Trang 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH PHẠM VĂN DUYCHUYÊN ĐỀ ĐỘNG CƠ 1GR-FE GVHD: TH.S CHÂU QUANG HẢISVTH: NGUYỄN HUỲNH BẢO DUYĐỒ ÁN TỐT N
TỔNG QUAN
Lý do chọn đề tài
Với sự phát triển nhanh và mạnh như thị trường ô tô Việt Nam, một yêu cầu được đặt ra là làm thế nào để khai thác được hiệu quả của một chiếc xe cao nhất Tìm hiểu được mọi chức năng, ưu điểm của từng loại động cơ để có thể sử dụng tối ưu và đem lại hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cao nhất Đây là lý do em chọn đề tài "Chuyên đề động cơ 1GR-FE" Trong phạm vi của một đề tài khó có thể nói hết được những việc cần làm để tìm hiểu hết chức năng của một động cơ ô tô, tuy nhiên đây sẽ là nền tảng lấy cơ sở để có thể tìm hiểu những động cơ tương tự một cách hiệu quả nhất, tinh tế nhất.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
- Nắm được nguyên lý làm việc của từng hệ thống trên động cơ
- Được tiếp cận động cơ thực tế, rút kinh nghiệm trong xử lý các vấn đề hư hỏng cũng như phối hợp các nhóm tìm giải pháp hiệu quả
- Tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên có thể hướng dẫn các sinh viên chi tiết từng bài thực hành trong suốt quá trình thực tập
- Giúp sinh viên ứng dụng ngay những kiến thức mới học vào trong thực hành vì vậy sẽ làm cho sinh viên nhớ sâu và cặn kẽ hơn
- Tạo điều kiện cho sinh viên có cái nhìn thực tế khi làm bài thực hành trực tiếp trên động cơ, tạo môi trường giống như khi sinh viên ra ngoài đi làm
- Tìm hiểu đặc điểm động cơ 1GR-FE
- Tìm hiểu hệ thống nhiên liệu
- Các tín hiệu đầu vào
- Các bộ phận chấp hành
Phương pháp nghiên cứu
- Tham khảo tài liệu, thu nhập các thông tin liên quan
- Nghiên cứu các mô hình giảng dạy cũ
- Học hỏi kinh nghiệm từ thầy cô và các anh chị đi trước
- Quan sát và ghi lại các hình ảnh thực liên quan đến các cảm biến, hệ thống điện động cơ 1GR-FE
Các bước thực hiện
- Viết thuyết minh hoàn chỉnh đề tài
- Viết báo cáo bảo vệ đề tài
Kế hoạch nghiên cứu
Trong đề tài này, nhóm thực hiện đề tài xin trình bày chuyên đề về động cơ 1GR–FE Do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn nội dung và hình thức của đề tài không tránh khỏi những lỗi sai và thiếu sót Vì vậy chúng em rất mong được sự đóng góp ý kiến quý báu của Quý Thầy Cô để đề tài được hoàn thiện hơn Đề tài được thực hiện và bố trí như sau:
Thu thập tài liệu, xác định nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu, xác định mục tiêu nghiên cứu, phân tích tài liệu liên quan
GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ 1GR-FE
Đặc điểm động cơ 1GR-FE
Động cơ 1GR-FE là động cơ xăng V6 4.0L được sử dụng trong nhiều mẫu xe Toyota, bao gồm Toyota 4Runner, Land Cruiser và Toyota Fortuner Động cơ 1GR-FE được sản xuất bởi Toyota Motor Corporation tại các nhà máy của họ trên khắp thế giới, bao gồm các nhà máy ở Nhật Bản, Mỹ và Trung Quốc Nhà máy sản xuất động cơ của Toyota ở Nhật Bản bao gồm các nhà máy Tahara, Honsha và Shimoyama Nhà máy sản xuất động cơ của Toyota tại Hoa Kỳ nằm ở Huntsville
Giải thích về ký hiệu động cơ 1GR-FE:
− “1” là ký hiệu đầu cho ta biết về thế hệ của thân động cơ, cũng là ký hiệu của thế hệ động cơ
- “GR” là ký tự cho ta biết về chủng loại động cơ Ở đây 1GR có nghĩa là động cơ thế hệ đầu Trường hợp này dòng GR được sử dụng cho động cơ V6 của Toyota
- “FE”: ký tự nằm sau dấu gạch ngang cho ta biết về đặc điểm của động cơ: “F”: Fuel Economy Narrow – angel DOHC (kiểm soát chặt chẽ góc mở cam, nâng cao tính kinh tế trong sử dụng nhiên liệu) “E”: Electronic Fuel Injection (phun xăng điện tử)
Thông số kỹ thuật động cơ 1GR-FE
Sản xuất Nhà máy Toyota Motor Corporation
(Nhật Bản, Mỹ và Trung Quốc)
Mã động cơ 1GR-FE
Vật liệu khối xi lanh Hợp kim nhôm-Silic
Kiểu bố trí Động cơ xăng, 6 xi lanh được sắp xếp thành 2 hàng song song và góc giữa chúng là 60 độ
Hệ thống nhiên liệu Hệ thống phun nhiên liệu điện tử
Xupap trên mỗi xi lanh 4
Hành trình piston (mm) 95 Đường kính xi lanh (mm) 94
Tỷ số nén 10,4:1 (Dual-VVTi)
Công suất cực đại (kW/rpm) 270/5600
Mô-men xoắn cực đại (Nm/rpm) 365/4400
10W-30 Nhiệt độ hoạt động của động cơ (độ) 95-100
Xe sử dụng động cơ 1GR-FE Toyota Fortuner
Bảng 2 1 Thông số kỹ thuật động cơ 1GR-FE
Thân máy
Động cơ 1GR-FE có thân máy được làm bằng gang xi măng có độ bền cao và khả năng chịu lực tốt Đây là loại vật liệu được sử dụng phổ biến trong sản xuất động cơ do chịu được áp lực nóng lớn và đảm bảo độ cứng vững Đường kính xi-lanh 94,0 mm và hành trình piston 95,0 mm cung cấp cho động cơ 1GR-FE tổng dung tích 3956 cc Tỷ số nén là 10,4:1 Điều đặc biệt về thân máy của động cơ 1GR-FE là nó được thiết kế với hình dạng hợp kim có bề mặt bóng, điều này cho phép thân máy tản nhiệt tốt hơn và giảm sự mài mòn do ma sát trong quá trình hoạt động Hình dạng kết cấu của thân máy động cơ 1GR-FE cũng giúp giảm tiếng ồn và rung động tốt hơn
- Khối xi lanh được làm bằng hợp kim nhôm
- Các lớp lót là loại có gai được sản xuất sao cho bề ngoài đúc của chúng tạo thành các bề mặt lớn không đều nhằm tăng cường độ bám dính giữa các lớp lót và khối xi lanh nhôm Độ bám dính tăng cường giúp tản nhiệt, dẫn đến nhiệt độ tổng thể thấp hơn và biến dạng nhiệt của các lỗ xi lanh
- Một đường dẫn nước được cung cấp giữa các lỗ xi lanh Bằng cách cho phép chất làm mát động cơ chảy giữa các lỗ xi-lanh, cấu trúc này giữ cho nhiệt độ của thành xi-lanh đồng đều
Hình 2 1 Cấu tạo thân máy
Nắp máy (nắp xi lanh)
- Vỏ đầu xi lanh bằng nhôm nhẹ nhưng có độ bền cao được sử dụng
- Một hộp chứa dầu đã được cung cấp trên nắp đầu xi lanh bên trái để cải thiện khả năng bảo dưỡng khi đổ dầu động cơ
- Miếng đệm nắp đầu xi lanh và một miếng đệm để làm kín chu vi cuộn dây đánh lửa đã được tích hợp để giảm số lượng các bộ phận
- Các tấm vách ngăn được cung cấp bên trong nắp đầu xi-lanh để giảm mức tiêu thụ dầu động cơ thông qua khí thổi Mỗi tấm vách ngăn được hàn vào nắp đầu xi lanh và không thể tháo rời
Hình 2 2 Cấu tạo nắp xi lanh
- Các đầu xi-lanh, được làm bằng nhôm, chứa buồng đốt kiểu pentroof Bugi được bố trí chính giữa buồng đốt nhằm nâng cao khả năng chống kích nổ của động cơ
- Các cổng nạp lần lượt ở bên trong và các cổng xả ở bên ngoài của bờ trái và phải
- Các cổng nạp thẳng đứng được sử dụng để cải thiện hiệu quả nạp
- Buồng đốt hình côn được sử dụng để cải thiện tính năng chống kích nổ và hiệu suất nạp Ngoài ra, hiệu suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu đã được cải thiện
- Các cổng nạp kiểu Xiêm được sử dụng để giảm tổng diện tích bề mặt của các bức tường cổng nạp Điều này ngăn không cho nhiên liệu bám vào thành cổng nạp, do đó giảm lượng khí thải HC
- Một miếng đệm đã được thêm vào xung quanh lỗ xi lanh để tăng bề mặt bịt kín, do đó cải thiện hiệu suất bịt kín và độ bền
Các te dầu
- Các te dầu số 1 được làm bằng hợp kim nhôm
- Các dầu số 2 làm bằng thép
- Một đường dẫn dầu đã được tích hợp vào các te dầu số 1 để đơn giản hóa việc xây dựng bộ lọc dầu
- Các te dầu số 1 được bắt chặt vào lốc máy và hộp số nhằm tăng độ cứng vững
Piston
− Piston được làm bằng hợp kim nhôm
− Đỉnh của piston sử dụng hình dạng côn để đạt được hiệu quả đốt cháy nhiên liệu
− Váy piston được phủ một lớp nhựa để giảm tổn thất do ma sát
− Rãnh của vòng trên cùng đã được phủ một lớp oxit anốt để cải thiện khả năng chống mài mòn và chống gỉ
− Piston này là chung cho tất cả các xi-lanh Do đó, Các piston không được định hình đặc biệt cho bờ phải hoặc bờ trái Kết quả là, khả năng phục vụ đã được cải thiện
− Bằng cách tăng độ chính xác gia công của đường kính lỗ xi lanh, đường kính ngoài của piston đã được tạo thành một kích thước
Trục khuỷu
− Vòng bi chính của trục khuỷu được làm bằng hợp kim nhôm
− Tương tự như ổ trục thanh truyền, bề mặt lót của ổ trục khuỷu được tạo rãnh vi mô để đạt được độ hở dầu tối ưu Kết quả là hiệu suất khởi động của động cơ nguội được cải thiện và độ rung của động cơ giảm
− Vòng bi trục khuỷu phía trên có rãnh dầu xung quanh chu vi bên trong
− Các nắp ổ trục khuỷu được siết chặt bằng 4 bu lông siết vùng nhựa cho mỗi ổ trục Ngoài ra, mỗi nắp được thắt chặt theo chiều ngang để cải thiện độ tin cậy của nó
Hình 2 5 Trục khuỷu của động cơ
Trục Cam
− Trục cam được làm bằng hợp kim gang
− Cùng với việc sử dụng hệ thống thông minh định thời van biến thiên (VVT-i), các đường dẫn dầu được cung cấp trong trục cam nạp để cung cấp dầu động cơ cho hệ thống VVT-i
− Bộ điều khiển VVT-i đã được lắp đặt ở mặt trước của trục cam nạp để thay đổi thời gian của các van nạp
− Để phát hiện vị trí trục cam nạp, rôto định thời được cung cấp phía trước bộ điều khiển VVT-i Các rôto định thời này được cảm biến vị trí cam sử dụng để phát hiện vị trí thực của trục cam nạp
Hình 2 6 Trục cam của động cơ
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ 1GR-FE
Đặc điểm hệ thống nhiên liệu
− Kim phun có vòi phun dài
− Kim phun có thể tháo rời, dễ dàng trong việc bảo dưỡng và thay thế
− Bơm nhiên liệu sẽ dừng hoạt động khi túi khí trung tâm được kích hoạt
Chức năng
Hệ thống nhiên liệu động cơ có chức năng cung cấp nhiên liệu cho động cơ, ở những trạng thái hoạt động khác nhau Bên cạnh đó hệ thống nhiên liệu giúp loại bỏ tạp chất có trong nhiên liệu.
Cấu tạo của hệ thống nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu gồm: bình nhiên liệu, bơm nhiên liệu, bộ điều áp, bộ lọc nhiên liệu, bộ dập dao động, ống phân phối, kim phun
− Bình nhiên liệu: là nơi chứa nhiên liệu
− Bơm nhiên liệu: tạo áp suất bơm nhiên liệu tới các vòi phun
− Bộ điều áp: điều chỉnh áp suất nhiên liệu vào vòi phun Ngoài ra, bộ điều áp còn duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu cũng như cách thức duy trì ở van một chiều của bơm nhiên liệu
− Bộ lọc nhiên liệu: bảo vệ hệ thống bơm phun và các động cơ khác khỏi tác nhân gây hại như bụi bẩn, nước và các chất cặn trong nhiên liệu
− Bộ dập dao động: bộ dập dao động này dùng một màng ngăn để hấp thụ một lượng nhỏ xung của áp suất nhiên liệu sinh ra bởi việc phun nhiên liệu và độ nén của bơm nhiên liệu
− Kim phun: kim phun phun nhiên liệu vào các đường ống nạp của các xi lanh theo tín hiệu từ ECU động cơ
− Bộ giảm rung: bộ giảm rung này dùng một màng ngăn để hấp thụ một lượng nhỏ xung của áp suất nhiên liệu sinh ra bởi việc phun nhiên liệu và độ nén của bơm nhiên liệu
Vị trí hệ thống nhiên liệu trên xe
Hình 3 1 Vị trí hệ thống nhiên liệu trên xe
Sơ đồ đường đi thực tế của nhiên liệu
Khi động cơ làm việc, nhờ bơm nhiên liệu và bộ điều áp, nhiên liệu ở kim phun luôn có áp suất nhất định Quá trình phun nhiên liệu của kim phun được điều khiển bởi ECU động cơ, không khí được hút vào xilanh ở kì nạp nhờ sự chênh lệch áp suất Do quá trình phun được điều khiển bởi ECU, dựa vào tình trạng và chế độ làm việc của động cơ nên hỗn hợp nhiên liệu và không khí luôn có tỷ lệ phù hợp với chế độ làm việc của động cơ
Hình 3 2 Sơ đồ thực tế đường đi của nhiên liệu
Các thành phần của hệ thống nhiên liệu
Tác dụng chính của thùng nhiên liệu đó là dùng để chứa nhiên liệu
Hình 3 3 Cấu tạo của thùng chứa nhiên liệu
3.6.2.1 Vị trí bơm nhiên liệu
Bơm nhiên liệu ô tô được đặt ở bên trong thùng nhiên liệu Với những xe có bơm xăng đặt trực tiếp trong thùng nhiên liệu, nhà sản xuất hướng đến mục đích hạn chế tiếng ồn khi bơm hoạt động, tận dụng nhiên liệu để làm mát và bôi trơn các chi tiết bên trong bơm, giảm nguy cơ thiếu nhiên liệu khi xe quay vòng nhanh, phanh hoặc tăng tốc khiến xăng đổ dồn về một phía Nhờ đó, bơm xăng giúp xe vận hành trơn tru và liên tục hơn
Hình 3 4 Vị trí thực tế của bơm nhiên liệu
3.6.2.2 Cấu tạo của bơm nhiên liệu
Hình 3 5 Cấu tạo của bơm nhiên liệu
Module bơm nhiên liệu bao gồm: Bơm, lọc thô, cảm biến mức nhiên liệu được thể hiện rõ qua các hình dưới đây:
Hình 3 6 Hình ảnh bơm nhiên liệu thực tế
3.6.2.3 Nguyên lý hoạt động của bơm nhiên liệu
Khi rotor động cơ điện quay làm cho cánh bơm quay theo, các cánh nhỏ bố trí ở mép ngoài sẽ đẩy nhiên liệu từ mạch hút ra mạch thoát của bơm Lượng nhiên liệu cung cấp đi qua kẽ hở của rotor và stator và đẩy van một chiều để cung cấp nhiên liệu vào hệ thống Van an toàn sẽ mở khi áp suất nhiên liệu vượt quá quy định
Van một chiều bố trí ở đường ra của bơm, dùng để tạo một áp suất dư trong hệ thống khi động cơ dừng Điều này giúp động cơ khởi động dễ dàng Trong trường hợp dừng động cơ khi nóng, nhiệt độ nhiên liệu trong đường ống bố trí xung quanh ô tô sẽ gia tăng, áp suất dư của nhiên liệu trong hệ thống ngăn ngừa được sự tạo bọt trong nhiên liệu
3.6.2.4 Cách kiểm tra bơm nhiên liệu
• Kiểm tra điện trở của bơm nhiên liệu Đo điện trở theo các giá trị tiêu chuẩn trong bảng dưới đây
Nhiệt độ Khoảng điện trở tiêu chuẩn
Hình 3 7 Nguyên lý hoạt động bơm nhiên liệu
Nếu kết quả đo được không nằm trong khoảng điện trở tiêu chuẩn, hãy thay thế bơm nhiên liệu
• Kiểm tra hoạt động của bơm nhiên liệu khi chưa tháo rời
Bật chìa khóa lên trong vòng 1 đến 2s lắng nghe bình xăng xem bơm xăng có hoạt động hay không
• Kiểm tra hoạt động của bơm nhiên liệu khi tháo rời
Nối cực dương (+) của ắc quy với cực 1 của đầu nối và cực âm (-) với cực 2 Kiểm tra xem bơm nhiên liệu có hoạt động không
Nếu bơm không hoạt động, hãy thay thế bơm nhiên liệu
Chú ý: o Cách kiểm này phải được thực hiện trong vòng 10 giây để tránh việc cuộn dây bị cháy o Giữ bơm nhiên liệu càng xa ắc quy càng tốt o Luôn bật và tắt điện áp ở phía ắc quy, không phải phía bơm nhiên liệu
Hình 3 8 Kiểm tra điện trở bơm nhiên liệu
3.6.2.5 Sơ đồ mạch điện điều khiển của bơm nhiên liệu
Hình 3 9 Sơ đồ điều khiển của bơm nhiên liệu
- ECU hoạt động nhờ nguồn +B từ relay EFI
- Đồng thời ECU cũng nhận biết động cơ chưa hoạt động thông qua tín hiệu STA và
NE (cảm biến trục khuỷu) đều chưa kích hoạt
- Lúc này ECU điều khiển transistor tại chân FC để bơm nhiên liệu hoạt động khoản 5-
10 giây tạo ra áp dư trên ống phân phối giúp động cơ dễ nổ khi khởi động
- ECU nhận biết động cơ đang khởi động thông qua tín hiệu STA và NE
- Lúc này ECU điều khiển transistor cho FC nối mass để bơm nhiên liệu hoạt động liên tục giúp động cơ khởi động
19 Động cơ đã nổ máy:
- Thông qua tín hiệu NE, ECU điều khiển transistor tại chân FC để bơm nhiên liệu liên tục hoạt động Điều chỉnh tốc độ bơm:
- Khi xe chạy chậm, ECU điều khiển transistor cho chân FP nối mass làm tiếp điểm relay chuyển sang B làm bơm quay chậm
- Khi xe chạy nhanh, ECU điều khiển ngắt transistor tại chân FP làm tiếp điểm relay chuyển về A, lúc này bơm quay nhanh
3.6.3 Lọc nhiên liệu (lọc xăng tinh)
Lọc nhiên liệu là chi tiết phụ tùng thuộc hệ thống nhiên liệu của động cơ, lọc nhiên liệu có tác dụng lọc sạch và loại bỏ các bụi bẩn của nhiên liệu trước khi cung cấp vào trong buồng đốt của động cơ ô tô
Hình 3 10 Vị trí của lọc trên động cơ
3.6.4 Ống phân phối nhiên liệu
− Ống dẫn nhiên liệu được làm bằng nhựa để giảm trọng lượng
− Ống phân phối nhiên liệu bên phải và bên trái được nối với nhau bằng một ống nylon
− Bộ giảm chấn xung được bịt kín bằng vòng chữ O và được cố định bằng giá đỡ
− Xung động của nhiên liệu được giảm thông qua một van điều tiết xung động để giúp ổn định tỷ lệ không khí-nhiên liệu và giảm tiếng ồn
− Áp suất nhiên liệu trong đường ống phân phối nhiên liệu được điều chỉnh theo áp suất khí quyển thông qua bộ điều chỉnh áp suất nhiên liệu
Hình 3 11 Vị trí ống phân phối trên động cơ
Hình 3 12 Hình ảnh chi tiết ống phân phối
− Kim phun nhiên liệu có 12 lỗ phun
− Có hình vòi phun giúp rút ngắn khoảng cách từ kim phun đến cửa nạp, giúp nhiên liệu không bám vào thành cửa nạp và giảm lượng khí thải
Hình 3 13 Cấu tạo của kim phun
3.6.5.2 Cách kiểm tra kim phun
• Kiểm tra kim phun Đo điện trở theo giá trị trong bảng dưới đây
Nhiệt độ Khoảng điện trở tiêu chuẩn
Nếu điện trở đo được không nằm trong khoảng điện trở tiêu chuẩn, hãy thay thế kim phun
• Kiểm tra lưu lượng phun
Bước 1: Tháo cực âm ắc quy
Bước 2: Tháo các kim phun ra khỏi ống phân phối
Bước 3: Dùng các dụng cụ chuyên dùng để gá kim phun
Bước 4: Cho kim phun vào trong 1 ống nghiệm
Bước 5: Kéo ống xăng từ động cơ ra, kích trực tiếp vào cực dương ắc quy
Bước 6: Kiểm tra lưu lượng nhiên liệu trong khoảng 15 giây
Lưu lượng phun tiêu chuẩn: 71-85 cc mỗi 15 giây
Chênh lệch lưu lượng giữa mỗi kim phun: nhỏ hơn 14cc
Bước 7: Bật công tắc máy về vị trí “OFF”
3.6.6 Bộ điều áp nhiên liệu
Bộ điều áp (van điều áp) là một thiết bị được làm bằng kim loại Một hệ thống van điều áp dù đơn giản cũng đều có các đường ống dẫn và phân chia lưu chất về các ống nhỏ Chính vì thế, lắp van điều áp có thể bảo vệ đường ống không bị xì khi lưu chất bị dồn về đột ngột
Hình 3 14 Vị trí các chi tiết bộ điều áp
3.6.6.1 Cấu tạo của bộ điều áp
Gồm 1 màng chia bộ điều áp thành 2 phần, buồng trên chứa nhiên liệu và van điều áp, buồng dưới chứa lò xo và được tác động bởi độ chân không sau bướm ga
3.6.6.2 Công dụng của bộ điều áp
Công dụng của nó là dùng để giữ cho áp suất không vượt quá giới hạn max, áp suất sẽ thay đổi chứ không cố định Chỉnh áp suất xăng thay đổi để phù hợp với độ chân không Nếu độ chân không tăng thì áp suất giảm và ngược lại
Lượng nhiên liệu phun ra khỏi kim phun phụ thuộc vào áp suất nhiên liệu trong ống phân phối và độ chân không trong đường ống nạp Độ chân không trong đường ống nạp càng lớn thì xăng phun càng mạnh và ngược lại Van điều áp còn thực hiện nhiệm vụ điều chỉnh mức áp suất nhiên liệu trong đường ống sao cho phù hợp Từ đó, đảm bảo nhiên liệu cung cấp vào buồng đốt sẽ có dạng tơi xốp, dễ dàng bốc hơi và tiết kiệm thời gian đốt cháy 3.6.6.3 Nguyên lý hoạt động
Phía dưới kim phun chịu áp suất đường ống nạp nó thay đổi liên tục tùy theo độ mở bướm ga và tốc độ động cơ, phía trên kim phun chịu áp suất của ống phân phối Khi ta giữ cho
24 áp suất của ống phân phối không đổi, thì độ mở bướm ga và tốc độ động cơ thay đổi sẽ làm cho áp suất dưới vòi phun thay đổi theo làm cho độ chênh lệch ở phía trên và phía dưới vòi phun thay đổi
Trong khi đó, ECU động cơ điều khiển lượng xăng phun bằng cách thay đổi thời gian mở kim phun, cho nên với cùng một thời gian mở kim phun như nhau áp suất nhiên liệu mà càng lớn thì lượng phun nhiên liệu càng lớn Do đó để cho lượng phun mà không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của áp suất đường ống nạp thì bộ điều áp ra đời, nó có chức năng giữ cho hiệu số áp suất giữa phía trên và phía dưới của kim phun là không đổi bất kể chế độ tải nào của động cơ (với động cơ 1GR- FE thì hiệu số này bằng 3 kg/cm2)
Khi áp suất đường ống nạp càng nhỏ ( bướm ga mở nhỏ) thì chân không sau cánh bướm ga càng lớn , độ chân không này sẽ tác dụng lên màng bộ điều áp làm màng đi xuống, van điều áp mở lớn làm cho lượng nhiên liệu thoát về thùng chứa nhiều hơn nên áp suất trong ống phân phối giảm Ngược lại, khi bướm ga mở lớn làm cho áp suất trong đường ống nạp tăng, lò xo đẩy màng điều áp đi lên, lượng nhiên liệu thoát qua van điều áp giảm, áp suất nhiên liệu trong ống phân phối tăng
Hình 3 15 Cơ chế hoạt động của bộ điều áp
3.6.6.4 Cách kiểm tra bộ điều áp
Bước 1: Kết nối đồng hồ đo áp suất với đường ống nhiên liệu tại vị trí ở trước béc và sau bơm
Bước 2: Tiến hành khởi động ô tô và cho xe hoạt động vài phút ở chế độ không tải Bước 3: Quan sát và ghi lại các thông số trên đồng hồ đo áp suất
Bước 4: Tắt máy và đối chiếu kết quả thu được với thông số tiêu chuẩn Áp suất nhiên liệu tiêu chuẩn: 281 đến 287 kPa (2,87 đến 2,93 kgf / cm2, 41 đến
Nếu áp suất không như quy định, có thể bộ điều áp bị lỗi
3.6.6.5 Dấu hiệu nhận biết hư hỏng ở van điều áp nhiên liệu
- Động cơ bị giảm công suất
- Ống xả thải ra khói đen
- Động cơ khó tăng tốc
Hình 3 16 Vị trí bộ dập dao động
- Bộ dập dao động thường được bố trí ở đường nhiên liệu vào trên ống phân phối
- Cấu tạo phần chính của bộ dập dao động gồm 1 màng và 1 lò xo để hấp thụ các xung dao động áp suất trong hệ thống
Hình 3 17 Cấu tạo của bộ dập dao động
Dùng để dập các xung nhiên liệu do bơm tạo nên và do sự đóng mở của các kim phun trong quá trình phun nhiên liệu
Giảm sự dao động về áp suất nhiên liệu trên đường ống phân phối Khi áp suất trên đường ống phân phối thay đổi thì ảnh hưởng đến lượng xăng phun Do đó để đảm bảo lượng xăng phun chính xác thì áp suất trên đường ống phân phối phải không bị dao động
HỆ THỐNG KIỂM SOÁT KHÍ THẢI
Đặc điểm hệ thống kiểm soát khí thải
- Bộ xúc tác ba chiều (TWC) được sử dụng để kiểm soát khí thải
- Dựa trên các tín hiệu từ cảm biến tỷ lệ nhiên liệu không khí và cảm biến oxy, ECM điều khiển lượng phun nhiên liệu nhằm tối ưu hóa lượng khí thải
- Hệ thống thu hồi hơi xăng
- ECM kiểm soát luồng thanh lọc khí thải bay hơi (HC) trong hộp chứa than phù hợp với các điều kiện của động cơ.
Chức năng
Hệ thống khí thải nằm ở gầm xe, kéo dài từ động cơ đến đuôi xe Vai trò của hệ thống khí thải là dẫn đường cho khí thải động cơ và kiểm soát áp suất thải của động cơ.
Vị trí và cấu tạo của hệ thống kiểm soát khí thải
ECM kiểm soát dòng khí bay hơi trong hộp than hoạt tính sao cho phù hợp với tình trạng động cơ
Hình 4 1 Vị trí của hệ thống kiểm soát khí thải
Hình 4 2 Cấu tạo các chi tiết của hệ thống
Sơ đồ hoạt động của hệ thống kiểm soát khí thải
Hình 4 3 Sơ đồ hoạt động của hệ thống kiểm soát khí thải
Công dụng của một số bộ phận chính
Hệ thống kiểm soát khí thải
ECM Xác định lượng phun nhiên liệu tối ưu dựa trên các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau
Bộ lọc khí thải 3 thành phần TWC Giảm thiểu hàm lượng khí CO, HC và Nox trong khí thải
Cảm biến Oxy Phát hiện nồng độ oxy trong khí thải bằng cách đo suất điện động tạo ra trong chính cảm biến
Hệ thống thu hồi hơi xăng
ECM Gửi tín hiệu đến van chuyển đổi chân không (đối với hệ thống kiểm soát hơi xăng EVAP) để điều khiển dòng khí xả Hộp than hoạt tính
Chứa than hoạt tính để hấp thụ hơi nhiên liệu được tạo ra trong bình nhiên liệu
Van chuyển chân không (for EVAP)
Hoạt động dựa theo các tín hiệu từ ECM khi hệ thống đang xả, để đưa hơi nhiên liệu đã được lọc bởi than hoạt tính vào đường ống nạp
Bảng 4 1 Các bộ phận chính của hệ thống kiểm soát khí thải
4.5.1 Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu EVAP
Dựa trên các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, ECU sẽ điều khiển đóng mở van VSV của hệ thống EVAP Từ đó, nó kiểm soát được hàm lượng HC trong hộp than hoạt tính tùy vào điều kiện làm việc của động cơ
4.5.2 Bộ lọc khí thải 3 thành phần (TWC)
Hình 4 4 Cấu tạo bộ lọc khí thải
Bộ lọc khí thải có cấu trúc gồm 3 lớp cơ bản, đó là: lớp xúc tác đầu tiên (the Reduction Catalyst), lớp xúc tác oxy hóa (the Oxidization Catalyst) và hệ thống kiểm soát dòng khí thải
• Lớp xúc tác đầu tiên: Đây chính là lớp lọc đầu tiên của bộ lọc khí thải Đặc biệt, nó sử dụng platinum và rhodium để giảm lượng khí Nox Nếu như phân tử NO hay NO2 tiếp xúc với lớp xúc tác, lúc này các nguyên tử nitơ sẽ bị tách ra khỏi phân tử và bám lại trên bề mặt của lớp xúc tác Khi đó, các nguyên tử nitơ sẽ kết hợp với nhau để tạo ra N2 (2NO => N2 + O2 hoặc 2NO2 => N2 + 2O2)
• Lớp xúc tác oxy hóa: Đây là lớp lọc thứ 2 Nó giúp giảm lượng hydrocarbon và carbon monoxide bằng cách đốt cháy (oxy hóa) chúng nhờ vào platinum và palladium Lớp thứ 2 này có khả năng làm CO và hydrocarbon phản ứng với lượng oxy còn lại trong khí thải (2CO + O2 => 2CO2) Đồng thời, lớp này còn đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc biến đổi các khí độc hại thành oxy Hơn nữa, lượng oxy này còn được điều chỉnh bởi máy tính
• Hệ thống kiểm soát dòng khí thải: Hệ thống sử dụng các thông tin này để có thể điều chỉnh được hệ thống phun nhiên liệu Đặc điểm, có một cảm biến không khí được gắn giữa bộ lọc khí thải cùng động cơ (gần động cơ hơn) Cảm biến này sẽ thông báo cho hệ thống về lượng không khí còn sót lại trong khí thải
Hơn nữa, máy tính có thể điều chỉnh tăng hoặc giảm lượng oxy trong khí thải bằng cách điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp khí cùng với nhiên liệu Với sơ đồ kiểm soát cho phép máy tính có thể đảm bảo được tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu – khí trong của động cơ gần đạt mức tối ưu nhất Ngoài ra, nó còn đảm bảo lượng oxy trong khí thải đủ để cho phép sự xúc tác oxy hóa và đốt cháy lượng hydrocarbon và CO còn thừa sau một kỳ nổ của động cơ
4.5.3 Cảm biến Oxy, cảm biến A/F
- Cảm biến Oxy: Có chức năng đo lượng oxy dư trong khí thải động cơ và truyền tín hiệu về ECU nhằm điều chỉnh tỉ lệ nhiên liệu và không khí cho phù hợp
- Cảm biến A/F: Có khoảng làm việc rộng hơn cảm biến oxy Nó dùng để phát hiện nồng độ oxy có trong khí thải, nhưng cấu trúc khác và có đặc tính làm việc cũng khác cảm biến oxy Cảm biến A/F có ưu điểm là tín hiệu cảm biến rộng, phát hiện nhanh và điều chỉnh chính xác hơn cảm biến oxy Cảm biến A/F đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh tỷ lệ không khí và nhiên liệu để cải thiện hiệu suất động cơ và giảm tác động xấu tới môi trường
Hình 4 5 Đường đặc tính của cảm biến Oxy, cảm biến A/F
Cách kiểm tra hệ thống kiểm soát hệ thống khí thải
Để tránh bị thương do tiếp xúc với quạt đang vận hành và đai chữ V của máy phát điện hoặc quạt làm mát, hãy để tay và quần áo của bạn tránh xa đai chữ V của quạt và máy phát điện và quạt làm mát khi làm việc trong khoang động cơ khi động cơ đang chạy
Hình 4 6 Kiểm tra hệ thống kiểm soát khí thải
- Bước 1: Kiểm tra RPM ngắt nhiên liệu
+ Khởi động và làm nóng động cơ
+ Tăng tốc độ động cơ lên ít nhất 3500 vòng / phút
+ Sử dụng máy đo âm thanh “Sound Level Meter” để kiểm tra tiếng ồn khi vận hành cụm kim phun nhiên liệu
+ Kiểm tra để đảm bảo rằng khi nhả bàn đạp ga, tiếng ồn hoạt động của cụm kim phun nhiên liệu sẽ dừng lại trong giây lát rồi tiếp tục lại
Nếu kết quả không như tiêu chuẩn, hãy kiểm tra cụm kim phun nhiên liệu, hệ thống dây điện và ECM
- Bước 2: Kiểm tra các ống mềm, mối nối và miếng đệm
+ Kiểm tra bằng mắt thường các ống mềm, mối nối và miếng đệm không có vết nứt, rò rỉ hoặc hư hỏng
Sự tách rời hoặc các vấn đề khác với que thăm dầu động cơ, cụm phụ nắp bình dầu, ống
PCV và các bộ phận khác có thể khiến động cơ chạy không đúng cách Hút khí do ngắt kết nối, nới lỏng hoặc nứt các bộ phận của hệ thống cảm ứng không khí giữa bướm ga với cụm động cơ và cụm phụ đầu xi lanh sẽ gây ra lỗi động cơ hoặc trục trặc động cơ
Nếu kết quả không như tiêu chuẩn, hãy thay thế các bộ phận nếu cần
- Bước 3: Kiểm tra van VSV
“VSV”: Vacuum Switching Valve (Van chuyển mạch chân không)
“DLC3”: Data Link Connector 3 của Toyota là kết nối OBD2 16-pin tiêu chuẩn, cần cáp và phần mềm chuyên hãng để có thể giao tiếp với xe
“GTS”: là công cụ chẩn đoán thế hệ mới được phát triển bởi Toyota Motor
+ Kết nối GTS với DLC3
+ Trượt kẹp và ngắt kết nối ống dẫn thanh lọc (nối với cụm ống đựng than) khỏi VSV thanh lọc
+ Khởi động động cơ và bật GTS
+ Nhập các menu sau: Powertrain / Engine / Active Test / Kích hoạt VSV để kiểm soát bay hơi
+ Nối ống dẫn đường thanh lọc (nối với hộp) với VSV thanh lọc, và trượt kẹp để giữ chặt ống
Hình 4 7 Ống dẫn đường thanh lọc
CÁC TÍN HIỆU ĐẦU VÀO CỦA ĐỘNG CƠ 1GR-FE
Cảm biến lưu lượng không khí nạp MAF
Cảm biến lưu lượng khí nạp (Mass Air Flow Sensor - MAF) nằm ở giữa bộ lọc và đường ống nạp, có nhiệm vụ để đo khối lượng (lưu lượng) dòng khí nạp đi vào động cơ và chuyển thành tín hiệu điện áp gửi về ECU động cơ
5.1.1 Vị trí của cảm biến
Hình 5 1 Vị trí của cảm biến MAF
Cấu tạo cảm biến lưu lượng khí nạp gồm một điện trở, mạch điều khiển và dây nhiệt Chức năng chính của cảm biến khí nạp là đo khối lượng (lưu lượng) dòng khí nạp đi vào động cơ và chuyển thành tín hiệu điện áp gửi về ECU động cơ ECU sẽ sử dụng tín hiệu cảm biến MAF để tính toán lượng phun xăng cơ bản và tính toán góc đánh lửa sớm cơ bản
Hình 5 2 Cấu tạo cảm biến MAF
Cảm biến lưu lượng khí nạp được cấu tạo gồm một nhiệt điện trở (Thermistor) và dây nhiệt platin (Platinum Hot Wire) đặt trên đường đi của không khí và mạch điều khiển điện tử Nhiệt điện trở dùng để kiểm tra nhiệt độ không khí nạp đi vào cảm biến MAF
Dây nhiệt được đặt trên đường di chuyển của không khí và nếu lượng không khí nạp qua dây nhiệt càng lớn, lượng nhiệt mang đi càng lớn và nó càng nguội đi Dây nhiệt được mắc trong một mạch cầu, nó có đặc điểm điện thế tại điểm A và điểm B bằng nhau Do đó, nếu dây nhiệt bị làm nguội đi bởi không khí thì điện trở của nó sẽ giảm, vì vậy nên điện áp tại điểm B cũng giảm làm xuất hiện hiệu điện thế giữa A và B, mà điện áp này rất nhỏ cho nên thông qua bộ khuếch đại điện áp được khuếch đại lên có giá trị lớn để ECU có thể nhận biết được tín hiệu, tín hiệu điện áp này sẽ điều khiển làm cho transistor mở để cho dòng điện vào mạch điện và dòng điện qua dây nhiệt tăng, làm cho điện trở của dây nhiệt tăng cho đến khi điện thế của điểm A bằng điểm B Bằng cách xác định điện áp tại điểm B hoặc tín hiệu VG, ECU có thể xác định được lượng không khí nạp
Hình 5 3 Nguyên lý hoạt động cảm biến MAF
5.1.4 Các chân của cảm biến Động cơ 1GR-FE sử dụng cảm biến MAF loại 5 chân từ 1-5 là: +B, EVG, VG, THA, E2
Hình 5 4 Các chân cảm biến MAF
- +B: chân cấp nguồn 5V cho cảm biến
- EVG: mass của cảm biến đo lưu lượng không khí
- VG: tín hiệu xác định lưu lượng không khí nạp
- THA: tín hiệu cảm biến nhiệt độ không khí
- E2: mass của cảm biến nhiệt độ không khí
5.1.5 Cách kiểm tra cảm biến
- Bật công tắc máy ở vị trí ON (không nổ máy)
- Dùng đồng hồ VOM kiểm tra tín hiệu điện áp VG – EVG để đọc giá trị điện áp của cảm biến MAF Điện áp để cảm biến hoạt động bình thường nằm trong khoảng: 0.98-1.02V
- Cấp nguồn cho cảm biến, dùng miệng thổi hoặc nổ máy đạp ga
Nếu tín hiệu điện áp VG tăng lên khi lượng khí nạp tăng chứng tỏ cảm biến hoạt động bình thường
5.1.6 Sơ đồ mạch điện của cảm biến MAF
Hình 5 5 Sơ đồ mạch điện cảm biến MAF
Cảm biến kích nổ động cơ (Knock sensor)
Cảm biến kích nổ Knock Sensor có công dụng đo tiếng gõ trong động cơ và nó phát ra tín hiệu điện áp gửi về ECU và qua đó ECU sẽ nhận và phân tích tín hiệu đó để hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm làm giảm tiếng gõ trong động cơ (thông thường tiếng gõ được tạo ra là do va đập của các chi tiết cơ khí trong động cơ bởi hiện tượng kích nổ)
Nằm trên thân động cơ, thường nằm phía dưới cổ hút và nắp xi lanh, động cơ 1GR-FE có
Hình 5 6 Vị trí cảm biến kích nổ
Cấu tạo cảm biến knock sensor loại không cộng hưởng gồm phần tử áp điện, miếng cách điện, tấm thép và điện trở xác định hở mạch, ngắn mạch
Hình 5 7 Cấu tạo cảm biến kích nổ
Trong lúc động cơ hoạt động và vì vài lý do làm xuất hiện tiếng gõ (tự kích nổ, động cơ quá nóng, va đập cơ khí….) cảm biến sẽ tạo ra một tín hiệu điện áp gửi về ECU, ECU sẽ hiệu chỉnh giảm góc đánh lửa để giảm tiếng gõ
Cụ thể: Các phần tử áp điện của cảm biến kích nổ có kích thước với tần số riêng trùng với tần số rung của động cơ, khi xuất hiện hiện tượng kích nổ làm xảy ra hiệu ứng cộng hưởng (f = 6KHz – 13KHz)
Vì vậy, khi động cơ xảy ra hiện tượng kích nổ, tinh thể thạch anh sẽ chịu áp một lực lớn và sinh ra một điện áp, tín hiệu điện áp này có giá trị nhỏ hơn 2,5V Nhờ tín hiệu này, ECU động cơ phát hiện hiện tượng kích nổ và điều chỉnh giảm góc đánh lửa cho đến khi không còn kích nổ ECU động cơ có thể hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại
- Vặn chìa khóa về vị trí ON, lấy búa gõ nhẹ lên động cơ ( gõ vào phần lốc máy gần vị trí cảm biến ) và đo tín hiệu phát ra
- Kiểm tra tín hiệu xung điện áp của cảm biến khi động cơ hoạt động
Hình 5 8 Sơ đồ mạch điện cảm biến kích nổ
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ECT
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (ECT) được sử dụng để đo nhiệt độ nước làm mát của động cơ và nó gửi tín hiệu về ECU để ECU thực hiện những điều chỉnh sau đây:
– Điều chỉnh góc đánh lửa sớm: Khi nhiệt độ động cơ thấp ECU sẽ hiệu chỉnh tăng góc đánh lửa sớm và khi nhiệt độ động cơ cao ECU sẽ thực hiện điều khiển giảm góc đánh lửa sớm
– Điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu: Khi nhiệt độ động cơ thấp ECU sẽ điều khiển tăng thời gian phun nhiên liệu (tăng độ rộng xung nhấc kim phun) để làm đậm và khi nhiệt độ động cơ cao ECU sẽ làm giảm thời gian phun nhiên liệu
– Điều khiển quạt làm mát: Khi nhiệt độ nước làm mát xấp xỉ 80-87C, ECU điều khiển quạt làm mát động cơ bắt đầu quay tốc độ thấp và Khi nhiệt độ nước làm mát xấp xỉ 95- 98C ECU điều khiển quạt làm mát quay tốc độ cao
– Điều khiển tốc độ không tải: Khi mới khởi động động cơ, lúc này nhiệt độ động cơ thấp
ECU điều khiển van không tải (Hoặc bướm ga điện tử) mở lớn lên để chạy ở tốc độ không tải nhanh (tốc độ động cơ đạt xấp xỉ 900-1000V/P) để hâm nóng động cơ giúp giảm ma sát giữa các chi tiết trong động cơ và nhanh chóng đạt được nhiệt độ vận hành ổn định
Cảm biến thường được bố trí trên thân máy hoặc trên đường nước làm mát
Hình 5 9 Vị trí cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cấu tạo của cảm biến ECT có dạng trụ rỗng với ren ngoài, bên trong có lắp một nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm.( điện trở tăng lên khi nhiệt độ thấp và ngược lại)
Hình 5 10 Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát được đặt ở nơi nào cảm nhận nhiệt độ nước làm mát tốt nhất, nó được đặt trên đỉnh két nước hoặc đường nước trên nắp máy Cảm biến là một chất bán dẫn có trị số nhiệt điện trở âm nên khi nhiệt độ nước làm mát thấp điện trở của cảm biến cao và ngược lại nhiệt độ nước làm mát tăng thì điện trở của cảm biến giảm Sự thay đổi điện trở sẽ làm thay đổi điện áp đặt ở chân cảm biến
Nguồn điện cung cấp cho cảm biến là nguồn 5V, bộ vi xử lý nhận điện áp tại cực THW để xác định nhiệt độ làm việc của động cơ Khi mạch điện của cảm biến gặp vấn đề , ECU sử dụng giá trị cố định là 80C để tiếp tục điều khiển động cơ và bật đèn check sáng lên Điều này nghĩa là khi nhiệt độ của động cơ thấp thì tốc độ cầm chừng không ổn định, động cơ nổ rung vì hỗn hợp nghèo, thời điểm đánh lửa không đúng
Hình 5 11 Đường đặc tuyến cảm biến nhiệt độ nước làm mát
5.3.4 Cách kiểm tra cảm biến Để kiểm tra cảm biến ta kiểm tra điện trở của cảm biến phải thay đổi theo nhiệt độ theo bảng thông số của nhà sản xuất, sử dụng đồng hồ VOM để đo giá trị điện trở
Nhiệt độ Điện trở tiêu chuẩn
Hình 5 12 Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Hình 5 13 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến Oxy
Chúng được sử dụng để đo nồng độ oxy còn thừa trong khí xả gửi về ECU, ECU dựa vào tín hiệu cảm biến ô xy gửi về sẽ hiểu được tình trạng nhiên liệu đang giàu (đậm) hay đang nghèo (nhạt) và từ đó đưa ra tín hiệu điều chỉnh lượng phun cho thích hợp
Thường được lắp đặt trên đường ống xả
Hình 5 14 Vị trí cảm biến Oxy
Thành phần chính của cảm biến oxy gồm hợp chất Zirconium dioxit, điện cực bằng platin và bộ xông nóng cảm biến
Hình 5 16 Cấu tạo cảm biến Oxy
Cảm biến oxy cho ra tín hiệu điện áp dựa vào sự so sánh giữa hàm lượng oxy có trong khí thải và hàm lượng oxy của áp suất môi trường Một mặt của cảm biến tiếp xúc với khí thải, mặt còn lại tiếp xúc với khí trời
Khi lượng oxy có trong khí thải nhiều do hỗn hợp nhiên liệu nghèo xăng, điện áp tại hai điện cực sẽ thấp Khi lượng oxy có trong khí thải thấp do hỗn hợp nhiên liệu giàu xăng, cảm biến sẽ phát ra tín hiệu điện áp cao Khi sự chênh lệch hàm lượng oxy trong khí thải và môi trường càng lớn thì cảm biến sẽ phát ra tín hiệu điện áp càng cao
Từ hàm lượng oxy trong khí thải mà ECU xác định được, nó sẽ hiệu chỉnh lại tỉ lệ hỗn hợp nhiên liệu trong buồng đốt Khi hỗn hợp giàu xăng, cảm biến oxy phát ra tín hiệu điện áp từ 0.6V đến 0.9V Khi hỗn hợp nghèo xăng, tín hiệu điện áp phát ra khoảng 0.1V đến 0.4V Khi tỉ lệ không khí và nhiên liệu là 14,7/1 thì cảm biến oxy sẽ phát ra tín hiệu điện áp là 0.45V
Nhiệt độ làm việc tối thiểu của cảm biến oxy là 400C Do vậy cần phải xông nóng cảm biến khi động cơ hoạt động ở tốc độ cầm chừng và chế độ tải nhỏ Người ta dùng một nhiệt điện trở dương bố trí bên trong cảm biến oxy để xông nóng cảm biến Ở các chế độ làm giàu hỗn hợp như tải lớn, tăng tốc, nhiệt độ nước làm mát dưới 80C… Cảm biến oxy không tham gia hiệu chỉnh
Hình 5 17 Đường đặc tuyến cảm biến Oxy
5.4.4 Cách kiểm tra Đo điện trở và so sánh với bảng giá trị tiêu chuẩn dưới đây:
Nối dụng cụ đo Điện trở tiêu chuẩn
Hình 5 18 Sơ đồ mạch điện cảm biến Oxy
Cảm biến A/F
Cảm biến tỉ số nhiên liệu và không khí (A/F ) có khoảng làm việc rộng hơn cảm biến oxy Nó được dùng phát hiện nồng độ oxy trong khí thải, nhưng có cấu trúc khác và có đặc tính làm việc cũng khác cảm biến oxy Cảm biến A/F có ưu điểm hơn cảm biến oxy là tín hiệu cảm biến rộng, phát hiện nhanh và điều chỉnh chính xác hơn Điều này giải quyết tốt hơn về vấn đề ô nhiễm môi trường
Cảm biến A/F được bố trí trên đường ống xả
Hình 5 19 Vị trí cảm biến A/F
Cấu tạo của cảm biến A/F tương tự như cảm biến oxy
Nhiệt độ làm việc của cảm biến từ 650C trở lên , cảm biến A/F được đặt trên một điện áp không đổi khoảng 0.4V và điện áp tín hiệu tỉ lệ thuận với lượng oxy có trong khí thải
- Điện áp cảm biến A/F càng lớn thì hỗn hợp càng nghèo (lượng oxy lớn)
- Điện áp cảm biến A/F càng nhỏ thì hỗn hợp càng giàu (lượng oxy ít)
51 Đường đặc tính của cảm biến A/F khác với cảm biến oxy, phạm vi điện áp làm việc rất lớn Khi tỉ số A/F = 14.7/1 thì điện áp cảm biến là 3.3V
Hình 5 21 Đường đặc tuyến cảm biến A/F và cảm biến Oxy
5.5.4 Cách kiểm tra Đo điện trở và so sánh với bảng điện trở tiêu chuẩn dưới đây
Nối dụng cụ đo Điện trở tiêu chuẩn
Hình 5 22 Sơ đồ mạch điện cảm biến A/F
Cảm biến vị trí trục cam (cảm biến G)
Cảm biến vị trí trục cam CPS (Camshaft Position Sensor) nắm một vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển của động cơ ECU sử dụng tín hiệu này để xác định điểm chết trên của máy số 1 hoặc các máy, đồng thời xác định vị trí của trục cam để xác định thời điểm đánh lửa cho chính xác
5.6.1 Vị trí của cảm biến
Nằm trên nắp dàn cò hoặc gần bên cạnh nắp dàn cò
Hình 5 23 Vị trí cảm biến G
Cảm biến vị trí cục cam trên động cơ 1GR-FE được trang bị cảm biến Hall: nó được cấu tạo bởi bộ phận chính là một phần từ Hall đặt ngay đầu cảm biến, một nam châm vĩnh cửu và một IC tổ hợp nằm trong cảm biến
Hình 5 24 Cảm biến G loại HALL
2 Dây tín hiệu ra ( +Vcc, -Vcc và Signal )
Khi trục khuỷu quay, thông qua dây cam dẫn động làm trục cam quay theo, trên trục cam có 1 vành tạo xung có các vấu cực, các vấu cực này quét qua đầu cảm biến, khép kín mạch từ và cảm biến tạo ra 1 xung tín hiệu gửi về ECU để ECU nhận biết được điểm chết trên của xi lanh số 1 hay các máy khác
- Bật chìa khóa và kiểm tra chân dương 12V hoặc 5V, chân mát 0V, chân tín hiệu 5V
- Sử dụng máy đo xung để xem xung có đều và đẹp hay không.
Cảm biến vị trí trục khuỷu (cảm biến Ne)
Cảm biến trục khuỷu tên tiếng anh là Crankshaft Position Sensor – CPS là một trong những cảm biến quan trọng ở động cơ xe hơi Chúng có nhiệm vụ thu thập dữ liệu về tốc
55 độ trục khuỷu và vị trí trục khuỷu vào cuối kỳ nổ để gửi về ECU Từ dữ liệu này, ECU tính toán và điều khiển góc đánh lửa cũng như hiệu chỉnh thời gian phun xăng
5.7.1 Vị trí của cảm biến
Cảm biến thường được bố trí gần puly trục khuỷu, phía trên bánh đà hoặc phía trên trục khuỷu
Hình 5 25 Vị trí cảm biến Ne
5.7.2 Cấu tạo cảm biến Động cơ 1GR-FE sử dụng cảm biến vị trí trục khuỷu loại cảm biến từ: gồm có cuộn dây điện từ, lõi nam châm vĩnh cửu và vành răng tạo xung
Hình 5 26 Cảm biến Ne loại từ
Khi trục khuỷu quay nó sẽ tạo ra một tín hiệu xung gửi về hộp ECU, ECU sẽ sử dụng thuật toán logic được lập trình sẵn trong hộp, nó đếm số xung đó trên một đơn vị thời gian và tính toán được tốc độ của trục khuỷu
Dùng đồng hồ VOM đo điện trở của cảm biến và so sánh với điện trở tiêu chuẩn dưới đây
Nối dụng cụ đo Điều kiện tiêu chuẩn
Khoảng điện trở tiêu chuẩn
Trong bảng: khái niệm nóng, lạnh ý chỉ nhiệt độ của cảm biến Lạnh nghĩa là khoảng -10 đến 50°C (14 đến 122°F) còn nóng nghĩa là khoảng 50 đến 100°C (122 đến 212°F)
Hình 5 27 Sơ đồ mạch điện cảm biến Ne
Cảm biến bàn đạp ga APS
Các động cơ ngày nay đều sử dụng cảm biến bàn đạp ga Cảm biến bàn đạp ga, mô tơ điều khiển bướm ga và cảm biến vị trí bướm ga là một cụm, nó được gọi là hệ thống điều khiển bướm ga thông minh
Khi đạp ga, tín hiệu góc mở bàn đạp ga gửi về ECU, ECU điều khiển motor xoay bướm ga một góc tương ứng với tín hiệu bàn đạp ga, tín hiệu từ cảm biến bướm ga xác nhận và chuyển về ECU
Hình 5 28 Vai trò của cảm biến bàn đạp ga
5.8.1 Vị trí của cảm biến
Thường nằm ở cụm bàn đạp chân ga
Hình 5 29 Vị trí cảm biến bàn đạp ga
Cảm biến bàn đạp ga sử dụng kiểu phần tử Hall Nguyên lý tương tự cảm biến vị trí bướm ga
Hình 5 30 Cấu tạo cảm biến bàn đạp ga loại HALL
Khi đạp ga, tín hiệu góc mở bàn đạp ga gửi về ECU, ECU điều khiển motor xoay bướm ga một góc tương ứng với tín hiệu bàn đạp ga, tín hiệu từ cảm biến bướm ga xác nhận và chuyển về ECU
Nguyên lý dựa vào hiệu ứng Hall Trong cảm biến người ta bố trí hai IC Hall cố định, nguồn 5V cung cấp tới cực VCP1 và VCP2 Khi đạp ga qua trục truyền động sẽ làm cho các nam châm quay xung quanh hai IC Hall, từ thông qua IC Hall thay đổi, tín hiệu điện áp VPA1, VPA2 xác định góc mở bàn đạp ga và gửi về ECU
Hình 5 31 Đường đặc tuyến cảm biến bàn đạp ga
5.8.4 Cách kiểm tra Để kiểm các các vấn đề liên quan của cảm biến bàn đạp ga, hãy dựa vào thông số và các triệu chứng để có thể xác định Cụ thể, các bạn có thể thực hiện:
• Đầu tiên, bạn cần kiểm tra xem hệ thống điện của cảm biến có bị đứt, chạm mass, hay các chân giắc có bị rơ lỏng, bám bụi bẩn, làm cho tín hiệu truyền về sai hay không
• Thứ 2, Kiểm tra nguồn VC và mass của cảm biến bàn đạp ga và so sánh với thông số chuẩn của chúng
Cảm biến Điều kiện Điện áp tiêu chuẩn
Tín hiệu cảm biến thứ nhất Nhả hoàn toàn 0.5-1.1 V Đạp tối đa 2.6-4.5 V Tín hiệu cảm biến thứ hai Nhả hoàn toàn 1.2-2.0 V Đạp tối đa 3.4-4.75 V
Hình 5 32 Sơ đồ mạch điện cảm biến bàn đạp ga
Cảm biến vị trí bướm ga TPS
Cảm biến vị trí bướm ga bố trí trên thân bướm ga và được điều khiển bởi trục bướm ga Cảm biến chuyển góc mở bướm ga thành tín hiệu điện áp, ECU dùng tín hiệu này để nhận biết tải của động cơ, từ đó hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun, góc đánh lửa sớm, tốc độ cầm chừng
Nằm trên thân của bướm ga
Hình 5 33 Vị trí cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga sử dụng loại phần tử Hall gồm một IC Hall và một nam châm quay quanh nó Kiểu phần tử Hall hay kiểu không tiếp xúc có đặc điểm tuổi thọ và độ tin cậy cao Điện áp đi ra từ IC Hall phụ thuộc vào mật độ và chiều từ trường đi qua nó Khi mật độ từ thông đi qua IC Hall càng lớn thì điện áp phát ra sẽ càng cao
Hình 5 34 Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến kiểu phần tử Hall gồm một IC Hall và một nam châm quay quanh nó Khi bướm ga mở, thông qua trục bướm ga sẽ làm cho các nam châm xoay theo làm vị trí của
63 chúng thay đổi, mật độ từ thông qua IC Hall cũng thay đổi Do vậy, tín hiệu VTA1 và VTA2 thay đổi theo và gửi tín hiệu về ECU
Hình 5 35 Đường đặc tuyến cảm biến vị trí bướm ga
- Tháo giắc cắm điện đến cảm biến bướm ga, kiểm tra nguồn 5 vôn từ ECU cung cấp đến cực VC
- Lắp giắc cắm điện, kiểm tra điện áp tại cực VTA1, VAT2 khi vị trí bướm ga thay đổi 5.9.5 Sơ đồ mạch điện
Hình 5 36 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga
CÁC BỘ CHẤP HÀNH
Công dụng của các hệ thống
Phun nhiên liệu tuần hoàn đa điểm (SFI )
Số lượng kim phun được bố trí bằng với số xi lanh của động cơ Các kim phun được bố trí trên đường ống nạp, bên cạnh xú pap nạp
Hệ thống đánh lửa sớm điện tử (ESA )
- Thời điểm đánh lửa được xác định bởi ECM dựa trên tín hiệu từ các cảm biến khác nhau ECM điều chỉnh thời điểm đánh lửa để đáp ứng với tiếng gõ của động cơ
- Hệ thống này chọn thời điểm đánh lửa tối ưu theo tín hiệu nhận được từ các cảm biến và gửi tín hiệu đánh lửa (IGT) đến bộ phận đánh lửa
Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh Điều khiển tối ưu độ mở của bướm ga phù hợp với lực đạp chân ga của tài xế, cũng như tình trạng của động cơ
Hệ thống phối khí thông minh ( VVT-i) Điều chỉnh hoạt động của trục cam nạp và xả để đảm bảo thời gian đóng mở các xupap phù hợp với điều kiện động cơ
Hệ thống thay đổi chiều dài hiệu dụng đường ống nạp
Các đường dẫn khí nạp được điều chỉnh dựa trên tốc độ động cơ và góc mở bướm ga để mang lại hiệu suất cao trong mọi dải tốc độ động cơ Điều khiển bơm nhiên liệu
Tốc độ bơm nhiên liệu được điều khiển bởi rơle bơm nhiên liệu và điện trở bơm nhiên liệu Điều khiển điều hòa Bằng cách bật hoặc tắt cụm máy nén điều hòa không khí phù hợp với tình trạng động cơ, khả năng vận hành được duy trì Điều khiển cảm biến
A/F và cảm biến Oxy có sấy
Duy trì nhiệt độ của cảm A/F hoặc cảm biến oxy ở mức thích hợp để tăng độ chính xác phát hiện nồng độ oxy trong khí thải
Hệ thống tự động ngắt động cơ Brake
Mô-men xoắn truyền động bị hạn chế khi nhấn cả bàn đạp ga và bàn đạp phanh
Bảng 6 1 Các hệ thống chính trong bộ chấp hành
Hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa điện tử trên ô tô không hoạt động độc lập mà phối hợp với nhiều hệ thống khác trên động cơ ô tô như hệ thống nhiên liệu, khí thải, hệ thống làm mát trên ô tô Mọi quá trình diễn ra tại các hệ thống này đều được điều khiển bởi một ECU (đơn vị điều khiển điện tử) Trong đó, nhiệm vụ chính của hệ thống đánh lửa là đốt cháy nhiên liệu và kiểm soát thời điểm đánh lửa sao cho chuẩn xác nhất
6.2.1 Các chi tiết trong hệ thống đánh lửa
Hình 6 1 Các bộ phận trong hệ thống đánh lửa
Bô bin (bobine) là một bộ phận trong hệ thống đánh lửa của ô tô có chức năng sinh ra các dòng điện cao áp giúp bugi phóng tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong buồng đốt của động cơ Quá trình đốt cháy này sẽ tạo ra áp suất đẩy làm dịch chuyển piston và truyền lực cho trục khuỷu để sinh công
6.2.3 Cấu tạo của Bô bin đánh lửa
Bô bin đánh lửa được cấu tạo từ 3 bộ phận chính:
- Lõi sắt: nằm giữa bôbin và được chèn chặt trong ống carton cách điện
- Cuộn dây sơ cấp: quấn quanh lõi sắt, đầu dây cuộn sơ cấp được nối với ắc quy và IC đánh lửa
- Cuộn dây thứ cấp: cũng được quấn quanh lõi sắt nhưng với số lượng nhiều hơn cuộn sơ cấp gấp 100 lần, đầu dây cuộn thứ cấp được nối với ắc quy và bugi
Hình 6 2 Cấu tạo của bô bin đánh lửa
6.2.4 Nguyên lý hoạt động của Bô bin đánh lửa
Hình 6 3 Nguyên lý hoạt động của bô bin
Bô bin được thiết kế để hoạt động như một biến áp, có nhiệm vụ sinh ra cao áp để tạo tia lửa
ECU cho ra tín hiệu điều khiển thời điểm đánh lửa IGT dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến Tín hiệu IGT phát ra trước điểm chết trên ở quá trình nén có dạng xung vuông Với động cơ 6 xilanh này trong một chu kỳ làm việc của động cơ ECU cung cấp 6 tín hiệu IGT, xung này cách xung kia 1 góc 120 độ tính theo góc quay trục khuỷu
Tín hiệu IGT được cung cấp đến IC đánh lửa, IC sẽ điều khiển dòng điện đi qua cuộn sơ cấp của bô bin bằng cách cho transistor ON Khi xung tín hiệu IGT mất, IC điều khiển transistor OFF dòng điện qua cuộn sơ cấp của bô bin, làm xuất hiện trong cuộn thứ cấp một sức điện động có điện áp cao khoảng 30kV được cung cấp tới bugi để đánh lửa Khi dòng điện đi qua cuộn sơ cấp bô bin bị ngắt, trong bản thân cuộn sơ cấp tự cảm ứng một sức điện động có thể lên tới 500 vôn Điện áp này sẽ được bộ tạo tín hiệu IGF xác nhận, qua đó tín hiệu IGF được gửi về ECU ở dạng xung vuông Nếu không có tín hiệu IGF thì cũng có nghĩa là hệ thống đánh lửa không hoạt động, do vậy ECU sẽ ghi nhận mã lỗi và ngắt mạch điều khiển các kim phun để tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường
6.2.5 Bugi Động cơ 1GR-FE sử dụng loại bugi K20HR-U11 của hãng DENSO
Bugi là một bộ phận quan trọng trong hệ thống đánh lửa, nó có chức năng tạo ra tia lửa điện giữa điện cực trung tâm ( điện cực dương) và điện cực nối mass ( điện cực âm) giúp đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong buồng đốt
Bugi có chức năng cách ly điện áp cao để tia lửa xuất hiện theo đúng vị trí giữa các điện cực Ngoài ra, nó phải chịu được mọi tình trạng khắc nghiệt trong buồng đốt như nhiệt độ và áp suất cao Bugi phải được thiết kế sao cho các bụi than không bám được lên các bề mặt của điện cực trong khi làm việc
Bugi sử dụng loại sứ cách điện để làm vỏ cách điện, bộ phận này đảm bảo không làm rò rỉ điện áp cao, truyền nhiệt tốt và chịu được nhiệt độ cao Ngoài ra, chất sứ này còn có công dụng không để các bụi than bám vào trong quá trình sử dụng
− Dùng đồng hồ đo để đo giá trị điện trở của bugi
− Đo phần đầu và cuối của bugi
Giá trị điện trở tiêu chuẩn: từ 10 MΩ trở lên
• Kiểm tra khe hở điện cực bugi
− Khoảng cách khe hở điện cực tối đa cho bugi đã sử dụng: 1.3 mm
− Khoảng cách khe hở điện cực tối đa cho bugi mới: 1.0-1.1 mm
Nếu khoảng cách khe hở lớn hơn mức tối đa, hãy thay thế bugi
6.2.7 Nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa
Khi động cơ hoạt động, ECM nhận các tín hiệu từ các cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí bàn đạp ga, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến nhiệt độ khí nạp , thông qua các tín hiệu này ECM xác định được vị trí Piston di chuyển trong xi lanh, lượng gió nạp vào động cơ, tình trạng tải trọng của động cơ, từ đó nó tính toán được thời điểm đánh lửa cần thiết
Khi đã tính toán được thời điểm đánh lửa ở các xi lanh, thì ECM sẽ gửi tín hiệu đánh lửa đến các IC đánh lửa qua các dây dẫn IGT1, IGT2, IGT3 IGTn
Khi nhận được tín hiệu đánh lửa từ ECM, lúc này IC đánh lửa tiến hành cho nối thông chân cuộn dây của Bô bin và mát Lúc này trong cuộn dây sơ cấp xuất hiện dòng điện sơ cấp chạy qua làm xuất hiện từ trường xung quanh cuộn dây Từ trường này từ hóa lõi thép làm cho lõi thép trở thành một nam châm điện, từ thông của nam châm điện này móc vòng qua cả cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp
Sau một đơn vị thời gian rất ngắn thì ECM sẽ ngắt tín hiệu điều khiển đánh lửa tới IC đánh lửa Do vậy, IC ngắt không cho dòng điện từ cuộn sơ cấp về mát làm cho từ trường của cuộn sơ cấp mất đột ngột, dẫn đến từ thông của lõi thép giảm đột ngột, gây ra sự biến đổi từ thông qua cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp Sự biến đổi này làm cho cuộn dây thứ cấp xuất hiện một suất điện động cao áp, suất điện động này khoảng 30 KV, dòng điện này được phóng qua khe hở của bugi tạo ra tia lửa điện đốt cháy hỗn hợp hòa khí
Hình 6 6 Nguyên lý hoạt động hệ thống đánh lửa
6.2.8 Kiểm tra hệ thống đánh lửa
Kiểm tra tia lửa điện cao áp cung cấp từ mỗi bô bin
- Nếu ở tất cả các bô bin đều không có tia lửa điện : Kiểm tra điện nguồn cung cấp cho ECU, điện nguồn cung cấp cho bô bin, tín hiệu G và Ne, cần thiết thây mới ECU
- Nếu chỉ mất ở một bô bin, giả sử bô bin số 1 thì vùng hư hỏng phải kiểm tra bao gồm: bô bin, bugi, tín hiệu IGT, và đường dây
- Kiểm tra tình trạng bugi cần thiết thay mới
+ Tháo giắc gim điện đến bô bin số 1 và bô bin số 2
+ Gim giắc cắm của bô bin số 2 vào bô bin số 1 Khởi động và kiểm tra tia lửa ở bô bin số 1 Nếu không có tia lửa, thay mới bô bin
Dùng thiết bị kiểm tra xung IGT 1 tại IC và khởi động động cơ
- Nếu không có tín hiệu IGT 1, kiểm tra tín hiệu IGT 1 tại ECU Nếu có thì kiểm tra đường dây từ ECU tới IC Kiểm tra tại ECU mà không có tín hiệu IGT 1 thì thay mới ECU
73 6.2.9 Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa
Hình 6 7 Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa
Hệ thống phối khí thông minh VVT-i
Hệ thống điều chỉnh thời gian van biến thiên thông minh (VVT-i) được thiết kế để điều khiển trục cam nạp trong phạm vi 50° (góc trục khuỷu) nhằm cung cấp khả năng điều chỉnh thời gian van phù hợp tối ưu với các điều kiện vận hành của động cơ Điều này cải thiện mô-men xoắn ở tất cả các dải tốc độ cũng như tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải
Hình 6 8 Các bộ phận trong hệ thống VVT-i
6.3.1 Cấu tạo của hệ thống phối khí thông minh VVT-i
Bộ chấp hành của hệ thống VVT-i gồm bộ điều khiển VVT-i có chức năng xoay trục cam nạp, áp suất dầu tạo lực xoay cho bộ điều khiển , van điều khiển dầu phối phí trục cam được dùng để điều khiển đường di chuyển của dầu
Các bộ phận của hệ thống gồm: Bộ xử lý trung tâm ECM; bơm và đường dẫn dầu; bộ điều khiển phối khí (VVT) với các van điện; các cảm biến: VVT, vị trí bướm ga, vị trí bàn đạp ga, vị trí trục khuỷu, vị trí trục cam, nhiệt độ nước
Bộ điều khiển VVT-i gồm một vỏ được dẫn động bởi xích cam và các cánh gạt lắp cố định với trục cam nạp, áp suất dầu từ phía làm trục cam xoay sớm hay trễ sẽ làm xoay các cánh gạt của bộ điều khiển VVT-i để thay đổi liên lục thời điểm mở sớm và đóng trễ của
76 trục cam nạp Khi động cơ dừng, trục cam nạp được xoay về phía thời điểm mở trễ nhất để đảm bảo khả năng khởi động Khi khởi động, nếu áp suất dầu không được cung cấp đến bộ điều khiển VVT-i chốt hãm sẽ khóa các cơ cấu hoạt động của bộ điều khiển VVT-i để tránh va đập
Hình 6 9 Cấu tạo bộ điều khiển VVT-i
6.3.3 Van điều khiển dầu phối khí trục cam
Van điều khiển dầu phối khí trục cam hoạt động theo sự điều khiển ( tỷ lệ hiệu dụng ) từ ECU động cơ để điều khiển vị trí của van ống và phân phối áp suất dầu cấp đến bộ điều khiển VVT-i để phía làm sớm hay làm muộn Khi động cơ ngừng hoạt động, thời điểm phối khí xupap nạp được giữ ở góc muộn tối đa
Hình 6 10 Van điều khiển dầu phối khí trục cam
6.3.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống VVT-i
ECU động cơ điều khiển van dầu phối khí trục cam phân phối dầu đến bộ điều khiển VVT-i, bộ điều khiển VVT-i xoay trục cam nạp tương ứng với vị trí nơi đặt áp suất dầu vào, làm sớm, làm muộn hay duy trì thời điểm phối khí
ECU tính toán thời điểm đóng mở tối ưu của xupap dưới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độ động cơ, vị trí của bướm ga, lưu lượng khí nạp và nhiệt độ nước làm mát để điều khiển van dầu phối khí trục cam Ngoài ra, ECU động cơ sử dụng các tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu và vị trí trục cam để tính toán thời điểm phối khí thực tế và thực hiện điều khiển để đạt được thời điểm phối khí chuẩn
Hệ thống VVT-i có 3 chế độ hoạt động tùy theo tình trạng vận hành của động cơ
• Điều khiển sớm: Khi ECU điều khiển mở sớm thì van điều khiển dầu phối khí trục cam ở vị trí như hình dưới Áp suất dầu được cung cấp từ van dầu phối khí đến bộ điều khiển VVT-i, tác động lên khoang cánh gạt về phía làm sớm thời điểm phối khí để quay trục cam nạp về phía điều khiển xupap mở sớm
Hình 6 11 Chế độ làm sớm thời điểm phối khí
• Điều khiển trễ: khi ECU điều khiển van ở vị trí mở trễ, vị trí van dầu như hình dưới Trường hợp này mạch dầu di chuyển ngược lại, dầu từ van tác dụng lên khoang cánh gạt về phía trễ làm trục cam nạp xoay theo để điều khiển thời điểm mở trễ của các xupap nạp
Hình 6 12 Chế độ làm muộn thời điểm phối khí
• Giữ cố định: Khi ECU xác định được được thời điểm mở sớm của cam nạp là tối ưu nhất, nó sẽ điều khiển van dầu phối khí khóa dầu cung cấp đến bộ điều khiển VVT- i, để giữ thời điểm phối khí hiện tại
Hình 6 13 Chế độ giữ nguyên vị trí
Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh ETCS-i
6.4.1 Giới thiệu về hệ thống ETCS-i
ETCS-I là hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh (Electronic Throttle
Control System – Intelligent) Ra đời với mục đích điều khiển bướm ga một cách khoa học và chính xác hơn để tối ưu hơn về tiết kiệm năng lượng, tối ưu hóa hiệu suất và tăng hiệu quả làm việc của xe
Hình 6 14 Hệ thống ETCS-i Ở các động cơ kiểu cũ bướm ga được điều khiển trực tiếp bằng dây cáp nối từ bàn đạp ga đến bướm ga Trong hệ thống này, dây cáp được loại bỏ, và bướm ga được điều khiển bằng ECU thông qua mô tơ để điều khiển góc mở của bướm ga sao cho tối ưu nhất với mức độ đạp bàn đạp ga của tài xế Ngoài ra, góc mở của bàn đạp ga được xác định bằng cảm biến vị trí bàn đạp ga và góc mở của bướm ga được quyết định bởi cảm biến vị trí bướm ga, ECU động cơ và cổ họng gió
6.4.2 Công dụng của hệ thống ETCS-i
• Hệ thống kiểm soát bướm ga điện tử-thông minh (ETCS-i) được sử dụng nhằm tăng khả năng kiểm soát bướm ga chính xác trong tất cả các phạm vi vận hành Một cảm biến vị trí bàn đạp ga đã được trang bị trên bàn đạp ga
• Sử dụng ECM để tính toán độ mở bướm ga phù hợp với các điều kiện lái xe tương ứng và sử dụng motor điều khiển bướm ga để điều khiển độ mở
• Điều khiển hệ thống Kiểm soát tốc độ không tải (ISC)
• Nếu xảy ra tình trạng bất thường, hệ thống sẽ lập tức chuyển qua chế độ LIMP MODE (một tính năng an toàn để bảo vệ động cơ và hộp số không hư hại thêm) 6.4.3 Cấu tạo và hoạt động của cổ họng gió
Hình 6 15 Cấu tạo cổ họng gió
Như hình trên, cổ họng gió gồm bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga có chức năng phát hiện góc mở của bướm ga, mô tơ bướm ga được sử dụng để mở và đóng bướm ga và một lò xo hồi để trả bướm ga về vị trí cố định Mô tơ là một mô tơ điện 1 chiều có độ nhạy rất cao và rất ít tốn năng lượng
ECU động cơ điều khiển độ lớn và chiều của dòng điện chạy đến mô tơ điều khiển bướm ga để điều khiển mở và đóng bướm ga qua các bộ bánh răng giảm tốc Góc mở bướm ga thực tế được xác định bằng một cảm biến vị trí bướm ga và giá trị đó được gửi về cho ECU động cơ
Khi có dòng điện chạy qua mô tơ, qua cơ cấu truyền động làm bướm ga mở, khi không có dòng điện chạy qua mô tơ lò xo hồi vị bướm ga giữ bướm ga ở một góc cố định khoảng
7 độ Ở tốc độ cầm chừng mô tơ điều khiển bướm ga đóng nhỏ hơn so với vị trí cố định
Nếu ECU phát hiện hư hỏng trong hệ thống, đèn Check sẽ bật sáng, ECU ngắt dòng điện đến mô tơ, lò xo hồi vị kéo bướm ga về vị trí cố định khoảng 7 độ ECU cũng sẽ ngắt dòng điện đến mô tơ khi dòng điện cung cấp quá mức hoặc cung cấp không đủ cho mô tơ 6.4.4 Các chế độ điều khiển
ETCS-i điều khiển góc mở của bướm ga đến giá trị tối ưu nhất tùy theo mức độ nhấn của bàn đạp ga
6.4.4.1 Điều khiển ở chế độ bình thường, chế độ đi đường tuyết và chế độ công suất cao Ở tình trạng hoạt động bình thường, động cơ sử dụng chế độ bình thường Nhưng có thể chuyển sang chế độ công suất hay chế độ đường tuyết bằng cách điều khiển công tắc
− Điều khiển chế độ thường: Đây là chế độ điều khiển cơ bản để duy trì sự cân bằng giữa việc dễ vận hành và chuyển động êm ái của xe
− Chế độ công suất: Bướm ga mở lớn hơn so với chế độ bình thường Do đó, chế độ này mang lại cảm giác động cơ đáp ứng nhanh với thao tác đạp ga và xe vận hành mạnh mẽ hơn (chế độ này chỉ có ở một số kiểu xe)
− Chế độ đường tuyết hoặc trơn trượt: Chế độ này làm góc mở bướm ga nhỏ hơn so với chế độ bình thường để tránh trượt khi điều khiển xe trên tình trạng đường trơn trượt
Hình 6 16 Đường đặc tuyến của các chế độ
6.4.4.2 Điều khiển momen truyền lực chủ động
Chế độ này điều chỉnh góc mở bướm ga nhỏ hay lớn hơn so với góc đạp của bàn đạp ga để duy trì việc tăng tốc một cách êm ái
Hình minh họa cho thấy khi bàn đạp ga được giữ ở một vị trí đạp nhất định Đối với những dòng xe không trang bị hệ thống điều khiển momen truyền lực chủ động, thì bướm ga được mở ra gần như đồng bộ với góc mở của bàn đạp ga Như vậy trong một khoảng thời gian rất ngắn, tạo ra gia tốc dọc xe G tăng một cách đột ngột và sau đó giảm dần Còn với dòng xe có hệ thống điều khiển momen truyền lực chủ động, bướm ga được mở dần ra sao cho gia tốc dọc xe G tăng dần trong một khoảng thời gian lâu hơn để đảm bảo tăng tốc êm ái hơn chứ xe không bị vọt
Hình 6 17 Điều khiển momen truyền lực chủ động
− Điều khiển tốc độ cầm chừng: Mô tơ điều khiển tốc độ cầm chừng duy trì lý tưởng nhất
Hệ thống điều khiển hành trình Cruise Control
Nguyên lý hoạt động của hệ thống Cruise Control rất đơn giản, tài xế chỉ cần nhấn nút kích hoạt hệ thống được bố trí trên vô lăng Lúc này, ECU sẽ nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe gửi về, ECU sẽ tính toán để hiệu chỉnh góc mở bướm ga Tài xế có thể quan sát tín hiệu đèn báo Cruise Control hiển thị trên bảng đồng hồ để biết hệ thống đã hoạt động hay chưa Khi hệ thống Cruise Control đã hoạt động tài xế có thể hoàn toàn buông chân ga và điều khiển tốc độ xe bằng nút tăng giảm được bố trí trên vô lăng
Hình 6 19 Các nút của hệ thống Cruise Control
6.5.1 Chức năng vai trò của hệ thống Cruise Control
Hệ thống Cruise Control có vai trò rất quan trọng trên xe, nó giúp người lái giảm bớt mệt mỏi, căng thẳng khi lái xe trong một khoảng thời gian dài trên đường cao tốc Ngoài ra, hệ thống giúp tiết kiệm nhiên liệu đáng kể khi khởi động hệ thống, ECU sẽ tính toán lượng nhiên liệu phù hợp nhất để vận hành xe với tốc độ đã cài đặt Hệ thống còn giúp tài xế tránh việc điều khiển xe quá tốc độ quy định vì xe đã được cài đặt chạy với tốc độ phù hợp 6.5.2 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống Cruise Control
Hệ thống Cruise Control được trang bị trên nhiều dòng xe hiện nay Có người cho rằng chúng là một hệ thống hữu ích, nhưng cũng có người không đánh giá cao tiện nghi này Chung quy lại là bởi vì hệ thống Cruise Control có những ưu điểm và nhược điểm nhất định
• Hệ thống Cruise Control giúp người lái giảm sự mệt mỏi khi điều khiển xe trên đường dài
• Tiết kiệm nhiên liệu đáng kể cho xe
• Tránh được lỗi vi phạm tốc độ
• Xe dễ bị trượt trên đường trơn vì không có sự điều khiển chủ động từ tài xế
• Chỉ phù hợp trên đường cao tốc, ít xe cộ
• Không phù hợp cho những người lái có ít khả năng ứng biến trong các tình huống bất chợt vì dễ gây ra tai nạn
• Không bao gồm nút cảnh báo nguy hiểm
6.5.3 Cách sử dụng hệ thống Cruise Control
Vì hệ thống không được quan tâm nhiều nên nhiều người chưa biết cách sử dụng hệ thống Cruise Control Nút khởi động hệ thống Cruise Control được bố trí trên nhiều vị trí khác nhau phụ thuộc vào từng dòng xe Bạn có thể tìm thấy chúng ở trên vô lăng, sau vô lăng hay bảng táp lô…
Khi đã tìm được vị trí khởi động Cruise Control bạn sẽ thấy những ký hiệu ON, OFF, SET+, SET-, RES, Cancel… tương ứng với chức năng mở, tắt, tăng, giảm, bắt đầu lại, hủy bỏ… Những nút này cũng sẽ được thiết kế tùy các dòng xe chứ không phải xe nào cũng giống nhau
Nút SET dùng để cài đặt tốc độ theo yêu cầu của tài xế và điều kiện giao thông SET+ là tăng tốc độ, SET- là giảm tốc độ Cancel là hủy bỏ hệ thống Cruise Control, tuy nhiên bạn cũng có thể hủy tính năng này bằng cách đạp chân phanh
6.5.4 Những lưu ý khi sử dụng hệ thống Cruise Control
Hệ thống điều khiển hành trình Cruise Control rất có lợi cho người lái nhưng không phải lúc nào chúng cũng mang tới hiệu quả như mong muốn Dưới đây là những lưu ý khi sử dụng hệ thống Cruise Control
• Không sử dụng hệ thống Cruise Control tại những đoạn đường có mật độ giao thông cao
• Không sử dụng hệ thống Cruise Control tại những con đường nhiều chướng ngại vật như bùn đất, hư hỏng…
• Không sử dụng hệ thống Cruise Control khi chưa có nhiều kinh nghiệm lái xe và xử lý va chạm
• Khi sử dụng hệ thống Cruise Control phải để chân hờ trên bàn đạp phanh
• Khi sử dụng hệ thống Cruise Control phải có sự tập trung cao độ đến những phương tiện giao thông xung quanh