Đề tài: Khai thác kỹ thuật hệ thống đánh lửa trên xe Toyota CAMRY 2.4G

MỤC LỤC

1


Đề tài: Khai thác kỹ thuật hệ thống đánh lửa trên xe Toyota CAMRY 2.4G

Lời mở đầu
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, là sự gia tăng của khí thải gây
ô nhiễm môi trường. Khí thải do xe ô tô sử dụng nhiên liệu xăng gây ra cũng đóng góp
một lượng lớn khí thải độc hại. Mặt khác nguồn nguyên liệu dầu thô khai thác từ tự nhiên
dùng để điều chế xăng cũng dần cạn kiệt. Đó là hai lý do quan trọng thúc đẩy các hãng
chế tạo ô tô cho ra đời động cơ phun xăng điện tử. Mục đích để nâng cao hiệu suất cháy
của nhiên liệu xăng và hạn chế lượng khí thải độc hại sinh ra trong quá trình cháy. Để
làm được điều đó hệ thống phải có một hệ thống giám sát (cảm biến) và chấp hành hoạt
động chính xác, kịp thời. Khi có sự sai hỏng của hệ thống sẽ ảnh hưởng đến mức tiêu hao
nhiên liệu và sinh ra nhiều khí thải độc hại trong quá trình cháy không hoàn toàn.
Với các dòng xe hiện đại được trang bị nhiều thiết bị điện tử thì việc chẩn đoán càng
trở nên khó khăn. Do vậy trên xe ô tô phải được trang bị hệ thống tự chẩn đoán tình trạng
kỹ thuật của xe. Nhằm báo cho người sử dụng biết được những hư hỏng hiện tại của xe.
Vấn đề tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường là vấn đề cấp thiết, em đựơc khoa
giao cho đề tài: " KHAI THÁC KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE
CAMRY 2.4G” Thông qua quá trình nghiên cứu và khảo sát sự điều khiển của quá trình
đánh lửa chúng ta có thể biết được thời điểm đánh lửa và xung đánh lửa,từ những xung đó
có thể chẩn đoán được những hư hỏng của các cảm biến, đồng thời cũng biết được tình
trạng làm việc của động cơ.
Trong quá trình thực hiện đồ án do trình độ và hiểu biết còn hạn chế. Nhưng được
sự chỉ bảo tận tình của các thầy trong khoa đặc biệt là thầy hướng dẫn đề tài của em đã
đựoc hoàn thành đúng thời hạn. Tuy vậy đề tài vẫn còn nhiều thiếu sót, kính mong các thầy

1.1.3. Phân loại
Hệ thống đánh lửa gồm những loại sau:
+) Hệ thống đánh lửa tiếp điêm.
+) Hệ thống đánh lửa bán dẫn.
+) Hệ thống đánh lửa điện tử.
+) Hệ thống đánh lửa Manheto.
+) Hệ thống đánh lửa vô lăng MANHETIC
+) Hệ thống đánh lửa điện dung.
3


Đề tài: Khai thác kỹ thuật hệ thống đánh lửa trên xe Toyota CAMRY 2.4G
+) Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện.
+) Hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện.
+) Hệ thống đánh lửa điện tử có điều khiển bằng ECU (đánh lửa trự tiếp).
1.2. Các loại hệ thống đánh lửa
1.2.1. Hệ thống đánh lửa thường
Biến áp đánh lửa có hai cuộn dây: cuộn sơ cấp W 1 có khoảng 250 ÷ 400 vòng,
cuộn thứ cấp W2 có khoảng 19000 ÷ 26000 vòng.
Cam 1 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.

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đánh lửa thường.
1- cam; 2- cần tiếp điểm; 3- bobin đánh lửa; 4- bộ chia điện
5- bugi; R- điện trở; C- tụ điện; W1- cuộn sơ cấp; W2- cuộn thứ cấp
+ Khi KK’ đóng: trong mạch sơ cấp xuất hiện dòng điện sơ cấp i 1. 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 i 1 và từ trường do nó tạo nên mất đi. Do đó,
trong cả hai cuộn dây sẽ xuất hiện các sức điện động tự cảm tỷ lệ thuận với tốc độ biến
thiên của từ thông. Bởi vì cuộn W2 có số vòng dây lớn nên sức điện động cảm ứng sinh ra

xuất hiện trong cuộn dây khi nam châm quay tương tự như ở máy phát xoay chiều kích
thích bằng nam châm vĩnh cửu.
Các quá trình vật lý xảy ra trong Manheto cũng tương tự như trong hệ thống đánh
lửa thường, tức là cũng có thể chia làm ba giai đoạn và mô tả bằng những phương trình
toán học giống nhau.
1.2.3. Hệ thống đánh lửa bán dẫn
1.2.3.1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển

Hình 1.4. Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển.
B, C, E - Các cực của transistor
SW - Công tắc
W1, W2 - Cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp
Rb, Rf - Các điện trở; K – Khóa điện;
→ Chiều dòng điện, Z – Đến buji
Khi bật công tắc máy IG/SW thì cực E của transistor được cấp nguồn dương, cực
C của transistor được nối trực tiếp với nguồn âm.
Khi tiếp điểm KK’ đóng: cực B của transistor được nối với nguồn âm, U BE< 0,
xuất hiện dòng Ib, transistor dẫn làm xuất hiện dòng sơ cấp đi theo mạch: Từ (+) ắc quy
đến Rf đến W1 đến cực E đến cực B đến Rb đến KK’ và sau đó đến (-) ắc quy.

6


Đề tài: Khai thác kỹ thuật hệ thống đánh lửa trên xe Toyota CAMRY 2.4G
Dòng sơ cấp: I1 = Ic + Ib = Ie. Dòng điện này tạo nên từ thông khép mạch qua lõi
thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa.
Khi tiếp điểm KK’ mở dòng sơ cấp và từ thông do nó sinh ra bị mất đột ngột, cảm
ứng sang cuộn thứ cấp một sức điện động cao thế và xuất hiện tia lửa.
Tại thời điểm KK’ mở, trong cuộn sơ cấp cũng xuất hiện sức điện động E 1 = (200
÷ 300)V, làm hỏng transistor. Để giảm E1 người ta phải dùng biến áp có Kba lớn và L1 nhỏ

Hình 1.6. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quang.
T1, T2, T3, T4, T5 – Các transistor
R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, Rf – Các điện trở
D1, D2, D3 – Các diode
IG/SW – Công tắc; 1 - Ắc quy; 2 – Bô bin; 3 – Đến bugi
Khi bật công tắc máy sẽ xuất hiện các dòng điện sau:
- Dòng I1: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R6 đến R1 đến D1.
- Dòng I2: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R7 đến R8 đến (-) AQ, tạo ra điện áp đệm UR8 trên
cực B của T5, T5 dẫn, xuất hiện dòng sơ cấp đi từ: (+) AQ qua IG/SW đến R f đến bobin
đến T5 đến (-) AQ. Dòng điện này tạo nên từ thông khép mạch qua lõi thép và hai cuộn
dây của biến áp đánh lửa.
Khi rotor quay, tại vị trí đĩa cảm quang ngăn dòng ánh sáng tử LED D 1 sang
transistor T1, T1 ngắt, T2 ngắt, T3 ngắt, T4 ngắt, T5 vẫn tiếp tục dẫn.
Tại vị trí đĩa cảm quang cho dòng ánh sáng tử LED D 1 sang transistor T1, T1 dẫn,
T2 dẫn, T3 dẫn, T4 dẫn, T5 ngắt. Dòng điện qua cuộn sơ cấp và từ thông do nó sinh ra bị
mất đột ngột, cảm ứng sang cuộn thứ cấp một sức điện động cao thế và xuất hiện tia lửa.
8


Đề tài: Khai thác kỹ thuật hệ thống đánh lửa trên xe Toyota CAMRY 2.4G
c. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall

Hình 1.7. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall.
IG/SW – Công tắc; C1, C2 – Các tụ điện; T1, T2, T3 – Các transistor
R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, Rf – Các điện trở
D1, D2, D3, D4, D5 – Các diode; 1 - Ắc quy; 2 – Bobin; 3 – Đến bugi
Khi bật công tắc máy sẽ xuất hiện dòng điện I 1 đi từ (+) AQ qua IG/SW đến D1
đến R1, cung cấp điện cho cảm biến Hall.
Khi rotor quay tại vị trí cánh chắn xen giữa nam châm và phần tử Hall thì điện áp
đầu ra của cảm biến Ura≈ 12V, T1 dẫn,T2 dẫn, T3 dẫn. Lúc này dòng sơ cấp đi theo mạch

G
NE

2

1

6

Hình 1.8. Sơ đồ hệ thống đánh lửa gián tiếp.
T1, T2 – Các transistor; W1, W2 – Cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp
G – Cảm biến vị trí trục khuỷu; NE – Cảm biến tốc độ động cơ
1 - Ắc quy; 2 – Công tắc; 3 – Tín hiệu phản hồi;
4 – Kiểm soát góc ngậm điện; 5 – Các cảm biến khác; 6 – Đến bugi
Hệ thống đánh lửa này là một trong số các kiểu hệ thống 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 động cơ NE, cảm biến vị trí trục khuỷu G, cảm biến nhiệt độ khí nạp…
ECU sẽ tính toán và phát ra tín hiệu đánh lửa tối ưu đến IC đánh lửa để điều khiển việc
đánh lửa. Việc phân phối điện cao thế đến các bugi theo thứ tự làm việc và các chế độ
tương ứng của các xi lanh thông qua bộ chia điện.
- Ưu điểm: thời điểm đánh lửa chính xác, loại bỏ được các chi tiết dễ hư hỏng như: bộ ly
tâm, chân không.
- Nhược điểm:
+ Tổn thất nhiều năng lượng qua bộ chia điện và trên dây cao áp.
+ Gây nhiễu vô tuyến trên mạch thứ cấp.
+ Khi động cơ có tốc độ cao và số xi lanh lớn thì dễ xảy ra đánh lửa đồng thời ở hai dây
cao áp kề nhau.
10



1

Hình 1.9. Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bobin đôi.
G1, G2 – Cảm biến vị trí trục khuỷu; Ne – Cảm biến tốc độ động cơ
T1, T2 – Các transistor; 1 - Ắc quy; 2 – Công tắc;
3 – Bugi; 4 – Cuộn đánh lửa;5 – Các cảm biến khác
Giả sử đến thời điểm đánh lửa thích hợp cho máy nổ số 1, piston của máy số 1 và
máy số 4 đều đến gần điểm chết trên nhưng do máy số 4 đang trong kỳ thải nên vùng môi
chất lúc này chứa nhiều ion, tạo thành môi trường dẫn điện nên bugi ở máy số 4 sẽ không
đánh lửa. Còn máy số 1 đang trong kỳ nén nên sẽ đánh lửa ở bugi máy số 1. Việc đánh
lửa ở bugi của máy số 2 và 3 cũng tương tự.

11


Đề tài: Khai thác kỹ thuật hệ thống đánh lửa trên xe Toyota CAMRY 2.4G
Với hệ thống đánh lửa này, tuy đã có nhiều ưu điểm nhưng vẫn còn tồn tại dây cao
áp từ bobin đôi đến các bugi. Do đó vẫn còn tổn thất năng lượng trên dây cao áp.
b. Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng bobin đơn
3

B+
T1

2

1
G

E


Thông Số Kỹ Thuật

Camry 2.4

Động cơ

2.4

Kiểu động cơ

4 xy lanh thẳng hàng cam kép, VVT - i

Dung tích xy lanh (cc)

2362

Tỷ số nén

9.8:1

Công suất cực đại

167ps／6,000 rpm

Momen xoắn cực đại (Nm)

22.9 kg-m／4,000 rpm

Phanh trước


Khoảng sáng gầm xe (mm)

165

Trọng lượng không tải (kg)

1520kg

Trọng lượng toàn tải (kg)
Bán kính quay vòng tối thiểu

5.5m

Dung tích bình nhiên liệu (lít)

70

13


Đề tài: Khai thác kỹ thuật hệ thống đánh lửa trên xe Toyota CAMRY 2.4G

THIẾT BỊ AN TOÀN
- Hệ thống phanh xe phụ trợ BAS, Hệ thống phanh xe chống khóa ABS
- Hệ thống phân phối đường lực phanh điện tử EBD
- Đèn pha kiểu phóng điện thể khí HID (kèm tự động điều chỉnh mức độ)
- Hệ thống tắt tự động đèn pha, đèn hậu, Đèn sương mù phía trước và đuôi xe
- Đèn LED phanh xe thứ 3, Rađa quay đầu xe
- Gạt mưa kiểu ngắt quãng kèm đầu phun gạt mưa dạng sương mù kiểu V

Tỷ số nén ε = 9.8.
Trục khuỷu được đỡ bởi 5 ổ đỡ của thân máy. Các bạc ổ đỡ này đều làm bằng hợp
kim nhôm.
Trục khuỷu được đúc liền với 8 đối tượng để cân bằng. Các đường dầu được
khoan bên trong trục khuỷu để đưa dầu lên thanh truyền, ổ đỡ, piston và các chi tiết khác.
Thứ tự nổ là 1 – 3 – 4 – 2.
Nắp máy được làm bằng hợp kim nhôm có các cửa hút xả ở hai bên, buồng cháy
hình nệm.
Nến điện được bố trí ở bên phải buồng cháy.
Trên động cơ 2AZ-FE, nước làm mát được đưa vào áo nước của cụm đường nạp
không khí để làm tăng khả năng vận hành xe khi động cơ đang còn nguội.
Các lò xo nấm hút và làm bằng thép lò xo có khả năng chịu tải ở tất cả các chế độ
vòng quay động cơ.
Trục cam được dẫn động bằng xích. Trục cam có 5 ổ đỡ nằm giữa các con đội của
từng xylanh và ở phía đầu xylanh số 1. Việc bôi trơn các ổ trục cam được thực hiện nhờ
có đường dầu từ nắp máy.

15


Đề tài: Khai thác kỹ thuật hệ thống đánh lửa trên xe Toyota CAMRY 2.4G
Việc điều chỉnh khe hở nhiệt được tiến hành bằng cách thay đĩa đệm ở trên con
đội mà không cần phải tháo trục cam.
Nắp hộp xích cam bằng hợp kim nhôm chịu nhiệt, trên đỉnh piston có chỗ lõm để
tránh bị xupap va đập.
Chốt piston kiểu bơi toàn phần không ép chặt vào piston hoặc đầu nhỏ thanh
truyền mà có vòng hãm ở hai đầu để tránh bị tuột ra ngoài.
Vòng găng hơi số 1 làm bằng thép không gỉ, vòng găng hơi số 2 làm bằng gang.
Vòng găng hơi số 1 và 2 ngăn khí cháy từ bên trong buồng cháy ra ngoài.
Vòng găng dầu làm bằng thép không gỉ. Đường kính bên ngoài của vòng găng hơi

Không sử dụng dây cao áp nên giảm được sự mất mát năng lượng, giảm điện dung
ký sinh và giảm nhiễu vô tuyến trên mạch thứ cấp.
Không sử dụng bộ chia điện nên không có khe hở giữa mỏ quẹt và dây cao áp.
Bỏ được các chi tiết cơ khí dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu tốt như mỏ
quẹt, chổi than, nắp delco…
Loại bỏ được những hư hỏng thường gặp do hiện tượng phóng điện trên mạch cao
áp và giảm chi phí bảo dưỡng.

17


Đề tài: Khai thác kỹ thuật hệ thống đánh lửa trên xe Toyota CAMRY 2.4G
Nhờ sử dụng mỗi bugie-một bôbine tương ứng nên kích thước mỗi bôbine, IC
đánh lửa sẽ nhỏ gọn hơn, tần số hoạt động ít hơn nên nên bôbin ít bị nóng hơn.
Quá trình điều khiển góc đánh lửa được thực hiện bởi hệ thống đánh lửa sớm điện
tử (ESA) là một hệ thống điều khiển thời điểm đánh bằng ECU. So với các hệ thống đánh
lửa trước đó, hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử
(ESA) có những ưu điểm hơn hẳn. Do vậy, ngày nay hệ thống đánh lửa với cấu điều
khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử kết hợp với hệ thống phun xăng đã thay thế hoàn
toàn hệ thống đánh lửa thông thường, giải quyết yêu cầu ngày càng khắt khe về nồng độ
khí thải độc hại.
Sơ đồ hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử có
thể chia thành ba phần: tín hiệu vào (tốc độ động cơ, vị trí piston, tín hiệu tải, vị trí bướm
ga, nhiệt độ nước làm mát, điện áp ắcquy, tín hiệu kích nổ), ECU và tín hiệu từ ECU để
điều khiển IC đánh lửa.
Sự hoạt động của hệ thống ESA như sau: ECU sẽ căn cứ theo số liệu lưu trong bộ
nhớ và các số liệu do các cảm biến theo dõi hoạt động của động cơ gửi về, ECU tính toán
và gửi tín hiệu điều khiển IGT (thời điểm đánh lửa) đến IC đánh lửa để đánh lửa tại thời
điểm chính xác. Khi có tín hiệu đánh lửa IGT từ ECU thì đồng thời sức điện động xoay
chiều tạo ra khi dòng điện trong cuộn sơ cấp bị ngắt sẽ làm cho mạch điện này gửi một

Cảm biến tốc độ động cơ được sử dụng để nhận biết tốc độ động cơ, gửi tín hiệu
điện tới ECU. Tín hiệu tốc độ động cơ dùng để tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tối ưu và
lượng nhiên liệu sẽ phun cho từng xilanh.Cảm biến này cũng được dùng vào mục đích
điều khiển tốc độ cầm chừng hoặc cắt nhiên liệu ở chế độ cầm chừng cưỡng bức.
b. Cấu tạo

19


Đề tài: Khai thác kỹ thuật hệ thống đánh lửa trên xe Toyota CAMRY 2.4G
Hình 2.4. Cấu tạo cảm biến tốc độ động cơ.
1-Cuộn dây; 2- Thân cảm biến; 3-Lớp cách điện; 4-Giắc cắm
c. Mạch điện

Hình 2.5.Sơ đồ mạch điện của cảm biến tốc độ động cơ.
2.1.2.1.3. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
a. Nhiệm vụ
Nhận biết nhiệt độ nước làm mát và gửi tín hiệu điện về ECU.
b. Cấu tạo

Hình 2.6.Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
1-Điện trở; 2-Thân cảm biến; 3-Chất cách điện; 4-Giắc cắm
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát là một trụ rỗng có ren ngoài, bên trong có gắn
một điện trở dạng bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm.Ở động cơ làm mát bằng nước, cảm
biến được gắn ở thân máy, gần bình nước làm mát.Trong một số trường hợp cảm biến
được lắp trên nắp máy.
c. Nguyên lý hoạt động
Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ. Nó được
làm từ vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm (khi nhiệt độ tăng thì điện trở
giảm).Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp được gửi đến ECU trên

22


Đề tài: Khai thác kỹ thuật hệ thống đánh lửa trên xe Toyota CAMRY 2.4G

c. Mạch điện

A

B

Hình 2.9.Mạch điện của cảm biến lưu lương khí nạp kiểu dây nhiệt/
d. Nguyên lý làm việc
Dòng điện chạy qua dây sấy làm cho nó nóng lên.Khi không khí chạy qua dây sấy,
nó sẽ được làm mát phụ thuộc vào khối lượng không khí nạp vào. Bằng cách điều khiển
dòng điện chạy qua dây sấy để giữ cho nhiệt độ của dây không đổi có thể đo được lượng
khí nạp bằng cách đo dòng điện.
Trong cảm biến lượng khí nạp thực tế, dây sấy được mắc trong mạch cầu. Mạch
cầu có điện thế tại điểm A,B bằng nhau khi tích điện trở tính theo đường chéo là bằng
nhau. Khi không khí đi qua dây sấy Rh bị làm lạnh, điện trở giảm, kết quả là tạo ra chênh
lệch điện thế giữa hai điểm A,B. Một bộ khuyếch đại nhận biết sự chênh lệch này làm
cho điện áp cấp đến mạch tăng, làm cho nhiệt độ dây sấy lại tăng, kết quả là điện trở tăng
cho đến khi điện thế trong mạch cầu cân bằng trở lại.
Với tính năng này của mạch cầu, cảm biến có thể đo được khối lượng khí nạp nhờ
nhận biết điện áp tại điểm B. Trong hệ thống này, nhiệt độ dây sấy được thường xuyên
duy trì không đổi cao hơn nhiệt độ của khí nạp bằng cách dùng một nhiệt trở Ra.
Như vậy, khối lượng khí nạp có thể đo một cách chính xác mà không cần phải
hiệu chỉnh phun theo nhiệt độ hay theo áp suất khí nạp.
2.1.2.1.5. Cảm biến oxy (với thành phần Zirconium)
a. Nhiệm vụ


24


Đề tài: Khai thác kỹ thuật hệ thống đánh lửa trên xe Toyota CAMRY 2.4G

Hình 2.11.Sơ đồ mạch điện cảm biến oxy.
2.1.2.1.6. Cảm biến vị trí bướm ga
a. Nhiệm vụ
Cảm biến vị trí bướm ga được lắp ở trên cổ họng gió.Cảm biến này đóng vai trò
chuyển vị trí góc mở bướm ga thành tín hiệu điện thế gởi đến ECU.Đa số các loại cảm
biến vị trí bướm ga là loại tuyến tính (dạng biến trở) 3 dây. Tuy nhiên, trên một số xe có
4 dây có bố trí thêm công tắc vị trí cầm chừng (idle). Tín hiệu IDL được sử dụng chủ yếu
để điều khiển cắt nhiên liệu khi giảm tốc và hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa, còn tín hiệu
VTA và PSW dùng để tăng lượng phun nhiên liệu để tăng công suất.
b. Cấu tạo
Bao gồm hai tiếp điểm trượt, tại mỗi đầu của nó được thiết kế có các tiếp điểm cho
tín hiệu cầm chừng và tín hiệu góc mở bướm ga, có cấu tạo như hình vẽ

Hình 2.12. Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga.
1: Con trượt tiếp điểm; 2: Điện trở; 3: Vị trí bướm ga mở hoàn toàn; 4: Vị trí bướm ga
đóng hoàn toàn; 5: Trục bướm ga; 6: Thân cảm biến; 7: Giắc cắm; 8,9: Lớp cách điện;
25