BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHUYỂN ĐỔI
HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRỰC TIẾP
CHO ĐỘNG CƠ XE JEEP
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T49 - 2008

S KC 0 0 2 1 3 4


nhiễu vô tuyến trên mạch thứ cấp.
- Không có mỏ quẹt nên không có khe hở giữa mỏ quẹt và dây cao áp.
- Bỏ đƣợc các chi tiết cơ dễ hƣ hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu tốt.
-Trong hệ thống đánh lửa có delco, nếu góc đánh lửa quá sớm sẽ xảy ra trƣờng hợp
đánh lửa ở 2 đầu dây cao áp kề nhau (thƣờng ở trên động cơ nhiều xy lanh, z >4)
- Loại bỏ đƣợc những hƣ hỏng thƣờng gặp do hiện tƣợng phóng điện trên mạch cao
áp.
- Giảm đƣợc chi phí bảo dƣỡng.
- Động cơ hoạt động hoàn hảo hơn do tính ƣu việt của hệ thống đánh lửa trực tiếp là loại
hệ thống điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử nên thời điểm đánh lửa đƣợc ấn định
rất phù hợp với mọi chế độ hoạt động của động cơ, năng lƣợng tia lửa rất lớn nên có thể
đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp nhiên cuối kỳ nén trong buồng đốt.Giảm suất tiêu hao nhiên
liệu nên mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.Giảm ô nhiễm môi trƣờng.
Với những ƣu điểm trên, đề tài này là cơ sở giúp cho ta cải tạo hệ thống đánh lửa
cho các động cơ ôtô thuộc thế hệ cũ còn đang đƣợc lƣu hành, đảm bảo đƣợc yêu cầu kinh
tế và cả việc kiểm định chất lƣợng khí thải theo tiêu chuẩn quy định hiện hành.
Đề tài bao gồm việc nghiên cứu lý thuyết về đánh lửa thƣờng và đánh lửa điện tử,
nghiên cứu các thông số có liên quan đến việc ấn định thời điểm đánh lửa để làm cơ sở
cho việc lựa chọn hệ thống đánh lửa có thông số kỹ thuật phù hợp khi chuyển đổi. Khảo
sát, lắp đặt một hệ thống đánh lửa trực tiếp thay cho hệ thống đánh lửa thƣờng trên động
cơ xe Jeep của trung tâm Kỹ thuật tổng hợp, trƣờng đại học Sƣ phạm Kỹ thuật thành phố
Hồ Chí Minh.

1


Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
I. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU:
Trên cơ sở lý thuyết về việc điều khiển đánh lửa thƣờng và điều khiển đánh lửa bằng
điện tử. Từ đó, nêu lên những ƣu điểm mà hệ thống đánh lửa điện tử kiểu trực tiếp đạt

Tìm hiểu thơng số kỹ thuật hệ thống đánh lửa trực tiếp đang sử dụng phổ biến có
trên thị trƣờng phù hợp với động cơ xe Jeep để dự kiến thay thế.
Khảo sát kết cấu, nghiên cứu và tìm biện pháp lắp đặt.
Thực hiện việc thay thế, lắp đặt.
Cho vận hành, điều chỉnh cho động cơ hoạt động hồn hảo.
Kiểm tra tính năng hoạt động, đánh giá chỉ tiêu kỹ thuật.
Lập báo cáo kết quả nghiên cứu.
III. NỘI DUNG:
3.1- Lý thuyết đánh lửa thƣờng:
a. Sơ đồ mạch hệ thống đánh lửa thƣờng:
W2

3
W1

Kkđ
Rf

2

4

1
C1

KK’

+

Cơng tắc

Điện áp này sẽ qua con quay chia điện 4 và dây cao áp đến các bougie đánh lửa
5 theo thứ tự thì nổ của động cơ. Khi điện áp thứ cấp đạt giá trò đánh lửa, giữa
hai điện cực của bougie sẽ xuất hiện tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp trong
xylanh.
Cũng vào lúc tiếp điểm KK’ chớm mở, trên cuộn dây sơ cấp W1 sinh ra một sức
điện động tự cảm. Sức điện động này 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 bobine. Dòng
phóng của tụ ngược chiều với dòng tự cảm khiến từ thông bò triệt tiêu đột ngột.
Như vậy, tụ C1 còn đóng vai trò gia tăng tốc độ biến thiên của từ thông, tức nâng
cao hiệu điện thế trên cuộn thứ cấp.
Nhƣợc điểm:
- Điện áp thứ cấp thấp
- Tốn năng lƣợng khi có dây cao áp
- Phải thƣờng xun làm sạch và điều chỉnh khe hở vít lửa .
- Kết cấu phức tạp nhiều chi tiết do đó bảo dƣỡng sửa chữa phức tạp.
- Xảy ra hiện tƣợng mất lửa ở số vòng quay cao.
- Rất dễ rò điện dây cao áp.
- Lắp ráp dễ nhầm lẫn vì có nhiều dây cao áp.
- Do có điện trở phụ nên làm tốn năng lƣợng ắcqui.
3.2-Lý thuyết đánh lửa theo chƣơng trình:
Hiện nay, trên các ơ tơ hiện đại đã áp dụng kỹ thuật số vào trong hệ thống
đánh lửa. Việc điều khiển góc đánh lửa sớm và góc ngậm điện sẽ đƣợc máy tính đảm
nhận. Các thơng số nhƣ tốc độ động cơ, tải, nhiệt độ đƣợc cảm biến mã hóa tín hiệu
đƣa vào ECU xử lý và tính tốn để đƣa ra góc đánh lửa sớm tối ƣu theo từng chế độ
hoạt động của động cơ. Các bộ phận nhƣ đánh lửa sớm kiểu cơ khí đã đƣợc loại bỏ
hồn tồn. Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử
(ESA) đƣợc chia làm 2 loại:
- Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ phận vi xử lý.
- Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ vi xử lý kết hợp với hệ thống phun xăng
(Motronic)

1
igniter
Bobine

2
3

E C U

4

Bougie
IG/SW

5
Accu

6
7

Sơ đồ khối hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển
góc đánh lửa sớm bằng điện tử
Ngoài ra còn có thể có các tín hiệu vào từ cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến
tốc độ xe, cảm biến oxy. Sau khi nhận tín hiệu từ các cảm biến ECU sẽ xử lý và đƣa ra
xung đến igniter để điều khiển đánh lửa.
5


Trong các tín hiệu ngõ vào, tín hiệu tốc độ động cơ, vị trí piston và tín hiệu tải là
các tín hiệu quan trọng nhất.

Qua đồ thị mô tả sự sai lệch giữa 2 kiểu điều khiển góc đánh lửa sớm
bằng điện tử và cơ khí. Đối với kiểu bằng điện tử, đƣờng đặc tính đƣợc tính
toán hiệu chỉnh gần sát với đƣờng đặc tính lý tƣởng. Kết hợp với hai đặc tính
đánh lửa sớm theo tốc độ và tải có bản đồ góc đánh lửa sớm lý tƣởng với khoảng
1000 - 4000 điểm đánh lửa sớm đƣợc lựa chọn đƣa vào bộ nhớ.
Một chức năng khác của ECU trong việc điều khiển đánh lửa là sự điều
chỉnh góc ngậm điện. Góc ngậm điện phụ thuộc vào 2 yếu tố đó là: hiệu điện thế
accu và tốc độ động cơ.
Trong trƣờng hợp khởi động, hiệu điện thế accu bị giảm do sụt áp vì vậy ECU
sẽ điều khiển tăng thời gian ngậm điện nhằm tăng dòng điện trong cuộn sơ cấp.
Ở tốc độ thấp, do thời gian tích luỹ năng lƣợng quá dài vì vậy gây lãng
6


phí năng lƣợng nên ECU giảm bớt thời gian ngậm điện nhằm mục đích tiết kiệm
năng lƣợng và tránh nóng bobine. Trong trƣờng hợp dòng sơ cấp vẫn tăng cao hơn
giá trị cho phép, bộ phận hạn chế dòng sẽ làm việc và giữ cho dòng điện sơ cấp
khơng thay đổi cho đến khi đánh lửa.
* Việc điều khiển góc ngậm điện có thể đƣợc thực hiện trong ECU hay
ở igniter. Vì vậy, igniter của hai loại có và khơng có bộ phận điều chỉnh góc ngậm
điện khơng thể lắp lẫn.
Hệ thống đánh lửa lập trình khơng có bộ chia điện
Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS- Direct Ignition System) và hệ thống đánh
lửa khơng có bộ chia điện (DLI- Distributorless Ignition) đƣợc phát triển giữa thập kỷ
80 và cho đến nay đƣợc ứng dụng ngày càng rộng rãi vì có các ƣu điểm sau:
- Dây cao áp ngắn hoặc khơng có dây cao áp nên giảm mất mát năng lƣợng,
giảm điện dung ký sinh và giảm nhiễu vơ tuyến trên mạch thứ cấp.
- Khơng có mỏ quẹt nên khơng có khe hở giữa mỏ quẹt và dây cao áp.
- Bỏ đƣợc các chi tiết cơ dễ hƣ hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu tốt.
- Trong hệ thống đánh lửa có delco, nếu góc đánh lửa q sớm sẽ xảy ra


Bougie

Bobine

T2

T3

T4

ECU

T1

Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bobine
cho một bougie
+ Loại 2: Sử dụng mỗi bobine cho từng cặp bougie
Loại này các bobine đôi phải đƣợc gắn vào bougie của 2 xylanh song hành. Ví
dụ 1-4 và 2-3 cho động cơ có 4 xylanh thứ tự nổ 1-3-4-2.
Ở thời điểm đánh lửa, xylanh số 1 và số 4 cùng ở vị trí gần tử điểm thƣợng
nhƣng trong hai thì khác nhau nên điện trở khe hở bougie của các xylanh trên cũng
khác nhau (R1 ≠ R4). Khi xylanh số 1 đang ở thì nén thì R1 rất lớn, ở xylanh số 4
đang ở thì thoát nên R4 rất nhỏ do xuất hiện nhiều ion nhờ phản ứng cháy và nhiệt độ
cao. Do đó R1 >> R4 , vì vậy tia lửa sẽ xuất hiện ở bougie số 1.
1
T1

ECU


-(+)

3
4

D6

D4

Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng một bobine
cho 4 bougie
Trong sơ đồ trên bobine có 2 cuộn sơ cấp và 1 cuộn thứ cấp quấn ngƣợc chiều
nhau nên khi ECU điều khiển mở lần lƣợt T1 và T2, điện áp trên cuộn thứ cấp sẽ đổi
dấu. Tuỳ theo dấu của xung cao áp, tia lửa sẽ xuất hiện ở bougie tƣơng ứng qua các
diode cao áp theo chiều thuận. Ví dụ: nếu cuộn thứ cấp xung dƣơng tia lửa sẽ xuất
hiện ở số 1 hoặc là số 4.
Diode D5 và D6 dùng để ngăn chặn ảnh hƣởng về tác động cảm ứng từ giữa 2
cuộn sơ cấp (lúc T1 hoặc T2 đóng) nhƣng chúng làm tăng công suất tiêu hao trên
igniter.
Nhƣợc điểm của hệ thống đánh lửa trực tiếp loại 2 và 3 là hiệu điện thế đánh
lửa chênh nhau khoảng (1,5-2)KV.
3.3- Nghiên cứu hệ thống đánh lửa trực tiếp đƣợc chuyển đổi cho động cơ xe Jeep:
3.3.1•
•
•
•

Các tín hiệu đầu vào:
Cảm biến tốc độ động cơ
Cảm biến vị trí piston

Đường đặc tuyến của cảm biến nhiệt
độ nước làm mát
10


Nhiệt độ nƣớc làm mát
oC)
(-20
0
20
40
60
80
100

Điện trở của cảm biến
(KΩ)
16
5.9
2.5
1.2
0.6
0.3
0.2

Điện áp (V)
4.3
3.4
2.4
1.5

bằng số lần phun trong một chu kỳ. Trên một số xe, tín hiệu vị trí piston xylanh số 1
còn dùng làm xung reset để ECU tính toán và nhập giá trị mới trên RAM sau mỗi chu
kỳ (2 vòng quay trục khuỷu).
 Cảm biến tốc độ động cơ (Engine speed; crankshaft angle sensor hay còn gọi là tín
hiệu Ne) dùng để báo tốc độ động cơ để tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tối ƣu và lƣợng
nhiên liệu sẽ phun cho từng xylanh. Cảm biến này cũng đƣợc dùng vào mục đích điều
khiển tốc độ cầm chừng hoặc cắt nhiên liệu ở chế độ cầm chừng cƣỡng bức.
Có nhiều cách bố trí cảm biến G và Ne trên động cơ: trong delco, trên bánh đà,
hoặc trên bánh răng cốt cam. Đôi khi ECU chỉ dựa vào một xung lấy từ cảm biến
hoặc IC đánh lửa để xác định vị trí piston lẫn tốc độ trục khuỷu.
Cảm biến vị trí piston và cảm biến tốc độ động cơ có nhiều dạng khác nhau
nhƣ: cảm biến điện từ loại nam châm quay hoặc đứng yên, cảm biến quang, cảm biến
Hall…
ECU của Nissan sử dụng một cảm biến quang để nhận biết cả hai tín hiệu tốc
độ động cơ và thứ tự làm việc các xylanh của động cơ.
Trong quá trình thực hiện, nhóm nghiên cứu dùng hệ thống đánh lửa điều
khiển bằng điện tử sử dụng cảm biến quang đƣợc lắp đặt trên xe Nissan.

Bộ tạo tín hiệu G, Ne
12


Cấu tạo bộ tạo tín hiệu G, Ne
Rotor của cảm biến (đƣợc lắp với trục delco ) là một đĩa nhôm mỏng khắc
rãnh. Trong đó, số rãnh tƣơng ứng với số xy-lanh động cơ, có một rãnh rộng
đánh dấu vị trí piston 1. Nhóm các rãnh này kết hợp với cặp diode phát quang (LED)
và diode cảm quang (photodiode) còn gọi là photocouple phát xung Ne và G.

Xung tín hiệu của cảm biến quang
3.3.2- Nguyên tắc điều khiển góc đánh lửa sớm của bộ điều khiển ( hộp ECU ):

• Nhiệt độ môi trƣờng Ta.
• Điện áp accu Ub
Góc đánh lửa αi bị ảnh hƣởng bởi nhiều yếu tố:
 Góc đánh lửa αi là một hàm của tải (qui theo thời gian phun
và tốc độ động cơ. Điều này có thể diễn tả bằng bản đồ αi=f(ti,n). Bảng tra cũng chứa
những thông tin về sự thay đổi của quá trình cháy do sự phụ thuộc tải và tốc độ động
cơ. Góc đánh lửa muộn có thể sử dụng để giảm khí thải và kích nổ. Góc đánh lửa αi
ứng với mỗi điểm hoạt động của động cơ đƣợc xác định bằng thực nghiệm (trên băng
thử phòng thí nghiệm).
• Tỉ số không khí – nhiên liệu, yếu tố này xác định thời gian cháy trễ.
• Khi nhiệt độ môi trƣờng cao thì cần giảm góc đánh lửa để tránh kích
nổ. Khi đó bảng tra phụ thuộc thời gian phun tinj và nhiệt độ môi trƣờng Ta sẽ đƣợc sử
dụng.
• Chế độ hâm nóng động cơ khi nhiệt độ của động cơ còn thấp. Góc đánh
lửa muộn làm trễ quá trình chuyển hóa năng lƣợng cho đến khi supap thải đã mở.
Ống góp thải và bộ lộc khí thải (bộ hóa khử) sẽ đƣợc làm nóng lên rất nhanh.
• Ổn định tốc độ động cơ khi không tải bằng cách tăng góc đánh lửa sớm
ở tốc độ thấp, vì thế tăng công suất.
• Giới hạn tốc độ động cơ bằng cách giảm góc đánh lửa cùng với việc cắt
nhiên liệu.
• Giảm góc đánh lửa trong khi tăng tốc để tránh kích nổ.
• Chế độ điều khiển chống kích nổ kín (hồi tiếp).
• Năng lƣợng đánh lửa cũng bị ảnh hƣởng bởi điện áp accu Ub.
Góc đánh lửa sớm thực tế khi động cơ hoạt động đƣợc xác định bằng công
thức sau:
θ = θbđ + θcb + θhc
Trong đó:
θ - góc đánh lửa sớm thực tế
θbđ - góc đánh lửa sớm ban đầu θcb - góc đánh
lửa sớm cơ bản

Ngoài ra, xung IGT có thể đƣợc xén trƣớc gởi qua Igniter.
Giá trị góc đánh lửa sớm cố định ban đầu của động cơ xe Jeep là 10o.

 SƠ ĐỒ CỰC MẮC DÂY VÀ MẠCH ĐIỆN HỆ THỐNG

Sơ đồ chân ECU

15


Sơ đồ mạch điện của hệ thống
Chú thích cực mắc dây mạch điện hệ thống
101: Accu
102: Cầu chì chính
103: Công tắc máy
104: Cầu chì hộp ECU
105: Cảm biến G, Ne
106: Igniter
107: Bobine
108: Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát
109: Cảm biến vị trí bƣớm ga
110: Relay
111: Cầu chì relay
112: Máy khởi động
Chú thích cực mắc dây ECU
A7: Mass
A8: Mass
A9: Dƣơng nguồn
A16:Mass
B1:Tín hiệu đến bobine cho xylanh 1

− Cấp điện áp 12V cho ECU
− Cấp điện áp 12V cho đèn cân lửa
− Vặn nút điều khiển tốc độ động cơ theo chiều tăng tốc.
− Bắt đầu cho động cơ quay ở tốc độ 800 vòng/phút (tốc độ cầm chừng), chọn
góc đánh lửa sớm 0o tại tốc độ này
− Tăng tốc độ động cơ lên dần.
_ Quan sát đồng hồ tốc độ của động cơ, xác định góc đánh lửa dựa vào đèn
cân lửa.
_ Tiến hành xác định góc đánh lửa sớm ở các tốc độ: 800, 1000, 1500, 2000,
2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000 (vòng/phút).
_ Ghi nhận các giá trị tại mỗi vị trí tốc độ.
17


 Kết quả:
 Khi chỉ có cảm biến G và Ne
Tốc độ
(vòng/phút)

800

Góc đánh
lửa sớm (o)

0

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
2

8

23
27
31
31
32
1.0
1
3
10
17
18
23
27
31
31
32
1.5
1
3
10
17
18
23
27
31
31
32
2.0
1
3

3.5
1
3
10
17
18
23
27
31
31
32
4.0
1
3
10
17
18
23
27
31
31
32
4.5
1
3
10
17
18
23
27

32
1.0
1
3
10
17
18
23
27
31
31
32
1.5
1
3
10
17
18
23
27
31
31
32
2.0
1
3
10
17
18
23

17
18
23
27
31
31
32
18


4.0
4.5
5.0

1
1
1

3
3
3

10
10
10

17
17
17


Điện áp
(V)
2.4
1.5
0.9
0.5
0.3

800 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

5
5
5
5
2

8
8
8
8
4

14
14
14
14
11

16
16

31
31
29

32
32
32
32
29

Góc đánh lửa sớm khi có tín hiệu G, Ne và cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Qua các số liệu góc đánh lửa sớm thu đƣợc trên băng thử delco cho thấy
sự ảnh hƣởng của cảm biến vị trí bƣớm ga đến góc đánh lửa sớm là không đáng
kể nên nhóm thực hiện đã bỏ qua, không lắp cảm biến vị trí bƣớm ga mà chỉ lắp
cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát vào hệ thống đánh lửa trực tiếp cho động cơ xe
Jeep.
3.4- Xác định vị trí và tiến hành lắp đặt hệ thống đánh lửa trực tiếp trên xe
Jeep:
3.4.1- Vị trí lắp đặt bộ tạo tín hiệu G, Ne:
Bộ tạo tín hiệu G, Ne đƣợc lắp đặt tại vị trí cũ của bộ chia điện
-

19

Dễ lắp đ
Không ả


Vị trí lắp bộ tạo tín hiệu G, Ne
3.4.2-Vị trí lắp đặt bobine:

- Quay bộ tạo tín hiệu G, Ne đến vị trí máy 1 đánh lửa.
- Siết các đai ốc giữ bộ tạo tín hiệu G, Ne.
- Tiến hành đi dây điện cho toàn bộ hệ thống.
- Nối ống dẫn xăng đi và về.
3.5.2- Vận hành:
 Những điều lƣu ý trƣớc khi vận hành:
- Phải kiểm tra lại toàn bộ hệ thống dây điện, phải đảm bảo đi dây đúng.
- Lắp bình accu vào phải đảm bảo đúng cực, đúng trình tự tháo lắp.
- Kiểm tra nƣớc làm mát động cơ, kiểm tra dầu bôi trơn, phải đảm bảo đủ.
- Tay số phải ở vị trí số 0.
- Không có thiết bị, dụng cụ nào gác trên động cơ.
 Vận hành máy:
- Bậc công tắc máy ở vị trí ON. Kiểm tra điện áp của các chân theo bảng điện áp tiêu
chuẩn.
- Khi điện áp đảm bảo đúng, khởi động động cơ.
- Khi máy nổ tiến hành đo điện áp của các chân theo bảng tiêu chuẩn.
- Điều chỉnh gió, xoay vỏ delco điều chỉnh lửa sao cho hợp lý nhất, động cơ nổ êm
và đều nhất.

22


3.6-Kết quả chuyển đổi:
Việc thiết kế lắp đặt hệ thống đánh lửa trực tiếp cho xe Jeep đã đem lại kết quả nhƣ
sau:
- Điện thế thứ cấp cao, tia lửa mạnh nên cho phép điều chỉnh khe hở điện cực bugie
lớn.
- Động cơ dễ khởi động.
- Tăng tốc tốt.
- Suất tiêu hao nhiên liệu giảm đáng kể so với khi lắp đặt hệ thống đánh lửa thƣờng.