Thi công mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp động cơ 2AZ-FE

Đồ án thi công mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp động cơ 2AZ-FE tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Thái
• Người hướng dẫn: Nguyễn Tấn Lộc
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Thi công mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp động cơ 2AZ-FE
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan hệ thống đánh lửa trực tiếp động cơ 2AZ FE

Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS trên động cơ Toyota 2AZ-FE đại diện cho bước phát triển vượt bậc của kỹ thuật điều khiển động cơ đốt trong. Công nghệ này loại bỏ hoàn toàn bộ chia điện truyền thống và dây cao áp trung gian. Mỗi xi lanh sử dụng một cuộn đánh lửa riêng biệt đặt trực tiếp trên đầu bugi. Thiết kế cuộn đôi độc lập giúp giảm thiểu hiện tượng thất thoát năng lượng cao áp trên đường dây. Thời gian tích lũy năng lượng từ trường tăng lên đáng kể ở dải tốc độ động cơ cao. Bộ điều khiển điện tử ECU giám sát liên tục tình trạng vận hành để đưa ra góc đánh lửa tối ưu. Hệ thống giúp cải thiện hiệu suất cháy, tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải độc hại ra môi trường. Động cơ 2AZ-FE trang bị trên các dòng xe Toyota Camry hay RAV4 yêu cầu độ chính xác đánh lửa cực cao. Việc chế tạo mô hình thực hành giúp sinh viên cơ khí ô tô tiếp cận trực quan cấu trúc mạch điện, tín hiệu điều khiển và quy trình chẩn đoán hư hỏng thực tế.

1.1. Cấu trúc cuộn dây đánh lửa độc lập dạng thanh

Cuộn dây đánh lửa dạng thanh của động cơ 2AZ-FE tích hợp sẵn IC đánh lửa bên trong thân bô bin. Cấu trúc gồm cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp, lõi thép từ tính và điốt điện áp cao. Thiết kế nhỏ gọn cho phép gắn chặt vào ống bugi trên nắp quy lát. Khi ECU gửi xung điều khiển IGT, IC ngắt dòng điện sơ cấp đột ngột. Hiện tượng cảm ứng điện từ tạo ra điện áp thứ cấp lên tới 35.000 vôn. Điốt chặn xung ngược triệt tiêu các tia lửa điện sai thời điểm. Cấu tạo khép kín hạn chế tối đa nguy cơ rò rỉ điện trường. Sinh viên dễ dàng tháo lắp và kiểm tra tín hiệu điện áp trên từng bô bin độc lập.

1.2. Vai trò của tín hiệu IGT và phản hồi IGF

Hệ thống điều khiển đánh lửa 2AZ-FE hoạt động dựa trên cặp tín hiệu xung IGT và IGF giữa ECU và bô bin. ECU xuất xung IGT để xác định thời điểm và góc ngậm điện của cuộn sơ cấp. Khi dòng sơ cấp ngắt tạo tia lửa, mạch giám sát trong IC đánh lửa sinh ra xung phản hồi IGF. Tín hiệu IGF báo hiệu cho ECU biết quá trình kích nổ thành công. Nếu mất tín hiệu IGF liên tiếp qua nhiều chu kỳ nổ, ECU lập tức ngắt kim phun tương ứng. Cơ chế bảo vệ này ngăn chặn nhiên liệu dư làm hỏng bầu lọc khí thải xúc tác ba thành phần. Đây là điểm mấu chốt kỹ thuật cần làm rõ trong các bài thực hành chẩn đoán động cơ ô tô.

II. Phân tích kỹ thuật hệ thống đánh lửa trực tiếp động cơ 2AZ FE

Động cơ 2AZ-FE đòi hỏi độ chính xác tuyệt đối trong việc đồng bộ thời điểm đánh lửa với quá trình phun nhiên liệu. Góc đánh lửa sớm chịu sự chi phối chặt chẽ từ hai cảm biến then chốt: cảm biến vị trí trục khuỷu CKP và cảm biến trục cam CMP. Cảm biến CKP sử dụng đĩa răng định thời 36-2 để tính toán tốc độ vòng tua máy và xác định điểm chết trên. Cảm biến CMP 3 răng nhận diện kỳ nén của từng xi lanh cụ thể. Khi động cơ hoạt động dưới tải trọng thay đổi, ECU liên tục điều chỉnh góc đánh lửa sớm thực tế. ECU căn cứ vào tín hiệu phụ trợ như nhiệt độ nước làm mát, độ mở bướm ga và lưu lượng khí nạp MAF. Các lỗi hư hỏng thường gặp gồm chết cuộn dây bô bin, hỏng tầng công suất IC hoặc xung tín hiệu cảm biến bị suy hao. Những trục trặc này gây hiện tượng bỏ lửa, máy rung giật, tiêu hao nhiên liệu và tăng nồng độ khí xả độc hại. Việc phân tích chuyên sâu các dạng hư hỏng giúp xây dựng phương án kiểm tra chuẩn mực trên mô hình giáo trình.

2.1. Phân tích xung điện áp cảm biến vị trí trục khuỷu CKP

Cảm biến vị trí trục khuỷu CKP trên động cơ 2AZ-FE thuộc loại cảm biến điện từ tạo xung xoay chiều hình sin. Đĩa xung định thời gắn ở đầu trục khuỷu gồm 34 răng đều đặn và 2 khoảng răng khuyết. Mỗi răng đi qua đầu cảm biến tạo ra một chu kỳ xung điện cảm ứng. Khoảng khuyết 2 răng tạo ra khoảng ngắt tín hiệu biên độ lớn đặc trưng. Xung ngắt này cho phép ECU nhận diện vị trí góc quay 10 độ trước điểm chết trên của xi lanh số 1. Tần số xung thay đổi tỉ lệ thuận với số vòng quay trục khuỷu. Máy hiện sóng hiển thị rõ biên độ xung từ 1V ở tốc độ khởi động đến hơn 10V khi tăng ga.

2.2. Nhận diện các hư hỏng thường gặp trong mạch đánh lửa

Trong quá trình vận hành lâu năm, hệ thống đánh lửa trực tiếp 2AZ-FE thường phát sinh nhiều sự cố phức tạp. Lỗi phổ biến nhất là nứt vỏ cách điện bô bin gây phóng điện cao áp ra thân máy. Hiện tượng này làm mất tia lửa tại bugi và gây báo lỗi động cơ Check Engine từ mã P0300 đến P0304. Sự cố hỏng mạch tranzito công suất bên trong IC đánh lửa làm mất xung IGT, khiến cuộn sơ cấp không thể đóng cắt dòng điện. Hư hỏng dây dẫn tín hiệu cảm biến CKP hoặc CMP làm ECU mất tín hiệu đồng bộ, dẫn đến động cơ không khởi động được. Việc dùng đồng hồ đo xung cho phép cô lập nhanh vị trí lỗi mạch.

III. Giải pháp thi công mô hình đánh lửa động cơ 2AZ FE tại SPKT

Quá trình thi công mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp động cơ 2AZ-FE tại xưởng thực hành Khoa Cơ khí Động lực tuân thủ quy chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt. Nhóm tác giả thiết kế khung giá đỡ bằng thép hộp chắc chắn, sơn tĩnh điện chống rỉ sét và gắn bánh xe chịu lực linh hoạt. Bảng điều khiển gia công từ mica trong suốt kết hợp alu cao cấp, in sơ đồ nguyên lý mạch điện rõ ràng. Hệ thống dẫn động cơ khí sử dụng động cơ điện một pha kết hợp biến tần điều khiển tốc độ trục khuỷu giả lập. Đĩa xung CKP và CMP được căn chỉnh đồng tâm tuyệt đối nhằm duy trì khe hở từ chuẩn 0,5 mm. Hộp ECU trung tâm bố trí giắc cắm dây tiêu chuẩn cùng cụm giắc đo kiểm tín hiệu ra bên ngoài. Các chân tín hiệu quan trọng như +B, IGT, IGF, NE, G đều được dẫn ra các cọc đo chuyên dụng. Nhờ đó, người học dễ dàng kết nối máy hiện sóng hoặc đồng hồ đo VOM mà không cần can thiệp trực tiếp vào bó dây điện nguyên bản của xe.

3.1. Thiết kế cơ khí và lắp ráp cụm dẫn động tạo xung

Khâu thiết kế cơ khí tập trung vào việc mô phỏng chuyển động quay của trục khuỷu và trục cam động cơ thực tế. Một động cơ điện xoay chiều truyền động qua dây đai răng tới trục gá đĩa xung định thời. Tỷ số truyền được tính toán chuẩn xác theo tỷ lệ 2:1 giữa trục khuỷu và trục cam. Đĩa răng CKP và đĩa răng CMP gia công trên máy cắt dây CNC đạt độ chính xác cơ khí cao. Trục quay gá trên các gối đỡ bi kín giúp triệt tiêu rung động và tiếng ồn khi vận hành ở dải tốc độ cao từ 600 đến 3.500 vòng/phút. Cụm che chắn bảo vệ mica trong suốt đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người thao tác.

3.2. Đấu nối dây điện và tích hợp hộp giắc đo kiểm chẩn đoán

Quy trình đi dây điện trên mô hình bám sát sơ đồ mạch điện động cơ Toyota Camry 2.4L 2AZ-FE chính hãng. Bó dây điện động cơ được xử lý cách điện bằng ống gen co nhiệt chống cháy và bọc băng dính chuyên dụng ô tô. Hộp chẩn đoán trung tâm tích hợp giắc DLC3 chuẩn OBD-II cho phép kết nối máy chẩn đoán thông minh đọc lỗi trực tiếp. Bảng mặt trước lắp đặt hệ thống cọc thử nghiệm dẫn xuất tín hiệu của 4 bô bin, 4 kim phun và cảm biến bướm ga. Nhờ bố trí khoa học, giảng viên có thể chủ động cài đặt các pan bệnh giả lập như hở mạch IGT hoặc chạm chập mass tín hiệu cảm biến.

IV. Ứng dụng mô hình đánh lửa trực tiếp 2AZ FE trong đào tạo SPKT

Mô hình thi công hoàn thiện đáp ứng toàn diện mục tiêu giảng dạy thực hành tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Thiết bị cung cấp môi trường trực quan giúp sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô nâng cao tay nghề thực tế. Người học không chỉ quan sát tia lửa phóng điện trực tiếp qua buồng thử mica chịu áp mà còn phân tích tín hiệu xung trên thiết bị đo chuyên dụng. Bộ giáo trình thực hành đi kèm hướng dẫn chi tiết quy trình đo kiểm điện áp cấp nguồn, xung điều khiển đánh lửa và tín hiệu cảm biến. Sinh viên thành thạo kỹ năng sử dụng máy chẩn đoán đọc dữ liệu Data List, bắt bệnh mã lỗi DTC và xử lý sự cố đứt ngầm dây dẫn. Mô hình góp phần giải quyết bài toán thiếu hụt thiết bị thực hành hiện đại, giảm thiểu rủi ro chập cháy so với thực tập trên xe hoàn chỉnh. Đây là giải pháp đào tạo hiệu quả, gắn kết chặt chẽ kiến thức lý thuyết chuyên ngành với thực tiễn sửa chữa ô tô đời mới.

4.1. Hướng dẫn đo kiểm dạng sóng xung bô bin bằng máy hiện sóng

Mô hình hỗ trợ thực hiện bài thực hành đo kiểm dạng sóng xung tín hiệu đánh lửa bằng máy hiện sóng hai kênh. Sinh viên gắn que đo kênh A vào cọc tín hiệu IGT và kênh B vào cọc tín hiệu IGF tại trạm thử nghiệm. Khi động cơ mô phỏng vận hành, màn hình hiển thị trực tiếp xung vuông 5V của IGT với độ rộng xung phản ánh thời gian ngậm điện của bô bin. Ngay sau khi sườn âm của xung IGT xuất hiện, xung IGF phát sinh tín hiệu phản hồi xác nhận đánh lửa. Qua bài học, người học hiểu rõ mối quan hệ đồng bộ giữa tín hiệu điều khiển và tia lửa điện thực tế.

4.2. Khả năng mở rộng nghiên cứu và phát triển sa bàn đào tạo

Mô hình hệ thống đánh lửa 2AZ-FE sở hữu tính linh hoạt cao, tạo tiền đề thuận lợi cho các đề tài nghiên cứu mở rộng trong tương lai. Nhóm nghiên cứu có thể tích hợp thêm bộ điều khiển vi xử lý Arduino hoặc vi điều khiển STM32 để tự động ngắt mở các đường dây mô phỏng sự cố hư hỏng ngẫu nhiên. Thiết bị cũng có thể phát triển thêm module đo khí xả hoặc kết nối giao tiếp máy tính qua phần mềm mô phỏng LabVIEW. Hướng phát triển này giúp nâng tầm mô hình thành sa bàn điện tử thông minh, phục vụ hiệu quả công tác nghiên cứu khoa học và đào tạo kỹ sư ô tô chất lượng cao. Hệ thống khẳng định tính ứng dụng thực tiễn của các đồ án tốt nghiệp kỹ thuật.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh ngành công nghiệp ô tô không ngừng phát triển với sự xuất hiện của các phương tiện sử dụng động cơ điện và động cơ hybrid, động cơ đốt trong vẫn duy trì vị thế quan trọng trên thị trường nhờ hiệu suất cao, khả năng vận hành mạnh mẽ và trải nghiệm lái quen thuộc. Nhằm duy trì và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động, giảm thiểu phát thải và tiết kiệm nhiên liệu cho động cơ đốt trong, việc nghiên cứu các hệ thống cốt lõi—đặc biệt là hệ thống đánh lửa—đóng vai trò mang tính quyết định. Động cơ 2AZ-FE là dòng động cơ xăng 4 kỳ phổ biến của hãng Toyota, từng được trang bị rộng rãi trên các dòng xe thương mại như Camry và Harrier. Việc nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý và xây dựng mô hình thực tế của hệ thống đánh lửa trực tiếp trên dòng động cơ này cung cấp nền tảng kiến thức điển hình về hệ thống điện - điện tử ô tô hiện đại.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định theo các nội dung cụ thể:

1. Tìm hiểu tổng quan và chuyên sâu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trực tiếp (Direct Ignition System - DIS) trang bị trên ô tô.
2. Trình bày chi tiết về đặc tính kỹ thuật, cấu tạo và nguyên lý làm việc của các cảm biến cùng các cơ cấu chấp hành trực tiếp điều khiển quá trình đánh lửa trên động cơ 2AZ-FE.
3. Thiết kế, phục hồi và thi công mô hình thực hành hệ thống đánh lửa trực tiếp động cơ 2AZ-FE nhằm phục vụ công tác giảng dạy và thực tập tại xưởng.
4. Xây dựng tài liệu hướng dẫn thực hành, quy trình vận hành và quy trình chẩn đoán lỗi (Pan) trên mô hình.
5. Đưa ra kết luận đánh giá và định hướng phát triển mở rộng đề tài.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ Toyota 2AZ-FE cùng các cảm biến, bộ chấp hành và bộ điều khiển trung tâm (ECU) điều khiển hệ thống này. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở việc khảo sát lý thuyết, kiểm tra tình trạng linh kiện, thi công hoàn thiện mô hình sa bàn từ các cụm chi tiết và ECU có sẵn, kết nối hệ thống dây điện, thiết lập cụm tạo lỗi giả lập và kết nối chẩn đoán thông qua cổng giao tiếp chuẩn OBD-II.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và công thức tính toán

Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn điện một chiều điện áp thấp (12V - 14V) từ ắc quy thành các xung điện áp cao (từ 20kV đến 40kV) để tạo tia lửa điện tại khe hở bu gi, đốt cháy hòa khí trong buồng đốt ở mọi chế độ làm việc. Quá trình này đòi hỏi thời điểm đánh lửa chính xác ở cuối kỳ nén nhằm đảm bảo áp suất cháy cực đại trong xylanh ($P_{max}$) luôn xuất hiện ở vị trí khoảng $10^\circ$ sau điểm chết trên (TDC).

Các công thức nền tảng chi phối hoạt động của hệ thống bao gồm:

• Định luật Paschen về điện áp đánh lửa: $$U_b = K \cdot \frac{P \cdot \delta}{T}$$ Trong đó $P$ là áp suất buồng đốt tại thời điểm đánh lửa, $\delta$ là khe hở bu gi, $T$ là nhiệt độ điện cực, và $K$ là hằng số phụ thuộc thành phần hòa khí.
• Hệ số dự trữ đánh lửa: $$H_d = \frac{U_{2m}}{U_b}$$ Với $U_{2m}$ là hiệu điện thế thứ cấp cực đại do bô bin tạo ra.
• Tần số đánh lửa của động cơ 4 kỳ: $$f = \frac{n \cdot i}{120}$$ Với $n$ là số vòng quay trục khuỷu (vòng/phút) và $i$ là số xylanh động cơ.
• Năng lượng từ trường tích lũy trên cuộn sơ cấp: $$W_{dt} = \frac{1}{2} L_1 \cdot I_{ng}^2$$ Với $L_1$ là độ tự cảm của cuộn sơ cấp và $I_{ng}$ là cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm ngắt transistor công suất.
• Hàm hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm tổng thể: $$\theta = f(P_{bd}, t_{bd}, P, t_{wt}, t_{mt}, n, N_o)$$ Phụ thuộc vào áp suất buồng đốt ($P_{bd}$), nhiệt độ buồng đốt ($t_{bd}$), áp suất đường ống nạp ($P$), nhiệt độ nước làm mát ($t_{wt}$), nhiệt độ môi trường ($t_{mt}$), tốc độ động cơ ($n$), và chỉ số octan ($N_o$).

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm kỹ thuật:

• Phân tích - tổng hợp lý thuyết: Thu thập và nghiên cứu sơ đồ mạch điện nguyên lý, bản đồ đánh lửa (Ignition Map), và cơ chế điều khiển góc đánh lửa sớm của hãng Toyota.
• Phương pháp thực nghiệm kiểm tra: Dùng đồng hồ vạn năng (VOM), nguồn cấp 12V độc lập và mạch đèn LED kiểm tra tình trạng thông mạch, điện trở cuộn dây, xung tín hiệu và sự hoạt động của từng linh kiện riêng biệt (bô bin, kim phun, bộ đo gió, các cảm biến vị trí).
• Phương pháp thi công hệ thống kỹ thuật: Gia công lắp ráp cơ khí sa bàn, đi dây điện theo sơ đồ mạch điện động cơ 2AZ-FE, tích hợp bộ truyền động kéo trục tín hiệu bằng động cơ điện DC 12V, lắp đặt bộ điều khiển tốc độ và chế tạo hộp công tắc tạo sự cố kỹ thuật (tạo Pan).
• Phương pháp chẩn đoán: Sử dụng phần mềm chẩn đoán chuyên hãng Toyota Techstream qua cáp nối chuẩn OBD-II để đọc thông số vận hành (Data List) và mã lỗi chẩn đoán (DTC).

---

Thiết kế và thi công mô hình

Thiết kế mô hình

Mô hình sa bàn được thiết kế trên khung giá đỡ có bánh xe di chuyển, các cụm chi tiết và cảm biến bố trí trực quan trên mặt bảng phẳng đứng nhằm phục vụ việc quan sát và thực hành đo kiểm:

• Khung và giá đỡ: Khung thép hộp hàn định hình, gắn bảng gá lắp linh kiện và bảng điện điều khiển.
• Cơ cấu dẫn động tín hiệu: Sử dụng một động cơ điện DC 12V kết hợp bộ điều tốc để dẫn động trục khuỷu và đĩa xung thông qua bộ truyền động đai, giúp mô phỏng số vòng quay động cơ mà không cần nổ máy thực tế.
• Bảng đo kiểm và chẩn đoán: Bố trí bảng giắc cắm các chân tín hiệu ra của hộp ECU giúp người học cắm que đo đồng hồ VOM kiểm tra trực tiếp; tích hợp giắc chẩn đoán chuẩn OBD-II 16 chân.
• Cụm linh kiện chính trên mô hình:

Nhóm thiết bị	Tên chi tiết / Linh kiện	Chức năng kỹ thuật trên mô hình
Bộ điều khiển	ECU động cơ 2AZ-FE	Tiếp nhận dữ liệu cảm biến, tính toán góc đánh lửa và điều khiển chấp hành
Cảm biến vị trí	Cảm biến CKP, cảm biến CMP	Xác định góc quay trục khuỷu, nhận diện điểm chết trên (TDC) và vị trí trục cam
Cảm biến tải & khí nạp	Cảm biến MAF, cảm biến IAT	Đo khối lượng khí nạp qua bộ đo gió dây nhiệt platinum và nhiệt độ khí nạp
Cảm biến vị trí bướm ga & chân ga	Cảm biến TPS, cảm biến APP	Sử dụng phần tử cảm ứng Hall kép (VTA1/VTA2, VPA1/VPA2) xác định độ mở
Cảm biến nhiệt & phản hồi cháy	Cảm biến ECT, Oxy, A/F, Kích nổ	Đo nhiệt độ nước, tỷ lệ hòa khí và rung động kích nổ (tần số 6 - 15 kHz)
Bộ chấp hành	4 bô bin tích hợp IC, 4 bu gi, kim phun	Tạo tia lửa điện cao áp, hiển thị trạng thái phun qua đèn LED
Thiết bị phụ trợ	Hộp cầu chì relay, công tắc máy, bộ tạo Pan	Đóng ngắt nguồn, cấp điện hệ thống và thiết lập các sự cố ngắt mạch/nối mass

Quy trình thi công và kiểm tra linh kiện

Quy trình chế tạo mô hình được triển khai theo các giai đoạn kỹ thuật:

1. Tháo dỡ mô hình cũ: Kiểm tra tình trạng khung, phân loại dây điện hư hỏng, loại bỏ các chi tiết không còn khả năng hoạt động và bảo quản các bộ phận tái sử dụng.
2. Kiểm tra tình trạng linh kiện trước lắp ráp:
   • Relay 4 chân: Đo điện trở cuộn dây bằng VOM; cấp nguồn 12V kiểm tra tiếng nhảy tiếp điểm và độ thông mạch giữa hai chân tiếp điểm.
   • Công tắc máy: Đo thông mạch giữa các vị trí xoay: OFF (không thông), ACC (thông chân AM với ACC), ON (thông IG1, IG2, AM, ACC), và ST (thông IG1, ST, AM).
   • Bô bin đánh lửa: Mắc mạch thử nghiệm cấp nguồn 12V vào cực B, nối cực E vào mass, kích xung âm/dương vào chân IGT (T) để kiểm tra phóng tia lửa cao áp ra bu gi, đồng thời quan sát phản hồi tại chân IGF (F) thông qua mạch LED. Kết quả xác định cả 4 cụm bô bin đều hoạt động tốt.
   • Kim phun nhiên liệu: Cấp xung điện áp 12V vào hai cực, quan sát độ rung cơ học và lắng nghe âm thanh đóng mở cuộn hút điện từ.
   • Cảm biến MAF: Cấp nguồn 12V vào chân B+, mass vào EVG; đo điện áp chân tín hiệu VG (đạt 0,5V - 3,0V) và kiểm tra sự biến thiên điện áp khi thổi luồng khí nạp qua dây nhiệt platinum.
   • Cảm biến bướm ga (TPS): Cấp nguồn 5V vào chân VC và mass vào E2; đo điện áp tại các chân tín hiệu VTA1 và VTA2 ở các vị trí đóng/mở bướm ga để ghi nhận đường đặc tính.
3. Lắp ráp hoàn thiện và đi dây: Lắp đặt các chi tiết cơ khí lên bảng; kết nối mạng dây điện động cơ vào giắc ECU; đấu nối hộp cầu chì, công tắc đánh lửa, chiết áp xoay giả lập tín hiệu nhiệt độ nước làm mát, các đèn LED chỉ thị kim phun/bơm xăng và cụm công tắc đánh Pan.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan đề tài

Chương này phân tích vị thế của động cơ đốt trong và tính phổ biến của dòng động cơ Toyota 2AZ-FE. Tác giả chỉ rõ tầm quan trọng của hệ thống đánh lửa trực tiếp không sử dụng bộ chia điện trong việc nâng cao độ tin cậy và hiệu suất công tác. Đề tài xác định rõ nhiệm vụ thiết kế, chế tạo sa bàn học cụ từ linh kiện động cơ thực tế, phục vụ trực tiếp cho việc đào tạo chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, đi kèm với việc xây dựng giáo trình hướng dẫn thực hành và quy trình xử lý mã lỗi.

Chương 2. Nghiên cứu lý thuyết

Chương 2 trình bày toàn diện cơ sở lý thuyết hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS:

• Cấu tạo và nguyên lý DIS: Mỗi xylanh được trang bị một cuộn đánh lửa (bô bin) độc lập có tích hợp IC đánh lửa (Igniter). ECU gửi tín hiệu IGT kích mở transistor công suất để nạp dòng cho cuộn sơ cấp; khi transistor ngắt, sự biến thiên từ thông đột ngột sinh ra suất điện động tự cảm 20kV - 40kV ở cuộn thứ cấp phóng qua bu gi. Sau mỗi lần đánh lửa, Igniter phản hồi tín hiệu xác nhận IGF về lại ECU.
• Điều khiển góc đánh lửa sớm: Phân tích góc đánh lửa sớm ban đầu, cơ bản và hiệu chỉnh. Sự xuất hiện của áp suất cháy cực đại phải nằm sau TDC $10^\circ$; nếu đánh lửa quá sớm sẽ gây kích nổ và giảm tuổi thọ máy; nếu quá trễ sẽ làm tăng tổn thất nhiệt ra nước làm mát và giảm công suất động cơ.
• Đặc tính các cảm biến:
  • Cảm biến CKP: Gồm rotor 34 răng với 2 răng khuyết (mỗi răng cách nhau $10^\circ$) kết hợp cuộn dây cảm ứng điện từ tạo xung xoay chiều, xác định tốc độ động cơ và góc quay trục khuỷu.
  • Cảm biến CMP: Rotor 3 răng lệch nhau góc $90^\circ$, nhận biết điểm chết trên kỳ nén của từng xylanh để đồng bộ thời điểm đánh lửa và phối khí VVT-i.
  • Cảm biến MAF: Hoạt động theo nguyên lý cầu điện trở cân bằng duy trì nhiệt độ dây nóng platinum; điện áp tín hiệu VG thay đổi tỷ lệ theo khối lượng khí nạp theo đường cong parabol.
  • Cảm biến ECT và IAT: Bản chất là nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm (NTC), điện trở giảm khi nhiệt độ tăng, nhận nguồn treo 5V từ các chân THW và THA trong ECU.
  • Cảm biến TPS và APP: Ứng dụng IC Hall kép, xuất hai dải điện áp độc lập (VTA1/VTA2 hoặc VPA1/VPA2) từ 0V đến 5V để phát hiện góc mở bướm ga và bàn đạp chân ga, hỗ trợ tính năng tự chẩn đoán lỗi chéo.
  • Cảm biến Oxy và A/F: Cảm biến A/F dạng tấm phẳng đặt trước bộ xúc tác 3 thành phần (TWC), hoạt động ở nhiệt độ trên $650^\circ\text{C}$ để đo dải rộng tỷ lệ không khí-nhiên liệu; cảm biến Oxy đặt sau TWC dùng chất điện phân Zirconia làm việc ở $400^\circ\text{C}$ xuất tín hiệu nhảy bậc giàu (>0,45V) hoặc nghèo (0,1V - 0,3V) nhằm giám sát hiệu suất bộ xúc tác.
  • Cảm biến kích nổ: Loại không cộng hưởng dải tần số 6 kHz - 15 kHz, dùng tinh thể áp điện sinh điện áp khi chịu sóng va đập cơ học; tích hợp điện trở treo tại chân KNK1 nhằm phát hiện đứt dây hoặc ngắn mạch.

Chương 3. Thiết kế thi công mô hình

Chương này tập trung trình bày toàn bộ quá trình cơ khí và điện khí hóa mô hình. Tác giả chi tiết hóa các bước tháo dỡ mô hình cũ, làm sạch khung và kiểm tra sàng lọc từng thiết bị. Trình bày chi tiết mạch kiểm tra bô bin độc lập với đèn LED chỉ thị tín hiệu IGT/IGF, mạch kiểm tra van kim phun, sơ đồ giắc cắm chân ECU và thiết kế mạch tạo lỗi (Pan) gồm các công tắc ngắt mạch tín hiệu cảm biến hoặc chập mass đường dây. Mô hình tích hợp chiết áp biến trở xoay giúp người dùng can thiệp tín hiệu nhiệt độ nước làm mát giả lập để quan sát sự thay đổi góc đánh lửa sớm.

Chương 4. Vận hành mô hình

Chương 4 thiết lập quy trình vận hành và kiểm tra hệ thống theo chuẩn thực hành:

• Trình bày trình tự cấp nguồn, khởi động mô tơ kéo trục, bật công tắc máy và thiết lập tốc độ vòng quay giả lập.
• Kết nối máy tính cài đặt phần mềm Toyota Techstream thông qua cổng giao tiếp OBD-II để đọc luồng dữ liệu thời gian thực (Data List) bao gồm tốc độ động cơ (RPM), góc đánh lửa sớm, khối lượng khí nạp và nhiệt độ nước làm mát.
• Xây dựng bài tập thực hành truy tìm 6 lỗi hệ thống (Pan) điển hình: Pan 1 kiểm tra mất tín hiệu điều khiển bằng LED; Pan 2 chẩn đoán đứt mạch nguồn hoặc tín hiệu cảm biến bằng thang đo điện áp/điện trở VOM; các Pan 4, 5, 6 kiểm tra sự cố gián đoạn tín hiệu đánh lửa, mất nguồn kim phun và hư hỏng mạch phản hồi IGF.

Chương 5. Kết luận và đề nghị

Đánh giá mức độ hoàn thành so với mục tiêu đề ra ban đầu, xác nhận mô hình hoạt động ổn định, tái hiện chính xác nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa trực tiếp động cơ 2AZ-FE. Đưa ra các khuyến nghị kỹ thuật nhằm phát triển mô hình trong tương lai.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

• Phục hồi và thi công hoàn chỉnh một mô hình sa bàn đào tạo hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS trên động cơ Toyota 2AZ-FE, đảm bảo tính an toàn điện và độ trực quan khi vận hành.
• Hoàn thiện việc đo kiểm và chứng minh sự hoạt động tin cậy của cụm 4 bô bin tích hợp IC, 4 bu gi đánh lửa, cụm bướm ga điện tử, bộ đo gió MAF, các cảm biến vị trí (CKP, CMP, TPS, APP) và các cảm biến nhiệt (ECT, IAT).
• Thiết lập thành công mạch giả lập tín hiệu nhiệt độ nước làm mát bằng chiết áp biến trở, cho phép thay đổi điện áp đầu vào chân THW để quan sát sự điều chỉnh góc đánh lửa sớm của ECU.
• Chế tạo cụm công tắc đánh Pan gồm 6 sự cố kỹ thuật thông dụng, hỗ trợ giảng viên tạo lỗi giả lập và sinh viên rèn luyện kỹ năng sử dụng đồng hồ VOM, đèn thử LED và phần mềm chuyên dụng để chẩn đoán.
• Kết nối thông suốt đường truyền chẩn đoán giữa ECU động cơ 2AZ-FE với phần mềm Techstream qua giắc OBD-II, hiển thị đầy đủ thông số hoạt động và mã lỗi khi công tắc tạo Pan kích hoạt.

Đóng góp cho công tác đào tạo

So với mô hình cũ bị xuống cấp và hư hại mạch dây, sản phẩm của đồ án đã chuẩn hóa lại toàn bộ sơ đồ nguyên lý, bọc cách điện bảo vệ hệ thống dây dẫn, đồng thời tích hợp bảng đo kiểm chân tín hiệu ECU ngay trên mặt trước sa bàn. Đồ án cung cấp tài liệu mô tả chi tiết nguyên lý cảm biến, quy trình kiểm tra linh kiện sống/chết độc lập và các bước thực hành xử lý lỗi, trực tiếp đóng góp vào hệ thống học cụ của Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

• Quá trình chuyển động của đĩa xung trục khuỷu và trục cam được dẫn động bằng động cơ điện DC 12V qua dây đai truyền động thay vì lắp trên khối động cơ đốt trong đang nổ máy thực tế, do đó dải tốc độ vòng quay và tải động cơ chưa đạt tới các điều kiện khắc nghiệt như trên xe thật.
• Các cảm biến như cảm biến Oxy và cảm biến A/F chỉ được bố trí để kết nối mạch điện và nhận diện lỗi đường truyền, chưa thể đo lường nồng độ khí thải thực tế do mô hình không diễn ra quá trình cháy sinh khí thải.
• Hoạt động của bơm xăng và kim phun nhiên liệu được mô phỏng thị giác qua các đèn LED thay vì phun áp lực nhiên liệu thật, nhằm đảm bảo an toàn phòng chống cháy nổ trong phòng thực tập.

Hướng nghiên cứu tiếp

• Mở rộng hệ thống điều khiển để tích hợp đầy đủ cơ cấu chấp hành điều khiển trục cam nạp biến thiên thông minh (VVT-i) của động cơ 2AZ-FE trên cùng sa bàn.
• Thiết kế bổ sung các mạch tạo Pan đa dạng hơn, bao gồm các pan chập mạch không liên tục hoặc suy giảm tín hiệu cảm biến ở tần số cao.
• Nghiên cứu kết nối thêm màn hình hiển thị số hoặc bảng giao tiếp mô phỏng trên máy tính nhằm trực quan hóa các đường đặc tính đánh lửa và đồ thị áp suất buồng đốt theo thời gian thực.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao đối với:

• Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô và Kỹ thuật Cơ khí Động lực: Dùng làm tài liệu tham khảo khi thực hiện đồ án tốt nghiệp, đồ án môn học Điện - Điện tử ô tô, hoặc chuẩn bị cho các bài thực hành chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ xăng.
• Giảng viên và kỹ thuật viên xưởng thực hành: Sử dụng trực tiếp mô hình sa bàn và tài liệu thuyết minh để giảng dạy bài học về hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS), hướng dẫn sinh viên thao tác trên phần mềm Techstream và sử dụng đồng hồ VOM đo kiểm tín hiệu cảm biến ô tô.
• Kỹ thuật viên sửa chữa ô tô: Tham khảo sơ đồ chân giắc ECU động cơ 2AZ-FE, quy trình thử nghiệm bô bin có IC đánh lửa tích hợp, phương pháp kiểm tra bộ đo gió dây nhiệt và cảm biến vị trí bướm ga loại Hall.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS trên động cơ 2AZ-FE cần kết hợp đồng thời cả cảm biến CKP và cảm biến CMP?
Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP) có đĩa xung 34 răng và 2 răng khuyết giúp ECU xác định tốc độ động cơ và thời điểm các piston lên đến điểm chết trên (TDC), nhưng không phân biệt được xylanh đang ở cuối kỳ nén hay cuối kỳ xả (do chu trình 4 kỳ trục khuỷu quay 2 vòng). Cảm biến vị trí trục cam (CMP) với rotor 3 răng lệch $90^\circ$ quay cùng tốc độ trục cam (bằng 1/2 tốc độ trục khuỷu) sẽ cung cấp tín hiệu để ECU nhận biết chính xác xylanh số 1 đang ở cuối kỳ nén, từ đó đồng bộ hóa thứ tự đánh lửa độc lập cho từng bô bin.

2. Tín hiệu IGT và IGF giữa ECU và bô bin đánh lửa có chức năng gì?
Tín hiệu IGT (Ignition Timing) là xung điện áp điều khiển xuất phát từ ECU gửi tới bô bin để kích mở và ngắt transistor công suất bên trong IC đánh lửa (Igniter), quyết định chính xác thời điểm ngắt dòng sơ cấp nhằm tạo ra cao áp thứ cấp phóng điện qua bu gi. Tín hiệu IGF (Ignition Confirmation) là xung phản hồi do Igniter tạo ra gửi ngược về ECU sau mỗi lần ngắt dòng sơ cấp thành công, nhằm xác nhận việc đánh lửa đã diễn ra; nếu ECU không nhận được tín hiệu IGF sau một số chu kỳ nhất định, nó sẽ kích hoạt chế độ báo lỗi an toàn hoặc ngắt phun nhiên liệu để bảo vệ hệ thống.

3. Điểm khác biệt căn bản giữa cảm biến Oxy và cảm biến A/F trên động cơ 2AZ-FE là gì?
Cảm biến A/F (Air-Fuel Ratio Sensor) được bố trí trước bộ chuyển đổi xúc tác 3 thành phần (TWC), sử dụng chất điện phân tấm phẳng hoạt động ở nhiệt độ cao trên $650^\circ\text{C}$, có khả năng đo lường tuyến tính và liên tục tỷ lệ hòa khí trên một dải rộng. Trong khi đó, cảm biến Oxy truyền thống đặt sau bộ TWC, hoạt động ở nhiệt độ khoảng $400^\circ\text{C}$, chỉ đưa ra hai mức điện áp nhảy bậc đặc trưng cho trạng thái hòa khí giàu (>0,45V) hoặc nghèo (0,1V - 0,3V) nhằm mục đích chính là theo dõi và đánh giá hiệu quả chuyển đổi của bầu xúc tác khí thải.

4. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp nào để kiểm tra chất lượng hoạt động của bô bin đánh lửa trước khi lắp ráp?
Nhóm tác giả thiết lập một mạch điện kiểm tra độc lập sử dụng nguồn 12V: chân nguồn B của bô bin nối dương (+), chân mass E nối âm (-), đầu ra cao áp nối với bu gi (vỏ bu gi nối mass). Khi cấp xung kích vào chân tín hiệu IGT (chân T), bô bin phóng tia lửa điện mạnh qua khe hở bu gi đồng thời đèn LED mắc tại chân phản hồi IGF (chân F) phát sáng nhấp nháy đồng bộ. Cả 4 bô bin của mô hình đều tạo tia lửa liên tục và phát tín hiệu IGF bình thường qua kiểm tra.

5. Hệ thống chẩn đoán trên mô hình được kết nối và kiểm tra lỗi như thế nào?
Mô hình được trang bị giắc chẩn đoán chuẩn OBD-II 16 chân kết nối trực tiếp với các đường truyền dữ liệu của hộp ECU 2AZ-FE. Người vận hành cắm cáp kết nối từ cổng OBD-II tới máy tính cài đặt phần mềm chuyên hãng Toyota Techstream. Khi hệ thống hoạt động hoặc khi bật các công tắc đánh Pan làm gián đoạn tín hiệu cảm biến/bộ chấp hành, phần mềm sẽ hiển thị luồng dữ liệu thời gian thực (Data List) và xuất mã chẩn đoán hư hỏng (DTC), cho phép người học kết hợp đồng hồ VOM đo tại bảng cực ECU để xác định chính xác vị trí pan lỗi.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thi công mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp động cơ 2AZ-FE" đã hoàn thành toàn diện việc khảo sát cơ sở lý thuyết, phân tích cấu tạo và nguyên lý của hệ thống đánh lửa DIS và các cảm biến liên quan của hãng Toyota. Bằng việc kiểm tra nghiêm ngặt từng linh kiện, nhóm tác giả đã phục hồi và hoàn thiện sa bàn học cụ có bố trí trực quan, đi dây chuẩn xác, tích hợp bộ truyền động kéo trục bằng mô tơ DC, giắc chẩn đoán OBD-II kết nối phần mềm Techstream và cụm công tắc đánh Pan kỹ thuật. Công trình mang tính ứng dụng thực tiễn cao, đáp ứng tốt yêu cầu trực quan hóa bài giảng và nâng cao kỹ năng thực hành đo kiểm, chẩn đoán hệ thống điện động cơ cho sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1. Lý do chọn đề tài Mặc dù có nhiều lựa chọn thay thế cho động cơ truyền thống như là động cơ điện, động cơ hybird, xong động cơ đốt trong vẫn giữ được vị thế trên thị trường ô tô. Nhiều người tiêu dùng vẫn ưu chuộng các loại xe này vì chúng mang lại hiệu suất cao và vận hành mạnh mẽ, sự quen thuộc trong trải nghiệm lái xe.

Để duy trì và tối ưu hóa hiệu suất của động cơ truyền thống, việc tập trung vào các hệ thống cốt lõi như hệ thống đánh lửa là vô cùng cần thiết. Động cơ 2AZ-FE là một trong những động cơ phổ biến của Toyota, được trang bị trên nhiều mẫu xe khác nhau (Camry, Harrier…. Nghiên cứu hệ thống đánh lửa của động cơ này sẽ mang lại cái nhìn sâu sắc và điển hình về hệ thống đánh lửa trực tiếp đồng thời giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động và các yếu tố ảnh hưởng đến động cơ. Vì những lý do trên, nhóm đã quyết định chọn đề tài:“ Thi công mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ 2AZ-FE”.

Mục tiêu của đề tài Hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trên Động cơ 2AZ- FE nói riêng và động cơ sử dụng hệ thống đánh lửa trực tiếp nói chung. Từ đó, thi công mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp và biên soạn tài liệu hướng dẫn thực tập. Đối tượng nghiên cứu Hệ thống đánh lửa trên động cơ 2AZ-FE. Các cảm biến và bộ chấp hành liên quan.

Phạm vi của đề tài Đề tài giới hạn ở việc hoàn thiện mô hình hệ thống đánh lửa của động cơ 2AZ-FE, với các cảm biến, bộ chấp hành cũng như ECU có sẵn. Nhóm chỉ tập trung vào việc khảo sát, phân tích cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trực tiếp cũng như các cảm biến và cụm chi tiết trong hệ thống. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 2. Nhiệm vụ của hệ thống đánh lửa Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn điện một chiều có điện áp từ 12V đến 14V thành xung điện có điện áp cao lên đến 40kV, đủ khả năng đốt cháy hỗn hợp không khí và nhiên liệu ở mọi chế độ làm việc của động cơ.

Yêu cầu hệ thống đánh lửa + Năng lượng của tia lửa điện: Năng lượng đánh lửa của tia lửa điện phải đủ lớn để đốt cháy hỗn hợp hòa khí. Bô bin đánh lửa phải tạo ra điện áp cao (thường từ 20kV đến 40kV), điện áp này cần truyền tới bu gi với tổn thất tối thiểu. + Thời điểm đánh lửa: Thời điểm đánh lửa sớm phải chính xác vào cuối kỳ nén theo mọi chế độ làm việc của động cơ, bảo đảm sao cho áp suất cháy cực đại luôn nằm sau điểm chết trên 10o. Để đảm bảo được điều này, đường đặc tính đánh lửa phải tiệm cận với đường đặc tính lý tưởng.

Thời điểm đánh lửa sớm phụ thuộc vào tốc độ động cơ, tải trọng động cơ, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ không khí nạp,… Để tối ưu góc đánh lửa sớm, người ta sử máy tính (ECU) để điều khiển góc đánh lửa sớm căn cứ vào tín hiệu từ các cảm biến.1 Đồ thị sự thay đổi áp suất trong xylanh theo góc quay trục khuỷu 2 Thực nghiệm cho thấy rằng công suất động cơ đạt tối ưu khi điểm áp suất cực đại nằm sau điểm chết trên 10o. Thời gian cháy của hỗn hợp khí phụ thuộc vào áp suất đường ống nạp, nhiệt độ động cơ, nhiệt độ không khí nạp,…Do đó, để đảm bảo thời điểm đánh lửa chính xác, người ta dùng các cảm biến bố trí xung quanh động cơ để ghi nhận điều kiện làm việc thực tế, các tín hiệu từ cảm biến sẽ được chuyển về ECU động cơ. Sau đó ECU sẽ tính toán và đưa ra tín hiệu điều khiển hệ thống đánh lửa hoạt động sao cho công suất và hiệu suất của động cơ duy trì ở mức tối ưu. + Độ bền: Hệ thống đánh lửa phải có tuổi thọ cao, chịu được nhiệt độ cao, sự rung động khi động cơ làm việc.

Trong quá trình hoạt động, nhiệt độ trong khoang động cơ cao, khối động cơ có khả năng truyền nhiệt, các linh kiện bán dẫn cũng có thể sinh ra nhiệt, do đó các bộ phận trong hệ thống cần phải thiết kế sao cho có thể hoạt động ổn định trong môi trường nhiệt độ cao mà không bị biến dạng hoặc giảm hiệu suất. Động cơ thì luôn gây ra các rung động trong quá trình hoạt động, đặc biệt là khi ở số vòng quay cao, do đó các bộ phận trong hệ thống đánh lửa cũng cần phải chịu được sự rung động này. Tuổi thọ của hệ thống còn phụ thuộc vào các linh kiện bán dẫn được chế tạo riêng biệt cho hãng. Nguyên lý tạo ra tia lửa điện Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đánh lửa 3 Nguồn điện dương từ ắc quy cung cấp đến cực (+) cuộn sơ cấp của bô bin, cực đánh dấu (–) của bô bin được kết nối với transistor công suất của Igniter.

Căn cứ vào tín hiệu từ các cảm biến, ECU sẽ điều khiển sự đóng mở của transistor công suất để điều khiển qua cuộn dây sơ cấp đúng thời điểm, đảm bảo công suất động cơ đạt tối ưu nhất. Khi transistor công suất ở trạng thái dẫn, có dòng điện đi qua cuộn sơ cấp tạo ra từ thông (). Khi đến thời điểm đánh lửa transistor sẽ ngưng dẫn. Từ thông sẽ thay đổi đột ngột tác động lên cuộn thứ cấp (cuộn có nhiều vòng dây) của bô bin xuất hiện một điện áp 𝑑 cực lớn (20kV- 40kV) do e = .3 Đồ thị điện áp cuộn thứ theo thời gian Điện áp của cuộn thứ cấp bô bin sẽ được dẫn tới điện cực giữa của bu gi.

Điện cực bên của bu gi được nối vào nắp máy (nối mass sẵn). Lúc này khe hở bu gi () đóng vai trò như một tụ điện. Các thông số cơ bản 2. Hiệu điện thế thứ cấp cực đại 𝐔𝟐𝐦 Là điện áp cực đại được tạo ra ở cuộn thứ cấp.

Giá trị này phải lớn để có khả năng tạo tia lửa điện giữa 2 điện cực bu gi nhất là lúc khởi động lạnh. Hiệu điện thế đánh lửa 𝐔𝐛 Là hiệu điện thế thứ cấp mà tại đó quá trình đánh lửa xảy ra. Phụ thuộc vào nhiều yếu tố theo định luật Pasen: 𝑃𝛿 𝑈𝑏 = 𝐾 (2.1) 𝑇 Trong đó: P: Áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa. 𝛿: Khe hở điện cực bu gi.

4 T: Nhiệt độ tại điện cực bu gi. K: Hằng số phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp hòa khí. Hệ số dự trữ Tỷ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại và hiệu điện thế đánh lửa.2) 𝑈𝑏 Tỷ số này càng lớn sẽ đáp ứng tốt cho việc tăng tỷ số nén, số vòng quay và khe hở bu gi. Tần số và chu kì đánh lửa (động cơ 4 thì) Tần số đánh lửa là số tia lửa tạo ra trong một giây được xác định bằng công thức: 𝑛.3) 120 Trong đó : 𝑓: Tần số đánh lửa.

n : Số vòng quay trục khuỷu động cơ. i : Số xy lanh. Chu kì là khoảng thời gian giữa 2 lần xuất hiện tia lửa. Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp bô bin Năng lượng dự trữ 𝑊𝑑𝑡 là năng lượng tích lũy dưới dạng từ trường trong cuộn dây sơ cấp của bô bin.

Tia lửa phải đủ mạnh để đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp hòa khí, do đó năng lượng dữ trữ trên cuộn sơ cấp của bô bin phải được giữ ở một giá trị xác định.5) 2 Trong đó: 𝑊𝑑𝑡 : Năng lượng dự trữ trên cuộn sơ cấp. 𝐿1 : Độ tự cảm của cuộn sơ cấp bô bin. 𝐼𝑛𝑔 : Cường độ dòng điện sơ cấp tại thời điểm transistor công suất ngắt. Nguyên lý hoạt động hệ thống đánh lửa trực tiếp động cơ 2AZ-FE Động cơ 2AZ-FE được trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp (Direct Ignition System - DIS) - một hệ thống đánh lửa tiên tiến, không sử dụng bộ chia điện như các hệ thống đánh lửa truyền thống.

Trong hệ thống này, mỗi xylanh được trang bị một bô bin đánh lửa độc lập, giúp cải thiện hiệu suất đánh lửa và giảm thiểu tổn thất năng lượng. Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa trực tiếp có thể được mô tả chi tiết như sau: − Khởi động hệ thống: Khi công tắc ở vị trí On, ECU bắt đầu quá trình kiểm tra cảm biến và hệ thống điện của động cơ. − Thu nhận tín hiệu từ các cảm biến: Hệ thống đánh lửa trực tiếp dựa vào hai cảm biến chính để xác định thời điểm đánh lửa là cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP-Crankshaft Position Sensor) và cảm biến vị trí trục cam (CMP-Camshaft Position Sensor). − Tính toán thời điểm đánh lửa: Dựa vào các tín hiệu từ CKP và CMP, ECU sẽ tính toán thời điểm đánh lửa sau đó dựa vào các tín hiệu của các cảm biến khác để tối ưu hóa hiệu suất đánh lửa.

− Xuất tín hiệu điều kiển đánh lửa: Sử dụng tín hiệu IGT, ECU điều khiển bật và tắt transistor công suất bên trong bộ đánh lửa (Igniter), qua đó bật và tắt dòng điện tới cuộn dây sơ cấp. Khi dòng điện tới cuộn dây sơ cấp bị ngắt, điện áp cao được tạo ra trong cuộn dây thứ cấp và điện áp này được truyền đến bu gi để tạo ra tia lửa bên trong xylanh. − Khi ECU ngắt dòng điện đến cuộn dây sơ cấp: bộ đánh lửa gửi lại tín hiệu xác nhận đánh lửa (IGF) cho từng lần đánh lửa của xylanh về ECU.4 Hệ thống đánh lửa trực tiếp động cơ 2AZ-FE Ưu điểm của hệ thống đánh lửa trực tiếp: − Giảm tổn thất năng lượng đánh lửa: do không cần bộ chia điện và dây cao áp. − Giảm kích thước bô bin: do không phải hoạt động liên tục cho nhiều xylanh, mỗi bô bin có thời gian nghỉ giữa các chu kỳ, giúp giảm nhiệt độ sinh ra và kéo dài tuổi thọ, từ đó kích thước của bô bin được tối ưu.

− Đảm bảo được điện áp đánh lửa ở số vòng quay cao: Thời gian dẫn của transistor được cố định. − Giảm hiện tượng nhiễu tối đa: do bỏ được rotor, dây cao áp, diode mắc nối tiếp trong cuộn thứ cấp. Góc đánh lửa sớm 2. Khái niệm góc đánh lửa sớm Góc đánh lửa sớm là góc đánh lửa trước điểm chết trên ở cuối quá trình nén.5 Góc đánh lửa sớm Góc đánh lửa sớm thực tế bao gồm: Góc đánh lửa sớm ban đầu, góc đánh lửa sớm cơ bản và góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh.