Nghiên cứu khảo sát hệ thống điều khiển động cơ 1sz fe lắp trên xe toyota yaris

1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, khi mà khoa học kỹ thuật đang phát triển như vụ bão thì những ứng dụng công nghệ tiên tiến trên ô tô ngày càng nhiều. Trong đó không thể thiếu những thiết bị tiện nghi trên xe, nhu cầu sử dụng xe hơi ngày càng khắt khe hơn người ta ngày càng quan tâm đến những chiếc xe được trang bị các hệ thống hiện đại, mà trên đó không thể thiếu hệ thống các cảm biến . Các hệ thống hiện đại này đã nâng giá trị của ô tô lên rất cao và con người không chỉ dừng ở đó, các kỹ sư ô tô còn có những ước mơ lớn hơn là làm sao để những chiếc xe thật sự thân thiện với người sử dụng, đến lúc đó khi ngồi trên xe ta sẽ có cảm giác thật sự thoải mái, giảm đến mức tối thiểu các thao tác của người lái xe, mọi hoạt động của xe sẽ được kiểm soát và điều chỉnh một cách hợp lý nhất. Cảm biến ô tô cũng giống như giác quan của cơ thể con người. Chúng có chức năng cảm nhận những tín hiệu được lập trình sẵn để đưa ra những chẩn đoán, cung cấp thông tin cho bộ xử lý, từ đó bộ xử lý sẽ xử lý thông tin và đưa ra những tính toán, hành động cho từng chức năng, bộ phận trên xe. Cảm biến dùng để biến các hiện tượng vật lý cụ thể như nhiệt độ nước làm mát động cơ, áp suất khối lượng không khí…… thành các tín hiệu điện rồi chuyển đổi tín hiệu hoặc khuếch đại tín hiệu sau đó gởi về hộp điều khiển ví dụ như hộp ECM, ECU, PCM hay hộp GEM. Từ đây các tín hiệu được xử lý rồi sau đó để điều khiển các thiết bị truyền động theo một chương trình được cài đặt sẳn trong hộp điều khiển.. Với những ý nghĩa tốt đẹp đó em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu khảo sát hệ thống điều khiển động cơ 1SZFE lắp trên xe ô tô Toyota Yaris 2003”. 2. Nội dung nghiên cứu Tìm hiểu tổng quan về động cơ 1SZFE trên Toyota Yaris. Nắm rõ các sơ đồ, mạch điện, các thông số cơ bản và nguyên lí hoạt động của các hệ thống cảm biến trên động cơ 1SZFE trên Toyota Yaris. Khảo sát thiết kế mô hình, ảnh hưởng của cảm biến trục khuỷu đến động cơ,từ đó rút ra bài học Các dạng hư hỏng thường gặp, cách kiểm tra và sửa chữa ở hệ thống các cảm biến trên xe ô tô 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là nghiên cứu khảo sát hệ thống điều khiên động cơ 1SZFE lắp trên xe Toyota Yaris 2003. Phạm vi nghiêm cứu: Do thời gian và kiến thức có hạn nên bài luận văn của em chỉ nghiên cứu về một số hệ thống cơ bản như: Các cảm biến, cơ cấu chấp hành, ECU điều khiển động cơ. 4. Phương pháp nghiên cứu đề tài Nghiên cứu tài liệu. Nghiên cứu thực tiễn. Phương pháp phân tích suy luận. Phương pháp thống kê mô tả, tổng hợp các kết quả nghiên cứu. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Kết quả nghiên cứu khảo sát sẽ giúp chúng ta nắm được những kiến thức cơ bản về hệ thống điều khiển động cơ trên ô tô về nguyên lý hoạt động cấu tạo của các cảm biến giúp sinh viên hiểu rõ và đi sâu hơn trong việc nghiên cứu hệ thống điều khiển.

i MỤC LỤC NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN .i NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ii LỜI CẢM ƠN iii LỜI NÓI ĐẦU iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix DANH MỤC BẢNG x DANH MỤC HÌNH ẢNH xi MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Nội dung nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu đề tài .2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂU ĐỘNG CƠ TRÊN ÔTÔ 1.1 Lịch sử hình thành phát triển hệ thống điều khiển động cơ3 1.2 Sơ đồ cấu trúc khối chức 1.3 Cấu tạo nguyên lí hoạt động cảm biến 1.3.1 Các cảm biến tín hiệu đầu vào 1.3.1.1 Cảm biến đo gió 1.3.1.2 Cảm biến vị trí trục khuỷu 1.3.1.3 Cảm biến vị trí trục cam .11 1.3.1.4 Cảm biến tỉ lệ khơng khí nhiên liệu .13 1.3.1.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát .15 1.3.1.6 Cảm biến ôxy 15 1.3.1.7 Cảm biến kích nổ 17 1.3.1.8 Cảm biến vị trí bướm ga .18 1.3.1.9 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 21 1.3.1.10 Cảm biến biến áp suất .23 1.3.2 ECU điều khiển động .24 ii 1.3.2.1 Cấu tạo nguyên lí hoạt động ECU 24 1.3.2.2 Cấu trúc ECU 26 1.3.2.3 Nguyên lý điều khiển động hộp ECU .27 1.3.2.4 Các dấu hiệu hư hỏng thường gặp hộp ECU .27 1.4 Cơ cấu chấp hành hệ thống điều khiển động 29 1.4.1 Hệ thống cung cấp điện .29 1.4.2 Hệ thống đánh lửa .29 1.4.2.1 Nhiệm vụ 29 1.4.2.2 Phân loại 30 1.4.3 Hệ thống cung cấp nhiên liệu 32 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 1SZ-FE LẮP TRÊN XE TOYOTA YARIS 2003 34 2.1 Giới thiệu động 1SZ-FE Toyota Yaris 34 2.1.1 Khái quát Toyota Yaris 34 2.1.2 Tổng quan hệ thống điều khiển động 1SZ-FE .35 2.1.3 vị trí lắp đặt cảm biến động 36 2.2 Các cảm biến động 1SZ-FE .37 2.2.1 Cảm biến lưu lượng không khí nạp khí nạp 37 2.2.1.1 Vị trí chức .37 2.2.1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 37 2.2.2 Cảm biến vị trí trục cam 40 2.2.2.1 Vị trí chức .40 2.2.2.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc 40 2.2.3 Cảm biến vị trí trục khuỷu 42 2.2.3.1 Vị trí chức 42 2.2.3.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 42 2.2.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 44 2.2.4.1 Vị trí chức .44 2.2.4.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc 44 2.2.5 Cảm biến ôxy 47 2.2.5.1 Vị trí chức cảm biến ôxy 47 2.2.5.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 47 iii 2.2.6 Cảm biến vị trí bướm ga 50 2.2.6.1 Vị trí chức 50 2.2.6.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 50 2.2.7 Cảm biến kích nổ 52 2.2.7.1 Vị trí chức .52 2.2.7.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 53 2.2.8 Cảm biến tỷ lệ không khí- nhiên liệu 55 2.2.8.1 Vị trí chức .55 2.2.8.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 55 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂU ĐỘNG CƠ 1SZFE LẮP TRÊN XE TOYOTA YARIS 2003 .58 3.1 Thiết kế mơ hình 58 3.2 Khảo sát thí nghiệm thông số ảnh hưởng đến hệ thông phun xăng 61 3.2.1 Lắp đặt thiết bị kiểm tra 61 3.2.2 Ký hiệu màu dây 62 3.2.3 Ảnh hưởng cảm biến nhiệt độ nước làm mát lên hệ thống phun xăng 62 3.2.4 Ảnh hưởng cảm biến vị trí trục khuỷu lên hệ thống phun xăng .64 3.2.5 Ảnh hưởng cảm biến vị trí bướm ga lên hệ thống phun xăng .65 3.2.6 Ảnh hưởng cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp lên hệ thống phun xăng 67 3.3 Xây dựng học mơ hình 68 3.3.1 Mô tả mô hình .68 3.3.2 Mục đích 69 3.3.3 An toàn 69 3.3.4 Chuẩn bị 69 3.3.5 Yêu cầu sử dụng 69 iv CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THÁO LẮP, KIỂM TRA CHẨN ĐỐN VÀ BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 1SZFE TRÊN XE TOYOTA YARIS 2003 .70 4.1 Trình tự tháo, lắp cảm biến động 70 4.1.1 Trình tự tháo, lắp cảm biến lưu lượng khí nạp .70 4.1.1.1 Tháo cảm biến lưu lượng khí nạp .70 4.1.1.2 Lắp cảm biến lưu lượng khí nạp 70 4.1.2 Trình tự tháo lắp cảm biến vị trí trục cam 71 4.1.2.1 Tháo cảm biến vị trí trục cam 71 4.1.2.2 Lắp cảm biến vị trí trục cam .73 4.1.3 Trình tự tháo lắp cảm biến vị trí trục khuỷu 76 4.1.3.1.Tháo cảm biến vị trí trục khuỷu 76 4.1.3.2 Lắp cảm biến vị trí trục khuỷu 78 4.1.4 Trình tự tháo, lắp cảm biến nhiệt độ nước làm mát .80 4.1.4.1 Tháo cảm biến nhiệt độ nước làm mát .81 4.1.4.2 Lắp cảm biến nhiệt độ nước làm mát 83 4.1.5 Trình tự tháo lắp cảm biến oxy 87 4.1.5.1 Tháo cảm biến oxy .87 4.1.5.2 Lắp cảm biến oxy .88 4.1.6 Trình tự tháo lắp cảm biến tiếng gõ .89 4.1.6.1 Tháo cảm biến tiếng gõ .89 4.1.6.2 Lắp cảm biếng tiếng gõ 97 4.1.7 Trình tự tháo, lắp cảm tỷ lệ khơng khí nhiên liệu .109 4.1.7.1 Tháo cảm biến tỷ lệ khơng khí nhiên liệu 109 4.1.7.2 Lắp cảm biến tỷ lệ khơng khí- nhiên liệu 110 4.2 Quy trình kiểm tra, bảo dưỡng sửa chữa cảm biến động 111 4.2.1 Kiểm tra mạch cấp nguồn ECU động cơ: 111 4.2.2 Kiểm tra cảm biến vị trí trục khuỷu 113 4.2.3 Kiểm tra cảm biến vị trí trục cam .114 4.2.4 Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát động 116 4.2.5 Kiểm tra cảm biến lưu lượng khơng khí nạp 118 v 4.2.6 Kiểm tra cảm biến kích nổ 120 4.2.7 Kiểm tra cảm biến oxy .121 4.2.8 Kiểm tra cụm cổ họng gió 124 4.3 Bảng mã lỗi chẩn đoán .126 KẾT LUẬN .128 TÀI LIỆU THAM KHẢO 129 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ESA: (Electronic Spark Advance): Bộ đánh lửa sớm DIS: (Direct Ignition System): Hệ thống đánh lửa không chia điện GDI: (Gasoline Direct Injection): Phun xăng trực tiếp ECM: (Engine Control Module): Hộp điều khiển động ECU: (Electronic Control Unit): Hộp điều kiển động (ECM) EGR: (Exhaust Gas Recirculation): Luân hồi khí thải ISC: (Idle Speed Control): Điều khiển tốc độ khơng tải NE: Tín hiệu trục khuỷu G: Tín hiệu trục cam THA: Tín hiệu nhiệt độ khơng khí nạp VG: Tín hiệu lưu lượng khơng khí nạp THW: Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát VTA: Tín hiệu vị trí bướm ga KNK: Tín hiệu kích nổ A/F: (Air/Fuel): Tỉ lệ khơng khí / nhiên liệu ETCS-i: (Electronic Throttle Control System – intelligence): Hệ thống kiểm sốt bướm ga điện tử - thơng minh VVT-i: (Variable Valve Timing With Intelligence): Van điều khiển góc phân phối khí thơng minh (của TOYOTA) PCV: (Positive Crankase Ventilation): Thơng khí hộp te MIL: (Malfunction Indicator Lamp): Đèn báo lỗi vii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Thông số động 1SZ-FE .35 Bảng 2.2: Cấu tạo hệ thống điều khiển động 1SZ-FE 35 Bảng 3.2: Bảng ký hiệu màu dây 62 Bảng 4.1: Dấu hiệu nguyên nhân cảm biến hỏng 113 Bảng 4.2: Dấu hiệu nguyên nhân cảm biến hỏng .114 Bảng 4.3: Dấu hiệu nguyên nhân hư hỏng 116 Bảng 4.4: Dấu hiệu nguyên nhân hư hỏng 118 Bảng 4.5: Dấu hiệu nguyên nhân cảm biến hỏng 120 Bảng 4.6: Dấu hiệu nguyên nhân cảm biến hỏng 122 Bảng 4.7: Kiểm tra điện áp cảm biến oxy 123 Bảng 4.8: Kiểm tra điện áp cảm biến vị trí cánh bướm ga .124 Bảng 4.9:Bảng mã lỗi động 1SZ-FE .126 viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển động Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý điều khiển tự động ô tô .6 Hình 1.3: Cấu tạo cảm biến lưu lượng kiểu dây nóng Hình 1.4: Mạch điện cảm biến lưu lượng khí nạp Hình 1.5: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp Hình 1.6: sơ đồ điện cảm biến THA Hình 1.7: Cấu tạo cảm biến trục khuỷu Hình 1.8: Cấu tạo cảm biến trục khuỷu loại điện từ .9 Hình 1.9: Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu loại Hall 10 Hình 1.10: Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu loại quang 10 Hình 1.11: Dạng sóng tín hiệu NE 11 Hình 1.12: Cấu tạo cảm biến vị trí trục cam 12 Hình 1.13: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam 12 Hình 1.14: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp 13 Hình 1.15: Cấu tạo, đường đặc tính cảm biến tỷ lệ khơng khí- nhiên liệu 13 Hình 1.16: Sơ đồ mạch điện cảm biến tỷ lệ khơng khí-nhiên liệu 14 Hình 1.17: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 15 Hình 1.18: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát 15 Hình 1.19: Cấu tạo cảm biến oxy 16 Hình 1.20: Sơ đồ mạch điện cảm biến oxy có sấy 17 Hình 1.21: Cấu tạo cảm biến kích nổ 17 Hình 1.22: Sơ đồ mạch điện cảm biến kích nổ 18 Hình 1.23: Cấu tạo cảm biến bướm ga loại tiếp điểm 19 Hình 1.24: Sơ đồ mạch điện cảm biến bướm ga loại tiếp điểm 19 Hình 1.25: Cấu tạo cảm biến bướm ga loại tuyến tính .20 Hình 1.26: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính 20 Hình 1.27: Cấu tạo cảm biến bướm ga loại từ Hall 20 Hình 1.28: Sơ đồ mạch điện cảm biến bướm ga loại Hall 21 Hình 1.29: Cấu tạo cảm biến bàn đạp ga loại tuyến tính 22 Hình 1.30: Cấu tạo cảm biến bàn đạp ga loại Hall .23 ix Hình 1.31: Cấu tạo cảm biến MAP .23 Hình 1.32: Sơ đồ nguyên lý cảm biến áp suất đường ống nạp 24 Hình 1.33: Hộp ECU động 25 Hình 1.34: Sơ đồ cấu trúc chung ECU 26 Hình 1.35: Đèn check báo sáng đồng hồ 28 Hình 1.36: Kiểm tra sửa chữa ECU ô tô xe có dấu hiệu khó khởi động 29 Hình 1.37: Hệ thống đánh lửa ngắt tiết điểm .30 Hình 1.38: Hệ thống đánh lửa kiểu bán dẫn 31 Hình 1.39: Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS 31 Hình 1.40: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu 32 Hình 2.1: Xe Toyota Yaris 34 Hình 2.2: Vị trí lắp đặt cảm biến động 36 Hình 2.3: Vị trí cảm biến lưu lượng khơng khí nạp 37 Hình 2.4: Cấu tạo cảm biến lưu lượng khí nạp 37 Hình 2.5: Kiểu chân giắc cảm biến lưu lượng khí nạp .38 Hình 2.6: Sơ đồ mạch điện bên cảm biến lưu lượng khí nạp .38 Hình 2.7: Đặc tính đo gió dây nhiệt 39 Hình 2.8: Vị trí cảm biến vị trí trục cam .40 Hình 2.9: Cảm biến vị trí trục cam .40 Hình 2.10: Cấu tạo cảm biến G 41 Hình 2.11: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam dạng sóng G 41 Hình 2.12: Vị trí cảm biến vị trí trục khuỷu 42 Hình 2.13: Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu 43 Hình 2.14: Sơ đồ mạch điện dạng sóng cảm biến Ne 43 Hình 2.15: Vị trí cảm biến nhiệt độ nước làm mát 44 Hình 2.16: Sơ đồ cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát 44 Hình 2.17: Kiểu chân giắc cảm biến nhiệt độ nước làm mát .45 Hình 2.18: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát 45 Hình 2.19: Mạch điện đặc tính cảm biến nhiệt độ nước làm mát 46 Hình 2.20: Vị trí cảm biến ơxy .47 Hình 2.21: Cấu tạo cảm biến ôxy .48 Hình 2.22: Tín hiệu cảm biến ôxy .48 x Hình 2.23: Đặc tính cảm biến ôxy .49 Hình 2.24: Bộ sấy cảm biến ơxy 49 Hình 2.25: Sơ đồ đường đặc tính cảm biến ơxy .50 Hình 2.26: Vị trí cảm biến bướm ga 50 Hình 2.27: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga .51 Hình 2.28: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga 51 Hình 2.29: Đặc tính cảm biến vị trí bướm ga 52 Hình 2.30: Vị trí cảm biến kích nổ .53 Hình 2.31: Cách bố trí cảm biến kích nổ .53 Hình 2.32: Kiểu chân giắc cảm biến kích nổ 53 Hình 2.33: Cấu tạo cảm biến kích nổ 54 Hình 2.34: Sơ đồ mạch điện cảm biến kích nổ .54 Hình 2.35: Đồ thị biểu diễn tần số kích nổ 55 Hình 2.36: Vị trí cảm biến tỷ lệ khơng khí nhiên liệu 55 Hình 2.37: Cấu tạo, đường đặc tính cảm biến tỷ lệ khơng khí- nhiên liệu 56 Hình 2.38: Sơ đồ mạch điện cảm biến tỷ lệ khơng khí-nhiên liệu 56 Hình 3.1: Bản vẽ mơ hình 58 Hình 3.2: Ảnh Gá lên mica đo kích thước 59 Hình 3.3: Lắp đomino 59 Hình 3.4: Ảnh kim phun bô bin đánh lửa .60 Hình 3.5: Mơ hình hồn thành 61 Hình 3.6: Sơ đồ thí nghiệm 62 Hình 3.7: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát .62 Hình 3.8: Mối quan hệ điện áp nhiệt độ nước làm mát 63 Hình 3.9: Biểu đồ ảnh hưởng nhiệt độ nước làm mát đến thời gian phun 63 Hình 3.10: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu 64 Hình 3.11: Mối quan hệ tốc độ động thời gian phun 64 Hình 3.12: Biểu đồ ảnh hưởng cảm biến vị trí trục khuỷu đến thời gian phun 65 Hình 3.13: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga 65 Hình 3.14: Mối quan hệ điện áp góc mở bướm ga 66 Hình 3.15: Biểu đồ ảnh hưởng trí bướm ga đến thời gian phun 66 Hình 3.16: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp 67 ... KHIỂN ĐỘNG CƠ 1SZ- FE LẮP TRÊN XE TOYOTA YARIS 2003 34 2.1 Giới thiệu động 1SZ- FE Toyota Yaris 34 2.1.1 Khái quát Toyota Yaris 34 2.1.2 Tổng quan hệ thống điều khiển động 1SZ- FE .35... em định chọn đề tài ? ?Nghiên cứu khảo sát hệ thống điều khiển động 1SZ- FE lắp xe ô tô Toyota Yaris 2003” Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu tổng quan động 1SZ- FE Toyota Yaris - Nắm rõ sơ đồ, mạch điện,... hệ thống cảm biến xe ô tô Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu nghiên cứu khảo sát hệ thống điều khiên động 1SZ- FE lắp xe Toyota Yaris 2003 - Phạm vi nghiêm cứu: Do thời gian kiến