Trong những năm vừa qua, ô tô được sử dụng một cách rộng rãi và được coi như là phương tiện đi lại thông dụng. Hiện nay ngành công nghệ ô tô đã có những bước phát triển vượt bậc, các vấn đề về tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ mội trường luôn được đặt lên hàng đầu. Nên em xin chọn đề tài “Khai thác hệ thống phun xăng trực tiếp trên ô tô Mazda CX 5” là nội dung bài luận văn của mình. Bố cục bài luận văn gồm các chương như sau:
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP GDI
Tổng quan về hệ thống GDI
Hệ thống phun xăng trực tiếp (GDI) thực hiện việc phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt động cơ, thay vì phun ở ngay cửa nạp Hệ thống này hạn chế tình trạng cặn bám trên đường ống nạp ngay phía trước xupap, giúp tăng công suất hoạt động, giảm khí thải, tiết kiệm nhiên liệu
Các bộ phận chính của hệ thống phun xăng trực tiếp:
Hình 1.1: Các bộ phận chính của hệ thống GDI
1 Bơm cao áp; 2 Kim phun; 3 Cảm biến áp suất ống rail; 4 Piston;
Hệ thống gồm: Trục cam, bơm cao áp, kim phun, cảm biến áp suất ống rail, piston Trục cam xả sẽ có thêm vấu cam để dẫn động bơm cao áp và cả hai trục cam xả và nạp đều được xẻ rãnh để làm giảm khối lượng
Piston được thiết kế dạng lõm theo vị trí đặt bugi, kết hợp với nắp máy tạo nên buồng đốt có hình dạng đặc biệt để tập trung nhiên liệu vị trí gần bugi, cộng thêm việc tạo xoáy giúp quá trình đốt cháy tốt hơn.
Cấu tạo của hệ thống GDI
Cấu tạo của hệ thống phun xăng trực tiếp GDI bao gồm 2 phần chính: Phần thấp áp, phần cao áp
Phần thấp áp: Cấu tạo phần thấp áp gồm có: bơm xăng, lọc xăng, van điều áp, tất cả được đặt trong thùng xăng Hoạt động của phần thấp áp trong động cơ phun xăng trực tiếp giúp duy trì tính ổn định của lực tác động lên bơm cao áp
Phần cao áp: Phần áp suất cao áp gồm có bơm cao áp, ống rail, cảm biến áp suất ống rail và kim phun Bộ phận này nén nhiên liệu áp suất thấp từ bơm xăng thành nhiên liệu áp suất cao và giữ trong đường ống rail Thông tin được chuyển đến ECU thông qua cảm biến áp suất ống rail
Bơm cao áp có nhiệm vụ nén nhiên liệu áp suất thấp từ bơm xăng lên thành nhiên liệu có áp suất cao để tích trữ trong ống rail Nhờ có cảm biến áp suất ống rail mà ECU nhận biết được áp suất thực tế trong ống rail là bao nhiêu để điều chỉnh van FPRV (Fuel Pressure Regular Valve: van điều áp) trên bơm cao áp Sau đó ECM sẽ điều khiển kim phun nhiên liệu phun dưới áp suất cao vào buồng đốt động cơ
Bơm cao áp được dẫn động bởi trục cam, do đó bơm được đặt trên nắp giàn cò và tiếp xúc với vấu cam Thường thì bơm này được dẫn động bởi 2, 3 hoặc 4 vấu cam Một số động cơ dạng chữ V có thể có tới 2 bơm cao áp (mỗi dãy 1 bơm)
Hình 1.3: Kết cấu bơm cao áp
1 Đầu nối cửa ra; 2,9 Van an toàn; 3,8 Bộ giảm âm; 4 Cuộn dây điều khiển; 5 Lò xo; 6 Xilanh; 7 Van cửa ra; 10 Áp thấp; 11 Cao áp
Piston của bơm kết nối cơ khí vào trục cam của động cơ, piston vận hành bằng một cam lắp chung trên trục cam tác động lên đòn bẩy Khi động cơ hoạt động, trục cam của động cơ quay làm piston trong bơm cao áp đi lên nén nhiên liệu với áp suất cao tạo ra nhiên liệu áp suất cao, trục này chuyển động lên xuống kéo theo chuyển động của piston Piston chuyển động xuống làm áp suất trong xylanh bơm giảm, thể tích tăng làm mở van một chiều nên nhiên liệu được hút vào xylanh, piston đi lên nén nhiên liệu lại đạt đến áp suất nhất định thì thắng lực lò xo van một chiều ở cửa ra đưa nhiên liệu đến ống phân phối Áp suất nhiên liệu trong ống phân phối nhiên liệu được điều chỉnh bằng van điều áp nhiên liệu trong bơm cao áp Áp suất nhiên liệu phụ thuộc vào tốc độ động cơ và điều chỉnh của van điều áp nhiên liệu Bơm áp suất cao tạo ra áp suất tối đa là 150 bar Trong bơm cao áp có cả van an toàn để đưa nhiên liệu về trường hợp áp suất cao bất thường
1.2.2 Cảm biến áp suất rail FPS
Cảm biến áp suất ống rail FPS (Fuel Pressure Sensor) thường được gắn ở đầu ống rail dùng để đo áp suất nhiên liệu thực tế ở bên trong ống rail gửi tín hiệu về ECM dưới dạng điện áp
Hình 1.4: Cảm biến áp suất ống rail
Chức năng: ECM dựa vào tín hiệu này để điều khiển lượng phun nhiên liệu vào trong buồng đốt động cơ Điều khiển van FPRV như đã nói ở trên tùy thuộc vào từng chế độ hoạt động của động cơ Giám sát van FPRV có hoạt động tốt hay không
1.2.3 Các đường ống cao áp và ống rail
Tất cả các đường ống này đều được làm từ thép hợp kim không gỉ chống ăn mòn về hóa học Ống rail thuật ngữ rail này lấy từ hệ thống phun dầu điện tử Common Rail vì hình dạng của nó tương tự bên hệ thống phun dầu và nhiệm vụ cũng là để tích trữ nhiên liệu áp suất cao từ bơm cao áp lên
Một chi tiết quan trọng trong hệ thống là kim phun Không giống như động cơ phun xăng thông thường, kim phun GDI được thiết kế với độ chính xác và phun áp suất cao hơn rất nhiều Nếu như động cơ phun xăng đa điểm MPI, kim phun phun nhiên liệu vào trước đường ống nạp thì động cơ GDI, kim phun phun nhiên liệu thẳng trực tiếp vào trong buồng đốt của động cơ giống như động cơ Diesel
Hình 1.6: Cấu tạo của kim phun
1 Đường vào; 2 Vòng đệm; 3 Giắc nối; 4 Cuộn dây; 5 Thân kim; 6 Ty kim; 7 Cụm tạo tia; 8 Phớt; 9 Phần ứng; 10 Lò xo; 11 Ống dẫn; 12 Đĩa tạo xoáy
Nhiên liệu có áp suất cao từ bơm cao áp được dẫn vào đầu ống nối theo đường dẫn sẽ nâng kim phun lên Nhiên liệu sẽ từ khoang qua lỗ phun, phun vào buồng đốt của động cơ Kim bơm kết thúc quá trình cung cấp nhiên liệu khi áp suất trong khoang giảm đột ngột, lò xo đẩy kim phun đi xuống đóng kín lỗ phun, vòi phun kết thúc phun.
Nguyên lý hoạt động của GDI
Khác với động cơ xăng thông thường, động cơ dầu diesel nhiên liệu được phun thẳng trực tiếp vào buồng đốt dưới áp suất cao trong kỳ nén, do nhiên liệu phun dưới áp suất cao hòa trộn với không khí được nén tới nhiệt độ cao làm hòa khí tự động bốc cháy và sinh công mà không cần tia lửa điện đốt cháy như trên động cơ xăng
Hình 1.7: Các loại phun nhiên liệu
1 Chế hoà khí; 2,4 Kim phun; 3 Đường ống nạp; 5 Tia nhiên liệu
Lấy từ ý tưởng đó, thay vì phun nhiên liệu trước xupap nạp như những động cơ phun xăng đa điểm MPI (Multi - Port Injection) thông thường, động cơ GDI phun nhiên liệu trực tiếp vào trong buồng đốt của động cơ hoàn toàn giống như động cơ dầu, chỉ có một yếu tố khác biệt là có thêm tia lửa điện để đốt cháy hòa khí
Hai chế độ nạp chính của hệ thống GDI như sau:
Nạp phân tầng: Ở mức tải vừa và nhỏ, xe sử dụng chế độ nạp phân tầng Kết quả là động cơ chạy với tỷ lệ hoà khí loãng ở 65:1 và xăng được phun vào tại kỳ nén, tức là ngay trước thời điểm đánh lửa Chỉ một phần nhỏ nhiên liệu đang tập trung ngay phía trước bugi
Van tuần hoàn khí thải EGR sẽ được tăng lên kịp thời để hạ nồng độ NOx thải ra bên ngoài
Do lượng khí NOx thải ra môi trường lúc này lớn
Nạp đồng nhất: Ở chế độ tải nặng, nhiên liệu được phun vào trong kỳ nạp sẽ giúp hỗn hợp hoà khí đạt sự đồng nhất Trong trường hợp này, động cơ chạy với tỷ lệ hoà khí hơi giàu hoặc cân bằng Van EGR không hoạt động do tỷ lệ khí thải NOx thải ra môi trường thấp
Dựa vào tỷ lệ hoà khí, hệ thống phun xăng trực tiếp GDI chọn chế độ nạp Để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định
1.3.2 Chế độ phun nhiên liệu
Các chế độ phun nhiên liệu gồm có là phun trực tiếp dẫn hướng qua tường, phun trực tiếp dẫn hướng bằng dòng khí và phun trực tiếp dẫn hướng bằng tia phun Trong những năm gần đây người ta thường chọn phun trực tiếp dẫn hướng bằng tia phun Vì nó mang lại hiệu quả sử dụng nhiên liệu cao hơn
Phun trực tiếp dẫn hướng qua tường:
Hình 1.8: Chế độ phun trực tiếp dẫn hướng qua tường Ở động cơ có kiểu phun dẫn hướng tường, khoảng cách giữa bugi và vòi phun tương đối cao Để đưa nhiên liệu đến gần bugi, nó được phun vào một hốc xoáy trên đỉnh pít- tông, dẫn nhiên liệu về phía bugi Các cổng hút gió xoáy hoặc xáo trộn đặc biệt hỗ trợ quá trình này Thời điểm phun phụ thuộc vào tốc độ piston, do đó, ở tốc độ piston cao hơn, thời điểm phun và thời điểm đánh lửa cần phải được nâng cao rất chính xác Ở nhiệt độ động cơ thấp, một số phần của nhiên liệu trên piston tương đối lạnh sẽ nguội đi rất nhiều, đến mức chúng không thể cháy đúng cách Khi chuyển từ tải động cơ thấp sang tải động cơ trung bình (và do đó nâng cao thời điểm phun), một số phần nhiên liệu có thể bị phun ra sau khoang xoáy, cũng dẫn đến quá trình đốt cháy không hoàn toàn Do đó, các động cơ có hệ thống phun trực tiếp dẫn hướng tường có thể bị phát thải hydrocacbon cao
Phun trực tiếp dẫn hướng bằng dòng khí:
Hình 1.9: Chế độ phun trực tiếp dẫn hướng bằng dòng khí
Giống như ở động cơ phun dẫn hướng qua tường, ở động cơ phun dẫn hướng bằng dòng khí, khoảng cách giữa bugi và vòi phun tương đối cao Tuy nhiên ở đây, nhiên liệu không tiếp xúc (tương đối) với các bộ phận của động cơ nguội như thành xi lanh và pít- tông Thay vì phun nhiên liệu vào khoang xoáy, trong động cơ phun có điều khiển bằng không khí, nhiên liệu chỉ được dẫn tới bugi bằng không khí nạp Do đó, không khí nạp phải có chuyển động xoáy hoặc xoáy đặc biệt để hướng nhiên liệu về phía bugi Chuyển động xoáy này phải được duy trì trong một khoảng thời gian tương đối dài để tất cả nhiên liệu được đẩy về phía bugi Tuy nhiên, điều này làm giảm hiệu suất nạp của động cơ và do đó ảnh hưởng công suất
Phun trực tiếp dẫn hướng tia phun:
Hình 1.10: Chế độ phun trực tiếp dẫn hướng tia phun
Trong các động cơ có hệ thống phun trực tiếp dẫn hướng tia phun, khoảng cách giữa bugi và vòi phun tương đối thấp Cả vòi phun và bugi đều nằm giữa các van của xi lanh Nhiên liệu được phun vào trong giai đoạn sau của hành trình nén, gây ra sự hình thành hỗn hợp rất nhanh (và không đồng nhất) Điều này dẫn đến độ dốc phân tầng nhiên liệu lớn, có nghĩa là có một đám mây nhiên liệu với tỷ lệ không khí rất thấp ở trung tâm và tỷ lệ không khí rất cao ở các rìa của nó Nhiên liệu chỉ có thể được đốt cháy ở giữa hai “vùng” này Quá trình đánh lửa diễn ra gần như ngay lập tức sau khi phun để tăng hiệu suất động cơ Bugi phải được đặt sao cho nó nằm chính xác trong vùng mà hỗn hợp có thể bắt lửa được Điều này có nghĩa là dung sai sản xuất cần phải rất thấp, bởi vì chỉ cần sai lệch rất ít cũng có thể dẫn đến sự suy giảm quá trình đốt cháy nghiêm trọng Ngoài ra, nhiên liệu làm nguội bugi, ngay lập tức trước khi nó tiếp xúc với nhiệt đốt cháy Như vậy, bugi cần có khả năng chịu sốc nhiệt rất tốt Ở tốc độ pít-tông (và động cơ) thấp, vận tốc không khí/nhiên liệu tương đối thấp, có thể khiến nhiên liệu không hóa hơi đúng cách, dẫn đến hỗn hợp rất giàu Các hỗn hợp giàu không cháy đúng cách và gây ra sự tích tụ carbon Ở tốc độ piston cao, nhiên liệu sẽ lan rộng hơn trong xi lanh, điều này có thể ép các phần dễ bắt lửa của hỗn hợp ra xa bugi, khiến nó không thể đốt cháy hỗn hợp không khí/nhiên liệu nữa.
So sánh hệ thống phun xăng trực tiếp GDI và hệ thống phun xăng điện tử EFI
Hệ thống phun xăng trực tiếp GDI và phun xăng điện tử EFI có nhiều điểm chung về nguyên lý làm việc Tuy nhiên, từ góc nhìn cụ thể, hai hệ thống này vẫn có những điểm khác biệt nhất định
Hình 1.11: Hệ thống EFI và hệ thống GDI
Giống nhau: Hai hệ thống phun xăng điện tử và phun xăng trực tiếp đều có nguyên lý hoạt động phức tạp thông qua tín hiệu cảm biến Theo đó, bộ xử lý trung tâm ECU của động cơ sẽ nhận tín hiệu truyền về từ các cảm biến, xử lý thông tin và đưa ra lệnh điều chỉnh vòi phun để phun nhiên liệu
Cấu tạo: Hệ thống phun xăng điện tử EFI: Bao gồm ba hệ thống nhỏ: Điều khiển điện tử - nhiên liệu - nạp khí Hệ thống phun xăng trực tiếp GDI: Chỉ có một vòi phun trong xi lanh áp suất lớn giúp hỗn hợp nhiên liệu và không khí hòa quyện hơn Từ đó, buồng đốt đạt mức công suất tối ưu nhất khi vận hành
Nguyên lý hoạt động: Phun xăng EFI dùng vòi phun nhiên liệu gián tiếp bên ngoài buồng cháy Hỗn hợp nhiên liệu, không khí hình thành bên ngoài, qua xupap rồi mới được đưa vào bên trong buồng cháy Phun xăng GDI dùng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng cháy với áp suất lớn Hỗn hợp nhiên liệu, không khí được hình thành bên trong buồng cháy.
Ưu và nhược điểm của hệ thống phun xăng trực tiếp GDI
Tỉ số nén được tăng lên: Động cơ phun xăng trực tiếp GDI có tỉ số nén cao hơn động cơ phun xăng đa điểm thông thường Do vậy áp suất nén cũng được tăng theo
Nhờ phun nhiên liệu trực tiếp với áp suất cao, nhiên liệu tơi hơn, hạt nhỏ mịn hơn nên dễ dàng bốc hơi Khi nhiên liệu bốc hơi như vậy sẽ hấp thụ nhiệt lượng làm cho nhiệt độ khí nạp thấp hơn Nhiệt độ khí nạp thấp làm cho lượng không khí nạp vào cao hơn dẫn đến tăng hiệu suất nạp Tăng hiệu suất nạp sẽ làm tăng hiệu suất của động cơ 6 - 14% Bên cạnh đó giảm nhiệt độ khí nạp còn giúp giảm hiện tượng kích trong khi động cơ này rất dễ bị kích nổ bởi có tỉ số nén cao
Nhiệt độ khí xả tăng nhanh làm giảm lượng khí thải độc hại thải ra môi trường Lượng nhiên liệu được đốt cháy gần như tối ưu làm giảm khí thải 50%
Tăng công suất và mô men trong khi kích thước động cơ nhỏ hơn: So với động cơ phun xăng cùng dung tích, hệ thống GDI đạt tỷ suất nén cao hơn 10% Khi tỷ suất nén tăng, áp suất nén của động cơ cũng tăng theo, giúp xe vận hành mạnh mẽ hơn
Hình 1.12: Biểu đồ so sánh của GDI và MPI
Hiệu suất động cơ cao giúp tiết kiệm nhiên liệu: Hệ thống phun xăng trực tiếp GDI có hai chế độ nạp cơ bản là nạp phân tầng và nạp đồng nhất Tỷ lệ hòa khí A/F ở chế độ nạp đồng nhất có thể đạt tới ngưỡng lý tưởng là 14,7:1 và loãng hơn ở chế độ nạp phân tầng khoảng 65:1 Điều này đảm bảo động cơ cháy sạch, giúp tiết kiệm nhiên liệu lên đến 15% so với các hệ thống phun xăng khác
Tích tụ cặn bẩn trên bề mặt van nạp: Hệ thống phun xăng GDI hoạt động theo nguyên lý phun xăng trực tiếp vào buồng đốt, không thông qua van hút nên van nạp bị đóng cặn carbon sau khoảng 90.000 – 100.000 km Cặn bẩn tích tụ lâu ngày gây rò rỉ khí nén và ảnh hưởng đến công suất động cơ
Các chi tiết phụ tùng đắc đỏ hơn Đòi hỏi bảo dưỡng đúng và chính xác: Kết cấu hệ thống GDI khá phức tạp, cần nhiều bơm cao áp hơn các hệ thống phun xăng truyền thống nên quy trình bảo dưỡng cũng phức tạp hơn Việc thay thế các linh kiện lắp ráp cũng tốn kém và đòi hỏi chuyên viên kỹ thuật có trình độ cao.
ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG TRỰC TIẾP MAZDA CX-5
Giới thiệu chung về xe Mazda CX-5 và động cơ Skyactiv-G
Bảng 2.1: Bảng thông số kỹ thuật xe Mazda CX-5
STT Tên thông số kỹ thuật Giá trị
6 Chiều dài cơ sở (mm) 2700
8 Khối lương không tải (kg) 1550
9 Khối lượng toàn tải (kg) 2058
11 Hộp số Số tự động 6 cấp
12 Hệ thống dẫn động Cầu trước (FWD)
14 Dung tích khoang hành lý 505
15 Mâm xe (inch) 19 Động cơ: Động cơ Skyactiv-G là động cơ phun xăng trực tiếp do Mazda phát triển Skyactiv-G có cấu trúc hoàn toàn bằng nhôm, trục cam kép được dẫn động bằng xích Khối động cơ này có nhiều ưu điểm như: kích thước nhỏ gọn, vận hành êm ái, khởi động nhanh, tăng tốc khoẻ, thân thiện môi trường, tiết kiệm nhiên liệu
Xe được trang bị động cơ Skyactiv-G, một trong những động cơ có tính năng vượt trội so với những động cơ đương thời Skyactiv-G là động cơ xăng với 4 xilanh được đặt máy, gồm 2 trục cam dẫn động xupáp (S-VVT) Skyactiv-G 2.0L tích hợp hệ thống điều khiển van biến thiên lưu lượng dầu OCV (Oil-Flow Control Valve) cho phép tối ưu hóa thời gian, tiết kiệm được nhiên liệu
Hình 2.1: Động cơ Skyactiv-G Động cơ Skyactiv-G có tỷ số nén lên đến 14:1, giúp giảm nguy cơ kích nổ khi áp suất cao Nhờ tăng lưu lượng khí, tăng áp suất phun nhiên liệu, dùng kim phun đa lỗ, hình dáng đầu piston thay đổi nên thời gian đốt cháy được rút ngắn Nhiên liệu thừa trong quá trình cháy được xử lý bằng hệ thống khí thải 4-2-1 với các cổ góp được bố trí hợp lý góp phần làm giảm khí nóng tồn tại trong xi lanh động cơ
Nhờ những yếu tố trên mà động cơ Skyactiv-G giúp tối đa hoá hiệu suất vận hành, tạo ra công suất và mô men lớn hơn cho xe ô tô Động cơ có thể cải thiện khoảng 15% hiệu suất đốt cháy nhiên liệu và 15% mô men xoắn ở dải tốc độ từ thấp đến trung bình Điều này giúp xe không chỉ vận hành êm ái mà còn có được khả năng tăng tốc ấn tượng Động cơ Skyactiv-G tạo ra khí thải sạch, lượng khí thải thấp Khối động cơ này đáp ứng được các tiêu chuẩn khí thải ULEV (có lượng khí thải cực thấp) Ngoài ra động cơ này còn có tỷ số nén cao nhất hiện nay Tỷ số nén cho biết sự chuyển động của các van nạp không khí vào buồng đốt Tỷ số nén càng cao đồng nghĩa việc sử dụng nhiên liệu càng hiệu quả, khả năng tiết kiệm nhiên liệu càng cao
2.2 Ví trí các bộ phận hệ thống phun xăng Mazda CX-5
Các bộ phận của hệ thống xăng trực tiếp của xe Mazda CX-5 được bố trí ở khoang động cơ gồm có: Kim phun, bơm cao áp, ống phân phối, các giắc nối và hộp relay cầu trì
Hình 2.2: Vị trí các bộ phận của hệ thống phun xăng Mazda CX-5 ở khoang động cơ
1 Kim phun; 2 Bơm cao áp; 3 Giắc nối; 4 Ống phân phối; 5 Hộp relay cầu chì; 6
Relay bơm nhiên liệu; 7 Relay kim phun
Các bộ phận được bố trí ở thùng nhiên liệu gồm có: Thùng nhiên liệu, bơm nhiên liệu, lọc nhiên liệu, van chống tràn, các giắc nối, đường ống nhiên liệu và module điều khiển bơm nhiên liệu
Hình 2.3: Ví trí các bộ phận của hệ thống phun xăng Mazda CX-5 ở thùng nhiên liệu
1 Thùng nhiên liệu; 2 Giắc nối; 3 Bơm nhiên liệu; 4 Lọc nhiên liệu; 5 Ống thông hơi; 6 Ống lọc nhiên liệu; 7 Van chống tràn; 8 Module điều khiển bơm nhiên liệu
Ngoài các bộ phận có ở trên thì hệ thống phun xăng Mazda CX-5 còn có các van và các cảm biến sau: Van điều chỉnh nhiên liệu, van giới hạn áp suất, van điện từ kiểm soát tràn, cảm biến áp suất nhiên liệu, cảm biến oxy, cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí bướm ga
2.3 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động hệ thống phun xăng Mazda CX-5
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý hoạt đông của hệ thống GDI trên Mazda CX-5
1 Nắp nhiên liệu; 2 Bình nhiên liệu; 3 Bộ lọc nhiên liệu (cao áp); 4 Bộ điều chỉnh áp suất; 5 Bộ lọc; 6 Bơm nhiên liệu; 7 Bộ phận bơm nhiên liệu; 8 Bơm cao áp; 9 Đường dẫn nhiên liệu; 10 Van giới hạn áp suất; 11 Cảm biến áp suất nhiên liệu; 12 Kim phun nhiên liệu; 13 Lưu lượng nhiên liệu
Nhiên liệu được hút từ bình nhiên liệu bằng bơm và đưa qua bộ lọc nhiên liệu có tác dụng hấp thụ các dao động nhỏ của áp suất nhiên liệu do sự phun nhiên liệu gây ra, sau đó qua ống phân phối rồi đến bơm nhiên liệu áp lực cao để tăng áp suất cho nhiên liệu và cuối cùng tới vòi phun phun trực tiếp vào buồng cháy Các vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào đường ống nạp tùy theo các tín hiệu phun được PCM tính toán
2.4 Kết cấu các chi tiết trong hệ thống phun xăng Mazda CX-5
Có thể nói bộ phận quan trọng đầu tiên trong hệ thống này là bơm cao áp, bơm cao áp có nhiệm vụ nén nhiên liệu áp suất thấp từ bơm tiếp vận lên nhiên liệu áp suất cao để tích trữ trong ống rail Nhờ có cảm biến áp suất ống rail mà PCM nhận biết được áp suất thực tế trong ống rail là bao nhiêu để điều chỉnh van FPRV (Fuel Pressure Regular Valve: van điều áp) trên bơm cao áp Sau đó PCM sẽ điều chỉnh kim phun nhiên liệu dưới áp suất cao vào buồng đốt động cơ
1 Điện từ kiểm soát tràn; 2 Pittong; 3 Đường đến đường ray nhiên liệu; 4 Từ bình nhiên liệu; 5 Từ van giới hạn áp suất
Pit tông của bơm cao áp được dẫn động bởi một vấu cam trên trục cam quay với một nữa tốc độ động cơ
Khi pit tông di chuyển từ điểm chết trên đến điểm chết dưới, nhiên liệu chảy qua van đầu vào mở vào buồng áp suất cao (giai đoạn nạp)
Hình 2.6: Vấu cam tác dụng vào pit tông bơm
1 Điện từ kiểm soát tràn; 2 Van đầu vào; 3 Pit tông; 4 Vấu cam; 5 Lò xo; 6
Van đầu ra; 7 Bộ giảm xung
Khi pit tông di chuyển từ điểm chết dưới đến điểm chết trên (hành trình làm việc) và bộ phận kiểm soát tràn solenoid giữ van đầu vào mở, nhiên liệu trong van áp suất cao được đưa trở lại phía hút của máy bơm (giai đoạn tràn)
Hình 2.7: Van đầu vào mở
Ngay khi nam châm điện từ kiểm soát tràn nhả van đầu vào, van này sẽ đóng lại và nhiên liệu được nén trong buồng áp suất cao (bắt đầu giai đoạn áp suất cao) Khi áp suất trong buồng áp suất cao tăng lên, van xả sẽ mở ra và nhiên liệu được đẩy qua đường áp suất cao đến đường ray nhiên liệu Hành trình làm việc kết thúc ngay khi áp suất trong buồng cao áp thấp hơn áp suất trong đường cao áp và van xả đóng lại (kết thúc giai đoạn áp suất cao)
Hình 2.8: Van đầu vào đóng
Ngoài ra, máy bơm cao áp được trang bị bộ giảm chấn xung nằm ở phía hút của máy bơm và bao gồm hai buồng giảm chấn làm bằng kim loại tấm Nếu áp suất ở phía hút đạt đến giá trị mục tiêu, các buồng giảm chấn sẽ bị biến dạng, làm tăng thể tích nhiên liệu có sẵn
Kết quả là nhiên liệu dư thừa được hấp thụ khi áp suất đạt cực đại và cũng được giải phóng khi áp suất giảm, do đó dao động áp suất do đặc tính phân phối của bơm được giảm bớt
Vì bơm cao áp không được trang bị đường hồi về bình nhiên liệu để xả áp suất nhiên liệu nên nhiên liệu có thể ở áp suất cao ngay cả khi động cơ không chạy Vì lý do này, áp suất nhiên liệu phải luôn được giải phóng trước khi mở hệ thống nhiên liệu
Sơ đồ và nguyên lý hoạt động hệ thống phun xăng Mazda CX-5
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý hoạt đông của hệ thống GDI trên Mazda CX-5
1 Nắp nhiên liệu; 2 Bình nhiên liệu; 3 Bộ lọc nhiên liệu (cao áp); 4 Bộ điều chỉnh áp suất; 5 Bộ lọc; 6 Bơm nhiên liệu; 7 Bộ phận bơm nhiên liệu; 8 Bơm cao áp; 9 Đường dẫn nhiên liệu; 10 Van giới hạn áp suất; 11 Cảm biến áp suất nhiên liệu; 12 Kim phun nhiên liệu; 13 Lưu lượng nhiên liệu
Nhiên liệu được hút từ bình nhiên liệu bằng bơm và đưa qua bộ lọc nhiên liệu có tác dụng hấp thụ các dao động nhỏ của áp suất nhiên liệu do sự phun nhiên liệu gây ra, sau đó qua ống phân phối rồi đến bơm nhiên liệu áp lực cao để tăng áp suất cho nhiên liệu và cuối cùng tới vòi phun phun trực tiếp vào buồng cháy Các vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào đường ống nạp tùy theo các tín hiệu phun được PCM tính toán.
Kết cấu các chi tiết trong hệ thống phun xăng Mazda CX-5
Có thể nói bộ phận quan trọng đầu tiên trong hệ thống này là bơm cao áp, bơm cao áp có nhiệm vụ nén nhiên liệu áp suất thấp từ bơm tiếp vận lên nhiên liệu áp suất cao để tích trữ trong ống rail Nhờ có cảm biến áp suất ống rail mà PCM nhận biết được áp suất thực tế trong ống rail là bao nhiêu để điều chỉnh van FPRV (Fuel Pressure Regular Valve: van điều áp) trên bơm cao áp Sau đó PCM sẽ điều chỉnh kim phun nhiên liệu dưới áp suất cao vào buồng đốt động cơ
1 Điện từ kiểm soát tràn; 2 Pittong; 3 Đường đến đường ray nhiên liệu; 4 Từ bình nhiên liệu; 5 Từ van giới hạn áp suất
Pit tông của bơm cao áp được dẫn động bởi một vấu cam trên trục cam quay với một nữa tốc độ động cơ
Khi pit tông di chuyển từ điểm chết trên đến điểm chết dưới, nhiên liệu chảy qua van đầu vào mở vào buồng áp suất cao (giai đoạn nạp)
Hình 2.6: Vấu cam tác dụng vào pit tông bơm
1 Điện từ kiểm soát tràn; 2 Van đầu vào; 3 Pit tông; 4 Vấu cam; 5 Lò xo; 6
Van đầu ra; 7 Bộ giảm xung
Khi pit tông di chuyển từ điểm chết dưới đến điểm chết trên (hành trình làm việc) và bộ phận kiểm soát tràn solenoid giữ van đầu vào mở, nhiên liệu trong van áp suất cao được đưa trở lại phía hút của máy bơm (giai đoạn tràn)
Hình 2.7: Van đầu vào mở
Ngay khi nam châm điện từ kiểm soát tràn nhả van đầu vào, van này sẽ đóng lại và nhiên liệu được nén trong buồng áp suất cao (bắt đầu giai đoạn áp suất cao) Khi áp suất trong buồng áp suất cao tăng lên, van xả sẽ mở ra và nhiên liệu được đẩy qua đường áp suất cao đến đường ray nhiên liệu Hành trình làm việc kết thúc ngay khi áp suất trong buồng cao áp thấp hơn áp suất trong đường cao áp và van xả đóng lại (kết thúc giai đoạn áp suất cao)
Hình 2.8: Van đầu vào đóng
Ngoài ra, máy bơm cao áp được trang bị bộ giảm chấn xung nằm ở phía hút của máy bơm và bao gồm hai buồng giảm chấn làm bằng kim loại tấm Nếu áp suất ở phía hút đạt đến giá trị mục tiêu, các buồng giảm chấn sẽ bị biến dạng, làm tăng thể tích nhiên liệu có sẵn
Kết quả là nhiên liệu dư thừa được hấp thụ khi áp suất đạt cực đại và cũng được giải phóng khi áp suất giảm, do đó dao động áp suất do đặc tính phân phối của bơm được giảm bớt
Vì bơm cao áp không được trang bị đường hồi về bình nhiên liệu để xả áp suất nhiên liệu nên nhiên liệu có thể ở áp suất cao ngay cả khi động cơ không chạy Vì lý do này, áp suất nhiên liệu phải luôn được giải phóng trước khi mở hệ thống nhiên liệu
Do bơm cao áp được dẫn động bởi trục cam nên PCM sẽ điều khiển áp suất nhiên liệu tối ưu thông qua van tràn nằm trong bơm dựa trên các tín hiệu cảm biến sau đây
Tùy vào từng điều kiện hoạt động cụ thể, PCM sẽ điều khiển van tràn để áp suất nhiên liệu 1 cách tối ưu nhất Có 2 chế độ điều khiển:
• Điều khiển sau khi khởi động:
+ Trong suốt quá trình khởi động lạnh, PCM điều khiển áp suất nhiên liệu tăng cao nhằm đảm bảo độ phun tơi của nhiên liệu
• Điều khiển cơ bản: PCM sẽ tính toán áp suất phù hợp dựa trên hiệu suất nạp và việc điều khiển phản hồi thông qua việc kiểm soát áp suất đường ống phân phối bằng cảm biến áp suất nhiên liệu (được bố trí trên đường ống phân phối)
+ Tốc độ không tải ~ 3 MPa
+ Sau khi làm nóng, khi tốc độ động cơ từ 3000 rpm trở lên, hiệu suất nạp từ 60% trở lên: ~ 15.0 MPa
Hình 2.9: Sơ đồ điều khiển bơm cao áp Điều kiện làm việc của công tắc điều khiển hở mạch:
Công tắc ON: Khi thỏa một trong các điều kiện sau:
- Công tắc ON (trong thời gian khoảng 1 giây)
- Động cơ đang hoạt động
- Trong khi động cơ đang làm việc
- Động cơ dừng tạm thời bởi điều khiển i-stop
Công tắc OFF: Động cơ dừng (ngoại trừ trường hợp dừng tạm thời bởi điều khiển i- stop)
Bảng 2.2: Bảng điều khiển bơm
Hiệu dụng Tốc độ bơm Điều kiện làm việc
95% Tối đa Thoả mãn một trong các điều kiện sau:
- Modun điều khiển bơm nhiên liệu gặp sự cố (nếu điện áp thấp hơn yêu cầu)
10% - 90% Tuỳ thuộc vào tỉ lệ hiệu dụng
- Giá trị phản hồi từ cảm biến áp suất nhiên liệu (xác định áp lực bơm nhiên liệu đang ở mức cao)
- Điều khiển ở mọi tỉ lệ hiệu dụng ngoại trừ ở 5% và 95%
0% Không - Khi động cơ dừng (ngoại trừ trường hợp động cơ dừng tạm thời theo điều khiển i-stop)
Hình 2.10: Kết cấu bơm nhiên liệu
1 Vỏ bơm nhiên liệu; 2 Bơm nhiên liệu; 3 Bộ lọc nhiên liệu; 4 Đường đến bơm cao áp; 5 Nồi xoáy; 6 Bộ điều chỉnh áp suất; 7 Bộ lọc; 8 Bơm phản lực chính; 9 Lưu lượng nhiên liệu nạp; 10 Lưu lượng nhiên liệu đi; 11 Đường nhiên liệu vào;
12 Bơm phụ; 13 Bơm nhiên liệu
Bơm nhiên liệu được điều khiển bởi PCM thông qua role bơm nhiên liệu, role điều khiển tốc độ bơm nhiên liệu và điện trở chấn lưu
Hình 2.11: Mạch điều khiển bơm nhiên liệu
1 Role điều khiển tốc độ bơm nhiên liệu; 2 Điện trở chấn lưu; 3 Role bơm nhiên liệu; 4 Motor bơm nhiên liệu; 5 PCM
Khi bật khóa điện, PCM sẽ cấp điện cho rơle bơm nhiên liệu trong 1 giây để tạo áp suất trong đường cấp nhiên liệu, cải thiện khả năng khởi động của động cơ
Trong quá trình khởi động, một thời gian ngắn sau khi khởi động cơ nóng hoặc khi tốc độ động cơ cao, PCM cấp điện cho cả rơle bơm nhiên liệu và rơle điều khiển tốc độ bơm nhiên liệu, chuyển đổi nguồn điện trực tiếp tới động cơ bơm nhiên liệu Kết quả là, điện áp ắc quy được cung cấp cho bơm nhiên liệu để bơm nhiên liệu hoạt động ở tốc độ cao Do đó, lượng nhiên liệu được cung cấp cho bơm cao áp và áp suất nhiên liệu trong hệ thống lúc này là cao
Trong bất kỳ điều kiện nào khác ngoài điều kiện trên, PCM chỉ cung cấp năng lượng cho rơle bơm nhiên liệu, chuyển đổi nguồn điện cho động cơ bơm nhiên liệu thông qua điện trở chấn lưu Do sự sụt giảm điện áp ở điện trở chấn lưu, điện áp cung cấp cho động cơ bơm nhiên liệu bị giảm, do đó bơm nhiên liệu hoạt động ở tốc độ thấp Do đó, lượng nhiên liệu được cung cấp cho bơm cao áp và do đó áp suất nhiên liệu trong hệ thống lúc này là thấp
Bằng cách này, rơle bơm nhiên liệu và rơle điều khiển tốc độ bơm nhiên liệu thay đổi áp suất trong đường cấp nhiên liệu trong khoảng 380…480 kPa (tùy thuộc vào điều kiện vận hành) trong khi động cơ đang chạy
2.4.3 Các đường ống cao áp và ống rail
1 Đường dây cao áp; 2 Gioăng chữ O
Tất cả các đường ống được làm từ thép hợp kim không gỉ chống ăn mòn về hóa học Ống rail bên ngoài hay còn gọi là ống sáo, thuật ngữ rail này lấy từ hệ thống phun dầu điện tử Common Rail vì hình dạng của nó tương tự bên hệ thống phun dầu và nhiệm vụ cũng là để tích trữ nhiên liệu áp suất cao từ bơm cao áp lên Đường cao áp nối với bơm cao áp và đường ray nhiên liệu
1 Đường đến kim phun; 2 Van giới hạn áp suất; 3 Từ bơm cao áp; 4 Đường ray nhiên liệu; 5 Cảm biến áp suất nhiên liệu Đường ray nhiên liệu lưu trữ nhiên liệu ở áp suất cao không đổi trong khoảng 3.12 MPa (tùy thuộc vào điều kiện vận hành) Các hành trình làm việc của bơm cao áp và việc mở và đóng các kim phun tạo ra sự dao động áp suất trong hệ thống áp suất cao Do đó, đường dẫn nhiên liệu được thiết kế sao cho có đủ thể tích để hạn chế dao động áp suất ở mức tối thiểu Mặt khác, thể tích của đường dẫn nhiên liệu đủ nhỏ để tạo ra áp suất nhiên liệu cần thiết để khởi động nhanh trong thời gian ngắn nhất có thể
Các cảm biến của hệ thống phun xăng Mazda CX-5
Cảm biến oxy được bố trí ở phía sau của ống thải
Cảm biến oxy là loại cảm biến zirconia dùng để đo nồng độ oxy trong ống thải và gửi tín hiệu đo được về PCM nhằm hiệu chỉnh lượng phun nhiên liệu và kiểm tra sự hoạt động của bộ xúc tác khí thải
Sơ đồ mạch điện của cảm biến oxy:
Hình 2.22 Sơ đồ mạch điện cảm biến oxy
Các chân của cảm biến oxy:
+ Chân 2AI (A) là chân tín hiệu (2.49V)
+ Chân 2AG (B) là chân tín hiệu (1.65V)
+ Chân (C) là chân nguồn từ relay chính (12V)
+ Chân 2C (D) là chân điều khiển bộ gia nhiệt Để việc ghi nhận tín hiệu được chính xác, PCM luôn duy trì một điện áp chênh lệch khoảng 1.5V đặt vào cảm biến oxy PCM thông qua tín hiệu của cảm biến oxy dưới dạng điện áp để điều chỉnh tăng hay giảm lượng phun nhiên liệu cho phù hợp
Khi hỗn hợp không khí nhiên liệu-nhiên liệu nghèo xăng thì chỉ có một sự chênh lệch nhỏ về nồng độ của oxy giữa bên trong và bên ngoài nên điện áp được tạo ra thấp Ngược lại khi hỗn hợp giàu xăng hầu như không có oxy trong khí xả Vì vậy, có sự khác biệt rất lớn về nồng độ oxy giữa bên trong và bên ngoài cảm biến nên điện áp được tao ra sẽ là điện áp cao
2.5.2 Cảm biến áp suất nhiên liệu FPS
Cảm biến áp suất nhiên liệu FPS được đặt ở đầu ống phân phối nhiên liệu
Hình 2.23 Vị trí cảm biến áp suất nhiên liệu FPS
Bộ phận chính của cảm biến là một màng kim loại mỏng dùng để xác định ấp suất đường ống nhiên liệu và gửi về PCM PCM sử dụng tín hiệu này cho quá trình điều khiển lượng phun nhiên liệu
Sơ đồ mạch điện của cảm biến áp suất nhiên liệu FPS:
Hình 2.24 Sơ đồ mạch điện của cảm biến FPS
Các chân của cảm biến FPS:
+ Chân 1CB (A) là mát cảm biến
+ Chân 1CA (B) là chân tín hiệu
+ Chân 1BJ (C) là điện áp tham chiếu 5V
Khi công tắc IG ON thì cảm biến áp suất nhiên liệu sẽ gửi 1 tín hiệu điện áp khoảng 1.22V về cho PCM Khi ở tốc độ cầm chừng (sau khi hâm nóng) thì tín hiệu điện áp gửi về lúc này sẽ khoảng 1V Khi tốc độ động cơ tăng thì điện áp sẽ tăng
2.5.3 Cảm biến tỷ lệ hoà khí-nhiên liệu A/F
Cảm biến tỷ lệ hoà khí-nhiên liệu A/F được lắp trên ống xả
Hình 2.25 Vị trí cảm biến tỷ lệ hoà khí-nhiên liệu A/F
Cảm biến này được dùng để đo nồng độ khí oxy bên trong đường ống thải và gửi tín hiệu về PCM để hiệu chỉnh lượng phun nhiên liệu theo tỷ lệ thích hợp
Sơ đồ mạch điện của cảm biến tỷ lệ hoà khí-nhiên liệu A/F
Hình 2.26 Sơ đồ mạch điện cảm biến A/F
Các chân của cảm biến A/F:
+ Chân (A) là chân nguồn từ relay chính 12V
+ Chân 1AG (B) là chân tín hiệu (3.48V)
+ Chân 1AB (D) là chân tín hiệu (0 mA)
+ Chân 1BY (E) là chân điều khiển bộ gia nhiệt
+ Chân 1W (F) là chân tín hiệu (4.2V)
Cảm biến tỷ lệ hoà khí A/F có đặc điểm tín hiệu đầu ra tỷ lệ với tỷ lệ hỗn hợp hoà khí thực tế
PCM sẽ dựa vào tín hiệu điện áp của tỷ lệ hỗn hợp hoà khí thực tế mà cảm biến đo được sau đó sẽ hiệu chỉnh lượng phun nhiên liệu theo tỷ lệ thích hợp
2.5.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ECT
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ECT được gắn ở trên thân máy, gần họng nước làm mát Cảm biến là nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm
Hình 2.27 Vị trí cảm biến nhiệt độ nước làm mát ECT
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ECT dùng để xác định nhiệt độ nước làm mát của động cơ, tín hiệu này được xem là tín hiệu cơ bản để PCM tính toán xác định lượng phun nhiên liệu Ngoài ra, tín hiệu này còn được PCM dùng cho việc điều khiển các hệ thống khác trên xe
Sơ đồ mạch điện của cảm biến nhiệt độ nước làm mát ECT:
Hình 2.28 Sơ đồ mạch điện cảm biến ECT
Các chân của cảm biến ECT:
+ Chân 1AK (A) là chân tín hiệu
+ Chân 1AM (B) là mát cảm biến
Vì cảm biến nhiệt độ nước làm mát ECT là cảm biến nhiệt điện trở có hệ số âm nên nhiệt độ nước làm mát thấp thì điện trở sẽ cao Ngược lại, khi nhiệt độ nước làm mát cao thì điện trở sẽ thấp
2.5.5 Cảm biến vị trí trục cam CMP
Cảm biến vị trí trục cam CMP được gắn bên cạnh nắp giàn cò của động cơ
Hình 2.29 Vị trí cảm biến trục cam CMP
Cảm biến vị trí trục cam dùng để xác định tốc độ và vị trí của trục cam Tín hiệu này được PCM dùng để xác định thời điểm phun xăng và đánh lửa
Ngoài ra trên động cơ Skyactiv-G, tín hiệu này còn được sử dụng cho việc điều khiển hệ thống phân phối khí thông minh VVT Cảm biến vị trí trục cam của Mazda CX-5 sử dụng cảm biến loại từ trở
Sơ đồ mạch điện của cảm biến vị trí trục cam CMP:
Hình 2.30 Sơ đồ mạch điện cảm biến CMP
Các chân của cảm biến CMP
+ Chân 1Y (A) là chân tín hiệu
+ Chân 1AC (B) là mát cảm biến
+ Chân 1T (A) là chân tín hiệu
+ Chân 1X (B) là mát cảm biến
+ Chân C là chân nguồn 12V Đối với cảm biến vị trí trục cam khi kiểm tra phải sử dụng chức năng đo xung sóng để kiểm tra hình dạng xung của cảm biến Đặc biệt khi thay thế cảm biến trục cam, nên chú ý không để mạc kim loại bám vào cảm biến và khu vực lân cận, điều này sẽ làm sai lệch tín hiệu của cảm biến dẫn tới quá
2.5.6 Cảm biến vị trí góc quay trục khuỷu CKP
Cảm biến vị trí trục khuỷu của Mazda CX-5 nằm ở mặt sau của động cơ gần lọc nhớt và đầu buly trục khuỷu
Hình 2.31 Vị trí cảm biến trục khuỷu CKP
Cảm biến dùng để xác định tốc độ và vị trí trục khuỷu, tín hiệu đóng vai trò quyết định để PCM xác định thời điểm phun xăng và đánh lửa
Cảm biến sử dụng là loại cảm biến từ trở Sự biến thiên từ thông khi đĩa răng cảm biến trục khuỷu đi qua rãnh chắn từ được biến đổi thành tín hiệu xung vuông và được gửi về hộp PCM để xác định tốc độ của trục khuỷu
Sơ đồ mạch điện của cảm biến vị trí trục khuỷu CKP:
Hình 2.32 Sơ đồ mạch điện cảm biến CKP
Các chân của cảm biến CKP:
+ Chân 1BN (A) là điện áp tham chiếu
+ Chân 1AH (B) là mát cảm biến
+ Chân 1AD (C) là chân tín hiệu
CHUẨN ĐOÁN VÀ KIỂM TRA HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP MAZDA CX-5
Chuẩn đoán và kiểm tra bơm nhiên liệu
Các triệu chứng hư hỏng:
- Xe không nổ máy, nổ máy không đều hoặc nổ máy nhưng không chạy được
- Bơm xăng bị nhiễm bẩn
- Khả năng bơm xăng bị yếu đi
- Xe bị chết máy đột ngột
- Xe tiêu hao nhiều nhiên liệu
- Bơm xăng bị nghẹt nên lượng xăng đi qua đó ít và không đủ cung cấp mức nhiên liệu cần thiết để động cơ làm việc Lúc có lúc không, khiến máy có máy không gây hiện tượng bỏ máy khi động cơ làm việc
- Xe bị hao xăng là do lọc xăng bị nghẹt nên lượng xăng cấp đến buồng đốt không đều, lúc thiếu làm động cơ khó nổ và hụt hơi, giảm công suất Lúc thì thừa nhiên liệu, làm cho nó cháy không hết, bị thải ra ngoài qua đường ống pô gây hao xăng và ô nhiễm môi trường
- Nếu áp suất của xăng kém hơn thông thường, đó là dấu hiệu bơm xăng của bạn đang bị yếu hoặc có vấn đề trong đường ống dẫn nhiên liệu
Kiểm tra bơm nhiên liệu:
- Kiểm tra lọc xăng và vệ sinh bơm nhiên liệu
Hình 3.1 Vị trí kiểm tra thông mạch của bơm nhiên liệu
- Nếu nghi ngờ bơm nhiên liệu bị hư thì ta kiểm tra thông mạch của 2 chân A-B của bơm nhiên liệu Nếu không thông mạch cần phải thay thế bơm nhiên liệu.
Chuẩn đoán và kiểm tra bơm cao áp
Các triệu chứng hư hỏng:
- Áp suất bơm giảm, chất lượng phun kém động cơ xả khói đen nhiều làm cho đông cơ nổ không đều, công suất của động cơ giảm
- Bơm nhiên liệu quá sớm hoặc quá muộn
- Khi khởi động động cơ bơm cao áp không bơm được nhiên liệu đến các vòi phun dẫn đến động cơ không nổ
- Pittong xilanh bơm cao áp quá mòn, kẹt hỏng van thoát cao áp, lỗ phun bị tắt hoặc nhiên liệu quá bẩn
- Ngoài ra còn có thể là do các van, đế van, lò xo Bị hở, mòn hay gãy cũng dẫn đến các triệu chứng hư hỏng trên
Kiểm tra bơm cao áp:
B1 Kiểm tra hoạt động của cảm biến áp suất nhiên liệu trên ống phân phối có bình thường hay không
B2 Kết nối máy chẩn đoán
B3 Bật công tắt máy ON (động cơ OFF)
B4 Lựa chọn các tín hiệu cho việc chẩn đoán (PID: FUEL_PRES, LOAD, RPM) trong mục Datalogger
Chú ý: Động cơ có thể sẽ gặp hư hỏng khi hoạt động ở tốc độ cao, trong quá trình chẩn đoán đảm bảo không tăng tốc độ động cơ một cách đột ngột
B5 Tại tốc độ không tải, giá trị của áp suất nhiên liệu (PID: FUEL_PRES) từ 3.0 MPa trở lên, nếu không đạt giá trị chuẩn, cần phải thay thế bơm cao áp.
Chuẩn đoán và kiểm tra kim phun
Các triệu chứng hư hỏng:
- Không khởi động xe được
- Động cơ rung hoặc chạy không tải mạnh
- Tiết kiệm nhiên liệu kém
- Rò rỉ nhiên liệu và có mùi hôi
- Kim phun nhiên liệu bị tắc hoặc bẩn có thể làm rối loạn cân bằng không khí và nhiên liệu, dẫn đến phản ứng không nhất quán Điều này dẫn đến hiện tượng bỏ máy hoặc động cơ chập chờn
- Khi một kim phun nhiên liệu bị lỗi không cung cấp đủ nhiên liệu cho động cơ để xe vận hành bình thường, PCM sẽ ghi nhận điều này và kích thích các kim phun còn lại hoạt động với hiệu suất cao hơn Điều này có nghĩa là các kim sẽ rút ra nhiều hơn từ bể và người lái sẽ nhận thấy mức tiêu thụ tăng lên
- Kiểm tra đầu kim phun có muội than bám vào làm tắt lỗ phun hay không và vệ sinh sạch sẽ
Hình 3.3 Vị trí đo điện trở của kim phun
- Khi có nghi ngờ hư hỏng đối với kim phun, ta kiểm tra bằng cách đo điện trở giữa 2 chân A và B của kim phun giá trị điện trở tiêu chuẩn 1.74—2.04 ohms [20 °C {68 °F}] Nếu giá trị không nằm trong khoảng giá trị tiêu chuẩn thì phải thay thế kim phun.
Chuẩn đoán và kiểm tra cảm biến oxy
Các triệu chứng hư hỏng:
- Khói xe có mùi xăng sống
- Động cơ rung giật ở chế độ cầm chừng
- Khi cảm biến oxy hỏng, thì quá trình truyền tín hiệu không chính xác hoặc không có tín hiệu, từ đó PCM không thể phân tích mà chỉ có thể tính toán lượng nhiên liệu dựa trên cảm biến lưu lượng khí nạp Điều này dẫn đến tình trạng dù ít oxy trong khí thải nhưng lượng nhiên liệu bơm vào vẫn nhiều, từ đó gây thừa xăng Tình trạng kéo dài dẫn đến hiện tượng xe hao xăng hơn bình thường
- Nếu bạn ngửi thấy mùi khói xe có mùi xăng sống thì nguy cơ cảm biến oxy trên ô tô gặp vấn đề Do xăng bơm vào buồng đốt quá nhiều, oxy thì lại ít dẫn đến dư thừa xăng chưa được đốt cháy, sau đó chúng ra ngoài theo đường ống xả tạo mùi xăng sống
- Khi cảm biến oxy bị lỗi thì công suất của động cơ bị ảnh hưởng, động cơ có thể rung giật khi chạy cầm chừng do lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt quá ít Ngoài ra, động cơ còn có thể bị “bỏ máy” hay chết máy khi đang nổ cầm chừng
Kiểm tra cảm biến oxy bằng máy chuẩn đoán:
- Tăng tốc tới tốc độ 3000 vòng/phút rồi thả hoàn toàn bàn đạp ga
- Dựa vào máy chẩn đoán, đọc tín hiệu điện áp ra (PID: O2S12) trong lúc giảm tốc, ban đầu là 0.6 V hoặc lớn hơn, sau đó giảm đến còn 0.3V hoặc nhỏ hơn như hình Nếu kết quả đo được không giống với thông số kỹ thuật thì cần phải thay thế cảm biến.
Chuẩn đoán và kiểm tra cảm biến áp suất nhiên liệu FPS
Các triệu chứng hư hỏng:
- Cảm biến áp suất nhiên liệu bị hở, đứt dây
- Áp suất ống rail quá thấp dẫn đến động cơ không nổ
- Áp suất ống rail quá cao dẫn đến động cơ không thể nổ được, chết máy hoặc dừng giữa chừng
- Khi động cơ đang nổ, ngắt cảm biến thì động cơ tắt hoặc động cơ chưa nổ ta ngắt cảm biến thì sẽ không khởi động động cơ được Nguyên nhân là do PCM không điều chỉnh được áp suất nhiên liệu trong ống rail khi ta ngắt cảm biến
- Nguyên nhân do tín hiệu từ cảm biến áp suất nhiên liệu đến PCM vượt quá giá trị tiêu chuẩn, cho biết tình trạng áp suất nhiên liệu tăng cao bất thường hoặc do rò rỉ nhiên liệu
Kiểm tra cảm biến FPS:
- Cảm biến áp suất nhiên liệu không được tháo rời, khi hư hỏng phải thay thế cả cụm ống phân phối
Hình 3.5 Biên dạng tín hiệu cảm biến FPS trên máy chuẩn đoán
- Sử dụng máy chẩn đoán để kiểm tra điện áp đầu ra của cảm biến FPS (PID: FUEL_PRES), nếu giá trị không nằm trong các giá trị tiêu chuẩn (không tải: ~1V), hoặc giá trị không tăng trong lúc đạp ga thì phải thay thế cụm ống phân phối.
Chuẩn đoán và kiểm tra cảm biến tỷ lệ hoà khí-nhiên liệu A/F
Các triệu chứng hư hỏng:
- Xe khó khởi động được
- Xe tiêu hao nhiên liệu hơn
- Tỉ lệ A/F đạt chuẩn sẽ giúp động cơ có công suất cao nhất, khi cảm biến A/F hư hỏng thì ảnh hưởng đến công suất của động cơ, ảnh hưởng đến lượng phun nhiên liệu vào buồng đốt do PCM không nhận được tín hiệu hay tín hiệu sai từ cảm biến A/F
- Kiểm tra cảm biến bằng cách đo điện trở giữa 2 cực A và E của cảm biến A/F, giá trị tiêu chuẩn nằm trong khoảng 1-10Ω (nhiệt độ bình thường)
- Kiểm tra bằng máy chuẩn đoán
Hình 3.6 Biên dạng tín hiệu của cảm biến A/F
+ Tăng tốc tới tốc độ 3000 vòng/phút rồi thả hoàn toàn bàn đạp ga
+ Dựa vào máy chẩn đoán, đọc tín hiệu dòng điện ra của cảm biến (PID: O2S11) phải lớn hơn hoặc bằng 0.25 mA như hình trong lúc giảm tốc Nếu kết quả đo được không giống với thông số kỹ thuật thì cần phải thay thế cảm biến.
Chuẩn đoán và kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát ECT
Các triệu chứng hư hỏng:
- Lỗi mạch cảm biến nhiệt độ
- Lỗi hoạt động quá giới hạn hoặc hoạt động kém
- Lỗi điện áp đầu vào thấp hoặc cao
- Cảm biến nhiệt độ hoặc bộ điều chỉnh nhiệt bị hỏng Nếu động cơ xuất hiện đồng thời một số lỗi mạch cảm biến nhiệt độ nước làm mát khác thì khả năng là do hở hoặc ngắn mạch
- Do động cơ quá nóng, cảm biến ECT bị lỗi, hệ thống dây kết nối nước làm mát động cơ bị hỏng hay hỏng đầu nối điện của cảm biến
- Khi cảm biến nhiệt độ nước làm mát hoạt động không ổn định thì tín hiệu được gửi đến PCM có thể bị sai hoặc không liên tục dẫn đến động cơ bị chập chờn Nguyên nhân có thể là hư hỏng bộ phận cách điện của các dây cảm biến, đầu nối cảm biến tiếp xúc kém, động cơ bị quá nhiệt hay là mức nước làm mát động cơ lúc này đã quá thấp
Kiểm tra cảm biến ECT:
Hình 3.7 Đường đặc tính điện trở của cảm biến theo nhiệt độ
- Khi nghi ngờ cảm biến ECT bị hư hỏng thì ta kiểm tra điện trở giữa chân A và B của cảm biến, nếu không nằm trong giá trị tiêu chuẩn thì phải thay cảm biến.
Chuẩn đoán và kiểm tra cảm biến vị trí trục cam CMP
Các triệu chứng hư hỏng:
- Khả năng điều khiển kém
- Hạn chế tốc độ động cơ
- Không khởi động được động cơ xe
- Cảm biến trục cam bị hư hỏng làm mất khả năng truyền dữ liệu, thời điểm phân phối nhiên liệu và đánh lửa không khớp Lúc này, xe ô tô sẽ bị ì máy, tăng tốc kém, thiếu điện, tắt máy liên tục hoặc thậm chí chết máy
- Xe chạy tốn nhiều nhiên liệu cũng là một trong dấu hiệu lỗi cảm biến vị trí trục cam
Dữ liệu cảm biến vị trí trục cam gửi tín hiệu không chính xác về bộ điều khiển động cơ khiến kim phun nhiên liệu mở quá lâu dẫn đến việc phun nhiên liệu gặp vấn đề Khi đó, lượng nhiên liệu đưa vào buồng đốt quá nhiều gây ra tiếng nổ động cơ, hao hụt nhiên liệu và hư hỏng nghiêm trọng cho xe
Kiểm tra cảm biến CMP:
Hình 3.8 Dạng xung chuẩn của cảm biến CMP
- Nếu có nghi ngờ hư hỏng ở cảm biến vị trí trục cam thì phải sử dụng chức năng đo xung sóng để kiểm tra dạng xung tín hiệu của cảm biến, nếu không giống với các giá trí trị
- Lưu ý điều chỉnh các thông số của máy đo sóng ở các thang đo như sau: 2V/DIV (Y), 20ms/DIV (X), thang đo DC, đo tại tốc độ không tải (sau khi hâm nóng động cơ)
- Đặc biệt khi thay thế cảm biến vị trí cam, nên chú ý không để mạc kim loại bám vào cảm biến và khu vực lân cận, điều này sẽ làm sai lệch tín hiệu của cảm biến dẫn tới quá trình điều khiển động cơ có thể gặp trục trặc.
Chuẩn đoán và kiểm tra cảm biến vị trí trục khuỷu CKP
Các triệu chứng hư hỏng:
- Xe tăng tốc yếu, xe bị giật khi lên ga, xe bị hụt ga
- Xe bị bỏ máy, rung giật
- Xe khó nổ máy, chết máy giữa đường
- Khi cảm biến vị trí trục khuỷu bị lỗi, tín hiệu truyền về bộ điều khiển động cơ sẽ sai lệch dẫn đến việc tính toán thời điểm đánh lửa, phun nhiên liệu không chính xác, ảnh hưởng lớn đến hoạt động của động cơ
- Vì cảm biến vị trí trục khuỷu bị sai, dữ liệu truyền về bị sai nên thời điểm đánh lửa có thể bị sai lệch theo Điều này dẫn đến tình trạng một hoặc một số xi lanh không hoạt động, động cơ mất lửa, xe bị bỏ máy Xe bị bỏ máy thường kèm theo các lỗi khác như xe bị rung giật, xe có tiếng kêu lạ
Kiểm tra cảm biến CKP:
Hình 3.9 Dạng xung chuẩn của cảm biến CKP
- Nếu có nghi ngờ hư hỏng ở cảm biến vị trí trục khuỷu thì phải sử dụng chức năng đo xung sóng để kiểm tra dạng xung tín hiệu của cảm biến, nếu không giống với các giá trị tiêu chẩn (MAX ≤ 4.5V, MIN ≥ 0.8V) thì phải thay thế cảm biến.
Chuẩn đoán và kiểm tra cảm biến áp suất ống nạp MAP
Các triệu chứng hư hỏng:
- Tiêu hao nhiều nhiên liệu hơn bình thường
- Giảm công suất động cơ
- Lượng khí thải ra môi trường sẽ nhiều hơn
- Động cơ khó khởi động
- Khi cảm biến MAP hư hỏng thì việc phun nhiên liệu không tương thích với động cơ Nếu nhiên liệu phun ra quá nhiều thì lượng khí thải HC và CO thải ra môi trường cao Nếu nhiên liệu phun ra quá ít thì tạo ra khí NOx thải ra cao
- Tín hiệu của cảm biến MAP gửi về PCM bị sai lệch hay không có tín hiệu phản hồi dẫn đến PCM sẽ tính sai tải động cơ gây ra việc phun thừa hay thiếu nhiên liệu ảnh hưởng đến công suất của động cơ
Kiểm tra cảm biến MAP:
- Bởi vì cảm biến IAT 2 được tích hợp trên cảm biến MAP, nếu có hư hỏng 1 trong 2 cảm biến thì nên thay thế cả cụm
Hình 3.10 Đường đặc tính điện trở của cảm biến MAP theo nhiệt độ khí nạp
- Khi đo điện trở của cực A và cực B của cảm biến nhiệt độ khí nạp nếu giá trị điện trở không nằm trong các giá trị tiêu chuẩn thì phải thay thế cảm biến
Hình 3.11 Biên dạng tín hiệu của cảm biến MAP trên máy chuẩn đoán
- Đối với cảm biến MAP, khi kiểm tra tín hiệu điện áp ra (PID: MAP) bằng máy chẩn đoán nếu các giá trị không phù hợp với giá trị tiêu chuẩn thì phải thay thế cảm biến.
Chuẩn đoán và kiểm tra cảm biến lưu lượng khí nạp MAF
Các triệu chứng hư hỏng:
- Vận hành không ổn định
- Tiêu hao nhiều nhiên liệu
- Có khói đen xuất hiện ở ống xả
- Khi cảm biến lưu lượng khí nạp MAF bị lỗi thì lượng không khí cung cấp vào khoang động cơ không ổn định khiến hỗn hợp cháy bên trong xi-lanh lúc thừa lúc thiếu, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của động cơ
- Hư hỏng của cảm biến sẽ khiến dữ liệu đo bị sai lệch, PCM tính toán không chính xác khiến quá trình phun nhiên liệu vào buồng đốt nhiều hơn bình thường, gây hao xăng Thêm vào đó, lượng xăng thừa không được đốt cháy hết là lý do ống xả tạo ra khói màu đen
Kiểm tra cảm biến MAF:
- Bởi vì cảm biến IAT 1 được tích hợp trên cảm biến MAF, nếu có hư hỏng 1 trong 2 cảm biến thì nên thay thế cả cụm
Hình 3.12 Đường đặc tính điện trở của cảm biến MAF theo nhiệt độ khí nạp
- Đối với cảm biến IAT1, khi đo điện trở của cực A và cực B của cảm biến nhiệt độ khí nạp nếu giá trị điện trở không nằm trong các giá trị tiêu chuẩn thì phải thay thế cảm biến
Hình 3.13 Biên dạng tín hiệu của cảm biến MAF trên máy chuẩn đoán
- Đối với cảm biến MAF, khi kiểm tra bằng máy chẩn đoán thì nên tháo cảm biến ra và cho không khí đi qua và kiểm tra điện áp đầu ra của cảm biến MAF trên máy chẩn đoán (PID: MAF) có phù hợp với đường đặc tính hay không Thay thế cảm biến nếu các giá trị không phù hợp với đường đặc tính.
Chuẩn đoán và kiểm tra cảm biến vị trí bướm ga TPS
Các triệu chứng hư hỏng:
- Xe tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn
- Tình trạng xe bị ì, khó tăng tốc, thậm chí là chết máy
- Động cơ bị rung giật
- Khi cảm biến TPS hoạt động không chính xác, tỷ lệ không khí và nhiên liệu sẽ lệch khỏi mức tiêu chuẩn Lúc này, lượng nhiên liệu tham gia vào quá trình đốt cháy nhiều hơn bình thường, dẫn đến hiện tượng hao xăng dầu
- Khi cảm biến vị trí bướm ga bị hư hỏng thì PCM sẽ không nhận được tín hiệu phản hồi dẫn đến lượng phun nhiên liệu không ổn định và khiến động cơ nổ không đều lúc thì ít nhiên liệu, lúc lại nhiều nhiên liệu
Kiểm tra cảm biến TPS:
Hình 3.14 Biên dạng tín hiệu cảm biến TPS trên máy chuẩn đoán
- Cảm biến vị trí bướm ga không được phép tháo rời Khi có hư hỏng, cần phải thay thế cả cụm bướm ga
- Khi kiểm tra điện áp ra của cảm biến trong mục (PID: TP1, TP2) bằng máy chẩn đoán và so sánh với các giá trị tiêu chuẩn khi đạp ga và không đạp ga, khi tăng tốc Nếu các giá trị không phù hợp, thì phải thay thế bướm ga.
Chuẩn đoán và kiểm tra cảm biến vị trí bàn đạp ga APP
Triệu chứng hư hỏng: Xe tự động tăng tốc độ chạy không tải của động cơ Xe không có phản hồi khi người điều khiển nhấn bàn đạp ga hoặc đèn cảnh báo động cơ trong buồng lái tự động sáng lên
Nguyên nhân hư hỏng: Nguyên nhân cảm biến bàn đạp ga bị lỗi thường là do cáp hoặc kết nối bị hỏng trên cảm biến, bộ phận cảm biến đạp ga bị thiếu điện áp hoặc bộ phận điện tử trong cảm biến bị lỗi như đứt dây, chập dây, chạm mát, lỏng giắc hoặc hộp PCM gặp trục trặc
Kiểm tra cảm biến APP:
Hình 3.15 Biên dạng tín hiệu cảm biến APP trên máy chuẩn đoán
- Khi có hư hỏng ở cảm biến vị trí bàn đạp ga, thì phải thay thế cả cụm bàn đạp ga
- Khi kiểm tra điện áp ra của cảm biến (PID: APP1, APP2) bằng máy chẩn đoán và so sánh với các giá trị tiêu chuẩn khi đạp ga và không đạp ga, khi tăng tốc Nếu các giá trị
XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHUN XĂNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ
Ý tưởng thiết kế
Hệ thống phun xăng đánh – đánh lửa điện tử ngày nay được sử dụng rất thông dụng trên các hãng xe như Toyota, Honda Vì vậy nhóm chúng em đã chọn đề tài: “Xây dựng mô hình phun xăng-đánh lửa điện tử” để làm chương kết thúc của bài luận văn của chúng em Đề tài này phù hợp với nhu cầu hiện tại của bài luận văn tốt nghiệp, hơn nữa nó còn có thể áp dụng mô hình vào việc giảng dạy, sửa chữa, bảo dưỡng và có nhiều hướng phát triển mô hình hơn sau này
Mục đích của việc xây dựng mô hình hệ thống phun xăng – đánh lửa điện tử:
• Tóm gọn lại nguyên lý hoạt động của hệ thống trên mô hình thực tế
• Giúp ta hiểu một cách tổng quan, sâu sắc và thực tế hơn về hệ thống điện, điện tử trên động cơ (đặc biệt là hệ thống phun xăng–đánh lửa điện tử)
• Thực hành kiểm tra, chuẩn đoán hư hỏng hệ thống điện-điện tử của động cơ ngay trên mô hình
• Do mô hình là một thiết bị sử dụng trong công tác học tập và giảng dạy nên có những yêu cầu sau:
• Phải thể hiện rõ ràng, dễ hiểu nguyên lý mà nó trình bày
• Dễ dàng sử dụng và điều khiển
• Kích thước và khối lượng không lớn lắm
• Có độ bền vững cao, hoạt động tin cậy và ổn định.
Chuẩn bị đề tài
Để thực hiện đề tài mô hình phun xăng – đánh lửa điện tử thì nhóm em đã tham khảo từ nhiều nguồn tài liệu, mô hình khác nhau Đề tài mô hình phun xăng – đánh lửa cần nhiều phần tử để thiết kế mô hình nên việc đầu tiên cần làm là chuẩn bị đầy đủ các phần tử Sau khi chuẩn bị đầy đủ các phần tử thì chúng em tiến hành thiết kế cách trình bày mô hình sao cho chi phí thấp, nhỏ gọn và dễ dàng thực hiện mô hình Trước khi lắp ráp các phần tử chúng em phải tìm hiểu kỹ càng các phần tử đó để tránh hư hỏng hay cháy nổ trong quá trình lắp ráp nhằm tránh phát sinh thêm các chi phí không cần thiết.
Triển khai mô hình
4.3.1 Các phần tử xây dựng mô hình phun xăng - đánh lửa điện tử
Với mô hình hệ thống phun xăng-đánh lửa điện tử thì nhóm chúng em sử dụng kim phun của xe Toyota Vios 2010 Chức năng của kim phun: phun nhiên liệu ở dạng sương tơi để nhiên liệu hòa trộn tốt nhất với không khí để tạo ra hỗn hợp nhiên liệu tốt nhất
Hình 4.1: Kim phun xe Toyota Vios 2010
Hình 4.2: Môbin đánh lửa của xe Toyota Vios 2010
Mô bin đánh lửa có tác dụng cung cấp nguồn điện cao áp cho bugi để bugi có thể đánh lửa đốt cháy hòa khí Môbin mà chúng em sử dụng trong mô hình phun xăng – đánh lửa điện tử là môbin của xe Toyota Vios 2010
Cấu tạo: Bugi đanh lửa bao gồm các thanh phần sau: đầu nối, lõi đồng, vỏ sứ cách điện, điện trở, điện cực trung tâm
Hình 4.3: Bugi NGK sử dụng trong mô hình
Chức năng: Bugi có tác dụng phát ra tia lửa điện dùng để đánh lửa đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu, bugi sử dụng trong mô hình hệ thống phun xăng – đánh lửa điện tử của nhóm chúng em là loại bugi NGK sử dụng cho các loại xe ô tô con thông dụng ở Việt Nam hiện nay
4.3.1.4 Hộp ECU điều khiển động cơ của xe Toyota Vios 2010
Hình 4.4: Hộp ECU điều khiển động cơ của xe Toyota Vios 2010
ECU ô tô viết tắt của cụm từ Electronic Control Unit, là bộ tổ hợp vi mạch điện tử được trang bị trên xe hơi với nhiệm vụ nhận biết, phân tích tín hiệu để điều khiển và chi phối toàn bộ hoạt động của động cơ Cấu thành nên ECU là các con chip máy tính đã được lập trình sẵn giúp xử lý và kiểm soát dữ liệu một cách nhanh chóng, hiệu quả
Nguyên lý hoạt động: ECU hoạt động được một phần là do cảm biến tốc độ của động cơ và các piston Sự phụ thuộc lẫn nhau này sẽ hỗ trợ ECU xác định được thời điểm phun xăng, đánh lửa để nâng cao hiệu suất xe và đảm bảo khả năng tối ưu nhiên liệu ECU ô tô hoạt động theo ba giai đoạn cụ thể như sau: Đầu vào: ECU ô tô thu thập thông tin từ các thiết bị cảm biến (cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến tốc độ, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, ), tín hiệu bật, tắt và dữ liệu từ các mô-đun khác trong ô tô
Xử lý: Sau khi thu thập dữ liệu, bộ xử lý bắt đầu xác định các thông số kỹ thuật đầu ra theo chỉ dẫn của phần mềm được lưu trữ trong thiết bị Tiếp đó, ECU sẽ tính toán để đưa ra quyết định về hoạt động phù hợp cho từng bộ phận Đầu ra: ECU ô tô tiến hành các công việc điều khiển và quản lý tất cả mọi hoạt động của động cơ thông qua việc tiếp nhận dữ liệu các cảm biến, bao gồm:
• Đưa ra lượng công suất chính xác để đảm bảo động cơ vận hành hiệu quả
• Kiểm soát độ rộng xung của kim phun nhiên liệu để điều chỉnh thời gian kim phun mở
• Dựa trên tín hiệu nhận được từ các loại cảm biến để quyết định thời điểm hoạt động chính xác của hệ thống đánh lửa
• Dùng mô tơ điều khiển bướm ga giúp các góc mở của bộ phận này đạt đến mức giá trị tối ưu
4.3.1.5 Cảm biến vị trí trục khuỷu
Chức năng: Cảm biến vị trí trục khuỷu dùng để ECU xác định được tốc độ động cơ và vị trí piston của các xy lanh để ECU điều khiển phun xăng và đánh lửa đúng thời điểm Cảm biến vị trí trục khuỷu sử dụng trên mô hình là loại cảm biến điện từ, có nguồn cung cấp cho cảm biến là 5V và một chân tín hiệu truyền về hộp ECU dạng xung hình sin và cao nhất là 5V và thấp nhất 0V
4.3.1.6 Module điều khiển tốc độ động cơ
Hình 4.6: Module điều khiển tốc độ động cơ
Module điều khiển tốc độ động cơ có chức năng giúp điều chỉnh tốc độ động cơ theo tùy ý
Trong mô hình hệ thống phun xăng - đánh lửa điện tử sử dụng module điều khiển tốc độ động cơ giúp chúng ta có thể giả lập được tốc độ quay của động cơ, khi động cơ có gắn bánh răng kích từ thì cảm biến vị trí trục khuỷu sẽ nhận được tín hiệu động cơ quay chậm hay nhanh để hộp ECU điều khiển thời điểm phu xăng và đánh lửa
Thông số kĩ thuật của module: Điện áp hoạt động: 1.8~12VDC
Dòng điện: max 2A Điều chỉnh tốc độ bằng volume
Hình 4.7: Motor 775 12V giả lập tốc độ quay của động cơ
Trong mô hình hệ thống phun xăng – đánh lửa điện tử thì chúng em sử dụng một motor 775 12V để giả lập tốc độ quay của động cơ Motor sử dụng nguồn điện 12V và có tốc độ quay tối đa 8000 v/p
4.3.1.8 Cảm biến vị trí trục cam
Hình 4.8: Cảm biến vị trí trục cam xe Toyota Vios 2010
Cảm biến vị trí trục cam có nhiệm vụ xác định vị trí piston của từng xy lanh Sau đó cảm biến vị trí trục cam sẽ gửi tín hiệu này về ECU để ECU điều khiển việc phun xăng và đánh lửa đúng thời điểm
4.3.1.9 Cảm biến lưu lượng gió nạp MAF
Hình 4.9: Cảm biến lưu lượng gió nạp xe Toyota Vios 2010
Cảm biến đo gió dùng để đo lượng gió nạp vào xy lanh của động cơ từ đó ECU có thể điều khiển lượng xăng phun phù hợp với lượng gió nạp vào Cảm biến có 5 chân bao gồm:
1 chân B+, 1 chân E2, 1 chân VG, 1 chân E2G, 1 chân THA
4.3.1.10 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Hình 4.10: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Toyota Vios 2010
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát dùng để xác định nhiệt độ nước làm mát của động cơ Sau đó ảm biến nhiệt độ nước làm mát sẽ truyền tín hiệu về hộp ECU để hộp ECU điều khiển điều chỉnh góc đánh lửa sớm và thời gian phun nhiên liệu
Ngoài ra cảm biến nhiệt độ nước làm mát còn giúp điều khiển quạt làm mát động cơ và giải nhiệt nước làm mát
Hình 4.11: Cảm biến oxy của xe Toyota Vios 2010
Cảm biến oxy có chức năng đo lượng khí oxy có trong khí thải để hộp ECU điều khiển lượng phun xăng cho phù hợp, tránh gây lãng phí nhiên liệu và đảm bảo các yêu cầu về khí thải khi thải ra môi trường
Hình 4.12: Bơm xăng xe Toyota Vios 2010
Bơm xăng có chức năng bơm nhiên liệu từ thùng chứa xăng lên ống phân phối để cung cấp xăng cho kim phun hoạt động
4.3.2 Trình tự các bước xây dựng mô hình Để mô hình hoạt động phải có đủ hai phần: Phần cứng (khung mô hình) và phần mềm (chương trình điều khiển mô hình) Dưới đây là sơ lược các bước để xây dựng một mô hình
B1: Chuẩn bị đầy đủ các thiết bị phục vụ quá trình xây dựng mô hình ở phần 4.1 B2: Tiến hành thiết kế và lắp ráp khung mô hình
B3: Xây dựng chương trình điều khiển cho mô hình
B4: Lắp các thiết bị vào các vị trí đã thiết kế lên khung
B5: Sau khi hoàn thiện, cho chạy thử mô hình và kiểm tra các lỗi nếu có
4.3.2.1 Thiết kế và lắp ráp khung mô hình
Yêu cầu khung mô hình:
• Kết cấu chắc chắn, khối lượng nhẹ
• Độ lớn và chiều cao của khung phải bố trí hợp lý để lắp các thiết bị lên khung
• Màu sắc đẹp mắt, giá thành hợp lý
Vật liệu chế tạo khung:
Với những yêu cầu đối với khung mô hình như trên ta chọn vật liệu chế tạo khung mô hình là sắt V để mô hình gọn nhẹ nhưng vẫn đảm bảo được độ cứng vững cho mô hình Đối với bảng lắp các chi tiết được gá lên khung thì chúng em chọn vật liệu bằng Mica có độ dày 5mm
Chế tạo và lắp ráp khung và bảng:
Hình 4.13: Kích thước khung sắt của mô hình
• Gá các chi tiết vào khung và bảng đã được vẽ sẵn
• Sắp xếp các chi tiết sao cho cân đối và hợp lí trên mô hình
• Vẽ trên Auoto Cad các khung chi tiết chuẩn bị cho cắt laser mica (Hìnhautocad)
Hình 4.14: Bảng sơ đồ bố trí của mô hình
4.3.2.2 Xác định các chân của hộp ECU và lắp các thiết bị lên trên mô hình
• Tìm sơ đồ mạch điện của ECU
• Ghi chú thích cho từng chân giắc của các cảm biến, kim phun, bobin, họng xăng, ổ khóa và hộp ECU
• Tiến hành đo đạc và khoang các lỗ gá của các chi tiết
• Lắp đặt các đầu cos để đo đạc
• Hàn cắt đĩa xung và trục cố định theo tính toán
• Lắp đặt các chi tiết lên bảng hoàn chỉnh
• Kiểm tra và cố định lại các chi tiết
Hình 4.15: Xác định các chân của hộp ECU và chú thích lại
Hình 4.16: Lắp đặt hệ thống kim phun và ống rail lên bảng mô hình
Hình 4.17: Lắp đạt các mobin đánh lửa lên mô hình
Đánh giá mô hình và hướng phát triển đề tài
Sau thời gian làm việc chăm chỉ của nhóm cùng với sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy TS Nguyễn Thành Sa thì mô hình hệ thống phun xăng–đánh lửa của nhóm chúng em cơ bản đã được hoàn thành Tuy chưa được hoàn thiện tốt nhất nhưng mô hình cũng đã thể hiện đầy đủ được các yêu cầu đặt ra như thể hiện được tín hiệu phun nhiên liệu và tín hiệu đánh lửa dựa vào các tín hiệu cảm biến giả lập Mô hình đã chạy thử và đạt được các yêu cầu ban đầu đề ra và có mối liên kết với nhau
Mô hình hệ thống phun xăng – đánh lửa điện tử của chúng em được thiết kế dựa trên hệ thống phun xăng – đánh lửa điện tử thực tế trên ô tô Tuy đã cắt bỏ một số cảm biến so với hệ thống thực tế nhưng mô hình vẫn có đầy đủ nguyên lý hoạt động như mô hình thực tế Mô hình này có thể phát triển để vận dụng vào việc sữa chữa, bảo dưỡng hệ thống phun xăng như trên xe thật Chúng ta cũng có thể sử dụng mô hình này để dùng vào việc giảng dạy lý thuyết cho các sinh bạn sinh viên nhằm giúp các bạn có cái nhìn thực tế về hệ thống.