Để hoàn thành tốt và đúng thời hạn đề tài tốt nghiệp này, lời đầu tiên nhóm chúng em xin gửi lời cảm chân đến toàn thể thầy cô trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng Khoa Cơ Khí Động Lực nói chung và Bộ môn Ôtô nói riêng, các thầy cô đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy và trang bị cho chúng em những kiến thức bổ ích về ngành chúng em đang theo học trong những năm vừa qua. Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Giảng viên Thạc Sĩ Huỳnh Xuân Thành, người đã tận tình hướng dẫn, trực tiếp chỉ dạy, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ nhóm chúng em trong suốt quá trình làm đề tài tốt ngiệp. Chúng em xin chân thành cảm ơn
TỔNG QUAN
Đặt vấn đề và lí do chọn đề tài
Ô tô ngày càng được sản xuất nhiều hơn trên thế giới để đáp ứng nhu cầu di chuyển cũng như vận tải của con người Đi đôi với sự phát triển sự sản xuất ô tô là sự phát triển của các hệ thống trên xe, từ nội thất đến ngoại thất, động cơ Đặc biệt là hệ thống đánh lửa, hệ thống lửa ngày càng phát triển nhằm tối ưu công suất của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu đồng thời giảm ô nhiễm môi trường Để giúp tiếp cận và hiểu biết hơn về hệ thống đánh lửa đã được ứng dụng trên động cơ xe ô tô hiện nay nhóm chúng em đã chọn đề tài:BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA NHIÊN LIỆU TOYOTA 1NZ-FE VÀ CHẾ TẠO IC ĐÁNH LỬA dưới sự hướng dẫn của Thầy Huỳnh Xuân Thành.
Giới hạn đề tài
Đề tài giới hạn về việc Giới thiệu về hệ thống điện điều khiển động cơ 1NZ-FE,trình bày quy trình chuẩn đoán, khắc phục hư hỏng các hệ thống của chúng cũng như các cảm biến liên quan trên động cơ Đồng thời khảo sát chế tạo IC đánh lửa.
Mục tiêu của đề tài
- Cũng cố lại kiến thức đã được học trong suốt chương trình học
- Nghiêng cứu hệ thống đánh lửa nhiên liệu đã được ứng dụng trên xe hiện nay
- Tìm hiểu quy trình bảo dưỡng sửa chữa hệ thống đánh lửa nhiên liệu Toyota 1NZ-FE
- Chế tạo IC đánh lửa
Phương pháp nghiên cứu
Để đề tài được hoàn thành đã kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu Trong đó đặc biệt là phương pháp tham khảo tài liệu, thu thập thông tin từ nhiều nguồn khác nhau từ đó tìm ra những ý tưởng mới để hình thành đề cương của đề tài.
Kế hoạch thực hiện
- Tham khảo giáo trình tại trường cũng như ngoài trường
- Thu thập thông tin liên quan từ internet, các kỹ thuật viên làm trong hãng xe ô tô.
- Nghiên cứu chương trình môn học liên quan đến điện điều khiển động cơ
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ 1ZN-FE NĂM 2000
Thông Số Kỹ Thuật
Hình 2.1 :Động cơ 1NZ-FE
- Động cơ 1NZ -FE được sử dụng rộng rãi trên các loại xe của TOYOTA như:
Bảng 2.1: Các loại xe được lắp động cơ 1NZ-FE
Toyota Yaris / Echo (2002) Các nước Châu Á, Mỹ , Úc
Scion xA/ist Mỹ, Nhật
Toyota Vios các nước Đông Nam Á, Trung Quốc
Toyota Platz Nhật, Bắc Mỹ, Canada, Úc
Toyota Belta Bắc Mỹ, Úc, Nam Á, Châu Âu.
Toyota Auris Châu Âu, Nhật, Nam Phi
Bảng 2.2: Thông Số động cơ 1NZ-FE
Loại động cơ 1.5L, 1NZ-FE
Kiểu 4 xylanh thẳng hàng 16 van, DOHC,
Dung tích xylanh (cc) 1497 Đường kính xylanh (mm) 75 Đường kính hành trình pitston Piston
84.7 Đường kính bệ xupap (mm) Nạp: 30.5
Mụ men xoắn cực đại SAE-NET [Nãm / rpm]
Xupáp nạp Mở -7° ~ 33° BTDC Đóng 52° ~ 12° ABDC
Xupáp xả Mở 42° BBDC Đóng 2° ATDC
Thời gian tănng tốc từ 0 – 100Km/h 10 giây
Loại nhiên liệu Xăng không chì
Trị số Ốc tan nhiên liệu 87 hay hơn
Hệ thống nạp nhiên liệu EFI (Phun nhiên liệu điện tử)
Tốc độ xe tối đa (Km/h) 170
Công suất cực đại (HP) 84
Hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa trên động cơ có nhiệm vụ biến nguồn điện xoay chiều hoặc một chiều có hiệu điện thế thấp thành các xung điện thế cao (từ 15000 – 40000V) Các xung điện áp cao này sẽ được phân bố đến bougie của các xylanh đúng thời điểm để tạo tia lửa điện đốt cháy hòa khí.
Một hệ thống đánh lửa làm việc tốt phải bảo đảm các yêu cầu sau:
- Hệ thống đánh lửa phải sinh ra hiệu điện thế thứ cấp đủ lớn để phóng điện qua khe hở bougie trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ.
- Tia lửa trên bougie phải đủ năng lượng và thời gian phóng để sự cháy bắt đầu.
- Góc đánh lửa sớm phải đúng trong mọi chế độ hoạt động của động cơ.
- Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ cao và độ rung xóc lớn.
- Sự mài mòn điện cực bougie phải nằm trong khoảng thời gian cho phép.
Hệ thống đánh lửa trên động cơ ô tô có rất nhiều loại khác nhau Dựa vào cấu tạo, hoạt động, phương pháp điều khiển Người ta phân loại hệ thống đánh lửa theo các cách như sau:
2.2.3.1 Phân loại theo phương pháp điều khiển
Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa.
Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến điện từ.
Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến Hall.
Hệ thống đánh lửa sử dụng cảm biến quang.
2.2.3.2Phân loại theo phương pháp tích lũy năng lượng
Hệ thống đánh lửa điện cảm (TI).
Hệ thống đánh lửa điện dung (CDI).
2.2.3.3 Phân loại theo cách phân bố điện áp cao
- Hệ thống đánh lửa có bộ chia điện.
- Hệ thống đánh lửa trực tiếp (hay không có bộ chia điện).
2.2.3.4 Phân loại theo phương pháp điều khiển góc đánh lửa sớm
- Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng cơ khí.
- Hệ thống đánh lửa với bộ điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử.
2.2.3.5 Phân loại theo kiểu ngắt mạch sơ cấp
- Hệ thống đánh lửa sử dụng vít lửa.
- Hệ thống đánh lửa sử dụng transistor (TI).
- Hệ thống đánh lửa sử dụng thyristor (CDI).
Hệ thống đánh lửa của động cơ 1 NZ - FE là hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) bô bin và IC đánh lửa được lắp đặt trực tiếp ở đầu bugi tạo thành một cụm chi tiết, do có kết cấu như vậy nên ở hệ thống đánh lửa không có dây cao áp Do đó giảm được tổn thất năng lượng và tăng được khả năng chống nhiễu Hệ thống này có một số ưu điểm:
Góc đánh lửa sớm được điều khiển tối ưu cho từng chế độ hoạt động của động cơ.
Góc ngậm điện luôn luôn được điều chỉnh theo tốc độ của động cơ và theo tín hiệu điện áp của động cơ, đảm bảo điện áp thứ cấp có giá trị cao ở mọi thời điểm.
Động cơ điều khiển dễ dàng, cầm chừng êm dịu, tiết kiệm nhiên liệu và giảm độc hại của khí thải.
Công suất và đặc tính động học của động cơ được cải thiện rõ rệt.
Có khả năng điều khiển chống kích nổ cho động cơ.
Ít hư hỏng, tuổi thọ cao Như vậy về cấu tạo hệ thống DIS giống với các hệ thống đánh lửa điện tử khác, cũng gồm các bộ phận chính: bugi, bobbin tích hợp IC đánh lửa Hệ thống đánh lửa này khác với hệ thống đánh lửa thông thường là nó không có bộ chia điện, sử dụng từng IC và cuộn đánh lửa cho từng bugi, các IC và bô bin này được đặt ngay trên mỗi bugi.
Hình 2.2: Cấu tạo bô bin đánh lửa
Thiết bị này bao gồm IC đánh lửa và bô bin kết hợp thành một cụm Bô bin có thể nối trực tiếp đến bugi của từng xy lanh thông qua việc sử dụng bô bin kết hợp với IC đánh lửa Khoảng cách dẫn điện cao áp được rút ngắn nhờ có nối trực tiếp bô bin với bugi, làm giảm tổn thất điện áp và nhiễu điện từ Nhờ thế độ tin cậy của hệ thống đánh lửa được nâng cao.
Bugi đóng vai trò rất quan trọng trong hoạt động của động cơ xăng. Đó là nơi xuất hiện tia lửa ban đầu để đốt cháy hòa khí, vì vậy nó ảnh hưởng trực tiếp đến công suất động cơ, lượng tiêu hao nhiên liệu cũng như độ ô nhiễm của khí thải Do điện cực bugi đặt trong buồng đốt nên điều kiện làm việc của nó rất khắc nghiệt: nhiệt độ ở kì cháy có thể lên đến 2500 0 C và áp suất đạt 50kg/cm 2 Ngoài ra bugi còn chịu sự thay đổi đột ngột về áp suất lẫn nhiệt độ, các dao động cơ khí, sự ăn mòn hóa học và điện thế cao áp Chính vì vậy, các hư hỏng trên động cơ xăng thường liên quan đến bugi.
Hiệu điện thế cần thiết đặt vào bugi để có thể phát sinh tia lửa tuân theo định luật Pashen Khả năng xuất hiện tia lửa trên điện cực bugi ở hiệu điện thế cao (khó đánh lửa) hay thấp (dễ đánh lửa) phụ thuộc vào áp suất trong xy lanh ở cuối quá trình nén, khe hở bugi và nhiệt độ của điện cực trung tâm của bugi Áp suất trong xy lanh càng cao thì càng khó đánh lửa Vì vậy, những động cơ có tỷ số nén cao đòi hỏi phải sử dụng hệ thống đánh lửa có điện thế thứ cấp (của bobine) cao hơn Điều đó cũng có nghĩa là khi thử bugi ở ngoài thấy xuất hiện tia lửa nhưng khi gắn vào động cơ chưa chắc có lửa Khe hở càng lớn thì quá trình cháy sẽ tốt hơn nhưng càng khó đánh lửa và mau mòn điện cực Trong trường hợp này, ta sẽ nghe thấy tiếng “lụp bụp” đặc trưng khi lên ga cao vì mất lửa Nếu khe hở nhỏ quá, diện tích tiếp xúc của tia lửa với hòa khí ít, làm giảm công suất động cơ (máy yếu), tăng ô nhiễm và tiêu hao nhiên liệu (vì không đốt hết) Khe hở quá nhỏ cũng làm bugi dễ bị “chết” do muội than bám vào điện cực Khe hở cho phép của bugi phụ thuộc vào hiệu điện thế cực đại của cuộn dây thứ cấp trong bobine đã được thiết kế cho từng loại động cơ Vì vậy, ta phải chỉnh khe hở theo thông số của nhà chế tạo Cực tính của điện áp thứ cấp đặt vào bugi để tạo ra tia lửa cũng rất quan trọng Nếu đấu đúng đầu dây của cuộn sơ cấp (đầu “+” nối với điện trở phụ hoặc công tắc máy, đầu “-” nối với IC đánh lửa hoặc vít lửa), thì điện thế đặt vào điện cực trung tâm phải mang dấu âm Trong trường hợp ngược lại, nếu đấu lộn dây, điện áp cần thiết để tạo ra tia lửa trên bugi sẽ tăng lên khoảng 20%, tức khó đánh lửa hơn Sở dĩ như vậy là vì các hạt điện tử trong trường hợp sau khó xuất phát từ điện cực bìa do nhiệt độ của nó thấp hơn điện cực giữa.
Bugi nóng và bugi lạnh:
Nhiệt độ tối ưu ở điện cực trung tâm của bugi khi tia lửa bắt đầu xuất hiện thường khoảng 850 0 C vì ở nhiệt độ này, các chất bám vào điện cực bugi như muội than sẽ tự bốc cháy (nhiệt độ tự làm sạch) Nếu nhiệt độ quá thấp (1000 0 C) sẽ dẫn đến cháy sớm (chưa đánh lửa mà hòa khí đã bốc cháy) làm hư piston Điều đó giải thích tại sao ở một số xe đời cũ, khi ta đã tắt công tắt máy (tức bugi không còn đánh lửa) mà động cơ vẫn nổ (hiện tượng dieseling). Để giữ được nhiệt độ tối ưu ở điện cực trung tâm của bugi, người ta thiết kế chiều dài phần sứ cách điện ở điện cực này khác nhau dựa vào điều kiện làm việc của động cơ, vì vậy, bugi được chia làm hai loại: nóng và lạnh Nếu động cơ làm việc thường xuyên ở chê độ tải lớn hoặc tốc độ cao dẫn tới nhiệt độ buồng đốt cao, nên sử dụng bugi lạnh với phần sứ ngắn để tải nhiệt nhanh Ngược lại, nếu thường chạy xe ở tốc độ thấp và chở ít người, bạn hãy sử dụng bugi nóng với phần sứ dài hơn Trong trường hợp chọn sai bugi (bugi sẽ rất mau hư)
2.2.5.1 Điều khiển góc đánh lửa sớm:
Góc đánh sớm thực tế khi động cơ hoạt động được xác định bằng công thức sau:
: Góc đánh lửa sớm thực tế.
bđ: Góc đánh lửa sớm ban đầu
cb: Góc đánh lửa sớm cơ bản.
hc: Góc đánh lửa sơm hiệu chỉnh.
Hình 2 4: Góc đánh lửa thực tế
Góc đánh lửa sớm ban đầu (bđ) phụ thuộc vào vị trí của bộ chia điện hoặc cảm biến vị trí cốt máy (tín hiệu G) Thông thường, góc đánh lửa sớm ban đầu được điều chỉnh trong khoảng 5 0 đến 15 0 trước điểm chết trên ở tốc độ không tải Đối với hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều chỉnh góc đánh lửa sớm bằng điện tử, khi điều chỉnh góc đánh lửa sớm, ta chỉ chỉnh được góc đánh lửa sớm ban đầu.
Dựa vào tốc độ động cơ (tín hiệu NE) và tải động cơ (từ tín hiệu áp suất trên đường ống nạp hoặc lưu lượng khí nạp), ECU sẽ đọc giá trị của góc đánh lửa sớm cơ bản (cb) được lưu trữ trong bộ nhớ.
Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh (hc) là góc đánh lửa được cộng thêm hoặc giảm bớt khi ECU nhận được các tín hiệu khác như: nhiệt độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, tín hiệu kích nổ, tín hiệu tốc độ xe… Vì vậy, góc đánh lửa sớm thực tế được tính bằng góc đánh lửa sớm ban đầu cộng với góc đánh lửa sớm cơ bản và góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh để đạt được góc đánh lửa sớm lý tưởng theo từng chế độ hoạt động của động cơ.
Hình 2 5: Xung điều khiển đánh lửa
- Sau khi xác định được góc đánh lửa sớm, bộ xử lý trung tâm sẽ đưa ra xung điện áp (IGT) để điều khiển đánh lửa Ngoài ra, xung IGT còn có thể được xén trước khi gửi qua IC đánh lửa.
2.2.5.2 Hệ thống đánh lửa trực tiếp
Là hệ thống phân phối trực tiếp điện cao áp đến các bougie, từ cuộn dây đánh lửa mà không dùng bộ chia điện Mạch điện sau đây là loại mỗi xylanh có một cuộn dây đánh lửa.
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lí hoạt động hệ thống đánh lửa
Hệ thống nhiên liệu
- Lọc sạch không khí, nhiên liệu đảm bảo cung cấp cho động cơ một lượng hòa khí đúng về thành phần, đủ về số lượng phù hợp với từng chế độ làm việc của động cơ Duy trì áp suất nhiên liệu ổn định giúp động cơ vận hành tốt.
- Cấp hòa khí đồng đều, tỉ lệ hòa khí chính xác đến từng xylanh của động cơ.
- Đáp ứng kịp thời lượng xăng phun ra khi góc mở của bướm ga thay đổi.
- Hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu phù hợp với từng chế độ tải khác nhau.
- Cắt nhiên liệu khi giảm tốc.
Trên động cơ xăng có 2 loại chính:
- Hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí.
- Hệ thống nhiên liệu phun xăng:
- Theo phương pháp xác định lưu lượng khí nạp:
Hình 2.11: sơ đồ phân loại theo kiểu D-EFI Ở kiểu này lưu lượng không khí nạp được xác định gián tiếp bằng cách kiểm tra độ chân không sau bướm ga bằng một cảm biến gọi là cảm biến chân không (Vacuum sensor) Độ chân không trong đường ống nạp được chuyển thành tín hiệu điện áp và được ECU tính toán xác định lượng không khí nạp tương ứng.
Hình 2.12: Sơ đồ phân loại kiểu L-EFI Ở kiểu này bộ đo lưu lượng khí nạp được đặt sau bầu lọc không khí, do vậy tất cả lưu lượng khí nạp vào động cơ đều trực tiếp bởi bộ đo lưu lượng khí nạp và tín hiệu này được ECU xác định.
Hệ thống phun xăng đơn điểm: hệ thống này dùng một vòi phun trung tâm, xăng được phun vào ống hút của động cơ rồi được hút vào các xylanh qua các cổ hút.
Hệ thống phun xăng đa điểm: Hệ thống này dùng nhiều vòi phun để phun xăng vào cổ hút của động cơ (phun trước xuppap nạp) Nhờ vậy lượng xăng phun vào các xylanh được đồng đều.
- Phân loại theo phương pháp phun:
Phun độc lập (theo trình tự):
Nhiên liệu được phun độc lập cho từng xylanh mỗi lần sau hai vòng quay của trục khuỷu.
Nhiên liệu được phun cho mỗi nhóm mỗi lần sau hai vòng quay của trục khuỷu.
Nhiên liệu được phun đồng thời vào các xylanh tương ứng một lần sau mỗi vòng quay của trục khuỷu Lượng nhiên liệu cẩn thiết để đốt cháy được phun trong hai lần phun.
- Phân loại theo phương pháp điều khiển:
Hệ thống phun xăng điều khiển cơ khí: Được điều khiển bằng cần ga, bơm cơ khí và bộ điều tốc để kiểm soát số lượng nhiên liệu phun vào động cơ.
Hệ thống phun xăng điều khiển thủy lực: Được trang bị các bộ phận di động bởi áp lực của gió hay của nhiên liệu Điều khiển thủy lực sử dụng cảm biến cánh bướm gió và bộ phân phối nhiên liệu để điều khiển lượng xăng phun vào động cơ.
Hệ thống phun xăng điều khiển điện tử: Được trang bị các cảm biến để nhận biết các chế độ hoạt động của động cơ và bộ điều khiển trung tâm để điều khiển chế độ hoạt động của động cơ ở điều kiện tối ưu nhất.
Hình 2.13: Sơ đồ bố trí hệ thống nhiên liệu
Có 2 loại bơm nhiên liệu, loại trong bình và loại trên đường ống.Hai loại bơm nhiên liệu này cũng được gọi là loại ướt, do motor được gắn liền với bơm và phần bên trong của bơm được điền đầy nhiên liệu Ở đây ta tìm hiểu loại bơm trong bình.
Hình 2.14: Bơm nhiên liệu loại trung bình
- Là loại bơm tua bin, được lắp ở bên trong thùng xăng nên làm việc êm và luôn được làm mát bởi nhiên liệu, nhưng có khuyết điểm là sửa chữa khó khăn Loại bơm này bao gồm:
- Bơm tuabin: bao gồm 1 hoặc 2 cánh được dẫn động bằng motor, vỏ và nắp bơm tạo thành bộ bơm Khi mô tơ quay, các cánh bơm sẽ quay theo, các cánh gạt bố trí xung quanh cánh bơm sẽ đưa xăng từ cửa vào đến cửa ra Xăng từ cửa ra đi qua mô tơ, qua van một chiều để được bơm ra ống xăng.
- Van an toàn: Van an toàn mở khi áp suất bơm ra đạt xấp xỉ 3,5 – 6
Kg/cm 2 và xăng có áp suất cao quay trở lại thùng xăng Van an toàn ngăn không cho áp suất xăng vượt quá mức này.
- Van một chiều: Van một chiều đóng khi bơm xăng ngừng hoạt động Van một chiều và bộ điều áp cùng làm việc để duy trì áp suất trong hệ thống khi động cơ ngừng chạy, do vậy có thể dễ dàng khởi động lại lần sau.
- Bộ lọc nhiên liệu khử bụi bẩn và các tạp chất trong nhiên liệu được bơm lên bởi bơm nhiên liệu.
Hình 2.17: Bộ giảm rung động
- Bộ giảm rung này dùng một màng ngăn để hấp thụ một lượng nhỏ xung của áp suất nhiên liệu sinh ra bởi việc phun nhiên liệu và độ nén của bơm nhiên liệu.
Hình 2.18: Bộ điều áp loại trong thùng xăng
- Bộ điều áp được ở trên bơm xăng và ở bên trong thùng xăng Khi bơm xăng quay, dưới tác dụng của áp suất xăng làm cho màng của bộ điều áp di chuyển và lò xo bị nén lại, lượng xăng dư thoát qua van điều áp và trở về thùng xăng.
Hệ thống làm mát
2.4.1 Công dụng của hệ thống làm mát động cơ trên ô tô
Công dụng chính của hệ thống làm mát trên động cơ ô tô là ổn định nhiệt độ động cơ ( ÷ ).Khi động cơ làm việc tỏa ra nhiệt độ rất lớn (nhiệt độ của đỉnh piston có thể đạt , nhiệt độ xupap có thể lên
), các chi tiết bên trong độ cơ như: xy-lanh, piston, séc-măng, thành xy-lanh, Chiếm khoảng 23 ÷ 35 % nhiệt độ do nhiên liệu cháy bên trong buồn cháy tỏa ra Dưới đây là những tác hại khi nhiệt độ động cơ quá cao hoặc quá thấp.
Những tác hại khi nhiệt độ động cơ quá cao.
- Nhiệt độ cao làm cho nhiệt độ nhớt của dầu bôi trơn giảm lúc này sẽ làm tăng ma sát ở các chi tiết và dẫn đến công suất động cơ giảm.
- Do sự giản nở vì nhiệt của các chất, ở nhiệt độ cao các chi tiết động cơ giản nở đặc biệt là các chi tiết chuyển động sẽ ma sát với nhau nhiều hơn gây thất thoát công suất thậm khi chí nếu nhiệt độ quá cao các chi tiết sẽ bị bó kẹt.
- Đối với động cơ xăng thì dễ gây ra hiện tượng cháy kích nổ.
- Giảm độ bền, độ cứng vững, tuổi thọ động cơ.
Những tác hại khi động cơ quá nguội.
- Khi nhiệt độ của dầu bơi trơn thấp khiến cho độ nhờn tăng, dầu bôi trơn sẽ khó lưu thông bên trong động cơ hơn gây ra tổn thất về công suất cho động cơ.
- Nhiệt độ động cơ quá thấp gây tổn nhất nhiệt, lượng nhiệt dùng để sinh công ít do đó hiệu suất nhiệt động cơ nhỏ.
- Nhiệt độ thành xy lanh thấp, nhiên liệu sẽ ngưng tụ ở thành xy lanh làm cho màng dầu bôi trơn bị nhiên liệu rữa sạch, nếu trong nhiên liệu có thành phần lưu huỳnh, thì có thể tạo ra các axit gây ra hiện tương ăn mòn kim loại.
- Rút ngắn thời gian làm nóng động cơ.
- Vật liệu chế tạo hệ thống làm mát phải chịu được ăn mòn hóa học.
- Hạn chế rò rỉ nhằm tránh lãng phí nước làm mát.
Dựa vào môi chất làm mát, ta chia hệ thống làm mát thành 2 loại :
- Hệ thống làm mát bằng không khí được dùng phổ biến trên các dòng xe máy phổ thông.
- Hệ thống làm mát bằng nước và hệ thống này được chia ra thành 3 loại + Bốc hơi.
- Đối với động cơ 1nz-fe năm 2003 dùng hệ thống làm mát bằng nước kiểu tuần hoàn cưỡng bức và hệ thống làm mát bằng không khí
2.4.4 Cấu tạo hệ thống làm mát của động cơ 1nz-fe
Hình 2.36: Sơ đồ hệ thống làm mát
1: Két nước 2: Bình chứa phụ 3: Nắp két nước 4: Quạt làm mát
5: Bơm nước 6: Van hằng nhiệt.
Công dụng: Giúp trao đổi nhiệt từ nước làm mát tra không khí.
Hình 2.37: Cấu tạo của két nước
Hình 2.38: Két nước trên động cơ 1NZ-FE
Bình nước phụ được nối với két nước một ống dẫn nước, khi động cơ nóng nước trong hệ thống làm mát giãn nở thay vì lượng nước này trào ra ngoài, lượng nước này sẽ được lưu trong bình nước phụ Khi động cơ nguội, áp suất tong hệ thống làm mát sẽ giảm dẫn đến áp suất bên trong hệ thống làm mát nhỏ hơn áp suất khí quyển, lúc này nước từ trong bình nước phụ sẽ chảy về lại bên trong hệ thống làm mát.
Hình 2.40: Cấu tạo nắp két nước
- Giúp điều áp hệ thống làm mát.
- Giảm sự hao hụt nước làm mát do bốc hơi.
Công dụng: Bơm nước có công dụng đẩy dòng nước chạy tuần hoàn bên trong hệ thống làm mát,trên động cơ 1NZ-FE sử dụng loại bơm ly tâm.
Trong hệ thống làm mát của động cơ người ta thường dùng các loại bơm nước sau đây:
- Bơm guồng. Đối với động cơ 1NZ-FE người ta dùng bơm ly tâm để đẩy dòng nước chạy tuần hoàn bên trong hệ thống làm mát.
Nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm.
Khi động cơ làm việc bơm được dẫn động từ trục khủy của động cơ qua bộ truyền động đai làm cho đĩa bơm quay và tạo ra độ chân không, nước qua ống được hút vào tâm của đĩa và do tác dụng lực ly tâm bị văng ra phía ngoài thành bơm theo hình xoắn ốc, rồi theo ống đặt tiếp tuyến với thân bơm vào làm mát động cơ.
Hình 2.42: Nguyên lí hoạt động của bớm nước ly tâm
Hình 2.43:Bơm nước trên động cơ 1NZ-FE.
Van hằng sẽ mở ở khoảng nhiệt độ trên 80°C để cho nước làm mát chạy về két nước giúp cho nhiệt độ nước làm mát giảm. Bên trong xi lanh văn hằng nhiệt là chất sáp, khi nhiệt độ trên 80°C chất sáp này từ từ giãn nở ra làm cho van mở.
Quạt làm mát có chức năng gia tăng lượng gió đi qua két nước Ở động cơ 1NZ-FE sử dụng hệ thống quạt làm mát điều khiển điện.
Hình 2.45: Quạt làm mát trên động cơ 1NZ-FE
2.4.4.7 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát có công dụng gửi tín hiệu nhiệt độ nước làm mát về cho ECM, khi nhiệt độ nước làm mát thấp ECM sẽ điều khiển tốc độ chạy không tải tăng, tăng thời gian phun nhiên liệu, tăng góc đánh lửa gớm,…nhằm giảm thời gian hâm nóng động cơ.
Bên trong cảm biến là điện trở nhiệt, giá trị điện trở này sẽ thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ nước làm mát.
Người ta thường dùng 2 loại điện trở này bên trong cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
+ Điện trở nhiệt âm (dùng trên động cơ 1NZ-FE).
Hình 2.46: Sơ đồ nguyên lí cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Hình 2.47: cảm biến nhiệt độ nước làm mát
BẢNG 2.6: Giá trị nhiệt độ và điện trở của cảm biến nhiệt độ nước làm mát
- Công dụng: nước làm mát có công dụ hấp thụ nhiệt lượng sinh ra bên trong động cơ khi động cơ làm việc và mang lượng nhiệt lượng này đến két nước để truyền ra môi trường.
- Ở các quốc gia hàn đới, nhiệt độ môi trường khá thấp vì vậy yêu cầu nước làm mát có khả năng chống đông lại khi nhiệt độ môi trường xuông thấp.
- Khi ở dạng hơi nước thì nước làm mát dẫn nhiệt rất kém vì vậy mà nước làm mát cần có nhiệt độ sôi cao hơn so với nước thông thường.
- Các chi tiết của hệ thống làm mát đa số làm bằng kim loại vì vậy mà nước làm mát cần có khả năng chống ăn mòn kim loại.
- Để phát hiện rò rỉ và phân biệt các loại nước làm mát người ra cho thêm chất tạo màu vào trong nước làm mát, những chất tạo màu này sẽ phát quang nếu đung đèn soi chuyên dùng.
- Chất chống đông và tăng nhiệt độ sôi ethylene glycol và propylene glycol (chím 35%÷60%).
- Chất chống tạo cặn và ăn mòn.
2.4.5.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát khi động cơ nguội
Hệ thống phân phối khí
Hệ thống phân phối khí có công dụng để thực hiện quá trình trao đổi khí (nạp đầy hòa khí hay không khí mới vào trong buồng đốt và thải khí thải ra khỏi buồng đốt); đóng kín các xu páp nạp trong quá trình nén,cháy và giản nở.
Công dụng của hệ thống phân phối khí thông minh VVT-i (Variable Valve Timing with Intelligence) trên động cơ 1NZ-FE 2000:
Bình thường thời điểm phân phối khí sẽ cố định, do đó hiệu suất và công suất động cơ sẽ không đạt tối ưu khi thay đổi tốc độ hay tải trọng của xe Đối với động cơ 1NZ-FE sử dụng hệ thống VVT-i trong quá trình hoạt động sẽ điều chỉnh biến thiên các van nạp phù hợp với từng chế độ tải và tốc độ của xe Như vậy hệ thống VVT-i sẽ giúp động cơ tăng được mô men ở tốc độ thấp và trung bình, ổn định tốc độ cầm chừng, tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm, công suất động cơ đạt tối ưu.
- Cơ cấu phải đảm bảo đóng mở xu páp nạp và xu páp xả đúng thời điểm.
- Xu páp có độ mở đủ lớn.
- Tất cả xu páp khi đóng phải kín trong quá trình nén và cháy, xu páp xả không được mở trong quá trình nạp.
- Các chi tiết ít bị mài mòn, tiếng ồn khi hoạt động nhỏ, dễ dàng điều chỉnh sửa chữa hệ thống, giá thành chế tạo hệ thống thấp.
Cấu tạo của hệ thống phân phối khí trên động cơ xăng 4 kỳ bao gồm:
Trong hệ thống phân phối khí sẽ có một hay trục cam tùy thuộc vào mỗi động cơ khác nhau Cấu tạo trục cam gồm có hai bộ phận chính đó là: các cổ trục và các mấu cam.
Hình 2.60: Cấu tạo trục cam
2.5.3.2 Cơ cấu dẫn động trục cam
Hệ thống phân phối khí hiện nay có ba phương pháp dẫn động trục cam phỗ biến đó là: dẫn động trục cam bằng xích, dẫn động trục cam bằng đai và dẫn động trục cam bằng bánh răng.
Hình 2.61: Cơ cấu dẫn động trục cam bằng xích
Hình 2.62: Cơ cấu dẫn động bằng đai
Hình 2.63: Cơ câu dẫn động trục cam bằng xích
Trong hệ thống phân phối khí có các cụm xu páp nạp và cụm xu páp xả, trên một số động cơ nhà sản xuất sẽ chế tạo cụm xu páp nạp có kích thướt lớn hơn cụm xu páp xả, tuy nhiên về cấu tạo thì hai cụm xu páp này hoàn toàn giống nhau Cấu tạo của cụm xu páp gồm có: móng hãm, đĩa đệm, chụp đậy và xu páp.
Hình 2.64: cấu tạo của cụm xu páp
2.5.3.4 Các chi tiết dẫn động xu páp
- Đối với các động cơ có xu páp nằm trên và trục cam đặt dưới thân máy thì trục cam điều khiển các xu páp thông qua hệ thống dẫn động cơ khí bao gồm: con đội, đũa đẩy và cò mổ.
- Đối với động cơ có trục cam đặt trên nắp máy thì cơ cấu phân phối khí không có đũa đẩy, các vấu cam có thể dẫn động lên các xu páp thống qua con đội hoặc thông qua đòn mở đặc biệt.
- Trên một số động cơ nhà sản xuất sử dụng thêm con đội thủy lực với tác dụng tự điều chỉnh khe hở xu páp và làm cơ cấu làm việc êm dịu.
Hình 2.65: Các chi tiết dẫn động xu páp
Hình 2.66: Các chi tiết dẫn động xu páp
2.5.3.5 Cấu tạo hệ thống phân phối khí trên động cơ 1NZ-FE
Hệ thống phân phối khí của động cơ 1NZ-FE sử dụng trục cam kép đặt trên nắp máy DOHC (Double Over Head Camshaft), trục khuỷu dẫn động hai trục cam bằng hệ thống dẫn động bằng xích.
Hình 2.67: cấu tạo hệ thống phân phối khí trên động cơ 1NZ-FE
1) tay căng xích 2) thiết bị kéo căng 3)bộ điều khiển VVT-i
4) xích 5) trục cam thải 6) trục cam nạp
7) bộ phận dẫn hướng xích 8) xu páp
2.5.3.6 Cấu tạo của hệ thống điều khiển trục cam thông minh VVT-i trên động cơ 1NZ-FE năm 2000.
Cấu tạo của hệ thống VVT-i gồm có: Bộ điều khiển VVT-i, van điều khiển dầu OCV (Oil Control Valve) và mạch điện ECM.
- Bộ điều khiển VVT-i bao gồm một vỏ được dẫn động bởi trục cam nạp, một bộ van cách quạt lắp cố định trục cam nạp và một chốt hãm các van cách quạt với phần vỏ.
Hình 2.68: cấu tạo của bộ điều khiển VVT-i
- Van điều khiển dầu OCV gồm có: một cuộn dây được được điều bởi ECM (Engine Control Module), pít tông, lỗi van và lò xo hồi vị.
Hình 2.69: Cấu tạo van điều khiển dầu VVT-i
2.5.4 Nguyên lí hoạt động hệ thống phân phối khí trên động cơ 1NZ-FE
Khi động cơ làm việc, trục khuỷu sẽ dẫn động hai trục cam quay thông qua hệ truyền động bằng xích, khi hai trục cam quay các vấu cam trên trục cam sẽ tác động lên con đội làm xu páp đi xuống (mở xu páp) thực hiện quá trình nạp hoặc thải khí, lúc này lò xo xu páp bị nén lại Khi trục cam quay qua vị trí mà các vấu cam tác động lên con đội thì lò xo xu páp sẽ làm xu páp đóng kín vào bệ đở, con đội trở về vị trí ban đầu, xu páp đóng.
Nguyên lí hoạt động hệ thống VVT-i trên động cơ 1NZ-FE:
ECU của động cơ căn cứ vào các tín hiệu của cảm nhiệt độ nước làm mát; cảm biến lưu lượng không khí nạp; cảm biến vị trí bướm ga và cảm biến tốc độ của động cơ sẽ nhận biết điều kiện làm việc của động cơ, khi đó ECM thay đổi chế độ thời điểm phân phối khí cho phù hợp thông qua van điều khiển dầu và bộ điều khiển VVT-i ECM điều khiển van điều khiển dầu OCV bằng cách gửi tín hiệu sóng dạng xung đến cuộn dây của van điều khiển dầu OCV.
Hình 2.70: Tín hiệu xung điều khiển van điều khiển dầu VVT-i
Khi tốc độ động cơ cao hoặc tải nặng thì ECM của động cơ sẽ gửi tín hiệu đến van điều khiển dầu OCV để làm sớm thời điểm phối khí Khi đó van điều khiển dầu OCV nhận tín hiệu và chấp hành dịch chuyển van trượt đến vị trí cho phép áp suất dầu được cung cấp đến phía làm sớm trong khoang cánh gạt của bộ điều khiển VVT-i để xoay trục cam về phía điều khiển xú pap mở sớm.
Hình 2.71: Chế độ làm sớm thời điểm phối khí
Khi tốc độ động cơ thấp hoặc tải nhẹ thì ECM của động cơ sẽ gửi tín hiệu đến van điều khiển dầu OCV để làm trễ thời điểm phối khí Khi đó van điều khiển dầu OCV nhận tín hiệu và chấp hành, dịch chuyển van trượt đến vị trí cho phép áp suất dầu được cung cấp đến phía làm trễ trong khoang cánh gạt của bộ điều khiển VVT-i để xoay trục cam về phía điều khiển xú pap mở trễ.
Hình 2.72: Chế độ làm trễ thời điểm phối khí
Khi ECM xác định được thời điểm mở của cam nạp là tối ưu nhất ứng với một chế độ hoạt động nào đó của động cơ thì ECM sẽ gửi tín hiệu đến van điều khiển van dầu OCV để giữ ổn định thời điểm phối khí Khi đó van điều khiển dầu OCV nhận tín hiệu và chấp hành, dịch chuyển van trượt đến vị trí ngưng cung cấp dầu đến bộ điều khiển VVT-i để giữ nguyên góc phân phối khí hiện tại.
Hình 2.73: Chế độ giữ ổn định thời điểm phối khí.
2.5.5 Sơ đồ mạch điện hệ thống VVT-i trên động cơ 1NZ-FE
- Ký hiệu gắc ECM điều khiển van điều khiển dầu OCV: E7
Hình 2.75: Sơ đồ mạch điện điều khiển van điều khiển dầu VVT-i
- Ký hiệu chân giắc van điều khiển dầu trên sơ đồ mạch điện: C18
Hình 2.76: Giắc điện van điều khiển dầu VVT-i
- Van điều khiển dầu OCV có 2 chân được nối tương ứng 2 chân trên ECM.
Hệ thống khởi động
Hình 2.99: Bố trí máy khởi động trên động cơ
- Hệ thống khởi động đóng vai trò quan trọng nhất trong hệ thống điện ô tô.
Hệ thống khởi động sử dụng năng lượng từ bình ắc quy và chuyển năng lượng này thành cơ năng quay máy khởi động Máy khởi động truyền cơ năng này cho bánh đà trên trục khuỷu động cơ thông qua việc gài khớp. Chuyển động của bánh đà làm hỗn hợp khí nhiên liệu được hút vào bên trong xylanh, được nén và đốt cháy để quay động cơ Hầu hết các động cơ đòi hỏi tốc độ quay khoảng 200rpm.
- Khi khởi động động cơ nó không thể tự quay với công suất của nó Trước khi tia lửa điện xuất hiện ta phải dùng lực từ bên ngoài để làm quay động cơ Máy khởi động thực hiện công việc này Máy khởi động sẽ ngừng hoạt động khi động cơ đã nổ.
- Có hai hệ thống khởi động khác nhau được dùng trên xe Cả hai hệ thống này đều có mạch điện riêng…một mạch điều khiển và một mạch motor Một hệ thống có motor khởi động riêng Hệ thống này được dùng trên hầu hết các dòng xe đời cũ Loại còn lại có motor khởi động giảm tốc Hệ thống này được dùng trên hầu hết các dòng xe hiện nay.Một công tắc từ công suất lớn hay Solenoid sẽ đóng mở motor Nó là thành phần của cả hai mạch điều khiển và mạch motor.
- Một hệ thống khởi động cơ bản thông thường gồm: ắc quy khởi động, công tắc máy, công tắc khởi động trung gian (hoặc công tắc ly hợp), máy khởi động (công tắc từ, mô tơ điện, cơ cấu gài khớp) Sơ đồ khối của hệ thống được minh hoạ trên hình 6.2
Hình 2.100: Sơ đồ khối của hệ thống khởi động
- Hệ thống khởi động trên ô tô có nhiệm vụ khởi động động cơ bằng cách kéo động cơ quay với tốc độ cần thiết, đảm bảo cho động cơ có thể tạo hòa khí và nén hòa khí đến nhiệt độ thích hợp để quá trình cháy hòa khí và sinh công diễn ra.
* Theo phương pháp truyền động thì chia hệ thống khởi động thành 3 loại:
- Máy khởi động loại giảm tốc:
+ Máy khởi động loại giảm tốc dùng mô tơ tốc độ cao.
+ Máy khởi động loại giảm tốc làm tăng moment xoắn bằng cách làm giảm tốc độ quay của phần ứng lõi mô tơ nhờ bộ truyền giảm tốc. + Piston của công tắc từ đẩy trực tiếp bánh răng chủ động đặt trên cùng một trục với nó và ăn khớp với vành răng.
- Máy khởi động loại thường:
Hình 2.102: Máy khởi động loại Thường
+ Bánh răng dẫn bendix được đặt trên cùng một trục với lõi mô tơ (phần ứng) và quay cùng tốc độ với lõi.
+ Cần dẫn động được nối với thanh đẩy của công tắc từ đẩy bánh răng chủ động và làm cho nó ăn khớp với vành răng.
- Máy khởi động loại bánh răng hành tinh:
+ Máy khởi động loại bánh răng hành tinh dùng bộ truyền hành tinh để giảm tốc độ quay của lõi (phần ứng) của mô tơ.
+ Bánh răng dẫn động khởi động ăn khớp với vành răng thông qua cần dẫn động giống như trường hợp máy khởi động thông thường.
- Máy khởi động PS (Motor giảm tốc hành tinh - rotor thanh dẫn):
Hình 2.104: Máy khởi động laoij PS
+ Máy khởi động này sử dụng các nam châm vĩnh cửu đặt trong cuộn cảm.
+ Cơ cấu đóng ngắt hoạt động giống như máy khởi động loại bánh răng hành tinh.
* Theo phương pháp đấu dây động cơ điện một chiều được chia làm ba loại: dùng chủ hyếu trong máy khởi dộng.
- Loại mắc song song: Ít dao động về tốc độ, giống như loại dùng nam châm vĩnh cửu.
- Loại mắc hỗn hợp: Có cả đặc điểm của hai loại trên, thường dùng để khửi động động cơ lớn.
Hình 2.105: Các kiểu đấu dây đề
2.6.2 Các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống khởi động:
* Do tính chất, đặc điểm và chức năng nhiệm vụ của hệ thống khởi động như đã trình bày ở trên, những yêu cầu kỹ thuật cơ bản đối với hệ thống khởi động điện bao gồm:
- Khi động cơ ô tô đã làm việc, phải cắt được khớp truyền động của hệ thống khởi động ra khỏi trục khuỷu của động cơ ôtô.
- Có thiết bị điều khiển từ xa khi thực hiện khởi động động cơ ôtô (nút nhấn hoặc công tắc khởi động) thuận tiện cho người sử dụng.
- Công suất tối thiểu của máy khởi động trong hệ thống khởi động điện được tính theo công thức sau:
Pkt= nmin Mc nmin (vòng/phút): tốc độ quay nhỏ nhất tương ứng với trạng thái nhiệt độ của động cơ ô tô khi khởi động (với trị số tốc độ này, động cơ ô tô phải tự động làm việc được sau ít nhất hai lần khởỉ động, thời gian khởi động kéo dài không quá 10s đối với động cơ xăng và không quá 15s đối với động cơ diezen, khoảng thời gian cách giữa hai lần khởi động liên tiếp không quá 60s) Trị số nmin phụ thuộc vào loại động cơ, số lượng xilanh cáo trong động cơ và nhiệt độ của động cơ ôtô lúc bắt đầu khởi động Trị số tốc độ đó bằng: nmin = (40-50) vòng/phút đối với động cơ xăng. nmin = (80-120) vòng/phút đối với động cơ diezen.
Mc: mômen cản trung bình của động cơ ôtô trong quá trình khởi động, N.m.
2.6.3 Tổng quan về hệ thống khởi động:
2.6.3.1 Cấu tạo máy khởi động:
- Hệ thống khởi động động cơ 1NZ-FE trên xe Toyota Vios 2000 sử dụng máy khởi động giảm tốc nhờ bánh răng hành tinh Kết cấu các chi tiết tháo rời của máy khởi động (Hình 6.8), bo gồm: Cụm công tắc từ, vỏ máy khởi động, cần dẫn động, phanh hãm, ly hợp từ máy khởi động, bộ giảm chấn, cụm rô to cà cụm stato máy khởi động,cụm giá đỡ chổi than máy khởi động, khung đầu cổ góp, cụm bánh răng hành tinh, bánh răng mặt trời và bánh răng bao (thông thường được cố định).
- Cụm công tắc từ hoạt động như một công tắc chính của dòng điện chạy tới mô tơ và điều khiển bánh răng dẫn động khởi động (Hình 6.10) Cụm công tắc từ của máy khởi động bao gồm: Công tắc chính, pít-tông, lò xo hồi vị, trục pít-tông, cuộn kéo, cuộn giữ và lực điện từ lớn hơn lực điện từ tạo ra bởi cuộn giữ.
Hình 2.108: Cấu tạo công tắc từ
- Cần dẫn động truyền chuyển động từ pít-tông tới bánh răng dẫn động Nhờ chuyển động này mà bánh răng dẫn động được đưa vào ăn khớp và nhả khớp với vành răng bánh đà.
- Cụm rotor (cuộn dây phần ứng) dùng để tạo ra mô-men làm quay bánh răng dẫn động.
Hình 2.109: Phần ứng và ổ bi cầu
- Cụm stato tạo ra từ trường cần thiết để cho rotor hoạt động (hình 6.12) Cụm stato cũng có chức năng như một vỏ bảo vệ cuộn cảm, lõi cực và khép kín các đường sức từ Cuộn cảm được mắc nối tiếp với phần ứng (rotor).
- Chổi than và giá đỡ chổi than được lắp ráp như hình 6.13 Có hai chổi than dương và hai chổi than âm Chổi than được tỳ vào cổ góp bởi các lò xo để cho dòng điện đi từ cuộn dây tới phần ứng theo một chiều nhất định Chổi than làm từ hỗn hợp đồng-graphit nên có tính dẫn điện và chống mài mòn tốt.
- Nếu các lò xo chổi than bị yếu đi các chổi than bị mòn có thể làm cho tiếp điểm điện giữa chổi than và cổ góp không đủ để dẫn điện. Điều này làm cho điện trở ở chổ tiếp xúc tăng lên làm giảm dòng điện cung cấp cho motor và dẫn đến làm giảm moment.
Hình 2.111: Chỗi than và giá đỡ chổi than
2.6.3.6 Cơ cấu khớp chuyển động:
- Là cơ cấu truyền moment từ phần động cơ điện đến bánh đà, đồng thời bảo vệ cho động cơ điện qua ly hợp một chiều
2.6.3.7 Ly hợp từ máy khởi động:
- Ly hợp khởi động truyền chuyển động quay của mô tơ tới động cơ thông qua bánh răng chủ động khớp động.
Hình 2.113: Ly hợp máy khởi động
Hình 2.114: Cơ cấu giảm tốc bánh răng hành tinh Trong đó: 1 – Trục thứ cấp; 2 – Vòng răng; 3 – Bánh răng hành tinh;
4 – Bánh răng mặt trời; 5 – Phần ứng; 6 – Cổ góp
- Roto 1 chiều: Có lắp bánh răng để ăn khớp với bánh răng trung gian rồi truyền xuống hộp giảm tốc.
- Khớp truyền động: Là khớp bi có 3 rãnh, mỗi rãnh có 2 bi đũa đặt kế nhau.
- BR đầu trục: Ăn khớp với vành răng bánh đà nhờ ty đẩy & Relay gài khớp.
2.6.4 Cấu tạo, đặc điểm, nguyên lý hoạt động:
Hình 2.115: Cấu tạo bộ truyền bánh răng hành tinh răng hành tinh, bánh răng mặt trời, bánh răng bao (thông thường được cố định).
2.6.4.2 Đặc điểm của bộ truyền bánh răng hành tinh:
- Phần ứng nhỏ hơn Tốc độ nhanh hơn máy khởi động cơ hộp giảm tốc.
- Có bộ phận hấp thụ Moment thừa tránh bị hỏng BR
- Nguyên lý hoạt động của bộ truyền hành tinh: Phần ứng dẫn động bánh răng mặt trời bánh răng hành tinh quay xung quanh bánh răng mặt trời làm cần dẫn quay tốc độ cần dẫn và bánh răng hành tinh giảm tăng moment xoắn truyền đến bánh răng chủ động.
- Nguyên lý hấp thụ moment thừa: Được thực hiện bằng cách cho quay bánh răng bao, đĩa ly hợp ăn khớp với bánh răng bao bị trượt
hấp thụ được moment thừa.
2.6.4.4 Cơ cấu ăn khớp và nhả:
Công dụng: Cơ cấu ăn khớp, nhả khớp có 2 chức năng.
- Ăn khớp bánh răng bendix với bánh răng bánh đà.
- Ngắt sự ăn khớp giữa bánh răng bendix với bánh răng bánh đà.
Hệ thống cung cấp điện
Máy phát điện là nguồn năng lượng chính trên ô tô Máy phát sinh ra điện xoay chiều AC nhưng phải chỉnh lưu thành dòng một chiều DC được sử dụng để sạc bình ắc quy và cấp điện đến các tải điện trên ô tô Điện áp đầu ra của máy phát điện phải ổn định không phụ thuộc vào tốc độ động cơ và chế độ tải.
Máy phát phải luôn tạo ra một hiệu điện thế ổn định (13,8V-14,2V) trong mọi chế độ làm việc của phụ tải Máy phát phải có cấu trúc và kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, giá thành thấp và tuổi thọ cao Máy phát cũng phải có độ bền cao trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm lớn việc duy trì và bảo dưỡng càng ít càng tốt Khi động cơ đang hoạt động máy phát có các yêu cầu như sau:
- Cung cấp dòng điện phù hợp với yêu cầu của tất cả các tải điện.
- Cung cấp dòng điện sạc tới bình ắc quy.
- Hoạt động ở tốc độ cầm chừng.
- Cung cấp điện áp ổn định ở các điều kiện khác nhau.
- Có đèn báo trạng thái hoạt động của máy phát. Điện áp máy phát phải đảm bảo 14V đối với xe du lịch và 28V đối với xe tải trong điều kiện xe đang hoạt động.
Công suất của máy phát trên ô tô hiện nay vào khoảng 700-1500W.
Dòng điện cưc đại trong khoảng 70-140A Hiệu điện thế làm việc của bộ tiết chế 13,8-14,2V.
Máy phát điện thực hiện một số chức năng, trên các máy phát đời cũ thành phần của máy phát gồm bộ phận phát điện và chỉnh lưu Chức năng ổn rung hay bán dẫn Ngày nay, các máy phát bao gồm 3 chức năng: phát điện, chỉnh lưu và hiệu chỉnh điện áp Tiết chế vi mạch nhỏ gọn được lắp liền trên máy phát, ngoài chức năng điều áp nó còn báo một số hư hỏng bằng cách điều khiển đèn báo nạp.
2.7.3.1 Phát điện Động cơ quay, truyền chuyển động quay đến máy phát điện thông qua dây đai hình chữ V Rotor của máy phát điện là một nam châm điện Từ trường tạo ra sẽ tương tác lên dây quấn trong stator làm phát sinh ra điện.
Dòng điện xoay chiều tạo ra trong máy phát điện không thể sử dụng trực tiếp cho các thiết bị điện mà được chỉnh lưu thành dòng điện một chiều Bộ chỉnh lưu sẽ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều.
Tiết chế điều chỉnh điện áp sinh ra nhằm đảm bảo hiệu điện thế của dòng điện đi đến các thiết bị là không đổi ngay cả khi tốc độ máy phát điện thay đổi.
Khi điều chỉnh điện áp và cường độ dòng điện trong các hệ thống cung cấp điện thì đối tượng điều chỉnh là máy phát và ắc quy Để các bộ phận tiếp nhận điện năng hoạt động bình thường thì điện áp của lưới điện phải không đổi Vì vậy, cần phải có sự điều chỉnh điện áp Các loại tiết chế điện áp gồm: tiết chế loại điện từ và tiết chế loại điện tử.
2.7.4 Nguyên lí máy phát điện
Có nhiều phương pháp tạo ra dòng điện, trong những máy phát điện, người ta sử dụng cuộn dây và nam châm làm phát sinh ra dòng điện trong cuộn dây Sức điện động sinh ra trên cuộn dây càng lớn khi số vòng dây quấn càng nhiều, nam châm càng mạnh và tốc độ di chuyển của nam châm càng nhanh.
Khi nam châm được mang lại gần cuộn dây, từ thông xuyên qua cuộn dây tăng lên Ngược lại, khi đưa cuộn dây ra xa, đường sức từ xuyên qua cuộn dây giảm xuống.
Bản thân của cuộn dây không muốn từ thông qua nó biến đổi nên cố tạo ra từ thông theo hướng chống lại những thay đổi xảy ra.
Nguyên lí máy phát điện trong thực tế
Máy phát điện trong thực tế:
+ Nam chân vĩnh cửu được thay thế bằng nam châm điện nên từ thông có thể thay đổi được.
+ Có thêm lõi thép sẽ làm tăng từ thông qua cuộn dây.
+ Sinh ra từ thông móc vòng làm từ thông thay đổi liên tục.
2.7.5 Các tải điện trên ô tô và chế độ làm việc
Các phụ tải điện trên ô tô được phân làm ba nhóm riêng biệt bao gồm; tải thường trực là tải liên tục hoạt động khi xe đang chạy, tải
Máy phát điện của một ô tô hiện đại phải đáp ứng các nhu cầu cao của các phụ tải ở điều kiện khác nhau Dưới đây là bảng các tải điện trên ô tô.
Hình 2.138: Các loại tải điện
2.7.5.2 Các chế độ làm việc
Khi động cơ không hoạt động: Điện từ bình ắc quy được dùng để chiếu sáng, dùng cho các thiêt bị điện phụ, hoặc là các thiết bị khác khi động cơ không hoạt động.
Khi động cơ khởi động: điện từ bình ắc quy được dùng cho máy khởi động và cung cấp dòng điện cho hệ thống đánh lửa trong suất thời gian động cơ đang khởi động.
Khi động cơ đang hoạt động: Ở chế độ không tải: Điện từ máy phát một phần sẽ được cấp tới các phụ tải điện trên xe và phần còn lại sẽ nạp điện cho bình ắc quy. nhiều hơn và sẽ giảm dòng nạp đến bình ắc quy. Ở chế độ quá tải: khi máy phát điện hoạt động hết công suất nhưng vẫn không cung cấp đủ điện đến các phụ tải điện Lúc này bình ắc quy sẽ phóng điện để hỗ trợ một phần điện năng cho máy phát.
Trong hệ thông điện ô tô hiện nay thường sử dụng ba loại máy phát điện xoay chiều sau:
Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu thường sử dụng trên các loại xe gắn máy.
Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng điện từ không có vòng tiếp điện sử dụng chủ yếu trên máy kéo và xe chuyên dụng.
Máy phát điện xoay chiều kích thích bằng điện từ có vòng tiếp điện sử dụng trên các xe ô tô.
Các loại máy phát khác:
Máy phát đời cũ và tiết chế rung
Máy phát điện đời cũ thường nặng hơn và có kích thước lớn hơn so với máy phát loại mới có cùng công suất Nó thường được sử dụng với tiết chế loại rời.
Cấu trúc bên trong của máy phát đời cũ về cơ bản giống như loại đời mới nhưng nó có một số đặc điểm khác:
Không có bộ tiết chế lắp chung
Chỉ lắp một quạt bên ngoài
Sơ đồ chân ECM
Hình 2.152: Hình tổng quát chân ECm
Hình 2.153: Giắc E7 của ECM Bảng 2.10: Ký hiệu sơ đồ chân E7
STT Ký hiệu Viết tắt Diễn giải
2 RSD Xung điều khiển van ISC
3 IGF Tín hiệu đánh lửa
6 STP Stop Công tắc đèn phanh
10 OCV+ Oil control Tín hiệu điều khiển dầu phối khí trục cam
11 #20 Tín hiệu kim phun số 2
12 #10 Tín hiệu kim phun số 1
16 NE- Chân âm chung tín hiệu trục cam và khuỷu
17 NE+ Chân dương tín hiệu cảm biến trục khuỷu
18 G2 Chân dương cảm biến vị trí trục cam
19 IGT4 Ignition timing 4 Tín hiệu đánh lửa 4
20 IGT3 Ignition timing 3 Tín hiệu đánh lửa 3
21 IGT2 Ignition timing 2 Tín hiệu đánh lửa 2
22 IGT1 Ignition timing 1 Tín hiệu đánh lửa 1
23 OCV- Oil control Tín hiệu điều khiển dầu phối khí trục cam
24 #40 Tín hiệu kim phun số 4
25 #30 Tín hiệu kim phun sô 3
STT Ký hiệu Viết tắt Diễn giải
2 VG Tín hiệu lưu lượng khí nạp
3 THA Thermostatic air Tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp
4 THW Thermostatic water Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát
10 EVG Chân Tín hiệu cảm biến lưu lượng khí nạp
11 VTA Chân tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga
13 KNK1 knock Chân tín hiệu kích nổ
Hình 2.155: Giắc E4 của ECM Bảng 1 12: Ký hiệu chân giắc E4
STT Ký hiệu Viết tắt Diễn giải
9 SPD Speed Tín hiệu tốc độ
11 STA Start Tín hiệu khởi động
14 FC Fuel control Tín hiệu điều khiển bơm nhiên liệu
2.8.5 Sơ đồ mạch điện tổng quát
2.8.5.1 Sơ đồ mạch điều khiển bơm
Hình 2.156: Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên liệu
Hình 2.157: Sơ đồ mạch điều khiển đánh lửa
2.8.5.3 Mạch điều khiển van ISC
Hình 2.158: Sơ đồ mạch điều khiển van ISC
2.8.5.4 Mạch điều khiển vị trí ga
2.8.5.5 Mạch điều khiển cảm biến oxy
Hình 2.160: Sơ đồ mạch cảm biển oxy
Cảm biến vị trí trục cam
Hình 3.1: Cảm biến trục cam
Cảm biến vị trí trục cam CPS (Camshaft Position Sensor) đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển của động cơ Cảm biến giúp ECU nhận biết tín hiệu để xác định điểm chết trên giữa các máy trong động cơ. Đồng thời xác định vị trí của trục cam để xác định thời điểm đánh lửa (đối với động cơ xăng) hay thời điểm phun nhiên liệu (động cơ phun dầu điện tử) cho chính xác và tiết kiệm nhiên liệu.
Với những dòng động cơ mới hiện nay đều được trang bị thêm hệ thống điều khiển trục cam biến thiên thông minh Cảm biến này đóng vai trò giám sát sự hoạt động của hệ thống điều khiển trục cam biến thiên bình thường hay không Từ đó, nó sẽ gửi tín hiệu về ECU để xác định rằng hệ thống trục cam biến thiên có đang làm việc đúng như tín hiệu từ gửi về hay không.
- Cảm biến trục cam trên ô tô có hai loại:
+ Loại cảm biến hiệu ứng điện từ: Loại cảm biến hiệu ứng điện từ có cấu tạo chính là một cuộn dây điện từ và một nam châm vĩnh cửu, nó như 1
Hình 3.2: Cấu tạo cảm biến điện từ.
+ Loại cảm biến hiệu ứng Hall: Xe đời mới hiện nay đa số sử dụng loại
Hall được cấu tạo bởi những bộ phận chính là một phần tử Hall đặt ở đầu cảm biến, một nam châm vĩnh cửu và một IC tổ hợp nằm trong cảm biến.
Hình 3.3: Cảm biến Hall hiệu ứng điện từ vì sự đơn giản và không đạt nhiều yêu cầu cần thiết về độ chính xác và an toàn trên ô tô Trên đà phát triển việc chú trọng độ hoàn hảo về sự chính xác và an toàn hơn trên ô tô ngày càng cao Đi từ cái cũ lên cái mới loại cảm biến hiệu ứng Hall được ra đời để tiến tới nhu cầu của ngày nay Hầu hết những dòng xe ngày nay đều sử dụng tính năng này trong cảm biến trục cam và đưa vào sừ dụng trên xe
Trên dòng động cơ 1NZFE đời năm 2000 được tích năng trên mình loại cảm biến hiệu ứng điện từ.
Hình 3.4: Cấu tạo cảm biến vị trí trục cam
Trên động cơ 1NZ-FE, tích hợp trên động cơ cảm biến trục cam loại cảm biến hiệu ứng điện từ.Về cấu tạo cảm biến trục khuỷu gồm một rôto và một cuộn dây nhận tín hiệu Được lắp ở đầu trục cam, rôto của cảm biến này chỉ có 3 răng
Hình 3.6: Cảm biến hiệu ứng điện từ
Khi trục cam quay làm rô to quay và các răng của cảm biến sẽ quét qua cuộn dây nhận tín hiệu, từ thông qua cuộn dây biến thiên tạo ra sức điện động dạng xung hình sin gửi về ECU và ECU nhận tín hiệu này để xác định thời điểm đánh lửa và cả thời điểm phun tương ứng với điểm chết trên cuối kì nén của từng xi lanh theo đúng thứ tự làm việc của động cơ.
Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lí cảm biến trục cam
Bước 1: Kiểm tra cảm biến vị trí trục cam.
Ngắt giắc của cảm biến vị trí trục cam.
Đo điện trở theo các giá trị trong bảng dưới đây.
Thuật ngữ “lạnh” và “nóng” được xem là nhiệt độ của các cuộn dây.
Nối dụng cụ đo Điều kiện Điều kiện tiêu chuẩn
1 – 2 Lạnh 1630 đến 2740 Ω) và trên mạch sơ cấp
1 – 2 Nóng 2065 đến 3225 Ω) và trên mạch sơ cấp
“Nóng” có nghĩa là nằm trong khoảng nhiệt độ 50° đến 100°C (122°F đến 212°F).
Kết quả: Đúng tiêu chuẩn Đến bước 2
Không đúng tiêu chuẩn Thay cảm biến vị trí trục cam
Bước 2: Kiểm tra dây điện và giắc nối (Cảm biến vị trí trục cam – ECM).
Ngắt giắc của cảm biến vị trí trục cam.
Đo điện trở theo các giá trị trong bảng dưới đây.
Bảng 3.2: Điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra hở mạch):
Nối dụng cụ đo Điều kiện Điều kiện tiêu chuẩn C18-1 (G2+) – C23 – 99 (G2+) Mọi điều kiện Dưới 1 Ω) và trên mạch sơ cấp
C18 -2 (NE) – C23 – 121 (Ne-) Mọi điều kiện Dưới 1 Ω) và trên mạch sơ cấp
Bảng 3.3: Điện trở tiêu chuẩn (Kiểm tra ngắn mạch):
Nối dụng cụ đo Điều kiện Điều kiện tiêu chuẩn C18-1(G2+) hay C23-99 (G2+) – mass thân xe Mọi điều kiện 10kΩ) và trên mạch sơ cấp trở lên C18-2(NE-) hay C23-121 (NE-)- mass thân xe Mọi điều kiện 10k Ω) và trên mạch sơ cấp trở lên
Kết quả: Đúng tiêu chuẩn Đến bước 3
Không đúng tiêu chuẩn Sửa hoặc thay dây điện và giắc nối
Bước 3:Kiểm tra lắp ráp.
Tháo nắp đậy nắp quy lát.
Quay buly trục khuỷu, dóng thẳng rãnh của nó với dấu cam 0 trên nắp
Kiểm tra rằng các dấu phối khí trên đĩa sao cho xích phối khí trục cam hướng lên trên như hình vẽ Nếu chưa được hãy quay buli trục khuỷu một vòng (360 độ) và dóng thẳng các dấu nói trên.
Khi các dấu phối khí trên các bánh răng phối khí trục cam được dóng thẳng như hình vẽ.
Lắp lại nắp quy lát.
Hình 3.11: Dấu cam trên buly
Bước 5: Kiểm tra trục cam.
Kiểm tra răng của trục cam.
Tốt Thay thế cảm biến vị trí trục cam
Không tốt Thay thế trục cam
Bước 6: Thay thế cảm biến vị trí trục cam.
Bước 7: Kiểm tra xem mã DTC có xuất hiện lại hay không.
Nối máy chuẩn đoán vào DLC3.
Bật khóa điện đến vị trí ON và bật máy chuẩn đoán ON.
Xóa các mã DTC khởi động động cơ.
Chọn các mục sau: POWERTRAIN/ENGINE AND ECT/DTC.
Không phát ra Kết thúc
Cảm Biến Vị Trí Trục Khuỷu
Hình 3.12: Cảm biến vị trí trục khuỷu
Cảm biến vị trí trục khuỷu CPS (Crankshaft Position Sensor) có nhiệm vụ đo tín hiệu tốc độ của trục khuỷu và vị trí trục khuỷu gửi về ECU Bộ ECU lấy tín hiệu đó để xử lý tính toán cụ thể và hợp lý để điều chỉnh góc đánh lửa sớm, lượng phun nhiên liệu cần thiết cho động cơ hoạt động ổn định.
3.2.2.1 Phân loại theo hiệu ứng
- Cảm biến vị trí trục khuỷu trên ô tô cũng như cảm biến vị trí trục cam cũng có hai loại:
+ Loại cảm biến hiệu ứng điện từ.
+ Loại cảm biến hiệu ứng Hall.
Hình 3.14: Cảm biến hiệu ứng Hall
- Phân loại theo dây có hai loại:
Hình 3.16: cảm biến vị trí trục khuỷu loại 3 dây
Trên những dòng xe mới ngày nay đã không còn trang bị loại cảm biến hiệu ứng điện từ vì sự đơn giản và không đạt nhiều yêu cầu cần thiết về độ chính xác và an toàn trên ô tô Trên đà phát triển của công nghệ việc chú trọng độ hoàn hảo về sự chính xác và an toàn hơn trên ô tô ngày càng cao Đi từ cái cũ lên cái mới loại cảm biến những dòng xe ngày nay đều sử dụng tính năng này trong cảm biến trục khuỷu và đưa vào sừ dụng trên xe
Trên dòng động cơ 1NZFE đời năm 2000 được tích năng trên mình loại cảm biến hiệu ứng điện từ.
Trên động cơ 1 NZFE, tích hợp trên động cơ cảm biến vị trí trục khuỷu loại cảm biến hiệu ứng điện từ.Về cấu tạo cảm biến trục khuỷu gồm một rôto và một cuộn dây nhận tín hiệu Được lắp ở đầu trục khuỷu, rôto của cảm biến này có 34 răng và mỗi răng ứng với một góc 10 độ quay quanh trục khuỷu Trên rô to có khuyết hai răng để xác định vị trí xi lanh số 1.
Hình 3.17: câu tạo cảm biến hiệu ứng điện từ
Khi trục khuỷu quay làm rôto của cảm biến quay theo, khi rôto quay các răng của rô to quét qua cuộn tín hiệu làm xuất hiện từ thông đi qua cuộn dây thay đổi, sẽ tạo ra sức điện động trong cuộn dây Đồng thời tạo ra xung điện dạng sóng hình sin gửi về ECU để báo tốc độ động cơ qua đó tính toán điều chỉnh góc đánh lửa tối ưu và lượng nhiên liệu phù hợp cho từng xy lanh, mỗi vòng quay của trục khuỷu sẽ có 34 xung gửi về ECU.
Chú ý: Kiểm tra tốc độ động cơ Có thể kiểm tra được tốc độ động cơ bằng cách dùng máy chuẩn đoán Hãy tuân theo quy trình dưới đây:
- Nối máy chuẩn đoán vào DLC3.
- Chọn các mục sau: POWERTRAIN / ENGINE AND ECT / DATA LIST / ENGINE SPEED.
- Tốc độ động cơ có thể báo Zero cho dù động cơ đang quay bình thường Đó là do không có các tín hiệu NE từ cảm biến vị trí trục khuỷu(CKP) Thay vào đó, tốc độ động cơ có thể báo thấp hơn tốc độ thực tế của động cơ, nếu điện áp phát ra của cảm biến CKP không đủ lớn. về xe và điều kiện lái xe ở dạng dữ liệu lưu tức thời tại thời điểm mã DTC được lưu lại Khi chuẩn đoán,dữ liệu lưu tức thời giúp xác định xe đang chạy hay đỗ, động cơ nóng hay chưa, tỷ lệ không khí - nhiên liệu đậm hay nhạt cũng như những dữ liệu khác ghi lại được tại thời điểm xảy ra hư hỏng.
Bước 1: Đọc giá trị tốc độ xe dùng máy chuẩn đoán.
Nối máy chuẩn đoán vào DLC3.
Bật máy chuẩn đoán ON.
Chọn các mục sau: POWERTRAIN/ENGINE AND ECT/DATA
Khởi động động cơ đọc các giá trị hiển thị trên máy chuẩn đoán khi động cơ đang nổ máy Tốt khi các giá trị hiệu chỉnh sẽ được hiển thị.
Kiểm tra sự thay đổi tốc độ động cơ, hiển thị đồ thị trên máy chuẩn đoán.
Nếu động cơ không khởi động được, hãy kiểm tra tốc độ động cơ khi quay khởi động.
Nếu tốc độ động cơ được chỉ ra trên máy chuẩn đoán vẫn bằng 0, thì đã hở mạch hoặc ngắn mạch trong mạch cảm biến vị trí trục khuỷu.
Bước 2: kiểm tra cảm biến trục khuỷu.
Ngắt giắc của cảm biến vị trí trục khuỷu.
Đo điện trở theo các giá trị trong bảng dưới đây.
Bảng 3.4: Điều kiện tiêu chuẩn ngắn mạch
Nối dụng cụ đo Điều kiện Điều kiện tiêu chuẩn
1 – 2 Lạnh 985 đến 1600 Ω) và trên mạch sơ cấp
1 – 2 Nóng 1265 đến 1890 Ω) và trên mạch sơ cấp
Khái niệm “lạnh” và “nóng” là nói về nhiệt độ của cuộn dây.
“Lạnh” có nghĩa là khoảng -10°C đến 50 °C (14 đến 122 °F).
“ Nóng” có nghĩa là khoảng 50°C đến 100.00 °C (122 đến 212 °F).
Không tốt Thay thế cảm biến vị trí trục khuỷu
Bước 3: Kiểm tra dây điện và giắc nối (cảm biến vị trí trục khuỷu).
Ngắt giắc của cảm biến vị trí trục khuỷu.
Đo điện trở theo các giá rị trong bảng dưới đây.
Bảng 3.5: Điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra hở mạch):
Nối dụng cụ đo Điều kiện Điều kiện tiêu chuẩn C2-1 (NE+) – C23 – 122 (NE+) Mọi điều kiện Dưới 1 Ω) và trên mạch sơ cấp
C2-2 (NE-) – C23 – 121 (NE-) Mọi điều kiện Dưới 1 Ω) và trên mạch sơ cấp
Bảng 3.6: Điều trở tiêu chuẩn (kiểm tra ngắn mạch):
Nối dụng cụ đo Điều kiện Điều kiện tiêu chuẩn C2-1 (NE+) hay C23-122 (NE+) - Mát thân xe Mọi điều kiện 10kΩ) và trên mạch sơ cấp trở lên C2-2 (NE-) hay C23-121 (NE-) - Mát thân xe Mọi điều kiện 10kΩ) và trên mạch sơ cấp trở lên
Đúng như tiêu chuẩn: Đến bước 4
Không đúng như tiêu chuẩn: Sửa hoặc thay dây điện và giắc nối.
Bước 4: Kiểm tra lắp ráp (cảm biến vị trí trục khuỷu).
Không tốt Bắt chặt lại cảm biến
Bước 5: Kiểm tra đĩa tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu (răng của đĩa cảm biến).
Tốt: Đĩa cảm biến không có bất kỳ vết nứt hay biến dạng.
Không tốt Thay thế cảm biến vị trí trục khuỷu
Tín hiệu đánh lửa IGT và IGF
ECU sẽ cho ra tín hiệu điều khiển thời điểm đánh lửa IGT cắn cứ vào sự tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến Tín hiệu IGT do ECU phát ra trước điểm chết trên (DCT) ở quá trình nén và có dạng xung vuông Trong một chu kỳ làm việc của động cơ ECU cung cấp 4 tín hiệu IGT, mỗi xung cách nhau mọi góc độ là 180° tính theo góc quay trục khuỷu hay nói cách khác, số xung của tín hiệu IGT do ECU cung cấp bằng với số xy lanh của động cơ, xung này cách xung kia tính theo góc quay trục khuỷu trong một chu kì là 720/i (với I là số xy lanh của động cơ).
Tín hiệu IGT sẽ được cung cấp đến bộ đánh lửa (Igniter) và Igniter sẽ điều khiển dòng điện đi qua cuộn sơ cấp Khi xung tín điện IGT mất thì dòng điện đi qua cuộn sơ cấp bị ngắt, làm cảm ứng trong cuộn thứ cấp một sức điện động có điện áp cao, điện áp này sẽ được cung cấp đến bugi đã được định trước.
IC đánh lửa gửi tín hiệu đến IGF tới ECU nhờ đó mà ECU biết được việc đánh lửa có thực sự diễn ra hay không để điều khiển đánh lửa sao cho chính xác.
Tín hiệu đánh lửa IGF được tạo ra phụ thuộc vào sự đóng và ngắt của transistor công suất trong IC đánh lửa.
Hình 3.23: Quan hệ tín hiệu IGT và IGF ở dòng sơ cấp
Bước 1: Kiểm tra cuộn đánh lửa và thử đánh lửa.
Kiểm tra các mã DTC.
Chú ý: Nếu có mã (DTC) phát ra, hãy thực hiện chuẩn đoán theo quy trình cho mã DTC đó.
Kiểm tra có đánh lửa không.
Dùng đầu khẩu 16mm tháo 4 con bugi.
Lắp bugi vào cuộn dây đánh lửa và nối giắc cuộn đánh lửa.
Ngắt 4 giắc nối của vòi phun.
Kiểm tra rằng có tia lửa xuất hiện khi động cơ đang quay khởi động.
Nếu không có tia lửa xuất hiện, hãy kiểm tra rằng giắc nối phía dây điện của cuộn đánh lửa có IC đánh lửa đã được cắm chắc chắn.
Không tốt Lắp chắc chắn
Tốt Đi đến bước tiếp theo
Tiến hành thử đánh lửa cho mỗi cuộn đánh lửa.
Thay thế cuộn đánh lửa bằng chiếc còn tốt.
Tiến hành thử đánh lửa một lần nữa.
Không tốt Thay thế cuộn đánh lửa có IC đánh lửa
Tốt Đi đến bước tiếp theo
Không tốt Thay thế bugi
- Kiểm tra sự cấp nguồn đến cuộn đánh lửa có IC đánh đánh lửa.
+ Bật khóa điện ON (IG).
+ Kiểm tra rằng có điện áp quy tại cực (+) của cuộn đánh lửa.
Không tốt Kiểm tra dây điện giữa khóa điện và cuộn dây đánh lửa có IC đánh lửa
Tốt Đi đến bước tiếp theo
- Kiểm tra cảm biến vị trí trục cam. Đo điện trở theo các giá trị trong bảng dưới Nếu không đúng thì thay cảm biến trục cam, nếu đúng thì đi đến bước tiếp theo.
Bảng 3.7: Điều kiện tiêu chuẩn
Nối dụng cụ đo Điều kiện Điều kiện tiêu chuẩn
Khái niệm “lạnh” và “nóng” là nhiệt độ của các cuộn dây.
“Lạnh” nằm trong khoảng -10 đến 50 độC 14 – 122 độ F.
“Nóng” nằm trong khoảng 50 đến 100 độ C (122 – 284 độ F).
Kiểm tra mạch IGT và IGF.
Tốt Đến bước tiếp theo
Không tốt Sửa dây điện giữa cuộn đánh lửa và ECM.
Dùng đầu khẩu 16mm lắp 4 bugi.
Lắp nắp đặt nắp quy láp.
Hình 3.26: Kiểm tra bugi giấy nhám 1000 chà sơ và đo điện trở lại một lần nữa.
Nếu vẫn không có ôm kế hãy thực hiện phép kiểm tra tiếp theo như sau (kiểm tra xen kẽ các bugi khác).
Tăng ga nhanh để đạt tốc độ động cơ 4000 vòng/phút trong 5 lần.
Tháo bugi ra và quan sát tình trạng bugi.
Nếu điện cực khô Bugi hoạt động đúng chức năng
Nếu điện cực bị ướt Đến bước tiếp theo
Kiểm tra xem có bị hư hỏng phần ren hay không và phần cách điện của bugi nếu thấy không đạt chuẩn thay bugi.
CHẾ TẠO IC ĐÁNH LỬA
Chế tạo IC đánh lửa
- Bobin được cấu tạo gồm 2 cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được quấn theo tỉ lệ
1:30 Bobin hoạt động theo nguyên lí cảm ứng điện từ.
- Điện áp sử dụng cho bobin hoạt động là 12 – 14,2V theo điện áp từ máy phát cung cấp cho các thiết bị trên ô tô.
- Dòng điện cấp cho bobin từ 9 ÷ 14A, nếu vượt qua ngưỡng này bobin sẽ chết do quá dòng.
- IC đánh lửa có nhiệm vụ ngắt đột ngột dòng điện cấp cho cuộn dây sơ cấp của bobin làm trong cuộn sơ cấp bị ngắt dòng điện đột ngột, sinh ra hiện tượng cảm ứng điện từ tác động lên cuộn dây sơ cấp sinh ra điện áp theo tỉ lệ 1:30.
- Tần hoạt động của hệ thống đánh lửa từ f = 50 ÷ 60Hz.
- Thời gian để ngắt cuộn sơ cấp từ T = 2 ÷ 6ms.
- Chọn MOSFET 23N50E đóng ngắt cuộn sơ cấp.
- Chọn cách ly quang OPTO TLP 250 điều khiển MOSFET 23N50E.
- Chọn IC ATTINY 13A làm nhiệm vụ điều khiển OPTO TLP 250.
- Chọn OP – AMPS LM358 làm mạch khếch đại thuật toán cấp tín hiệu cho
- Chọn transistor BC 547 làm mạch đệm.
- Chọn tụ húa cao ỏp 0,1àF 630V.
- Chọn diode 1N4007 chỉnh lưu tín hiệu xoay chiều từ cảm biến trục khuỷu.
Các linh kiện điện tử chế tạo IC đánh lửa
- Điện trở (Resistor) là một linh kiện điện tử thụ động gồm 2 tiếp điểm kết nối, thường được dùng để hạn chế cường độ dòng điện chảy trong mạch, điều chỉnh mức độ tín hiệu, dùng để chia điện áp, kích hoạt các linh kiện điện tử chủ động như transistor, tiếp điểm cuối trong đường truyền điện và có trong rất nhiều ứng dụng khác Các cảm biến có điện trở biến thiên như: cảm biến nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, lực tác động và các phản ứng hóa học.
- Điện trở là loại linh kiện phổ biến trong mạng lưới điện, các mạch điện tử, điện trở thực tế có thể được cấu tạo từ nhiều thành phần riêng rẽ và có nhiều hình dạng khác nhau, ngoài ra điện trở còn có thể tích hợp trong các vi mạch IC.
- Điện trở được phân loại dựa trên khả năng chống chịu, trở kháng….tất cả đều được các nhà sản xuất ký hiệu trên nó.
- Điện trở đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện Chính vì thế, khi sử dụng điện trở cho một mạch điện thì một phần năng lượng điện sẽ bị tiêu hao để duy trì mức độ chuyển dời của dòng điện Nói một cách khác thì khi điện trở càng lớn thì dòng điện đi qua càng nhỏ và ngược lại khi điện trở nhỏ thì dòng điện dễ dàng được truyền qua.Khi dòng điện cường độ I chạy qua một vật có điện trở R, điện năng được chuyển thành nhiệt năng với công suất theo phương trình sau:
P: là công suất, đo theo W (walt).
I: là cường độ dòng điện, đo bằng A (ampere).
R: là điện trở, đo theo Ω) và trên mạch sơ cấp (ohm).
- Chính vì lý do này, khi phân loại điện trở, người ta thường dựa vào công suất mà phân loại điện trở Và theo cách phân loại dựa trên công suất, thì điện trở thường được chia làm 3 loại:
+ Điện trở công suất nhỏ
+Điện trở công suất trung bình
+ Điện trở công suất lớn.
- Tuy nhiên, do ứng dụng thực tế và do cấu tạo riêng của các vật chất tạo nên điện trở nên thông thường, điện trở được chia thành 2 loại: + Điện trở: là các loại điện trở có công suất trung bình và nhỏ hay là các điện trở chỉ cho phép các dòng điện nhỏ đi qua Loại điện trở này trong thực tế có 3 hình dạng :
Điện trở thông thường (phổ thông): Là loại điện trở thường sử dụng nhất Đặc điểm của nó là:Công suất hoạt động (tỏa nhiệt) thấp: 0.125W đến 0.5W, độ chính xác không cao: sai số thường dao động khoảng +/- 5% trở lên, giá thành rẻ, dễ mua được ở bất kì đâu.
Trên điện trở thường, người ta dùng các vòng màu để biểu thị các con số ứng với các thông số của điện trở.
Hình 4.2: Bảng màu điện trở Ở loại điện trở có 4 vòng màu: 3 vòng màu đầu tiên là giá trị điện trở, 1 vòng màu còn lại là sai số của điện trở (thường là nhũ vàng +/- 5%), R1 có giá trị là: 45 (vàng - lục) x 102 (đỏ) = 4500 ohm = 4.5K Ohm Sai số +/- 5% (nhũ vàng/hoàng kim). Ở loại điện trở có 5 vòng màu: 4 vòng đầu tiên là trị số của điện trở, 1 vòng còn lại là sai số của điện trở, R2 có giá trị là: 380 (cam - xám - đen) x 103 (cam) = 380,000 Ohm = 380K Ohm Sai số +/- 1% (đỏ). Ở loại điện trở có 6 vòng màu: 4 vòng đầu tiên là trị số của điện trở, 1 vòng tiếp theo là sai số của điện trở, 1 vòng cuối cùng là sai lệch trị số điện trở theo nhiệt độ, R3 có giá trị là: 527 (lục - đỏ -
0.25% (lam) Thay đổi theo nhiệt độ 10 PPM/oC (lam). Điện trở dán (SMD): Là loại điện trở có kích thước cực nhỏ thường dùng trong những mạch đòi hỏi sự nhỏ gọn Đặc điểm của nó là:Công suất hoạt động (tỏa nhiệt) cực thấp: dưới 0.125W (dễ cháy nếu dùng không cẩn thận), độ chính xác cực cao: sai số chỉ +/- 1% trở xuống, giá thành cao: cao hơn điện trở thông thường khoảng 20%, khó mua: thường thì chỉ có những chỗ chuyên bán hàng điện tử mới có bán, điện trở dán thường có kích thước cỡ bằng đầu bút bi, một số loại thì nhỏ hơn.
Hình 4.3: Điện trở dán SMD
Những điện trở có giá trị cỡ vài chục ohm thường chỉ có 2 chữ số, chữ số thứ 3 đã bị lược bỏ.
Những điện trở có trị số cỡ vài ohm thường có chữ "R" đứng phía sau Ví dụ: 3R = 3 ohm.
Biến trở (triết áp): Đây thực chất chỉ là một loại điện trở mà trị số của nó có thể thay đổi được Biến trở thường có các loại :1K Ohm, 10K Ohm, 100K Ohm,
Biến trở thường có 3 chân 1,2,3 như hình vẽ sau:
Hình 4.6: Cấu tạo biến trở
Phần màu vàng là một lớp điện trở Cây kim màu xanh được đè chặt xuống phần điện trở này Giả sử có dòng điện đi từ 1 đến 3 thì nó sẽ phải qua phần màu vàng (được tô đỏ) và đó chính là điện trở hiện tại của biến trở Bạn chỉ việc vặn cây kim để tăng giảm độ dài của vùng màu đỏ, qua đó tăng giảm giá trị điện trở. Điện trở công suất: là các điện trở dùng trong các mạch điện tử có dòng điện lớn đi qua hay nói cách khác, các điện trở này khi mạch hoạt động sẽ tạo ra một lượng nhiệt năng khá lớn Chính vì thế, chúng được cấu tạo nên từ các vật liệu chịu nhiệt
4.2.1.3 Ứng dụng của điện trở a)Kí hiệu điện trở trong mạch điện:
- Trên sơ đồ nguyên lý, điện trở được biểu thị bằng một hình chữ nhật dài Trên thân có vạch để phân biệt công suất của điện trở Cách đọc theo quy ước sau:
+Hai vạch chéo vào nhau (\/)= 5,0w.
- Bên cạnh ghi trị số điện trở Nhiều khi không ghi đơn vị Cách đọc theo quy ước sau:
+ Từ 1 ôm đến 999 ôm ghi là 1 đến 999
+ Từ 1000 ôm đến 999 000 ôm ghi là 1K đến 999K
+ Từ 1 Mêgaôm trở lên ghi là 1,0; 2,0; 3,0 5,0 10,0 20,0 b) Mắc điện trở trong mạch điện:
- Định luật ohm: điện áp (U) đi qua điện trở tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện (I) và tỉ lệ này là một hằng số điện trở (R).
- Cầu phân áp: Cầu phân áp có cấu tạo gần giống như một biến trỡ, cũng gồm một hệ gồm 2 điện trở nối tiếp nhau có tác dụng phân chia điện áp U từ nguồn điện ra ra điện áp theo ý muốn của người dùng.
Vout1 là điện áp đo được tại 2 đầu điện trở R2:
Với cầu phân áp 2 điện trở , ta có thể dùng công thức biến đổi :
- Các kiểu mắc điện trở:
Hình 4.10: Điện trở mắc nối tiếp Điện trở tương đương của hệ này là: R = R1 + R2.
Nếu mắc nhiều điện trở nổi tiếp thì: R = R1 + R2 + + Rn.
Hình 4.11: Điện trở mắc song song Điện trở tương đương của hệ này là: 1/R = 1/R1 + 1/R2 hay R = (R1 x R2) / (R1 + R2).
Nếu mắc nhiều điện trở nổi tiếp thì: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + + 1/Rn hay
Hình 4.12: Điện trở mắc hỗn hợp Điện trở tương đương của hệ này là: R = R1 + (R2 x R3) / (R2 + R3). c) Ứng dụng:
- Điện trở có mặt ở mọi nơi trong thiết bị điện tử và như vậy điện trở là linh kiện quan trọng không thể thiếu được , trong mạch điện , điện trở có những tác dụng sau :
9V, nhưng ta chỉ có nguồn 12V, ta có thể đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụt áp bớt 3V trên điện trở.
Hình 4.13: Điện trở bảo vệ bóng đèn
- Như hình trên ta có thể tính được trị số và công xuất của điện trở cho phù hợp như sau: Bóng đèn có điện áp 9V và công xuất 2W vậy dòng tiêu thụ là
I = P / U = (2 / 9 ) = Ampe đó cũng chính là dòng điện đi qua điện trở.
- Vì nguồn là 12V, bóng đèn 9V nên cần sụt áp trên R là 3V vậy ta suy ra điện trở cần tìm là R = U/ I = 3 / (2/9) = 27 / 2 = 13,5 Ω) và trên mạch sơ cấp
- Công xuất tiêu thụ trên điện trở là : P = U.I = 3.(2/9) = 6/9 W vì vậy ta phải dùng điện trở có công xuất P > 6/9 W
+ Mắc điện trở thành cầu phân áp để có được một điện áp theo ý muốn từ một điện áp cho trước.
Hình 4.14: Mạch cầu phân áp áp U1, áp U1 phụ thuộc vào giá trị hai điện trở R1 và R2.theo công thức:
- Thay đổi giá trị R1 hoặc R2 ta sẽ thu được điện áp U1 theo ý muốn. + Tham gia vào các mạch tạo dao động R C sử dụng NE555.
Hình 4.15 Điện trở được ứng dụng trong mạch IC Ne 555.
+ Điện trở còn được ứng dụng rất nhiều trong mạch điện tử.
4.2.1.4.Cách đo kiểm điện trở:
- Hướng dẫn đo điện trở bằng đồng hồ vạn năng điện tử:
+ Bước 2: Que đen cắm cổng chung COM, que đỏ cắm vào cổng Ω) và trên mạch sơ cấp. + Bước 3: Cắm que đo màu đen vào đầu COM, que đo màu đỏ vào đầu (+)
CHẾ TẠO MÔ HÌNH IC ĐÁNH LỬA
Quy trình lắp đặt
- Sau khi đã hoàn thành việc chế tạo IC ta tiến hành lắp đặt thực nhiệm lên động cơ thực tế TOYOTA 3S, động cơ sử dụng hệ thống đánh lửa qua hộp ECU sử dụng
+ Bước 1: Tháo IC rút giắc tháo IC dánh lửa gốc ra khỏi động cơ.
+ Bước 2: Tiếp hành đấu nối các chân của IC chế tạo với các các chân tương đương của IC gốc kết nối với hộp ECU.
+ Bước 3: Tiến hành khởi động động cơ kiểm tra khả năng điều khiển của IC chế tạo.
Đo kiểm hoạt động thực nhiệm của IC chế tạo
5.2.1 Giới thiệu thiệu thiết bị đo.
- Để có thể đô kiểm được khả năng hoạt động của IC ta phải sử dụng thiết bị có khả năng đo sóng điện IGT, IGF mà IC gửi về hộp ECU Ở đây ta sử dụng thiết bị đo sóng Hantek 6022BE.
- Máy đo Hantek 6022BE được sử dụng để đo và hiển thị tín hiệu điện lên máy tính qua cổng giao tiếp USB, máy có 2 kênh đo tín hiệu Analog Oscilloscope tần số tối đa 20Mhz với độ chính xác cao, sử dụng cổng USB để truyền dữ liệu lên phần mềm máy tính xử lý và hiển thị trực quan, có thể lưu được dạng hình ảnh dữ liệu.
Hình 5.1: Thiêt bị hỗ trợ do sóng Hantek 6022BE
+ 1 thiết bị đo xung Hantek 6022BE.
+ 1 CD cài đặt phần mềm khai thác.
+ 2 dây kết nối kênh thăm dò.
Hình 5.2: Bộ phụ kiện đi kèm thiết bị Hantek 6022BE
5.2.2 Lắp đặt bố chí đo kiểm.
Hình 5.3: Sơ đồ lắp đặt đo kiểm máy tính.
Hình 5.4: Kết nối với máy tính
- Bước 2:Lấy 1 dây đo ghim giắc kết nối với kênh 1 của thiết bị, dung phần đầu mũi nối với dây IGT của hộp, chân kẹp còn lại ta lối mass Dây còn lại đầu mũi ta ghim giắc kết nối với kênh 2, đầu mũi nối với dây IGF chân còn lại ta nối mass.
-Bước 3:Khởi động máy tính cài đặt phần mềm Hantek 6022BE (được nén trong đĩa CD đi kèm với bộ thiết bị, phần mền này giúp khai thác tín năng của thiết bị), và khởi động phần mềm.
Hình 5.6: Giao diện làm việc chính của phần mềm
- Sau khi khởi động động cơ các tin hiệu IGT, IGF của IC gửi về hộp ECU sẽ được thiết bị tiếp nhận sử lý qua hai kênh và phân tích thành biểu đồ dạng xung thể hiện trên mà hình máy tính.
Bảng 5.1: Thông số tín hiệu đo kiểm tí hiệu.
- Nhận xét: Thông qua các giá trị đo kiểm thực tế ta có thể thấy
+ Tín hiệu xung của IC chế tạo có biện dạng và thông số tương đương IC chính hãng.
+ IC có hiệu suất hoạt động cao, có khả năng điều khiển hệ thống đánh lửa chuẩn xác hiệu quả tương đương IC chính hãng.
+ IC chế tạo có khả năng thay thế cho IC chính hãng.
5.3 Sơ đồ lắp đặt IC đánh lửa
Hình 5.7: Sơ đồ lắp đặt IC đánh lửa
Trên đây chúng em đã trình bày phần thuyết minh đề tài tốt nghiệp của mình Trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp của mình chúng em được cũng cố lại kiến thức đã được học 3 năm ở trường Cao đẳng kỹ thuật Cao Thắng , cũng trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp đã giúp chúng em đã được nâng cao kiến thức chuyên ngành và vận dụng kiến thức đó cho thực tiễn, điều đó thật sự bổ ích cho các sinh viên như chúng em sau khi ra trường.
Với đề tài được giao là: Bão dưỡng sửa chữa hệ thống đánh lửa nhiên liệu động cơ Toyota Vios INZ-FE và chế tạo IC đánh lửa Chúng em nhận thấy đây là một đề tài thiết thực, mang tính thực tế cao Với nhiệm vụ của đề tài là: Nghiên cứu cấu tạo và lập quy trình bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống đánh lửa, nhiên liệu và các hệ thống điều khiển động cơ, đồng thời khảo sát tín hiệu điều khiển đánh lửa phun xăng và nghiên cứu chế tạo IC đánh lửa.
Sau quá trình thực hiện đề tại tốt nghiệp chúng em đã đạt những mục tiêu sau:
- Cũng cố lại được kiến thức đã được học trong suốt 3 năm học.
- Nâng cao kiến thức về hệ thống đánh lửa.
- Nắm bắt được quy trình bảo dưỡng sửa chữa hệ thống đánh lửa nhiên liệu Toyota 1NZ-FE.
- Chế tạo thành công mô hình IC đánh lửa và lắp đặt thực nghiệm trên động cơ. Trong quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp chúng em đã cố gắng hết mình để hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Huỳnh Xuân Thành và các thầy trong bộ môn Ô Tô, cũng như sự giúp đỡ của bạn bè Hiện nay đồ án của chúng em cơ bản hoàn thành nhưng do kiến thức về lý thuyết cũng như thực tế còn nhiều mặt thiếu sót và thời gian có hạn nên trong quá trình hoàn thành còn rất nhiều thiếu sót Chúng em rất mong được sự chỉ bảo tận tình của các thầy để đồ án của chúng em hoàn thiện hơn và bổ sung những thiếu sót về kiến thức sau 3 năm học
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
1 Giáo trình hệ thống điện – điện tử ôtô trường CĐKT Cao Thắng.
2 Tài liệu đào tạo KTV Toyota Team 21.
3 Sách hệ thống đánh lửa trực tiếp Nhà Xuất Bản Khoa học và Kỹ Thuật.