MỤC LỤC
MỤC LỤC...............................................................................................................................................1
LỜI NÓI ĐẦU.........................................................................................................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA............................................................................4
1.1. Hệ thống đánh lửa thường..............................................................................................................5
1.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn.............................................................................................................6
1.2.1. Loại có vít điều khiển....................................................................................................................6
1.2.2. Loại không có vít điều khiển.........................................................................................................7
1.2.3. Loại có ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử)...................................................................................9
1.3. Hệ thống đánh lửa trực tiếp............................................................................................................9
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE CƠ SỞ VIOS 2007..14
2.1. Giới thiệu động cơ 1NZ-FE............................................................................................................14
Sơ lược quá trình hình thành và phát triển xe Vios..............................................................................14
2.1.1. Thông số kỹ thuật động cơ 1NZ-FE của xe Vios........................................................................15
2.1.1.1.Kích thước và trọng lượng xe Vios 2007..................................................................................15
2.1.1.2.Đặc điểm chung động cơ 1NZ-FE............................................................................................16
2.1.1.3.Thông số kỹ thuật động cơ 1NZ-FE.........................................................................................17
2.2. Các hệ thống điều khiển trên động cơ 1NZ-FE.............................................................................17
2.2.1. Hệ thống nhiên liệu.....................................................................................................................20
2.2.2. Hệ thống đánh lửa......................................................................................................................21
2.2.3. Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh.....................................................................22
2.2.4. Hệ thống điều khiển van phối khí thông minh............................................................................24
2.2.5. Hệ thống kiểm soát hơi xăng......................................................................................................25
2.3. Kết cấu các phần tử của hệ thống đánh lửa trên động cơ 1NZ-FE...............................................26
2.3.1. Vị trí các phần tử chủ yếu của hệ thống.....................................................................................26
2.3.2. Giới thiệu chung về hệ thống đánh lửa động cơ 1NZ-FE...........................................................27
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE TOYOTA VIOS ................30
3.1.Tính toán các thông số cơ bản hệ thống đánh lửa.........................................................................30
3.2.Thiết kế điều khiển hệ thống đánh lửa...........................................................................................34
3.3. Lựa chọn bugi................................................................................................................................46
3.4. Lựa chọn ECU...............................................................................................................................49
3.5. Lựa chọn cảm biến lưu lượng khí nạp..........................................................................................54
CHƯƠNG 4. KHAI THÁC KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE TOYOTA VIOS...............57
4.1. Khái niệm bảo dưỡng sửa chữa ô tô............................................................................................57
4.2. Những hư hỏng của hệ thống và biểu hiện...................................................................................57
KẾT LUẬN...........................................................................................................................................78
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................................................78
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, do nhu cầu xã hội ngày càng phát triển, kéo theo mọi hoạt động trong đời sống xã hội đều phát triển theo xu hướng hiện đại hóa nên đòi hỏi phải có những phương tiện hiện đại phục vụ cho con người. Do đó song song với sự phát triển của mọi ngành nghề thì công nghệ ôtô cũng có sự thay đổi khá lớn. Từ vấn đề đó, với những kiến thức đã học và sự hướng dẫn tận tình của Thầy: Ths....................., em quyết định thực hiện đề tài: “Tính toán thiết kế hệ thống đánh lửa động cơ Toyota”.
Trong thời gian thực hiện đề tài do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Em rất mong sự giúp đỡ, ý kiến đóng góp của quý thầy cô cùng tất cả các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy : Ths....................., cùng các Thầy Cô giáo trong bộ môn ô tô, Khoa Cơ khí, cùng các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày..........tháng.........năm 20…
Sinh viên thực hiện
……………….
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
1.1. Hệ thống đánh lửa thường
Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa thường được trình bày như hình 1.1.
* Nguyên lý hoạt động:
- Khi tiếp điểm 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 tiếp điểm KK’ mở:
+ Cam của bộ chia điện quay nhờ truyền động từ trục cam của động cơ và làm nhiệm vụ mở tiếp điểm KK’, cũng có nghĩa là ngắt dòng điện sơ cấp của biến áp đánh lửa. Khi đó từ thông đi qua cuộn thứ cấp do dòng điện sơ cấp gây nên sẽ mất đi đột ngột, làm xuất hiện một suất điện động cao thế trong cuộn thứ cấp W2. Điện áp này sẽ qua con quay chia điện và dây cao áp đến các bugi đánh lửa theo thứ tự thì nổ của động cơ.
+ Cũng vào lúc tiếp điểm KK’ chớm mở, trên cuộn dây sơ cấp W1 sinh ra một sức điện động tự cảm, được nạp vào tụ C1 nên sẽ dập tắt tia lửa trên vít. Khi vít đã mở hẳn, tụ điện sẽ xả qua cuộn dây sơ cấp của bô-bin.
1.2. Hệ thống đánh lửa bán dẫn
1.2.1. Loại có vít điều khiển
Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển hiện nay rất ít được sản xuất. Tuy nhiên, ở Việt Nam vẫn còn nhiều loại xe cũ trước kia có trang bị hệ thống này.
Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn loại có vít điều khiển, cuộn sơ cấp W1 của bô-bin được mắc nối tiếp với transistor T, còn tiếp điểm K được nối với cực gốc của transistor T. Do có transistor T nên điều kiện làm việc của tiếp điểm được cải thiện rất rõ, bởi vì dòng qua tiếp điểm chỉ là dòng điều khiển cho transistor nên thường không lớn hơn 1A. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển được trình bày như sau.
Khi cam không đội, tiếp điểm K đóng, transistor dẫn dòng qua cuộn sơ cấp đi theo mạch: (+) ắc quy → SW → Rf → W1 → cực E → cực C → mát (âm ắc quy). Dòng điện này tạo nên một năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường trên cuộn sơ cấp của bô-bin và khi tiếp điểm K mở, dòng Ib = 0, transistor T khóa lại, dòng sơ cấp I1 qua W1 ngắt thì năng lượng này được chuyển hóa thành năng lượng để đánh lửa, và một phần thành sức điện động tự cảm trong cuộn W1 của bô-bin. Qua bộ chia điện sẽ phân phối điện cao áp từ cuộn thứ cấp đến các bugi.
1.2.2. Loại không có vít điều khiển
Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn không có vít điều khiển, tín hiệu từ cảm biến trong bộ phát tín hiệu được đặt trong bộ chia điện thay thế cho cam và tiếp điểm, nó sinh ra một điện áp, mở transistor đánh lửa để ngắt dòng điện sơ cấp trong cuộn dây đánh lửa. Bao gồm các bộ phận sau:
- Bộ phận phát tín hiệu: Bộ phận phát tín hiệu bật transistor nguồn trong bộ đánh lửa để ngắt dòng điện sơ cấp cuộn đánh lửa tại thời điểm đánh lửa đúng. Thường sử dụng tín hiệu từ các cảm biến điện từ, cảm biến quang, cảm biến Hall…
- Bộ đánh lửa (igniter hay IC đánh lửa): Bộ đánh lửa gồm có bộ dò, nó dò tìm EMF (sức điện động) sinh ra bởi bộ phát tín hiệu, bộ khuếch đại tín hiệu và transistor nguồn, nó thực hiện ngắt chính xác dòng điện sơ cấp cuộn đánh lửa tùy thuộc vào tín hiệu
- Động cơ dừng: Có điện áp ở điểm P khi bật khóa điện. Điện áp ở điểm P được giữ ở dưới mức điện áp cơ bản để cho transistor hoạt động qua sự phân chia điện áp bởi điện trở R1 và R2. Kết quả là, transistor không hoạt động khi động cơ dừng, vì vậy không có dòng điện sơ cấp chạy trong cuộn đánh lửa.
1.3. Hệ thống đánh lửa trực tiếp
Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS - direct ignition system) hay còn gọi là hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện (DLI - distributorless ignition) được phát triển từ giữa thập kỷ 80, trên các loại xe sang trọng và ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên các loại xe khác nhau.
Hệ thống đánh lửa trực tiếp được chia làm ba loại chính sau:
- Loại 1: Sử dụng mỗi bô-bin cho một bugi:
+ Nhờ tần số hoạt động của mỗi bô-bin nhỏ hơn trước nên các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp ít nóng hơn. Vì vậy kích thước của bô-bin rất nhỏ và được gắn dính với nắp chụp bugi.
+ Trong sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bô-bin cho từng bugi được trình bày trong Hình 1.5, ECU sau khi xử lý tín hiệu từ các cảm biến sẽ gởi tín hiệu đến cực B của từng transistor công suất trong igniter theo thứ tự thì nổ và thời điểm đánh lửa.
- Loại 2: Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bô-bin cho từng cặp bugi. Sơ đồ đánh lửa loại này được trình bày như Hình 1.6.
+ Các bô-bin đôi phải được gắn vào bugi của 2 xy lanh song hành. Đối với động cơ 4 xylanh có thứ tự thì nổ: 1-3-4-2, ta sử dụng hai bô-bin. Bô-bin thứ nhất có hai đầu của cuộn thứ cấp được nối trực tiếp với bugi số 1 và số 4 còn bô- bin thứ hai nối với bugi số 2 và số 3. Phân phối điện áp cao được thực hiện như sau: giả sử điện áp thứ cấp xuất hiện ở bugi số 1 và 4, ta có:
Utc = U1+U4
- Loại 3: Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng một bô-bin cho 4 xylanh. Sơ đồ hệ thống được trình bày trên Hình 1.7.
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA DỰA TRÊN XE CƠ SỞ VIOS 2007
2.1. Giới thiệu động cơ 1NZ-FE
* Sơ lược quá trình hình thành và phát triển xe Vios:
Vios là mẫu xe sedan cỡ nhỏ được Toyota giới thiệu lần đầu vào năm 2002 nhằm thay thế Toyota Tercel (Soluna). Từ khi ra đời đến nay, Vios đã trải qua 4 thế hệ phát triển cùng nhiều cải tiến. Thế hệ đầu tiên có mã định danh NCP42, lắp ráp tại Thái Lan dựa trên Toyota Plazt - tên gọi khác của Toyota Yaris.
2.2. Thông số kỹ thuật động cơ 1NZ-FE của xe Vios
2.1.1. Kích thước và trọng lượng xe Vios 2007
Các thông số kích thước và trọng lượng xe Vios 2007.như bảng 2.1.
Các thông số kích thước của xe Vios 2007 được thể hiện qua bản vẽ tuyến hình xe trình bày trên Hình 2.2.
2.2.2. Đặc điểm chung động cơ 1NZ-FE
Động cơ 1NZ-FE là động cơ xăng, 4 kỳ, có 4 xy lanh bố trí thẳng hàng, dung tích công tác là 1496 cm3, thứ tự nổ 1 - 3 - 4 - 2 cho công suất tối đa 106 mã lực tại 6000 vòng/phút, mô-men xoắn tối đa 139 Nm tại 4200 vòng/phút. Động cơ được lắp trên xe Toyota Vios 2007, các hệ thống trong động cơ đều được điều khiển điện tử bằng ECU động cơ.
Với hệ thống VVT-i điều khiển phối khí thông minh, hệ thống điều khiển đánh lửa trực tiếp DIS, hệ thống phun xăng điện tử EFI và hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh ETCS-i được sử dụng trên động cơ này cho hiệu suất cao, yên tĩnh, tiết kiệm nhiên liệu và khí thải sạch. Mặt cắt dọc và mặt cắt ngang của động cơ 1NZ-FE được trình bày lần lượt trên Hình 2.3a và Hình 2.3b.
2.2.3. Thông số kỹ thuật động cơ 1NZ-FE
Thông số kỹ thuật của động cơ 1NZ-FE trên xe Vios 2007 được trình bày trong Bảng 2-2.
2.3. Các hệ thống điều khiển trên động cơ 1NZ-FE
Các hệ thống điều khiển trên động cơ 1NZ-FE bao gồm hệ thống phun xăng điện tử EFI, hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS kết hợp với các hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh ETCS-i, hệ thống điều khiển phối khí thông minh VVT-i,… được sử dụng trên động cơ này cho hiệu suất cao, yên tĩnh, tiết kiệm nhiên liệu và khí thải sạch. Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ 1NZ-FE được trình bày như Hình 2.4.
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 hiệu suất làm việc của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và khí thải sạch. Cấu trúc của hệ thống điều khiển động cơ 1NZ-FE được trình bày trên Hình 2.5
2.3.1. Hệ thống nhiên liệu
Sơ đồ điều khiển hệ thống nhiên liệu động cơ 1NZ-FE được trình bày như Hình 2.6.
Hệ thống nhiên liệu động cơ 1NZ-FE đóng vai trò rất quan trọng, nó không đơn thuần là hệ thống phun nhiên liệu độc lập, mà nó còn liên kết với các hệ thống đó là hệ thống điều khiển điện tử (ECU), hệ thống đánh lửa điện tử, điều khiển tốc độ động cơ, tạo ra sự tối ưu hóa cho quá trình hoạt động của động cơ, kim phun 12 lỗ được sử dụng để nâng cao tính phun sương của nhiên liệu. Đường ống nhiên liệu với các giắc đấu nối nhanh để nâng cao tính thuận tiện, sửa chữa.
2.2.2. Hệ thống đánh lửa
Động cơ 1NZ-FE được trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng điện tử (DIS). Sơ đồ hệ thống đánh lửa động cơ 1NZ-FE được trình bày như Hình 2.8.
Hệ thống đánh lửa trực tiếp không sử dụng bộ chia điện giúp cho thời điểm đánh lửa được chính xác hơn, giảm sự sụt thế điện áp và có độ tin cậy cao. Ở mỗi xy lanh được trang bị một bô-bin đơn. Khi ngắt dòng chạy qua cuộn sơ cấp thì sẽ tạo ra điện áp cao ở cuộn thứ cấp tác động đến bugi và tạo ra tia lửa điện.
ECU sẽ luân phiên bật và tắt transistor làm cho dòng sơ cấp ngắt đóng luân phiên nhau và cho phép dòng điện tạo ra tia lửa đốt cháy trong các xy lanh theo thứ tự nổ của động cơ.
2.2.3. Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh
Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh ETCS-i (Electronic Throttle Control System - intelligent) trên động cơ 1NZ-FE sử dụng ECU để điều khiển bằng điện góc mở của bướm ga, được trình bày trong Hình 2.9.
Góc mở của bướm ga thông thường được điều khiển trực tiếp bằng dây cáp nối từ bàn đạp ga đến bướm ga để mở và đóng nó. Trong hệ thống này, dây cáp được loại bỏ, và ECU động cơ dùng mô tơ điều khiển bướm ga để điều khiển góc mở của bướm ga đến một giá trị tối ưu tương ứng với mức độ đạp bàn đạp ga. Ngoài ra, góc mở của bàn đạp ga được nhận biết bằng cảm biến vị trí bàn đạp ga, và góc mở của bướm ga được nhận biết bởi cảm biến vị trí bướm ga, ECU động cơ và cổ họng gió. Cổ họng gió bao gồm bướm ga, mô tơ điều khiển bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga và các bộ phận khác.
2.2.4. Hệ thống điều khiển van phối khí thông minh
Thông thường, thời điểm phối khí được cố định, hệ thống điều khiển van phối khí thông minh gọi tắt là hệ thống VVT-i (Variable Valve Timing- intelligent) sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí. Điều này có thể làm tăng công suất, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và giảm khí xả ô nhiễm. Điều khiển thời điểm phối khí được trình bày như Hình 2.10.
Hệ thống VVT-i điều khiển thời điểm phối khí bằng cách xoay trục cam trong phạm vi 40 độ so với góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến.
2.4. Kết cấu các phần tử của hệ thống đánh lửa trên động cơ 1NZ-FE
2.4.1.Vị trí các phần tử chủ yếu của hệ thống
Vị trí các phần tử chủ yếu của hệ thống đánh lửa động cơ 1NZ-FE trên động cơ và trên xe được trình bày như Hình 2.13.
2.3.2. Giới thiệu chung về hệ thống đánh lửa động cơ 1NZ-FE
Hệ thống đánh lửa trên động cơ 1NZ-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 điện, bao gồm: ECU, các cảm biến tín hiệu, các cuộn đánh lửa có IC đánh lửa và các bugi. Sơ đồ hệ thống đánh lửa được trình bày như Hình 2.14.
Các bộ phận chính trên sơ đồ hệ thống đánh lửa động cơ 1NZ-FE:
- 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: Bô-bin đánh lửa có IC, bugi. Trực tiếp điều khiển đánh lửa thông qua các tín hiệu điều khiển nhận được từ ECU.
Đặc điểm của hệ thống đánh lửa trực tiếp:
- Không còn bộ chia điện thay thế vào đó là một bô-bin cùng với một IC đánh lửa độc lập cho mỗi xylanh.
- Vì hệ thống này không cần sử dụng bộ chia điện hoặc dây cao áp nên nó có thể giảm tổn thất năng lượng trong khu vực cao áp và tăng độ bền. Đồng thời nó cũng giảm đến mức tối thiểu nhiễu điện từ, bởi vì không sử dụng tiếp điểm trong khu vực cao áp.
- Chức năng điều khiển thời điểm đánh lửa được thực hiện thông qua việc sử dụng ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử).
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE TOYOTA VIOS
3.1.Tính toán các thông số cơ bản hệ thống đánh lửa
- Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là hiệu điện thế ở hai đầu cuộn dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi. Hiệu điện thế cực đại U2m phải lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi đặc biệt lúc khởi động.
- Hiệu điện thế thứ cấp là tại đó quá trình đánh lửa được xảy ra được gọi là hiệu điện thế đánh lửa ( Udl). Hiệu điện thế đánh lửa là 1 hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, theo định luật Pashen Udl
- P: Áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa (7-12kg/cm2)
- T: Nhiệt độ ở điện cực trung tâm của bugi tại thời điểm đánh lửa (250-300 )
- K: Hằng số phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp hòa khí (K=5.103 theo hóa học)
Vậy: Udl =14 (V)
- Hệ số dự trữ Kdt là tỷ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m và hiệu điện thế đánh lửa Udl:
Kdt = U2m / Udl (3.2)
- Đối với hệ thống đánh lửa thường do U2m thấp nên Kdl thường nhỏ hơn 1,5. Trên những động cơ xăng hiện đại với hệ thống đánh lửa từ hệ số dự trữ có khả năng tăng cao ( Kdt =1,5-2,0) đáp ứng được việc tăng tỷ số nén, tăng số vòng quay và tăng khe hở bugi.
~> U2m = Kdt.Udl = 1,5. 14 = 21 (V)
Ta có:
N1=100 vòng N2 = 10000 vòng
l1=5cm =5cm
r1=10cm =10cm
L1=4 .10-7.N12. = 4.3,14.10-7.1002. = 0.018 (H)
Và:
Ung=12V (Theo giáo tình động cơ đốt trong )
R1=0,5Ω (Theo giáo tình động cơ đốt trong )
t=0,02s (Theo giáo tình động cơ đốt trong )
Vậy Ing = 9,44 (A)
~> Wdt = 0,02.9,442/2= 0,8911 (J) = 891,1 (mJ)
Chu kỳ đánh lửa: là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa
T = td + tm=0,006 s
Trong đó:
- tđ: Thời gian công suất dẫn
- tm: Thời gian công suất ngắt
Tần số đánh lửa f tỷ lệ thuận với quay trục khuỷu động cơ và số vòng quay xylanh. Khi tăng số vòng quay của động cơ và số xylanh, tần số đánh lửa f tăng và do đó chu kỳ đánh lửa T giảm xuống. Vì vậy, khi thiết kế cần chú ý đến 2 thông số chu kỳ và tần số đánh lửa để đảm bảo ở số vòng quay cao nhất của động cơ tia lửa vẫn mạnh.
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 vào rất nhiều yếu tố:
ψ = f( Pbđ, tbd, p, twt, tmt, n, No....) (3.3)
Thông thường tia lửa điện bao gồm hai thành phần là thành phần điện dung và thành phần điện cảm. Năng lượng của tia lửa được tính theo công thức:
WP = WC + WL (3.4)
Điện dung mạch sơ cấp : C1 = 0,25.10-6[F]
Điện dung mạch thứ cấp : C2 = 10-10 [F]
WL = 0,5685 (J)
~> WP = 568,5 (mJ)
- WP: Năng lượng của tia lửa
- WC: Năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện dung
- WL: Năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện cảm
- C2: Điện dung ký sinh của mạch thứ cấp của bugi (F)
Độ tự cảm cuộn sơ cấp: L1 = 0.018[H]
Điện trở mạch sơ cấp : R1 = 0,5 [Ω]
Điện dung mạch sơ cấp : C1 = 0,25.10-6 [F]
Điện dung mạch thứ cấp : C2 = 10-10 [F]
Thời gian Transistor công suất bật (góc ngậm điện ởchế độ tải định mức): t = 0,02[s]
Thay vào ta có:
Utc = 9,44. 71644,6 (V)
Hiệu điện thế thứ cấp Utc = 71644,6 (V) suy ra đảm bảo sinh ra tia lửa điện
3.2. Thiết kế điều khiển hệ thống đánh lửa
* Mô tả:
Là hệ thống đánh lửa trực tiếp(DIS) bôbin và IC đánh lửa được lắp đặt trực tiếp ở đầu bugi tạo thành cụm chi tiết, do có kết cấu như vậy nên ở hệ thống đánh lửa không có dây cao áp vì vậy giảm được tổn thất năng lượng và tăng 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 động cơ và theo tín hiệu điện áp của động cơ, đảm bảo cho điện áp thứ cấp có giá trị cao ở mọi thời điểm.
ECU động cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau và xác định thời điểm đánh lửa tối ưu. ECU động cơ gửi tín hiệu đánh lửa IGT đến cuộn đánh lửa có IC đánh lửa, tín hiệu đánh lửa IGT được gửi đến IC đánh lửa theo thứ tự đánh lửa của động cơ (1-3-4-2).
* Sự điều khiển thời điểm đanh lửa:
- Điều khiển khi khởi động.
+ Điều khiển đánh lửa lúc khởi động được thực hiện bằng việc tiến hành đánh lửa ở góc quay trục khuỷu được xác định trước. Góc quay trục khuỷu được gọi là góc thời điểm đánh lửa ban đầu.
+ Khi khởi động, tốc độ của động cơ thấp và khối lượng không khí nạp chưa ổn định nên không thể sử dụng tín hiệu VG để điều chỉnh. Vì vậy, thời điểm đánh lửa được đặt ở góc thời điểm đánh lửa ban đầu. Góc thời điểm đánh lửa ban đầu được đặt trong IC dự trữ trong ECU động cơ.
- Các hiệu chỉnh khác.
+ Hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ không khí nhiên liệu: trong lúc hiêu chỉnh, tốc độ động cơ sẽ thay đổi theo lượng không khí nhiên liệu. Để duy trì tốc độ không tải ổn định, thời điểm đánh lửa được làm sớm lên hay muộn đi tùy theo lượng phun nhiên liệu.
+ Việc hiệu chỉnh này không được thực hiện khi xe đang chạy.
+ Hiệu chỉnh chuyển tiếp: khi thay đổi tốc độ thời điểm đánh lửa được làm sớm lên hay muộn đi theo sự tăng tốc.
3.3. Lựa chọn bugi.
Bugi đóng vai trò rất quan trọng trong hoạt động của động cơ xăng. Đó là nơi xuất hiện tia lửa điện ban đầu để đốt cháy hòa khí vì vậy nó ảnh hưởng trực tiếp đến công suất của động cơ, lượng tiêu hao nhiên liệu cũng như ô nhiễm của khí thải. Do điện cực bugi đặt trong buồng đốt nên điều kiện làm việc của nó rất khắc nghiệt( nhiệt độ kì nổ có thể lên đến 2500 độ C và áp suất đạt 50kg/ . Ngoài ra bugi còn chịu sự thay đổi của áp suất lẫn nhiệt độ, các dao động cơ khí, sự ăn mòn hóa học và điện thế cao áp.
3.4. Lựa chọn ECU.
Hộp đen(ECU) Toyota Vios có cấu tạo rất phức tạp bởi các mạch điện tử lập trình thông minh. Bao gồm 3 phần chính đó là: bộ nhớ ECU, bộ vi xử lý ECU và đường truyền của nó.
- Bộ nhớ ECU: gồm 4 phần chính: ROM, RAM, KAM, PROM.
+ RAM (Random Access Memory): có nhiệm vụ truy xuất ngẫu nhiên và dùng để lưu trữ thông tin mới ghi trong bộ nhớ và được xác định bởi bộ vi xử lý. RAM sẽ đọc và ghi lại các số liệu theo từng địa chỉ bất kỳ.
+ ROM (Read Only Memory): có nhiệm vụ lưu trữ các thông tin thường trực. ROM chỉ sử dụng để đọc những thông tin được lập trình có sẵn, mà không thể ghi vào được. Bởi vậy, ROM là nơi cung cấp những thông tin cho bộ vi xử lý.
* Ý nghĩa các cực của ECU trên Toyota Vios.
ABS: Hệ thống chống bó cứng phanh
ACC1: Tín hiệu tăng tốc No1(Từ cảm biến vị trí bướm ga)
ACC2: Tín hiệu tăng tốc No1(Từ cảm biến vị trí bướm ga)
A/C: Điều hòa không khí
T: Cực kiểm tra
TE1: Cực kiểm tra động cơ No.1
TE2: Cực kiểm tra động cơ No.2
THA: Tín hiệu nhiệt độ khí nạp
THG: Tín hiệu nhiệt độ khí xả
THW: Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát
3.5. Lựa chọn cảm biến lưu lượng khí nạp.
Cảm biến lưu lượng khí nạp.
Cảm biến khí nạp được sử dụng để phát hiện khối lượng hoặc thể tích không khí nạp. Tín hiệu của khối lượng hoặc thể tích không khí nạp được ECU sử dụng để tinh toan lượng phun cơ bản và góc đanh lửa sớm cơ bản.
Cảm biến lưu lượng khí nạp chủ yếu được chia thành 2 loại: đo lưu lượng với thể tích dòng khí và đo lưu lượng bằng khối lượng dòng khí.
CHƯƠNG 4. KHAI THÁC KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE TOYOTA VIOS
4.1. Khái niệm bảo dưỡng sửa chữa ô tô.
Bảo dưỡng kỹ thuật ô tô là những hoạt động hoặc những biện pháp kỹ thuật có xu hướng làm giảm cường độ hao mòn chi tiết, phòng ngừa hỏng hóc và kịp thời phát hiện các hư hỏng nhằm duy trì tình trạng kỹ thuật tốt của ô tô trong quá trình sử dụng.
Sửa chữa ô tô là những hoạt động hoặc những biện pháp kỹ thuật có xu hướng khắc phục hư hỏng nhằm khôi phục khả năng làm việc của chi tiết, tổng thành.
4.2. Những hư hỏng của hệ thống và biểu hiện.
* Hư hỏng bộ đánh lửa có IC và bôbin.
Động cơ bị nổ ngược: khi bộ bin bị hư hỏng thì thời điểm đánh lửa sẽ lệch và nhiên liệu không bị đốt hết. Lượng nhiên liệu này sẽ đi ra ngoài theo đường ống xả. Nếu đường ống xả đang nông và có điều kiện thích hợp thì lượng nhiên liệu này có thể bị bốc cháy và gây ra hiện tượng nổ ngược.
* Hư hỏng ECU.
* Dấu hiệu.
+ Động cơ chập chờn hoặc bị tắt đột ngột do tín hiệu kém.
+ Đèn báo lỗi động cơ phát sáng.
+ Các vấn đề về hiệu suất(giảm tải, tăng tốc kém).
4.3. Quy trình kiểm tra và chẩn đoán.
* Kiểm tra hệ thống đánh lửa ngay trên xe.
+ Mục đích: để kiểm tra xem có đánh lửa không.
+ Quy trình kiểm tra:
- Bước 1: tháo nắp đạy nắp quy lát.
- Bước 3: tháo 4 bu lông và 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.
+ Không được quay khởi động động cơ lâu hơn 2 giây.
- Kiểm tra hư hỏng ở phần ren và phần cách điện của bugi. Nếu có hư hỏng, hãy thay thế bugi. Khuyên dùng bugi DENSO và NGK.
- Kiểm tra khe hở điện cực của bugi.
- Làm sạch các bugi. Nếu điện cực bị bám muội các bon ướt, hãy làm sạch bugi bằng máy làm sạch sau đó làm khô nó.
* Khai thác hệ thống đánh lửa bằng thiết bị chuẩn đoán.
- Cách kết nối và lựa chọn chương trinh chẩn đoan.
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
Lựa chọn chương trình chẩn đoán.
- Trên menu chính, kích chọn biểu tượng chương trinh chẩn đoán ô tô(VEHICLE DIAGNOSIS).
+ Sau khi lựa chọn loại xe chẩn đoán sẽ hiện ra một bảng các hệ thống chẩn đoán. Kích chọn một hệ thống trên ô tô (động cơ, hộp số tự động, ABS, túi khí, v.v…). Ta chọn hệ thống động cơ.
* Khai thác hệ thống đánh lửa trên xe vios bằng thiết bị carman scan
+ 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.
+ Sau khi máy quét xong kết quả ta nhận được như sau.
+ Ta xóa mã lỗi bằng cách chọn vào mã lỗi và kích chọn biểu tượng ERASE và chọn YES để đồng ý xóa lỗi.
+ Kiểm tra lại xem động cơ còn lỗi nào không.
+ Lựa chọn chức năng chẩn đoán theo mã lỗi (DIAGNOSTIC TROUBLE CODES). Máy sẽ quét các mã lỗi và đưa ra màn hình chờ.
+ Sau khi máy quét xong kết quả ta nhận được là.
- Đo xung điện mạch sơ cấp cuộn đánh lửa
+ Kết nối máy chẩn đoán với thiết bị chẩn đoán
+ Kết nối cáp tín hiệu vào máy chẩn đoán.
+ Cắm cáp tín hiệu vào các giắc số sáu trong phần giới thiệu thiết bị.
+ Kết nối đầu nhận tín hiệu tới chân cắm của cảm biến hay thiết bị cần đo.
+ Từ màn hình menu chính của máy ta chọn biểu tượng OSCILLO SCOPE để khởi động chức năng đo xung của máy chẩn đoán.
+ Trong bảng menu ta chọn chức căng cài đặt tự động (Auto setup) máy sẽ cài dặt các thông số tự động cho sự thể hiện tín hiệu xung đo được bảng lựa chọn các xung cần đo trong hệ thống 4 tín hiệu xung.
+ Từ tín hiệu này ta có thể biết được tình trạng hoạt động của các cảm biến.
4.4. Giới thiệu một số mã lỗi, các nguyên nhân gây ra lỗi và khoanh vùng khu vực hư hỏng.
+ Mã 0100: AIR FLOW SENSOR CIRCRUIT (lỗi mạch cảm biến lưu lượng khí nạp
+ Mã 0120: THROTTLE POSITION SENSOR (lỗi mạch cảm biến vị trí bướm ga)
+ Mã 0130: O2 SNSR CIRCUIT (lỗi mạch cảm biến ôxy )
+ Mã P0304 CYL.NO.4, MISFIRE DETECTED (lỗi đánh lửa cylanh )
4.5. Một số lưu ý khi sử dụng thiết bị chẩn đoán trên xe ô tô.
* Các bước cơ bản xác định lỗi động cơ bằng thiết bị chuẩn đoán khi vào Garage.
- Bước 1: Thợ sửa chữa kiểm tra trạng thái làm việc của ô tô, xác định khu vực đó bằng cảm quan và kinh nghiệm ,quan sát sự chỉ thị của các đèn cảnh báo bất thường trên bảng đồng hồ chính + Bước 2: Xác định chủng loại , thế hệ xe , năm sản xuất, xác định , lựa chọn thiết bị chuẩn đoán cho phù hợp.
- Bước 3: Kết nối thiết bị chuẩn đoán với xe ( chú ý : không được rút cáp điện ắc quy trước khi xác định lỗi ), đọc ngay các lỗi đang lưu trong ECU, in hoặc lưu ra file hoặc ghi chép các lỗi ra giấy, xóa mã lỗi lưu trong ECU .
- Bước 6: Sửa chữa hoặc thay thế xong phần chi tiết bị hỏng , dung thiết bị xóa mã lỗi lưu trong ECU lần nữa và reset ECU trở về trạng thái ban đầu.
* Việc đọc lỗi không thành công có thể do một sỐ lý do sau:
- Trường hợp 1: Thiết bị chuẩn đoán và ô tô không kết nối được với nhau do giao thức không phù hợp , cài đặt sai , cổng kết nối , tốc độ đường truyền không đúng
- Trường hợp 2: ECU trên xe bị cháy do đứt mạch hoặc nổ IC .
- Trường hợp 6: Trong trường hợp thiết bị sử dụng USB-COM có thể việc cài đặt cổng USB- COM “ảo” không đúng và chưa phù hợp .
Chú ý:
+ Khi có đèn check trên xe báo sáng phải mang xe đến garage kiểm tra và sửa chữa ngay.
+ Nếu trước khi xe vào sửa chữa đã rút ắc quy ra hoặc máy đã nguội thì phải khởi động lại cho nóng máy và thao tác nhiều trạng thái hoạt động của xe để phát hiện ra lỗi như gợi ý ở trên .
KẾT LUẬN
Ngày nay, ô tô trở thành 1 phương tiện không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của mỗi chúng ta. Kể từ khi chiếc xe ô tô đầu tiên ra đời, theo thời gian để đáp nhu cầu cuộc sống của con người những chiếc xe ô tô ra đời sau này ngày một tiện nghi hơn, hoàn thiện hơn, và hiện đại hơn. Một trong những hệ thống hiện đại trên ô tô và ngày càng phát triển là hệ thống đánh lửa, đây là một hệ thống mang tính hiện đại và công nghệ cao góp phần vào sự phát triển mạnh mẽ và không thể thiếu của công nghệ ô tô hiện đại. Trong đề tài này em đi sâu 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
Phần đầu đồ án trình bày được rõ ràng đặc điểm, kết cấu chung của hệ thống đánh lửa động cơ, các loại hệ thống đánh lửa hiện đại và giới thiệu sơ qua thông số kỹ thuật, loại động cơ cũng như các công nghệ thông minh được ứng dụng trên xe Toyota Vios. Phần trung tâm của đồ án đưa ra các tính toán thông số cơ bản một cách chính xác, chọn lựa các thông tin có độ chính xác cao thông qua đó tiến hành lựa chọn và thiết kế các bộ phận, chi tiết một cách có liên kết nhằm tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh. Từ đó tìm hiểu hiệu năng làm việc cũng như tìm ra các hư hỏng gặp phải của hệ thống DIS nói riêng và hệ thống đánh lửa nói chung nhằm đưa ra các biện pháp nhận biết chúng cũng như phương pháp tự kiểm tra và bảo dưỡng sơ bộ.
Qua quá trình nghiên cứu, tính toán và tìm hiểu đồ án, tôi đã nắm rõ được kết cấu của hệ thống và xác định được quy trình công nghệ, cấu tạo cũng như cách làm việc của mỗi chi tiết của hệ thống đánh lửa ứng dụng trên xe Toyota Vios. Kết quả của đồ án này có thể được dùng làm tài liệu chuyên sâu để áp dụng trên các dòng xe ở trong các nghiên cứu và thực tế khác sau này và trong các nhà xưởng chuyên đê sửa chữa ô tô.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Giáo trình động cơ đốt trong (Ths. Từ Đức Tường – Nhà xuất bản GIAO THÔNG VẬN TẢI).
[2]. (Bosch Professional Automotive Information) Konrad Reif (eds.) - Gasoline Engine Management_ Systems and Components-Vieweg+Teubner Verlag
[3]. Tm-2019-3-91 Approach of calculating the automotive gasoline injector electromagnetic parameters
[4]. FuelSystem4GasolineEMS
[5]. Điện động cơ - PGS.TS Đỗ Văn Dũng
[6]. https://www.denso.com/global/en/products-and-services/automotive-service-parts- accessories/plug/iridiumtt/productlist.html?fbclid=IwAR1HkfGV1cVRmDTuULHDiBG-XAg0ilwxhQlxkUDnptlkXJfTVSV1PMQkFzc
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"