nghiên cứu hệ thống điều khiển động cơ xăng xe Mazda cx5

Động cơ với hệ thống điều khiển điện tử chính là xu hướng phát triển của động cơ ô tô ngày nay và trong tương lai. Nó làm việc dựa trên nguyên lý: dùng các cảm biến để thu nhập các thông số trong quá trình điều khiển xe (như cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến lưu lượng khí nạp. v. v..) sau đó được mã hóa và đưa vào bộ xử lý trung tâm ECU, bộ xử lý này sẽ xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ. Do đó, việc khai thác và sử dụng động cơ hiện đại này là một tất yếu cho sự phát triển ngành công nghiệp ô tô ở Việt Nam. Hiện nay, ở nước ta có rất nhiều loại xe sử dụng hệ thống điều khiển điện tử. Trong đó, động cơ Skyactive trên xe Mazda CX5 sử dụng công nghệ này. Điều này không chỉ đáp ứng nhu cầu của người sử dụng mà còn đáp ứng về nhu cầu tiết kiệm nhiên liệu và những quy định gắt gao về khí thải và ô nhiễm môi trường. Đó cũng là lý do em chọn đề tài của mình là: “NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XĂNG TRÊN XE MAZDA CX5”. Đề tài của em bao gồm các phần sau: Chương 1: Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ xăng trên ô tô. Chương 2: Phân tích hệ thống điều khiển động cơ xăng trên xe Mazda CX5. Chương 3: Quy trình kiểm tra, chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ xăng trên xe Mazda CX5.

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XĂNG7

1.1 Khái quát hệ thống phun xăng điện tử EFI 7

1.1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống phun xăng điện tử 7

1.1.2 Ưu điểm của hệ thống phun xăng điện tử 8

1.2 Thuật toán điều khiển lập trình và nguyên lý điều khiển động cơ 9

1.2.1 Một số khái niệm về hệ thống điều khiển tự động sử dụng trên ôtô 9 1.2.2 Thuật toán điều khiển lập trình cho ECU 11

1.3 Phân loại hệ thống phun xăng 12

1.3.1 Phân loại theo điểm phun 12

1.3.2 Phân loại theo phương pháp điều khiển kim phun 12

1.3.3 Phân loại theo thời điểm phun xăng 12

1.3.4 Phân loại theo mối quan hệ giữa các kim phun 13

1.3.5 Nguyên lý hoạt động: 13

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XĂNG TRÊN XE MAZDA CX 5 15

2.1 Giới thiệu về động cơ lắp trên Mazda CX 5 15

2.1.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ 15

2.1.2 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng điện tử 18

2.2 Hệ thống nhiên liệu 19

2.2.1 Bơm nhiên liệu 20

2.2.2 Bộ ổn định áp suất 21

2.2.3 Bộ giảm rung động 22

2.2.4 Bộ lọc nhiên liệu 22

2.2.5 Vòi phun nhiên liệu 23

2.3 Hệ thống nạp khí 25

2.3.1 Lọc không khí 26

2.3.2 Cổ họng gió 26

2.3.3 Ống góp hút và đường ống nạp: 27

2.4 Hệ thống đánh lửa 28

2.4.1 Các cảm biến chính sử dụng cho hệ thống đánh lửa 29

2.4.2 Cấu tạo chính của hệ thống đánh lửa trực tiếp trên xe Mazda CX-5 .38

2.4.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa 46

CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH KIỂM TRA, CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XĂNG TRÊN XE MAZDA CX-5 51

3.1 Các hư hỏng thường gặp 51

3.2 Chẩn đoán hệ thống đánh lửa 51

3.3 Kiểm tra hệ thống đánh lửa 53

3.3.1 Kiểm tra nhanh bằng quan sát 53

3.3.2 Kiểm tra bằng dụng cụ đo 54

3.3.3 Bảo trì hệ thống đánh lửa 57

3.3.4 Kiểm tra các dây điện thứ cấp 58

3.3.5 Kiểm tra roto và nắp bộ phân phối 58

3.3.6 Kiểm tra cuộn dây đánh lửa 58

KẾT LUẬN 60

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

DANH MỤC HÌNH Ả

Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống hở 9

Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển có cơ cấu phản hồi 9

Hình 1 3: Sơ đồ nguyên lý điều khiển tự động trên ô tô 10

Hình 1 4: Thuật toán điều khiển động cơ 11

Hình 1 5: Kết cấu cơ bản của EFI 14Y Hình 2 1: Sơ đồ các bộ phận trong hệ thống điều khiển động cơ Mazda cx-5 16

Hình 2 2: Tổng quan sơ đồ cấu trúc điều khiển 17

Hình 2 3: Thông số cơ bản của xe Mazda CX-5 18

Hình 2 4: Thông số hệ thống đánh lửa Mazda CX5 19

Hình 2 5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng điện tử 19

Hình 2 6: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu 20

Hình 2 7: Kết cấu của bơm xăng điện 21

Hình 2 8: Kết cấu bộ ổn định áp suất 22

Hình 2 9: Bộ giảm rung động 23

Hình 2 10: Kết cấu bộ lọc nhiên liệu 24

Hình 2 11: Kết cấu vòi phun nhiên liệu 25

Hình 2 12: Kết cấu cổ họng gió 28

Hình 2 13: Ống góp hút và đường ống nạp 29

Hình 2 14: Hệ thống đánh lửa trực tiếp 29

Hình 2 15: Cảm biến vị trí trục cam 31

Hình 2 16: Dạng sóng tín hiệu của cảm biến vị trí trục cam 32

Hình 2 17: Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga 32

Hình 2 18: Cảm biến lưu lượng khí nạp 34

Hình 2 19: Mạch điện của cảm biến lưu lượng khí nạp 34

Hình 2 20: Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ 36

Hình 2 21: Góc đánh lửa sớm và quá trình cháy 37

Hình 2 22: Điều khiển góc đánh lửa sớm 38

Hình 2 23: Cấu tạo bugi 40

Hình 2 24: Sự lan truyền của ngọn lửa 42

Hình 2 25: Đặc tính phóng điện 43

Hình 2 26: Đặc tính đánh lửa 43

Hình 2 27: Trạng thái làm việc của bugi 44

Hình 2 28: Cuộn đánh lửa IC và giắc cắm 45

Hình 2 29: Cấu tạo bô bin đánh lửa 46

Hình 2 30: Mạch điện đóng sơ cấp 47

Hình 2 31: Sơ đồ mạch điện dòng thứ cấp 48

Hình 2 32: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đánh lửa trên xe Mazda CX-5 48

Hình 2 33: Sơ đồ khái hệ thống đánh lửa kỹ thuật số 50

MỞ ĐẦU

 Lí do chọn đề tài

Ngày nay nền công nghiệp ô tô nói chung nền công nghiệp ô tô Việt Nam nóiriêng ngày càng lớn mạnh Nhiều hãng xe, thương hiệu với nhiều mẫu mã chủngloại với kỹ thuật tiên tiến lần lượt được ra đời Bên cạnh đó khoa học, kỹ thuậtkhông ngừng phát triển làm cho mức sống của người dân được tăng cao, do đónhu cầu đi lại cũng được nâng cao Điều đó buộc các nhà sản xuất và cung cấpcác phương tiện giao thông phải cho ra đời nhiều sản phẩm với những mẫu mã đadạng và hoàn thiện hơn Cùng với đó tính tiện nghi ngày càng hiện đại hơn.Trong đó, phải kể đến tính năng êm dịu và tiết kiệm nhiên liệu phải được tính đến

để đem lại lợi ích kinh tế cho người tiêu dùng

Để có được sự êm dịu và tiết kiệm nhiên liệu đó, ngoài những quy định nghiêmngặt không thể thiếu trong quá trình chế tạo lắp rắp, làm thế nào để sử dụngchúng một cách hiệu quả nhất cũng là một vấn đề quan trọng không kém

Vấn đề đặt ra làm thế nào để khai thác hiệu quả nhất động cơ hiện đại của mộtchiếc ô tô hiện đại

Động cơ với hệ thống điều khiển điện tử chính là xu hướng phát triển của động

cơ ô tô ngày nay và trong tương lai Nó làm việc dựa trên nguyên lý: dùng cáccảm biến để thu nhập các thông số trong quá trình điều khiển xe (như cảm biếntốc độ động cơ, cảm biến lưu lượng khí nạp v v ) sau đó được mã hóa và đưavào bộ xử lý trung tâm ECU, bộ xử lý này sẽ xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiểnđộng cơ Do đó, việc khai thác và sử dụng động cơ hiện đại này là một tất yếucho sự phát triển ngành công nghiệp ô tô ở Việt Nam

Hiện nay, ở nước ta có rất nhiều loại xe sử dụng hệ thống điều khiển điện tử.Trong đó, động cơ Skyactive trên xe Mazda CX-5 sử dụng công nghệ này Điềunày không chỉ đáp ứng nhu cầu của người sử dụng mà còn đáp ứng về nhu cầutiết kiệm nhiên liệu và những quy định gắt gao về khí thải và ô nhiễm môi trường

Đó cũng là lý do em chọn đề tài của mình là: “NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XĂNG TRÊN XE MAZDA CX5” Đề tài của em

bao gồm các phần sau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ xăng trên ô tô

Chương 2: Phân tích hệ thống điều khiển động cơ xăng trên xe Mazda CX-5.Chương 3: Quy trình kiểm tra, chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ xăng trên

xe Mazda CX-5

Trong quá trình làm đồ án do trình độ và kiến thức thực tế còn hạn chế, thờigian ngắn nên khó tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự đóng góp

ý kiến của các thầy

Đồ án được hoàn thành đúng tiến độ nhờ có sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình củathầy giáo trong bộ môn công nghệ ô tô cùng với sự đóng góp ý kiến của bạn bè.Đặc biệt là sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy giáo Nguyễn Mạnh Dũng và bạn bè đãđóng góp ý kiến

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Hiếu Nguyễn Minh Hiếu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XĂNG 1.1 Khái quát hệ thống phun xăng điện tử EFI

1.1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống phun xăng điện tử

Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp – ông Stevan – đã nghĩ ra cách phunnhiên liệu cho một máy nén khí Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phunnhiên 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 trênđộng cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp) Tuy nhiên, sau đósáng kiến này đã được ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấpnhiên liệu cho máy bay ở Đức Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trongviệc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí Trong hệ thống phun xăng này, nhiênliệu được phun liên tục vào trước supap hút nên có tên gọi là K – Jetronic (K –Konstant – liên tục, Jetronic – phun) K – Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng dụngtrên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển các

hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE – Jetronic, Mono – Jetronic, L – Jetronic,Motronic…

Tên tiếng Anh của K – Jetronic là CIS (continuous injection system) đặc trưngcho các hãng xe Châu Âu và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K – Jetronicvới các 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 nhiềunhược điểm nên đầu những năm 80, BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun sử dụngkim phun điều khiển bằng điện Có hai loại: hệ thống L – Jetronic (lượng nhiên liệuphun được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D – Jetronic (lượng nhiênliệu phun được xác định dựa vào áp suất trên đường ống nạp)

Đến năm 1984, người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệthống phun xăng L – Jetronic và D – Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng vớiđộng cơ 4A – ELU) Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L– Jetronic thay cho bộ chếhoà khí của xe Nissan Sunny

Song song với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánhlửa theo chương trình (ESA – Electronic Spark Advance) cũng được đưa vào sử dụngvào những năm đầu thập kỷ 80 Sau đó, vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửatrực tiếp (DIS – Direct Ignition System) ra đời, cho phép không sử dụng delco và hệthống này đã có mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới

Ngày nay, gần như tất cả các ôtô đều được trang bị hệ thống điều khiển động

cơ cả động cơ xăng và động cơ Diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng đượccác yêu cầu gắt gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu Thêm vào đó công suấtđộng cơ cũng được cải thiện rõ rệt

Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời Đó làđộng cơ phun xăng trực tiếp GDI (Gasoline Direct Injection) Trong tương lai gần,chắc chắn GDI sẽ được sử dụng rộng rãi.

1.1.2 Ưu điểm của hệ thống phun xăng điện tử.

Hệ thống phun xăng có nhiều ưu điểm hơn bộ chế hòa khí là:

 Dùng áp suất làm tơi xăng thành những hạt bụi sương hết sức nhỏ

 Phân phối hơi xăng đồng đều đến từng xylanh một và giảm thiểu xu hướngkích nổ bởi hòa khí loãng hơn

 Động cơ chạy không tải êm dịu hơn

 Tiết kiệm nhiên liệu nhờ điều khiển được lượng xăng chính xác, bốc hơi tốt,phân phối xăng đồng đều

 Giảm được các khí thải độc hại nhờ hòa khí loãng

 Mômen xoắn của động cơ phát ra lớn hơn, khởi động nhanh hơn, xấy nóngmáy nhanh và động cơ làm việc ổn định hơn

 Tạo ra công suất lớn hơn, khả năng tăng tốc tốt hơn do không có họng khuếchtán gây cản trở như động cơ chế hòa khí

 Hệ thống đơn giản hơn bộ chế hòa khí điện tử vì không cần đến cánh bướm giókhởi động, không cần các vít hiệu chỉnh

 Gia tốc nhanh hơn nhờ xăng bốc hơi tốt hơn lại được phun vào xylanh tận nơi

1.2 Thuật toán điều khiển lập trình và nguyên lý điều khiển động cơ

1.2.1 Một số khái niệm về hệ thống điều khiển tự động sử dụng trên ôtô

 Hệ thống điều khiển tự động

Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống không có sự tham gia trực tiếp của conngười trong quá trình điều khiển

 Hệ thống điều khiển vòng hở

Là hệ thống thực hiện nguyên tắc khống chế cứng Tức là tín hiệu ra Y không cần

đo lường để đưa trở về ban đầu Mọi sự thay đổi của tín hiệu ra Y không phản ánhvào TBĐK Tín hiệu X đặt vào như thế nào thì tín hiệu Y ra như thế ấy, khả năngphản hồi của hệ thống hở không có

X1

Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống hở

Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển có cơ

cấu phản hồi

Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng

Một trong những vấn đề chủ yếu mà điều khiển tự động trên ô tô phải giải quyết làđiều khiển các thông số ra của các hệ thống trang bị trên xe sao cho đảm bảo tínhnăng và sự an toàn của ô tô là tốt nhất trong mọi điều kiện hoạt động Đối với ôtô khivận hành luôn có sự thay đổi về tốc độ, tải trọng, khí hậu môi trường, điều kiện mặtđường … Vì cần phải điều khiển các thông số ra cho những hệ thống trên ô tô khá đadạng và phức tạp, ngoài ra các hệ thống này còn chịu ảnh hưởng của những tác độngbên ngoài Do vậy, điều khiển tự động trên ôtô thường áp dụng hệ thống điều khiểnkín và có hồi tiếp Sự áp dụng loại hệ thống này tạo được mối liên hệ trực tiếp giữanhững tác động cần thiết để điều khiển hệ thống với các thông số hoạt động của hệthống đồng thời loại bỏ những tác động nhiễu đến thông số này đảm bảo cho giá trịcủa chúng luôn phù hợp với giá trị mà ta mong muốn

Các hệ thống được điều khiển tự động trang bị trên ôtô hiện nay là những hệ thốngđiều khiển bằng máy tính (Computer Control System)

 Các cảm biến có vai trò xác định thông tin và hoạt động của động cơ cũng nhưcác thông tin về môi trường ngoài có liên quan đến sự hoạt động của động cơ, nhữngthông tin này ở dạng các tín hiệu địên áp (Electric Signals) được cảm biến gửi về bộ

vi xử lý thông qua thiết bị giao tiếp đầu vào (khuyếch đại, chuyển đổi A/D …)

 Bộ vi xử lý sẽ so sánh những thông tin này so với những thông tin trong bộ nhớmáy tính để từ đó phát ra tín hiệu điều khiển thích hợp Tín hiệu điều khiển U đượcgửi đến các thiết bị thực hiện thông qua các thiết bị kiểm soát giao tiếp đầu ra để tácđộng điều khiển các thông số hoạt động của động cơ

Các cảm biến

Các thiết bị giao tiếp đầu vào

Thiết

bị giao tiếp đầu ra Compurator

Hình 1 3: Sơ đồ nguyên lý điều khiển tự động trên ô tô

1.2.2 Thuật toán điều khiển lập trình cho ECU.

Hình 1 4: Thuật toán điều khiển động cơ

1.3 Phân loại hệ thống phun xăng.

1.3.1 Phân loại theo điểm phun.

 Hệ thống phun xăng đơn điểm (phun một điểm): Kim phun đặt ở cổ ống góp

hút chung cho toàn bộ các xi lanh của động cơ, bên trên bướm ga

 Hệ thống phun xăng đa điểm (phun đa điểm ): mỗi xy lanh của động cơ được

bố trí 1 vòi phun phía trước xupáp nạp

1.3.2 Phân loại theo phương pháp điều khiển kim phun.

 Phun xăng điện tử: Được trang bị các cảm biến để nhận biết chế độ hoạt độngcủa động cơ (các sensors) và bộ điều khiển trung tâm (computer) để điều khiểnchế độ hoạt động của động cơ ở điều kiện tối ưu nhất

 Phun xăng thủy lực: Được trang bị các bộ phận di động bởi áp lực của gió haycủa nhiên liệu Điều khiển thủy lực sử dụng cảm biến cánh bướm gió và bộ phânphối nhiên liệu để điều khiển lượng xăng phun vào động cơ Có một vài loại xetrang bị hệ thống này

 Phun xăng cơ khí: Được điều khiển bằng cần ga, bơm cơ khí và bộ điều tốc đểkiểm soát số lượng nhiên liệu phun vào động cơ

1.3.3 Phân loại theo thời điểm phun xăng.

 Hệ thống phun xăng gián đoạn: Đóng mở kim phun một cách độc lập, khôngphụ thuộc vào xupáp Loại này phun xăng vào động cơ khi các xupáp mở ra hayđóng lại Hệ thống phun xăng gián đoạn còn có tên là hệ thống phun xăng biếnđiệu

 Hệ thống phun xăng đồng loạt: Là phun xăng vào động cơ ngay trước khixupáp nạp mở ra hoặc khi xupáp nạp mở ra Áp dụng cho hệ thống phun dầu

 Hệ thống phun xăng liên tục: Là phun xăng vào ống góp hút mọi lúc Bất kì lúcnào động cơ đang chạy đều có một số xăng được phun ra khỏi kim phun vào động

cơ Tỉ lệ hòa khí được điều khiển bằng sự gia giảm áp suất nhiên liệu taị các kimphun Do đó lưu lượng nhiên liệu phun ra cũng được gia giảm theo

1.3.4 Phân loại theo mối quan hệ giữa các kim phun.

 Phun theo nhóm đơn: Hệ thống này, các kim phun được chia thành 2 nhómbằng nhau và phun luân phiên Mỗi nhóm phun một lần vào một vòng quay cốtmáy

 Phun theo nhóm đôi: Hệ thống này, các kim phun cũng được chia thành 2nhóm bằng nhau và phun luân phiên

 Phun đồng loạt: Hệ thống này, các kim phun đều phun đồng loạt vào mỗi vòngquay cốt máy Các kim được nối song song với nhau nên ECU chỉ cần ra mộtmệnh lệnh là các kim phun đều đóng mở cùng lúc

 Phun theo thứ tự: Hệ thống này, mỗi kim phun một lần, cái này phun xong tớicái kế tiếp

1.3.5 Nguyên lý hoạt động:

Hệ thống EFI sử dụng các cảm biến khác nhau để phát hiện tình trạng của động

cơ và điều kiện chạy của xe Và ECU động cơ tính toán lượng phun nhiên liệu tối ưu

và làm cho các vòi phun phun nhiên liệu

Hình 1 5: Kết cấu cơ bản của EFI

 ECU động cơ: ECU này tính thời gian phun nhiên liệu tối ưu dựa vào các tínhiệu từ các cảm biến

 Cảm biến lưu lượng khí nạp hoặc cảm biến áp suất đường ống nạp: Cảm biếnnày phát hiện khối lượng không khí nạp hoặc áp suất của ống nạp

 Cảm biến vị trí trục khuỷu: Cảm biến này phát hiện góc quay trục khuỷu và tốc

độ của động cơ

 Cảm biến vị trí trục cam: Cảm biến này phát hiện góc quay chuẩn và thời điểmcủa trục cam

 Cảm biến nhiệt độ nước: Cảm biến này phát hiện nhiệt độ của nước làm mát

 Cảm biến vị trí bướm ga: Cảm biến này phát hiện góc mở của bướm ga

 Cảm biến oxy: Cảm biến này phát hiện nồng độ của oxy trong khí xả

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XĂNG

TRÊN XE MAZDA CX 5 2.1 Giới thiệu về động cơ lắp trên Mazda CX 5

2.1.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ Mazda CX-5

2.1.1.1 Mô tả hệ thống

Các chức năng của hệ thống điều khiển động cơ bao gồm SKYACTIV-G,

SKYACTIV-CNG, SKYACTIV-X.vv,…chúng điều khiển các tính năng cơ bản của động

cơ, chức năng chẩn đoán, rất hữu ích khi sửa chữa, chức năng dự phòng và an toàn chỉ hoạt động khi có trục trặc trong các hệ thống điều khiển này Ngoài ra, còn có các thiết bị điều khiển phụ trên động cơ như hệ thống điều khiển cắt số truyền tăng, hệ thống điều khiển khí nạp, hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu v.v Các chức năng này đều được điều khiển bằng ECU động cơ.

2.1.1.2 Chức năng của hệ thống điều khiển động cơ

Ngày nay với sự ra đời và phát triển mạnh của khoa học - công nghệ tự động điều khiển đã làm cơ sở và nền tảng cho việc thiết lập các hệ thống điều khiển theo chương trình

Hình 2 1: Sơ đồ các bộ phận trong hệ thống điều khiển động cơ

Mazda cx-5

trên động cơ SKYACTIV đã giải quyết được các vấn đề hiện đang đặt ra như: công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, khí thải…

EFI (phun xăng điện tử) ESA (đánh lửa sớm điện tử) ISC (điều khiển tốc độ không tải) Chức năng chẩn đoán

Chức năng an toàn Chức năng dự phòng Các hệ thống điều khiển khác

2.1.1.3 Kết cấu của hệ thống điều khiển động cơ

Tín hiệu G, Ne

Lưu lượng gió (MAP)

Nhiệt độ nước làm mát

Nhiệt độ khí nạp

Vị trí bướm ga

Tín hiệu khởi động

Cảm biến oxy

Điện áp accu

Các cảm biến khác

Hệ thống nhiên liệu

E C U

Hình 2 3: Thông số cơ bản của xe Mazda CX-5

Động cơ lắp trên xe Mazda CX 5 là động cơ: SKYACTIV-G 2.0 Mazda CX 5mới sử dụng động cơ xăng 4 kỳ 1.997 lít với hệ thống 4 xy lanh thẳng hàng bố trínằm ngang mang lại sự vận hành tối ưu cho động cơ, cũng như tiết kiệm nhiên liệu,tăng độ bền và đặc biệt giảm thiểu ô nhiễm nhờ tuân theo tiêu chuẩn Euro 4 về khíthải Công suất cực đại 113/6.200 (hp/rpm), mô-men xoắn tối đa là 194/4.100(Nm/rpm) Hệ thống đánh lửa dùng bộ chia điện điều khiển điện tử thông minh

Hình 2 4: Thông số hệ thống đánh lửa Mazda CX5

2.1.2 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng điện tử

Hình 2 5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng điện tử

1 Thùng xăng; 2 Bơm xăng; 3 Lọc xăng; 4 Kim phun; 5 Bộ điều áp; 6 Cảm biến

vị trí bướm ga; 7 Cảm biến lưu lượng khí nạp; 8 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát;

9 Cảm biến trục khủy; 10 Cảm biến oxy; 11 Cổ xả; 12 Lọc không khí; 13 Cảm biến nhiệt độ không khí; 14 Bướm ga.

2.2 Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ có nhiệm vụ cung cấp một lượngnhiên liệu nhất định, đúng thời điểm và phù hợp với các chế độ làm việc vào buồngcháy động cơ

Hệ thống bao gồm thùng nhiên liệu, bơm nhiên liệu, lọc nhiên liệu, các đườngống, bộ dao động, ống phân phối, các kim phun, kim phun khởi động và bộ điều áp

Hình 2 6: Sơ đồ hệ thống cung cấp 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; 5 Tín hiệu từ cảmbiến nhiệt độ nước làm mát; 6 Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khủy; 7 Tín hiệu từcảm biến túi khí; 8 Bình chứa nhiên liệu; 9 Bơm xăng; 10 Bộ lọc xăng; 11 Bộ điềuáp; 12 Bộ giảm rung; 13 Ống phân phối; 14 Vòi phun nhiên liệu

Nhiên liệu được hút từ thùng nhiên liệu bằng bơm và đưa nhiên liệu có áp suấtqua lọc nhiên liệu đến các vòi phun chính Bộ giảm rung động có tác dụng hấp thụcác dao động nhỏ của áp suất nhiên liệu do sự phun nhiên liệu gây ra Các vòi phun

sẽ phun nhiên liệu có áp suất vào đường ống nạp tùy theo các tín hiệu điều khiển củaECU Trên xe Madaz Cx5 sử dụng hệ thống nhiên liệu không có đường hồi Bộ điều

áp, lọc nhiên liệu và bơm nhiên liệu lắp thành môđun và đặt trong bình xăng Vòiphun có 12 lỗ đảm bảo sự phun nhiên liệu ở dạng sương

2.2.1 Bơm nhiên liệu

Bơm nhiên liệu được sử dụng để cung cấp nhiên liệu với áp suất cao cho hệthống vòi phun, chúng thường là các bơm điều khiển điện

Bơm nhiên liệu là loại bơm cánh gạt được đặt trong thùng xăng, do đó loại bơmnày ít sinh ra tiếng ồn, rung động hơn so với loại trên đường ống và nhiên liệu sẽ giúplàm mát, bôi trơn chi tiết bên trong bơm, làm giảm nguy cơ bị thiếu nhiên liệu khi xephanh hoặc tăng tốc khiến xăng dồn về một phía

Hình 2 7: Kết cấu của bơm xăng điện

1 Van một chiều; 2 Van an toàn; 3 Chổi than; 4 Rôto; 5 Stato; 6,8 Vỏ bơm;7.

Cánh bơm; 9 Đĩa bơm; 10 Cửa vào; 11 Cửa ra.

Rôto (4) quay, dẫn động cánh bơm (7) quay theo, lúc đó cánh bơm sẽ gạt nhiênliệu từ cửa vào (10) đến cửa ra (11) của bơm, do đó tạo được độ chân không tại cửa

vào nên hút được nhiên liệu vào và tạo áp suất tại cửa ra để đẩynhiên liệu đi.Van antoàn (2) mở khi áp suất vượt quá áp suất giới hạn cho phép (khoảng 6 kg/cm2).Vanmột chiều (1) có tác dụng khi động cơ ngừng hoạt động Van một chiều kết hợp với

bộ ổn định áp suất duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu khi động cơ ngừngchạy, do vậy có thể dễ dàng khởi động lại Nếu không có áp suất dư thì nhiên liệu cóthể dễ dàng bị hoá hơi tại nhiệt độ cao gây khó khăn khi khởi động lại động cơ

2.2.2 Bộ ổn định áp suất

Bộ điều chỉnh áp suất (bộ điều áp) được lắp ở cuối ống phân phối Nhiệm vụ của

bộ điều áp là duy trì và ổn định độ chênh áp suất trong đường ống

Hình 2 8: Kết cấu bộ ổn định áp suất

1 Khoang thông với đường nạp khí; 2 Lò xo; 3.Van; 4 Màng;5 Khoang thông với

dàn ống xăng; 6 Ðường xăng hồi về thùng xăng.

Bộ điều áp này điều chỉnh áp suất nhiên liệu vào vòi phun ở 324 kPa (3.3kgf/cm2) Ngoài ra, bộ điều áp còn duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệucũng như cách thức duy trì ở van một chiều của bơm nhiên liệu

Nguyên lý làm việc của bộ ổn định

Nhiên liệu có áp suất từ dàn ống phân phối sẽ ấn màng (4) làm mở van (3) Mộtphần nhiên liệu chạy ngược trở lại thùng chứa qua đường nhiên liệu trở về (6) Lượngnhiên liệu trở về phụ thuộc vào độ căng của lò xo màng, áp suất nhiên liệu thay đổituỳ theo lượng nhiên liệu hồi Ðộ chân không của đường ống nạp được dẫn vàobuồng phía chứa lò xo làm giảm sức căng lò xo và tăng lượng nhiên liệu hồi, do đólàm giảm áp suất nhiên liệu Khi độ chân không của đường ống nạp tăng lên (giảmáp), thì áp suất nhiên liệu chỉ giảm tương ứng với sự giảm áp suất đó Khi bơm nhiênliệu ngừng hoạt động, lò xo (2) ấn van (3) đóng lại Kết quả là van một chiều bêntrong nhiên liệuvà van bên trong bộ điều áp duy trì áp suất dư trong đường ống nhiênliệu.

Lọc nhiên liệu ô tô thường nằm ở dưới gầm xe,nắp capo hoặc trong bình nhiênliệu.Hiện nay bộ lọc được chế tạo bằng giấy tiêu chuẩn hỗn hợp của giấy xen-lu-lô vàsợi tổng hợp,sợi thủy tinh,đồng.Nhiệm vụ của bộ lọc nhiên liệu là bảo vệ hệ thốngbơm phun và các động cơ khác khỏi các tác nhân gây hại như bụi bẩn,nước và cácchất cặn trong nhiên liệu.

Hình 2 10: Kết cấu bộ lọc nhiên liệu

1 Thân lọc nhiên liệu; 2 Lõi lọc; 3 Tấm lọc; 4 Cửa xăng ra; 5 Tấm đỡ;

6 Cửa xăng vào.

Xăng từ bơm nhiên liệu vào cửa (6) của bộ lọc, sau đó xăng đi qua lõi lọc (2).Lõi lọc được làm bằng giấy, độ xốp của lõi giấy khoảng 10 micromet Các tạp chấtcókích thước lớn hơn 10 micromet được giữ lại đây Sau đó xăng đi qua tấm lọc (3) cáctạp chất nhỏ hơn 10 micromet được giữ lại và xăng đi qua cửa ra (5) của bộ lọc làxăng tương đối sạch cung cấp quá trình nạp cho động cơ

2.2.5 Vòi phun nhiên liệu

Vòi phun là một loại vòi hoạt động bằng điện tử, nó phun nhiên liệu phụ thuộcvào tín hiệu điện tử ECU

Hình 2 11: Kết cấu vòi phun nhiên liệu

1 Thân vòi phun; 2 Giắc cắm; 3 Đầu vào; 4 Gioăng chữ O; 5 Cuộn dây;

6 Lò xo; 7 Piston; 8 Đệm cao su; 9 Van kim.

Kết cấu và nguyên lý hoạt động của vòi phun:Khi cuộn dây (5) nhận được tínhiệu từ ECU, piston (7) sẽ bị kéo lên thắng được sức căng của lò xo Do van kim vàpiston là cùng một khối nên van cũng bị kéo lên tách khỏi đế van của nó và nhiên liệuđược phun ra

Hệ thống nhiên liệu động cơ SKYACTIV-G 2.0 sử dụng vòi phun 12 lỗ đượclắp trong đường ống nạp trước xupap nạp Các vòi phun được điều khiển theo thứ tựcông tác của động cơ Vòi phun bao gồm một thân và một kim phun đặt trong ống từ.Thân vòi phun chứa cuộn dây điều khiển sự đóng mở kim phun Khi không có dòng

điện cấp cho cuộn dây, lò xo đẩy kim phun vào đế của nó Khi có dòng điện kimphun được nhấc lên và nhiên liệu được phun vào cửa nạp.

Các vòi phun được lắp trên ống phân phối đảm bảo sự cách nhiệt để tránh tạobọt trong vòi phun, để góp phần cải thiện sự hoạt động của động cơ khi khởi độngnóng Đồng thời có gioăng chữ O để tránh sự rò rỉ nhiên liệu Đầu vòi phun được bốtrí trong đường ống nạp qua trung gian các vòng đệm cao su để cách nhiệt, giảm rungđộng và không cho không khí lọt vào trong đường ống nạp.Vòi phun phun nhiên liệuvào các cửa nạp của các xi lanh theo tín hiệu từ ECU động cơ Các tín hiệu từ ECUđộng cơ làm cho dòng điện chạy vào cuộn dây điện từ, làm cho píttông bơm bị kéo,

mở van để phun nhiên liệu.Vì hành trình của pít tông bơm không thay đổi, lượngphun nhiên liệu được điều chỉnh tại thời điểm dòng điện chạy vào cuộn điện từ này.Lượng phun nhiên liệu được điều khiển bằng khoảng thời gian phát ra tín hiệucủa ECU Do độ mở vẫn được giữ cố định trong khoảng thời gian ECU phát tín hiệu,vậy lượng nhiên liệu phun ra chỉ phụ thuộc vào thời gian ECU phát tín hiệu

Lượng phun nhiên liệu được điều khiển bằng khoảng thời gian phát ra tín hiệu

Do đó hành trình của van kim là cố định, việc phun nhiên liệu diễn ra liên tục khi màvan kim còn mở Động cơ SKYACTIV-G 2.0 sử dụng loại vòi phun có 12 lỗ nhằmtăng khả năng phun phun sương, giúp nhiên liệu phun vào hòa trộn với không khí tốthơn, giúp tiết kiệm nhiên liệu, cho hiệu suất cao, đồng thời làm cho khí thải sạch hơn

do hòa khí không khí-nhiên liệu cháy tốt hơn

2.3 Hệ thống nạp khí

Không khí từ lọc gió đi vào cổ khoang nạp khí Lượng khí nạp đi vào khoangnạp khí được điều khiển bẳng độ mở của bướm ga Góc mở của bướm ga được điềukhiển bằng mô tơ điều khiển bướm ga Môtơ này được điều khiển bằng tín hiệu điện

tử ECU của động cơ Từ khoang nạp khí, không khí sẽ được phân phối đến từngđường ống nạp và được hút vào trong từng xylanh

2.3.1 Lọc không khí

Lọc không khí nhằm mục đích lọc sạch không khí trước khi không khí đi vàođộng cơ Nó có vai trò rất quan trọng nhằm làm giảm sự mài mòn của động cơ Trênđộng cơ SKYACTIV-G 2.0 dùng kiểu lọc thấm, lõi lọc bằng giấy Loại này có ưuđiểm giá thành không cao, dễ chế tạo Tuy vậy nhược điểm là tuổi thọ thấp, chu kỳthay thế ngắn

về một trí cố định Môtơ bướm ga ứng dụng một môtơ điện một chiều (DC) có độnhạy tốt và ít tiêu thụ năng lượng

Hình 2 12: Kết cấu cổ họng gió

1 Các bánh răng giảm tốc; 2 Lò xo hồi bướm ga; 3 Cảm biến vị trí bướm ga;

4 Bướm ga; 5 Môtơ điều khiển bướm ga.

Nguyên lý làm việc:

ECU động cơ điều khiển độ lớn và hướng của dòng điện chạy đến môtơ điềukhiển bướm ga, làm quay hay giữ môtơ, mở hoặc đóng bướm ga qua một cụm bánhrăng giảm tốc Góc mở bướm ga thực tế được phát hiện bằng một cảm biến vị tríbướm ga và thông số đó được phản hồi về ECU động cơ Khi dòng điện không chạyqua môtơ, lò xo hồi sẽ mở bướm ga đến vị trí cố định (khoảng 7o) Tuy nhiên, trongchế độ không tải bướm ga có thể được đóng lại nhỏ hơn so với vị trí cố định KhiECU động cơ phát hiện thấy có hư hỏng, nó bật đèn báo hư hỏng trên đồng hồ táp lôđồng thời cắt nguồn đến môtơ nhưng do bướm ga được giữ ở góc mở khoảng 7o, xevẫn có thể chạy an toàn

2.3.3 Ống góp hút và đường ống nạp:

Ống góp hút và đường ống nạp được chế tạo bằng nhựa nhằm mục đích

giảm trọng lượng và sự truyền nhiệt đến nắp qui lát

Hình 2 13: Ống góp hút và đường ống nạp

1 Ống góp nạp; 2 Đường ống nạp; 3 Buồng tích áp

2.4 Hệ thống đánh lửa

Hình 2 14: Hệ thống đánh lửa trực tiếp.

Hệ thống đánh lửa trực tiếp bao gồm các bộ phận sau đây:

 Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKPS): Phát hiện góc quay trục khuỷu (tốc độđộng cơ)

 Cảm biến vị trí của trục cam (CMPS): Nhận biết xy lanh, kỳ và theo dõi địnhthời của trục cam

 Cảm biến vị trí bướm ga (TPS): Phát hiện góc mở của bướm ga

 Cảm biến nhiệt độ lưu lượng khí nạp (IATS): Phát hiện lượng không khí nạp

- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ (ECTS): Phát hiện nhiệt độ nước làmmát động cơ

 Bô bin và IC đánh lửa: Đóng và ngắt dòng điện trong cuộn sơ cấp vào thờiđiểm tối ưu Gửi các tín hiệu IGF đến ECU động cơ

 ECU động cơ: Phát ra các tín hiệu IGT dựa trên các tín hiệu từ các cảm biếnkhác nhau, và gửi tín hiệu đến bô bin có IC đánh lửa

 Bugi: Phát ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hòa khí

2.4.1 Các cảm biến chính sử dụng cho hệ thống đánh lửa

2.4.1.1 Cảm biến biến trục cơ

Có chức năng cảm biến này thường làm việc cùng lúc với cảm biến trụccam giúp ECU vừa nhận biết vị trí piston, vừa nhận biết vị trí của các xupap để tínhtoán thời điểm đánh lửa và lượng nhiên liệu phun vào hợp lý nhất Cảm biến vị trítrục khuỷu thường lắp ở vị trí gần puly trục khuỷu, phía trên bánh đà hoặc phía trêntrục khủy Đây được coi là cảm biến quan trọng nhất trên động cơ, khi cảm biến này

bị lỗi, động cơ có thể gặp hiện tượng đánh lửa sai thời điểm, động cơ bị rung hoặcBackfires Khi bị hỏng cảm biến này, động cơ sẽ ngừng hoạt động

2.4.1.2 Cảm biến vị trí trục cam

Cảm biến vị trí trục cam có chức năng xác định vị trí của trục cam và cungcấp thông tin cho bộ xử lý trung tâm để tính toán thời điểm phun nhiên liệu hợp lýnhất Cảm biến này sẽ làm việc song song với cảm biến vị trí trục khuỷu giúp động

cơ có thời điểm phun xăng và đánh lửa tối ưu Cảm biến vị trí trục cam thường đượcgắn ở đỉnh xy lanh hoặc ở nắp hộp chứa trục cam Khi cảm biến vị trí trục cam bị lỗi

có thể xảy ra một số vấn đề ở động cơ như sau: Khó khởi động xe, động cơ chết độtngột, động cơ bỏ máy hoặc không đáp ứng tăng tốc, sáng đèn CHECK ENGINE

Cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín hiệu G có các răng Số răng là 1, 3 hoặcmột số khác tùy theo kiểu động cơ (Trong hình vẽ có 3 răng) Khi trục cam quay,khe hở không khí giữa các vấu nhô ra trên trục cam và cảm biến này sẽ thay đổi Sựthay đổi khe hở tạo ra điện áp trong cuộn dây nhận tín hiệu được gắn vào cảm biếnnày, sinh ra tín hiệu G Tín hiệu G được chuyển đi thông tin về góc chuẩn của trụckhuỷu tới ECU động cơ, kết hợp nó với tín hiệu NE từ cảm biến vị trí của trục khuỷu

để xác định TDC (điểm chết trên) kì nén của mỗi xylanh để đánh lửa và phát hiện gócquay của trục khuỷu ECU động cơ có thông tin này xác định thời gian phun và thờiđiểm đánh lửa