TỔNG QUAN
Lý do chọn đề tài
Ngày nay trên thế giới, ở đại đa số các cường quốc, ngành công nghiệp kĩ thuật sản suất và lắp ráp ô tô đang tiếp tục tiến bộ không ngừng, ô tô ngày càng trở nên hiện đại Cả Việt Nam nói riêng và các quốc gia đã và đang phát triển cũng đang vươn lên cùng thế giới Trong đó, việc bồi dưỡng nguồn nhân lực trẻ không những có phẩm chất kĩ thuật tốt mà còn có kỹ năng chuyên môn cao cùng với sự sáng tạo không ngừng là nhiệm vụ cực kì cần thiết, đặc biệt là trong công cuộc xây dựng và phát triển đất nước trong thời kì mới.
Trường Đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã có không ít sinh viên được đào tạo để chuẩn bị sẵn sàng phục vụ đất nước, cùng với đội ngũ giảng viên xuất sắc Ngành công nghệ ô tô thuộc Khoa cơ khí Động Lực của trường trong ba năm qua đã trau dồi cho chính chúng em các kiến thức thuộc về chuyên ngành hoàn toàn bài bản, khoa học và logic cùng với đó là những buổi thực tập bổ ích ở tất cả các bộ môn Lý thuyết phải đi đôi với thực hành, giờ đây chính chúng em cần một bài tập mang tính hệ thống hóa cả kiến thức lẫn đánh giá khả năng tay nghề của bản thân trước khi bước vào xã hội, nơi vô cùng gian nan Được sự chấp thuận của nhà trường, chúng em đã chọn đề tài cho đồ án: Thi công mô hình động cơ TOYOTA 2NR-FE, do thầy Nguyễn Tấn Lộc hướng dẫn. Đề tài: Thi công mô hình động cơ TOYOTA 2NR-FE, là đề tài mang tính thực tế kiểm nghiệm tay nghề cũng như nâng cao tính cẩn thận của bản thân khi đang đối mặt với một thực thể máy thật sự, logic hóa kiến thức đã học, trực quan phân tích các hệ thống từ cơ bản đến phức tạp của động cơ Chúng em coi đây là cơ hội để mình có thể ôn luyện kĩ lưỡng bộ môn điện điều khiển động cơ mà chính chúng em cho rằng nó sẽ có ảnh hưởng lớn trong tương lai công việc của chính mình khi bước vào xã hội.
Sau khi kết thúc đề tài, mô hình sẽ được sử dụng cho việc giảng dạy sinh viên một cách trực quan sinh động, cùng tài liệu sẽ giúp các sinh viên dễ dàng hình tượng, trau dồi kiến thức bản thân tốt hơn.
Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài
Thi công mô hình động cơ TOYOTA 2NR-FE làm công cụ dạy học, hỗ trợ dụng lý thuyết đã học vào quá trình thực tập một cách dễ dàng.
Nâng cao sự đổi mới trong phương diện và phương thức thực hành trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo.
Đối tượng và phạm vi ứng dụng
• Mục tiêu cần nghiên cứu:
- Động cơ TOYOTA 2NR-FE.
- Các sự cố thường gặp, phương pháp chẩn đoán và cách khắc phục hư hỏng.
- Tìm hiểu trong phạm vi đào tạo cho sinh viên.
- Nghiên cứu tư liệu và giáo trình đang được giảng dạy làm nguồn kiến thức cho sinh viên.
- Thực hiện nghiên cứu trên quy mô bằng cách sử dụng các trang thiết bị và vật tư bên trong và ngoài trường để thực hiện đề tài.
Phương pháp và kế hoạch nghiên cứu
Động cơ TOYOTA 2NR-FE được xem là động cơ xăng tiên tiến và hiện đại , mang tính hoàn thiện cao được điều khiển bằng điện tử có ứng dụng nghiên cứu khoa học hiện nay Và đương nhiên, một động cơ điều khiển đa phần bằng điện tử như vậy ta cần thực hiện một cách tinh tế, chuyên nghiệp Bởi vậy, quá trình tiến hành thi công và nghiên cứu đồ án tốt ngiệp ta cần phải có những thông số khoa học đáng tin cậy, những hiểu biết chi tiết về toàn bộ các cơ cấu, mạch điện, nguyên lý vận hành của các hệ thống một cách chuyên môn hóa và có tính khoa học cao. Để nghiên cứu động cơ TOYOTA 2NR-FE cần theo một trình tự như sau:
- Thu thập và tìm kiếm tài liệu về động cơ TOYOTA 2NR-FE.
- Tham khảo những mô hình đã có sẵn tại xưởng động cơ của trường.
- Tham khảo và xem xét về tài liệu của các khóa trước.
- Tổng hợp và đưa ra phương án tiến hành.
- Làm mới động cơ và hoàn chỉnh lại hệ thống điện.
- Lắp trên khung và kiểm tra độ vững chắc.
- Thu thập so sánh dữ liệu dữ liệu.
- Viết bài thuyết minh, báo cáo.
- Mô hình được thi công trong thời gian ba tháng.
GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ TOYOTA 2NR-FE
Giới thiệu chung
Động cơ 2NR-FE được trang bị trên nhiều loại xe của hãng TOYOTA xe như:
Bảng 2 1 Các loại xe của Toyota sử dụng động cơ 2NR-FE
Thông số kỹ thuật
2.2.1Thông số kỹ thuật của động cơ 2NR-FE:
Nội dung Động cơ 2NR-FE
Cách bố trí xylanh 4 xylanh thẳng hàng
Kiểu buồng đốt Loại Pentroof
Hệ thống phun nhiên liệu Phun nhiên liệu đa điểm tuần tự SFi
Hệ thống đánh lửa Đánh lửa trực tiếp DIS Đường kính và hành trình piston 72.6 x 90.6 (mm)
Công suất cực đại 79/6000 (kW/rpm)
Mô men xoắn cực đại 141/4300 (Nm/rpm)
Cơ cấu phân phối khí DOHC
Góc mở sớm xupap nạp 10 0 ATDC ~ 36 0 BTDC
Góc đóng muộn xupap nạp 69 0 ABDC ~23 0 ABDC
Góc mở sớm xupap thải 48 0 BBDC ~ 8 0 BBDC
Góc đóng muộn xupap thải 7 0 ATDC ~ 47 0 BTDC
Xăng sử dụng Xăng không pha chì
Chỉ số octan của nhiên liệu Lớn hơn 91
Tiêu chuẩn khí xả EURO2, EURO4, EURO5
95 kg (M/T) Khối lượng động cơ
Bảng 2 2 Thông số kỹ thuật động cơ 2NR-FE
- Hệ thống đánh lửa Direct Ignition System ( DIS)
- Hệ thống phân phối khí thông minh VVT-i.
- Cổ góp nạp loại có bộ cộng hưởng.
- Bộ góp xả bằng thép không gỉ.
THI CÔNG MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ 2NR-FE
Thiết kế khung mô hình lắp đặt đông cơ Toyota 2NR-FE
Dựa vào kích thước đo được từ động cơ nên ta thiết kế khung lắp đặt (bao gồm phần thùng) có kích thước là 140 x 80 x 90 (cm) (dài / rộng / cao) Bề mặt phía sau được bao phủ bởi tấm thép dạng lưới, phía trước là thùng hình chữ nhật.
Thi công mô hình
3.2.1 Thi công phần khung mô hình:
• Dựa vào kích thước đã chọn như trên và trọng lượng của động cơ, ta tiến hành chọn loại sắt phù hợp Các bước tiến hành:
- Cắt sắt đúng kích thước đã đo.
- Hàn phần dầm nằm ngang và dọc của khung.
- Hàn 4 bánh xe của khung mô hình.
- Hàn phần thùng trước động cơ.
- Hàn thanh bảo vệ xung quanh.
- Khung mô hình sau khi hàn xong phải có độ chịu lực tốt, độ cứng vững cao.
- Khung mô hình phải gọn gàng và thẩm mỹ.
3.2.2 Thi công phần chân đỡ động cơ:
- Đo chính xác vị trí 2 chân sau của động cơ, sau đó hàn 2 chân lên khung mô hình và khoan ốc.
- Dùng cầu pa-lăng gá động cơ lên 2 chân vừa hàn sao cho cân bằng.
Hình 3 2 Vị trí chân đở động cơ
- Đo các kích thước và định vị vị trí của đầu động cơ, tiến hành khoan ốc vào khung mô hình.
- Các chân đỡ động cơ phải có vị trí chính xác và độ cứng vững cao.
- Động cơ lắp lên các chân phải cân bằng và thẩm mỹ.
3.2.3 Thi công các ph n ph :ần phụ: ụ:
• Các phần phụ cần thi công gồm có:
- Giá đỡ hộp cầu chì, relay.
- Giá đỡ lọc nhiên liệu.
- Các giá đỡ phải chắc chắn, gọn đẹp.
- Các đường ống phải kín, thiết kế đường đi ngắn và đẹp nhất.
- Bình nhiên liệu có chiều cao vừa với bơm nhiên liệu và kín.
3.2.4 Sơn khung mô hình và các phần phụ:
• Làm sạch bề mặt mô hình:
- Sử dụng máy mài làm sạch các phần hàn dư thừa.
- Dùng máy đánh cước và giấy nhám làm sạch bề mặt.
- Dùng nước pha xà phòng để rửa sạch lớp dầu trên phần khung động cơ.
- Thổi sạch bề mặt bằng khí nén và lau lại bằng khăn khô.
- Sơn lót xám chống gỉ.
- Đợi khô sau đó dùng giấy nhám mịn đánh đều lớp sơn lót tạo độ bám cho lớp sơn màu.
- Màu xanh 603 pha với màu bạc cho phần khung, bình xăng.
- Màu bạc cho đường ống xã.
3.2.5 Vệ sinh và sơn động cơ:
- Dùng xăng, cọ sắt và làm sạch sẽ bề mặt các chi tiết.
- Dùng khí nén thôi bay bụi và lau khô các chi tiết.
- Dán băng keo các phần không cần sơn.
Hình 3 3 Mô hình khi sơn xong
• Yêu cầu khi thi công:
- Các chi tiết phải được sơn đều không chảy hoặc nổi hột.
- Tránh sơn vào các vùng không cần thiết như giắc điện, ren, đường ống của chi tiết,
- Vệ sinh phần thân và nắp máy.
- Vệ sinh phần thân và nắp máy bằng xăng, cọ, và khí nén sau đó lau khô.
3.3 Bố trí động cơ và các chi tiết phụ lên khung mô hình:
3.3.1 Bố trí hệ thống làm mát:
Két nước được đặt sau động cơ.
Sử dụng ống cao su có độ bền cao để nối đường nước từ động cơ vào két nước và ngược lại.
Dùng keo và ống cổ dê để làm kín và siết chặc các điểm nối.
Hình 3 4 Đường ống nước vào động cơ
Hình 3 6 Đường nước trở về két nước
3.3.2 Bố trí hộp cầu chì và relay:
Hộp cầu chì, rờ le được đặt ở bên phải phần đầu mô hình.
Hình 3 7 Bố trí hộp cầu chì
3.3.4 Bố trí ống giảm thanh:
Hình 3 10 Vị trí ống giảm thanh
3.3.5 Bố trí hệ thống nhiên liệu:
Hình 3 11 Ống dẫn nhiên liệu
3.3.6 Bố Trí vị trí khóa điện :
Hình 3 12 Vị trí công tắc máy 3.3.7 Thiết kế và lắp đặt bảng mica:
Thiết kế bảng mica phải có đủ các chi tiết: tên động cơ, tên giáo viên hướng dẫn, tên sinh viên thực hiện đề tài, lỗ giắc ECU, lỗ đồng hồ áp suất, lỗ giắc OBDII.
Đấu dây mạch điện điều khiển động cơ
- Tiến hành phân tích sơ đồ mạch điện.
- Nối dây hộp cầu chì, rờ le.
- Nối dây các cảm biến.
- Nối dây các bộ chấp hành như bơm xăng, hệ thống phun nhiên liệu,
- Nối dây các các cực trên bảng mica.
Kiểm tra mạch điện điều khiển động cơ
- Kiểm tra các đường dây mạch điều khiển động cơ.
- Kiểm tra các dây của cảm biến về bảng cực bằng đồng hồ VOM.
- Kiểm tra từng cảm biến.
- Cấp nguồn 12V cho động cơ, bật công tắc máy sang IG rồi kiểm tra nguồn điện áp các chân cấp nguồn cho các cảm biến.
Vận hành động cơ
- Kiểm tra chất lỏng làm mát của động cơ.
- Đổ nhớt vào động cơ.
- Đổ xăng vào thùng nhiên liệu
- Cấp nguồn bằng ắc qui 12V.
- Kiểm tra đèn check Engine.
- Kiểm tra sự rò rỉ các ống nhiên liệu và ống nước làm mát.
Hoàn chỉnh động cơ
- Khắc phục các lỗi của động cơ (Nếu có).
- Khắc phục các đường ống bị rò rỉ (Nếu có).
- Quấn băng keo hoặc bọc đường ống bảo vệ cho dây điện Sau đó bố trí lại 1 cách hợp lý và thẩm mỹ.
- Khởi động lại động cơ và đo kiểm.
Hoàn thành mô hình động cơ Toyota 2NR-FE
Hình ảnh mô hình động cơ Toyota 2NR-FE khi đã hoàn chỉnh.
Hình 3 14 Mô hình được xem từ phía trước
Hình 3 16 Mô hình động cơ nhìn từ bên phải
Hình 3 17 Mô hình động cơ nhìn từ bên trái
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 2NR-FE
Khái quát về ECU
ECU ( Electronic Control Unit) có vai trò quan trọng trong khi xác định lượng nhiên liệu cần phun, thời điểm lượng nhiên liệu phun và lượng không khí cần nạp vào động cơ phù hợp với điều kiện vận hành ECU sử dụng nguồn tín hiệu của các cảm biến và công tắc khác nhau để điều khiển quá trình này Ngoài ra, ECU còn chịu trách nhiệm chuyển đổi nguồn tín hiệu để điều khiển những bộ chấp hành khác nhau.
ECU động cơ có nhiều chức năng bao gồm điều khiển EFI ( Electronic Fuel Injection), điều khiển ESA ( Electronic Spark Advance), điều khiển ISC ( Idle Speed Control).
Chân Ký hiệu Mô tả
5 ELS1 Tín hiệu tải điện
6 IGSW Tín hiệu công tắc ON
7 FANL Tín hiệu relay quạt ( LOW)
8 FANH Tín hiệu relay quạt ( HIGH)
9 STP Tín hiệu đèn phanh
10 ST1- Tín hiệu đèn phanh
13 CANH Đường truyền mạng CAN ( HIGH)
18 INH Tín hiệu công tắc gạt mưa
20 ASLM Tín hiệu công tắc giới hạn tốc độ
22 NSW Tín hiệu công tắc tay số
27 W Tín hiệu đèn check Engine
29 STA Tín hiệu khởi động
31 TACH Đồng hồ tốc độ
34 ELS2 Tín hiệu tải điện
35 ECCS Mass tín hiệu Cruise Control
36 CCS Tín hiệu Cruise Control
39 PBV Tín hiệu công tắc valve chân không
40 PB Tín hiệu cảm biến chân không
41 FPC Tín hiệu bơm nhiên liệu
44 SPD Tín hiệu cảm biến tốc độ
46 MREL Cực điều khiển relay chính
47 VPA Tín hiệu cảm biến bàn đạp ga 1
48 EPA Mass tín hiệu cảm biến bàn đạp ga 1
49 VCPA Nguồn 5V của cảm biến bàn đạp ga 1
50 VPA2 Tín hiệu cảm biến bàn đạp ga 2
51 EPA2 Mass của cảm biến bàn đạp ga 2
52 VCP2 Nguồn 5V của cảm biến bàn đạp ga 2
54 EPB Mass cảm biến chân không
55 VCPB Nguồn 5V của cảm biến chân không
57 PWMS Pattern select switch assembly
Bảng 4 1 Kí hiệu và chân giắc A58 ECU
Chân Kí hiệu Mô tả
27 HA1A Tín hiệu dây sấy cảm biến A/F
29 +BM Tín hiệu nguồn motor bướm ga
30 M- Tín hiệu motor điều khiểm bướm ga
33 PGR Tín hiệu Purge VSV
35 EDT1 Tín hiệu Cam Timing Control with EDU Motor Assembly
36 OE1- Tín hiệu van dầu cam xả
37 OE1+ Tín hiệu van dầu cam xả
60 M+ Tín hiệu motor điều khiển bướm ga
64 R Tín hiệu báo số Reverse
65 D Tín hiệu báo số Drive
66 EMF1 Tín hiệu Cam Timing Control with EDU Motor Assembly
69 N Tín hiệu báo số Neutral
70 P Tín hiệu báo số Parking
71 EMR1 Tín hiệu Cam Timing Control with EDU Motor Assembly
72 IGT4 Tín hiệu đánh lửa xylanh 4
73 IGT3 Tín hiệu đánh lửa xylanh 3
74 IGT2 Tín hiệu đánh lửa xylanh 2
75 IGT1 Tín hiệu đánh lửa xylanh 1
76 EPIM Mass cảm biến chân không
77 VCPM Nguồn 5V cảm biến chân không
78 PIM Tín hiệu của cảm biến chân không
79 PTO Tín hiệu của cảm biến áp suất nhớt
80 VV1+ Tín hiệu của cảm biến vị trí trục cam nạp
81 VCNE Nguồn 5V của cảm biến vị trí trục khuỷu
82 EV1+ Tín hiệu của cảm biến vị trí trục cam xả
83 EHAC Mass bộ chấp hành trợ lực phanh
84 VHAC Nguồn 5V bộ chấp hành trợ lực phanh
85 HAC Tín hiệu bộ chấp hành trợ lực phanh
94 EMD1 Tín hiệu Cam Timing Control with EDU Motor Assembly
95 #20 Tín hiệu của kim phun nhiên liệu 2
96 #30 Tín hiệu của kim phun nhiên liệu 3
97 #40 Tín hiệu của kim phun nhiên liệu 4
98 #10 Tín hiệu của kim phun nhiên liệu 1
99 OX1B Tín hiệu của cảm biến Ôxi
100 A1A+ Tín hiệu của cảm biến A/F
101 VTA2 Tín hiệu của cảm biến vị trí bướm ga 2
104 E2G Mass cảm biến lưu lượng khí nạp
105 EGR4 Tín hiệu Valve EGR
106 EGR2 Tín hiệu Valve EGR
107 EGR3 Tín hiệu Valve EGR
109 EPTO Mass cảm biến áp suất nhớt
110 VCPT Nguồn 5V cảm biến áp suất nhớt
111 VCV1 Nguồn 5V của cảm biến vị trí trục cam nạp
112 VV1- Tín hiệu của cảm biến vị trí trục cam nạp
113 NE- Tín hiệu của cảm biến vị trí trục khuỷu
114 NE+ Tín hiệu của cảm biến vị trí trục khuỷu
115 EV1- Tín hiệu của cảm biến vị trí trục cam xả
119 ETHW Mass của cảm biến nhiệt độ nước
120 THW Tín hiệu của cảm biến nhiệt độ nước
121 EKNK Mass cảm biến kích nổ
122 KNK1 Tín hiệu cảm biến kích nổ
131 EX1B Mass cảm biến Ôxy
133 ETA Mass của cảm biến vị trí bướm ga 1
134 VCTA Nguồn 5V của cảm biến vị trí bướm ga 1
135 VTA1 Tín hiệu của cảm biến vị trí bướm ga 1
137 VG Tín hiệu của cảm biến lưu lượng không khí nạp
138 THA Tín hiệu của cảm biến nhiệt độ không khí nạp
139 ETHA Mass của cảm biến nhiệt độ không khí nạp
140 EGR1 Tín hiệu Valve EGR
Bảng 4 2 Kí hiệu và chân giắc B112 ECU
4.1.3 Sơ đồ nối dây mạch điều khiển động cơ:
Hình 4 4 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ 2NR-FE
Hình 4 6 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ 2NR-FE
4.1.4 Điện cung cấp cho ECU:
Khi chưa xoay ổ khóa, điện áp dương của acquy chạy qua cuộn dây của Power relay và đóng tiếp điểm của Power relay.
Khi xoay ổ khóa sang IG, điện áp dương của acquy qua tiếp điểm đóng của Power relay rồi đến cực B rồi qua IG đến IGSW của ECU Lúc này có tín hiệu từ MREL của ECU phát ra làm có dòng chạy qua và đóng các tiếp điểm EFI relay và cấp nguồn cho +B, +B2 của ECU.
Hình 4 8 Sơ đồ mạch điện cấp nguồn ECU
Khi ECU được cung cấp nguồn điện 12V đến cực +B và +B2, thông qua tiếp điểm của EFI relay mạch 5V trong ECU được cấp điện Nguồn 5V có tác dụng: Cung cấp nguồn điện đến bộ vi xử lý.
Cung cấp nguồn 5V cho một số cảm biến như Vaccum sensor, CrankshaftPosition sensor, VVT intake sensor, Throttle Body with Motor Assembly,Asmotpheric presure sensor, oil presure sensor, Accelerator pedal sensor.
Hình 4 9 Sơ đồ mạch Vc
ECU cấp điện áp không đổi 5V từ điện nguồn dương của acquy đến cực +B, +B2 cấp nguồn cho bộ xử lý.Khi mạch Vc bị ngắn mạch bộ vi xử lý trong ECU bị vô hiệu hóa không còn cấp nguồn cho các cảm biến Lúc này hệ thống không khởi động được và đèn MIL không sáng.
GỢI Ý: Trong các trường hợp hoạt động bình thường, đèn MIL sáng lên trong vài giây khi công tắc động cơ được bật ON lần đầu Đèn MIL sẽ tắt khi động cơ nổ máy.
• ECU có ba mạch nối mass sau:
- Mass E1 để điều khiển ECU.
- Mass E2 cho các cảm bỉến
Hình 4 10 Sơ đồ mạch nối mass
Hình 4 11 Sơ đồ mạch cầu chì
Các cảm biến trên động cơ 2NR-FE
4.2.1 Bộ đo gió kiểu dây nhiệt (MAF):
Hình 4 12 Bộ đo gió kiểu dây nhiệt MAF
Bộ đo gió kiểu dây nhiệt là cảm biến được dùng để đo lường tốc độ gió Bộ đo này sử dụng dây nhiệt nhỏ và được làm bằng chất liệu có độ dẫn nhiệt cao, như platino hoặc nickel Khi dòng gió đi qua dây nhiệt, nhiệt độ của dây sẽ thay đổi theo tỉ lệ với tốc độ gió.
Nguyên lý hoạt động của bộ đo gió kiểu dây nhiệt là dựa trên hiệu ứng Joule. Khi dòng điện qua dây nhiệt, năng lượng điện sẽ được biến đổi thành năng lượng nhiệt và làm dây tăng nhiệt độ Nếu tốc độ gió tăng lên, nhiệt độ của dây nhiệt sẽ giảm do nhiệt năng được tiêu thụ bởi dòng gió Ngược lại, nếu tốc độ gió giảm xuống, nhiệt độ của dây nhiệt sẽ tăng lên.
Bộ đo gió kiểu dây nhiệt dùng để đo tốc độ gió trong phạm vi vài cm/s đến hàng trăm m/s Nó có độ chính xác cao và được điều chỉnh phù hợp với yêu cầu đo lường khác nhau Bên cạnh đó, nó cũng có một số khuyết điểm như không thể đo
Hình 4 13 Cấu tạo cảm biến lưu lượng không khí nạp
Hình 4 14 Mạch điện cảm biến không khí nạp MAF
Hình 4 15 Giắc cắm cảm biến lưu lượng không khí nạp
Hãng Toyota dùng bộ đo gió kiểu dây nhiệt có ba cực và hai cực còn lại là hai cực của cảm biến nhiệt độ khí nạp (do cảm biến nhiệt độ khí nạp được tích hợp bên trong bộ đo gió kiểu dây nhiệt)
- +B: Nguồn 12V được cấp từ Main relay cung cấp cho bộ đo gió.
- VG: Tín hiệu của cảm biến lưu lượng khí nạp.
- EVG: Mass của bộ đo gió.
- THA: Tín hiệu của cảm biến nhiệt độ khí nạp.
- E2: Mass của cảm biến nhiệt độ khí nạp.
Thông số kiểm tra cảm biến:
Các chân đo Giá trị tiêu chuẩn
Bảng 4 3 Bảng thông số kiểm tra cảm biến lưu lượng khí nạp 4.2.2 Cảm biến nhiệt độ không khí nạp ( IAT):
Hình 4 16 Sơ đồ mạch điện của cảm biến IAT
Trong bộ đo gió dây nhiệt, có một cảm biến nhiệt độ không khí nạp (IAT) được tích hợp bên trong cảm biến lượng không khí nạp (MAF) dùng để đo nhiệt độ của không khí khi nạp vào động cơ.
Cảm biến này có một điện trở bên trong, khi nhiệt độ không khí nạp vào động cơ thay đổi, điện trở này cũng thay đổi theo Sự biến thiên của điện trở này được sự biến thiên điện trở trong cảm biến và đưa thông tin này thành dạng tín hiệu điện áp để bộ xử lý có thể xử lý và đưa ra kết quả đo nhiệt độ.
Bảng 4 4 Bảng kiểm tra cảm biến nhiệt độ khí nạp 4.2.3 Cảm biến vị trí bướm ga:
Hình 4 17 Cảm biến vị trí bướm ga trên động cơ
Hình 4 18 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga là cảm biến quan trọng trên động cơ để đo lường góc độ mở của bướm ga và từ đó biến đổi thành tín hiệu điện áp Cảm biến này được đặt trên thân bướm ga và được điều khiển bởi trục bướm ga qua một motor Khi bướm ga mở, trục bướm ga sẽ xoay và làm thay đổi vị trí của nam châm trong cảm biến. Các IC Hall trong cảm biến lúc này nhận được sự biến thiên mật độ từ, và tạo ra tín hiệu điện áp tương ứng Tín hiệu này được gửi đến ECU để xử lý và đưa ra quyết định điều khiển khác nhau, như điều chỉnh lượng nhiên liệu phun, góc đánh lửa sớm.
Cảm biến vị trí bướm ga trên động cơ 2NR-FE được cấu tạo gồm 2 IC Hall và một nam châm quay quanh nó Khi bướm ga mở, nam châm sẽ xoay và làm thay đổi mật độ từ thông qua IC Hall, tạo ra tín hiệu điện áp VTA1 và VTA2 Tín hiệu này sẽ gửi về cho ECU xử lý và nhận biết tải động cơ, sau đó đưa ra quyết định điều khiển phù hợp.
Hình 4 19 Cấu tạo bên trong của cảm biến vị trí bướm ga Các chân đo:
- M-: Cực mô tơ (đầu vào khi bướm ga mở, đầu ra tới M+)
- M+: Cực mô tơ (đầu vào khi bướm ga đóng, đầu ra tới M-)
Thông số kiểm tra cảm biến:
Các chân đo Giá trị tiêu chuẩn
Bảng 4 5 Bảng thông số kiểm tra cảm biến vị trí bướm ga
4.2.4 Cảm biến vị trí bàn đạp ga:
Hình 4 20 Cảm biến vị trí bàn đạp ga trên mô hình
Hình 4.21 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga
Hiện nay, đa số các động cơ ô tô trên thị trường đều được trang bị hệ thống điều khiển bướm ga thông minh, bao gồm cảm biến bàn đạp ga, mô tơ điều khiển bướm ga và cảm biến vị trí bướm ga Khi người lái đạp ga, tín hiệu từ cảm biến bàn đạp ga được gửi đến đơn vị điều khiển động cơ (ECM) Sau đó, ECM điề u khiển mô tơ bướm ga xoay làm bướm ga thay đổi một góc tương ứng với tín hiệu từ cảm biến bàn đạp ga Tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga xác nhận vị trí của bướm ga và gửi lại tín hiệu về ECM để kiểm soát hoạt động của động cơ.
Cảm biến vị trí bàn đạp ga được sử dụng trên động cơ 2NR-FE là loại phần tử Hall Trong cảm biến này, có hai IC cố định được cung cấp nguồn 5V thông qua cực VCPA và VCP2 Khi người lái đạp ga, trục truyền động xoay và làm xoay nam châm xung quanh hai IC Hall Tín hiệu điện áp trên hai chân VPA, VPA2 sẽ biến thiên theo từng độ mở của bàn đạp ga và gửi về ECM để xác nhận góc mở bàn đạp ga.
Vận hành của bàn đạp ga Tín hiệu điện áp của Tín hiệu điện áp của cảm biến 1 cảm biến 2
Bảng 4 6 Bảng kiểm tra cảm biến bàn đạp ga
4.2.5 Cảm biến vị trí trục khuỷu
Cảm biến vị trí trục khuỷu sử dụng trên động cơ 2 NR-FE là kiểu cảm biến Hall Cảm biến vị trí trục khuỷu được bố trí tại đầu trục khuỷu và cảm biến có một phần tử Hall gắn tại đầu cảm biến Ngoài ra còn có một nam châm vĩnh cửu cùng một IC tổ hợp đặt giữa cảm biến Khi hoạt động hiệu ứng Hall sinh thêm xung vuông gởi đến ECU.
Hình 4 23 Cảm biến vị trí trục khuỷu trên mô hình
Rotor cảm biến CKP có 34 răng cùng 2 răng khuyết Do đó, khi trục khuỷu xoay một vòng, cảm biến CKP sinh ra 34 xung mỗi xung cách nhau 10° cùng một xung ngang chỗ răng khuyết Vị trí xung trên răng khuyếtt sử dụng để phát hiện vị trí điểm chết trên.
Kiểm tra điện trở cuộn dây 2 đầu cự NE+ và NE-.
Khe hở giữa đầu cảm biến và vành tạo xung là 0.5 – 1.5 mm
Các chân đo Điều kiện đo Giá trị tiêu chuẩn
Bảng 4 7 Bảng kiểm tra điện trở của cảm biến vị trí trục khuỷu
4.2.6 Cảm biến vị trí trục cam:
Hình 4 25 Cảm biến vị trí trục cam trên mô hình
Hình 4 26 Cấu tạo của cảm biến vị trí trục cam loại HALL
Về cấu tạo thì cảm biến vị trí trục cam tương tự với cảm biến vị trí trục khuỷu vì có một phần tử Hall nằm trên đầu cảm biến Ngoài ra cũng có một nam châm vĩnh cửu cùng một IC tổ hợp ở giữa cảm biến Khi hoạt động thì hiệu ứng Hall tạo ra xung có dạnghình vuông truyền tới ECM.
Khi trục khuỷu xoay sẽ có xích cam làm cho trục cam xoay theo Trên trục cam có một vành tạo xung có những vấu cực Các vấu cực sẽ đi qua đầu cảm biến và đóng mạch từ Cảm biến sẽ tạo một xung tín hiệu truyền tới ECM và ECM tiếp nhận tín hiệu trên sẽ quyết định thời điểm đánh lửa và điểm phun ứng với điểm chết trên cuối kỳ nén của mỗi xy lanh theo như thứ tự làm việc của động cơ.
Cảm biến vị trí trục cam loại HALL được dùng phổ biến trên động cơ để nhận biết vị trí của trục cam, từ đó điều phối các van xả khí, nạp khí và các hành trình khác của động cơ để đạt được hiệu suất tối ưu và giảm thiểu khí thải độc hại ra môi trường.
Các bộ chấp hành
Khi nhiệt độ nước làm mát thay đổi, điện trở của cảm biến cũng thay đổi theo. Các tín hiệu điện tại các cực của cảm biến (THW, ETHW) được sử dụng để xác định nhiệt độ làm việc của động cơ thông qua một bộ vi xử lý (ECU) Tín hiệu từ cảm biến THW được sử dụng để điều khiển các thông số hoạt động của động cơ gồm: lượng nhiên liệu phun, thời điểm đánh lửa Khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn 80 độ C, bộ điều khiển động cơ sẽ tăng tốc độ cầm chừng, tăng lượng nhiên liệu phun và tăng góc đánh lửa sớm để đảm bảo cho động cơ hoạt động ổn định. Thông số kiểm tra cảm biến:
Các chân đo Điều kiện Giá trị điện trở tiêu chuẩn
Bảng 4 9 Bảng thông số kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước 4.3 Các bộ chấp hành:
4.3.1 Tổng quan hệ thống M-OBD:
M-OBD (Mobile On-board Diagnostics) là một hệ thống chẩn đoán, giám sát các thông số của xe hơi thông qua việc kết nối với thiết bị thông minh Hệ thống cho phép người sử dụng kiểm tra tình trạng của xe hơi dễ dàng và nhanh chóng, từ đó giúp họ phát hiện và khắc phục các vấn đề kỹ thuật trên xe một cách kịp thời.
M-OBD là một công nghệ hiện đại và tiện ích cho người sử dụng, công nghệ này tiết kiệm thời gian và chi phí cho họ khi phát hiện và khắc phục các vấn đề hư hỏng trên xe hơi.
Khi xe bị hư hỏng và được trang bị chức năng chẩn đoán trên xe M-OBD, thì cần kết nối xe với một máy chẩn đoán Khi đó, các thông tin về hoạt động của động cơ được đọc ra từ bộ điều khiển động cơ (ECM) và hiển thị trên màn hình máy chẩn
4.3.2 Chế độ thường và chế độ kiểm tra:
Hệ thống chẩn đoán hoạt động trong trạng thái bình thường khi xe đang điều khiển trong điều kiện thông thường Trong trạng thái này, hệ thống sử dụng hai thuật toán để xác định chính xác các vấn đề hoặc lỗi có thể xảy ra trong xe Thuật toán được thiết kế để giúp hệ thống phát hiện và xử lý các lỗi một cách hiệu quả và đáng tin cậy, đảm bảo an toàn và sự hoạt động ổn định của xe Ngoài ra còn có chế độ kiểm tra để kỹ thuật viên lựa chọn Ở chế độ kiểm tra, hệ thống dùng thuật toán một hành trình để mô phỏng lại các hư hỏng và làm tăng độ nhạy để phát hiện các hư hỏng, kể cả các hư hỏng chập chờn.
4.3.3 Thuật toán 2 hành trình:
Khi phát hiện ra hư hỏng lần đầu tiên, hư hỏng được lưu lại trong bộ nhớ ECM (hành trình 1) Trong các lần tiếp theo nếu hư hỏng vẫn được phát hiện, đèn MIL sẽ sáng (hành trình 2).
ECM là viết tắt của "Engine Control Module" - một bộ phận quan trọng trong hệ thống điều khiển động cơ của xe ô tô ECM có chức năng ghi lại thông tin và trạng thái hoạt động của xe dưới dạng dữ liệu đóng băng Dữ liệu này bao gồm các thông số như tốc độ, vòng tua động cơ, nhiệt độ động cơ, và tỉ lệ hỗn hợp khí nhiên liệu và không khí được phun vào động cơ (tỉ lệ A/F).
Khi xảy ra sự cố kỹ thuật, dữ liệu này sẽ hữu ích trong việc xác định tình trạng của xe, chẳng hạn như trạng thái hoạt động của xe, nhiệt độ động cơ và tỉ lệ A/F đang ở mức giàu hay nghèo Thông tin này có thể giúp kỹ thuật viên chẩn đoán, sửa chữa nhanh chóng và chính xác.
ISO 15765-4 là một tiêu chuẩn kết nối và truyền thông giữa các phần tử điện tử trên xe hơi và các thiết bị chẩn đoán, đặc biệt là các thiết bị chẩn đoán và sửa chữa (OBD-II) Tiêu chuẩn này quy định giao thức truyền thông dựa trên chuẩn CAN (Controller Area Network) và định nghĩa các thông điệp, phản hồi giữa các phần tử trên xe và thiết bị chẩn đoán.
ISO 15031-3 là tiêu chuẩn quy định về cách sắp xếp các cực của giắc kết nối DLC3 trên xe hơi để đảm bảo tính tương thích với các thiết bị chẩn đoán và sửa chữa Tiêu chuẩn này đảm bảo rằng các cực trên giắc kết nối DLC3 của xe được sắp xếp theo một chuẩn nhất định để đảm bảo tính tương thích với các thiết bị chẩn đoán và sửa chữa đang có trên thị trường.
Do đó, sự sắp xếp các cực trên giắc kết nối DLC3 của xe tuân theo tiêu chuẩn ISO 15031-3 để đảm bảo tính tương thích với các thiết bị chẩn đoán và sửa chữa, và đồng thời phù hợp với tiêu chuẩn kết nối và truyền thông ISO 15765 -4 để đảm bảo việc trao đổi thông tin giữa các phần tử điện tử trên xe và các thiết bị chẩn đoán được thực hiện một cách chính xác và hiệu quả.
Ký hiệu Số cực Tên cực
TC 13 Cực kiểm tra mã lỗi
CANH 6 Đường truyền CAN (High)
CANL 14 Đường truyền CAN (Low)
Bảng 4 10 Các chân giắc DCL3
4.3.6 Kiểm tra điện áp ắc quy: Điện áp ắc quy trong phạm vi 11V- 14V, dưới 11V thì phải sạc lại hoặc thay thế mới.
4.3.7 Phát hiện hư hỏng bằng đèn Check Engine:
Bật công tắc sang vị trí IG và động cơ không hoạt động, đèn Check Engine sẽ sáng Nếu đèn không sáng khi bật công tắc sang IG thì kiểm tra mạch điện đèn Nếu động cơ bình thường và không có lỗi, đèn Check Engine sẽ tắt khi động cơ nổ Khi hệ thống chẩn đoán phát hiện được bất kỳ lỗi nào, đèn Check Engine sẽ sáng ngay cả khi động cơ đang hoạt động.
4.3.8 Kiểm tra mã lỗi bằng dùng máy chẩn đoán
- Kết nối máy chẩn đoán với giắc OBD II trên mô hình.
- Bật công tắc sang vị trí IG.
- Truy cập máy chẩn đoán theo đường dẫn:Power Train/Engine and ECT/Trouble Codes.
- Kiểm tra mã lỗi và dữ liệu đóng băng, ghi lại nếu cần thiết.
4.3.9 Sử dụng phần mềm Techstream để kiểm tra
Bước 1: Mở phần mềm Techstream và kết nối động cơ với máy tính bằng giắc chuẩn đoán OBD II.
Bước 2: Chọn Connect to Vehicle
Bước 3: Điền tên loại Động cơ giống theo như hình và chọn Next.
Bước 4: Chọn vào mục Engine and ECT để tiến hành độc lỗi:
Bước 5: Khi hoàn tất và màn hình sẽ hiện ra bảng mã lỗi mà động cơ đang có
- Kết nối máy chẩn đoán với giắc OBDII.
- Truy cập máy chẩn đoán theo đường dẫn:Power Train/Engine and ECT/Trouble Codes.
• Khi không sử dụng máy chẩn đoán:
Có 2 cách xóa mã lỗi mà không cần dùng máy chẩn đoán:
- Cách 1:Tháo cáp nối cực âm ắc quy trong thời gian nhiều hơn 1 phút
- Cách 2: Tháo cầu chì EFI (ở trong khoang lái) và cầu chì ETCS (ở khoang động cơ) trong thời gian nhiều hơn 1 phút.
Các bộ chấp hành
4.4.1 Hệ thống đánh lửa trực tiếp:
Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) được sử dụng trên động cơ 2NR-FE.
Hệ thống đánh lửa DIS là một hệ thống đánh lửa điện tử được sử dụng trong động cơ của ô tô Hệ thống này thay thế hệ thống đánh lửa truyền thống sử dụng bộ phận phân phối điện và bộ chia điện.
Trong hệ thống DIS, mỗi xi-lanh của động cơ có một cặp cảm biến từ tính để nhận biết vị trí trục cam và cơ cấu van Dữ liệu này được gửi đến ECM, và từ đó ECM đưa ra quyết định thời điểm và thời lượng đánh lửa phù hợp với mỗi xi-lanh theo chu trình làm việc.
Hệ thống DIS sử dụng các cối đốt kép (double-ended coils) để tạo ra điện áp cao và đánh lửa trực tiếp vào buồng đốt của xi-lanh Thay vì sử dụng bộ phân phối điện, hệ thống dùng cảm biến để nhận biết vị trí của piston và tạo ra tín hiệu đánh lửa phù hợp.
Hệ thống DIS có nhiều ưu điểm so với hệ thống đánh lửa truyền thống, bao gồm tăng hiệu suất động cơ, giảm thiểu lượng tiêu thụ nhiên liệu và khí thải độc hại, cải thiện khả năng khởi động và giảm thời gian bảo dưỡng.
Hình 4 37 Sơ đồ hệ thống đánh lửa DIS
Thông số kiểm tra hệ thống:
Cực Điều kiện Giá trị
+B – GND Công tắc máy ON 9-14V
Bảng 4 11 Thông số kiểm tra bugi
4.4.2 Hệ thống phun nhiên liệu:
Hệ thống phun nhiên liệu trên động cơ 2NR-FE sử dụng hệ thống phun đa điểm để cung cấp nhiên liệu cho động cơ hoạt động Các kim phun được lắp bên trong đường ống nạp trước xupap nạp và được điều khiển để phun nhiên liệu vào các cửa nạp theo thứ tự hoạt động của động cơ.
Mỗi kim phun bao gồm một thân và một kim phun được đặt bên trong đường ống nạp Trong thân kim phun là một cuộn dây điều khiển để điều chỉnh việc đóng và mở của kim phun Khi cuộn dây không được cung cấp điện, kim phun ở vị trí đóng do bị lò xo đẩy Khi được cung cấp điện, cuộn dây sinh ra trường từ để giúp cơ cấu nhấc kim phun lên và phun lượng nhiên liệu vào các cửa nạp của động cơ. Các điểm đặc biệt của hệ thống phun nhiên liệu trên động cơ 2NR-FE:
- Dùng kim phun nhiều lỗ phun (8 lỗ).
- Phun theo thứ tự công tác.
- Kim phun kiểu điện áp cao.
Hình 4 39 Sơ đồ mạch điện hệ thống kim phun nhiên liệu Thông số kiểm tra các kim phun:
Các chân đo Điều kiện đo Giá trị tiêu chuẩn
Bảng 4 12 Thông số của các kim phun theo tiêu chuẩn
4.4.3 Điều khiển bơm nhiên liệu:
Hình 4 40 Sơ đồ mạch điện hệ thống cung cấp nhiên liệu
Khi công tắt ở vị trí B: Bơm nhiên liệu chưa hoạt động.
Khi công tắc bật sang IG: Dòng điện từ acqui qua cuộn dây của Main Relay, tiếp điểm Main relay đóng Nguồn 12V được cấp cho cực B+ của Fuel Pump Control qua bơm nhiên liệu đến cực B của mosfet Lúc này ECU cấp tín hiệu điện áp FPC đến chân G của mosfet làm mosfet hoạt động, chân D và S của mosfet thông nhau, dòng điện qua bơm nhiên liệu được nối mass và bơm hoạt động.
Hình 4 41 Sơ đồ mạch điện điều khiển máy khởi động