MỤC LỤC
MỤC LỤC........................................................................................................................................................................................................1
LỜI MỞ ĐẦU..................................................................................................................................................................................................3
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÒNG XE TOYOTA VIOS VÀ ĐỘNG CƠ 1NZ-FE. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA....4
1.1 Khái quát chung về dòng xe VIOS............................................................................................................................................................4
1.2. Tổng quan về động cơ 1NZ-FE...............................................................................................................................................................8
1.2.2 Kết cấu động cơ 1NZ-FE.......................................................................................................................................................................9
1.2.3. Các cơ cấu và hệ thống của động cơ 1NZ-FE....................................................................................................................................13
1.3. Tổng quan về hệ thống đánh lửa...........................................................................................................................................................19
1.3.1. Chức năng, nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống đánh lửa .......................................................................................................19
1.3.2. Phân tích một số hệ thống đánh lửa thông dụng ...............................................................................................................................21
1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống đánh lửa ..................................................................................................................................26
CHƯƠNG 2. KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ 1NZ-FE...........................................................................................28
2.1. Giới thiệu về hệ thống đánh lửa trên động cơ 1NZ-FE..........................................................................................................................28
2.2. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động một số cơ cấu của hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ 1NZ- FE.............................................29
2.2.1 . Bô bin.................................................................................................................................................................................................30
2.2.2. Bugi ....................................................................................................................................................................................................34
2.2.3. Bộ xử lý và điều khiển trung tâm ECU_..............................................................................................................................................37
2.3. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lí làm việc của các cảm biến_.......................................................................................................................41
2.3.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu (tín hiệu NE)...............................................................................................................................................41
2.3.2. Cảm biến vị trí trục cam (tín hiệu G)...................................................................................................................................................42
2.3.3. Cảm biến nhiệt độ nước (tín hiệu THW) ............................................................................................................................................46
2.3.4. Cảm biến tiếng gõ (tín hiệu KNK) ......................................................................................................................................................47
2.3.5. Cảm biến ô xy (tín hiệu OX) ...............................................................................................................................................................47
2.4.2. Tính dòng điện qua cuộn sơ cấp.........................................................................................................................................................49
2.4.3. Phân tích đặc tính dòng sơ cấp..........................................................................................................................................................52
2.4.5. Tính toán hiệu điện thế đánh lửa .......................................................................................................................................................53
2.4.6. Tính hiệu điện thế thứ cấp cực đại .....................................................................................................................................................53
2.4.7. Tính năng lượng tia lửa.......................................................................................................................................................................54
CHƯƠNG 3. CHẨN ĐOÁN VÀ BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐỘNG CƠ 1NZ – FE............................................56
3.1. Chẩn đoán hư hỏng hệ thống đánh lửa theo tình trạng động cơ...........................................................................................................56
3.2. Kiểm tra chẩn đoán hệ thống đánh lửa xe Toyota Vios.........................................................................................................................58
3.2.1. Các phương pháp chẩn đoán cơ bản.................................................................................................................................................58
3.2.2. Chẩn đoán bằng máy chuyên dụng ...................................................................................................................................................62
3.2.3. Khai thác hệ thống đánh lửa trên xe vios bằng thiết bị chẩn đoán....................................................................................................66
3.2.4. Giới thiệu một số mã lỗi, các nguyên nhân gây ra lỗi, và khoanh vùng khu vực hư hỏng ................................................................70
3.3. Bảo dưỡng, thay thế một số bộ phận chính trong hệ thống đánh lửa ..................................................................................................75
3.3.1. Bảo dưỡng một số bộ phận chính hệ thống đánh lửa .......................................................................................................................75
3.3.2. Quy trình thay thế một số bộ phận chính...........................................................................................................................................79
KẾT LUẬN...................................................................................................................................................................................................86
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................................................................................................87
LỜI MỞ ĐẦU
Trên thế giới, sự phát triển kinh tế, vận tải,… là những vấn đề, hạng mục phát triển một cách mạnh mẽ từng giây, từng phút. Mỗi ngày lại có rất nhiều những ý tưởng, những công nghệ mới được đưa ra và thực hiện, đến ngành công nghiệp ô tô và sự cần thiết phải nghiên cứu khai thác kỹ thuật hệ thống đánh lửa cũng vậy. Chính vì thế nước ta đang càng ngày càng cố gắng tiếp cận, theo kịp các công nghệ tiên tiến này để cho nền công nghiệp ô tô nước nhà phát triển và lớn mạnh.
Đồ án nghiên cứu khai thác hệ thống đánh lửa dưới đây sẽ thể hiện một cách cơ bản và dễ hiểu về cấu tạo cơ bản, nguyên lý hoạt động cơ bản và quy trình bảo dưỡng sửa chữa hệ thống đánh lửa của xe Toyota Vios. Đồ án sẽ trình bày được tổng quan về hệ thống đánh lửa trên xe Toyota Vios sau đó đã tính toán một số thông số làm việc của hệ thống này và cuối cùng là quy tình công nghệ bảo dưỡng sửa chữa cho hệ thống đánh lửa. Từ đó ta có thể biết cách khai thác và sử dụng hệ thống đánh lửa một cách tối ưu nhất. Tìm được các giải pháp về các vấn đề hư hỏng thường gặp ở hệ thống đánh lửa động cơ này. Từ đó sẽ giúp phương tiện hoạt động hiệu quả hơn, tiết kiệm chi phí bảo dưỡng sửa chữa, tăng tuổi thọ các chi tiết, giảm tiêu hao nhiên liệu.
Do trình độ của bản thân còn hạn chế, và kiến thức tích lũy chưa nhiều cũng như chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế nên không tránh khỏi những thiếu sót nhưng có sự hướng dẫn của thầy : TS…………….. và các thầy, cô Khoa Cơ khí Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải đã nhiệt tình chỉ ra những điểm chưa được để em có thể sửa đổi, bổ sung, làm tốt hơn và giúp đỡ em hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày ..... tháng …. năm 20…
Sinh viên thực hiện
…………………
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÒNG XE TOYOTA VIOS VÀ ĐỘNG CƠ 1NZ-FE. TỔNG QUAN
VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
1.1 Khái quát chung về dòng xe VIOS
Toyota Vios là phiên bản Sedan cỡ nhỏ bốn cửa được hãng xe Nhật Toyota cho ra mắt vào năm 2002 để thay thế cho dòng Soluna ở thị trường Đông Nam Á và Trung Quốc.. Tại Việt Nam, dòng xe Toyota Vios được lắp ráp trong nước cung cấp ra thị trường qua 4 thế hệ theo thời gian với các nâng cấp về công nghệ như được trình bày dưới đây:
Thế hệ đầu tiên: Toyota Vios 2003-2006:
Thông số: Vios được trang bị động cơ cam kép với hệ thống điện tử điều khiển van nạp biến thiên VVT-i, có dung tích 1.5L cho công suất 107 mã lực tại 6.000 vòng/phút.
Thế hệ thứ 2: Toyota Vios 2007-2014:
Thông số: Toyota Vios 2012 vẫn sử dụng động cơ cũ (năm 2003), ký hiệu 1NZ-FE 1.5L DOHC tích hợp công nghệ điều khiển van biến thiên VVT-i. Công suất cực đại của động cơ là 107 mã lực, mô men xoắn tối đa 144 Nm. Tuy nhiên, khung gầm thiết kế hoàn toàn mới.
Toyota Vios 2012 có các thiết bị ngoại thất tiêu chuẩn như: Đèn sương mù, gương chiếu hậu gập điện cùng màu thân xe & tích hợp đèn báo rẽ, đèn báo phanh trên cao và bộ la-zăng hợp kim 15 inch với 12 chấu đơn. Trang bị hệ thống điều hòa một dàn lạnh với dàn phím chỉnh cơ, ghế chỉnh cơ, vô lăng không tích hợp các phím điều khiển, kính chiếu hậu và cửa kính chỉnh điện... Ngoài ra, Vios 2012 được trang bị các thiết bị an toàn tiêu chuẩn như 2 túi khí cho hàng ghế trước, hệ thống chống bó cứng phanh ABS, hệ thống phân bố lực phanh điện tử EBD, hỗ trợ lực phanh khẩn cấp BA và hệ thống chống trộm Anti-Theft System.
Thế hệ thứ 4: Toyota Vios 2018 đến nay:
Đời thứ 4 của Toyota Vios được giới thiệu đến người tiêu dùng Việt năm 2018 sau một năm thế hệ này được ra mắt trên thế giới. Khác với thế hệ trước, thế hệ thứ 4 này thay đổi hoàn toàn về ngoại hình với ngôn ngữ thiết kế mới “Keen Look”, kiểu thiết kế hiện đại với những đường nét bo tròn, đồng thời bổ sung nhiều tính năng mới. Hốc đèn sương mù được cách điệu và vuốt nhọn về sau.
Năm 2021, Toyota Vios tiếp tục cho ra mắt phiên bản nâng cấp nhằm củng cố vị thế tại thị trường Việt Nam. Phiên bản mới được bổ sung nhiều trang bị hơn. Tất cả các phiên bản của Toyota Vios 2021 đều được trang bị động cơ 1.5L kết hợp với hộp số sàn 5 cấp hoặc hộp số CVT 7 cấp, cho công suất tối đa 107 mã lực, mô-men xoắn cực đại 140Nm tại 4.200 vòng/phút. Riêng với phiên bản thể thao GS-R bổ sung thêm 2 tùy chọn chế độ lái Eco/Sport và hộp số CVT 10 cấp.
Thông số xe Toyota Vios thể hiện như bảng 1.1.
1.2. Tổng quan về động cơ 1NZ-FE
1.2.1. Đặc điểm chung của động cơ
- Loại động cơ : 1NZ-FE 4 xylanh, thẳng hàng, 16 van.
- Với trục cam kép (DOHC) và hệ thống điều khiển van nạp thông minh (VVT-i) chức năng “Cranking hold” sẽ duy trì mô tơ khởi động ở trạng thái hoạt động không cần phải giữ chìa ở vị trí start.
- ECU động cơ tích hợp chức năng điều khiển hộp số
1.2.2 Kết cấu động cơ 1NZ-FE
1.2.2.1 Thân máy
Động cơ 1NZ - FE thân máy dạng thẳng hàng.
* Chức năng:
-Thân động cơ là thành phần chính của động cơ, là giá đỡ để bắt các chi tiết, bộ phận của động cơ.
- Chịu bộ phận lực của động cơ.
- Bố trí tương quan các bộ phận, chỉ tiết của động cơ: Trục khuỷu, trục cam, xi lanh...
* Cấu tạo:
-Thân động cơ được đúc thành một khối liền, trọng có các lỗ xi lanh (lỗ lắp ống lót xi
lanh), có các đường nước làm mát đi qua, đường ống dẫn dầu bôi trơn, vị các vị trí để lắp đặt các bộ phận khác.
- Ông lót xylanh làm bằng gang đúc mỏng, có độ chính xác gia công cao và không lắp chọn.
1.2.2.2 Pít-tông
* Chức năng:
- Đình Piston cùng với nắp máy tạo thành buồng đốt
-Nén hỗn hợp trong kỳ nén
-Tiếp nhận lực khí cháy làm quay trục khuỷu qua trung gian của thanh truyền và trục piston
* Cấu tạo: Piston động cơ 1NZ – FE được chế tạo bằng nhôm, có khe xécmăng cao, có độ chính xác cao và không được lắp chọn.
1.2.2.2 Thanh truyền
* Chức năng:
- Kết nối trục Piston với chốt khuỷu.
- Nó dùng để biến chuyển động lên tịnh tiến của Piston thành chuyển động quay của trục khuỷu và ngược lại
* Cấu tạo: Được chế tạo bằng thép, có cường độ làm việc cao và gọn nhẹ. Thanh truyền được chia làm 3 phần:
- Đầu nhỏ thanh truyền kết nối với trục Piston,
- Đầu to thanh truyền được chia làm hai nửa được lắp ghép với chốt khuỷu.
- Thân thanh truyền là phần nối giữa đầu nhỏ và đầu to thanh truyền.
1.2.2.3 Trục khuỷu
* Chức năng:
- Là chị tiết quan trọng và phức tạp của động cơ.
- Nó tiếp nhận lực của Piston truyền qua thanh truyền và biến lực thành mômen xoắn truyền cho bánh đà.
* Cấu tạo:
- Trục khuỷu làm bằng thép rèn chất lượng cao để đảm bảo được độ cứng vững và mài mòn tốt
- Giữa ổ trục chính của thân máy và cổ trục chính của trục khuỷu có các bạc lót, và các bạc lót được chia làm hai nửa.
- Đầu trục khuỷu được lắp bánh xích hoạc bánh đai răng để dẫn động cơ cấu phân phối khí. Ngoài ra nó còn dẫn động bơm trợ lực lái, máy nén hệ thống điều hòa, bơm nước, máy phát điện...
1.2.3. Các cơ cấu và hệ thống của động cơ 1NZ-FE
1.2.3.1. 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.
+ 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.
1.2.3.3. 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 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.
1.2.3.4. 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.
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.
1.2.3.5. 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.
+ 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
1.3. Tổng quan về hệ thống đánh lửa
1.3.1. Chức năng, nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống đánh lửa
1.3.1.1. Chức năng hệ thống đánh lửa
Trong động cơ xăng hòa khí sau khi được đưa vào trong xylanh và được trộn đều nhờ xoáy lốc của dòng khí, sẽ được piston nén lại. ở một thời điểm thích hợp cuối kỳ nén, hệ thống đánh lửa sẽ cung cấp một tia lửa điện cao thế, đốt cháy hòa khí và sinh công cho động cơ. Như vậy, chức năng của hệ thống đánh lửa là tạo ra tia lửa đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong buồng đốt của động cơ.
1.3.1.3. Yêu cầu của hệ thống đánh lửa
Các yếu tố quan trọng của động cơ xăng là: Hỗn hợp không khí nhiên liệu tốt, nén ép tốt, và đánh lửa tốt. Hệ thống đánh lửa tạo ra một tia lửa mạnh, và các thời điểm chính xác để đốt cháy hỗn hợp không khí - nhiên liệu.
1.3.1.4. Phân loại hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa trên ô tô được sử dụng 75 năm qua hầu như không thay đổi mới chi thay đổi phương thức đánh lửa hoặc phương pháp phân phối tia lửa.Ta có thể phân hoại hệ thống đánh lửa như sau:
Theo phương thức tích luỹ năng lượng có:
- Hệ thống đánh lửa điện cảm.
- Hệ thống đánh lửa điện dung.
Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp có:
- Hệ thống đánh lửa truyền thống (đánh lửa má vít).
1.3.2. Phân tích một số hệ thống đánh lửa thông dụng
1.3.2.1. Hệ thống đánh lửa thường (có tiếp điểm)
Trong hệ thống đánh lửa thường có 2 mạch : mạch điện áp thấp và điện áp cao.
Trong mạch điệp áp thấp dùng điện của ắc quy hoặc của máy phát điện. Trong đó ngoài nguồn điện ra còn có khóa điện, cuộn dây sơ cấp, bô bin với điện trở phụ và bộ cắt điện.
1.3.2.3. Hệ thống đánh lửa bán dẫn không tiếp điểm
Về cấu tạo hệ thống đánh lửa bán dẫn không còn sử dụng tiếp điểm đóng ngắt mạch sơ cấp nên cải thiện được chất lượng tia lửa và tuổi thọ hệ thống.
- Hệ thống đánh lửa bán dẫn ta cũng có thể chia làm 2 mạch : mạch điện hạ thế và mạch cao thế
+ Mạch điện hạ thế dùng điện áp của ắc quy hoặc của máy phát điện trên động cơ Trong đó ngoài nguồn điện ra còn có khóa điện, cuộn dây sơ cấp, bô bin với điện trở phụ và IC đánh lửa.
+ Mạch điện cao thế có cuộn dây thứ cấp trong bô bin, dây cao áp, bộc chia điện và các bugi trên xylanh.
1.3.2.5. Hệ thống đánh lửa CDI (Capacitor Discharge Ignition)
Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ sản xuất động cơ nói riêng và sản xuất ôtô nói chung đã đạt được nhiều thành tựu cao trong mọi lĩnh vực, từ công nghệ chế tạo chi tiết cơ khí đến sự đột phá trong công nghệ chế tạo vật liệu mới. Với sự trợ giúp đắc lực của lĩnh vực công nghiệp điện tử và điện tự động, hệ thống đánh lửa ngày nay đã trở nên hoàn hảo.
1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống đánh lửa
Trong quá trình sử dụng ôtô, trạng thái kỹ thuật của ôtô dần thay đổi theo hướng xấu đi, dẫn tới hay hỏng hóc và giảm độ tin cậy. Quá trình thay đổi ấy có thể kéo dài theo thời gian ( hay hành trình sử dụng ) và phụ thuộc vào nhiều yếu tố.
- Chất lượng của vật liệu, công nghệ chế tạo, lắp ghép, sự không đồng nhất trong chế tạo.
- Điều kiện sử dụng: môi trường sử dụng, trình độ người sử dụng, điều kiện bảo quản, trang thiết bị và môi trường sửa chữa, nhiên liệu dầu mỡ bôi trơn..
- Sự mài mòn vật liệu giữa các bề mặt có chuyển động tương đối.
- Sự xuất hiện các vết nứt nhỏ hay hỏng ren do trong quá trình bảo dưỡng thay thế bougie hoặc chịu tải thay đổi, thường gọi là mỏi.
Kết luận chương 1:
Trong chương 1 này em đã tìm hiểu được các nội dung như sau:
- Khái quát chung về dòng xe Toyota Vios
- Khái quát chung về động cơ 1NZ-FE lắp trên xe Toyota Vios 2012 và một số hệ thống được trang bị trên trên động cơ này
- Tổng quan về hệ thống đánh lửa và các hệ thống đánh lửa thông dụng và các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống đánh lửa.
CHƯƠNG 2. KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ 1NZ-FE
2.1. Giới thiệu về hệ thống đánh lửa trên động cơ 1NZ-FE
Là hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) bô bin và IC đánh lửa được lắp đặt trực tiếp ở đầu bugi tạo thành một cụm chi tiết, do có kết cấu như vậy nên ở hệ thống đánh lửa không có dây cao áp, cho nên giảm được tổn thất năng lượng, và tăng được khả năng chống nhiễu. Hệ thống có một số ưu điểm:
- Góc đánh lửa sớm được điều khiển tối ưu cho từng chế độ hoạt động của động cơ .
- Góc ngậm điện luôn luôn được điều chỉnh theo tốc độ của động cơ và theo tín hiệu điện áp của động cơ, đảm bảo điện áp thứ cấp có giá trị cao ở mọi thời điểm.
- Động cơ điều khiển dễ dàng, cầm chừng êm dịu, tiết kiệm nhiên liệu, giảm độc hại khí thải.
- Công suất và đặc tính động học của động cơ được cải thiện rõ ràng.
2.2. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động một số cơ cấu của hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ 1NZ- FE
2.2.1. Bô bin
a, Cấu tạo
Cấu tạo bô bin như hình 2.4.
* Công dụng: cuộn đánh lửa tạo ra điện áp cao đủ để phóng tia hồ quang giữa hai điện cực của bugi. Các cuộn sơ cấp và thứ cấp được quấn quanh lõi sắt từ. Số vòng của cuộn thứ cấp lớn hơn số vòng của cuộn sơ cấp khoảng 100 lần.
Một đầu của 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 ắc quy.
b, Nguyên lý hoạt động
Khi động cơ chạy, dòng điện từ ắc quy chạy qua IC đánh lửa vào cuộn sơ cấp, phù hợp với tín hiệu thời điểm đánh lửa (IGT) do ECU động cơ phát ra. Kết quả là các đường sức từ được tạo ra chung quanh cuộn dây có lõi ở trung tâm.
2.2.2. Bugi
Bugi Iridium Denso IK16TT-4701 lắp trên Toyota Vios như hình 2.14.
Bugi sử dụng trên xe Toyota Vios 2012 là: Bugi Iridium Denso IK16TT-4701
Các thông số của bugi:
- Đường kính đề: 14mm
- Giá trị điện trở: 5000 Ohm
- Khe hở điện cực: 0.039 in (1,0 mm)
2.2.3. Bộ xử lý và điều khiển trung tâm ECU
a, Vai trò của ECU (ELECTRIC CONTROL UNIT)
ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến và tính toán thời điểm đánh lửa tối ưu theo các tình trạng của động cơ và truyền tín hiệu IGT (tín hiệu đánh lửa) tới IC đánh lửa
b, Điều khiển góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh
- Hiệu chỉnh để hâm nóng.
Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, góc đánh lửa sớm hơn để cải thiện khả năng làm việc. Góc đánh lửa sớm lên xấp xỉ 15 độ.
- Hiệu chỉnh khi quá nhiệt độ.
Khi nhiệt độ của nước làm mát quá cao thời điểm đánh lửa được làm muộn đi để tránh tiếng gõ và quá nóng. Góc làm muộn được hiệu chỉnh tối đa là 5 độ.
- Hiệu chỉnh để tốc độ chạy không tải được ổn định.
- Hiệu chỉnh tiếng gõ.
Khi tiếng gõ xảy ra trong động cơ, cảm biến tiếng gõ biến đổi độ rung gây ra bởi tiếng gõ thành tín hiệu điện áp KNK, ECU sẽ xác định độ lớn của tiếng gõ để hiệu chỉnh. Khi tiếng gõ mạnh thời điểm đánh lửa bị muộn nhiều, khi tiếng gõ ít thì thời điểm đánh lửa bị muộn ít. Khi hết tiếng gõ ECU ngừng làm muộn thời điểm đánh lửa và làm sớm nó lên một chút so với thời điểm đánh lửa chuẩn. Góc thời điểm đánh lửa được làm muộn tối đa là 10 độ.
2.3. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lí làm việc của các cảm biến
2.3.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu (tín hiệu NE)
Cảm biến này phát hiện góc quay trục khuỷu và tốc độ động cơ.
Tín hiệu NE được tạo ra bởi khe hở không khí giữa cảm biến và các răng trên chu vi của rô to tín hiệu NE lắp trên trục khuỷu. Tùy loại mà cảm biến có 12, 24, 34 răng và có hai răng khuyết.
2.3.3. Cảm biến nhiệt độ nước (tín hiệu THW)
Cảm biến này phát hiện nhiệt độ của nước làm mát.
Cảm biến nhiệt độ nước được gắn một nhiệt điện trở bên trong. Nhiệt độ càng thấp, trị số điện trở càng lớn và ngược lại. Sự thay đổi giá trị điện trở này được sử dụng để phát hiện các thay đổi về nhiệt độ nước làm mát.
2.3.4. Cảm biến tiếng gõ (tín hiệu KNK)
Cảm biến này phát hiện tiếng gõ động cơ.
Được gắn vào thân máy gồm phần tử áp điện tạo ra một điện áp AC khi tiếng gõ gây ra rung động trong thân máy và làm biến dạng phần tử này. Tần số tiếng gõ của động cơ giới hạn từ 6 đến 13khz tùy loại động cơ.
2.4. Tính toán một số thống số làm việc
2.4.1. Sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa như hình 2.30.
2.4.2. Tính dòng điện qua cuộn sơ cấp
Khi Transistor công suất T dẫn, trong mạch sơ cấp sẽ có dòng điện i từ (+) accu đến đến đến T đến mass. Dòng điện tăng từ từ do sức điện động tự cảm sinh ra trên cuộn sơ cấp Lchống lại sự tăng của cường độ dòng điện. Ở giai đoạn này, mạch thứ cấp của hệ thống đánh lửa hầu như không ảnh hưởng đến quá trình tăng dòng ở mạch sơ cấp. Hiệu điện thế và cường độ dòng điện xuất hiện ở mạch thứ cấp không đáng kể nên ta có thể coi như mạch thứ cấp hở.
U1 : hiệu điện thế nguồn, Ung = 12 [V]
R1 : điện trở của mạch sơ cấp, R1 = 0,7 [Ω]
L1 : độ tự cảm mạch sơ cấp, L1=3.10-3 = 0,003 [H]
=> t1 = 0,00428 (s)
T : chu kỳ đánh lửa.
ne = 4400 [vòng/phút]: số vòng quay của động cơ.
Z=4: số xylanh của động cơ.
=> td = 0,0043 (s)
Thay tất cả vào ta có:
=> Ing = 11,053 (A)
* Vẽ đặc tính dòng điện qua cuộn sơ cấp:
Thay các giá trị: Ung = 12 [V].
R1 = 0,7 [Ω]
L1 = 3.10-3 = 0,003 [H]
Ta có bảng số liệu như bảng 2.1.
2.4.3. Phân tích đặc tính dòng sơ cấp
Khi transistor T dẫn dòng điện I1 tăng từ “0” đến giá trị tới hạn xác định bởi điện trở của mạch sơ cấp, độ tự cảm của cuộn dây mạch sơ cấp và điện áp ắc quy. Do ảnh hưởng của L1 nên dòng điện I1 không tăng tức thời mà tăng từ từ.
Khi t = 0 (tiếp điểm vừa đóng lại).
Khi t = ¥ (tiếp điểm đóng rất lâu)
Dựa vào đồ thị trên hình 2.42, ta nhận thấy: tốc độ tăng dòng sơ cấp rất nhanh ở giai đoạn đầu t = (0 ÷ 0,00443 [s]) sau đó tăng chậm dần và tiệm cận 17,142 [A].
Giá trị I1max phụ thuộc vào điện trở RS1 và thời gian tiếp điểm ở trạng thái đóng.
Kết luận.
Quá trình đánh lửa được chia làm 3 giai đoạn:
+ Giai đoạn tăng dòng sơ cấp khi transistor T đóng lại.
+ Giai đoạn xuất hiện suất điện động cao áp trong cuộn thứ cấp khi transistor T mở ra.
2.4.6. Tính hiệu điện thế thứ cấp cực đại
Khi thế hiệu U2 vừa đạt đến giá trị Uđl, đủ để xuyên qua khe hở giữa các điện cực của bugi, thì ở đó xuất hiện tia lửa điện cao thế. Khi xuất hiện tia lửa điện thì U2 giảm đột ngột trước khi kịp đạt giá trị cực đại.
Uđl : hiệu điện thế đánh lửa, được xác định theo , Uđl = 35447,58 [V].
Kđl : hệ số dự trữ. Kđl nằm trong khoảng (1,5 ÷ 2), ta chọn Kđl = 1.5.
Thay số vào ta được:
U2max = 35447,58.1,5 =53171,37 [V]
2.4.7. Tính năng lượng tia lửa
Năng lượng tia lửa bao gồm hai thành phần: phần điện dung và phần điện cảm.
a, Năng lượng phần điện dung
C : điện dung tương đương của hệ thống đánh lửa.
Uđl: thế hiệu đánh lửa, được xác định theo Uđl = 35447,58 [V].
Thay số vào ta được: Wc = 0,155 [J]
b, Năng lượng phần điện cảm
Thay số vào ta được: WL = 0,183 [J]
Kết luận:
- Loại hệ thống đánh lửa: Hệ thống đánh lửa theo chương trình sử dụng bô bin đơn
- Để đáp ứng các đặc tính kỹ thuật của hệ thống đánh lửa, ta chọn loại bugi có các thông số sau để thay thế
- Thế hiệu đánh lửa: Uđl = 35447,58 [V]
- Năng lượng của tia lửa:
+ Phần năng lượng điện dung: WC = 0,155 [J]
+ Phần năng lượng điện cảm: WL = 0,183 [J]
CHƯƠNG 3. CHẨN ĐOÁN VÀ BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐỘNG CƠ 1NZ – FE
3.1. Chẩn đoán hư hỏng hệ thống đánh lửa theo tình trạng động cơ
Một số dạng hư hỏng, nguyên nhân và phương pháp kiểm tra, bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống đánh lửa của động cơ được thể hiện trong bảng 3.1.
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:
- Những chỗ nối không tốt
- Nắp cuộn dây có bị nứt hay không
- Nắp bộ phân phối và Rôto phân phối có bị nứt hay vỡ không
3.2. Kiểm tra chẩn đoán hệ thống đánh lửa xe Toyota Vios
3.2.1. Các phương pháp chẩn đoán cơ bản
3.2.1.1. Chẩn đoán bằng cách quan sát các hiện tượng cho thấy hệ thống đánh lửa có khả năng gặp sự cố
- Khi quan sát thấy động cơ hoạt động có hiện tượng rung giật
- Khi động cơ hoạt động ở chế độ không tải ta thấy kim chỉ vòng tua máy không đứng yên mà giao động lên xuống trong 1 khoảng nhất định
- Khi đạp ga ta thấy tua máy lên chậm có nhiều khói ở ống xả, tua máy lên chậm và chân ga có hiện tượng bị rung
3.2.1.2 Kiểm tra hệ thống đánh lửa ngay trên xe
Quy trình kiểm tra chẩn đoán:
Mục đích: để kiểm tra xem có đánh lửa không. Quy trình kiểm tra:
- Bước 1: Tháo nắp đậy nắp mặt máy.
- Bước 2: Ngắt 4 giắc nối vào cuộn đánh lửa.
- Bước 7: Tiếp mát cho bugi.
- Bước 8: Quan sát xem có tia lửa phát ra ở đầu điện cực của bugi hay không. Chú ý:
Nối mát cho bugi khi kiểm tra.
+ Thay cuộn đánh lửa khi nó đã bị va đập.
3.2.2. Chẩn đoán bằng máy chuyên dụng
3.2.2.1 Thông tin máy chẩn đoán CARMAN SACN VG
Thiết bị chẩn đoán ô tô Carman Scan VG là một trong số những sản phẩm tân tiến và hiện đại nhất mà hãng Nextech, Hàn Quốc cho ra đời. Ngoài những chức năng chẩn đoán như một máy chẩn đoán thông thường như lỗi động cơ, ABS, hộp số tự động, Carman Scan VG còn có thêm chức năng nổi trội đó là máy dao động ký Oscilloscope 4 kênh cho phép đo đạc và so sánh với đồ thị chuẩn của các cảm biến, tín hiệu từ đó tìm ra được sự cố và cách khắc phục. Carman Scan VG là một kho cơ sở dữ liệu về các lỗi, nguyên nhân và cách khắc phục…
Thiết bị chẩn đoán Carman Scan VG có những ưu điểm hơn như:
- Màn hình dễ nhìn, hình dáng nhỏ gọn, thuận tiện sử dụng.
- Màn hình cảm ứng, dễ dàng sử dụng.
- Phần mềm chẩn đoán được thiết kế theo tiêu chuẩn quốc tế, nên máy có khả năng tương thích với hầu hết các giao diện chẩn đoán của các xe trên thế giới.
3.2.2.2 Kết nối tới ô tô
Nối cáp chính tới giắc kết nối DLC trên đầu của máy. Đẩy những cái lẫy trên cả hai mặt của giắc kết nối cho đến khi nghe tiếng click.
Thực hiện sự kết nối sau khi kiểm tra vị trí của giắc cắm và thông số kỹ thuật của xe được chẩn đoán.
3.2.3. Khai thác hệ thống đánh lửa trên xe vios bằng thiết bị chẩn đoán
* Khi động cơ hoạt động không bình thường, có hiện tượng rung giật, ta phán đoán có hư hỏng trong hệ thống đánh lửa. Ta sử dụng máy chẩn đoán để thu hẹp phạm vi tìm kiếm và xác định lỗi.
- Khi kết nối được với đối tượng chẩn đoán ta có bảng menu sau hiện ra. Ta chọn biểu tượng VEHICLE DIAGNOSIS.
- Mã lỗi trên cho ta biết cuộn đánh lửa số 1 gặp sự cố, cần kiểm tra sửa chữa.
- Ta dùng phương pháp thay thế thử 1 cuộn đánh lửa mới còn tốt.
- Khi thay thế xong, khởi động lại động cơ, ta thấy động cơ hoạt động bình thường.
- Kết luận: máy chẩn đoán giúp ta xác định được lỗi một cách nhanh chóng, chính xác.
3.2.4. Giới thiệu một số mã lỗi, các nguyên nhân gây ra lỗi, và khoanh vùng khu vực hư hỏng
1. Mã 0100: AIR FLOW SENSOR CIRCRUIT (lỗi mạch cảm biến lưu lượng khí nạp - có trên một số model (mẫu)
* Nguyên nhân:
Nếu các định mức dòng khí được đo bằng cảm biến lưu lượng khí nạp không thường xuyên cao hay thấp (lúc cao lúc thấp) hay số chỉ của lưu lượng khí không phù hợp với tải trọng yêu cầu của động cơ qua hai chu kỳ hoạt động liên tiếp thì mã code này sẽ được xác lập và đèn báo lỗi sẽ bật sáng.
2. Mã 0120: THROTTLE POSITION SENSOR (lỗi mạch cảm biến vị trí bướm ga)
* Nguyên nhân:
Nếu ECU đọc thấy giá trị điện áp không đặc trưng của cảm biến vị trí bướm ga khi đối chiếu với giá trị của công tác vị trí không tải và tải trọng của động cơ qua hai chu kỳ liên tiếp, mã lỗi này sẽ được xác lập và đèn báo sẽ được bật sáng.
* Khu vực hư hỏng:
Ngắn mạch hay hở mạch cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga
ECU động cơ
4. Mã 0130: O2 SNSR CIRCUIT (lỗi mạch cảm biến ôxy)
* Nguyên nhân:
Mã code này sẽ được xác lập nếu cảm biến oxy phía trước đáp ứng quá chậm (tần số thấp) qua hai chu kỳ liên tiếp. Mã code này vì vậy sẽ được xác lập nếu điện áp của cảm biến quá cao qua hai chu kỳ hoạt động liên tiếp. Khi mã code này được xác lập đèn báo sẽ bật sáng.
* Mô tả:
- Điều kiện để cho là chậm đáp ứng là thời gian kiểm tra mất 8 giây, một lần trên một chu kỳ. Mã code này sẽ được xác lập nếu các điểu kiện sau được tìm thấy qua hai chu kì hoạt động.
- Khoảng thời gian đáp ứng tử giàu đến nghèo lớn hơn 0,6 giây hay 0,8 giây
6. Mã P0335 CRANKSHAFT POSI. SENSOR (lỗi cảm biến vị trí trục khuỷu)
* Nguyên nhân:
Mã code này chỉ cho ta biết rằng tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu chỉ ra rằng động cơ không chuyển động nhưng tín hiệu cảm biến vị trí trục cam chỉ ra rằng động cơ vẫn đang hoạt động. Mã code này lần nào cũng được kiểm tra khi động cơ được khởi động. Nếu mã code này được xác lập đẻn báo sẽ bật ngay lập tức.
3.3. Bảo dưỡng, thay thế một số bộ phận chính trong hệ thống đánh lửa
3.3.1. Bảo dưỡng một số bộ phận chính hệ thống đánh lửa
3.3.1.1 Bảo dưỡng bugi
a, Mục đích:
- Kiểm tra tình trạng bugi, đảm bảo được tính năng đánh lửa
- Đảm bảo tia lửa phải đủ mạnh và ổn định trong mọi điều kiện áp suất và nhiệt độ khác nhau
b, Các bước thực hiện:
- Bước 1: Tháo bugi
+ Nên chờ động cơ xe ô tô nguội hẳn rồi mới tháo bugi
+ Lau sạch những vết bẩn xung quanh lỗ chứa bugi trước khi tháo, bởi khi tháo bugi các bụi bẩn có thể lọt vào máy, làm hư các xéc măng của pittông xe
+ Cũng có thể dung khí nén hoặc dung môi xịt để làm sạch chỗ đó trước khi tháo bugi ra
- Bước 3: Lắp bugi vào động cơ
+ Sau khi bugi đã được làm sạch và kiểm tra xong, hãy lắp bugi lại vào động cơ.
+ Quay bugi bằng tay cho đến khi cảm thấy chặt. Loại bugi có gioăng thường chỉ cần vặn một phần tư đến một nửa vòng là chặt. Trong khi đó, loại không gioăng phải vặn khoảng 16 vòng. Hãy kiểm tra hướng dẫn sử dụng để chắc chắn.
3.3.1.2. Bảo dưỡng bô bin
a, Mục đích
- Kịp thời phát hiện tình trạng và hư hỏng bô bin, vì bô bin trục trặc thì bugi cũng bị ảnh hưởng theo
- Đảm bảo hiệu quả đốt cháy, công suất, độ em dịu và sự vận hành chung của ô tô
b, Các bước thực hiện
- Bước 1: Tắt máy, mở nắp capo, xác định vị trí bô bin. Mỗi hãng sẽ có cách bố trí bô bin khác nhau. Tuy nhiên thông thường bô bin đánh lửa được đặt gần vè xe hoặc gần bộ chia điện. Nếu xe không có bộ chia điện, bô bin sẽ nối trực tiếp với bugi.
- Bước 2: Tháo dây cao áp của 1 bugi
- Bước 7: Khởi động động cơ. Nhờ một người khác khởi động động cơ xe.
- Bước 8: Quan sát tia lửa bugi. Nếu thấy một tia lửa màu xanh sáng ở khe hở bugi, nghĩa là bô bin đánh lửa ô tô vẫn đang hoạt động bình thường. Ngược lại, nếu không thấy tia lửa này thì bô bin đánh lửa đang gặp trục trặc, cần thay thế.
3.3.2. Quy trình thay thế một số bộ phận chính
3.3.2.1. Thay thế bugi hoặc bô bin cao áp
a, Mục đích:
- Đánh lửa ổn định, đốt cháy triệt để nhiên liệu hơn giúp động cơ phát huy hết công suất
- Hạn chế tối đa muội bám vào buồng đốt và trên đường xả
c, Kết quả đạt được:
Ô tô vận hành êm ái, khởi động dễ dàng
3.3.2.2. Thay thế các cảm biến
a, Mục đích:
Khôi phục và Đảm nhận nhiệm vụ phát hiện những thay đổi của hệ thống nguồn điện và hệ thống đánh lửa.
b, Các bước thực hiện:
- Bước 1: Tiếp cận vị trí cảm biến cần thay thế
- Bước 4: Cắm lại giắc điện và bắt lại con bu lông giữ cảm biến
KẾT LUẬN
Trên thế giới, sự phát triển kinh tế, vận tải,… Đều là những vấn đề, hạng mục phát triển một cách mạnh mẽ từng giây, từng phút. Mỗi ngày lại có rất nhiều những ý tưởng, những công nghệ mới được đưa ra và thực hiện, đến ngành công nghiệp ô tô và sự cần thiết phải nghiên cứu khai thác kỹ thuật hệ thống đánh lửa cũng vậy. Các năm trở lại đây, mẫu xe Toyota Vios đến của nhà sản xuất xe hơi Toyota đến từ nhật bản luôn đứng top đầu trong các bảng danh sách số lượng xe ô tô bán ra của các năm gần đây. Vì vậy các hệ thống trên xe Toyota Vios luôn được nghiên cứu khai thác 1 cách toàn diện. Và hệ thống đánh lửa trên xe Toyota Vios là một hệ thống quan trọng cần phải nghiên cứu khai thác một cách khoa học.
Trong đề tài này em đã tìm hiểu về tính năng hoạt động của hệ thống đánh lửa trực tiếp, các nguyên lý làm việc của cảm biến góp phần trực tiếp vào sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ ô tô được ứng dụng thực tế trên ô tô ngày nay. Đồ án đã trình bày được tổng quan về hệ thống đánh lửa trên xe Toyota vios sau đó đã tính toán một số thông số làm việc của hệ thống này và cuối cùng là quy tình công nghệ bảo dưỡng sửa chữa cho hệ thống đánh lửa. Từ đó ta có thể biết cách khai thác và sửa dụng hệ thống đánh lửa một cách tối ưu nhất. Từ đó sẽ giúp phương tiện hoạt động hiệu quả hơn, tiết khiệm chi phí bảo dưỡng sửa chữa, tăng tuổi thọ các chi tiết, giảm tiêu hao nhiên liệu.
Đồ án có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho quy trình kiểm tra, bảo dưỡng sửa chữa hệ thống đánh lửa của 1 số dòng xe dùng động cơ xăng có cấu tạo giống với hệ thống đánh lửa xe Toyota Vios. Hoặc mở rộng nghiên cứu chuyên sâu về hệ thống đánh lửa trực tiếp để hệ thống đánh lửa ngày càng hiện đại và tối ưu hơn nữa.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Thành Bắc - Chu Đức Hùng - Thân Quốc Việt - Phạm Việt Thành - Nguyễn Tiến Hán. Giáo trình Hệ thống điện điện tử ô tô cơ bản
[2]. Tài liệu về xe TOYOTA VIOS
[3]. Chuyên đề về động cơ 1NZ-FE
[4]. Giáo trình trang bị điện và điện tử trên ô tô - TS Nguyễn Hoàng Việt
[5]. Giáo trình điện động cơ mới – PGS. TS Đỗ Văn Dũng
[6]. Giáo trình động cơ đốt trong
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"