Tài liệu Kỹ thuật: Khai thác hệ thống đánh lửa dòng xe toyota xây dựng mô

Tìm hiểu chi tiết hệ thống đánh lửa và phun xăng điện tử trên xe Toyota. Phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động và xây dựng mô hình thực tế.

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Anh Kiệt
• Người hướng dẫn: ThS. Dương Minh Thái
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí
• Đề tài: Khai Thác Hệ Thống Đánh Lửa Dòng Xe Toyota. Xây Dựng Mô Hình Hệ Thống Phun Xăng Đánh Lửa Điện Tử
• Loại tài liệu: Luận Văn Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống đánh lửa ô tô Toyota

Hệ thống đánh lửa là một trong những thành phần quan trọng nhất trên ô tô, đặc biệt là các dòng xe Toyota. Nhiệm vụ chính của hệ thống đánh lửa điện tử là tạo ra tia lửa để đánh lửa hỗn hợp khí-xăng trong buồng cháy của động cơ. Hiện nay, ô tô Toyota sử dụng công nghệ đánh lửa điện tử tiên tiến, thay thế hoàn toàn cho các hệ thống đánh lửa thường hay bán dẫn cũ. Hệ thống này bao gồm nhiều cảm biến chính xác như cảm biến vị trí trục khuỷu (Ne), cảm biến trục cam (G), cảm biến oxy (OX) và các thành phần điều khiển bởi ECU (Electronic Control Unit). Việc hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa giúp kỹ thuật viên và người sử dụng ô tô có thể bảo dưỡng và sửa chữa hiệu quả, kéo dài tuổi thọ của động cơ.

1.1. Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa điện tử cần đáp ứng nhiều yêu cầu khắt khe. Thứ nhất, phải tạo ra tia lửa đủ mạnh để đánh lửa hỗn hợp khí-xăng trong mọi điều kiện hoạt động của động cơ. Thứ hai, thời điểm đánh lửa phải chính xác, thay đổi theo tốc độ động cơ, tải trọng và điều kiện hoạt động. Thứ ba, hệ thống phải hoạt động ổn định, tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải độc hại.

1.2. Sự phát triển từ hệ thống đánh lửa thường đến điện tử

Từ hệ thống đánh lửa thường có tiếp điểm, sau đó là hệ thống bán dẫn, Toyota đã phát triển hệ thống đánh lửa điện tử hiện đại. Công nghệ mới này cho phép ECU kiểm soát chính xác thời điểm phát sinh tia lửa, tối ưu hóa hiệu suất động cơ và giảm tiêu hao nhiên liệu. Cuộn đánh lửa có IC tích hợp công nghệ cảm ứng, giúp tạo điện áp cao để phát sinh tia lửa mạnh mẽ.

II. Cơ sở lý thuyết hệ thống đánh lửa Toyota

Hệ thống đánh lửa điện tử của Toyota bao gồm các cảm biến, bộ điều khiển ECU và các thiết bị phát sinh tia lửa. Cảm biến vị trí trục khuỷu (Ne) phát hiện tốc độ quay của động cơ, trong khi cảm biến trục cam (G) xác định vị trí piston. Cảm biến oxy (OX) giám sát nồng độ oxy trong khí thải để tối ưu hóa tỉ lệ xăng-không khí. Cuộn đánh lửa chứa IC điều khiển tạo ra điện áp cao (khoảng 20,000-30,000V) để phát sinh tia lửa tại bugi. ECU nhận tín hiệu từ tất cả các cảm biến và tính toán thời điểm đánh lửa tối ưu dựa trên các điều kiện hoạt động của động cơ. Hiểu rõ nguyên lý này giúp kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống một cách chuyên nghiệp.

2.1. Các cảm biến chính trong hệ thống đánh lửa

Cảm biến vị trí trục khuỷu (Ne) là cảm biến quan trọng nhất, phát hiện tốc độ và vị trí piston. Cảm biến vị trí bướm ga (VTA) đo lượng không khí hút vào. Cảm biến lưu lượng khí nạp (VG) xác định khối lượng không khí, cảm biến kích nổ (KNK) phát hiện sự bất thường trong buồng cháy. Tất cả thông tin này được ECU xử lý để điều chỉnh thời điểm và cường độ đánh lửa chính xác.

2.2. Nguyên lý hoạt động mạch điều khiển đánh lửa

Mạch điều khiển đánh lửa hoạt động dựa trên các tín hiệu từ cảm biến. ECU xử lý dữ liệu và gửi tín hiệu điều khiển (IGT1, IGT2, IGT3, IGT4) đến cuộn đánh lửa. Cuộn đánh lửa có IC biến đổi điện áp 12V từ pin thành điện áp cao (20,000-30,000V), tạo ra tia lửa mạnh mẽ tại bugi. Sơ đồ mạch điện cho thấy rõ cách kết nối giữa các thành phần này.

III. Kiểm tra chuẩn đoán và sửa chữa hệ thống đánh lửa

Kiểm tra hệ thống đánh lửa là quá trình quan trọng để đảm bảo động cơ hoạt động tối ưu. Có ba phương pháp chính: kiểm tra tổng quan, kiểm tra bằng máy chẩn đoán và kiểm tra bằng đèn báo lỗi. Máy chẩn đoán có khả năng đọc mã lỗi từ ECU, giúp xác định vấn đề chính xác. Kiểm tra ECU bao gồm kiểm tra tín hiệu IGT1, IGT2, IGT3, IGT4 và IGF1 bằng oscilloscope. Kiểm tra cảm biến từng loại riêng biệt, đặc biệt là cảm biến vị trị trục khuỷu, cảm biến trục cam và cảm biến oxy. Kiểm tra cuộl đánh lửa bao gồm kiểm tra điện trở và điện áp đầu ra. Thay thế bugi và kiểm tra điện cực bugi là bước cuối cùng trong quá trình bảo dưỡng.

3.1. Phương pháp kiểm tra và chuẩn đoán lỗi

Kiểm tra tổng quan bắt đầu bằng cách quan sát các dấu hiệu ngoài và lắng nghe tiếng động cơ. Máy chẩn đoán kết nối với kết nối OBD để đọc mã lỗi P0300-P0308 liên quan đến hệ thống đánh lửa. Kiểm tra bằng đèn báo lỗi giúp phát hiện sớm các vấn đề. Kỹ thuật viên cần kiểm tra dây và kết nối giữa ECU và các thiết bị, đo điện áp tại các điểm khác nhau.

3.2. Thay thế và sửa chữa các linh kiện

Thay thế cuộl đánh lửa yêu cầu tắt động cơ, ngắt nguồn điện và tháo các dây nối. Kiểm tra bugi bao gồm xem xét khoảng cách điện cực (0,8-0,9mm) và màu sắc điện cực. Nếu bugi bị hư hỏng hay mòn, cần thay thế bugi mới. Sửa chữa dây và kết nối giữa cuộl đánh lửa và công tắc đánh lửa cũng rất quan trọng để đảm bảo hệ thống đánh lửa hoạt động bình thường.

IV. Bảo dưỡng và mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa điện tử

Bảo dưỡng hệ thống đánh lửa định kỳ là chìa khóa để kéo dài tuổi thọ động cơ. Cần kiểm tra bugi mỗi 30,000-60,000 km tùy loại xe. Kiểm tra bugi bao gồm đo khoảng cách điện cực và đánh giá tình trạng bằng màu sắc đầu bugi. Ngoài ra, bảo dưỡng cảm biến như cảm biến oxy, cảm biến vị trí trục khuỷu cũng quan trọng. Mô hình phun xăng đánh lửa điện tử giúp hiểu rõ cách hệ thống hoạt động: mạch cấp nguồn cung cấp 12V cho ECU, mạch điều khiển bơm xăng điều khiển hoạt động bơm, mạch điều khiển đánh lửa phát sinh tia lửa, và mạch điều khiển kim phun điều khiển lượng xăng phun vào. Mô hình này là công cụ đắc lực trong đào tạo và thực hành kỹ thuật.

4.1. Lịch trình bảo dưỡng định kỳ

Kiểm tra bugi nên thực hiện mỗi 30,000 km hoặc theo khuyến cáo nhà sản xuất. Thay thế bugi mới nên thực hiện mỗi 80,000-100,000 km tùy loại xe. Kiểm tra, bảo dưỡng cảm biến bao gồm làm sạch cảm biến oxy từ các chất cặn tích tụ. Kiểm tra điện áp tại các điểm nối của ECU giúp đảm bảo tín hiệu truyền tải chính xác. Bảo dưỡng định kỳ giúp hệ thống đánh lửa luôn hoạt động tối ưu.

4.2. Mô hình và ứng dụng thực tế

Mô hình phun xăng đánh lửa điện tử được xây dựng từ các linh kiện thực tế: mạch cấp nguồn, mạch điều khiển bơm xăng, mạch điều khiển đánh lửa và mạch điều khiển kim phun. Mô hình này giúp sinh viên và kỹ thuật viên hiểu rõ nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng đánh lửa điện tử hiện đại. Hướng dẫn sử dụng mô hình cung cấp chi tiết cách sử dụng, đo đạc và khắc phục sự cố, là công cụ học tập và đào tạo hiệu quả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA.1 Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống đánh lửa. Hệ thống đánh lửa trên động cơ có nhiệm vụ biến nguồn điện xoay chiều hoặc một chiều có hiệu điện thể thấp (12 hoặc 24V) thành các xung điện thể cao (từ 15. Các xung điện áp cao này sẽ được phân bố đến bugi của các xylanh đúng thời điểm để tạo tia lửa điện đốt cháy hòa khí. Một hệ thống đánh lửa làm việc tốt phải bảo đảm các yêu cầu sau: • Hệ thống đánh lửa phải sinh ra hiệu điện thể thứ cấp đủ lớn để phóng điện qua khe hở bugi trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ.

• Tia tửa trên bugi phải đủ năng lượng và thời gian phóng để sự cháy bắt đầu. • Góc đánh lửa sớm phải đúng trong mọi chế độ hoạt động của động cơ. • Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ cao và độ rung xóc lớn. • Khe hở điện cực bugi phải nằm trong khoảng cho phép.

Hệ thống đánh lửa thường.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. 1 Luận Văn Tốt Nghiệp Nguyễn Hoàng Anh Kiệt Cam 1 của bộ chia điện quay nhờ truyền động tử trục cam của động cơ và làm nhiệm vụ mở tiếp điểm KK’, cũng có nghĩa là ngắt dòng điện sơ cấp của biển áp đánh lửa 3. 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 sức điện động cao thế trong cuộn thứ cấp W2.

Điện áp này sẽ qua con quay chia điện 4 và dây cao áp đến các bugi đánh lửa 5 theo thứ tự thì nổ của động cơ. Khi điện áp thứ cấp đạt giá trị 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 W 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 bobin. Dòng phóng của tụ ngược chiều với dòng tự cảm khiến tử thông bị 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 thể trên cuộn thứ cấp. Hệ thống đánh lửa bán dẫn.

Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điểu khiển.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có tiếp điểm điều khiển. B,C,E- cực transistor; SW- công tắc; W1 -Cuộn sơ cấp; W2 -Cuộn thứ cấp; -Điện trở; K-khóa điện. Khi công tất máy IGSW đồng, cực E của transistor T được cấp điện thế dương, còn điện thế ở cực C của transistor có giá trị âm. Khi cam không đội, tiếp điểm K đóng, sẽ xuất hiện dòng điện qua cực gốc của transistor theo mạch sau: (+) ắc quy – SW – Rf – Wt – cực E – cực B – Rb - K – (-) ắc quy.

là điện trở phân cực được tính toán sao cho 2 Luận Văn Tốt Nghiệp Nguyễn Hoàng Anh Kiệt dòng Ib vừa đủ để transistor dẫn bão hòa. Khi transistor dẫn dòng qua cuộn sơ cấp đi theo mạch: (+) ắc quy – SW – Rf - Wt - cực E - cực C - mass (âm ắc quy). Dòng sơ cấp của bobin có thể được tính bằng tổng dòng điện Ib + Ic của transistor T. Dòng điện này tạo nên một năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường trên cuộn sơ cấp của bobin và khi tiếp điểm K mở, dòng I1=0, transistor T khóa lại, đồng sơ cấp I1 qua W1 bị 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 bobin.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có tiếp điểm.

Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến quan.3 Sơ đồ hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quan. T1, T2, T3, T4, T5 -các transittor; 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- bugi. 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 Rf 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 D1 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 D1 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.

3 Luận Văn Tốt Nghiệp Nguyễn Hoàng Anh Kiệt b. Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ.4 Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ. T1, T2, T3 – Các transistor R1, R2, R3, R4, R5 – Các điện trở C –Tụ điện; D – Diode; W1 – Cuộn sơ cấp; W2 – Cuộn thứ cấp; IG/SW – Công tắc; 1 – Ắc quy; 2– Cuộn dây cảm biến; 3 – Bobin; 4 – Đến bugi. Khi bật công tắc máy sẽ xuất hiện các dòng điện sau: Dòng I1: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R1 đến R2 đến (-) AQ, tạo ra điện áp đệm UR2 trên cực B của T1.

Tuy nhiên UR2 chưa đủ để làm cho T1 mở. Dòng I2: Từ (+) AQ qua IG/SW đến R4 đến R5 đến (-) AQ, tạo ra điện áp đệm UR5 trên cực B của T3, T3 dẫn, xuất hiện dòng điện sơ cấp đi từ (+) AQ đến IG/SW đến bobin đến T3 đến (-) AQ. Dòng điện này tạo nên từ thông khép kín mạch qua lõi thép và hai cuộn dây của biến áp đánh lửa. Khi trên cuộn dây cảm biến không có tín hiệu điện áp hoặc điện áp âm thì T1 ngắt, T2 ngắt, T3 vẫn tiếp tục dẫn.

Khi trên cuộn dây cảm biến có tín hiệu điện áp dương, kết hợp với điện áp đệm UR2, làm cho T1 dẫn, T2 dẫn, T3 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. 4 Luận Văn Tốt Nghiệp Nguyễn Hoàng Anh Kiệt c. Hệ thống đánh lửa bán dẫn sử dụng cảm biến Hall.5 Sơ đồ hệ thống đánh lửa 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, mạch điện sau công tác IGSW được tách làm hai nhánh, một nhánh qua điện trở phụ Rf đến cuộn sơ cấp và cực C của transistor T3, một nhánh sẽ qua diode D1 cấp cho igniter và cảm biến Hall. Nhờ R1, D2 điện áp cung cấp cho cảm biển Hall luôn ổn định. Tụ điện C1 có tác dụng lọc nhiễu cho điện áp ngõ vào.

Diode D1 có nhiệm vụ bảo vệ IC Hall trong trưởng hợp mắc lộn cực ắc quy, còn diode D3 có nhiệm vụ ổn áp khi hiệu điện thể nguồn cung cấp quả lớn như trường hợp tiết chế của máy phát bị hư. Khi đấu dây tín hiệu của cảm biến Hall có điện áp ở mức cao, tức lúc cánh chân bằng thép xen giữa khe hở trong cảm biến Hall, làm T1 dẫn. Khi T1 dẫn, T2 và T3 dẫn theo. Lúc này dòng sơ cấp i1 qua W1, qua T3 về mass tăng dẫn.

Khi tín hiệu điện tử cảm biến Hall ở mức thấp, tức là lúc cánh chân bằng thép ra khỏi khe hở trong cảm biến Hall, transistor T1 ngắt làm T2, T3 ngắt theo. Dòng sơ cấp i1 bị ngắt đột ngột tạo nên một sức điện động ở cuộn thứ cấp W2 đưa đến các bougie. Tụ điện C2 có tác dụng làm giảm sức điện động tự cảm trên cuộn sơ cấp W1 đặt vào mạch khi T2 T3 ngắt. Trong trường hợp sức điện động tự cảm quá lớn do sút dây cao áp chẳng hạn, R5 R6 D4 sẽ khiến transistor T2, T3 mở trở lại để giảm xung điện áp quá lớn có thể gây hư hỏng cho transistor.

Diode Zener D5 có tác dụng bảo vệ transistor T3 khỏi bị quá áp vì điện áp tự cảm trên cuộn sơ cấp của bobin. 5 Luận Văn Tốt Nghiệp Nguyễn Hoàng Anh Kiệt 1. Hệ thống đánh lửa điện tử.1 Hệ thống đánh lửa gián tiếp.6 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 kiểu hệ thống đánh lửa được điều khiển theo chương trình trong bộ nhớ của ECU. Khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến trên động cơ như cảm biến tốc độ động cơ NE, cảm biến vị trí trục khuỷu G, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, …lúc này, dựa vào thống tin do các cảm biến cung cấp, ECU sẽ tính toán và phát ra tín hiệu để điều khiển việc đánh lửa. Và cũng điều khiển phân phối điện cao thế đến các bugi theo thứ tự làm việc của động cơ. Hệ thống đánh lửa trực tiếp.

Hệ thống đánh lửa bobin đôi 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. 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.