao trong tín hiệu của cảm biến nhiệt độ nước làm mát THA.

3.2.2.5. Cảm biến lưu lượng khí nạp.

a, Kết cấu và nguyên lý hoạt động.

Hình 3-27 Kết cấu cảm biến lưu lượng kiểu dây nóng

1. Nhiệt điện trở, 2. Dây sấy platin.

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

b, Mạch điện cảm biến đo lưu lượng khí.

Hình 3-28 Sơ đồ kết cấu và điều khiển của cảm biến đo lưu lượng không khí

1. Bộ khuyếch đại, 2. Ra(nhiệt điện trở), 3. Ra(bộ sấy).

Cảm biến lưu lượng khí nạp có một dây sấy được ghép vào mạch cầu. Mạch cầu này có đặc tính là các điện thế tại điểm A và B bằng nhau khi tích của điện trở theo đường chéo bằng nhau (Ra + R3)*R1=Rh*R2.

Khi dây sấy (R_h) được làm mát bằng không khí nạp, điện trở giảm dẫn đến sự hình thành độ chênh giữa các điện thế của các điểm A và B. Một bộ khuyếch đại xử lý phát hiện chênh lệch này và làm tăng điện áp đặt vào mạch này (làm tăng dòng điện chạy qua dây sấy). Khi thực hiện việc này, nhiệt độ của dây sấy lại tăng lên dẫn đến việc tăng tương ứng trong điện trở cho đến khi điện thế của các điểm A và B trở nên bằng nhau (các điện áp của các điểm A và B trở nên cao hơn). Bằng cách sử dụng các đặc tính của loại mạch cầu này, cảm biến lưu lượng khí nạp có thể đo được khối lượng khí nạp bằng cách phát hiện điện áp ở điểm B.

Trong hệ thống này nhiệt độ của dây sấy (R_h) được duy trì liên tục ở nhiệt độ không đổi cao hơn nhiệt độ của không khí nạp, bằng cách sử dụng nhiệt điện trở (Ra). Do đó có thể đo được khối lượng khí nạp một cách chính xác mặc dù nhiệt độ khí nạp thay đổi, ECU động cơ không cần phải hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu đối với nhiệt độ không khí nạp.

Ngoài ra khi nhiệt độ không khí giảm ở các độ cao lớn, khả năng làm ngưội của không khí giảm xuống so với cùng thể tích khí nạp ở mức nước biển. Do đó mức làm nguội cho dây sấy này giảm xuống. Vì khối khí nạp được phát hiện cũng giảm xuống, nên không cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn.

Khi ECU phát hiện thấy cảm biến lưu lượng bị hỏng một mã nào đó, ECU sẽ chuyển vào chế độ dự phòng. Khi ở chế độ dự phòng, thời điểm đánh lửa được tính toán bằng ECU, dựa vào tốc độ động cơ và vị trí của bướm ga. Chế độ dự phòng tiếp tục cho đến khi hư hỏng được sửa chữa.

3.2.2.6. Cảm biến nồng độ ô xy (Cảm biến lamda).

Cấu tạo của cảm biến ôxy có bộ sấy bao gồm: Bộ sấy (3) và một phần tử chế tạo bằng ZrO2 (đi oxyt Ziconium) gọi là Ziconia (2). Cả mặt trong và mặt ngoài của phần tử này được phủ một lớp mỏng platin. Không khí bên ngoài được dẫn vào bên trong của cảm biến,  còn bên ngoài phải tiếp xúc với khí xả . Tại nhiệt độ cao (4000^o C ) .Nếu ôxy giữa mặt ngoài và mặt trong của phần tử ZrO2 có sự chênh lệch về nồng độ thì phần tử ZrO2 sẽ sinh ra một điện áp giá trị từ 0-1(V) và truyền về ECU. Cụ thể là khi hỗn hợp không khí nhiên liệu nhạt thì sẽ có rất nhiều ôxy trong khí xả, sự chênh lệch về nồng độ ôxy giữa bên trong và bên ngoài cảm biến là nhỏ nên điện áp do ZrO2 tạo ra là thấp (gần bằng 0V). Ngược lại nếu hỗn hợp không khí nhiên liệu đậm thì ôxy trong khí xả gần như không còn, điều đó tạo ra sự chênh lệch lớn về nồng độ ôxy giữa bên trong và bên ngoài cảm biến nên điện áp do phần tử ZrO2 là lớn (xấp xỉ 1V).

Hình 3-29 Kết cấu và sơ đồ mạch điện cảm biến ôxy có bộ sấy

1. Nắp,  2. Phần tử Zirconia,  3. Bộ sấy, 4. Không khí,  5. Phần tử Platin.

Lớp  Platin (phủ lên phần tử gốm) có tác dụng như một chất xúc tác và làm cho ôxy trong khí xả phản ứng tạo thành CO. Ðiều đó làm giảm lượng ôxy và tăng độ nhạy của cảm biến. ECU sử dụng tín hiệu này của cảm biến ôxy để tăng hay giảm lượng phun nhằm giữ cho tỷ lệ xăng và không khí luôn đạt gần lý tưởng ở mọi chế độ làm việc của động cơ.

3.2.2.7. Cảm biến vị trí bàn đạp ga.

Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga loại phần tử Hall: Có cấu tạo và nguyên lý hoạt động về cơ bản giống như cảm biến vị trí bướm ga loại phàn tử Hall.

Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga loại phần tử Hall gồm có các mạch IC Hall làm bằng các phần tử Hall và các nam châm quay quanh chúng. Các nam châm được lắp trên trục của bàn đạp chân ga  và quay cùng trục bàn đạp chân ga.

Hình 3-30 Kết cấu và sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga

1. Mạch IC Hall, 2. Nam châm, 3. Mạch IC Hall, 4. Nam châm.

Khi đạp chân ga các nam châm quay cùng một lúc và các nam châm này thay đổi vị trí của chúng. Vào lúc đó IC Hall phát hiện thay đổi từ thông gây ra bỡi sự thay đổi vị trí nam châm và tạo ra điện áp của hiệu ứng Hall từ các cực VPA và VPA2 theo mức thay đổi này. Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu đạp chân ga.

Trong cảm biến vị trí bàn đạp ga, điện áp được cấp đến cực VPA và VPA2 của ECU, thay đổi từ 0-5V tỷ lệ với góc của bàn đạp ga. VPA là tín hiệu chỉ ra góc mở bàn đạp thực tế và dùng để điều khiển động cơ. VPA2 thường được dùng để phát hiện các hư hỏng của cảm biến. ECU kiểm lực bàn đạp ga từ tín hiệu VPA và VPA2 phát ra và điều khiển môtơ bướm ga theo các tín hiệu này.

3.2.2.8. Cảm biến vị trí bướm ga.

Cảm biến vị trí bướm ga loại không tiếp xúc.

Cảm biến vị trí bướm ga sẽ chuyển sự thay đổi mật độ đường sức của từ trường thành tín hiệu điện.

Hình 3- 31 Sơ đồ nguyên lý điều khiển góc mở bướm ga

1. Cảm biến góc nở bướm ga, 2. Mô tơ bước điều khiển bướm ga.

Góc mở bướm ga được điều khiển bởi ECU động cơ, ECU nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí bàn đạp ga xử lý và truỳen tín hiệu lệnh đến điều khiển mô tơ bướm ga, mô tơ bướm ga sẽ đóng mở bướm ga theo tín hiệu điều khiển từ ECU, từ mô tơ bướm ga truyền sang trục bướm ga thông qua bộ răng giảm tốc.

Hình 3-32 Kết cấu và sơ đồ điện cảm biến vị trí bướm ga

1. Các IC Hall,  2. Các nam châm.

Cảm biến vị trí bướm ga có 2 tín hiệu phát ra VTA và VTA2. VTA được dùng để phát hiện góc mở bướm ga và VTA2 được dùng để phát hiện hư hỏng trong VTA. Điện áp cấp vào VTA và VTA2 thay đổi từ 0-5V tỉ lệ thuận với góc mở của bướm ga. ECU thực hiện một vài phép kiểm tra để xác định đúng hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga và VTA.

ECU đánh giá góc mở bướm ga thực tế từ các tín hiệu này qua các cực VTA và VTA2, và ECU điều khiển môtơ bướm ga, nó điều khiển góc mở bướm ga đúng với đầu vào của người lái.

3.2.2.9. Cảm biến tỉ lệ Khí- Nhiên liệu.

Nguyên lý hoạt động: Phần tử zirconia  được cấp một điện áp khi nhiệt độ cao (650^o hay cao hơm), kết quả là dòng điện này có giá trị tỉ lệ với nồng độ ôxy trong khí xả. Hay nói cách khac khi hỗn hợp không khí- nhiên liệu đạm sẽ không có ôxy trong khí xả, nên không có dòng điện chạy trong phần tử zirconia. Khi hỗn hợp không khí- nhiên liệu nhạt, sẽ có rất nhiều ôxy trong khí xả và có dòng điện chạy trong phần tử zirconia sẽ lớn, như đồ thị sau.

Hình 3-33 Đồ thị biểu diễn sự biến thiên dòng điện theo tỷ lệ Khí- Nhiên liệu

Cảm biến hỗn hợp nhạt được lắp đặt để đảm bảo rằng tỷ lệ không khí- nhiên liệu được duy trì trong khoảng xác định, do đó cải thiện được tính kinh tế nhiên liệu cũng như khả năng tải.

Với dòng điện thay đổi tỷ lệ với hỗn hợp không khí- nhiên liệu được truyền tín hiệu về ECU. ECU nhận tín hiệu xử lý để đảm bảo quá trình cháy của động cơ đạt hiệu quả cao nhất.

Ngoài các cảm biến được nêu ở trên, trên động cơ 2GR- FE còn có các cảm biến như: Cảm biến áp suất dầu trợ lực phanh, cảm biến VVT ở trục nạp và xả.

Cảm biến VVT ở trục cam nap và xả được dùng để nhận tín hiệu điều khiển của hệ thông VVT- i ( hệ thống đóng mở xu páp nạp và xả thông minh).

3. 2.4. Bộ điều khiển điện tử ECU.

Bộ điều khiển điện tử ECU là tổ hợp vi mạch và các bộ phận dùng để nhận biết các tín hiệu từ các cảm biến, lưu trữ các thông tin, tính toán và đưa ra các thông tin xử lí đến các cơ  cấu chấp hành. Chính vì vậy mà động cơ luôn đảm bảo được về mặt công suất, tính kinh tế về nhiên liệu, độ nhạy và hoạt động ổn định trong các điều kiện làm việc. Đặc biệt ECU còn có chức năng chẩn đoán nên giúp cho thợ sửa chữa xác định một cách nhanh chóng và chính xác các hư hỏng hoặc vùng hư hỏng trên động cơ cũng như trên ôtô do đó rút ngắn được thời gian chẩn đoán và sửa chữa.

Bên trong ECU các linh kiện điện tử được sắp xếp và bố trí trong mạch in, các linh kiện bán dẫn như các Transistorr được sắp xếp ở tầng dưới và gắn trên các thanh kim loại để giải nhiệt tốt. Bên ngoài ECU có trang bị các đầu nối (giắc cắm ) để giao tiếp với các cảm biến và các bộ phận khác của động cơ.

3.2.3.1. Bộ nhớ tín hiệu vào.

Các tín hiệu của các cảm biến sau khi qua bộ xử lí tín hiệu được chuyển vào bộ nhớ của ECU. Bộ nhớ của ECU bao gồm:

1. Bộ nhớ ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ này dùng để lưu trữ các thông tin thường trực như các thông số của động cơ gồm dung tích xilanh, tỉ số nén...và các thông số dùng để kiểm tra. Bộ nhớ này chỉ đọc chứ không thể sửa đổi các thông tin trên đó, các thông tin được cài đặt từ trước và không bị mất đi khi tắt máy hoặc mất nguồn điện.

2. Bộ nhớ RAM (Random Access Memory): Đây là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, dùng để lưu các thông tin mới trong bộ nhớ. Các thông tin lưu trữ trong RAM gồm: Các dữ liệu về tình trạng hoạt động hiện tại của động cơ, các thông tin hoặc hệ thống cần thiết mà bộ xử lí máy tính ghi tạm thời khi khởi động. Khi động cơ ngừng hoạt động thì các thông tin trong bộ nhớ RAM này cũng bị mất.

3. Bộ nhớ PROM (Programmable Read Only Memory): Cấu trúc cơ bản thì giống như bộ nhớ ROM nhưng các dữ liệu mới được nạp ở nơi sử dụng chứ không phải ở nơi sản xuất.

4. Bộ nhớ KAM (Keep Alive Memory): Bộ nhớ này dùng để lưu trữ các thông tin mới (thông tin tạm thời). Bộ nhớ KAM vẫn được duy trì lưu trữ các thông tin khi động cơ đã tắt hoặc tắt khoá điện.

Để đảm bảo được vấn đề này một phần của bộ nhớ được cấp nguồn điện độc lập từ Acquy nên những thông tin được cập nhật trong vùng nhớ này theo yêu cầu của bộ vi xử lý không bị mất đi khi tắt khoá điện.

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

3.2.3.2. Bộ xử lí trung tâm (Bộ vi xử lí).

Hình 3-34 Sơ đồ khối của các hệ thống trong máy tính với microprocessor.

Bộ vi xử lí có nhiệm vụ nhập các thông tin dữ liệu mới sau đó lưu và so sánh với các thông tin được lưu trong bộ nhớ đầu vào sau đó mới xuất các thông tin này đến bộ nhớ tín hiệu ra. Bộ vi xử lí hoạt động tương tự như một máy tính điện tử  thông qua các chương trình đã được thiết lập từ trước do đó không cần người điều khiển.

3.2.3.3. Đường truyền sử dụng mạng CAN.

Chuyển các lệnh và số liệu trong máy theo hai chiều.

ECU với những thành phần nêu trên có thể tồn tại dưới dạng IC hoặc nhiều IC, ngoài ra ngưới ta còn phân loại theo độ dài từ các RAM.

3. 2. 5. Điều khiển đánh lửa.

Quá trình đánh lửa của động cơ được điều chỉnh bởi ECU, quá trình đánh lửa diễn ra qua hai giai đoạn (hai điều khiển cơ bản).

Điều khiển khi khởi động, việc đánh lửa xảy ra tại một góc cố định của trục khuỷu nào đó không tính đến chế độ hoạt động của động cơ. Nó được gọi là “góc thời điểm đánh lửa ban đầu”.

3.2.4.1. Điều khiển đánh lửa khi khởi động.

Điều khiển đánh lửa khi khởi động được thực hiện ngay lập tức sau khi nhận tín hiệu NE sau tín hiệu G (G₁ hay G₂). Thời điểm đánh lửa này được gọi là “ thời điểm đánh lửa ban đầu”.

Trong quá trình khởi động, khi tốc độ động cơ vẫn thấp hơn tốc độ xác định, do tín hiệu áp suất đường ống nạp (PIM) hay tín hiệu lưu lượng khí nạp (VS, KS hay VG) không ổn định, thời điểm đánh lửa được cố định tại thời điểm đánh lửa ban đầu. Thời điểm đánh lửa ban đầu này được đặt trực tiếp bằng IC dự phòng trong ECU động cơ. Thông thường góc đánh lửa sớm được chọn nhỏ hơn 10^o. Với góc đánh lửa này động cơ được khởi động dễ dàng ngay cả khi nguội, đồng thời tránh sự nổ dội.Việc điều chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ khi khởi động là không cần thiết vì thời gian khởi động rất ngắn.

Hình 3-35  Sơ đồ tín hiệu IGT thời điểm đánh lửa ban đầu

Khi có tín hiệu khởi động, mạch chuyển đổi trạng thái sẽ nối đường IGT sang vị trí ST. Khi đó, xung IGT được được điều khiển bởi IC dự phòng thông qua hai tín hiệu G và NE. Nếu động cơ đã nổ, đường IGT sẽ được nối sang vị trí after ST (sau khởi động) và việc hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm được thực hiện bởi ECU.

3.2.4.2. Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động.

Hình 3-36 Sơ đồ tín hiệu IGT thời điểm đánh lửa sau khi khởi động

Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động được thực hiện trong quá trình hoạt động bình thường.

Các hiệu chỉnh khác nhau được thêm vào góc thời điểm đánh lửa ban đầu và góc đánh lửa sớm cơ bản của quá trình hoạt động bình thường.

Quá trình đánh lửa của động cơ được thực hiện dựa vào các tín hiệu như trên, và thể hiện qua sơ đồ khối sau.

       Hình 3-37 Góc đánh lửa sớm thực tế

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

Trong đó:       

.  Góc đánh lửa sớm thực tế.         

. Góc đánh lửa sớm ban đầu.                     

. Góc đánh lửa sớm cơ bản.

. Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh.         

Góc đánh lửa sớm ban đầu () dựa vào tốc độ và tải của động cơ, ECU sẽ đọc giá trị của góc đánh lửa sớm cơ bản () được lưu giữ trong bộ nhớ.

Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh () là góc đánh lửa sớm được cộng thêm hoặc giảm bớt khi ECU nhận được các tín hiệu khác nhau như nhiệt độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, tín hiệu kích nổ, tín hiệu tốc độ xe… Vì vậy góc đánh lửa sớm thực tế được tính bằng góc đánh lửa sớm ban đầu cộng với góc đánh lửa sớm cơ bản và góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh để đạt được góc đánh lửa sớm lý tưởng theo từng chế độ hoạt động của động cơ.

Sau khi xác định được góc đánh lửa sớm, bộ xử lý trung tâm (CPU- centrol processing unit) sẽ đưa ra xung điện áp điều khiển đánh lửa (IGT) quá trình dịch chuyển xung IGT trong CPU về phía trước của điểm thượng khi có sự hiệu chỉnh về góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh () ngoài ra, xung IGT có thể được xén trước khi gửi tín hiệu đến igniter.

Sự điều chỉnh góc đánh lửa của động cơ được thể hiện qua sơ đồ sau:

                                     Điều khiển đánh

                                     lửa khi khởi động   

                                                                  Góc thời điểm đánh lửa ban đầu

                                                                  Góc đánh lửa sớm cơ bản

Điều khiển thời                                                                        Hiệu chỉnh khi hâm nóng                         

điểm đánh lửa                                                                          Hiệu chỉnh khi quá nóng                                 

                                                                                                 Hiệu chỉnh ổn định

                                                                                                 không tải

                                     Điều khiển                                          Hiệu chỉnh EGR

                                      đánh lửa                                             Hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ

                                      sau khi                                                khí - nhiên liệu

                                      khởi động                                           Hiệu chỉnh tiếng gõ

                                                                         Điều chỉnh            Hiệu chỉnh điều chỉnh 

                                                                   đánh lửa sớm         mômen

                                                                   hiệu chỉnh              Các hiệu chỉnh khác

                                                                                                  Điều chỉnh góc đánh lửa                        

                                                                                                  sớm lớn nhất và nhỏ nhất  

Thời điểm góc đánh lửa sớm khi khởi động được điều khiển như sơ đồ trên, với góc đánh lửa sớm sau khi khởi động để điều chỉnh góc đánh lửa sớm chịu ảnh hưởng của góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh, sự ảnh hưởng này phụ thuộc vào sự thay đổi của các tín hiệu hiệu chỉnh truyền về để ECU xử lý. ECU sau khi nhận được tín hiệu hiệu chỉnh sẽ điều chỉnh để có góc hiệu chỉnh cho phù hợp với từng chế độ hoạt động của động cơ.

Các hiệu chỉnh khác nhau (dựa trên các tín hiệu cảm biến có liên quan) được thêm vào thời điểm đánh lửa ban đầu và thêm vào góc đánh lửa sớm cơ bản (được xác định bởi tín hiệu áp suất đường ống nạp hay tín hiệu lượng khí nạp và tín hiệu tốc độ động cơ):

Thời điểm đánh lửa= Góc thời điểm đánh lửa ban đầu + Góc đánh lửa sớm cơ bản + Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh.

Trong quá trình hoạt động bình thường của chức năng điều khiển đánh lửa sau khi khởi động, tín hiệu thời điểm đánh lửa (IGT) mà bộ xử lý tính toán được phát qua IC dự phòng.

+ Góc thời điểm đánh lửa ban đầu.

Góc thời điểm đánh lửa ban đầu được lưu trữ trong bộ nhớ của động cơ, góc đánh lửa sớm cơ bản thay đổi tuy theo tình trạng hoạt động của động cơ.

+ Góc đánh lửa sởm cơ bản.

Góc đánh lửa sớm cơ bản trong hệ thống đánh lửa điện tử được lưu trong bộ nhớ của ECU động cơ.

- Tiếp điểm không tải đóng (ON).Thời điểm đánh lửa được làm sớm lên phụ thuộc vào tốc độ động cơ khi tiếp điểm không tải đóng.

Hình 3-39 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi góc đánh lửa sớm theo tốc độ động cơ

- Tiếp điểm không tải mở (OFF).

ECU động cơ xác định góc đánh lửa sớm cơ bản dựa trên tín hiệu trong bộ nhớ, áp suất đường ống nạp và tốc độ động cơ.

+ Điều chỉnh gócđánh lửa sớm hiệu chỉnh.

- Hiệu chỉnh khi hâm nóng.

Hình 3-40 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ góc đánh lửa với

nhiệt độ nước làm mát

 Thời điểm đánh lửa được làm sớm để nâng cao khả năng tải khi nhiệt độ nước làm mát thấp.

- Hiệu chỉnh nhiệt độ quá cao.

Hình 3-41 Đồ thị giới hạn góc đánh lửa lúc nhiệt độ nước quá cao

Để tránh tiếng gõ và động cơ không bị quá nóng, thời điểm đánh lửa được làm muộn đi khi nhiệt độ nước làm mát đặc biệt cao.

- Hiệu chỉnh ổn định không tải.

Hình 3-42 Đồ thị biểu diễn quan hệ dao động không tải và góc đánh lửa sớm

Khi tốc độ động cơ trong quá trình không tải bị dao động xung quanh tốc độ không tải chuẩn, ECU sẽ điều chỉnh thời điểm đánh lửa để ổn định tốc độ động cơ.

ECU động cơ thường xuyên tính toán tốc độ trung bình. Nếu tốc độ cơ bản xuống thấp hơn tốc độ chuẩn ECU sẽ làm sớm thời điểm đánh lửa một góc xác định, còn nếu tốc độ động cơ tăng quá cao tốc độ chuẩn ECU sẽ làm muộn thời điểm đánh lửa một góc xác định.

- Hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ khí- nhiên liệu.

Trong quá trình hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ khí- nhiên liệu, tốc độ động cơ thay đổi theo sự tăng hay giảm lượng phun nhiên liệu. Động cơ đặc biệt nhạy cảm với sự thay đổi tỷ lệ khí- nhiên liệu khi nó chạy không tải, nên chế độ không tải ổn định được đảm bảo bằng cách làm sớm thời điểm đánh lửa để phù hợp với lượng phun của hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ khí- nhiên liệu . Hiệu chỉnh này không xảy ra khi xe đang bị kéo.

- Hiệu chỉnh kích nổ.

Nếu động cơ xảy ra kích nổ, cảm biến kích nổ tiếng gõ sẽ chuyển rung động này thành tín hiệu điện áp và gửi nó về ECU động cơ.

ECU nhận biết độ lớn của sự kích nổ ở ba cấp độ. Mạnh, trung bình, yếu, tùy theo chế độ hoạt động của động cơ hay tín hiệu KNK gửi về, nó thay đổi góc đánh lửa muốn hiệu chỉnh. Nói cách khác, nếu hiện tượng kích nổ xảy ra mạnh, thời điểm đánh lửa xảy ra muộn đi nhiều, trong khi nếu tiếng gõ yếu, nó sẽ làm muộn ít hơn.

Khi hiện tượng kích nổ ngừng, ECU sẽ ngừng làm việc muộn và bắt đầu làm sớm thời điểm đánh lửa từng ít một.

Thời điểm đánh lửa này được làm sớm liên tục cho đến khi sự kích nổ động cơ xảy ra, va khi đó thời điểm đánh lửa lại được làm muộn đi.

Việc làm muộn thời điểm đánh lửa trong khi xảy ra hiện tượng kích nổ được thực hiện trong dải hiệu chỉnh tiếng gõ.

Sự phản hồi các tín hiệu từ cảm biến tiếng gõ để hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa như sơ đồ sau.

Hình 3-43 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi góc đánh lửa sớm theo tín hiệu gõ động cơ

- Hiệu chỉnh điều khiển mômen.

Trong trường hợp xe có lắp đặt ECT (hộp số điều khiển điện tử), mỗi li hợp và phanh trong bộ truyền bánh răng hành tinh của hộp số tạo ra va đập khi chuyển số. Trong một số loại xe va đập này được làm giảm bằng cách làm muộn thời điểm đánh lửa khi chuyển xuống hay lên số.

Khi chuyển số bắt đầu, ECU động cơ làm muộn thời điểm đánh lửa để giẩm mômen của động cơ. Kết quả là, va đập của ly hợp và phanh trong bộ bánh răng hành tinh giảm xuống và chuyển số diễn ra êm hơn.

Góc thời điểm đánh lửa được làm muộn đến một giá trị tối đa khoảng 20^o bởi hiệu chỉnh này. Hiệuc hỉnh này không xảy ra ki nhiệt độ nước làm mát hay điện áp ắc quy dưới một giá trị nhất định.

- Hiệu chỉnh ổn định không tải:

Khi động cơ ở chế độ không tải thì sẽ dao động ở tốc độ không tải chuẩn, ECU động cơ sẽ điều chỉnh thời điểm đánh lửa để ổn định tốc độ động cơ. Nếu tốc độ động cơ giảm xuống thấp hơn tốc độ chuẩn ECU sẽ điều chỉnh cho góc đánh lửa sớm lên, và khi tốc độ động cơ quá cao ECU động cơ sẽ làm giảm góc đánh lửa sớm. Góc đánh lửa sớm được thay đổi tối đa xấp xỉ ±5⁰ bởi hiệu chỉnh này.

- Các hiệu chỉnh khác.

+ Hiệu chỉnh khi chuyển đổi.

Trong quá trình chuyển đổi từ giảm tốc đến, thời điểm đánh lửa hoặc được làm giảm hoặc tăng để phù hợp với sự tăng tốc.

+ Hiệu chỉnh điều khiển khi chạy chân ga tự động.

Khi lái xe xuống dốc với chế độ chân ga tự động, để tạo ra sự êm dịu trong hoạt động điều khiển chân ga và giảm sự tối thiểu sự thay đổi về mômen động cơ gây ra bởi việc cắt nhiên liệu do phanh bằng động cơ, một tín hiệu gửi từ ECU điều khiển chân ga đến ECU động cơ và làm muộn thời điểm đánh lửa.

+ Hiệu chỉnh ACIS ( Hệ thống nạp khí điều khiển độ dài đường nạp).

Khi tốc độ động cơ tăng lớn hơn một giá trị xác định, ACIS hoạt động. tại thời điểm này, ECU động cơ sẽ đồng thời làm sớm thời điểm đánh lửa, do vậy nâng cao công suất ra, do vậy nâng cao được tính động cơ cả tốc độ thấp và cao.

+ Hiệu chỉnh khi hỏng bộ làm mát trung gian.

Hiệu chỉnh này làm muộn thời điểm đánh lửa nếu tín hiệu báo bộ làm mát trung gian hỏng.

+ Điều khiển góc đánh lửa sớm tối đa và tối thiểu.

Nếu thời điểm đánh lửa (Thời điểm đánh lửa ban đầu + góc đánh lửa sớm cơ bản + Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh) trở nên không bình thường, hoạt động của đông cơ sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Để ngăn chặn điều này, ECU động cơ điều khiển góc đánh lửa thực tế sao cho tổng góc đánh lửa sớm cơ bản và góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh không thể lớn hơn hay nhỏ hơn một giá trị xác định.

Góc này có giá trị là:

Bảng 3-3 Góc đánh sớm trên động cơ

Góc đánh lửa sớm = Góc đánh lửa sớm cơ bản + Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh.

3.2.6. Kiểm tra thông số của hệ thống đánh lửa.

Việc kiểm tra một thông số của hệ thống đánh lửa giúp chúng ta xác định xem các thong số của hệ thống có đảm bảo với yêu cầu của hệ thong, cũng như giúp chúng ta xác định được đúng với những thông số mà nhà sản xuất đưa ra.

Các thông số trong hệ thống có liên quan với nhau, vây nên ta chọn một thông số bất kỳ để kiểm tra, với các thông số khác đã biết. Sau đây em kiểm tra thông số “Hiệu điện thế thứ cấp”.

Để xác định hiệu điện thế thứ cấp, ta thông qua cường độ dòng điện để xác định. Cường độ dòng điện lúc đó là dòng ngắt mạch được xác định dựa vào các thông số ban đầu của mạch điện.

Từ đồ thị ta thấy rằng i₁ tăng trưởng ở giai đoạn đầu là rất nhanh, sau đó giữ nguyên. Giai đoạn tăng trưởng dòng sơ cấp phụ thuộc vào các thông số ban đầu như: R_1­, R_f, L₁, U…. Khoảng thời gian để cho dòng điện đạt đến dòng I_ng là t_đ được biểu diễn trên đồ thị.

t_đ thời gian transistor công suất dẫn bão hòa được xác định.

t_đ­=

Trong đó:

T:  Chu kỳ đánh lửa (s)

n: Số vòng quay trục khuỷu động cơ (min^-1)

Z: Số xilanh động cơ.

: Thời gian tích lũy năng lượng tương đối (Với động cơ đời mới chúng ta lấy = 15 (ms).

Như đã nêu ở phần lý thuyết đánh lửa ở trên chúng ta có dòng gắt mạch được xác định theo công thức.

.

Thay t_đ  vào ta xác định được I_ng theo công thức sau.

.

R₁: Điện trở cuộn sơ cấp.

R_f: Điện trở phụ.

.

: Hằng số điện từ của mạch.

L₁: Độ tự cảm của cuộn sơ cấp (H).

Các thông số ban đầu ta đã có:

U= 12 (V), R₁= 0,56 (), R_f= 0,94 (), L₁= 2,5 (mH), n= 120 (v/s), Z= 6.

Thay các thông số vào ta xác định được I_ng.

I_ng= = 6,6 (A).

Sau khi xác định được dòng ngắt chúng ta xác định hiệu điện thế thứ cấp theo các thông số liên quan. Ta biết rằng để đảm bảo việc đánh lửa xảy ra đúng theo yêu cầu đặt ra thì hiệu điện thế thứ cấp phải thuộc khoảng yêu cầu là (U₂= 15kV 40kV).

Bỏ qua hiệu điện thế Accu vì hiệu điện thế accu rất nhỏ so với sực điện động tự cảm xuất hiện trên cuộn sơ cấp lúc transistor  công suất ngắt. Ta xét trường hợp không tải, có nghĩa là dây cao áp tách khỏi bougine. Tại thời điểm transistor công suất ngắt, năng lượng từ trường tích luỹ trong cuộn sơ cấp của bobine được chuyển thành năng lượng điện trường chứa trên tụ điện C₁ và C₂ và một phần mất mát. Để xác định hiệu điện thế thứ cấp cực đại U_2m ta lập phương trình cân bằng năng lượng lúc transistor công suất ngắt.

C₁: Điện dung của tụ điện mắc song song cới transistor công suất.

C₂: Điện dung ký sinh trên mạch thứ cấp.

U_1m, U_2m: Hiệu điện thế cuộn sơ cấp và thứ cấp lúc transistor công suất ngắt.

A: Năng lượng mất mát do dòng rò, dòng fuco lõi thép của bobine.

U_2m= K_bb. U_1m

K_bb= W₂/W₁: Hệ số biến áp của bobine.

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

Các thông số trên có thể chọn dựa vào (bảng 5.1 trg 145) tài liệu tham khảo [6].

K_bb= 58, C₁= 0,25. 10^-6 F, C₂= 10^-10 F, = 0,9.

Từ kết quả tính toán (U_2m= 23,7 kV) ta thấy rằng hiệu điện thế thứ cấp thuộc trong khoảng yêu cầu.

Qua kiểm tra thông số hiệu điện thế thứ cấp ta thấy rằng các thông số trong hệ thống đánh lửa hoàn toàn đạt với yêu cầu đặt ra.

IV. CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ 2GR- FE.

4.1. Chẩn đoán và khắc phục hư hỏng theo tín hiệu đèn check.

Ngoài những chức năng như điều chỉnh góc đánh lửa, thời điểm đánh lửa, điều chỉnh lượng phun nhiên liệu... ECU của động cơ còn có khả năng lưu và tự chẩn đoán các hư hỏng trong hệ thống điều khiển điện tử. Khi phát hiện một sự cố hay hư hỏng nào của động cơ thì ECU sẽ ghi lại sự cố đó vào bộ nhớ dưới dạng mã hư hỏng, mã hư hỏng này được lưu lại và không bị xoá khi tắt khoá điện.

Trên động cơ hay trên xe có bố trí đèn "Check Engine" để báo sự cố và các giắc cắm kiểm tra.

- Đèn Check Engine được bố trí trên đồng hồ, bên cạnh tay lái. Khi mới bật khoá điện đèn sẽ sáng để báo cho lái xe biết nó vẫn còn hoạt động, khi động cơ quay trên 650 vòng/phút đèn sẽ tự tắt đi. Chức năng của đèn Check Engine:

- Tự kiểm tra hoạt động của đèn.

- Báo lỗi khi xe gặp sự cố (khi động cơ quay lớn hơn 650 vòng/phút) đèn sẽ tắt khi tình trạng trở lại bình thường.

- Chức năng báo mã chẩn đoán: Các mã chẩn đoán được phát ra khi động cơ gặp sự cố, mã được phát theo thứ tự từ nhỏ đến lớn, số lần nháy của đèn bằng với số mã lỗi.

Để xác định nhanh chóng hiệu quả và chính xác nguyên nhân hư hỏng của động cơ ta cần phải thực hiện theo quy trình chẩn đoán sau:

Các yêu cầu trước khi lấy mã chẩn đoán:

- Điện thế Acquy cung cấp cho hệ thống tối thiểu là 11 V.

- Tay số ở vị trí số không.

- Tắt các trang thiết bị phụ trên máy.

- Bướm ga ở vị trí đóng hoàn toàn (tiếp điểm không tải ngắt).

- Bật khoá điện ở vị trí ON (không nổ máy).

Trên giắc kiểm tra dùng dụng cụ nối tắt SST để nối tắt cực T (cực kiểm tra) với cực E₁ (cực nối đất của ECU). Sau đó đọc số lần nháy của đèn Check Engine.

Đèn sẽ nháy số lần bằng với mã hư hỏng, nó sẽ tắt trong khoảng thời gian như sau:

- Giữa chữ số đầu tiên và chữ số thứ  2 của cùng một mã là 1,5 s.

- Giữa mã thứ nhất và mã tiếp theo là 2,5 s.

- Nếu không còn sự cố nào nữa đèn sẽ tắt 4,5 s sau đó lại lặp lại từ đầu các mã đã phát trước đó cho đến khi tháo dụng cụ nối tắt giữa cực T và E₁ ra thì đèn sẽ hết nháy.

4.2. Chẩn đoán hư hỏng theo máy quét mã lỗi.

Cùng với bảng mã lỗi, các dữ liệu về thông số làm việc của động cơ như nhiệt độ nước làm mát, tốc độ động cơ, góc đánh lửa sớm . . .cũng được đọc qua đường TE2. Khi thực hiện thao tác chẩn đoán thì trên màn hình máy quét sẽ báo luôn mã sự cố. Dựa vào bảng mã chúng ta xác định hư hỏng của động cơ.

Nội dung cơ bản của từng bước chẩn đoán như sau:

1. Điều tra trước chẩn đoán.

Tham khảo phiếu điều tra, lấy các thông tin về tình trạng hoạt động của xe, những hư hỏng sự cố thường gặp, điều kiện thời tiết, địa hình ảnh hưởng đến hoạt động của xe, thời gian sửa chữa trước đó...Cần lấy thật nhiều thông tin và chi tiết từ khách hàng trước khi chẩn đoán.

2. Phân tích hư hỏng của khách hàng.

Phân tích những hư hỏng mà khách hàng nói lại sau quá trình sử dụng còn lỗi.

3. Nối máy chẩn doán với DLC3.

Thông qua giắc nối với máy chẩn đoán chúng ta xác định được các lỗi máy hiện trên màn hình.

4. Kiểm tra mã chẩn đoán.

Kiểm tra các mã chẩn đoán. Nếu mã bình thường phát ra, thực hiện bước 7. Nếu mã hư hỏng phát ra thực hiện bước 8.

5. Xóa mã DTC và dữ liệu tức thời.

Sauk hi xác định được mã chẩn đoán chúng ta sẽ xóa khỏi máy tránh sự lưu lại của máy, nếu không xóa mã lỗi máy vẫn lưu lại lỗi đó khi kiểm tra lại.

6. Tiến hành kiểm tra bằng quan sát.

Sau khi kiểm tra các lỗi bên trong chúng ta có thể kiểm tra tổng quat toàn hệ thống  bằng quan sát mắt thường.

7. Thiết lập chẩn đoán ở chế độ kiểm tra.

Để nhanh chóng tìm ra nguyên nhân của hư hỏng, đặt hệ thống ở chế độ thử.

8. Xác nhận triệu chứng.

Xác nhận triệu chứng của hư hỏng.

9. Mô phỏng triệu chứng.

Nếu triệu chứng không xuất hiện lại, dùng phương pháp mô phỏng triệu chứng để tái tạo chúng.

10. Kiểm tra bảng mã.

Máy sẽ phát hiện lỗi, việc của chúng ta la kiểm tra và ghi lại mã lỗi.

13. Tham khảo bảng triệu chứng.

Tham khảo bảng mã lỗi của động cơ để xác định hư hỏng của động cơ cũng như toàn bộ các hệ thống trên xe.

15. Xác nhận các triệu chứng hư hỏng.

Với việc xác định mã lỗi hư hỏng ở trên giúp cho chúng ta xác định chính xác triệu chứng hư hỏng.

19. Điều chỉnh và sửa chữa.

Sau khi xác định được triệu chứng hư hỏng chúng ta tiến hành khắc phục hư hỏng đó.

20. Kiểm tra xác nhận.

Sau khi hoàn tất việc điều chỉnh sửa chữa, kiểm tra để xem liệu hư hỏng có còn không và lái thử xe để chắc chắn rằng toàn bộ hệ thống điều khiển động cơ hoạt động bình thường và mã phát ra là mã bình thường.

4.3. Chẩn đoán hư hỏng hệ thống đánh lửa theo tình trạng động cơ 2GR- FE.

Bảng triệu chứng xác định hư hỏng hệ thống đánh lửa của động cơ 2GR- FE thể hiện như bảng 4.3.       

Sau khi chẩn đoán và đã xác định được nguyên nhân hư hỏng là  hệ thống mạch đánh lửa, ta cần kiểm tra các bộ phận chung của hệ thống đánh lửa như:

- Nững chỗ nối khhông tốt

- Nắp cuộn dây có bị nứt hay không

- Nắp bộ phân phối và Rôto phân phối có bị nứt hay vỡ không

- Trên nắp có vết than hiện tượng do phóng điện để lại hay không

Sau khi kiểm tra bằng mắt, chúng ta  kiểm tra lại các mạch điện như:

- Kiểm tra các cuộn dây xem có bị chạm vỏ hay ngắn mạch cực tính của cuộn dây đã đúng hay chưa.

- Kiểm tra lại thời điểm đánh lửa.

- Kiểm tra lửa bằng cách tháo dây cao áp ra khỏi nắp phân phối, để gần nắp phân phối quay động cơ xem có xuất hiện tia lửa tốt hay không.

- Kiểm tra lại các điện trở của các dây cao áp, cuộn dây thứ cấp, dây sơ cấp, các cuộn dây tín hiệu G₁, G₂, Ne.

V. KẾT LUẬN.

   Sau 15 tuần làm đồ án với đề tài “Khảo sát hệ thống đánh lửa động cơ 2GR-FE lắp trên xe Toyota camry 2007” em đã cơ bản hoàn thành với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn: ThS………….., đến nay em đã hoàn thành nhiệm vụ khảo sát đề tài tốt nghiệp được giao.

   Trong đề tài này em đi sâu tìm hiểu tính năng hoạt động của hệ thống đánh lửa trên động cơ, các nguyên lý làm việc của các loại cảm biến...

   Phần đầu đồ án trình bày khái quát chung về hệ thống đánh lửa dùng trên động cơ xăng từ cổ đển đến hiện đại, đi sâu phân tích những ưu nhược điểm của động cơ xăng dùng hệ thống đánh lửa thường cho đến hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình. Phần trung tâm của đồ án trình bày các hệ thống trên động cơ 2GR- FE, đi sâu tìm hiểu phần hệ thống đánh lửa bao gồm các thiết bị điện tử, các thiết bị chính tạo dòng hiệu điện đánh lửa. Đồng thời tính toán kiểm tra thông số của hệ thống đánh lửa động cơ 2GR- FE, tìm hiểu các hư hỏng của hệ thống đánh lửa, các mã chẩn đoán hư hỏng trên động cơ cũng như trên hệ thống.

   Tuy nhiên do thời gian hạn chế, nhiều phần chưa được trang bị trong thời gian học tập tại trường, tài liệu tham khảo hạn chế và chưa cập nhật đủ vậy nên để hoàn nắm bắt được sâu và hiểu kỹ hơn nữa em thấy mình cần phải hoàn thiện thêm. Qua đề tài này đã bổ sung cho em thêm nhiều kiến thức chuyên nghành động cơ đốt trong và đặc biệt là hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử hiện đại. Qua thời gian làm đồ án tốt nghiệp em cũng nâng cao được những kiến thức về tin học: Word, Excel, CAD phục vụ cho công tác sau này của mình. Đồng thời qua đó bản thân em cần phải cố gắng học hỏi tìm tòi hơn nữa để đáp ứng yêu cầu của người cán bộ kỹ thuật ngành động lực.

   Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa cơ khí, Trường Đại Học Bách Khoa đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo:ThS……..……. đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Nguyễn Tất Tiến. “Nguyên lý động cơ đốt trong”. Nhà xuất bản giáo dục.

[2]. Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tấn Tiến. “Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong. tập 1, 2, 3”. Hà nội: Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp; 1979.

[3]. “Giáo trình trang bị điện và điện tử trên ôtô”. Tài liệu lưu hành nội bộ khoa cơ khí giao thông, trường đại học bách khoa Đà Nẵng.

[4]. “Tài liệu đào tạo TCCS” (Hệ thống điều khiển bằng máy tính của Toyota).

[5]. “Tài liệu về xe Toyota Camry.

[6]. PGS- TS Đỗ Văn Dũng. “Trang bị điện và điện tử trên ô tô hiện đại”. TP. Hồ Chí Minh: Nhà xuất bản Đại học quốc gia; 2004.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"