TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Xã hội hiện nay đang trải qua sự phát triển mạnh mẽ, đặc biệt trong thời đại công nghệ số 4.0, yêu cầu cải tiến khoa học kỹ thuật để nâng cao chất lượng cuộc sống Ngành ô tô cũng không nằm ngoài xu hướng này, đòi hỏi sự nghiên cứu và đổi mới liên tục để đáp ứng nhu cầu của con người Mặc dù Việt Nam là quốc gia đang phát triển, ngành công nghiệp ô tô tại đây đang có sự tiến bộ vượt bậc về cả chất và lượng Vì vậy, việc xây dựng một đội ngũ nhân sự có kiến thức và kỹ năng chuyên môn cao là rất cần thiết cho sự phát triển của ngành này.
Việc nghiên cứu các ô tô mới là một đề tài quan trọng cho sinh viên học ngành ô tô.
Nhóm đã quyết định nghiên cứu đề tài "Hệ thống điều khiển động cơ 2AR-FE trên Toyota Camry 2021" nhằm tìm hiểu sâu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống, đồng thời áp dụng kiến thức này vào công việc tương lai.
Mục tiêu đề tài
Báo cáo đồ án này nhằm hỗ trợ người học tổng hợp kiến thức từ quá trình học tập và nghiên cứu về hệ thống điều khiển động cơ, bao gồm cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phương pháp kiểm tra các sự cố liên quan đến cảm biến, hệ thống đánh lửa và hệ thống nhiên liệu Ngoài ra, đồ án còn cung cấp thông tin về các công nghệ hiện đại đang được áp dụng trên ô tô, mang đến kiến thức thực tiễn cần thiết cho kỹ sư cơ khí động lực.
Giới hạn đề tài
Đề tài này tập trung nghiên cứu hệ thống điều khiển động cơ, không bao gồm phần điện của thân xe Nội dung nghiên cứu giới hạn trong việc khái quát về động cơ 2AR.
Trên mẫu xe Camry 2021, động cơ 2AR-FE được trang bị các cảm biến cho hệ thống nhiên liệu và hệ thống đánh lửa Bài viết cũng hướng dẫn cách kiểm tra lỗi trên các cảm biến cũng như hệ thống phun xăng và đánh lửa của động cơ này.
Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện đề tài, nhóm đã áp dụng các phương pháp nghiên cứu:
1 Tìm kiếm và tham khảo thông tin trong sách vở, giáo trình.
2 Tiến hành tra cứ thông tin trên Internet Sau đó, so sánh và chọn lọc những thông tin hữu ích và có độ tin cậy.
3 Tham khảo kiến thức chuyên môn từ các chuyên gia và giảng viên ở bộ môn Động cơ trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM.
4 Nhóm đưa ra các nhận xét, kết luận riêng từ việc phân tích và tổng hợp tài liệu từ kinh nghiệm thực tập doanh nghiệp, các môn và báo cáo chuyên đề cũng như kiến thức đã học ở trường và sự hướng dẫn của giảng viên.
KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TRÊN
Giới thiệu Toyota Camry 2.5Q
Trong hơn 30 năm phát triển, Toyota Camry đã khẳng định vị thế dẫn đầu trong phân khúc Sedan nhờ vào tính năng nổi bật, thiết kế tinh tế và độ bền cao Năm 2013, Toyota giới thiệu hai phiên bản hoàn toàn mới là 2.5Q và 2.0G, được định giá trong phân khúc xe sang tại Việt Nam, đánh dấu cột mốc của thế hệ thứ 7 của dòng xe Camry.
Camry 2.5Q 2021 mang một phong cách trẻ trung với các đường nét sắc cạnh, tạo sự ấn tượng mạnh mẽ Phần trước xe được thiết kế rộng rãi hơn, có lưới tản nhiệt crom và đèn sương mù LED Nhờ những chi tiết này, Camry 2.5Q 2021 tạo ra một không gian mở rộng và cảm giác vững chắc Thiết kế xe tích hợp các yếu tố khí động học để giảm sức cản (hệ số cản gió Cd~ 0.28) và khung xe cũng được thiết kế để hấp thục chấn động, đảm bảo hiệu suất nhiên liệu cao và trải nghiệm lái an toàn.
Nội thất của Toyota Camry 2.5Q được thiết kế tỉ mỉ, mang đến không gian tiện nghi và an toàn với hệ thống điều hòa cho cả ba cửa và bốn túi khí, bao gồm túi khí đầu gối cho người lái Xe còn trang bị nút khởi động và hệ thống khóa thông minh, cùng với hệ thống VSC giúp ổn định khi vào cua Với công nghệ tiên tiến, Camry 2.5Q cải thiện hiệu suất đốt cháy nhiên liệu, giảm tiêu thụ lên đến 30% so với phiên bản trước Thiết kế đẹp, hiện đại và thể thao, cùng động cơ 2AR-FE, mang lại hiệu suất vượt trội và sự thoải mái tối đa cho người sử dụng.
Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ 2AR-FE
ECU động cơ được thiết kế để quản lý các chức năng cốt lõi của động cơ như EFI, ESA, ISC, ETCS-i và VVT-i, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và hỗ trợ chẩn đoán sự cố trong quá trình sửa chữa Hệ thống này tự động kích hoạt các chức năng an toàn khi phát hiện vấn đề với các hệ thống điều khiển Ngoài ra, ECU động cơ còn điều khiển các hệ thống khác trên xe, bao gồm cắt số truyền, kiểm soát nhiên liệu, túi khí, phân phối khí nạp và điều khiển đánh lửa, đảm bảo hoạt động hiệu quả của phương tiện.
Hình 2 1: Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ 2AR-FE
2.2.2 Vai trò của hệ thống điều khiển động cơ
Trong bối cảnh công nghệ phát triển mạnh mẽ hiện nay, các công nghệ mới đã thúc đẩy sự phát triển của các hệ thống tự động điều khiển trên ô tô, tối ưu hóa hiệu suất động cơ Điều này đã giúp giải quyết các vấn đề quan trọng liên quan đến lập trình điều khiển động cơ 2AR-FE, bao gồm nâng cao công suất, giảm tiêu thụ nhiên liệu và khí thải.
Hình 2 2: Sơ đồ cấu trúc điều khiển
HỆ THỐNG CÁC CẢM BIẾN
Cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF)
Cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF) có thiết kế nhỏ gọn và nhẹ, sử dụng công nghệ dây nóng trên động cơ 2AR-FE Cấu tạo của nó bao gồm một nhiệt điện trở (Thermistor) và dây nhiệt bằng bạch kim, được lắp đặt trên ống dẫn không khí vào động cơ Nhờ vào thiết kế đơn giản, cảm biến MAF mang lại độ bền cơ học cao Vị trí lắp đặt của cảm biến này nằm trên ống nạp, giữa bộ lọc không khí và bướm ga.
Hình 3 2: Bộ đo gió kiểu dây nhiệt
Dòng điện chạy qua dây sấy tạo ra nhiệt năng, khiến dây sấy nóng lên Khi không khí đi qua, nhiệt độ của dây sấy giảm theo tỷ lệ với lượng không khí cung cấp Dòng điện được điều chỉnh để duy trì nhiệt độ ổn định của dây sấy, thông qua việc đo dòng điện và chuyển đổi thành điện áp gửi đến ECU.
VG, cảm biến sẽ xác định được khối lượng không khí nạp.
Hình 3 3: Sơ đồ mạch điện cảm biến MAF
Hình 3 4: Hoạt động và chức năng bộ đo gió kiểu dây nhiệt
Khi không khí làm lạnh dây nhiệt, điện trở của dây giảm, dẫn đến việc điện áp tại điểm B cũng giảm Sự giảm điện áp này kích hoạt bộ khuếch đại, khiến transistor mở ra và làm tăng dòng điện qua dây sấy Kết quả là, điện trở của dây sấy tăng lên cho đến khi điện thế tại điểm A được điều chỉnh để tương đương với điện thế tại điểm B.
Cảm biến MAF sử dụng các thuộc tính đặc biệt của mạch cầu để đo trực tiếp khối lượng khí nạp bằng cách xác định điện áp tại điểm B.
Nhiệt độ của dây nhiệt tăng theo nhiệt độ không khí nạp, nhờ vào cảm biến nhiệt điện trở trên nhánh khác của mạch cầu, loại bỏ nhu cầu sử dụng cảm biến nhiệt độ khí nạp để điều chỉnh lưu lượng phun Ở độ cao lớn, mật độ không khí giảm, dẫn đến khả năng làm mát kém hơn, vì vậy không cần điều chỉnh lượng phun dựa trên độ cao của xe.
3.1.3 Vấn đề thường gặp ở cảm biến lưu lượng không khí nạp
- Dây nhiệt được làm bằng platinum rất mỏng nên dễ bị đứt.
- Tiếp xúc kém giữa các chân giắc do bị bám bẩn.
- Bị đứt các dây tín hiệu.
Những triệu chứng hư hỏng thường gặp trên cảm biên MAF bao gồm:
- Nhiên liệu được đốt cháy không sạch khi khởi động.
- Tốc độ không tải không ổn định, động cơ bị rung giật khi xe ở chế độ cầm chừng.
- Động cơ giảm công suất.
3.1.4 Cách kiểm tra cảm biến
Hình 3 5: Giắc cảm biến lưu lượng khí nạp
- Bộ đo gió dây nhiệt có 5 cực do cảm biến nhiệt độ không khí nạp được tích hợp vào bộ đo gió:
Chân 1 (THA): Tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp
Chân 2 (E2): Mass cảm biến nhiệt độ khí nạp
Chân 3 (+B): Nguồn 12V từ relay đến cung cấp cho bộ đo gió
Chân 4 (E2G): Mass bộ đo gió
Chân 5 (VG): Tín hiệu bộ đo gió dây nhiệt
- Quy trình kiểm tra mạch nguồn cung cấp cho bộ đo gió:
Bước 1: Bật công tắc máy “ON”.
Bước 2: Tháo giắc cắm đến bộ đo gió.
Bước 3: Dùng đồng hồ VOM đo điện áp cực +B với mass: điện áp chuẩn là 12V. Bước 4: Chuyển công tắc về vị trí “OFF”.
Bước 5: Kiểm tra thông mạch giữa cực E2G và mass thân xe Để kiểm tra tín hiệu đầu ra của cảm biến, cấp nguồn cho nó bằng cách thổi qua hoặc kích hoạt động cơ Điện áp phát ra sẽ dao động từ 1-5V, trong đó khi động cơ không hoạt động, điện áp đầu ra ước tính khoảng 1V.
Dây nhiệt điện trở có thể bị bám bụi bẩn sau thời gian sử dụng, vì vậy việc vệ sinh là cần thiết Bạn nên sử dụng chất tẩy rửa để làm sạch, hoặc có thể thay thế bằng RP7 nếu không có sẵn Tuy nhiên, cần lưu ý không xịt mạnh vào cảm biến để tránh làm đứt dây nhiệt điện trở.
Cảm biến vị trí trục khuỷu
Hình 3 6: Vị trí cảm biến trục khuỷu
Cảm biến vị trí trục khuỷu trên Camry 2.5Q 2021 là loại cuộn dây, với roto trục khuỷu có 34 răng và răng đôi Cảm biến này cung cấp thông tin về chuyển động quay của trục khuỷu sau mỗi 10 độ, trong khi răng đôi giúp xác định điểm chết trên (TDC) của piston.
Hình 3 7: Cấu tạo cảm biến trục khuỷu loại cuộn dây
Khi trục khuỷu quay, khe hở giữa các răng trên roto và cuộn dây nhận tín hiệu thay đổi, dẫn đến sự biến đổi điện áp trong cuộn nhận tín hiệu Sự thay đổi này tạo ra tín hiệu NE gửi về ECU.
Khi các răng nhô ra của roto quay tiếp cận cảm biến, chúng sẽ tạo ra một xung Mỗi xung mà cảm biến nhận diện thể hiện góc quay hiện tại của trục khuỷu.
Hình 3 8: Sơ đồ mạch cảm biến vị trí trục khuỷu
Rotor được thiết kế để tạo ra 34 xung với khoảng cách 10 độ giữa mỗi xung khi trục khuỷu quay một vòng 360 độ Cảm biến sẽ cung cấp thông tin về tốc độ quay của động cơ và góc quay của trục khuỷu từ các tín hiệu này Mặc dù có răng đôi để hỗ trợ phát hiện góc quay, để xác định chính xác thời điểm TDC trong quá trình nén hoặc xả, ECU động cơ cần kết hợp tín hiệu NE và tín hiệu G.
3.2.3 Vấn đề thường gặp ở cảm biến vị trí trục khuỷu
- Khe hở giữ roto tạo tín hiệu và cảm biến quá lớn có thể làm động cơ không nổ được do xung yếu.
- Dây tín hiệu chạm dương, chạm mass
- Cảm biến bị lỏng giắc
- Gãy răng tạo tín hiệu
Các triệu chứng hư hỏng thường gặp trên cảm biến NE:
- Không khởi động được động cơ.
- Xe có hiện tượng tăng tốc yếu do xung tín hiệu của cảm biến bị nhiễu, không đều
3.2.4 Cách kiểm tra cảm biến
- Để kiểm tra điện trở của cảm biến, ta thực hiện các bước sau:
Bước 1: Tháo rời giắc cảm biến cẩn thận, tránh làm hỏng cảm biến.
Để kiểm tra hoạt động của cảm biến, bước 2 là sử dụng Ohm kế đo điện trở giữa hai chân của cảm biến Sau đó, so sánh giá trị đo được với bảng giá trị chuẩn; nếu điện trở nằm trong phạm vi cho phép, cảm biến sẽ hoạt động tốt.
Bảng 3 2: Bảng giá trị điện trở cho phép Điều kiện nhiệt độ Điện trở (Ω) Động cơ còn lạnh (-10 đến 50 o C) 985 đến 1600 Động cơ nóng (50 đến 100 o C) 1265 đến 1890
- Để kiểm tra xung tín hiệu đầu ra, ta thực hiện các bước sau:
Bước 1: Nối máy chẩn đoán OBDII với cổng chẩn đoán trên xe.
Bước 2: Khởi động động cơ và thiết lập chế độ đo xung trên máy chẩn đoán OBDII rồi quan sát biên dạng xung như hình dưới đây.
Hình 3 9: Dạng sóng đầu ra của cảm biến vị trí trục khuỷu
Kiểm tra khoảng cách giữa roto tạo tín hiệu và đầu cảm biến bằng cách sử dụng một bộ lá cỡ để đặt lên khe hở giữa chúng Khe hở lý tưởng nên nằm trong khoảng từ 0.2 đến 0.4mm Cần thận trọng khi kiểm tra và sửa chữa cơ khí để tránh làm gãy răng tạo tín hiệu trên roto.
Cảm biến vị trí trục cam
Cảm biến trục cam Động cơ 2AR-FE trên Toyota Camry 2.5Q 2021 bao gồm hai cảm biến vị trí trục cam loại MRE, sử dụng nguyên lý kháng từ Cấu trúc của cảm biến này tương tự như cảm biến ở trục khuỷu, với một rôto và cuộn dây nhận tín hiệu Cảm biến MRE được lắp đặt trên đầu trục cam, trong đó rôto có các phần lồi và không lồi.
Hình 3 11: Dạng sóng đầu ra của cảm biến vị trí trục cam
Roto tín hiệu gắn trên trục cam giúp xác định vị trí của nó Khi trục cam quay, khoảng cách giữa roto tín hiệu và phần tử từ MRE thay đổi, dẫn đến biến đổi từ trường Sự thay đổi này làm điện trở của MRE biến đổi theo Cảm biến vị trí trục cam chuyển đổi dữ liệu quay thành tín hiệu xung, giúp ECU xác định góc quay của trục cam.
Hình 3 12: Vị trí các chân 3.3.3 Vấn đề thường gặp ở cảm biến vị trí trục cam
-Khe hở giữa roto và cảm biến vị trí trục cam lớn.
- Dây tín hiệu chạm dương, chạm mass.
- Cảm biến bị lỏng giắc.
- Gãy răng tạo tín hiệu.
Các triệu chứng hư hỏng thường gặp trên cảm biến như sau:
- Đèn Check Engine sáng khi cảm biến trục cam bị hỏng.
- Xe tiêu hao nhiều nhiên liệu do ECU nhận tín hiệu sai và điều khiển kim phun không hợp lý.
Tín hiệu phun không chính xác có thể dẫn đến việc động cơ mất công suất, gây ra hiện tượng xe bị giật hoặc di chuyển đột ngột về phía trước Trong một số trường hợp, động cơ cũng có thể ngừng hoạt động hoàn toàn.
3.3.4 Cách kiểm tra cảm biến
- Tháo rời cảm biến ra ngoài để kiểm tra hư hỏng vật lí và bụi bẩn.
- Khi bật chìa khóa “ON”, đo điện áp chân dương VC 5V, mass (G2-) 0V, tín hiệu (G2) 5V.
- Đo chân tín hiệu bằng đồng hồ đo hiển thi xung Khi động cơ hoạt động tín hiệu có biên dạng xung vuông (tín hiệu xung vuông 0V - 5V).
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW) là một thiết bị dạng trụ rỗng, bên trong chứa chất bán dẫn có nhiệt điện trở âm Khi nhiệt độ của chất làm mát dưới 80 o C, ECU sẽ điều chỉnh tăng tốc độ cầm chừng, tăng lượng nhiên liệu phun vào động cơ và điều chỉnh góc đánh lửa sớm hơn.
Hình 3 13: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát 3.4.2 Nguyên lí làm việc
Hình 3 14: Sơ đồ mạch điện, đường đặc tính của cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến nhiệt độ sử dụng nguồn 5V từ ECU, được gắn trực tiếp lên thân máy và tiếp xúc với môi chất làm mát Khi nhiệt độ tăng, hệ số nhiệt điện trở âm của cảm biến sẽ làm giảm điện trở, dẫn đến sự biến đổi điện áp ở chân THW Sự thay đổi này giúp ECU xác định chính xác nhiệt độ nước làm mát.
3.4.3 Vấn đề thường gặp ở cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát có thể bị hỏng, đứt dây tín hiệu, chạm mass, chạm dương…Các triệu chứng thường gặp như sau:
Khi động cơ không hoạt động nhưng nhiệt độ trên bảng đồng hồ taplo lại hiển thị rất cao, điều này cho thấy có thể có sự cố nghiêm trọng Đồng thời, quạt làm mát động cơ cũng hoạt động liên tục với tốc độ cao, điều này cho thấy hệ thống làm mát đang cố gắng kiểm soát nhiệt độ.
- Khi ở nhiệt độ thấp, động cơ hoạt động không ổn định, chỉ hoạt động bình thường sau khi nhiệt độ máy tăng lên.
- Xe tiêu thụ nhiên liệu nhiều hơn bình thường
- Khó khởi động xe khi động cơ nguội.
- Đèn Check Engine được bật sáng.
Kiểm tra rò rỉ nước làm mát khi lắp, thay thế cảm biến.
Khi cảm biến gặp sự cố, ECU sẽ tự động thiết lập nhiệt độ nước làm mát ở mức 80 o C Điều này giúp đảm bảo quá trình phun nhiên liệu không bị ảnh hưởng, ngăn chặn tình trạng phun quá nhiều nhiên liệu.
Để kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát, hãy đưa đầu cảm biến vào nồi nước và đun nóng Sử dụng nhiệt kế để theo dõi sự thay đổi nhiệt độ nước Đồng thời, dùng đồng hồ VOM để đo điện trở và điện áp giữa hai chân THW và chân E của cảm biến So sánh các giá trị đo được với bảng tham chiếu Nếu trong quá trình đun nước mà điện trở của cảm biến không thay đổi, điều đó cho thấy cảm biến đã hư hỏng.
Bảng 3 3: Thông số cảm biến nhiệt độ nước làm mát của TOYOTA
Nhiệt độ ( o C) Điện trở (kΩ) Điện áp chân THW (V)
Cảm biến nhiệt độ không khí nạp
Hình 3 16: Cảm biến nhiệt độ không khí nạp được tích hợp nằm chung cảm biến MAF 3.5.1 Cấu tạo
Hình 3 17: Cảm biến nhiệt độ khí nạp
Cảm biến nhiệt độ khí nạp trên động cơ, được tích hợp trong bộ đo gió, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định nhiệt độ không khí vào động cơ Thiết bị này sử dụng một chất bán dẫn với trị số nhiệt điện trở âm, giúp cải thiện hiệu suất hoạt động của động cơ.
3.5.2 Nguyên lí làm việc Điện áp 5V từ ECU điều khiển động cơ dẫn đến cực THA để cấp nguồn cho cảm biến Điện trở của cảm biến nhiệt độ khí nạp tăng khi nhiệt độ không khí tăng, giảm khi nhiệt độ không khí giảm làm điện áp tại cưc THA cũng thay đổi theo tương ứng, ECU xác định nhiệt độ của khí nạp nhờ sự thay đổi này Khi cảm biến hỏng, ECU sẽ xác định nhiệt độ khí nạp là 20 o C để động cơ tiếp tục hoạt động và bật sáng đèn Check động cơ.
Hình 3 18: Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp 3.5.3 Vấn đề thường gặp ở cảm biến nhiệt độ khí nạp
- Lọc gió bị quá bẩn do lâu ngày không vệ sinh, hoặc đã đến kỳ sửa chữa thay thế.
- Dây điện bị ngắn mạch, đứt ; hoặc giắc liên kết bị mòn, lỏng.
- Đầu cảm biến hoàn toàn có thể bị nhiễm dầu.
- Van EGR hoạt động sai do cảm biến nhiệt độ khí nạp hỏng.
Các triệu chứng hư hỏng thường gặp ở cảm biến nhiệt độ khí nạp:
- Đèn check động cơ sáng.
- Xe rung, giật, không tăng tốc nhanh được
- Tiêu hao nguyên vật liệu cao và tăng lượng khí thải.
3.5.4 Cách kiểm tra khi sửa chữa cảm biến
- Kiểm tra điện trở cảm biến
Tháo giắc của cảm biến nhiệt độ khí nạp.
Để kiểm tra cảm biến, hãy làm nóng nó bằng máy sấy tóc và sử dụng Ohm kế để đo điện trở giữa cực THA và E2 Nếu điện trở không thay đổi hoặc thay đổi không đúng với bảng tham chiếu, cảm biến đã bị lỗi và cần được thay thế.
Bảng 3 4: Giá trị điện trở cảm biến nhiệt độ khí nạp của TOYOTA
Nhiệt độ khí nạp (º C) Điện trở (KΩ)
- Kiểm tra điện áp của cảm biến, ta thực hiện các bước sau:
Bật “ON” khóa điện của xe.
Sử dụng Vôn kế để đo điện áp giữa hai chân THA và E2 của cảm biến So sánh giá trị đo được với bảng 3.5; nếu điện áp nằm trong phạm vi cho phép, cảm biến hoạt động bình thường.
Bảng 3 5: Giá trị điện áp cảm biến nhiệt độ khí nạp của TOYOTA
Nhiệt độ khí nạp ( ºC ) Điện áp ( V )
Cảm biến Oxy và cảm biến tỷ lệ nhiên liệu-không khí (A/F)
Cảm biến oxy loại cốc được cấu tạo từ phần tử Zirconia (ZrO2), điện cực bạch kim và lò sấy, giúp nung nóng nhanh chóng khi xe hoạt động ở tốc độ thấp và tải nhẹ Phần tử Zirconia tiếp xúc với không khí bên ngoài ở một mặt và khí xả ở mặt còn lại Tín hiệu điện áp được tạo ra từ cảm biến oxy dựa trên sự chênh lệch nồng độ ôxy giữa khí xả và không khí.
Cảm biến tỷ lệ nhiên liệu - không khí (A/F) kiểu phẳng được chế tạo từ nhôm với khả năng dẫn nhiệt và cách nhiệt vượt trội Thiết kế này cho phép tích hợp một phần tử cảm biến với bộ gia nhiệt, từ đó nâng cao hiệu suất khởi động của cảm biến.
Hình 3 19: Cấu tạo cảm biến Oxy và cảm biến tỷ lệ nhiên liệu-không khí (A/F) 3.6.2 Nguyên lí hoạt động
Trong môi trường khí xả thiếu oxy, sự chênh lệch nồng độ oxy giữa khí xả và không khí dẫn đến tín hiệu điện áp cao Ngược lại, khi khí xả có nhiều oxy, chênh lệch nồng độ giảm, làm giảm điện áp tạo ra Điện áp tăng khi chênh lệch nồng độ oxy lớn, với hỗn hợp cháy giàu tiêu hao hầu hết oxy, tạo ra điện áp từ 0.6 đến 1.0V Trong khi đó, hỗn hợp cháy nghèo với nhiều oxy dẫn đến điện áp thấp, từ 0.1 đến 0.4V Với tỉ lệ không khí và nhiên liệu lý tưởng, điện áp cảm biến oxy đạt khoảng 0.45V.
Cảm biến tỷ lệ nhiên liệu-không khí (A/F) hoạt động bằng cách thay đổi cường độ dòng điện theo nồng độ oxy trong khí thải, và ECM sẽ chuyển đổi sự thay đổi này thành tín hiệu điện áp, giúp phát hiện tỷ lệ nhiên liệu không khí hiện tại một cách chính xác Những ưu điểm nổi bật của cảm biến A/F bao gồm phạm vi phát hiện rộng, khả năng phát hiện nhanh chóng và độ chính xác cao hơn so với cảm biến oxy Nhiệt độ hoạt động lý tưởng của cảm biến A/F khoảng 650 o C, và điện áp đặt sẵn của cảm biến này là không đổi, nhằm đảm bảo điện áp nhận được tỷ lệ thuận với nồng độ oxy trong khí thải.
Hình 3 20: Sơ đồ mạch điện cảm biến Oxy và A/F
Hình 3 21: Biều đồ tỷ lệ nhiên liệu không khí Đặc điểm kỹ thuật khởi động:
Bảng 3 6: Thông số kỹ thuật cảm biến Oxy
Loại cảm biến Loại phẳng Loại cốc
Thời gian khởi động Xấp xỉ 10 giây Xấp xỉ 30 giây
3.6.3 Vấn đề thường gặp ở cảm biến oxy và A/F
- Dây điện trở sấy bị đứt.
- Đầu cảm biến bị bám muội than cần tháo ra để vệ sinh.
Các triệu chứng hư hỏng thường gặp:
- Khói xe có mùi xăng.
- Đèn Check Engine báo sáng.
3.6.4 Cách kiểm tra cảm biến Đo điện trở nung nóng của cảm biến bằng đồng hồ, giá trị điện trở phù hợp giống như bảng bên dưới:
Bảng 3 7: Điện trở nung nóng của cảm biến Oxy và A/F
Cảm biến oxy loại Ziconium hoạt động với dải điện áp từ 0,1V đến 0,9V Để kiểm tra thông số của cảm biến trong quá trình động cơ hoạt động, người dùng có thể sử dụng màn hình hiển thị sóng hoặc xem danh sách dữ liệu trên máy chẩn đoán.
Không nên đo tín hiệu của cảm biến A/F trực tiếp bằng đồng hồ đo Thay vào đó, sử dụng máy chẩn đoán để phân tích danh sách dữ liệu Khi điện áp phát ra lớn hơn 3,2V, điều này cho thấy hỗn hợp nhiên liệu đang nghèo Ngược lại, nếu điện áp dưới 3,2V, hỗn hợp nhiên liệu đang ở trạng thái giàu.
Kiểm tra phản ứng tín hiệu của cảm biến oxy bằng cách kết nối máy chẩn đoán OBDII với động cơ Sau đó, chọn chức năng danh sách dữ liệu (Data list) hoặc phân tích dữ liệu (Data Analysis) để theo dõi các thông số của cảm biến oxy trong quá trình hoạt động của động cơ.
Trong trường hợp giả lập nhiên liệu đang giàu, hãy xịt RP7 vào họng nạp và quan sát tín hiệu của cảm biến oxy trên màn hình máy chẩn đoán Điều quan trọng là kiểm tra xem tín hiệu của cảm biến oxy có phản ứng nhanh chóng hay không, cụ thể là điện áp có đạt mức cao 0,9V hay không.
Trong trường hợp 2, khi giả lập tình trạng nhiên liệu nghèo bằng cách rút giắc kim phun hoặc ống hơi sau bướm ga, cần quan sát sự thay đổi điện áp của cảm biến Nếu điện áp cảm biến giảm xuống thấp ngay lập tức, điều này cho thấy cảm biến oxy đang phản ứng tốt.
Cảm biến tiếng gõ
Cảm biến tiếng gõ loại phẳng được gắn vào động cơ bằng bulông đinh, được lắp trên khối xi lanh Do đó, một lỗ được tạo ra để chốt đinh có thể đi qua tâm của cảm biến.
Cảm biến bao gồm một tấm thép ở phần trên và một phần tử áp điện ở dưới, được ngăn cách bởi chất cách điện Ngoài ra, cảm biến còn tích hợp điện trở để phát hiện tình trạng hở hoặc ngắn mạch.
Hình 3 22: Cấu tạo cảm biến tiếng gõ 3.7.2 Nguyên lí hoạt động
Cảm biến tiếng gõ phẳng (không cộng hưởng) có khả năng phát hiện rung động trong dải tần từ 6 kHz đến 15 kHz Tần số gõ của động cơ sẽ thay đổi theo tốc độ, nhưng cảm biến này vẫn nhận biết rung động hiệu quả ngay cả khi tần số gõ thay đổi Nhờ đó, khả năng phát hiện rung động được cải thiện so với cảm biến gõ thông thường, giúp kiểm soát thời điểm đánh lửa một cách chính xác hơn.
Hình 3 23: Sơ đồ mạch điện cảm biến kích nổ
Khi xảy ra hiện tượng kích nổ, rung động từ va đập sẽ được truyền đến mẫu thép, tác động lên phần tử áp điện và tạo ra suất điện động ECU của động cơ sẽ phát hiện kích nổ và điều chỉnh giảm góc đánh lửa cho đến khi hiện tượng này không còn xảy ra.
Mạch tích hợp trong ECU liên tục giám sát điện áp tại chân KNK1 Khi xảy ra hở hoặc ngắn mạch giữa cảm biến kích nổ và ECU, điện áp tại chân KNK1 sẽ biến đổi, giúp ECU phát hiện sự cố và lưu trữ mã chẩn đoán tương ứng.
3.7.3 Vấn đề thường gặp ở cảm biến tiếng gõ
- Khi cảm biến hỏng đèn CHECK ENGINE báo sáng
- Do hiện tượng đánh lửa sớm động cơ thường phát ra những tiếng gõ kim loại lớn mỗi khi tăng tốc.
- Công suất động cơ giảm, động cơ nhanh nóng và xe tiêu tốn nhiều nhiên liệu hơn.
3.7.4 Cách kiểm tra và sửa chữa cảm biến phát hiện kích nổ trên động cơ
- Kiểm tra điện trở của cảm biến
Tháo giắc nối cảm biến.
Dùng Ohm kế đo điện trở giữa chân cảm biến và vỏ cảm biến như hình vẽ. Điện trở phải là vô cùng.
- Kiểm tra dạng xung cảm biến:
Khởi động và để động cơ hoạt động ở số vòng quay 4000 vòng/phút.
Dùng đồng hồ đo xung đo dạng sóng giữa KNK và mass trên ECU (Tần số kích nổ xấp xỉ 7 kHz).
- Kinh nghiệm khi sửa chữa cảm biến kích nổ:
Dùng loại xăng khác có chỉ số octane cao hơn trước khi sửa chữa và thay cảm biến này.
Nếu cảm biến gặp lỗi thì khi đạp ga sẽ nghe thấy tiếng gõ lớn do kích nổ.
Cảm biến vị trí bướm ga
Hình 3 24: Cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga gồm một IC Hall và một nam châm quay xung quanh nó.
Cảm biến không tiếp điểm này đo độ mở của bướm ga với độ chính xác cao, nhờ vào cấu trúc đơn giản giúp giảm thiểu khả năng hỏng hóc Điện áp phát ra từ cảm biến phụ thuộc vào mật độ và hướng của từ trường qua phần tử Hall; khi mật độ từ tăng, điện áp cũng tăng theo Khi bướm ga mở, các nam châm sẽ xoay và thay đổi vị trí, dẫn đến sự thay đổi hướng từ thông IC Hall sẽ phát hiện sự thay đổi này và tạo ra tín hiệu điện áp từ các đầu cực VTA1 và VTA2, gửi về ECU để điều khiển motor đóng, mở bướm ga tương ứng với vị trí bàn đạp ga.
Hình 3 25: Sơ đồ mạch điện và đường đặc tính điện áp cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga bao gồm hai mạch cảm biến: mạch chính và mạch phụ Khi một trong hai mạch này gặp sự cố, ECM sẽ nhận diện sự sai lệch bất thường trong điện áp tín hiệu, dẫn đến việc ngắt dòng điện đến động cơ điều khiển bướm ga và chuyển xe vào chế độ Limp Mode Trong chế độ này, lò xo hồi vị sẽ giữ bướm ga ở một góc mở cố định, cho phép xe tiếp tục hoạt động với công suất động cơ được điều chỉnh thông qua kiểm soát phun nhiên liệu và thời điểm đánh lửa tương ứng với mức mở của bướm ga.
Chế độ Limp Mode là tính năng tự bảo vệ của xe hiện đại, được kích hoạt khi ECU phát hiện vấn đề từ hệ thống cảm biến hoặc bộ phận cơ khí Khi chế độ này hoạt động, nó sẽ cảnh báo tài xế về sự cố và giảm hiệu suất xe để tránh tổn hại cho động cơ và hệ thống truyền động Mặc dù hiệu suất bị giảm, xe vẫn có thể di chuyển chậm về nhà hoặc đến cửa hàng sửa chữa gần nhất.
Hình 3 26: Nguyên lý hoạt động cảm biến vị trí bướm ga 3.8.3 Vấn đề thường gặp ở cảm biến vị trí bướm ga
- Kết nối lỏng: Xảy ra khi giắc cắm không chặt, gây mất kết nối
- Đôi khi dây dẫn tín hiệu của cảm biến bị đứt, làm cho các dữ liệu không được - truyền đúng và gây lỗi trong việc điều khiển.
- Nếu hộp điều khiển động cơ (ECU) bị hư hỏng, nó có thể gửi một tín hiệu sai lệch đến cảm biến bướm ga, dẫn đến báo lỗi.
- IC hall trong cảm biến bướm ga có thể bị hư hỏng do nhiều nguyên nhân khác nhau, khiến nó không thể đọc tín hiệu chính xác.
- Các dây tín hiệu bị chạm mát hoặc chạm dương có thể tạo ra nhiễu và làm sai lệch tín hiệu từ cảm biến.
Ngoài ra, nếu tín hiệu từ cảm biến bướm ga (TPS) không bình thường, có thể gây ra các vấn đề sau trên động cơ:
- Tăng tốc kém và mức tiêu thụ nhiên liệu tăng đột ngột
- Tốc độ không tải không ổn định.
- Nồng độ hydrocarbon (HC) và cacbon monoxit (CO) trong khí thải tăng.
3.8.4 Cách kiểm tra và sửa chữa cảm biến vị trí bướm ga
Để kiểm tra cảm biến vị trí bướm ga, đầu tiên cần rút giắc cảm biến và kiểm tra nguồn 5V cấp cho chân tín hiệu Nếu không có tín hiệu từ cảm biến, xe sẽ không thể tăng ga hoặc vòng tua sẽ bị giới hạn Giá trị điện áp tại chân tín hiệu cần phải tăng hoặc giảm liên tục khi cánh bướm ga mở hoặc đóng, không được ngắt quãng ở bất kỳ điểm nào.
- Cách điều chỉnh cảm biến vị trí bướm ga:
Tháo lỏng bu lông của cảm biến.
Kiểm tra tín hiệu đầu ra của cảm biến.
Bật chìa khóa “ON”, giữ bướm ga ở vị trí đóng.
Chân VTA2 có điện áp khoảng 2,5V ở trạng thái bình thường và tăng lên khoảng 5V khi bướm ga được xoay hết cỡ Tương tự, chân VTA1 có giá trị khoảng 1V khi bình thường và cũng đạt khoảng 5V khi bướm ga xoay tối đa Nếu điện áp không khớp, cần điều chỉnh cảm biến bằng cách xoay sang phải hoặc trái cho đến khi đạt mức điện áp mong muốn Sau khi điều chỉnh, giữ cảm biến ở vị trí đã chỉnh và siết chặt bu lông lại.
3.8.5 Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử-thông minh (ETCS-i)
Hệ thống ETCS-i là một công nghệ điều khiển thông minh, tự động điều chỉnh bướm ga để phù hợp với các chế độ hoạt động của động cơ Khác với phương pháp điều chỉnh bướm ga truyền thống qua dây cáp, ETCS-i sử dụng ECU để tính toán góc mở bướm ga tối ưu dựa trên điều kiện thực tế Ngoài ra, hệ thống này còn quản lý các chế độ như điều khiển chế độ cầm chừng (IAC), kiểm soát lực kéo (TRAC) nhằm cải thiện độ bám đường, kiểm soát ổn định xe (VSC), và hệ thống ga tự động (CCS).
Hình 3 28: Cấu tạo hệ thống ETCS-i
Motor bướm ga được sử dụng để điều khiển mở và đóng bướm ga trong động cơ.
Lò xo hồi vị giúp bướm ga quay về vị trí cố định, trong khi motor bướm ga là motor điện một chiều nhạy cao ECU động cơ điều khiển motor này thông qua hệ thống bánh răng giảm tốc, điều chỉnh cường độ và chiều dòng điện để mở hoặc đóng bướm ga Khi ECU ngắt điện, lò xo sẽ đẩy bướm ga về vị trí cố định, nhưng ở chế độ không tải, bướm ga lại được đóng ở mức nhỏ hơn vị trí cố định.
ECU cung cấp nguồn điện cho motor điều khiển, giúp điều chỉnh vị trí bướm ga Mạch điện trong ECU sử dụng hai transistor: một để cấp nguồn điện và một để nối mass, từ đó điều khiển dòng điện qua motor.
Quá trình đóng bướm ga diễn ra khi dòng điện từ cực MC đến cực MO ECU cấp nguồn cho transistor tại cực MC và nối transistor ở cực MO với mass, giúp bướm ga đóng lại Để thực hiện điều này, ECU cần điều chỉnh bề rộng xung sao cho có hệ số tác dụng nhỏ hơn lực đàn hồi từ lò xo.
Mở bướm ga xảy ra khi dòng điện được cấp từ cực MO đến cực MC Quá trình này được thực hiện bằng cách cấp nguồn cho transistor tại cực MO và kết nối transistor ở cực MC với mass, dẫn đến việc bướm ga mở ra Để đạt được điều này, ECU cần điều chỉnh bề rộng xung với hệ số tác dụng lớn hơn lực đàn hồi của lò xo.
Cảm biến vị trí bàn đạp ga (APP)
Hình 3 29: Cấu tạo cảm biến bàn đạp ga
Cấu trúc của cảm biến bàn đạp ga tương đối giống với cảm biến bướm ga, bao gồm
IC Hall kết hợp với nam châm vĩnh cửu có khả năng xoay quanh, tạo ra tín hiệu chính xác Hệ thống này đảm bảo an toàn và độ tin cậy thông tin bằng cách sử dụng hai tín hiệu từ cảm biến bàn đạp ga, gửi tới ECU để xử lý.
ECU cung cấp nguồn 5V cho hai cực VCPA và VCP2 Khi bàn đạp ga được đạp, các nam châm xoay và thay đổi vị trí xung quanh IC Hall, dẫn đến sự thay đổi trong từ thông IC Hall sẽ chuyển đổi mật độ từ thông tại thời điểm đó thành hai tín hiệu điện áp VPA và VPA2 gửi tới ECU Tín hiệu VPA là tín hiệu chính thể hiện góc mở bàn đạp ga, trong khi tín hiệu VPA2 được sử dụng để phát hiện hư hỏng cảm biến.
Hình 3 30: Đồ thị thể hiện mối quan hệ điện áp ra và góc quay bàn đạp ga
Cảm biến vị trí bàn đạp ga bao gồm hai mạch cảm biến chính và phụ Khi một trong hai mạch gặp sự cố, ECM sẽ phát hiện sai lệch điện áp và chuyển sang chế độ Limp Mode Trong chế độ này, mạch cảm biến còn lại sẽ tính toán góc nhấn của bàn đạp ga, đảm bảo khả năng điều khiển xe trong tình trạng giới hạn hiệu suất.
Hình 3 31: Nguyên lý hoạt động ở chế độ Limp Mode
Khi cả hai mạch cảm biến gặp sự cố, ECM sẽ nhận diện tín hiệu điện áp bất thường và ngừng điều khiển bướm ga Lúc này, xe chỉ có thể hoạt động trong chế độ chạy không tải.
Hình 3 32: Nguyên lý hoạt động khi cả hai bị hỏng
3.9.3 Vấn đề thường gặp với cảm biến bàn đạp ga
- Cảm biến bị mất nguồn.
- Đứt dây hoặc va chạm làm hỏng dây.
- Giắc cắm không chắc chắn.
- Hộp điều khiển động cơ điện tử (ECU) bị hỏng.
3.9.4 Cách kiểm tra cảm biến
- Đầu tiên, kiểm tra nguồn VC cung cấp cho cảm biến.
Sử dụng đồng hồ VOM để đo điện áp chân tín hiệu của cảm biến bàn đạp ga, trong đó có hai tín hiệu chính là VPA và VPA2 Khi người lái đạp ga, cả hai tín hiệu này sẽ tăng dần Điện áp khi động cơ không tải dao động từ 0,5-0,8V, và khi đạp ga, điện áp có thể tăng lên đến 4,5V.
Kết nối máy chẩn đoán với xe và bật chìa khóa ON, sau đó từ từ đạp bàn đạp ga để theo dõi tín hiệu qua tính năng "Data List" Nếu mất 1 tín hiệu cảm biến, bàn đạp ga chỉ hoạt động 25%, và nếu mất cả 2 tín hiệu, bàn đạp ga sẽ không hoạt động, khiến động cơ chuyển sang chế độ dự phòng Chế độ này cho phép tài xế di chuyển xe đến gara để kiểm tra.
HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
Tổng quát hệ thống đánh lửa ESA
Hệ thống đánh lửa sớm điện tử ESA bao gồm nhiều cảm biến được lắp đặt trên động cơ, cùng với cuộn dây đánh lửa, IC đánh lửa, ECU động cơ và bugi, nhằm tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ.
Mạch Đánh Lửa
4.2.1 Mô tả Động cơ 2AR-FE sử dụng hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS (Direct Ignition System) mà không cần bộ chia điện Hệ thống DIS có nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng đánh lửa với độ chính xác cao, giảm tổn thất điện cao áp do truyền trực tiếp từ bobin đến các bugi. Điều đáng chú ý là hệ thống DIS là một hệ thống đánh lửa độc lập, do đó mỗi bobin tích hợp igniter đánh lửa riêng cho một xi lanh.
ECU điều khiển động cơ sử dụng tín hiệu từ các cảm biến như cảm biến vị trí trục khuỷu (cảm biến NE) và cảm biến vị trí trục cam (cảm biến G) để xác định thời điểm đánh lửa Sau khi tính toán thời điểm này, ECU gửi tín hiệu IGT đến bobin theo thứ tự đánh lửa của các xi-lanh trong động cơ 2AR.
Khi cuộn đánh lửa bị ngắt đột ngột, dòng điện trong cuộn sơ cấp cũng sẽ ngừng lại, tạo ra dòng điện cao áp trong cuộn thứ cấp nhờ hiện tượng hỗ cảm Dòng điện cao áp này được truyền đến các bugi để thực hiện quá trình đánh lửa, giúp đốt cháy nhiên liệu Nếu dòng điện trong cuộn sơ cấp vượt quá giá trị đã được lưu trong ECU, tín hiệu IGF sẽ được gửi về cho ECU động cơ.
Hình 4 2: Sơ đồ mạch điện đánh lửa
Hình 4 3: Cấu tạo Bobin kết hợp Igniter đánh lửa
Bobin đánh lửa trên động cơ 2AR-FE bao gồm một lõi sắt ở giữa, với một đầu nối cuộn sơ cấp và đầu kia nối cuộn thứ cấp Cuộn thứ cấp có số vòng dây gấp 100 lần cuộn sơ cấp để tạo ra dòng điện cao áp Hai đầu dây của cuộn sơ cấp được kết nối với IC đánh lửa và ắc quy, trong khi đầu dây của cuộn thứ cấp được nối với bugi và ắc quy.
Khi động cơ hoạt động, ECU gửi tín hiệu đánh lửa, khiến accu cung cấp dòng điện cho IC đánh lửa và cuộn cơ cấp Lõi sắt trung tâm trở thành nam châm điện, tạo ra các đường sức từ Khi IC đánh lửa ngắt dòng điện của cuộn sơ cấp, từ thông giảm đột ngột, gây ra suất điện động khoảng 500V nhờ hiện tượng tự cảm Hiện tượng hỗ cảm ở cuộn thứ cấp của bobin tạo ra suất điện động khoảng 30kV, từ đó kích thích bugi tạo ra tia lửa điện.
4.2.2.3 Kiểm tra bobin đánh lửa
Các triệu chứng hư hỏng liên quan đến bobin đánh lửa:
- Xe có mùi lạ và nhều khói đen
- Lúc di chuyển cảm thấy tốn nhiên liệu hơn mức bình thường
- Khi chạy xe cảm thấy động cơ rung, giật và tốc độ xe không đều
- Đôi lúc xe bị chết máy và khó nổ máy
- Đèn Check Engine trên bảng đồng hồ Tableau sáng
Khi xả ra các triệu chứng hư hỏng bobin, cần thực hiện kiểm tra tia lửa điện qua bugi bằng các bước sau:
Để thực hiện bước đầu tiên, bạn cần tắt động cơ và mở nắp capo để xác định vị trí của bobin cho mỗi xylanh Trong quá trình này, hãy nhớ đeo kính bảo hộ và sử dụng các dụng cụ cách điện chuyên dụng nhằm đảm bảo an toàn và tránh nguy cơ bị điện giật.
Để tháo bugi, sử dụng tuýp mở bugi chuyên dụng và đảm bảo không để vật lạ rơi vào lỗ bugi, vì điều này có thể gây hại cho động cơ Ngay sau khi tháo bugi, hãy dùng giấy hoặc vải để che lỗ bugi lại.
- Bước 3: Tháo cầu chì hoặc relay bơm nhiên liệu đồng thời khởi động xe để cung cấp điện đến hệ thống điện của xe.
Để kiểm tra bobin đánh lửa, hãy dùng phần ren của bugi tiếp xúc với các vị trí kim loại trên động cơ Nếu có tia lửa màu xanh xuất hiện, bobin đang hoạt động tốt Ngược lại, nếu không thấy tia lửa, bobin đã bị hỏng Nếu tia lửa có màu cam, điều này cho thấy bobin đánh lửa yếu và không đảm bảo yêu cầu hoạt động.
- Bước 5: Lắp bugi và đấu nối các dây điện vào đúng các vị trí ban đầu, thay bobin nếu phát hiện bị hỏng.
Bugi trên động cơ 2AR-FE, sản xuất bởi DENSO với mã số SK16HR11, có nhiệm vụ tạo ra tia lửa điện giữa hai điện cực để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và không khí trong buồng đốt Cấu tạo của bugi bao gồm các chi tiết chính quan trọng.
Điện cực trung tâm phát ra tia lửa điện, với lõi được chế tạo từ đồng và hai đầu làm từ hợp kim chống mài mòn, bao gồm platinum và iridium.
Vỏ cách điện được chế tạo từ gốm oxit nhôm, đáp ứng yêu cầu khắt khe về độ bền cơ học và khả năng truyền nhiệt Sản phẩm này không chỉ ngăn chặn rò rỉ dòng điện cao áp mà còn chịu được nhiệt độ cao, đảm bảo an toàn và hiệu suất trong các ứng dụng công nghiệp.
- Vùng nhiệt bugi là không gian giữa 2 điện cực iridium và platinum Khoảng
Bugi trên động cơ 2AR-FE được thiết kế với ren dài và điện cực làm từ platinum và iridium, hai vật liệu chống ăn mòn hiệu quả Nhờ đó, điện cực trung tâm có kích thước nhỏ, giúp quá trình đánh lửa diễn ra dễ dàng hơn.
Bobin tạo ra điện áp cao, trong khi ECU động cơ điều khiển quá trình đánh lửa Khi dòng điện cao áp từ bobin được truyền đến bugi, tia lửa xuất hiện giữa vùng nhiệt của bugi Bugi đánh lửa có khả năng sinh ra nhiệt độ từ 4700°C đến 6500°C, giúp đốt cháy nhiên liệu hiệu quả.
4.2.3.3 Kiểm tra thay thế bugi
Bugi sử dụng điện cực platin và iridi không cần điều chỉnh khe hở do ít bị mòn, nhưng vẫn cần thay thế định kỳ Đối với động cơ 2AR-FE, khoảng thời gian thay thế bugi là sau khi xe đã di chuyển từ 100.000 đến 240.000 km.
Không nên đánh sạch bugi hoàn toàn để tránh làm hỏng các điện cực Khi bugi bị bám nhiều muội, chỉ nên làm sạch trong tối đa 20 giây bằng máy làm sạch bugi.
Triệu chứng khi bugi bị hỏng và cần thay thế:
- Máy không nổ hoặc khó khởi động (việc khởi động máy cần nhiều thời gian hơn so với bình thường).
- Khi bugi hỏng, nhiên liệu cháy không ổn định khiến xe ì máy, đứng máy.
- Vỏ gốm của bugi bị vỡ do tác động của ngoại lực khi tháo lắp sai cách.
- Bugi bị rỉ sét và bị đóng nhiều cặn do lâu ngày không được vệ sinh.
4.2.4 Tín hiệu IGT Và IGF trong hệ thống ESA
Điều khiển thời điểm đánh lửa
Có hai điều khiển cơ bản trong việc điều khiển thời điểm đánh lửa của ECU: điều khiển khi khởi động và sau khi khởi động.
ECU điều khiển đánh lửa khi khởi động bằng cách xác định góc quay trục khuỷu từ cảm biến NE Nó tính toán thời điểm đánh lửa dựa trên các điều kiện làm việc của động cơ, với góc quay trục khuỷu được xác định là “góc thời điểm đánh lửa ban đầu”.
ECU điều khiển thời điểm đánh lửa sau khi khởi động bằng cách tính toán dựa trên các thông số như tải trọng thực tế, tốc độ động cơ và các hiệu chỉnh khác Quá trình này bao gồm việc xác định góc đánh lửa ban đầu và góc đánh lửa sớm cơ bản để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Nguyên lí hoạt động điều khiển thời điểm đánh lửa sớm điện tử ESA được trình bày trong hình 4.8.
Hình 4 8: ESA điều khiển đánh lửa
Khi ECU nhận tín hiệu từ vị trí trục khuỷu NE (điểm B) và tín hiệu từ vị trí trục cam (tín hiệu G - điểm A), góc thời điểm đánh lửa ban đầu sẽ được xác định.
ECU hiểu rằng đây là góc thời điểm đánh lửa ban đầu khi trục khuỷu đạt góc quay 5°, 7° hoặc 10° trước điểm chết trên (BTDC).
- Góc đánh lửa sớm cơ bản trong hệ thống ESA:
Tín hiệu góc quay trục khuỷu (NE) và tín hiệu từ cảm biến lưu lượng khí nạp (VG) được lưu trữ trong bộ nhớ của ECU động cơ Thông tin này rất quan trọng để xác định góc đánh lửa sớm cơ bản, giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
Khi bướm ga đóng hoàn toàn, tín hiệu điện áp VTA1 và VTA2 từ cảm biến bướm ga gửi về ECU ở mức thấp nhất, cùng với tín hiệu tốc độ động cơ, cho phép ECU xác định xe đang ở chế độ cầm chừng Trong trường hợp này, thời điểm đánh lửa sớm sẽ được điều chỉnh giảm Đồng thời, ECU cũng dựa vào tín hiệu trạng thái ON/OFF của điều hòa không khí A/C để điều chỉnh góc đánh lửa sớm cơ bản cho phù hợp.
Hình 4 10: Đánh lửa khi tín hiệu VTA bật ON
Điều khiển góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh
4.4.1 Hiệu chỉnh để hâm nóng
Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh tăng lên tối đa 15° để đảm bảo điều kiện làm việc cho động cơ
Hình 4 11: Hiệu chỉnh góc đánh lưa sớm để hâm nóng 4.4.2 Hiệu chỉnh khi quá nhiệt độ
Khi nhiệt độ nước làm mát tăng cao, thời điểm đánh lửa sẽ được điều chỉnh chậm lại tối đa 5° nhằm ngăn ngừa tiếng gõ động cơ và hiện tượng quá nhiệt.
Hình 4 12: Hiệu chỉnh khi động cơ quá nhiệt 4.4.3 Hiệu chỉnh để tốc độ chạy không tải ổn định
Khi xe chạy không tải, ECU liên tục điều chỉnh thời điểm đánh lửa để duy trì tốc độ động cơ ổn định Quá trình này dựa trên việc tính toán tốc độ trung bình của động cơ từ các tín hiệu cảm biến Nếu tốc độ động cơ giảm xuống dưới mức quy định, ECU sẽ điều chỉnh thời điểm đánh lửa sớm hơn với một góc xác định, với phạm vi điều chỉnh tối đa là ±5°.
Hình 4 13: Hiệu chỉnh ở tốc độ không tải
Khi có tiếng gõ từ xylanh động cơ, cảm biến tiếng gõ (Knock Sensor) chuyển đổi độ rung thành tín hiệu điện áp (KNK) và gửi đến ECU ECU phân tích tín hiệu KNK để xác định mức độ tiếng gõ và điều chỉnh thời điểm đánh lửa: nếu tiếng gõ mạnh, thời điểm đánh lửa sẽ bị trì hoãn nhiều hơn, trong khi khi tín hiệu KNK yếu, thời điểm đánh lửa sẽ được trì hoãn ít hơn.
Khi tiếng gõ từ động cơ kết thúc, ECU sẽ điều chỉnh thời điểm đánh lửa sớm hơn theo thời gian đã xác định trước Quá trình này liên tục diễn ra cho đến khi tiếng gõ xuất hiện trở lại, lúc đó ECU sẽ tiếp tục trì hoãn thời điểm đánh lửa Sự điều chỉnh này nhằm đảm bảo động cơ hoạt động ở mức tối ưu, với mức trễ tối đa của thời điểm đánh lửa được điều chỉnh lên tới 10°.
Hình 4 14: Hiệu chỉnh khi có tiếng gõ
Kiểm tra ECU
Để kiểm tra mạch cung cấp nguồn cho ECU, thực hiện các bước sau:
- Bật “ON” công tắc máy.
Để kiểm tra nguồn cung cấp đến ECU, sử dụng VOM đo điện áp giữa cực +B và E Nếu điện áp đạt từ 10 đến 14V, nguồn cung cấp là bình thường Nếu không, cần kiểm tra các chi tiết như mass ECU, relay chính EFI, công tắc đánh lửa, cầu chì, và các đầu nối cũng như dây điện liên kết với ECU.
Kiểm tra tín hiệu đánh lửa IGT
Sử dụng đèn LED kiểm tra tín hiệu IGT:
Bước 1: Dựa vào sơ đồ mạch, xác định được vị trí các chân tín hiệu IGT
Hình 4 15: Sơ đồ vị trí tín hiệu IGT
Hình 4 16: Sơ đồ giắc IGT
Để kiểm tra tín hiệu IGT từ ECU, trước tiên lắp mạch kiểm tra bằng cách mắc nối tiếp đèn LED với điện trở 1kΩ, trong đó chân dương của đèn LED kết nối với chân tín hiệu IGT và chân âm tiếp xúc với mass Sau đó, đề máy và quan sát đèn LED; nếu đèn chớp tắt liên tục, điều này cho thấy tín hiệu IGT hoạt động bình thường Ngược lại, nếu đèn không sáng hoặc chỉ sáng mà không chớp, tín hiệu IGT có thể bị lỗi, yêu cầu kiểm tra các cảm biến G, Ne và dây tín hiệu liên quan.
HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI TRÊN 2AR-FE
Khái quát về hệ thống phun xăng điện tử
5.1.1 Lịch sử hệ thống phun xăng điện tử
Hệ thống phun xăng điện tử EFI (Electronic Fuel Injection) được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1957 bởi American Motors dưới tên Electrojector, nhưng chưa được phổ biến rộng rãi Năm 1958, Chrysler trở thành nhà sản xuất đầu tiên áp dụng hệ thống này trên các mẫu xe thương mại như Chrysler 300D và DeSoto Adventurer, với công nghệ do Bendix Corporation cung cấp Dù vậy, quyền sáng chế cuối cùng thuộc về Bosch.
Hệ thống EFI sử dụng cảm biến cơ-điện tử để tính toán thể tích nhiên liệu phun, nhưng dễ bị ảnh hưởng bởi tạp chất và rung động Để cải thiện, hệ thống K-Jetronic và L-Jetronic được phát triển vào năm 1974, sử dụng cảm biến lưu lượng không khí và cảm biến áp suất, nhiệt độ gắn trên động cơ để tính toán lượng khí nạp.
Vào năm 1982, Bosch giới thiệu hệ thống EFI nâng cấp LH-Jetronic, sử dụng cảm biến để đo trực tiếp khối lượng khí nạp Cảm biến này, được đặt trong luồng khí nạp và sử dụng cuộn platin nung nóng, cho phép đo chính xác mà không cần các cảm biến nhiệt độ và áp suất trước đó LH-Jetronic đã trở thành hệ thống phun xăng EFI hoàn chỉnh, đánh dấu sự tiến bộ trong việc phát triển vi mạch số để tổng hợp điều khiển từ một nguồn điều khiển chung.
5.1.2 Nhiệm vụ của hệ thống phun xăng điện tử
Hệ thống EFI đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp hỗn hợp nhiên liệu - không khí đồng đều cho các xylanh, giúp đảm bảo khối lượng và thành phần tối ưu Nó tự động điều chỉnh theo chế độ tải và tốc độ hoạt động của động cơ, nhằm đạt hiệu suất tối đa, tiết kiệm nhiên liệu và tuân thủ các quy định về khí thải, giảm thiểu tính độc hại.
5.1.3 Ưu nhược điểm của EFI
- Dùng áp suất làm tơi nhiên liệu thành dạng sương vào xylanh.
- Cung cấp hơi xăng đến các xylanh đồng đều và giảm thiểu hiện tượng kích nổ khi nhiên liệu nghèo.
- Tiết kiệm nhiên liệu bằng cách tính toán chính xác lượng xăng, phân phối xăng đồng đều và bốc hơi tốt.
- Đảm bảo động cơ chạy không tải êm dịu.
Tạo ra momen xoắn và công suất lớn hơn giúp khởi động và tăng tốc nhanh chóng, mượt mà, đồng thời làm nóng động cơ nhanh hơn và duy trì sự ổn định cho động cơ.
- Cơ cấu làm việc đơn giản và hiệu quả hơn bộ chế hòa khí vì không có các vít hiệu chỉnh…
- Đạt được tỷ lệ hòa khí tốt nhất cho động cơ.
- Duy trì trạng thái hoạt động lý tưởng trong các điều kiện vận hành của động cơ.
- Giảm bớt ô nhiễm môi trường.
Hệ thống EFI sử dụng nhiều cảm biến động cơ để thu thập thông tin quan trọng như nhiệt độ khí nạp, nồng độ oxy trong khí thải và tốc độ quay trục khuỷu Bất kỳ sự gián đoạn hoặc tín hiệu không chính xác từ các cảm biến này có thể dẫn đến hoạt động không chính xác của hệ thống EFI và kích hoạt đèn báo lỗi Check Engine trên bảng điều khiển.
Nhiên liệu kém chất lượng và bộ lọc hư hỏng có thể gây tắc nghẽn và cặn bám trong kim phun, dẫn đến việc cung cấp nhiên liệu không đủ cho xe Khi kim phun bị tắc, xe sẽ yếu và thường xuyên tắt máy Bên cạnh đó, dòng điện không đủ và các yếu tố khác cũng có thể ảnh hưởng đến hoạt động của kim phun.
Để duy trì sự ổn định và hiệu quả của hệ thống, việc kiểm tra định kỳ các cảm biến trên động cơ là rất quan trọng Ngoài ra, cần thực hiện bảo dưỡng động cơ đúng thời gian và kiểm tra hệ thống tín hiệu kết nối từ các cảm biến.
Một số loại hệ thống phun xăng điện tử được sử dụng trên ô tô hiện nay:
Hệ thống phun xăng L-EFI được điều khiển dựa trên lưu lượng không khí, sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp để xác định khối lượng không khí vào đường ống nạp Động cơ 2AR-FE trên Toyota Camry 2.5Q áp dụng công nghệ L-EFI với cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nóng.
Hệ thống phun xăng điều khiển bằng áp suất không khí (D-EFI) sử dụng cảm biến áp suất đường ống nạp để điều chỉnh vòi phun Có hai loại hệ thống EFI: loại L và loại D.
Hệ thống phun xăng điện tử đơn điểm (Mono Injection) là một công nghệ sử dụng một vòi phun duy nhất cho tất cả các xylanh của động cơ Vòi phun này phun xăng vào đường ống khuếch tán phía trên bướm ga trong đường ống nạp, giúp phân phối nhiên liệu hiệu quả Hệ thống này thường được áp dụng cho các động cơ công suất nhỏ nhờ vào thiết kế đơn giản và chi phí sản xuất thấp.
Hệ thống phun xăng điện tử đa điểm (Multipoint Injection) sử dụng nhiều vòi phun, với một kim phun cho từng xi lanh, cho phép điều khiển riêng lẻ từng kim phun Điều này giúp ECU cung cấp lượng nhiên liệu chính xác, đảm bảo khả năng vận hành tối ưu cho xe và giảm thiểu khí thải độc hại Vì vậy, hệ thống nhiên liệu đa điểm hiện nay được áp dụng rộng rãi trên hầu hết các dòng ô tô, trong đó có động cơ 2AR-FE.
Hệ thống phun xăng điện tử EFI trên động cơ 2AR-FE
5.2.1 Sơ đồ bố trí các bộ phận của hệ thống EFI
Hình 5 2: Sơ đồ bố trí các bộ phận trên hệ thống phun xăng và mạch điều khiển
Hệ thống nhiên liệu của động cơ Toyota 2AR-FE được trang bị đầu nối nhanh tích hợp trong đường ống nhiên liệu chính, giúp cải thiện khả năng sử dụng và dễ dàng tháo lắp khi gặp sự cố với kim phun Động cơ này sử dụng hệ thống phun xăng điện tử L-EFI, với phương pháp phun xăng đa điểm tuần tự (Sequential Multiport Fuel Injection) vào kỳ nạp của mỗi xylanh, đồng thời phun nhiên liệu trên đường ống nạp.
Hình 5 3: Sơ đồ bố trí hệ thống phun xăng trên động cơ Toyota 2AR-FE
Hình 5 4: Cấu tạo cụm bơm nhiên liệu
Bơm xăng bắt đầu hút nhiên liệu từ bình chứa khi động cơ hoạt động, qua bộ lọc và ống dẫn nhiên liệu chính để nạp vào các kim phun Áp suất xăng được duy trì ổn định nhờ bộ điều áp trong thùng nhiên liệu Khi bướm ga mở và không khí sạch vào buồng đốt, cảm biến vị trí bướm ga phát hiện góc mở và gửi tín hiệu đến ECU.
ECU sử dụng tín hiệu từ cảm biến để theo dõi hoạt động của động cơ, từ đó tính toán và điều chỉnh lượng xăng phun cho từng chế độ làm việc Áp suất trong ống nhiên liệu được duy trì ổn định nhờ vào bộ điều áp và bộ giảm rung trong quá trình phun nhiên liệu.
Trong quá trình hoạt động, bơm nhiên liệu cung cấp liên tục một lượng xăng lớn hơn nhu cầu thực tế của động cơ, nhằm đảm bảo có đủ nhiên liệu trong hệ thống Điều này giúp quá trình khởi động diễn ra thuận lợi hơn.
5.3 Các bộ phận của hệ thống nhiên liệu EFI
5.3.1.1 Vai trò và cấu tạo
Bình nhiên liệu tích hợp bơm nhiên liệu, bộ lọc, bộ điều áp và bộ đo để đảm bảo hiệu suất tối ưu Motor quay cánh bơm có nhiệm vụ nén nhiên liệu, giúp chuyển nhiên liệu từ bình đến động cơ Bơm nhiên liệu không chỉ đảm bảo việc cung cấp nhiên liệu mà còn duy trì áp suất ổn định trong ống dẫn nhiên liệu.
Hình 5 5: Cấu tạo bơm nhiên liệu
1 Bơm nhiên liệu; 2 Dây điện của bơm; 3 Bộ đo nhiên liệu;
4 Lọc bơm nhiên liệu; 5 Vòng đệm; 6 Gioăng chữ O
5.3.1.2 Điều khiển bơm nhiên liệu
Hình 5 6: Mạch điều khiển bơm nhiên liệu
Khi động cơ khởi động, bơm nhiên liệu sẽ được kích hoạt Mặc dù khóa điện đã được bật, nhưng bơm nhiên liệu sẽ không hoạt động cho đến khi động cơ được khởi động.
Cực FC của ECU a) Khi khóa điện ở vị trí ON
Khi khóa điện ở vị trí IG, điện từ cực IG kích hoạt Relay EFI và cung cấp điện cho cực FC của ECU, nhưng bơm vẫn chưa hoạt động do không có dòng điện qua Relay mở mạch Khi khóa điện ở vị trí START, hệ thống sẽ hoạt động khác.
Khi động cơ khởi động, tín hiệu điện tử từ cực ST của khóa được gửi đến cực STA của ECU ECU nhận tín hiệu STA và kích hoạt transistor, cho phép dòng điện từ cực FC nối mát, mở relay và cung cấp năng lượng cho bơm nhiên liệu Sau khi động cơ đã nổ máy, quá trình này đảm bảo bơm nhiên liệu hoạt động hiệu quả.
Hình 5 9: Động cơ đã nổ máy
Khi động cơ hoạt động, cảm biến vị trí trục khuỷu gửi tín hiệu NE đến ECU, giúp ECU mở transistor và duy trì hoạt động của bơm nhiên liệu Tuy nhiên, khi động cơ chết máy, quá trình này sẽ bị ngừng lại.
Hình 5 10: Khi động cơ không khởi động được
Khi động cơ ngừng hoạt động, ngay cả khi khóa điện vẫn ở trạng thái ON, tín hiệu NE từ cảm biến vị trí trục khuỷu sẽ bị mất Điều này khiến ECU ngay lập tức ngắt transistor, dẫn đến relay hở mạch và bơm ngừng hoạt động.
5.3.1.3 Hệ thống ngắt bơm nhiên liệu a) Khi có va chạm, túi khí nổ
Hình 5 11: Sơ đố mạch ngắt bơm an toàn
Khi có va chạm mạnh, túi khí của tài xế hoặc ghế phụ phồng lên, cảm biến túi khí trung tâm sẽ gửi tín hiệu đến ECU Ngay lập tức, ECU sẽ ngắt mạch bơm nhiên liệu để ngăn chặn bơm hoạt động, đảm bảo an toàn cho hành khách trong xe.
Trong trường hợp xe bị va chạm, công tắc quán tính của bơm nhiên liệu sẽ tự động chuyển về vị trí tắt (OFF) khi viên bi bên trong di chuyển ra khỏi tiếp điểm, giúp ngăn chặn mất nhiên liệu Công tắc này nằm giữa ECU của bơm nhiên liệu và ECU của động cơ Sau khi nhiên liệu bị ngắt, công tắc sẽ tự động trở lại vị trí ban đầu, khôi phục chức năng điều khiển và cho phép bơm nhiên liệu hoạt động trở lại.
Hình 5 12: Công tắc quán tính hoạt động 5.3.1.4 Kiểm tra bơm
Kết nối cực +B và cực FP của DLC1 khi chìa khóa ở chế độ "ON" cho phép dòng điện trực tiếp đến bơm nhiên liệu mà không cần relay mở mạch Điều này giúp kiểm tra áp suất nhiên liệu và hoạt động của bơm một cách hiệu quả.
Hình 5 14: Cấu tạo bộ điều áp
Hệ thống nhiên liệu của động cơ 2AR-FE sử dụng thiết kế không có đường ống hồi, gọi là Hệ thống Nhiên liệu Không Trở Lại Điều này cho phép kiểm soát áp suất trong hệ thống nhờ bộ điều chỉnh tích hợp trong bình xăng, đảm bảo áp suất xăng không vượt quá giới hạn sau khi bơm Bộ điều chỉnh bao gồm các thành phần quan trọng như núm điều chỉnh áp suất, lò xo hồi vị, màng chắn và van điều khiển dạng bi.
Màng chắn chia bộ điều áp thành hai buồng: buồng nhiên liệu và buồng lò xo Khi nhiên liệu từ bơm đi qua bộ điều chỉnh áp suất, áp suất tăng cao sẽ đẩy viên bi của van điều khiển lên, làm lò xo bị ép lại và van bắt đầu mở, cho phép một phần nhiên liệu hồi về bình chứa Khi áp suất giảm, lò xo trở về vị trí ban đầu, khiến van điều khiển đóng lại để ngăn nhiên liệu hồi về thùng Quá trình đóng mở của van điều khiển diễn ra liên tục, giúp duy trì áp suất ổn định trong giới hạn cho phép, với áp suất ngưỡng có thể điều chỉnh qua núm điều.
Hình 5 15: Bộ lọc nhiên liệu
Các chế độ hiệu chỉnh
Hình 5 17: Quá trính điều chỉnh phun nhiên liệu
Thời gian mở vòi phun nhiên liệu được điều chỉnh bởi ECU dựa trên điều kiện thực tế nhằm kiểm soát lượng phun nhiên liệu Thời gian phun thực tế được xác định bằng cách kết hợp thời gian phun cơ bản và thời gian phun hiệu chỉnh Để tính toán thời gian phun cơ bản, ECU sử dụng tín hiệu từ cảm biến áp suất đường ống nạp và tốc độ động cơ.
Thời gian phun hiệu chỉnh được xác định dựa vào tín hiệu từ các cảm biến trên động cơ, bao gồm cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến oxy, cảm biến A/F và vị trí bướm ga.
Thời gian phun hiệu chỉnh dựa vào các chế độ sau:
- Làm đậm nhiên liệu để khởi động
- Làm đậm để hâm nóng động cơ khi nhiệt độ nước làm mát thấp
- Phản hồi tỷ lệ không khí - nhiên liệu bằng tín hiệu gửi về từ cảm biến oxy
- Làm đậm lượng nhiên liệu khi xe tăng tốc
- Điều khiển cắt giảm lượng nhiên liệu trong các trường hợp thực tế
- Làm đậm để tăng công suất động cơ sinh ra khi tải nặng
5.4.1 Làm đậm để khởi động
Khi khởi động, ECU gặp khó khăn trong việc xác định chính xác thời gian phun cơ bản do tín hiệu từ cảm biến lưu lượng không khí nạp không ổn định ở tốc độ động cơ thấp Thay vào đó, thời gian phun nhiên liệu được điều chỉnh dựa trên tín hiệu nhiệt độ nước làm mát Khi nhiệt độ nước thấp, khả năng bốc hơi của nhiên liệu giảm, vì vậy ECU kéo dài thời gian phun nhiên liệu để làm đậm hỗn hợp không khí - nhiên liệu.
Hình 5 18: Làm đậm để khởi động
5.4.2 Làm đậm để hâm nóng
Khi động cơ chưa đạt nhiệt độ tối ưu, ECU sẽ tăng lượng nhiên liệu phun do hiện tượng bay hơi kém Để đảm bảo sự pha trộn hiệu quả giữa không khí và nhiên liệu, ECU kéo dài thời gian phun nhiên liệu, giúp động cơ hoạt động ổn định trong giai đoạn làm nóng.
Hình 5 19: Làm đậm để hâm nóng 5.4.3 Hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ không khí - nhiên liệu bằng cảm biến Oxy
Khi động cơ hoạt động ở tải nhẹ hoặc tốc độ ổn định, hỗn hợp không khí - nhiên liệu sẽ gần đạt tỷ lệ lý thuyết nhờ vào thông tin từ cảm biến lưu lượng khí nạp Trong tình huống này, ECU sẽ thực hiện các điều chỉnh cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
ECU tính toán thời gian phun cơ bản để đạt tỷ lệ không khí - nhiên liệu lý thuyết, nhưng thực tế có thể có chênh lệch do tình trạng động cơ và các điều kiện khác Để điều chỉnh, hệ thống sử dụng cảm biến oxy để phát hiện mức độ oxy trong khí thải, từ đó tín hiệu này giúp ECU xác định sự phù hợp của thời gian phun nhiên liệu với tỷ lệ lý thuyết.
Khi ECU phát hiện tỷ lệ không khí - nhiên liệu thực tế cao hơn lý thuyết, nó sẽ giảm thời gian phun xăng để làm cho hỗn hợp nhạt hơn Ngược lại, nếu cảm biến oxy cho thấy tỷ lệ không khí - nhiên liệu nghèo, ECU sẽ tăng thời gian phun để làm cho hỗn hợp đậm hơn Quá trình điều chỉnh này diễn ra liên tục, giúp động cơ luôn hoạt động với tỷ lệ không khí - nhiên liệu tối ưu trong mọi chế độ làm việc.
5.4.4 Làm đậm để tăng tốc
Khi tăng tốc, góc mở bàn đạp ga tăng lên, dẫn đến lượng không khí nạp tăng và tỷ lệ không khí - nhiên liệu trở nên nhạt do sự trễ trong cung cấp xăng Để khắc phục tình trạng này, ECU điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu dựa trên khối lượng không khí nạp, giúp làm cho hỗn hợp nhiên liệu trở nên đậm hơn, từ đó đảm bảo hiệu quả trong quá trình tăng tốc.
Hình 5 21: Làm đậm để tăng tốc
Thời gian phun nhiên liệu được kéo dài và sau đó giảm dần cho đến khi quá trình tăng tốc hoàn tất Khi xe tăng tốc nhanh hơn, lượng nhiên liệu phun vào động cơ cũng gia tăng tương ứng với thời gian phun được mở rộng.
Hình 5 22: Cắt nhiên liệu khi giảm tốc
Khi xe giảm tốc, chức năng ngắt cấp nhiên liệu được kích hoạt, giúp giảm khí thải ô nhiễm và tăng hiệu suất phanh của động cơ Trạng thái giảm tốc được xác định qua độ mở của bướm ga và tốc độ động cơ, với ECU nhận biết khi bướm ga đóng và tốc độ động cơ giảm.
Khi động cơ giảm tốc độ đến một ngưỡng nhất định hoặc khi bướm ga mở, việc phun nhiên liệu sẽ được khôi phục Để ngăn chặn giảm tốc độ hoặc khởi động lại động cơ, lượng nhiên liệu phun sẽ được điều chỉnh tăng nếu nhiệt độ làm mát thấp hoặc công tắc điều hòa bật Để tránh tình trạng vượt tốc, thời gian phun nhiên liệu sẽ giảm, và khi tốc độ vượt quá giới hạn, ECU sẽ ngừng phun nhiên liệu ngay lập tức Ngược lại, khi tốc độ động cơ giảm xuống dưới mức giới hạn, phun nhiên liệu sẽ được khôi phục.
5.4.6 Làm đậm để tăng công suất
Hình 5 23: Làm đậm khi tăng tải
Khi xe di chuyển lên dốc hoặc chở tải nặng, lượng không khí tăng lên dẫn đến việc không thể pha trộn đồng đều giữa nhiên liệu và không khí, gây ra hiện tượng còn lại một phần không khí sau quá trình đốt cháy Để cải thiện công suất động cơ, ECU điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu dài hơn tùy theo các mức tải, được xác định bởi cảm biến bướm ga, tốc độ động cơ và lượng không khí hút vào Tỷ lệ điều chỉnh này gia tăng khi lượng không khí hút lớn hơn hoặc tốc độ động cơ cao hơn, với khả năng hiệu chỉnh làm giàu nhiên liệu tăng từ 10% đến 30% tổng lượng nhiên liệu.
5.4.7 Hiệu chỉnh nhiệt độ của khí nạp Để tối ưu hóa tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu, cần điều chỉnh lượng nhiên liệu theo nhiệt độ khí nạp Nhiệt độ khí nạp thực tế được xác định dựa vào cảm biến nhiệt độ khí nạp, ECU thiết lập nhiệt độ chuẩn của khí nạp là 20°C (68°F).
Khi nhiệt độ vượt quá hoặc thấp hơn mức tiêu chuẩn, ECU tự động điều chỉnh lượng nhiên liệu dựa trên nhiệt độ khí nạp Nếu nhiệt độ khí nạp thấp, hệ thống sẽ tăng lượng nhiên liệu để duy trì tỷ trọng không khí Ngược lại, khi nhiệt độ khí nạp cao, hệ thống sẽ giảm lượng nhiên liệu phun để cân bằng tỷ trọng không khí Quá trình điều chỉnh này thường chỉ ảnh hưởng tối đa khoảng 10% đến mức tăng hoặc giảm nhiên liệu.
Hình 5 24: Hiệu chỉnh theo nhiêt độ 5.4.8 Hiệu chỉnh điện áp
Khi ECU động cơ truyền tín hiệu điện đến kim phun, hiện tượng trì hoãn thời gian xảy ra có thể dẫn đến việc thời gian mở vòi phun bị rút ngắn Thời gian trì hoãn càng dài, tín hiệu điện gửi đến cuộn dây kim phun càng ngắn, làm giảm lượng nhiên liệu phun và không đáp ứng đủ chế độ tải thực tế Do đó, cần điều chỉnh thời gian mở vòi phun một cách hợp lý ECU động cơ sẽ kéo dài thời gian mở vòi phun tương ứng với thời gian trì hoãn để đảm bảo lượng nhiên liệu phù hợp với chế độ tải.
Hình 5 25: Hiệu chỉnh theo điện áp