He Thong Dieu Khien Dien Tu Tren Dong Co Xe Toyota Vios [PDF]

Zitiervorschau

MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành điện tử thì đối với ngành Công nghệ Ôtô cũng có sự phát triển mạnh mẽ. Việc ứng dụng linh kiện bán dẫn, thiết bị điện tử được trang bị trên động cơ ôtô nhằm mục đích tăng công suất động cơ, giảm được suất tiêu hao nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường. Việc khảo sát xây dựng mô hình hệ thống nhiên liệu điều khiển điện, điện tử trên động cơ đánh lửa cưỡng bức giúp em tìm hiểu nghiên cứu sâu hơn hệ thống điều khiển điện, điện tử trên động cơ Ôtô. Đây cũng là lý do nhóm chúng em chọn đề tài này làm đề tài tốt nghiệp, với mong muốn nghiên cứu thiết kế được mô hình động cơ có hệ thống đánh lửa, phun xăng điện tử trên động cơ 1NZ-FE. Khảo sát xây dựng được các hệ thống điện điện tử trên động cơ. Do kiến thức của em còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo còn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô giáo trong bộ môn chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Qua đây cho em gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo trong trường đặc biệt là thầy cô giáo trong Khoa cơ Khí Giao Thông đã tận tình dạy bảo em trong suốt hai năm học vừa qua. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo “Dương Việt Dũng và thầy Dương Đình Nghĩa” đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất. Đà nẵng, ngày ....... tháng ...... năm 2013 Sinh viên thực hiện

1

MỤC ĐÍCH Tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên có thể hướng dẫn các sinh viên chi tiết từng bài thực hành trong suốt quá trình thực tập. Giúp sinh viên ứng dụng ngay những kiến thức mới học vào trong thực hành vì vậy sẽ làm cho sinh viên nhớ sâu và cặn kẽ hơn. Tạo điều kiện cho sinh viên có cái nhìn thực tế khi làm bài thực hành trực tiếp trên mô hình, tạo môi trường giống như khi sinh viên ra ngoài đi làm. Thông qua những phương pháp chẩn đoán phát hiện những hư hỏng giúp sinh viên có được những kinh nghiệm quý báu ban đầu. Ứng dụng giảng thực hành có tính thực tế cao, giúp ích cho việc giảng dạy và tiếp thu bài của sinh viên nhằm nâng cao hiệu quả học tập của sinh viên. Góp phần hiện đại hóa phương tiện và phương pháp dạy thực hành trong giáo dục-đào tạo. Giúp sinh viên tìm hiểu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống điện điện tử trên độngc cơ phun xăng điện tử. Kết nối máy chẩn đoán với động cơ để xác định hư hỏng một cách chính xác và nhanh chóng trong hệ thống đánh lửa và phun xăng điện tử trên động cơ 1NZFE nói riêng và các động cơ hiện đại nói chung. Ý NGHĨA Giúp sinh viên tổng hợp kiến thức được học và ứng dụng được kiến thức đó vào trong thực tế sản xuất. Giúp sinh viên tiếp cận nhanh kỹ thuật sửa chữa xe ô tô đời mới thông qua mô hình. Giúp sinh viên tự tin hơn khi ra trường khi chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế

2

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ XE TOYOTA VIOS 1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp - ông Stevan - đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả. Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp). Tuy nhiên, sau đó sáng kiến này đã được ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức. Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí. Trong hệ thống phun xăng này, nhiên liệu được phun liên tục vào trước xupap hút nên có tên gọi là K – Jetronic (K- Konstant – liên tục, Jetronic – phun). K – Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE –Jetronic, MonoJetronic, L-Jetronic, Motronic… Tên tiếng Anh của K-Jetronic là CIS (Continuous Injection System) đặc trưng cho các hãng xe Châu Âu và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K – Jetronic- với cảm biến oxy và KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE – Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm). Do hệ thống phun cơ khí còn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80, BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Có hai loại: hệ thống L-Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D-Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định dựa vào áp suất trên đường ống nạp). Đến năm 1984, người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thống phun xăng L-Jetronic và D-Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với động cơ 4A – ELU). Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L – Jetronic thay cho bộ chế hòa khí của xe Nissan Sunny. Song song, với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình (ESA – electronic spark advance) cũng được đưa vào sử dụng vào những năm đầu thập kỷ 80. Sau đó, vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – direct ignition system) ra đời, cho phép không sử dụng delco và hệ thống này đã có mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới.

3

Ngày nay, gần như tất cả các ôtô đều được trang bị hệ thống điều khiển động cơ cả xăng và diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được các yêu cầu gắt gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu. Thêm vào đó, công suất động cơ cũng được cải thiện rõ rệt. Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời. Đó là động cơ phun trực tiếp: GDI (gasoline direct injection). Trong tương lai gần, chắc chắn GDI sẽ được sử dụng rộng rãi. 1.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ Hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ cưỡng bức điều khiển việc cấp hỗn hợp khí nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh, có thể đạt được tỉ lệ khí nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ động cơ. Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở bướm ga. Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng: có thể làm đậm hỗn hợp khi nhiệt độ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc. Hiệu suất nạp hỗn hợp không khí- nhiên liệu cao. Hệ thống phun nhiên liệu có thể được phân loại theo nhiều kiểu. Nếu phân biệt theo cấu tạo kim phun, ta có 2 loại: Loại CIS (Continuous Injection System) Đây là hệ thống kiểu sử dụng kim phun cơ khí, chỉ sử dụng trên một số động cơ, bộ phun mở liên tục, sự thay đổi áp suất đối với nhiên liệu sẽ làm thay đổi lượng nhiên liệu được phun. Gồm bốn loại cơ bản sau: Hệ thống K – Jetronic: Đây là hệ thống phun nhiên liệu được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí và thủy lực sau đó được cải thiện thành hệ thống KE – Jectronic với hệ thống ECM mạnh hơn. Là hệ thống phun xăng cơ bản của các kiểu phun xăng điện tử ngày nay. Nó có các đặc điểm như không cần những cơ cấu dẫn động của động cơ, có nghĩa là động tác điều chỉnh xăng phun ra do chính độ chân không trong ống hút điều khiển, xăng phun ra liên tục và được xác định tùy theo khối lượng không khí nạp. Được sử dụng cho các xe như Audi : coupe, Quattro, 80, 90, 100, 200; xe BMW: 318, 520…. Hệ thống K – Jetronic có cảm biến khí thải: có thêm một cảm biến oxy. Hệ thống KE – Jetronic: hệ thống K-Jetronic với mạch điều chỉnh áp lực phun bằng điện tử. Hệ thống phun xăng KE-Jetronic được hãng BOSCH chế tạo dựa trên nền tảng của hệ thống K-Jetronic và K-Jetronic với van tần số. Các nhà thiết kế nhận thấy rằng ở hệ thống K-Jetronic với van tần số thì độ chính xác không cao lắm do các cảm biến sử dụng để nhận biết tình trạng làm việc của động cơ còn quá ít và việc sử dụng van tần số để hiệu chỉnh áp lực các buồng dưới, cũng như dùng bộ điều chỉnh áp lực theo nhiệt độ để hiệu chỉnh tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng các chế độ làm việc của động cơ là chưa hoàn thiện… Bởi vì các chế độ 4

làm việc của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào thời gian mở và đóng của van tần số và sự thay đổi của áp suất điều chỉnh trên đỉnh piston. Nếu sự phối hợp cả hai yếu tố trên là không đồng bộ thì độ tin cậy làm việc của hệ thống là không đảm bảo. Để khắc phục nhược điểm trên cũng như dựa vào cơ sở của hệ thống K-Jetronic với van tần số, các nhà chế tạo đã đưa ra loại KE-Jetronic. Ở hệ thống KEJetronic, tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng với các điều kiện hoạt động của động cơ dựa vào sự thay đổi áp lực nhiên liệu của các buồng dưới của các bộ chênh lệch áp suất, nhưng áp suất điều khiển ở trên đỉnh piston điều khiển là được giữ cố định. Các cảm biến bố trí xung quanh động cơ của KE-Jetronic được sử dụng nhiều hơn, tín hiệu từ các cảm biến được gửi về trung tâm điều khiển điện tử và từ đó trung tâm điều khiển sẽ làm thay đổi áp suất trong hệ thống để đáp ứng tốt các yêu cầu làm việc của động cơ. Như vậy chúng ta thấy rằng ngoài việc định lượng nhiên liệu bằng cơ khí như K- Jetronic, hệ thống điện điều khiển của KE-Jetronic sẽ điều chỉnh lại lượng nhiên liệu cung cấp đến các kim phun dựa vào tình trạng làm việc của động cơ theo các chế độ tải, điều kiện môi trường, nhiệt độ động cơ… Ở hệ thống KEJetronic hình dạng phễu không khí được chế tạo sao cho tỷ lệ hỗn hợp luôn ở mức l=1 cho tất cả các chế độ hoạt động của động cơ. Hệ thống KE – Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng điện tử. Loại AFC (Air Flow Controlled Fuel Injection). Sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Hệ thống phun xăng với kim phun điện có thể chia làm 2 loại chính: D-Jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất): với lượng xăng phun được xác định bởi áp suất sau cánh bướm ga bằng cảm biến MAP (manifold absolute pressure sensor). L-Jetronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là không khí): là hệ thống phun xăng đa điểm điều khiển bằng điện tử. Xăng được phun vào cửa nạp của các xylanh động cơ theo từng lúc chứ không phun liên tục. Quá trình phun xăng và định lượng nhiên liệu được thực hiện theo hai tín hiệu gốc: tín hiệu về khối lượng không khí đang nạp vào và tín hiệu về vận tốc trục khuỷu của động cơ. Chức năng của L – Jectronic là cung cấp cho từng xylanh động cơ một lượng xăng đáp ứng nhiều chế độ tải khác nhau của động cơ. Một hệ thống các bộ cảm biến ghi nhận thông tin về chế độ làm việc của ôtô, về tình trạng thực tế của động cơ, chuyển đổi các thông tin này thành tín hiệu điện . ECU sẽ xử lý, phân tích các thông tin nhận được và tính toán chính xác lượng xăng cần phun ra. Lưu lượng phun xăng phun ra ấn định do thời lượng mở van của béc phun xăng. Với lượng xăng phun 5

được tính toán dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió loại cánh trượt. Sau đó có các phiên bản: LH – Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt, LU – Jetronic với cảm biến gió kiểu siêu âm… Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC được chia làm 2 loại: Loại TBI (Throttle Body Injection) - phun đơn điểm. Hệ thống này còn có các tên gọi khác như: SPI (single point injection), CI (central injection), Mono – Jetronic. Đây là loại phun trung tâm. Kim phun được bố trí phía trên cánh bướm ga và nhiên liệu được phun bằng một hay hai kim phun. Nhược điểm của hệ thống này là tốc độ dịch chuyển của hòa khí tương đối thấp do nhiên liệu được phun ở vị trí xa supap hút và khả năng thất thoát trên đường ống nạp. Loại MPI (Multi Point Fuel Injection) - phun đa điểm. Đây là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xylanh được bố trí gần supap hút (cách khoảng 10 – 15 mm). Ống góp hút được thiết kế sao cho đường đi của không khí từ bướm ga đến xylanh khá dài, nhờ vậy, nhiên liệu phun ra được hòa trộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc. Nhiên liệu cũng không còn thất thoát trên đường ống nạp. Hệ thống phun xăng đa điểm ra đời đã khắc phục được các nhược điểm cơ bản của hệ thống phun xăng đơn điểm. Tùy theo cách điều khiển kim phun, hệ thống này có thể chia làm 3 loại chính: phun độc lập hay phun từng kim (independent injection), phun nhóm (group injection) hoặc phun đồng loạt (simultaneous injection). Nếu căn cứ vào đối tượng điều khiển theo chương trình, người ta chia hệ thống điều khiển động cơ ra 3 loại chính: chỉ điều khiển phun xăng (EFI electronic fuel injection theo tiếng Anh hoặc Jetronic theo tiếng Đức), chỉ điều khiển đánh lửa (ESA - electronic spark advance) và loại tích hợp tức điều khiển cả phun xăng và đánh lửa (hệ thống này có nhiều tên gọi khác nhau: Bosch đặt tên là Motronic, Toyota có tên (TCCS - Toyota Computer Control System), Nissan gọi tên là (ECCS - Electronic Concentrated Control System…) Nhờ tốc độ xử lý của CPU khá cao, các hộp điều khiển động cơ đốt trong ngày nay thường gồm cả chức năng điều khiển hộp số tự động và quạt làm mát động cơ. Nếu phân biệt theo kỹ thuật điều khiển ta có thể chia hệ thống điều khiển động cơ làm 2 loại: analog và digital. Ở những thế hệ đầu tiên xuất hiện từ 1979 đến 1986, kỹ thuật điều khiển chủ yếu dựa trên các mạch tương tự (analog). Ở các hệ thống này, tín hiệu đánh lửa lấy từ âm bobine được đưa về hộp điều khiển để từ đó hình thành xung điều khiển kim phun. Sau đó, đa số các hệ thống điều khiển động cơ đều được thiết kế, chế tạo trên nền tảng của các bộ vi xử lý (digital).

6

1.3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XE TOYOTA VIOS 1.3.1 Động cơ: Trên xe TOYOTA VIOS nhà sản xuất sử dụng hai kiểu động cơ mang ký hiệu : - 1.5G(1NZ –FE, TCCS – phun xăng đa điểm) - 1.3E(2NZ –FE , TCCS – phun xăng đa điểm) 1.3.2 Bố trí tay lái: Tay lái thuận /tay lái nghịch. 1.3.3 Hộp số: Sử dụng hộp số thường 5 số hoặc hộp số tự động 1.3.4 Kích thước trọng lượng Bảng 1-1: Trọng lượng và kích thước xe Loại xe Vios Limo Trọng lượng toàn tải 1450 kg Trọng lượng không tải 950 kg Dài x rộng x cao toàn bộ 4285mm x 1700mm x 1460mm Chiều dài cơ sở 2550 mm Chiều rộng cơ sở 1480 mm Khoảng sáng gầm xe 150 mm 1.3.5 Hệ thống treo: - Trước : Sử dụng hệ thống treo độc lập McPherson với thanh cân bằng. - Sau : Dùng thanh xoắn ETA với thanh cân bằng. 1.3.6 Hệ thống phanh: TOYOTA VIOS được trang bị hệ thống chống hãm cứng phanh ABS kết hợp với hệ thống hỗ trợ phanh BA và phân phối lực phanh điện tử EBD. Kiểu phanh Trước/Sau : Đĩa/Tang trống(hoặc đĩa). 1.3.7 Quỹ đạo quay vòng: Bán kính quay vòng tối thiểu (mm): 4900 1.3.8 Hệ thống an toàn: có trang bị túi khí (hệ thống SRS) cho tài xế và hành khách. 1.3.9 Hệ thống chẩn đoán hư hỏng Khi có hư hỏng trong hệ thống điện điều khiển động cơ, đèn check engine trên bảng táp lô sẽ bật sáng. Khi này để tìm chính xác sự cố ta phải nối máy chẩn đoán với giắc nối DLC3 (của hệ thống M –ODB) để đọc mã hư hỏng (DTC – Diagnostic Trouble Code) mà không thể đọc trực tiếp thông qua đèn check engine như những hệ thống chẩn đoán khác.

7

1.3.10 Hệ thống kiểm soát khí thải Trên xe TOYOTA VIOS, để giảm thiểu đến mức thấp nhất lượng khí CO – HC – NOx thải ra từ động cơ, nhà sản xuất trang bị bộ lọc khí xả 3 thành phần TWC (Three Way Catalist) được bố trí trên đoạn trước của đường ống thải đồng thời kết hợp với hệ thống điều khiển nhiên liệu mạch kín của TCCS để tỉ lệ xăng – khí luôn đạt đến giá trị lý tưởng nhằm làm tăng hiệu quả lọc của bộ TWC. Bên cạnh đó nhà sản xuất còn trang bị hệ thống EVAP( hệ thống kiểm soát nhiên liệu bay hơi từ bình xăng) để tiết kiệm nhiên liệu và tránh cho hơi xăng bốc hơi ra môi trường từ bình chứa nhiên liệu. 1.3.11 Các cảm biến - Cảm biến Ôxy: trang bị 2 cảm biến Ôxy cho hệ thống điều khiển nhiên liệu mạch kín, cảm biến 1 đặt trước bộ lọc khí xả 3 thành phần TWC và cảm biến 2 đặt sau TWC. - Cảm biến áp suất dầu trợ lực lái. - Cảm biến vị trí trục khuỷu kết hợp với cảm biến tốc độ động cơ: loại cảm biến điện từ 34 răng (có 1 răng khuyết) được bố trí tại puly trục khuỷu. - Cảm biến vị trí trục cam: loại điện từ 3 răng không đều (bố trí trên nữa đường tròn) đặt tại trục cam nạp. - Cảm biến lưu lượng khí :MAF sensor (cảm biến khối lượng không khí ). - Cảm biến tốc độ xe: đặt tại trục thứ cấp hộp số. - Cảm biến vị trí bướm ga: kiểu tuyến tính, 3 chân (Vc,VTA,E). Và thêm nhiều cảm biến khác. 1.3.12 Hệ thống nâng hạ kính và khóa cửa Hệ thống nâng hạ kính điều khiển bằng điện và hệ thống khoá cửa trung tâm (Lock Center). 1.4. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ XE TOYOTA VIOS (1NZ – FE) 1.4.1 Đặc điểm và thông số cơ bản của động cơ Động cơ 1NZ-FE được lắp trên xe Toyota Vios. Xe Toyota Vios là loại xe du lịch 5 chỗ ngồi với ba loại Vios Limo, Vios 1.5E (sử dụng hộp số thường C50) và Vios 1.5G (sử dụng hộp số tự động U340E). Khả năng giảm xóc, chống rung tốt, hệ thống điều khiển phanh điện tử ABS, hệ thống lái trợ lực điện tạo cảm giác thoải mái và êm dịu cho mọi hành khách trong xe trên mọi nẻo đường. Động cơ 1NZ-FE là động cơ xăng không chì thế hệ Z có 4 xylanh thẳng hàng, dung tích xylanh 1.5 liter, trục cam kép DOHC 16 xupáp dẫn động bằng xích, hệ thống van nạp thông minh VVT-i (Variable Valve Timing-intelligent), hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS (Direct Ignition System) được sử dụng trong 8

động cơ này để đạt được hiệu suất cao, êm, tiết kiệm nhiên liệu và thải sạch hơn. 9

1 2

3

8 4

5

6 7

Hình 1-1 Mặt cắt dọc động cơ 1NZ-FE 1-Vỏ bộ xoay cam ; 2-Cánh xoay ; 3-Bánh xích dẫn động trục cam ; 4-Puly dẫn động bơm nước ; 5-Bánh xích đầu trục khuỷu ; 6-Rôto cảm biến vị trí trục khuỷu ;7-Vít xả dầu ; 8- Bánh đà ; 9-Bộ đánh lửa trực tiếp. 1 2 3

14

4

13

5

12

11 6 10 9

7

8

Hình 1-2 Mặt cắt ngang động cơ 1NZ-FE 1-Trục cam ; 2-Xupap ; 3-Piston ; 4-Ống góp thải ; 5-Xylanh ;6-Thân máy ;7-Lưới lọc ; 8-Cacte ; 9-Bầu lọc dầu ; 10-Thanh truyền ; 11-Van hằng nhiệt ; 12-Thước thăm dầu ; 13-Buồng nạp ; 14-Nắp máy. 9

Bảng 1.2 : Đặc tính kỹ thuật của động cơ 1NZ-FE Số xy lanh và cách bố trí 4 xylanh, thẳng hàng DOHC 16-xupáp Cơ cấu phân phối khí (thay đổi góc phối khí VVTI) Dẫn động xích Hệ thống nhiên liệu SFI Hệ thống đánh lửa DIS 3 Dung tích [cm ] 1497 Đường kính x hành trình [mm] 75.0 x 84.7 Tỷ số nén 10.5 : 1 Công suất tối đa 79kW @ 6000v/p Moment xoắn tối đa 139N.m @ 4200v/p Mở -70 ~ 330 BTDC Thời điểm phối Nạp Đóng 520 ~ 120 ABDC Mở 420 BBDC khí Xả Đóng 20 ATDC Thứ tự nổ 1-3-4-2 Trị số Octan nhiên liệu 90 hoặc hơn

Góc phối khí động cơ 1NZ-FE:

Hình 1 - 3. Phạm vi thay đổi góc đóng mở xu páp thông minh trên động cơ 1NZ-FE

10

Bảng 1.3: Thông số bảo dưỡng: Thông số Chỉ số (km) Nhớt máy 5.000 Lọc nhớt 10.000 Lọc xăng 40.000 Lọc gió 40.000 Bugi (loại thường) 40.000 Dây curoa 80.000 Ban đầu 4,2 (lít) Dung tích nhớt Có thay lọc nhớt 3,6 (lít) Không thay lọc nhớt 3,4 (lít) Dung tích nước làm mát 6,3 (lít) Tỉ trọng accu 1,25-1,27 - Các cảm biến: 1. Cảm biến khối lượng không khí nạp (Mass air flow meter): loại dây nhiệt. 2. Cảm biến nhiệt độ khí nạp (Intake air temperature sensor). 3. Cảm biến vị trí bướm ga (Throttle Position Sensor): kiểu phần tử Hall 4. Cảm biến vị trí trục khuỷu (Crankshaft Position Sensor) 5. Cảm biến vị trí trục cam (Camshaft Position Sensor) 6. Cảm biến kích nổ. 7. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát. 8. Cảm biến áp suất dầu trợ lực lái - Cơ cấu chấp hành: 1. Cụm IC-BOBINE 2. Các kim phun 3. Van điều khiển tốc độ không tải 4. Rơle mở mạch 5. Hệ thống điều khiển thay đổi góc phối khí thông minh (VVT-i) 6. Hệ thống tự chuẩn đoán hư hỏng

11

1.4.2. Đặc điểm kết cấu các cụm chi tiết chính của động cơ 1.4.2.1. Nhóm thân máy –nắp máy

Hình 1-4 Nắp máy 1-Đường nạp; 2-Đường thải Nắp máy được đúc bằng hợp kim nhôm nhẹ, các trục cam đều được phân bố trên đầu nắp máy. Lắp đặt kim phun trong cửa nạp khí của nắp máy kết quả là sự tiếp xúc của nhiên liệu đập vào thành cửa nạp được tối thiếu hoá và tính kinh tế nhiên liệu được nâng cao. Áo nước được lắp đặt giữa cửa xả và lỗ bu gi trên nắp máy để giữ nhiệt độ đồng đều cho thành buồng cháy, điều này nâng cao chất lượng làm mát cho buồng cháy và khu vực xung quanh bu gi. Thân máy được làm bằng hợp kim nhôm mà mục đích của việc này là giảm khối lượng cho động cơ. Bơm nước xoáy lốc và đường hút đến bơm được cung cấp đến thân máy. Đặt tâm trục khuỷu lệch với đường tâm lỗ xi lanh, đường tâm của xi lanh được dịch chuyển 12 mm về phía đường nạp. Như vậy, tác dụng của lực ngang khi áp suất khí thể lớn nhất sẽ giảm. Sử dụng ống lót xi lanh thành mỏng, khoảng cách giữa hai xi lanh là 8 mm nên chiều dài động cơ ngắn hơn.

Hình 1-5 Thân máy 1- Đường tâm trục khuỷu; 2- Đường tâm các xi lanh; A- Phía đầu động cơ; B- Phía đường thải; C- Phía đường hút 12

1.4.2.2.Cơ cấu trục khuỷu-thanh truyền-piston * Trục khuỷu. Trục khuỷu của động cơ 1NZ-FE được chế tạo gồm một khối liền, vật liệu chế tạo bằng thép cacbon, các bề mặt gia công đạt độ bóng cao, có 5 cổ trục và 4 cổ biên, má có dạng hình ôvan. Đường kính và bề rộng của chốt khuỷu và cổ trục chính được giảm để giảm khối lượng, bên trong có đường dầu đi bôi trơn các bạc lót và cổ trục.

Hình 1-6. Kết cấu trục khuỷu động cơ 1NZ-FE 1. Vành răng cảm biến vị trí trục khuỷu; 2, Lỗ dầu bôi trơn; 3,4,5,6,8. Cổ trục khuỷu 1,2,3,4,5. ; 7. Cổ khuỷu; 9. Má khuỷu. * Thanh truyền. Thanh truyền được đúc bằng thép hợp kim . Tiết diện thanh truyền của động cơ 1NZ-FE có dạng chữ I. Đầu nhỏ thanh truyền có dạng hình trụ rỗng và được lắp tự do với chốt piston. Đầu to thanh truyền được cắt thành hai nửa phần trên nối liền với thân phần dưới là nắp đầu to thanh truyền và lắp với nhau bằng bulông thanh truyền, mặt phẳng lắp ghép vuông góc với đường tâm trục thân thanh truyền. Bulông thanh truyền là loại bulông chỉ chịu lực kéo, có mặt gia công đạt độ chính xác cao để định vị.

Hình 1-7. Kết cấu thanh truyền động cơ 1NZ-FE 1-Thân thanh truyền; 2-Bu lông thanh truyền; 3-Nắp đầu to. 13

* Piston Piston được làm bằng hợp kim nhôm có kết cấu đặc biệt đỉnh piston vát hình nón cụt. Rãnh piston trên cùng có tráng lớp ôxit axit, phần đuôi piston có tráng nhựa. Sécmăng: có 3 Sécmăng loại có ứng suất thấp, secmăng khí số 1 được xử lý PVD tăng khả năng chịu nhiệt, secmăng khí số 2 được mạ crôm và Sécmăng dầu.

Hình 1-8. Kết cấu piston động cơ 1NZ-FE 1.4.2.3. Cơ cấu phân phối khí.

Hình 1-9 Sơ đồ bố trí cơ cấu phân phối khí 1-Tay căng xích; 2-Thiết bị kéo căng; 3- Bộ điều khiển phối khí (VVT-i); 4Xích dẫn động trục cam; 5-Trục cam nạp; 6-Trục cam thải; 7-Bộ phận dẫn hướng xích Thông thường thời điểm phối khí được cố định nhưng ở động cơ 1NZ-FE sử dụng hệ thống thay đổi thời điểm phối khí thông minh (VVT-i), hệ thống này sử dụng áp suất dầu thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí. Điều này làm tăng công suất động cơ, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và làm giảm khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường. 14

Ở mỗi xylanh có hai xúpap nạp và hai xúpap thải, các xúpap được đóng mở trực tiếp bởi hai trục cam. Các trục cam được dẫn động bằng xích, bước xích là 8 mm điều này giúp cho không gian bố trí được gọn hơn. Để làm được điều này vật liệu được dùng để chế tạo xích có tính chịu mài mòn rất cao luôn đảm bảo độ tin cậy, xích được bôi trơn bằng dầu bôi trơn động cơ thông qua một vòi phun. Thiết bị kéo căng, tay căng xích và bộ phận dẫn hướng xích được thiết lập để giảm bớt tiếng ồn động cơ, giảm bớt tổn thất do ma sát. Thân xúpap được thiết kế nhỏ, vừa giảm bớt trở lực trên đường nạp, thải và giảm khối lượng.

Hình 1-10 Sơ đồ dẫn động xúpap 1-Xúpap; 2-Con đội; 3-Vấu cam Bảng 1- 4: Thông số kỹ thuật Hạng mục Xupap nạp Xupap thải Đường kính mặt 30,5 25,5 nấm(mm) Đường kính thân(mm) 5 5

1.4.2.4. Hệ thống bôi trơn. 15

Hình 1-11 Sơ đồ hệ thống bôi trơn Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa đầu đến bôi trơn các bề mặt ma sát, làm giảm tổn thất ma sát, làm mát ổ trục, tẩy rửa các bề mặt ma sát và bao kín khe hỡ giữa piston với xylanh, giữa xecmăng với piston, ngoài ra trong động cơ 1NZ-FE dầu bôi trơn còn tham gia điều khiển thời điểm trục cam. Loại dầu bôi trơn sử dụng trên động cơ 1NZ-FE là loại dầu API SM, SL, hay ILSAC. Dầu bôi trơn từ cacte được lưu thông qua vỉ lọc, bơm dầu, bầu lọc dầu rồi đến đường ống dẫn dầu chính, sau đó dầu sẽ đi bôi trơn các bộ phận công tác như sơ đồ. Hệ thống bôi trơn gồm có: bơm dầu, bầu lọc dầu, cácte dầu, các đường ống... dầu sẽ từ cácte được hút bằng bơm dầu, qua lọc dầu, vào các đường dầu dọc thân máy vào trục khuỷu, lên trục cam, từ trục khuỷu vào các bạc biên, theo các lỗ phun lên thành xylanh, từ trục cam vào các bạc trục cam, rồi theo các đường dẫn dầu tự chảy về cácte.

16

Hình 1-12. Hệ thống bôi trơn động cơ 1NZ-FE 1.4.2.5. Hệ thống làm mát. Hệ thống làm mát được thiết kế để giữ các chi tiết trong động cơ ở nhiệt độ ổn định, thích hợp mọi điều kiện làm việc của động cơ. Động cơ 1NZ-FE có hệ thống làm mát bằng nước kiểu kín, tuần hoàn theo áp suất cưỡng bức trong đó bơm nước tạo áp lực đẩy nước lưu thông vòng quanh động cơ. Hệ thống bao gồm: áo nước xi lanh, nắp máy, két nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió và các đường ống dẫn nước. Nếu nhiệt độ nước làm mát vượt quá nhiệt độ cho phép thì van hằng nhiệt sẽ mở để lưu thông nước làm mát đi qua két nước để giải nhiệt bằng gió. Hệ thống làm mát sử dụng nước làm mát siêu bền chính hiệu toyota SLLC ( là dung dịch pha sẵn 50% chất làm mát và 50% nước sạch)

Hình 1-13 Sơ đồ hệ thống làm mát 1- Van hằng nhiệt; 2- Bơm; 3- Nắp máy; 4- Thân máy; 5- Giàn sưởi; 6- Van tiết lưu; 7- Két nước. Nguyên lý hoạt động: Nước từ bình chứa nước, qua két làm mát, được dẫn vào bơm nước, đi vào làm mát động cơ. Trong thời gian chạy ấm máy, nhiệt độ động cơ nhỏ hơn nhiệt độ làm việc của van hằng nhiệt (80 o ÷ 84o) thì nước từ bơm nước đi vào thân máy, nắp máy đến giàn sưởi rồi về lại bơm, trên đường ống đến giàn sưởi có nhánh rẽ tới van tiết lưu, van này có tác dụng điều tiết lưu lượng nước 17

nóng qua giàn sưởi để sưởi ấm trong xe. Khi nhiệt độ động cơ lớn hơn nhiệt độ làm việc của van hằng nhiệt thì van sẽ mở ra cho nước từ động cơ qua két làm mát, tại đây nước sẽ được làm mát bằng gió rồi về lại bơm. Như vậy nước sẽ được tuần hoàn cưỡng bức trong quá trình làm việc của động cơ.

Hình 1 - 14. Bố trí hệ thống làm mát động cơ 1NZ-FE 1.4.2.6. Hệ thống đánh lửa

Hình 1-15 Sơ đồ hệ thống đánh lửa Động cơ 1NZ-FE trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng điện tử. Hệ thống đánh lửa trực tiếp không sử dụng bộ chia điện giúp cho thời điểm đánh lửa được chính xác, giảm sự sụt thế điện áp và có độ tin cậy cao. Ở mỗi xylanh được trang bị một bôbin đơn. Khi ngắt dòng điện sơ cấp chạy qua bên sơ cấp của cuộn dây đánh lửa sẽ tạo ra điện áp cao ở bên thứ cấp. Vì thế điện áp cao tạo ra sẽ tác động lên bugi sinh ra tia lửa điện. ECM sẽ luân phiên bật và tắt các transitor nguồn bên trong cuộn dây đánh lửa làm cho các dòng điện sơ cấp ngắt luân phiên nhau và cho phép dòng điện đốt cháy các xi lanh theo trình tự nỗ của động cơ. ECM sẽ xác định cuộn dây đánh lửa nào sẽ được điều khiển bằng các tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu và cảm biến góc quay trục khuỷu. Ngoài ra nó 18

còn dò tìm vị trí của trục cam để tạo ra sự đánh lửa vào thời điểm thích hợp nhất ứng với tình trạng hoạt động của động cơ. 1.4.2.7. Hệ thống nhiên liệu. 14 13

12

ECU

11 10 9

1 2 3 4 5 6 7

8

Hình 1-16 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu 1- Tín hiệu từ cảm biến lưu lượng khí nạp;2- Tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga; 3- Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam; 4- Tín hiệu từ cảm biến oxy; 5Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 6- Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu; 7- Tín hiệu từ cảm biến túi khí ;8-Bình chứa nhiên liệu; 9- Bơm xăng;10Bộ lọc xăng;11- Bộ điều áp; 12- Bộ giảm rung; 13- Ống phân phối; 14- Vòi phun nhiêu liệu. 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 hoá cho quá trình hoạt động của động cơ. Kim phun 12 lỗ được sử dụng để nâng cao tính phun sương của nhiên liệu, điều khiển cắt nhiên liệu khi túi khí hoạt động. Đường ống dẫn nhiên liệu với các giắc đấu nối nhanh để nâng cao khả năng sửa chữa. Bình xăng làm bằng chất dẻo sáu lớp với bốn loại vật liệu có bộ lọc than hoạt tính trong bình. Lượng không khí nạp được lọc sạch khi đi qua lọc không khí và được đo bởi cảm biến lưu lượng không khí. Tỷ lệ hoà trộn được ECU tính toán và hoà trộn theo tỷ lệ phù hợp nhất. Có cảm biến oxy ở đường ống thải để cảm nhận lượng oxy dư, điều khiển lượng phun nhiên liệu vào tốt hơn.

19

1.4.2.8. Hệ thống xả. Hệ thống xả gồm: ống góp xả và ống xả nối với nhau bằng khớp cầu. Trên ống xả có các bộ trung hòa khí xả để làm cho các chất độc hại CO (cacbon oxit), HC (Hiđrô cacbon) và NOx (Nitơ ôxit) phản ứng với các chất vô hại (H 2O, CO2, N2) khi luồng khí xả đi qua, với các chất xúc tác platin, pladini, iridi, rodi. Để khí xả ra ngoài môi trường không độc hại đối với sức khỏe con người.

Hình 1-17. Sơ đồ hệ thống xả động cơ 1NZ-FE 1-Bộ trung hòa khí xả; 2-Bộ tiêu âm. 1.4.2.9. Hệ thống khởi động. Hệ thống khởi động sử dụng trên động cơ là hệ thống khởi động điện được điều khiển bằng ECU. Ngay khi công tắc điện xoay sang vị trí Start, chức năng điều khiển máy khởi động sẽ điều khiển mô tơ khởi động mà không cần giữ tay ở vị trí Start. Khi ECU nhận được tín hiệu khởi động từ chìa khoá điện, hệ thống sẽ theo dõi tín hiệu tốc độ động cơ (Ne) để vận hành máy khởi động tới khi động cơ được xác định đã khởi động. Khi tốc độ động cơ đạt tới 500 v/p, hệ thống sẽ đánh giá là động cơ đã khởi động thành công. 3

4 ACCR

STSW STAR

5

2

STA 1 6

M

a 7

Hình 1-18 Sơ đồ điều khiển máy khởi động 20

1- Ắc quy; 2- Máy khởi động; 3- Công tắc khoá điện; 4- Rơ le cắt dòng; 5- Công tắc đề số không; 6- ECU động cơ; 7- Rơ le máy khởi động; a-Tín hiệu tốc độ động cơ và tín hiệu nước làm mát 1.5. SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN TỔNG THỂ VÀ KÍ HIỆU CHÂN ECU CỦA ĐỘNG CƠ TOYOTA VIOS (1NZ-FE) 1.5.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ 1NZ - FE

Hình 1.19 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ Về mặt điều khiển điện tử, vai trò của ECU trên động cơ 1NZ-FE có tác dụng nhận các tín hiệu từ các cảm biến bướm ga, tốc độ động cơ, cảm biến vị trí pít tông, lượng không khí nạp vào... phù hợp với các điều kiện lái xe, dựa trên các tín hiện này và các công tắc khác nhau, ECU chuyển các tín hiệu để vận hành các bộ chấp hành. Đối với hệ thống EFI-fuel của động cơ 1NZ-FE, ECU có tác dụng điều khiển xác định lượng phun nhiên liệu, định thời điểm phun nhiên liệu, điều khiển đánh lửa và góc đánh lửa hợp lý, đồng thời điều khiển động cơ hoạt động tốt ở các chế độ khác như không tải, tăng tốc, toàn tải bằng cách điều khiển qua van ISC và cơ cấu điều khiển góc đóng mở xu páp hợp lý.

21

1.5.2. Sơ đồ mạch điện

BATT

22

23

24

TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Hình 1 - 20 Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ 1NZ-FE 1.5.3 Ký hiệu chân ECU động cơ 1NZ-FE Bảng 1 – 5: Kỹ hiệu chân ECU động cơ 1NZ-FE Ký hiệu chân ECU Mô tả BATT Nguồn cung cấp cho bộ nhớ lỗi của ECU (12V) FC Điều khiển bơm xăng W Đến đèn CHECK ENGINE +B Nguồn (+) chính của ECU E1 Nguồn (-) chính của ECU E01, E02 Nguồn (-) của cơ cấu chấp hành E2 Nguồn (-) của cảm biến STP Tín hiệu từ công tắc đèn phanh STA Tín hiệu từ máy khởi động OXL1, OXL2 Tín hiệu từ cảm biến oxy có sấy HTL1, HTL2 Đến bộ sấy cảm biến oxy PS Tín hiệu từ cảm biến áp suất dầu trợ lực lái SPD Tín hiệu tốc độ từ bảng đồng hòa taplo VC Nguồn cung cấp cho các cảm biến (5V) VG Tín hiệu từ cảm biến khối lượng khí nạp NSW Đến công tắc khởi động số trung gian THW Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát G+, GTín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam NE+, NETín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu 25

TT 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41

Ký hiệu chân ECU THA VTA #1 #2 #3 #4 IGT1 IGT2 IGT3 IGT4 IGF RSD OC1+, OC1KNK AC1 ACT ELS 3 ELS PAN 2 PRG STA MREL

Mô tả Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ khí nạp Tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga Tín hiệu điều khiển vòi phun số 1 Tín hiệu điều khiển vòi phun số 2 Tín hiệu điều khiển vòi phun số 3 Tín hiệu điều khiển vòi phun số 4 Tín hiệu điều khiển đánh lửa máy 1 Tín hiệu điều khiển đánh lửa máy 2 Tín hiệu điều khiển đánh lửa máy 3 Tín hiệu điều khiển đánh lửa máy 4 Tín hiệu phản hồi đánh lửa Tín hiệu từ van điều khiển khí không tải Van điều khiển dầu phối khí trục cam (VVTI) Tín hiệu từ cảm biến kích nổ động cơ Bộ khuếch đại điều hòa Bộ khuếch đại điều hòa Đến bộ sấy kính Đến chế độ đèn pha Đến quạt làm mát động cơ Van VSV lọc Từ tín hiệu khởi động Tín hiệu điều khiển bơm xăng

Chương 2: CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC LOẠI CẢM BIẾN TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA VIOS (LOẠI 1NZ - FE)

2.1 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CÁC KHỐI CHỨC NĂNG VÀ SƠ ĐỒ CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 26

Hình 2-1 Sơ đồ các khối chức năng Sơ đồ các khối chức năng của hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình được mô tả trên hình 2 - 1. Hệ thống điều khiển bao gồm : ngõ vào (inputs) với chủ yếu các cảm biến , hộp ECU là bộ não của hệ thống có thể có hoặc không có bộ vi xử lý; ngõ ra (outputs) là các cơ cấu chấp hành (actuator) như kim phun

27

Hình 2-2 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển Như đã trình bày ở trên hệ thống điều khiển phun xăng điện tử trên động cơ đánh lửa cưỡng bức được chia thành ba nhóm chính: Các cảm biến; ECU; các cơ cấu chấp hành. 2.2. CÁC LOẠI CẢM BIẾN (TÍN HIỆU ĐẦU VÀO) 2.2.1 Khái niệm và phân loại cảm biến 2.2.1.1. Khái niệm Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lý được.

28

Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính điện ( như nhiệt độ, áp suất…) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện ( như điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng đo. Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo (m): s = F (m) 2.2.1.2. Phân loại Theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích như: nguyên lý chuyển đổi vật lý; hóa học; sinh học. Phân loại theo dạng kích thích như: Cảm biến quang điện; Cảm biến nhiệt điện; Cảm biến vị trí, khoảng cách; Cảm biến vận tốc, gia tốc… Theo tính năng của bộ cảm biến như: Độ nhạy; Độ chính xác; Độ phân giải;Độ chọn lọc; Độ tuyến tính; Công suất tiêu thụ; Dải tần; Độ trễ… Phân loại theo phạm vi sử dụng như: Trong nghiên cứu khoa học; Trong môi trường, khí tượng; Trong thông tin, viễn thông; Trong nông nghiệp… Phân loại theo thông số của mô hình mạch thay thế như: Cảm biến tích cực (có nguồn) đầu ra là nguồn áp hoặc nguồn dòng; Cảm biến thụ động (không nguồn) được đắc trưng bằng các thông số R, L, C, M…tuyến tính hoặc phi tuyến. 2.2.2. Cấu tạo – nguyên lý làm việc các loại cảm biến (tín hiệu vào) điều khiển động cơ 2.2.2.1. Cảm biến vị trí bướm ga Chức năng: Cảm biến vị trí bướm ga phát hiện góc mở của bướm ga và đưa tín hiệu này về ECU qua cực VTA, được lắp ở trên trục cánh bướm ga. Cấu tạo: Cảm biến vị trí bướm ga bao gồm một con trượt, một điện trở và các tiếp điểm cho tín hiệu VTA được cung cấp tại các đầu của mỗi tiếp điểm.

Hình 2 - 3 Kết cấu và sơ đồ mạch cảm biến vị trí bướm ga trên động cơ 1NZ-FE 1-Con trượt; 2-Điện trở; 3-Nối đất(E2); a-Tiếp điểm không tải (IDL); 5-Điện áp góc mở bướm ga(VTA); 6- Điện áp không đổi (VC)

29

Sơ đồ mạch điện: ECU

2

BATT +B

5V

5V

VC 0-5V

1 E2

3

E1

Hình 2 - 4 Đường đặc tính cảm biến vị trí bướm ga 1. Bộ vi xử lý; 2.Mạch điện áp không đổi; 3. Cảm biến vị trí bướm ga Nguyên lý hoạt động: Một điện áp không đổi 5V được cấp cho cực VC từ ECU động cơ. Khi tiếp điểm trượt dọc theo điện trở tương ứng với góc mở bướm ga thì làm cho điện trở thay đổi dẫn đến điện áp ra thay đổi theo. Điện áp này được đưa đến cực VTA của ECU động cơ. 2.2.2.2 Cảm biến nhệt độ nước làm mát Chức năng: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát xác định nhiệt độ nước làm mát của động cơ. Cấu tạo: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát gồm một nhiệt điện trở được đặt bên trong một ống đồng mỏng, có ren lắp ghép. THW

R

5V

E2 E1

ECU

Hình 2 - 5 Kết cấu và sơ đồ mạch của cảm biến nhiệt độ nước làm mát 1: Giắc cắm; 2: Chất cách điện; 3: Thân cảm biến; 4: Điện trở nhiệt Nguyên lý hoạt động: Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt độ) tới cảm biến rồi trở về ECU về mass. Như vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp. Điện áp điểm giữa cầu được đưa đến bộ chuyển tín hiệu tương tự - số (bộ chuyển đổi ADC – anlog to digital converter). Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộc biến đởi ADC lớn. Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xung vuơng và được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECU biết động cơ đang 30

lạnh. Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm, báo cho ECU biết là động cơ đang nóng. Điện trở 40 20 10 8 6 4 2 1 0.8 0.6 0.4 0.2

-20

0

20

40

60

80

100 120

Nhiệt độ

Hình 2 - 6 Đường đặc tính cảm biến nước làm mát 2.2.2.3. Cảm biến nhiệt độ khí nạp Chức năng: Cảm biến nhiệt độ không khí nạp dùng để xác định nhiệt độ của không khí nạp vào động cơ. Cấu tạo: Cũng giống như cảm biến nhiệt độ nước, nó gồm một biến trở nhiệt được gắn trong bộ đo gió. Mật độ không khí sẽ thay đổi theo nhiệt độ. Nếu nhiệt độ không khí cao thì hàm lượng ôxy trong không khí giảm, khi nhiệt độ không khí lạnh thì hàm lượng ôxy trong không khí tăng. Vì thế dù lượng không khí được đo bởi bộ đo gió như nhau nhưng tùy vào nhiệt độ của không khí mà lượng phun sẽ khác nhau. Nguyên lý hoạt động: ECU xem nhiệt độ 20oC là mức chuẩn, nếu nhiệt độ khí nạp lớn hơn 20oC thì ECU sẽ điều khiển giảm lượng xăng phun, nếu nhiệt độ khí nạp nhỏ hơn 20oC ECU điều khiển tăng lượng xăng phun. Với phương pháp này tỷ lệ hỗn hợp sẽ được đảm bảo theo nhiệt độ môi trường. - Mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp. Đặc tính và sơ đồ đấu dây với ECU của vảm biến nhiệt độ khí nạp về cơ bản là giống nhau như cảm biến nhiệt độ nước. THA

THW

R

5V

E2 E1

ECU

Hình 2 - 7 Kết cấu và sơ đồ cảm biến nhiệt độ khí nạp 1: Giắc cắm; 2: Chất cách điện; 3: Thân cảm biến; 4: Điện trở 31

2.2.2.4. Cảm biến ôxy Chức năng: Cảm biến nồng độ ôxy nhận biết tỷ lệ không khí - nhiên liệu đậm hoặc nhạt hơn tỷ lệ lý thuyết, giúp cho động cơ có lắp đặt bộ TWC (bộ lọc khí xả 3 thành phần) đạt được hiệu quả lọc khí xả tốt nhất cần phải duy trì tỷ lệ không khí - nhiên liệu nằm trong khoảng gần với tỷ lệ lý thuyết. Cấu tạo: được đặt trong đường ống xả bao gồm một phần tử chế tạo bằng ZrO2 (đioxit zicrinum - một loại vật liệu gốm). Cả mặt trong và mặt ngoài của phần tử này được phủ một lớp mỏng platin. Không khí bên ngoài được dấu vào bên trong của cảm biến còn phần bên ngoài của nó tiếp xúc với xả. ECU Đầu kiểm tra

0,45 V OX

Cảm biến oxy

E2

+

R

Điện áp của cảm biến

Hình 2 - 8 Kết cấu và sơ đồ mạch cảm biến ôxy 1: Lớp bảo vệ; 2: Rãnh không khí; 3:Điện cực Platin ngoài; 4: Vỏ bảo vệ; 5: Lớp cách điện; 6:Phân tử Ziricon; 7:Điện cực Platin trong; 8: Cực dương;9: Cực âm

Hồ khí lý thuyết

Nghèo hơn

Giàu hơn

Hình 2 - 9 Đường đặc tính cảm biến ôxy Nguyên lý hoạt động: Nếu nồng độ ôxy trên bề mặt trong của phần tử ZrO 2 chênh lệch lớn so với trên bề mặt ngoài tại nhiệt độ cao (400 oC), phần tử ZrO2 sẽ sinh ra một điện áp khi hỗn hợp không khí - nhiên liệu nhạt. Do đó điện áp của ZrO2 tạo ra là thấp (gần bằng 0V) ngược lại, nếu hỗn hợp không khí - nhiên liệu đậm, ôxy trong khí xả gần như không còn. Điều đó tạo ra sự chênh lệch lớn về ôxy

32

ở bên trong và bên ngoài cảm biến và điện áp do phần tử ZrO 2 tạo ra là lớn (xấp xỉ 1V). Lớp platin (phủ lên phần tử gốm) có tác dụng như một chất xúc tác và làm cho ôxy trong khí xả phản ứng tạo thành CO, điều đó làm giảm độ ôxy và làm tăng độ nhạy của cảm biến. Dựa trên tín hiệu phát ra từ cảm biến này, ECU động cơ tăng hay giảm lượng phun để duy trì tỷ lệ không khí - nhiên liệu luôn gần với giá trị lý thuyết. 2.2.2.5. Cảm biến kích nổ Chức năng: Cảm biến kích nổ dùng để nhận biết xung kích nổ phát ra trong động cơ và gởi tín hiệu này tới ECU động cơ để ECU điều khiển làm trễ thời gian đánh lửa nhằm ngăn chặn hiện tượng kích nổ. Cấu tạo: Cảm biến kích nổ là một phần tử áp điện, nó sẽ tạo ra điện áp khi có áp suất hoặc sự rung động tác động lên chúng. Phần tử áp điện trong cảm biến kích nổ có tần số hoạt động hịa hợp với tần số kích nổ động cơ. Engine ECU Cảm biến kích nổ

KNK

Hình 2 - 10 Kết cấu và sơ đồ mạch điện cảm biến kích nổ 1: Cọc nối từ giắc; 2: Đệm kín; 3: Thanh dẫn tín hiệu; 4: Thân cảm biến; 5: Phớt kín;6: Màng nhận tiếng gõ; 7: Phần tử điện áp

Hình 2 - 11 Đường đặc tính và biểu đồ sóng cảm biến kích nổ Nguyên lý hoạt động: Cảm biến này bao gồm một phần tử áp điện, nó sẽ tạo ra điện áp khi bị biến dạng do rung động của thân máy khi có tiếng gõ.

33

Do tiếng gõ của động cơ có tần số xấp xỉ 7KHz, nên điện áp do cảm biến tiếng gõ phát ra sẽ đạt mức cao nhất tại tần số này. ECU động cơ nhận biết có tiếng gõ hay không bằng cách đo điện áp của tín hiệu KNK cao hay thấp so với mức điện áp chuẩn. Khi ECU động cơ nhận thấy có tiếng gõ, nó làm chậm thời điểm đánh lửa sớm. Khi tiếng gõ kết thúc thời điểm đánh lửa được làm sớm trở lại sau một khoảng thời gian nhất định. 2.2.2.6. Cảm biến lưu lượng khí nạp Chức năng: Cảm biến khối lượng khí nạp loại dây nhiệt đo trực tiếp khối lượng không khí nạp vào trong động cơ . Cấu tạo: Cảm biến khối lượng khí nạp loại dây nhiệt gồm có Nhiệt điện trở Dây sấy bằng Platin Mạch điện tử

Hình 2 - 12 Cấu tạo cảm biến dây nhiệt Nguyên lý hoạt động: Dòng điện chạy vào dây sấy làm cho nó nóng lên. Khi không khí chạy qua dây này, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối lượng không khí nạp. Bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ dây sấy không đổi, dòng điện sẽ tỉ lệ thuận với khối lượng không khí nạp vào. Sau đó có thể đo khối lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó, dòng điện đó được biến đổi thành giá trị điện áp, sau đó được truyền về ECU động cơ từ cực VG. 2.2.2.7. Cảm biến vị trí trục cam (Bộ tạo tín hiệu G) Chức năng: Cảm biến vị trí trục cam tạo ra tín hiệu G+, ECU dựa vào tín hiệu này để nhận biết góc của trục cam từ đó xác định thời điểm phun nhiên liệu và thời điểm đánh lửa tương ứng với điểm chết trên cuối kì nén. Cấu tạo: Tín hiệu G được tạo ra bằng rôto và cuộn nhận tín hiệu gửi đến ECU động cơ qua các chân G+, G-. Tín hiệu này rất quan trọng cho không khí EFI mà còn cho cả hệ thống ESA. 34

Hình 2 - 13 Cấu tạo cảm biến vị trí trục cam Nguyên lý hoạt động: Khi trục cam quay khe hở không khí giữa phần nhô ra trên rotor của cảm biến và cảm biến vị trí trục cam sẽ thay đổi, tạo ra điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này sinh ra tín hiệu G. Tín hiệu G được truyền đi như một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU. Rotor tạo tín hiệu kích hoạt cuộn nhận tín hiệu một lần trong mỗi vòng quay trục cam. Từ tín hiệu này, ECU nhận biết khi nào piston số 1 ở điểm chết trên cuối kì nén. ECU G+

720o CA

G NE -

Tín hiệu G

E1

Hình 2 - 14 Sơ đồ mạch, xung điện cảm biến 2.2.2.8. Cảm biến vị trí trục khuỷu (Bộ tạo tín hiệu Ne) Chức năng: Cảm biến vị trí trục khuỷu tạo ra tín hiệu NE, ECU dựa vào tín hiệu NE này để xác định số vòng quay của trục khuỷu và kết hợp với cảm biến lưu lượng không khí nạp (MAP) để xác định lượng nhiên liệu phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản. Cấu tạo: Cảm biến vị trí trục khuỷu bao gồm một cuộn dây nhận tín hiệu, một nam châm vĩnh cửu, một rotor tạo tín hiệu được gắn ở đầu trục khuỷu. 1

2

3

4

7 Ur 5

6 R1

Hình 2 - 15 Cấu tạo cảm biến. 35

1. Cuộn dây; 2. Thân cảm biến; 3. Lớp cách điện; 4. Ổ cắm dây; 5. Trục khuỷu; 6. Khối cảm biến; 7. Khối điều khiển. Nguyên lý hoạt động: Khi trục khuỷu quay khe hở không khí các răng trên rotor của cảm biến vị trí trục khuỷu sẽ thay đổi. Sự thay đổi khe hở tạo ra điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này sinh ra tín hiệu NE. Rotor tạo tín hiệu kích hoạt cuộn nhận tín hiệu 34 lần trong mỗi vòng quay trục khuỷu. Từ tín hiệu này, ECU nhận biết tốc độ động cơ cũng như sự thay đổi từng 10º một của góc quay trục khuỷu. ECU NE + NE NE -

Tín hiệu NE

E1

Hình 2 - 16 Sơ đồ mạch điện, xung điện cảm biến. 2.2.2.9. Cảm biến tốc độ xe (Speed Sensor):

Hình 2 – 17 Cảm biến tốc độ xe Cảm biến tốc độ xe cũng là cảm biến điện từ bao gồm một nam châm, một lõi thép và cuộn nhận tín hiệu. Cảm biến được gắn tại trục thứ cấp hộp số, ứng với 36

mỗi vòng quay của trục roto nó sẽ tạo ra 4 xung tín hiệu. Xung tín hiệu này sẽ được chuyển thành dạng xung vuông chính xác hơn bằng mạch biến đổi dạng sóng bên trong cụm đồng hồ của bảng táplô sau đó chuyển đến ECU tại chân TACH (hoặc SPD). Dựa vào tần số của tín hiệu này, ECU sẽ xác định tốc độ xe nhằm phục vụ cho việc điều khiển cắt nhiên liệu… 2.2.2.10 Tín hiệu khởi đông động cơ Công tắc máy

Engine ECU

(M/T) STA Công tắc an toàn (A/T)

M

Accu

E1

Hình 2 - 18 Mạch điện khởi động Khi khởi động động cơ, một tín hiệu từ máy khởi động được gởi về ECU để tăng thêm lượng xăng phun trong suốt quá trình khởi động. 2.2.2.11. Tín hiệu công tắc máy lạnh Khi bật công tắc máy lạnh, để tốc độ cầm chừng ổn định phải gởi tín hiệu báo về ECU nhằm điều khiển thời điểm đánh lửa và tốc độ cầm chừng (Van ISCV): Mạch điện A/C Cuộn dây ly hợp máy nén

Engine ECU

Hình 2 - 19 Mạch điện công tắc máy lạnh 2.2.2.12. Tín hiệu công tắc nhiệt độ nước (water temperature switch) Khi động cơ quá nóng (>110oC), công tắc này sẽ chuyển từ trạng thái mở sang trạng thái đóng và gởi tín hiệu về ECU điều khiển giảm lượng xăng phun, giảm góc đánh lửa sớm đồng thời điều khiển tắt máy lạnh để giảm nhiệt độ động cơ. Mạch điện

37

Công tắc nhiệt độ nước

Engine ECU

TSW

Hình 2 - 20 Mạch điện công tắc nhiệt độ nước 2.2. 2.13. Tín hiệu công tắc ly hợp (clutch switch) Công tắc ly hợp được đặt dưới bàn đạp ly hợp. Khi gài số nhấn bàn đạp ly hợp, lúc này công tắc ly hợp được tiếp xúc với bàn đạp ly hợp và chuyển sang vị trí đóng đồng thời gởi tín hiệu về ECU điều khiển cắt nhiên liệu và giảm tốc độ động cơ để ly hợp được đóng mở dễ dàng. Mạch điện Công tắc ly hợp

Engine ECU N/C

Hình 2 - 21 Mạch điện công tắc ly hợp 2.2. 2.14. Tín hiệu công tắc áp suất dầu (oil pressure switch) Khi áp suất dầu bôi trôn quá thấp, công tắc ở vị trí đóng đồng thời gởi tín hiệu về ECU để điều khiển ngưng hoạt động của động cơ. Mạch điện Đèn báo nhớt Engine ECU

OIL Cảm biến áp lực nhớt

Công tắc áp lực nhớt

Hình 2 - 22 Mạch điện công tắc áp suất dầu 38

2.2.2.15. Tín hiệu công tắc đèn thắng (stop lamp switch) Khi đạp thắng, công tắc đèn thắng ở vị trí ON đồng thời gởi tín hiệu điện thế về ECU để điều khiển ngừng phun nhiên liệu, giảm tốc độ động cơ khi xe đang phanh.

Mạch điện B+

Công tắc thắng STP or BRK

Engine ECU

Mạch báo hư đèn Đèn thắng

Hình 2 - 23 Mạch điện công tắc đèn thắng 2.2.2.16 Tín hiệu từ ECU điều khiển hệ thống trợ lực lái (power steering) Khi quay tay lái, tải trên bơm trợ lực lái sẽ tăng làm giảm tốc độ cầm chừng của động cơ. ECU trợ lực lái sẽ gởi tín hiệu về ECU động cơ để điểu khiển van ISCV tăng tốc độ cầm chừng. Mạch điện Power steering ECU

Engine ECU

5V PS

IDUP

Hình 2 - 24 Mạch điện hệ thống trợ lực lái 2.2.2.17 Tín hiệu từ ECU điều khiển hộp số tự động (ETC- electronically transmission control) Trên xe VIOS trang bị hộp số tự động điều khiển bằng điện, khi sang số, sẽ xuất hiện tín hiệu điều khiển ở đầu L1, L2 hay L3 trong ECU điều khiển hộp số tự động. Tín hiệu góc này được trao đổi với ECU động cơ để điều khiển lượng xăng phun phù hợp. 39

5V L1

ETC ECU

To other ECUs

Engine ECU L1

L2

L2

L3

L3

Microprocesser

Mạch điện

VTA

E1

Hình 2 - 25 Mạch điện điều khiển hộp số tự động Chương 3: CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 3.1.1 Kết cấu của hệ thống điều khiển động cơ. Hệ thống điều khiển động cơ chia làm 3 nhóm chính: Các cảm biến (đưa tín hiệu vào), ECU động cơ (bộ xử lý trung tâm) và các cơ cấu chấp hành (tín hiệu ra). Các cảm biến và cơ cấu chấp hành tạo nên nền tảng cho hệ thống điều khiển của động cơ, sự điều kiển đó được mô tả như sau: ECU động cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến đặt trên động cơ để biết chế độ hoạt động của động cơ. Sau đó đưa ra tín hiệu điện áp đến điều khiển các cơ cấu chấp hành và nhận tín hiệu phản hồi từ cơ cấu chấp hành Nguyên lý điều khiển chung của hệ thống. tín hiệu vào

ECU

tín hiệu ra

Tín hiệu hồi tiếp Hình 3 -1 Nguyên lý chung

40

Các cảm biến.

Bộ phận chấp hành. Điều khiển kim phun nhiên liệu

Cảm biến áp suất đường ống nạp Cảm biến nhiệt độ nước

Điều khiển hệ thống đánh lửa

Cảm biến vị trí bướm ga Cảm biến nhiệt độ khí nạp

Điều khiển tốc độ không tải Khoá điện, tín hiệu khởi động Cảm biến tốc độ xe Điều khiển bơm nhiên liệu Cảm biến oxy

Công tắc điều hoà không khí A/C

ECU động cơ Đèn báo động cơ

Cảm biến tiếng gõ động cơ Công tắc khởi động trung gian Accu Giắc kiểm tra Cảm biến vị trí piston Rơle EFI chính Cảm biến góc quay trục khuỷu

41

3.1.2 Các bộ phận và chức năng. Các bộ phận Cảm biến áp suất đường ống nạp Cảm biến nhiệt độ nước làm mát. Cảm biến nhiệt độ khí nạp Cảm biến vị trí bướm ga Cảm biến tốc độ xe Khoá điện Các cảm biến

Cảm biến ôxy Công tắc khởi động trung gian Điều hòa không khí Cảm biến tiếng gõ

Bộ chia điện

Cảm biến vị trí piston

Chức năng Xác định áp suất đường ống nạp Nhận biết nhiệt độ nước làm mát Nhận biết nhiệt độ khí nạp Nhận biết bướm ga đóng hoàn toàn hay mở gần hoàn toàn Nhận biết tốc độ xe Nhận biết khóa điện đang ở vị trí khởi động Biết nồng độ ôxy trong khí xả Nhận biết hộp số đang ở vị trí P hay N Nhận biết máy điều hòa bật hay tắt Nhận biết xe có bị kích nổ hay không Nhận biết góc quay trục khuỷu

EFI

IGN ISC I

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0 0 0

0

0 0

0

Tốc độ động cơ

0

0

Biết được vị trí của piston thứ nhất

0

0

42

0

0

ECU động cơ

Các kim phun

Các cơ IC đánh lửa cấu chấp hành Van điều khiển tốc độ không tải

Xác định khoảng thời gian, thời điểm phun, thời điểm đánh lửa, tốc độ không tải. . . dựa trên các dữ liệu từ các cảm biến và dữ liệu đã được lưu trong bộ nhớ rồi gởi tín hiệu tương ứng đến điều khiển các cơ cấu chấp hành. Phun một lượng nhiên liệu vào trong đường ống nạp tùy theo tín hiệu nhận được từ ECU động cơ Tín hiệu đánh lửa từ ECU động cơ điều khiển ngắt dòng sơ cấp đến IC đánh lửa và bugi sẽ tạo ra tia lửa điện Điều chỉnh tốc độ không tải bằng cách thay đổi lượng không khí qua đường khí tắc sau cánh bướm ga theo tín hiệu điều khiển từ ECU động cơ.

0

0

0

0

0

0

3.2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI 3.2.1. Khái quát chung. Một bơm nhiên liệu cung cấp nhiên liệu, dưới một áp suất nhất định đến các kim phun. Các kim phun sẽ phun một lượng nhiên liệu định trước theo sự tính toán của ECU động cơ vào trong đường ống nạp. ECU động cơ nhận các tín hiệu từ cảm biến khác nhau thông tin về sự thay đổi các chế độ hoạt động khác nhau của động cơ như. - Áp suất đường ống nạp. 43

- Góc quay trục khuỷu. - Tốc độ động cơ. - Tăng tốc, giảm tốc. - Nhiệt độ nước làm mát. - Nhiệt độ khí nạp. ECU động cơ sử dụng các tín hiệu để xác định khoảng thời gian phun cần thiết nhằm đạt được tỉ lệ hoà khí tối ưu phù hợp với điều kiện hoạt động tại thời điểm đó của động cơ. 3.2.2. Hệ thống nhiên liệu. Nhiên liệu được bơm ra khỏi bình xăng bằng bơm nhiên liệu và đi qua bộ lọc nhiên liệu và đi đến các kim phun. áp suất nhiên liệu duy trì ở các kim phun lớn hơn so với áp suất đường ống nạp một giá trị không đổi ( khoảng 2,9 kgf/cm 2 hay 2,55 kgf/cm2 tùy theo từng loại động cơ ), khi nhiên liệu phun ra áp suất trong đường ống nạp thay đổi đôi chút không đáng kể vì trên đường phân phối đến các kim phun có bộ phận giảm rung động để tránh xảy ra hiện tượng này. Đối với động cơ kim phun được lắp theo kiểu phun đa điểm, kim phun được lắp ở phía trước mỗi xy lanh và lượng nhiên liệu phun vào được điều khiển bởi thời gian dòng điện chạy qua kim phun, tức thời gian nhất kim phun. Một kim phun khởi động lạnh được lắp trong khoang nạp khí để nâng cao khả năng khởi động khi động cơ khởi động lạnh.

Hình 3 – 2 Sơ đồ hệ thống điều khiển phun xăng điện tử Fuel tank: thing nhiên liệu. 44

Fuel pump: bơm xăng. Fuel filter: lọc xăng. Fuel delivery pipe: đường ống cao áp. Injector: vòi phun. Fuel pressure regulator: van điều áp. Fuel return pipe: đường ống xăng hồi. 3.3 BƠM NHIÊN LIỆU Loại này được lắp bên trong bình xăng, có nhiêm vụ hút nhiên liệu từ bình chứa đưa lên đường ống nạp với áp suất cao.

Hình 3 – 3 Cấu tạo bơm nhiên liệu Cấu tạo gồm: một môtơ, một van một chiều, van an toàn và bộ lọc gắn liền thành một khối. Loại bơm nhiên liệu này ít tạo ra rung động và tiếng ồn hơn loại đặt trên đường ống. Điều khiển bơm nhiên liệu. Bơm nhiên liệu trong xe chỉ trang bị cho loại xe có hệ thống phun xăng điện tử, nó chỉ hoạt động liên tục khi động cơ hoạt động. Hiện nay ở mỗi loại động cơ có các mạch điều khiển bơm khác nhau. Loại phổ biến nhất được điều khiển như sau.

* Mạch điều khiển bơm xăng không qua hộp ECU: 45

Giắc kiểm tra bơm nhiên liệu 2p Cảm biến lưu lượng khí Hình 3 – 4 Mạch điều khiển bơm xăng Khi khởi động động cơ, có dòng điện đI qua khóa điện đến cuộn dây L2 của rơle bơm xăng đến mass, tạo lực hút tiếp điểm của rơle bơm xăng làm bơm xăng quay. Đồng thời, khi khởi động cánh gió của cảm biến đo gió cũng di chuyển khỏi vị trí ban đầu và đóng tiếp điểm bơm xăng ở cảm biến đo gió. Vì thế ở cuộn dây L2 của rơle bơm xăng cũng có dòng điện chạy qua tạo thêm lực hút đóng tiếp điểm của rơle bơm xăng. Khi máy đã nổ, khóa điện trả về vị trí IG thì cuộn dây L2 của bơm xăng bị ngắt điện chỉ còn có cuộn dây L1 giữ cho tiếp điểm vẫn đóng và bơm xăng tiếp tục hoạt động. 3.4 KIM PHUN NHIÊN LIỆU 2.4.1 Cấu tạo Kim phun là một van điện từ, nó có thể nhất lên khi nhận được tín hiệu điện áp từ ECU động cơ gởi đến.

Hình 3 – 5 Cấu tạo kim phun nhiên liệu 3.4.2 Phân loại Có hai loại kim phun: Loại kim phun điện trở cao, xấp xỉ 13,8 Ω .

46

Hình 3 – 6 Mạch điề khiển kim phun điện trở cao Loại kim phun điện trở thấp xấp xỉ 1,5 – 3 Ω .

Hình 3 – 7 Mạch điề khiển kim phun điện trở thấp 3.4.3 Phương pháp điều khiển kim phun. Ngày nay trên các loại động cơ người ta sử dụng phương pháp điều khiển kim phun bằng điện áp, có hai loại: Kim phun điện trở cao có điện áp ắc quy được cấp trực tiếp đến các kim phun qua khóa điện. Khi ECU động cơ gởi tín hiệu, điện áp được cấp đến các kim phun làm nhất van kim để nhiên liệu phun vào ống phân phối. Kim phun điện trở thấp về cơ bản giống kim phun điện trở cao nhưng do có điện trở phụ nên điện trở kim phun được giảm xuống để giảm nhiệt độ trong kim phun khi hoạt động, làm tăng tuổi thọ và tăngđộ nhạy khi nhất van kim. 3.5 HỆ THỐNG NẠP KHÍ 3.5.1 Sơ đồ hệ thống Hệ thống nạp khí cung cấp lượng không khí cần cho sự cháy đến các xy lanh. Không khí đi qua lọc gió, đến khoang nạp (đi qua cánh bướm ga, các van khí phụ) và theo đường ống đến các xy lanh đôùng cơ. 47

Hình 3 – 8 Hệ thống nạp khí 3.5.2 Khoang nạp khí Khoang nạp bao gồm : cánh bướm ga để điều khiển lượng không khí nạp trong quá trình họat động của động cơ, một đường khí phụ để cho phép một lượng nhỏ không khí đi qua trong quá trình hoạt động không tải, cảm biến vị trí cánh bướm ga để nhận biết vị trí góc mở cánh bướm ga, cảm biến lưu lượng khí nạp, van cầm chừng nhanh, EAC van.

Hình 3 - 9 Cấu tạo khoang nạp khí Trong quá trình hoạt động không tải cánh bướm ga đóng hoàn toàn, không khí nạp vào trong khoang nạp chỉ đi qua đường khí phụ. Tốc độ không tải của động cơ còn được điều chỉnh bởi vít chỉnh tốc độ không tải, nó cho phép tăng hay giảm lượng không khí nạp vào qua đượng khí phụ để giới hạn số vòng quay của động cơ ở chế độ không tải.

48

3.5.3 Van khí phụ.

Hình 3 – 10 Cấu tạo van khí phụ Van khí phụ gồm có EAC van và van cầm chừng nhanh dùng để điều chỉnh tốc độ không tải của động cơ. Van khí phụ lấy từ một đường khí phụ đi vòng qua cánh bướm ga để tăng hay giảm lượng không khí đi vào khoang nạp khi động cơ hoạt động ở chế độ cầm chừng. Việc điều khiển đóng mở van khí phụ này được điều khiển bởi ECU động cơ khi ECU động cơ nhận được các tín hiệu từ cảm biến. Nhiệt độ nước làm mát. Công tắc điều hòa không khí AC. Và các tín hiệu phụ tải khác. Tốc độ động cơ. 3.6 CHỨC NĂNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 3.6.1 Chức năng điều khiển phun xăng điện tử. ECU động cơ tính toán khoảng thời gian phun cơ bản dựa vào 2 tín hiệu sau: Tín hiệu áp suất đường ống nạp được lấy từ cảm biến đo áp suất đường ống nạp để tính lưu lượng gió nạp vào. Tín hiệu tốc độ động cơ. ECU động cơ xác định khoảng thời gian phun tối ưu cho từng chế độ hoạt động của động cơ dựa trên các tín hiệu lấy từ các cảm biến. Quá trình điều khiển bơm nhiên liệu, phun nhiên liệu và điều khiển các cảm biến được nêu trong phần trên

49

Hình 3 – 11 Sơ đồ điều khiển phun xăng điện tử 3.6.2 Phương pháp phun nhiên liệu Các kim phun được bố trí trên đường ống của các xy lanh, ECU động cơ sẽ gởi tín hiệu điện áp đến để điều khiển nhất van kim theo các phương pháp sau: - Tín hiệu điện áp cấp đến đồng loạt để nhất các van kim - Các kim phun được chia theo nhóm, tín hiệu điện áp cấp đến từng nhóm khác nhau. - Tín hiệu điện áp gởi đến để nhất từng kim phun riêng lẽ theo thứ tự thì nổ của các xy lanh. Hiện nay trên các xe đa số sử dụng chủ yếu theo phương pháp phun theo nhóm. Mỗi xi lanh sử dụng một kim phun được điều khiển từ ECU, như vậy hoạt động của các kim phun độc lập nhau. Thời điểm phun được mô tả như hình sau:

Hình 3 – 12 Thời điểm phun nhiên liệu

50

3.6.3 Điều khiển khoảng thời gian phun. Khoảng thời gian phun nhiên liệu thực tế được xác định bởi 2 yếu tố: Khoảng thời gian phun cơ bản được tính toán dựa vào lưu lượng khí nạp (tín hiệu cảm biến áp suất đường ống nạp ) và tốc độ động cơ. Các hiệu chỉnh khác dựa trên các tín hiệu từ các cảm biến, và sự điều chỉnh đó phụ thuộc vào từng loại động cơ.

Hình 3 – 13 Sơ đồ điều khiển hiệu chỉnh phun

51

Sự điều khiển phun nhiên liệu hiệu chỉnh. Điều khiển khoảng thời gian phun cơ bản Điều khiển Hiệu chỉnh nhiệt độ khí nạp. khởi động Hiệu chỉnh điện áp. Điều khiển khoảng thời gian phun cơ bản Hiệu chỉnh nhiệt độ khí nạp Làm đậm sau khi khởi động Làm đậm khi hâm nóng Hiệu chỉnh khi chuyển tiếp chế Điều khiển độ Điều khiển phun sau khi Làm đậm trở lại Khoảng thời khởi động Hiệu chỉnh phản hồi tỉ lệ không gian phun Các hiệu khí – nhiên liệu nhiên liệu chỉnh phun Hiệu chỉnh lượng CO2 trong khí thải Hiệu chỉnh ổn định không tải Hiệu chỉnh độ cao Hiệu chỉnh phụ tải Hiệu chỉnh công tắc AC Cắt nhiên liệu Hiệu chỉnh điện áp 3.7 CÁC CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN PHUN NHIÊN LIỆU 3.7.1 Điều khiển phun khi khởi động: Trong khi động cơ đang quay để khởi động, rất khó xác định chính xác lượng khí nạp vào động cơ do có sự dao động lớn về tốc độ. Vì lý do đó, ECU động cơ sẽ chọn khoảng thời gian phun cơ bản lưu sẵn trong bộ nhớ phù hợp với nhiệt độ nước làm mát mà không sử dụng tín hiệu của cảm biến khối lượng khí MAF, sau đó nó sẽ bổ sung thêm một hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp và theo điện áp để tạo ra khoảng thời gian phun thực tế.

Hình 3 – 14 Tín hiệu phun khi khởi động

52

3.6.4.2 Điều khiển phun sau khởi động: Khi động cơ đang hoạt động với tốc độ ổn định lớn hơn một tốc độ đã được định sẵn (tốc độ cầm chừng) lưu trong bộ nhớ, ECU động cơ sẽ xác định khoảng thời gian tín hiệu phun như sau: Khoảng thời gian phun = khoảng thời gian phun cơ bản + thời gian hiệu chỉnh theo điện áp + các hiệu chỉnh khác Xác định khoảng thời gian phun cơ bản: Đây là khoảng thời gian phun cơ bản nhất, nó được xác định bởi lượng khí nạp vào động cơ (tín hiệu VG) và tốc độ động cơ NE. Khoảng thời gian phun cơ bản được biểu diễn theo công thức sau: Khoaûng thôøi gian phun cô baûn = K ×

Löôïng khí naïp Toác ñoä ñoäng cô

K: hệ số hiệu chỉnh. Các hiệu chỉnh phun: ECU động cơ sẽ xác định điều kiện hoạt động của động cơ tại mọi thời điểm bằng các tín hiệu từ những cảm biến, sau đó dựa vào các tín hiệu này nó sẽ hiệu chỉnh lại khoảng thời gian phun cơ bản. Hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp: Vì mật độ ôxy trong không khí sẽ thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ của nó. Vì lý do này, ECU sẽ hiệu chỉnh khoảng thời gian phun cơ bản dựa vào tín hiệu nhiệt độ khí nạp nhằm đạt được tỉ lệ khí – nhiên liệu đúng yêu cầu.

Hình 3 – 15 Tín hiệu phun sau khởi động Hiệu chỉnh sau khi khởi động: Sau khi khởi động, nhằm ổn định hoạt động của động cơ. ECU sẽ cung cấp thêm một lượng nhiên liệu trong khoảng thời gian nhất định. Việc hiệu chỉnh này được xác định dựa trên nhiệt độ nước làm mát Hiệu chỉnh đậm khi hâm nóng động cơ: Do nhiên liệu bay hơi kém khi động cơ còn lạnh vì vậy một hỗn hợp đậm là cần thiết. Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, cảm biến nhiệt độ nước làm mát sẽ thông báo về ECU động cơ để tăng lượng nhiên liệu phun vào xy lanh cho đến khi nhiệt độ đạt đến một giá trị nhất định. 53

O

O

O

O

O O

54

O

Tín hiệu phụ tải AC

Nhiệt độ khí nạp

O

Tín hiệu khởi động

Nhiệt độ nước làm mát

O

Cảm biến ôxy

Tốc độ động cơ

Vị trí cánh bướm ga

O

Góc quay trục khuỷu

Điều khiển phun khởi động Các Điều khiển hiệu khoảng thời gian chỉnh phun cơ bản Hiệu chỉnh phun nhiệt độ khí nạp Sau khi phun

Áp suất đường ống nạp

Điện áp ác qui

Hiệu chỉnh đậm khi trợ tải: Khi động cơ hoạt động dưới chế độ tải nặng, cần tăng lượng nhiên liệu phun vào theo tải để bảo đảm cho động cơ hoạt động tốt. Hiệu chỉnh trong chế độ điều khiển nhiên liệu mạch kín: Từ tín hiệu phản hồi của cảm biến ôxy, ECU sẽ hiệu chỉnh khoảng thời gian phun để giữ cho tỉ lệ khí nhiên liệu trong khoảng hẹp gần với tỉ lệ lý tưởng. Tuy nhiên, để tránh cho bộ lọc khí xả TWC quá nóng và đảm bảo cho động cơ hoạt động tốt, sự hiệu chỉnh này không xảy ra ra ở các điều kiện sau: Trong khi khởi động. Trong khi làm đậm sau khởi động. Trong khi làm đậm để tăng tốc. Khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn một giá trị xác định. Khi xảy ra cắt nhiên liệu. Trên TOYOTA VIOS, nhà sản xuất sử dụng hai cảm biến ôxy nhằm mục đích đạt được khả năng hiệu chỉnh là cao nhất đồng thời để phát hiện hư hỏng của bộ lọc khí thải 3 thành phần TWC khi ECU so sánh tín hiệu của hai cảm biến này. Hiệu chỉnh theo điện áp: Khi điện áp accu thấp, sự chậm trễ tính từ lúc gởi tín hiệu mở kim phun đến lúc vòi phun thực sự mở ra sẽ tăng lên, vì vậy cần phải tăng khoảng thời gian phun để bù lại sự chậm trễ đó. Sự hiệu chỉnh khoảng thời gian phun và tín hiệu từ các cảm biến đước mô tả như sau.

Các hiệu chỉnh phun

Hiệu chỉnh hâm nóng Làm đậm trợ lái Làm đậm phụ tải Phản Cảm hồi tỉ biến lệ ôxy khí ổn định không tải Cắt Giảm nhiên tốc Tốc liệu độ cao Hiệu chỉnh điện áp

O O

O

O O

O

O

O

O

O

O

O O

3.8 ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ - Sự sắp xếp hỗn hợp khí / nhiên liệu không thay đổi: mỗi xylanh có ít nhất một vòi phun để đưa nhiên liệu thẳng đến xupáp nạp. - Các trạng thái chạy động cơ suốt để điều khiển khí / nhiên liệu chính xác cao: EFI cung cấp liên tục cho động cơ để không quá trể về tỷ lệ khí / nhiên liệu một cách chính xác để cho các trạng thái mở được đúng lúc. Cung cấp tốt hơn khả năng vận chuyển và điều khiển sự phát ra. - Phản ứng cánh bướm ga nhiều hơn và công suất: bởi nhiên liệu được đưa thẳng vào phía sau của xupáp nạp, ý muốn dường ống nạp tối ưu hoá dể cảI thiện lương khí vào xupáp nạp. - Sự tiết kiệm nhiên liệu rất tốt với sự điều khiển phát ra để cung cấp: động cơ lạnh và mở rộng cánh bướm ga có thể giảm đi với động cơ EFI bởi khi nhiên liệu bị mắc nước ở đường ống nạp thì không có vấn đề gì. Đó là kết quả tốt hơn để tiết kiệm nhiên liệu và điều khiển phát ra để cung cấp. - Động cơ lạnh cung cấp khả năng hoạt động và khởi động: sự kết hợp phun sương tốt hơn và phun thẳng vào xupáp nạp để cung cấp khả năng khởi động và chạy động cơ còn lạnh. - Các thợ máy được đơn giản bởi chi tiết điều chỉnh giảm đi: hệ thống EFI không cần dựa vào sự điều chỉnh đa số để làm đậm khi động cơ còn lạnh hoặc 55

đồng hồ báo nhiên liệu, bởi vì các hệ thống máy móc được đơn giản, yêu cầu bảo dưỡng được giảm đi.

56

Chương 4: CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA SỚM ĐIỆN TỬ ESA 4.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA SỚM ESA 4.1.1 Công dụng và sơ đồ Hệ thống ESA (đánh lửa sớm điện tử) là một hệ thống dùng ECU động cơ để xác định thời điểm đánh lửa dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau. ECU động cơ tính toán thời điểm đánh lửa từ thời điểm đánh lửa tối ưu được lưu trong bộ nhớ để phù hợp với tình trạng của động cơ, và sau đó chuyển các tín hiệu đánh lửa đến IC đánh lửa. Thời điểm đánh lửa tối ưu cơ bản được xác định bằng tốc độ của động cơ và lượng không khí nạp (áp suất đường ống nạp).

Hình 4 – 1 Mô tả thời điểm đánh lửa sớm tối ưu 4.1.2 Chức năng điều khiển Hệ thống ESA điều khiển thời điểm đánh lửa bao gồm: Điều khiển đánh lửa khi khởi động. Khi động cơ quay khởi động, ECU động cơ sẽ xác định góc đánh lửa cho động cơ. Góc này có giá trị không đổi gọi là góc đánh lửa sớm ban đầu. Điều khiển đánh lửa khi động cơ hoạt động bình thường. Các hiệu chỉnh khác được thêm vào góc thời điểm đánh lửa sớm ban đầu và góc đánh lửa sớm cơ bản để hình thành góc đánh lửa thực tế.  Góc đánh lửa sớm ban đầu.  Góc đánh lửa sớm cơ bản. Góc này được ECU động cơ xác định sau khi động cơ khởi động nhờ vào các tín hiệu từ các cảm biến sau. - Áp suất đường ống nạp. - Cảm biến vị trí bướm ga (toàn tải). - Tốc độ động cơ. 57

Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh. Khi động cơ hoạt động bình thường, ECU động cơ nhận các tín hiệu từ các cảm biến đặt trên động cơ sau đó đưa ra góc đánh lửa hiệu chỉnh tối ưu để động cơ đạt hiệu suất cao nhất.  Vậy góc đánh lửa sớm thực tế bằng tổng của các góc: - Góc đánh lửa sớm ban đầu. - Góc đánh lửa sớm cơ bản. - Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh.

Hình 4 – 2 Thời điểm đánh lửa thực tế

58

Góc đánh lửa cơ bản Điều khiển đánh lửa sớm hiệu chỉnh

Hiệu chỉnh đánh lửa sớm sau khi khởi động

O

O

Hiệu chỉnh khi hâm nóng O

Hiệu chỉnh phản hồi tỉ lệ Khí - ôxy

O

Hiệu chỉnh quá nóng

Cảm biến kích nổ

O O

Hiệu chỉnh không tải

Áp suất đường ống nạp

Tốc độ xe

O

Cảm biến ôxy

O

Nhiệt độ nước làm mát

Tốc độ động cơ

Điều khiển đánh lửa sớm khi khởi động

Góc trục khuỷu

Điều khiển thời Điểm đánh lửa

Vị trí cánh bướm ga

Các tín hiệu

Điện áp ắc quy

Sơ đồ biểu diễn các góc đánh lửa

O

O

O O

O

O

Hiệu chỉnh kích nổ

O

4.1.3 Sơ đồ: Hệ thống ESA gồm có các cảm biến khác nhau, ECU động cơ, các IC đánh lửa, cuộn dây đánh lửa và các bugi.

59

• • • • • • •

Hình 4 - 3 Sơ đồ ESA 4.1.4 Vai trò của các cảm biến Cảm biến vị trí trục cam (tín hiệu G) Cảm biến này phát hiện góc quay chuẩn và thời điểm của trục cam. Cảm biến vị trí trục khuỷu (tín hiệu NE) Cảm biến này phát hiện góc quay trục khuỷu và tốc độ của động cơ. Cảm biến lưu lượng khí nạp (tín hiệu VG ) Cảm biến này phát hiện khối lượng khí nạp trên đường ống nạp. Cảm biến vị trí bướm ga (tín hiệu VTA) Cảm biến này nhận biết góc mở bướm ga. Cảm biến nhiệt độ nước (tín hiệu THW) Cảm biến này phát hiện nhiệt độ của nước làm mát. Cảm biến kích nổ (tín hiệu KNK) Cảm biến này phát hiện tình trạng của kích nổ. Cảm biến oxy (tín hiệu OX) Cảm biến này phát hiện nồng độ của oxy trong khí xả. Vai trò của ECU động cơ ECU động cơ nhận các tín hiệu từ các cảm biến, tính toán thời điểm đánh lửa tối ưu theo các tình trạng động cơ, và truyền tín hiệu đánh lửa (IGT) đến IC đánh lửa. Vai trò của IC đánh lửa IC đánh lửa nhận tín hiệu IGT do ECU động cơ phát ra để ngắt dòng điện sơ cấp trong cuộn đánh lửa một cách gián đoạn. Nó cũng gửi tín hiệu xác nhận đánh lửa (IGF) đến ECU động cơ. 4.2 MẠCH ĐÁNH LỬA SỚM ESA 4.2.1 Sơ đồ mạch điện đánh lửa sớm 60

Hình 4 – 4 Sơ đồ khối mạch điện đánh lửa sớm ECU động cơ xác định thời điểm đánh lửa dựa vào tín hiệu G, tín hiệu NE và các tín hiệu từ các cảm biến khác. Khi đã xác định được thời điểm đánh lửa, ECU động cơ gửi tín hiệu IGT đến IC đánh lửa. Trong khi tín hiệu IGT được chuyển đến để bật IC đánh lửa, dòng điện sơ cấp chạy vào cuộn dây đánh lửa này. Trong khi tín hiệu IGT tắt đi, dòng điện sơ cấp đến cuộn dây đánh lửa sẽ bị ngắt. Đồng thời, tín hiệu IGF được gửi đến ECU động cơ. Hiện nay, mạch đánh lửa chủ yếu dùng loại DIS (hệ thống đánh lửa trực tiếp). ECU động cơ phân phối dòng điện cao áp đến các xi lanh bằng cách gửi từng tín hiệu IGT đến các IC đánh lửa theo trình tự đánh lửa. điều này làm cho nó có thể tạo ra việc điều chỉnh thời điểm đánh lửa có độ chính xác cao.

61

Hình 4-5 Sơ đồ mạch đánh lửa sớm ESA Ở TOYOTA VIOS sử dụng hệ thống đánh lửa trực tiếp kiểu DIS. Đây là hệ thống phân phối trực tiếp điện cao áp đến các bugi từ những cuộn dây đánh lửa mà không dùng bộ chia điện. Hệ thống đánh lửa DIS giúp cải thiện độ chính xác của thời điểm đánh lửa, giảm được mất mát dòng điện cao áp và tăng độ tin cậy so với hệ thống đánh lửa có dùng bộ chia điện. Trong hệ thống này mỗi xy lanh được trang bị một cuộn dây đánh lửa, ECU quyết định thời điểm đánh lửa bằng việc gởi tín hiệu IGT đến từng cuộn dây của các xy lanh. Bằng tín hiệu IGT ECU sẽ bật hay tắt transistor công suất trong IC đánh lửa tức xác định góc ngậm điện của cuộn sơ cấp, khi dòng điện trong cuộn sơ cấp bị mất sẽ cảm ứng sang cuộn thứ cấp một hiệu điện thế cao áp và điện áp này sẽ được đưa đến Bugi để đánh lửa. Tia lửa điện của bugi sẽ phóng ra từ cực trung tâm đến cực nối mát. Khi ECU ngắt dòng điện trong cuộn sơ cấp, IC cũng gởi một tín hiệu phản hồi đánh lửa IGF ứng với từng xy lanh về ECU 4.2.2 Tín hiệu IGT và IGF 4.2.2.1 Tín hiệu IGT

Hình 4.4 Tín hiệu IGT ECU động cơ tính toán thời điểm đánh lửa tối ưu theo các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau và truyền tín hiệu IGT đến IC đánh lửa. Tín hiệu IGT được bật ON ngay trước khi thời điểm đánh lửa được bộ vi xử lý trong ECU động cơ tính toán, và sau đó tắt đi. Khi tín hiệu IGT bị ngắt, các bugi sẽ đánh lửa. 4.2.2.2 Tín hiệu IGF

62

Hình 4 - 5 Tín hiệu IGF IC đánh lửa gửi một tín hiệu IGF đến ECU động cơ bằng cách dùng lực điện động ngược được tạo ra khi dòng sơ cấp đến cuộn đánh lửa bị ngắt hoặc bằng giá trị dòng điện sơ cấp. Khi ECU động cơ nhận được tín hiệu IGF nó xác định rằng việc đánh lửa đã xảy ra. (Tuy nhiên điều này không có nghĩa là thực sự đã có đánh lửa). Nếu ECU động cơ không nhận được tín hiệu IGF, ECU sẽ điều khiển ngừng phun nhiên liệu. Sự điều khiển của ESA

63

Hình 4 - 6 ESA điều khiển đánh lửa 4.3 KHÁI QUÁT VỀ VIỆC ĐIỀU KHIỂN THỜI ĐIỂM ĐÁNH Việc điều khiển thời điểm đánh lửa gồm có hai việc điều khiển cơ bản. Điều khiển đánh lửa khi khởi động: Điều khiển việc đánh lửa lúc khởi động được thực hiện bằng việc tiến hành đánh lửa ở góc trục khuỷu được xác định trước trong các điều kiện làm việc của động cơ. Góc trục khuỷu này được gọi là "góc thời điểm đánh lửa ban đầu". Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động Việc điều chỉnh đánh lửa sau khi khởi động được thực hiện bởi góc thời điểm đánh lửa ban đầu, góc đánh lửa sớm cơ bản, được tính toán theo trọng tải và tốc độ của động cơ, và các hiệu chỉnh khác nhau. Xác định góc thời điểm đánh lửa ban đầu

64

Hình 4 - 8 Góc đánh lửa Góc thời điểm đánh lửa ban đầu được xác định như sau. Khi ECU động cơ nhận được tín hiệu NE (điểm B), sau khi nhận tín hiệu G (điểm A), ECU xác định rằng đây là góc thời điểm đánh lửa ban đầu khi trục khuỷu đạt đến 50, 70 hay 100 trước điểm chết trên (khác nhau giữa các kiểu động cơ). 4.3.1 Điều khiển đánh lửa khi khởi động và điều khiển đánh lửa sau khi khởi động 4.3.1.1 Điều khiển đánh lửa khi khởi động

Hình 4 - 9 Tín hiệu đánh lửa khi khởi động

65

Khi khởi động, tốc độ của động cơ thấp và khối lượng không khí nạp cha ổn định, nên không thể sử dụng tín hiệu VG làm các tín hiệu 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 điều chỉnh trong IC dự trữ ở ECU động cơ. Ngoài ra, tín hiệu NE được dùng để xác định khi động cơ đang được khởi động, và tốc độ của động cơ là 500 vòng/phút hoặc nhỏ hơn cho biết rằng việc khởi động đang xảy ra. Tuỳ theo kiểu động cơ, có một số loại xác định động cơ đang khởi động khi ECU động cơ nhận được tín hiệu máy khởi động (STA). 4.3.1.2 Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động

Hình 4 - 10 Tín hiêu đánh lửa sau khởi động Điều chỉnh đánh lửa sau khi khởi động là việc điều chỉnh được thực hiện trong khi động cơ đang chạy sau khi khởi động. Việc điều chỉnh này được thực hiện bằng cách tiến hành các hiệu chỉnh khác nhau đối với góc thời điểm đánh lửa ban đầu và góc đánh lửa sớm cơ bản. Thời điểm đánh lửa = góc thời điểm đánh lửa ban đầu + góc đánh lửa sớm + góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh. Khi thực hiện việc điều chỉnh đánh lửa sau khởi động, tín hiệu IGT được bộ vi xử lý tính toán và truyền qua IC dự trữ này. 4.3.2 Góc đánh lửa sớm cơ bản Góc đánh lửa sớm cơ bản được xác định bằng cách dùng tín hiệu NE, tín hiệu VG hoặc tín hiệu PIM. Tín hiệu NE và VG được dùng để xác định góc đánh lửa sớm cơ bản và được lưu giữ trong bộ nhớ của ECU động cơ.

66

4.3.2.1 Điều khiển khi tín hiệu VTA

Hình 4 - 11 Đánh lửa khi tín hiêu góc mở bướm ga Khi có tín hiệu VTA , thời điểm đánh lửa là sớm theo tốc độ của động cơ. Trong một số kiểu động cơ góc đánh lửa sớm cơ bản thay đổi khi máy điều hòa không khí bật ON hoặc tắt OFF. (Xem khu vực đường nét đứt ở bên trái). Ngoài ra, trong các kiểu này, một số kiểu có góc đánh lửa sớm là 0 trong thời gian máy chạy ở tốc độ không tải chuẩn. 4.3.2.2 Điều khiển khi tín hiệu VTA bị ngắt Thời điểm đánh lửa được xác định theo tín hiệu NE và VG dựa vào các dữ liệu được lưu trong ECU động cơ. Tuỳ theo kiểu động cơ, 2 góc đánh lửa sớm cơ bản được lưu giữ trong ECU động cơ. Các dữ liệu của một trong các góc này được dùng để xác định góc đánh lửa sớm dựa trên chỉ số octan của nhiên liệu, nên có thể chọn các dữ liệu phù hợp với nhiên liệu được người lái sử dụng. Ngoài ra, một số kiểu xe có khả năng đánh giá chỉ số octan của nhiên liệu, sử dụng tín hiệu KNK để tự động thay đổi các dữ liệu để xác định thời điểm đánh lửa.

67

4.4 ĐIỀU KHIỂN DÓC ĐÁNH LỬA SỚM HIỆU CHỈNH 4.4.1 Hiệu chỉnh để hâm nóng

Hình 4 - 12 Hiệu chỉnh góc đánh lưa sớm để hâm nóng Góc đánh lửa sớm được sử dụng cho thời điểm đánh lửa khi nhiệt độ nước làm mát thấp nhằm cải thiện khả năng làm việc. Một số kiểu động cơ tiến hành hiệu chỉnh sớm lên tương ứng với khối lượng không khí nạp. Góc của thời điểm đánh lửa sớm lên xấp xỉ 15° bằng chức năng hiệu chỉnh này trong suốt thời gian ở các điều kiện cực kỳ lạnh. Đối với một số kiểu động cơ, tín hiệu VTA hoặc tín hiệu NE được sử dụng như một tín hiệu liên quan đối với việc hiệu chỉnh này. 4.4.2 Hiệu chỉnh khi quá nhiệt độ

Hình 4 - 13 Làm muộn khi động cơ quá nhiệt 68

• • •

Khi nhiệt độ của nước làm nguội quá cao, thời điểm đánh lửa được làm muộn đi để tránh kích nổ và quá nóng. Góc thời điểm đánh lửa được làm muộn tối đa là 5° bằng cách hiệu chỉnh này. Một số kiểu động cơ cũng sử dụng các tín hiệu sau đây để hiệu chỉnh. Tín hiệu lượng không khí nạp (VG ). Tín hiệu tốc độ động cơ (NE) Tín hiệu vị trí bướm ga (VTA) v.v... 4.4.3. Hiệu chỉnh để tốc độ chạy không tải ổn định

Hình 4 - 14 Hiệu chỉnh ở tốc độ không tải Nếu tốc độ của động cơ khi chạy không thay đổi từ tốc độ chạy không tải mục tiêu, ECU động cơ sẽ điều chỉnh thời điểm đánh lửa để làm cho tốc độ của động cơ được ổn định. ECU động cơ liên tục tính toán tốc độ trung bình của động cơ, nếu tốc độ của động cơ giảm xuống dưới tốc độ mục tiêu của động cơ, ECU động cơ sẽ làm thời điểm đánh lửa sớm lên theo góc đã được xác định trước. Nếu tốc độ động cơ vợt quá tốc độ chạy không tải mục tiêu, ECU động cơ sẽ làm muộn thời điểm đánh lửa theo góc đã xác định trước. Góc của thời điểm đánh lửa có thể thay đổi đến mức tối đa là ±5° bằng cách hiệu chỉnh này. Một số kiểu động cơ thực hiện góc đánh lửa sớm theo điều kiện máy điều hòa không khí bật mở hay tắt. Ngoài ra một số kiểu động cơ chỉ thực hiện việchiệu chỉnh này khi tốc độ của động cơ thấp hơn tốc độ mục tiêu của động cơ.

69

4.4.4 Hiệu chỉnh tiếng gõ

Hình 4 - 15 Hiêu chỉnh khi có tiếng gõ Nếu tiếng gõ xảy ra trong động cơ, cảm biến tiếng gõ biến đổi độ rung tạo ra bởi tiếng gõ thành tín hiệu điện áp (tín hiệu KNK) và chuyển nó đến ECU động cơ. ECU động cơ sẽ xác định xem tiếng gõ này mạnh, vừa phải hoặc yếu từ độ lớn của tín hiệu KNK. Sau đó nó hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa bằng cách làm muộn đi theo độ lớn của tín hiệu KNK. Nói khác đi, khi tiếng gõ mạnh, thời điểm đánh lửa bị muộn nhiều, và khi tiếng gõ yếu, thời điểm đánh lửa chỉ bị muộn một chút. Khi hết tiếng gõ ở động cơ, ECU động cơ ngừng làm muộn thời điểm đánh lửa và làm nó sớm lên một chút tại thời điểm được xác định trước. Việc làm sớm này được tiến hành cho đến khi tiếng gõ lại xảy ra, và sau đó khi tiếng gõ xảy ra, việc điều chỉnh lại được thực hiện lại bằng cách làm muộn thời điểm đánh lửa. Góc của thời điểm đánh lửa được làm muộn tối đa là 10° theo cách hiệu chỉnh này. Một số kiểu động cơ thực hiện việc hiệu chỉnh này gần tới phạm vi trọng tải hoàn toàn của động cơ, và các kiểu động cơ khác chỉ tiến hành việc hiệu chỉnh này trong thời gian có trọng tải cao. 70

4.4.5 Các hiệu chỉnh khác Có một số kiểu động cơ bổ sung các hiệu chỉnh sau đây vào hệ thống ESA để điều chỉnh thời điểm đánh lửa chính xác hơn. * Hiệu chỉnh phản hồi của tỷ lệ không khí - nhiên liệu Trong lúc hiệu chỉnh phản hồi của tỷ lệ không khí - nhiên liệu, tốc độ của động cơ sẽ thay đổi theo lượng phun nhiên liệu tăng/giảm. Để duy trì tốc độ chạy không tải ổn định, thời điểm đánh lửa được làm sớm lên trong thời gian hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ không khí - nhiên liệu cho phù hợp với lượng phun nhiên liệu. Việc hiệu chỉnh này không được thực hiện trong khi xe đang chạy. * Hiệu chỉnh EGR (Tuần hoàn khí xả) Khi EGR đang hoạt động và VTA bị ngắt, thời điểm đánh lửa được làm sớm lên theo khối lượng không khí nạp và tốc độ của động cơ để tăng khả năng làm việc. * Hiệu chỉnh điều khiển mômen Đối với các xe có trang bị ECT (Hộp số điều khiển bằng điện tử), ly hợp hoặc phanh của bộ truyền hành tinh của hộp số tạo ra sự va đập trong lúc thay đổi tốc độ. Một số kiểu xe sẽ làm muộn thời điểm đánh lửa để giảm mômen quay của động cơ khi chuyển lên số cao hoặc xuống số thấp để giảm thiểu va đập này. * Hiệu chỉnh chuyển tiếp Khi thay đổi từ giảm tốc sang tăng tốc, thời điểm đánh lửa sẽ sớm lên hoặc muộn đi theo sự tăng tốc. * Hiệu chỉnh điều khiển chạy xe tự động Khi xe chạy xuống dốc trong khi hệ thống điều khiển chạy xe tự động đang hoạt động, một tín hiệu được chuyển từ ECU điều khiển chạy tự động đến ECU động cơ để làm muộn thời điểm đánh lửa nhằm giảm thiểu sự thay đổi mômen quay của động cơ sinh ra bằng việc cắt nhiên liệu trong lúc phanh bằng động cơ để thực hiện việc điều khiển chạy xe tự động được trơn tru. * Hiệu chỉnh điều khiển lực kéo Thời điểm đánh lửa được làm muộn đi khi việc điều khiển lực kéo đang được thực hiện để giảm mômen quay của động cơ. 4.4.6 Điều khiển góc đánh lửa sớm lớn nhất và nhỏ nhất 71

Hình 4 – 16 Góc đánh lửa lớn nhất và nhỏ nhất Khi có sự cố với thời điểm đánh lửa được xác định trước từ thời điểm đánh lửa ban đầu, góc đánh lửa sớm cơ bản và góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh, nó sẽ tác động có hại đến hiệu suất của động cơ. Để ngăn chặn điều này, ECU động cơ sẽ điều chỉnh góc đánh lửa thực tế (thời điểm đánh lửa) để làm cho tổng của góc đánh lửa sớm cơ bản và góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị được xác định. 4.4.7 Kiểm tra thời điểm đánh lửa

Hình 4 – 17 Kiểm tra đánh lửa

72

•

• • •

Góc thời điểm đánh lửa được đặt cố định trong quá trình điều chỉnh/kiểm tra thời điểm đánh lửa được gọi là "Thời điểm đánh lửa tiêu chuẩn". Thời điểm đánh lửa tiêu chuẩn này gồm có thời điểm đánh lửa ban đầu và góc đánh lửa sớm cố định*. *Góc đánh lửa sớm cố định là giá trị được tạo ra trong khi điều chỉnh thời điểm đánh lửa được lưu giữ trong ECU động cơ và việc điều chỉnh đó không liên quan đến việc hiệu chỉnh được sử dụng trong thời gian xe chạy bình thường. Việc điều chỉnh/kiểm tra thời điểm đánh lửa được tiến hành như sau. Tạo ra một ngắn mạch bằng cách nối tắt cực TE1 (TC) với E1 (CG) của giắc DLC1, DLC2, hoặc DLC3, và đặt thời điểm đánh lửa tiêu chuẩn. Thời điểm đánh lửa tiêu chuẩn này khác nhau theo kiểu xe được thể hiện trong bảng ở bên trái. Vì vậy khi tiến hành việc điều chỉnh này, hãy tham khảo Sách hướng dẫn sửa chữa thích hợp. Khi thời điểm đánh lửa chuẩn không thích hợp, cần phải điều chỉnh. Khi tín hiệu VTA ngắt, mặc dù có ngắn mạch giữa các cực TE1 (TC) và E1 (CG), thì không thể đặt được thời điểm đánh lửa. Đối với các kiểu xe hiện nay, không thể điều chỉnh thời điểm đánh lửa, vì các cảm biến của các tín hiệu G và NE được cố định vào động cơ

73

Chương 5 CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ KHÔNG TẢI ISC 5.1. CÔNG DỤNG VÀ SƠ ĐỒ Để điều khiển tốc độ không tải, người ta cho thêm một lượng không khí đi tắt qua cánh bướm ga, vào động cơ nhằm tăng lượng hỗn hợp để giữ tốc độ không tải để động cơ hoạt động ở các chế độ tải khác nhau. Lượng không khí đi tắt này được kiểm soát bởi 1 van điện gọi là van điều khiển tốc độ không tải ISC (Idle Speed Control).

Van ISC Loïc gioù

Khoâng khí

khoang khí naïp

ECU ñoäng cô

Caûm bieán

Hình 5 - 1 Sơ đồ hệ thống ISC

74

5.2. CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ISC 5.2.1. Chế độ khởi động Khi động cơ ngưng hoạt động, tức không có tín hiệu tốc độ động cơ gởi đến ECU thì van điều khiển mở hoàn toàn, giúp động cơ khởi động lại dễ dàng. 5.2.2. Chế độ sau khởi động Nhờ thiết lập trạng thái khởi động ban đầu, việc khởi động dễ dàng và lượng gió phụ vào nhiều hơn. Tuy nhiên, khi động cơ đã nổ (tốc độ tăng) nếu van vẫn mở lớn hoàn toàn thì tốc độ động cơ sẽ tăng quá cao. Vì vậy, khi động cơ đạt được một tốc độ nhất định (phụ thuộc và nhiệt độ nước làm mát), ECU gởi tín hiệu đến van điều khiển cầm chừng để đóng từ vị trí mở hoàn toàn đến vị trí được ấn định theo nhiệt độ nước làm mát.

Hình 5 - 2. Điều khiển cầm chừng ở chế độ sau khởi động. Ví dụ động cơ khởi động khi nhiệt độ nước làm mát ở 20 0C thì van điều khiển sẽ đóng dần từ vị trí mở hoàn toàn A đến điểm B để đạt tốc độ ấn định. 5.2.3. Chế độ hâm nóng Khi nhiệt độ động cơ tăng lên, van điều khiển tiếp tục đóng từ B→C cho đến khi nhiệt độ nước làm mát đạt 800C

Hình 5 - 3. Điều khiển cầm chừng ở chế độ hâm nóng 75

5.2.4. Chế độ máy lạnh Khi động cơ đang hoạt động, nếu ta bật điều hòa không khí, do tải của máy nén lớn sẽ làm tốc độ cầm chừng động cơ tụt xuống. Nếu sự chênh lệch tốc độ thật sự của động cơ và tốc độ ổn định của bộ nhớ lớn hơn 20v/p thì ECU sẽ gởi tín hiệu đến van điều khiển để tăng lượng khí thêm vào qua đường bypass nhằm mục đích tăng tốc độ động cơ khoảng 100v/p. Ở những xe có trang bị ly hợp máy lạnh điều khiển bằng ECU, khi bật công tắc máy lạnh ECU sẽ gởi tín hiệu tới van điều khiển trước để tăng tốc độ cầm chừng sau đó đến ly hợp máy nén để tránh tình trạng động cơ đang chạy bị khựng đột ngột.

Hình 5 - 4. Chế độ máy lạnh 5.2.5. Chế độ theo tải máy phát. Khi bật các phụ tải điện công suất lớn trên xe, tải động cơ sẽ tăng do lực cản của máy phát lớn. Để tốc độ cầm chừng ổn định trong trường hợp này, ECU sẽ bù thêm nếu thấy tải của máy phát tăng. Để nhận biết tình trạng tải của máy phát có hai cách: lấy tín hiệu từ công tắc đèn, xông kính (TOYOTA) hoặc lấy tín hiệu từ cọc FR của máy phát (HONDA).

Hình 5.5. Điều khiển cầm chừng theo tải của máy phát 76

5.6. Theo tín hiệu từ hộp số tự động Khi tay số ở vị trí “R”, “P”, hoặc “D”, một tín hiệu điện áp được gởi về ECU để điều khiển mở van cho một lượng khí phụ vào làm tăng tốc độ cầm chừng.

Hình 5.6. Tín hiệu từ hộp số tự động 5.3. CÁC LOẠI VAN ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ KHÔNG TẢI 5.3.1.1. Kiểu van xoay

Hình 5- 7 Hoạt động mở van, đóng van kiểu van xoay 77

Nguyên tắc làm việc cho một lượng khí tắt qua cánh bướm ga theo sự điều khiển từ ECU. Cấu tạo như Hình 5 - 7: - Nam châm vĩnh cửu: Đặt ở đầu trục van có hình trụ. Nó sẽ quay dưới tác dụng lực đẩy hoặc kéo của hai cuộn A và B. - Van: Đặt treo ở tiết diện giữa của trục van. Nó sẽ điều khiển lượng gió đi qua mạch rẽ. Van xoay cùng với trục của nam châm. - Cuộn A và B: Đặt đối diện nhau, ở giữa là nam châm vĩnh cửu. ECU nối mass một trong hai cuộn dây để điều khiển đóng mở van. - Cuộn lò xo lưỡng kim: dùng để điều khiển đóng mở van theo nhiệt độ nước khi mạch điều khiển điện không làm việc. Một đầu cuộn lò xo lưỡng kim được bắt vào chốt cố định, còn điểm kia bắt vào chấu bảo vệ. Trên chấu bảo vệ có một rãnh, một chốt xoay liền với trục van sẽ đi vào rãnh này. Chốt xoay sẽ không kích hoạt sự hoạt động của lò xo lưỡng kim khi hệ thống điều khiển cầm chừng hoạt động tốt cũng như lúc lò xo lưỡng kim không tiếp xúc với mặt cắt có vát rãnh trên chấu bảo vệ. Cơ cấu này là thiết bị an toàn không cho tốc độ cầm chừng quá cao hay quá thấp do mạch điện bị hư hỏng. Mạch điện:

Hình 5- 8 Mạch điện kiểu van xoay

78

5.3.2. Kiểu motor bước (Stepper motor)

Hình 5 - 9 Cấu tạo của motor bước Van điều khiển trên Hình 5.9 là loại motor bước. Motor này có thể quay cùng chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ để van di chuyển theo hướng đóng hoặc mở. Motor được điều khiển bởi ECU. Mỗi lần dịch chuyển là một bước, từ vị trí đóng hoàn toàn đến mở hoàn toàn có 125 bước (số bước có thể thay đổi). Việc di chuyển sẽ làm tăng giảm tiết diện cho gió qua. Lưu lượng gió đi qua van rất lớn nên ta không cần dùng van gió phụ trội cũng như vít chỉnh tốc độ cầm chừng cũng được vặn kín hoàn toàn. Rotor: gồm một nam châm vĩnh cửu 16 cực. Số cực phụ thuộc vào từng loại động cơ. Stator: Gồm hai bộ lõi, 16 cực xen kẽ nhau. Mỗi lõi được quấn hai cuộn dây ngược chiều nhau. * Hoạt động: ECU điều khiển các transistor lần lượt nối mass cho cuộn stator. Dựa vào nguyên lý: các cực cùng tên đẩy nhau, các cực khác tên hút nhau sẽ tạo ra một lực từ làm xoay rotor một bước. Chiều quay của rotor sẽ thay đổi nhờ sự thay đổi thứ tự dòng điện đi vào bốn cuộn stator. Với loại rotor và stator 16 cực, cứ mỗi lần dòng điện đi qua các cuộn dây thì rotor quay được 1/32 vòng. Vì trục van gắn liền với rotor nên khi rotor quay, trục van di chuyển ra vào làm giảm hoặc tăng khe hở giữa van với bệ van. 79

Hình 5.10. Hoạt động của kiểu motor bước * Mạch điện: Tốc độ cầm chừng quy định đã được lưu trữ trong bộ nhớ theo trạng thái hoạt động của máy điều hoà và giá trị của nhiệt độ nước làm mát. Khi ECU nhận tín hiệu từ công tắc cánh bướm ga và tốc độ động cơ báo cho biết là đang ở chế độ cầm chừng thì nó sẽ mở theo thứ tự từ transistor Tr1 đến Tr4 cho dòng điện qua stator điều khiển mở hoặc đóng van cho đến khi đạt tốc độ ấn định.

Hình 5 - 11. Mạch điện của kiểu motor bước 80

5.3.1.2. Kiểu Solenoid

Hình 5 - 12 Cấu tạo của kiểu solenoid Cuộn solenoid được ECU điều khiển theo độ hổng xung. Khi có tín hiệu solenoid sẽ hoạt động làm thay đổi khe hở giữa van solenoid và bệ van cho gió vào nhiều hay ít. Cứ khoảng 120ms cuộn dây của van được nhận một xung điện (ON-OFF). Vì tần số đóng mở khá lớn nên có thể coi như các cuộn dây được cấp điện liên tục, song giá trị trung bình của dòng điện được tính bằng tỉ số giữa thời gian cấp điện (ON) và thời gian ngắt điện (OFF). Tỉ số này gọi là chỉ số làm việc W được tính theo công thức:

Trong đó:

Hình 5 - 13. Dạng xung của kiểu Solenoid A: Có dòng (ON) B: Không có dòng (OFF)

81

Nếu muốn van mở ít thì xung điều khiển có chỉ số làm việc W nhỏ và ngược lại.

Hình 5 - 14. Xung làm việc cao-thấp của solenoid - Mạch điện

Hình 5 - 15. Mạch điện của van điều khiển cầm chừng kiểu solenoid

82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tài liệu đào tạo của hãng TOYOTA 2. Trang bị điện và điện tử trên ô tô của PGS.TS Đỗ Văn Dũng 3. Hệ thống phun xăng điện tử EFI của Nguyễn Oanh 4. Cẩm nang sửa chữa động cơ 1NZ – FE của TOYOTA 5. Giáo trình phun xăng điện tử của Trường cao đẳng SPKT Vĩnh Long 6. Các tài liệu khác trên mạng internet

83