TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Xã hội hiện nay từng bước có phát triển vượt bậc, đặc biệt trong thời đại bùng nổ công nghệ số 4.0 đòi hỏi hơn nữa sự tiến bộ về khoa học kỹ thuật để góp phần cải tiến chất lượng cuộc sống xã hội Trong đó, ngành ô tô cũng trong xu hướng phát triển này, chính vì vậy cần ra sức nghiên cứu, đổi mới không ngừng để phục vụ nhu cầu con người. Ở nước ta, dù là một quốc gian đang phát triển, tuy nhiên ngành công nghiệp ô tô đang có sự phát triển vượt bậc về cả chất và lượng Do đó, việc có một đội ngũ nhân sự có kiến thức và trình độ kỹ thuật có chuyên môn cao để làm việc trong ngành công nghiệp này là điều cần thiết.
Việc nghiên cứu các ô tô mới là một đề tài quan trọng cho sinh viên học ngành ô tô.
Vì vậy, nhóm đã chọn thực hiện đề tài "Hệ thống điều khiển động cơ 2AR-FE trênToyota Camry 2021" để tìm hiểu kỹ hơn cấu tạo và nguyên lý hoạt động cũng như áp dụng kiến thức vào công việc tương lai của mình.
Mục tiêu đề tài
Để hỗ trợ người học tổng hợp kiến thức đã có được trong quá trình học tập và nghiên cứu, báo cáo đồ án này sẽ trình bày về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách thức kiểm tra các sự cố liên quan đến hệ thống điều khiển động cơ (hệ thống các cảm biến, hệ thống đánh lửa và hệ thống nhiên liệu) Bên cạnh đó, đồ án này còn cung cấp kiến thức về các công nghệ đang được áp dụng trên ô tô hiện đại, là thông tin thực tiễn cần thiết cho kỹ sư cơ khí động lực.
Giới hạn đề tài
Đề tài tập trung vào nghiên cứu hệ thống điều khiển động cơ, không xem xét phần điện thân xe Đề tài thực hiện được giới hạn trong các nội dung: Khái quát động cơ 2AR-
FE sử dụng trên mẫu xe Camry 2021, các cảm biến có trên động cơ, hệ thống nhiên liệu và hệ thống đánh lửa Bên cạnh đó, nhóm cũng trình bày cách thức kiểm tra các lỗi trên các cảm biến và hệ thống phung xăng, đánh lửa của động cơ 2AR-FE.
Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện đề tài, nhóm đã áp dụng các phương pháp nghiên cứu:
1 Tìm kiếm và tham khảo thông tin trong sách vở, giáo trình.
2 Tiến hành tra cứ thông tin trên Internet Sau đó, so sánh và chọn lọc những thông tin hữu ích và có độ tin cậy.
3 Tham khảo kiến thức chuyên môn từ các chuyên gia và giảng viên ở bộ môn Động cơ trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM.
4 Nhóm đưa ra các nhận xét, kết luận riêng từ việc phân tích và tổng hợp tài liệu từ kinh nghiệm thực tập doanh nghiệp, các môn và báo cáo chuyên đề cũng như kiến thức đã học ở trường và sự hướng dẫn của giảng viên.
KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 2AR-FE TRÊN TOYOTA CAMRY 2021
Giới thiệu Toyota Camry 2.5Q
Trong suốt hơn 30 được sản xuất và phát triển, dòng xe Toyota Camry luôn giữ vị trí dẫn đầu trong phân khúc Sedan nhờ vào các tính năng nổi bật, thiết kế nội ngoại thất tinh tế, sắc sảo và độ bền cao Đến năm 2013, Toyota ra mắt hai phiên bản xe Camry hoàn toàn mới là 2.5Q và 2.0G, được định giá trong phân khúc xe sang tại thị trường Việt Nam Điều này đánh dấu cột mốc thế hệ thứ 7 của dòng xe Camry này.
Camry 2.5Q 2021 mang một phong cách trẻ trung với các đường nét sắc cạnh, tạo sự ấn tượng mạnh mẽ Phần trước xe được thiết kế rộng rãi hơn, có lưới tản nhiệt crom và đèn sương mù LED Nhờ những chi tiết này, Camry 2.5Q 2021 tạo ra một không gian mở rộng và cảm giác vững chắc Thiết kế xe tích hợp các yếu tố khí động học để giảm sức cản (hệ số cản gió Cd~ 0.28) và khung xe cũng được thiết kế để hấp thục chấn động, đảm bảo hiệu suất nhiên liệu cao và trải nghiệm lái an toàn.
Nội thất của chiếc xe được thiết kế tỉ mỉ và sắc sảo, tạo nên không gian tiện nghi và an toàn cho hành khách Hệ thống điều hòa không khí được trang bị cho cả ba cửa (cửa lái, cửa trước hành khách và cửa sau hành khách) Xe có 4 túi khí (2 túi khí phía sau hành khách và 2 túi khí phía trước), thậm chí còn còn có túi khí đầu gối cho người lái Xe cũng được trang bị nút khởi động và hệ thống khóa thông minh Để đảm bảo ổn định khi vào cua, hệ thống VSC tự động điều chỉnh công suất động cơ và các bánh phanh tự động. Toyota Camry 2.5Q là một chiếc xe công nghệ tiên tiến hoàn chỉnh của Toyota, giúp tăng cường hiệu suất đốt cháy nhiên liệu và giảm tiêu thụ lên đến 30% so với phiên bản trước đó Với thiết kế đẹp, hiện đại và thể thao, Toyota Camry 2.5Q có động cơ mang lại hiệu suất vượt trội, khả năng vận hành ổn định, mang lại sự tiện nghi và thoải mái tối đa cho chủ sở hữu Toyota Camry 2.5Q 2021 sử dụng động cơ 2AR-FE có nhiều ưu điểm hơn so với các dòng động cơ đời cũ.
Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ 2AR-FE
ECU động cơ được thiết kế để kiểm soát các chức năng cơ bản của động cơ như EFI,ESA, ISC, ETCS-i, VVT-i, Mục tiêu là để đạt được hiệu suất tối đa từ động cơ và cung cấp khả năng chẩn đoán sự cố hữu ích trong việc sửa chữa Hệ thống sẽ kích hoạt các chức an toàn khi gặp các vấn đề với các hệ thống điều khiển này Ngoài ra, ECU động cơ cũng điều khiển các hệ thống khác trên xe để đảm bảo hoạt động hiệu quả như điều khiển cắt số truyền tăng, kiểm soát nhiên liệu, túi khí, phân phối khí nạp và điều khiển đánh lửa.
Hình 2 1: Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ 2AR-FE
2.2.2 Vai trò của hệ thống điều khiển động cơ
Trong giai đoạn công nghệ có sự phát triển đáng kể trong xã hội ngày nay, những công nghệ mới đã điều kiện cho việc thúc đẩy và phát triển các hệ thống tự động điều khiển trên ô tô, tối ưu hóa hiệu suất động cơ Nhờ đó, những vấn đề quan trọng liên quan đến việc lập trình điều khiển trên động cơ 2AR-FE như công suất, cắt giảm nhiên liệu tiêu thụ và khí thải đã được giải quyết.
Hình 2 2: Sơ đồ cấu trúc điều khiển
HỆ THỐNG CÁC CẢM BIẾN
Cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF)
Cấu trúc của cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF) được đơn giản hóa nhỏ gọn và nhẹ Cảm biến loại dây nóng trên 2AR-FE được cấu tạo từ một nhiệt điện trở (Thermistor) và dây nhiệt bằng bạch kim được bố trí trên đường ống dẫn không khí đi vào động cơ Do không có cơ cấu phức tạp, cảm biến MAF có độ bền cơ học cao Vị trí của cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF) nằm trên trên đường ống nạp, phía sau bộ lọc không khí và phía trước bướm ga.
Hình 3 2: Bộ đo gió kiểu dây nhiệt
Dòng điện đi qua dây sấy (bộ sấy) sẽ sinh ra nhiệt năng làm cho dây sấy nóng lên. Khi không khí đi qua, nhiệt độ của dây sấy sẽ giảm dần theo tỷ lệ với lượng không khí được cung cấp Dòng điện đi vào được hiệu chỉnh để đảm bảo nhiệt độ dây sấy được ổn định Qua việc đo dòng điện rồi chuyển đổi thành điện áp truyền đến ECU thông qua cực
VG, cảm biến sẽ xác định được khối lượng không khí nạp.
Hình 3 3: Sơ đồ mạch điện cảm biến MAF
Hình 3 4: Hoạt động và chức năng bộ đo gió kiểu dây nhiệt
Khi không khí làm lạnh dây nhiệt, điện trở của dây sẽ giảm theo, khiến cho điện áp tại điểm B cũng giảm Điều này kích hoạt bộ khuếch đại, transistor mở làm tăng dòng điện qua dậy sấy Kết quả, điện trở của dây sấy tăng lên cho đến khi điện thế tại điểm A được điều chỉnh để bằng điện thế tại điểm B.
Tận dụng những thuộc tính đặc biệt của mạch cầu này, cảm biến MAF có thể đo trực tiếp khối lượng khí nạp thông qua việc xác định điện áp tại điểm B.
Nhiệt độ của dây nhiệt sẽ tăng tương ứng với độ tăng nhiệt độ của không khí nạp, do đó cảm biến sử dụng một nhiệt điện trở trên nhánh khác của mạch cầu Điều này loại bỏ nhu cầu phải sử dụng cảm biến nhiệt độ khí nạp để điều chỉnh lưu lượng phun Ở độ cao lớn, mật độ không khí giảm nên khả năng làm mát cũng giảm Vì vậy, không cần điều chỉnh lượng phun dựa trên độ cao của xe.
3.1.3 Vấn đề thường gặp ở cảm biến lưu lượng không khí nạp
- Dây nhiệt được làm bằng platinum rất mỏng nên dễ bị đứt.
- Tiếp xúc kém giữa các chân giắc do bị bám bẩn.
- Bị đứt các dây tín hiệu.
Những triệu chứng hư hỏng thường gặp trên cảm biên MAF bao gồm:
- Nhiên liệu được đốt cháy không sạch khi khởi động.
- Tốc độ không tải không ổn định, động cơ bị rung giật khi xe ở chế độ cầm chừng.
- Động cơ giảm công suất.
3.1.4 Cách kiểm tra cảm biến
Hình 3 5: Giắc cảm biến lưu lượng khí nạp
- Bộ đo gió dây nhiệt có 5 cực do cảm biến nhiệt độ không khí nạp được tích hợp vào bộ đo gió:
Chân 1 (THA): Tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp
Chân 2 (E2): Mass cảm biến nhiệt độ khí nạp
Chân 3 (+B): Nguồn 12V từ relay đến cung cấp cho bộ đo gió
Chân 4 (E2G): Mass bộ đo gió
Chân 5 (VG): Tín hiệu bộ đo gió dây nhiệt
- Quy trình kiểm tra mạch nguồn cung cấp cho bộ đo gió:
Bước 1: Bật công tắc máy “ON”.
Bước 2: Tháo giắc cắm đến bộ đo gió.
Bước 3: Dùng đồng hồ VOM đo điện áp cực +B với mass: điện áp chuẩn là 12V. Bước 4: Chuyển công tắc về vị trí “OFF”.
Bước 5: Kiểm tra thông mạch giữa cực E2G và mass thân xe. Để kiểm tra tín hiệu đầu ra, ta cấp nguồn cho cảm biến, có thể dùng cách thổi qua nó và đo điện áp được phát ra (từ 1-5V), hoặc thông qua việc kích hoạt động cơ, lên ga và đo điện áp tín hiệu tăng lên Khi động cơ không hoạt động, điện áp đầu ra ước tính của cảm biến là khoảng 1V.
Dây nhiệt điện trở bị bám bụi bẩn sau một thời gian hoạt động Do đó, vệ sinh bằng cách xịt chất tẩy rửa (nếu không có có thể sử dụng tạm RP7), không nên lấy vòi xịt hơi mạnh xịt vào cảm biến vì có thể làm đứt dây nhiệt điện trở.
Cảm biến vị trí trục khuỷu
Hình 3 6: Vị trí cảm biến trục khuỷu
Cảm biến vị trí trục khuỷu sử dụng trên Camry 2.5Q 2021 là kiểu cuộn dây Roto của trục khuỷu bao gồm 34 răng và răng đôi Cảm biến vị trí trục khuỷu xuất ra chuyển động quay của trục khủy sau mỗi 10 o , và răng đôi được sử dụng để xác định điểm chết trên (TDC) của piston.
Hình 3 7: Cấu tạo cảm biến trục khuỷu loại cuộn dây
Khi trục khuỷu quay, khe hở giữa các răng trên roto và cuộn dây nhận tín hiệu sẽ thay đổi Việc thay đổi này tạo ra sự thay đổi về điện áp trong cuộn nhận tín hiệu, từ đó tạo ra tín hiệu NE gửi về ECU.
Khi các răng nhô ra của roto quay gần cảm biến, sẽ tạo ra một xung Mỗi xung được cảm biến nhận biểu thị góc quay hiện tại của trục khuỷu.
Hình 3 8: Sơ đồ mạch cảm biến vị trí trục khuỷu
Rotor được thiết kế để tạo ra một chuỗi xung với khoảng cách 10 o giữa mỗi xung.Rotor này có 34 răng và trong đó có cả răng đôi Cứ mỗi lần trục khuỷu quay một vòng đầy (360 o CA), cảm biến sẽ tạo ra tổng cộng 34 xung ECU sẽ nhận diện tốc độ quay của động cơ và góc quay của trục khuỷu từ những tín hiệu này Mặc dù sử dụng răng đôi để phát hiện góc quay của trục khuỷu, nhưng để xác định đầy đủ và chính xác TDC trong quá trình nén hay xả, ECU động cơ cần kết hợp tín hiệu NE và tín hiệu G.
3.2.3 Vấn đề thường gặp ở cảm biến vị trí trục khuỷu
- Khe hở giữ roto tạo tín hiệu và cảm biến quá lớn có thể làm động cơ không nổ được do xung yếu.
- Dây tín hiệu chạm dương, chạm mass
- Cảm biến bị lỏng giắc
- Gãy răng tạo tín hiệu
Các triệu chứng hư hỏng thường gặp trên cảm biến NE:
- Không khởi động được động cơ.
- Xe có hiện tượng tăng tốc yếu do xung tín hiệu của cảm biến bị nhiễu, không đều
3.2.4 Cách kiểm tra cảm biến
- Để kiểm tra điện trở của cảm biến, ta thực hiện các bước sau:
Bước 1: Tháo rời giắc cảm biến cẩn thận, tránh làm hỏng cảm biến.
Bước 2: Dùng Ohm kế đo điện trở giữa 2 chân của cảm biến rồi so sánh với bảng giá trị sau, điện trở đo được trong phạm vi cho phép thì cảm biến hoạt động tốt.
Bảng 3 2: Bảng giá trị điện trở cho phép Điều kiện nhiệt độ Điện trở (Ω) Động cơ còn lạnh (-10 đến 50 o C) 985 đến 1600 Động cơ nóng (50 đến 100 o C) 1265 đến 1890
- Để kiểm tra xung tín hiệu đầu ra, ta thực hiện các bước sau:
Bước 1: Nối máy chẩn đoán OBDII với cổng chẩn đoán trên xe.
Bước 2: Khởi động động cơ và thiết lập chế độ đo xung trên máy chẩn đoán OBDII rồi quan sát biên dạng xung như hình dưới đây.
Hình 3 9: Dạng sóng đầu ra của cảm biến vị trí trục khuỷu
- Kiểm tra khoảng cách giữa roto tạo tín hiệu và đầu cảm biến: sử dụng một bộ lá cỡ đặt lên khe hở giữa roto và đầu cảm biến Giá trị phù hợp cho khe hở là từ 0.2 đến 0.4mm.Thận trọng khi kiểm và và sửa chữa cơ để không làm gãy răng tạo tín hiệu trên rôto.
Cảm biến vị trí trục cam
Hình 3 10: Vị trí cảm biến trục cam Động cơ 2AR-FE trên Toyota Camry 2.5Q 2021 có hai cảm biến vị trí trục cam loại MRE (loại phần tử kháng từ) Cảm biến vị trí trục cam có cấu tạo gần giống cảm biến ở vị trí trục khuỷu, bao gồm một rôto và một cuộn dây nhận tín hiệu Cảm biến MRE được gắn lên đầu trục cam, với rôto chứa những phần lồi và phần không lồi.
Hình 3 11: Dạng sóng đầu ra của cảm biến vị trí trục cam
Roto tín hiệu được gắn trên trục cam nhằm xác định vị trí của nó Khi trục cam quay, sự thay đổi khoảng cách giữa roto tín hiệu và phần tử từ MRE sẽ tạo ra sự thay đổi trong từ trường Kết quả là điện trở của MRE sẽ biến đổi theo Cảm biến vị trí trục cam chuyển đổi dữ liệu quay của trục cam thành tín hiệu xung để ECU xác định góc quay của trục cam.
Hình 3 12: Vị trí các chân 3.3.3 Vấn đề thường gặp ở cảm biến vị trí trục cam
-Chỉnh sai khe hở giữa roto và cảm biến trục khuỷu.
- Dây tín hiệu chạm dương, chạm mass.
- Cảm biến bị lỏng giắc.
- Gãy răng tạo tín hiệu.
Các triệu chứng hư hỏng thường gặp trên cảm biến như sau:
- Đèn Check Engine sáng khi cảm biến trục cam bị hỏng.
- Xe tiêu hao nhiều nhiên liệu do ECU nhận tín hiệu sai và điều khiển kim phun không hợp lý.
- Tín hiệu phun không chính xác làm động cơ mất công suất, làm xe bị giật hay đột ngột di chuyển về phía trước), hoặc động cơ có thể không tiếp tục hoạt động.
3.3.4 Cách kiểm tra cảm biến
- Tháo rời cảm biến ra ngoài để kiểm tra hư hỏng vật lí và bụi bẩn.
- Khi bật chìa khóa “ON”, đo điện áp chân dương VC 5V, mass (G2-) 0V, tín hiệu (G2) 5V.
- Đo chân tín hiệu bằng đồng hồ đo hiển thi xung Khi động cơ hoạt động tín hiệu có biên dạng xung vuông (tín hiệu xung vuông 0V - 5V).
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (Thermal Water sensor - THW) được thiết kế dưới dạng một trụ rỗng, bên trong cảm biến là một chất bán dẫn có nhiệt điện trở âm Khi phát hiện nhiệt độ của môi chất làm mát dưới 80 o C, ECU sẽ tiến hành kiểm soát việc tăng tốc độ cầm chừng, tăng mức phun nhiên liệu vào động cơ và điều chỉnh góc thời điểm đánh lửa sớm hơn.
Hình 3 13: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát 3.4.2 Nguyên lí làm việc
Hình 3 14: Sơ đồ mạch điện, đường đặc tính của cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến sử dụng nguồn 5V được cung cấp từ ECU Đầu của cảm biến được gắn trực tiếp lên thân máy và tiếp xúc với môi chất làm mát Do có hệ số nhiệt điện trở âm nên điện trở cảm biến sẽ tăng khi nhiệt độ nước làm mát giảm và ngược lại điện trở của cảm biến sẽ giảm khi nhiệt độ tăng Những thay đổi về điện trở này sẽ tạo ra sự biến đổi điện áp ở chân THW của cảm biến giúp ECU xác định được nhiệt độ nước làm mát.
3.4.3 Vấn đề thường gặp ở cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát có thể bị hỏng, đứt dây tín hiệu, chạm mass, chạm dương…Các triệu chứng thường gặp như sau:
- Động cơ không hoạt động mà nhiệt độ được hiển thị trên bảng đồng hồ taplo là rất cao, đồng thời quạt làm mát động cơ hoạt động liên tục với tốc độ cao.
- Khi ở nhiệt độ thấp, động cơ hoạt động không ổn định, chỉ hoạt động bình thường sau khi nhiệt độ máy tăng lên.
- Xe tiêu thụ nhiên liệu nhiều hơn bình thường
- Khó khởi động xe khi động cơ nguội.
- Đèn Check Engine được bật sáng.
Kiểm tra rò rỉ nước làm mát khi lắp, thay thế cảm biến.
Khi cảm biến bị lỗi, ECU mặc định nhiệt độ nước làm mát là 80 o C để không làm ảnh hưởng tới quá trình phun nhiên liệu, tránh nhiên liệu được phun quá nhiều.
Hình 3 15: Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát Đưa đầu của cảm biến nhiệt độ nước làm mát vào một nồi nước Đun nóng nồi dùng nhiệt kế kiểm tra nhiệt độ nước thay đổi Dùng đồng hồ VOM đo điện trở và điện áp chânTHW của cảm biến (điện áp giữa 2 chân THW và chân E) để so sánh với bảng sau Nếu đun nước và thấy điện trở cảm biến không đổi thì cảm biến đã hư.
Bảng 3 3: Thông số cảm biến nhiệt độ nước làm mát của TOYOTA
Nhiệt độ ( o C) Điện trở (kΩ) Điện áp chân THW (V)
Cảm biến nhiệt độ không khí nạp
Hình 3 16: Cảm biến nhiệt độ không khí nạp được tích hợp nằm chung cảm biến MAF 3.5.1 Cấu tạo
Hình 3 17: Cảm biến nhiệt độ khí nạp
Trên động cơ, cảm biến nhiệt độ khí nạp được tích hợp trong bộ đo gió, được dùng để xác định nhiệt độ không khí nạp đi vào vào động cơ Cảm biến này sử dụng một chất bán dẫn có trị số nhiệt điện trở âm.
3.5.2 Nguyên lí làm việc Điện áp 5V từ ECU điều khiển động cơ dẫn đến cực THA để cấp nguồn cho cảm biến Điện trở của cảm biến nhiệt độ khí nạp tăng khi nhiệt độ không khí tăng, giảm khi nhiệt độ không khí giảm làm điện áp tại cưc THA cũng thay đổi theo tương ứng, ECU xác định nhiệt độ của khí nạp nhờ sự thay đổi này Khi cảm biến hỏng, ECU sẽ xác định nhiệt độ khí nạp là 20 o C để động cơ tiếp tục hoạt động và bật sáng đèn Check động cơ.
Hình 3 18: Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp 3.5.3 Vấn đề thường gặp ở cảm biến nhiệt độ khí nạp
- Lọc gió bị quá bẩn do lâu ngày không vệ sinh, hoặc đã đến kỳ sửa chữa thay thế.
- Dây điện bị ngắn mạch, đứt ; hoặc giắc liên kết bị mòn, lỏng.
- Đầu cảm biến hoàn toàn có thể bị nhiễm dầu.
- Van EGR hoạt động sai do cảm biến nhiệt độ khí nạp hỏng.
Các triệu chứng hư hỏng thường gặp ở cảm biến nhiệt độ khí nạp:
- Đèn check động cơ sáng.
- Xe rung, giật, không tăng tốc nhanh được
- Tiêu hao nguyên vật liệu cao và tăng lượng khí thải.
3.5.4 Cách kiểm tra khi sửa chữa cảm biến
- Kiểm tra điện trở cảm biến
Tháo giắc của cảm biến nhiệt độ khí nạp.
Làm nóng cảm biến bằng máy sấy tóc rồi dùng Ohm kế đo điện trở giữa cựcTHA và E2, nếu điện trở của cảm biến không thay đổi hoặc thay đổi không phù hợp với bảng bên dưới thì cảm biến đã bị lỗi và cần được thay thế.
Bảng 3 4: Giá trị điện trở cảm biến nhiệt độ khí nạp của TOYOTA
Nhiệt độ khí nạp (º C) Điện trở (KΩ)
- Kiểm tra điện áp của cảm biến, ta thực hiện các bước sau:
Bật “ON” khóa điện của xe.
Dùng Vôn kế để đo điện áp giữa hai chân THA và E2 của cảm biến rồi so sánh với bảng 3.5, giá trị điện áp trong phạm vi cho phép thì cảm biến hoạt động tốt.
Bảng 3 5: Giá trị điện áp cảm biến nhiệt độ khí nạp của TOYOTA
Nhiệt độ khí nạp ( ºC ) Điện áp ( V )
Cảm biến Oxy và cảm biến tỷ lệ nhiên liệu-không khí (A/F)
Cảm biến oxy loại cốc có cấu tạo gồm: phần tử làm bằng Zirconia (ZrO2), điện cực bạch kim, lò sấy (dùng để nung nóng nhanh cảm biến oxy khi xe chạy tốc độ cầm chừng và trạng thái tải nhẹ) Phần tử Zirconia một mặt tiếp xúc với không khí được dẫn vào từ bên ngoài, mặt còn lại tiếp xúc trực tiếp với khí xả Cảm biến oxy tạo ra tín hiệu điện áp dựa vào sự chênh lệch nồng độ ôxy trong khí xã và trong không khí.
Cảm biến tỷ lệ nhiên liệu - không khí (A/F) kiểu phẳng sử dụng nhôm, chất dẫn nhiệt và cách nhiệt vượt trội, để tích hợp một phần tử cảm biến với bộ gia nhiệt, do đó đạt được hiệu suất khởi động cao của cảm biến.
Hình 3 19: Cấu tạo cảm biến Oxy và cảm biến tỷ lệ nhiên liệu-không khí (A/F) 3.6.2 Nguyên lí hoạt động
Khi môi trường khí xả thiếu oxy, nồng độ oxy trong khí xả và không khí có sự chênh lệch lớn nên tín hiệu điện áp tạo ra cao Trong trường hợp khí xả có nhiều oxy, nồng độ oxy trong khí xả và không khí chênh lệch không lớn làm giảm đáng kể điện áp tạo ra Điện áp tạo ra tăng đáng kể khi chênh lệch nồng độ oxy càng lớn Khi hỗn hợp cháy giàu, hầu hết oxy sẽ bị tiêu hao, dẫn đến mức điện áp tạo ra cao trong khoảng từ 0.6 đến 1.0V Trái lại, khi hỗn hợp cháy nghèo có nhiều oxy trong khí xả hơn nên mức điện áp tạo ra thấp, trong khoảng từ 0.1 đến 0.4V Với tỉ lệ không khí và nhiên liệu lý tưởng, điện áp ra của cảm biến oxy vào khoảng 0.45V.
Cảm biến tỷ lệ nhiên liệu-không khí (A/F) thay đổi cường độ dòng điện theo nồng độ oxy trong khí thải ECM chuyển sự thay đổi này thành một tín hiệu điện áp, cho phép phát hiện tuyến tính tỷ lệ nhiên liệu không khí hiện tại Một số ưu điểm của cảm biến A/F bao gồm phạm vi phát hiện rộng, khả năng phát hiện nhanh chóng và hiệu chỉnh chính xác hơn so với cảm biến oxy Nhiệt độ làm việc đối với cảm biến A/F khoảng 650 o C.Điện áp đặt sẵn cho cảm biến A/F là không đổi để có thể nhận được một điện áp tỉ lệ thuận với nồng độ ôxy trong khí thải.
Hình 3 20: Sơ đồ mạch điện cảm biến Oxy và A/F
Hình 3 21: Biều đồ tỷ lệ nhiên liệu không khí Đặc điểm kỹ thuật khởi động:
Bảng 3 6: Thông số kỹ thuật cảm biến Oxy
Loại cảm biến Loại phẳng Loại cốc
Thời gian khởi động Xấp xỉ 10 giây Xấp xỉ 30 giây
3.6.3 Vấn đề thường gặp ở cảm biến oxy và A/F
- Dây điện trở sấy bị đứt.
- Đầu cảm biến bị bám muội than cần tháo ra để vệ sinh.
Các triệu chứng hư hỏng thường gặp:
- Khói xe có mùi xăng.
- Đèn Check Engine báo sáng.
3.6.4 Cách kiểm tra cảm biến Đo điện trở nung nóng của cảm biến bằng đồng hồ, giá trị điện trở phù hợp giống như bảng bên dưới:
Bảng 3 7: Điện trở nung nóng của cảm biến Oxy và A/F
A/F 2-4 Để xem thông số của cảm biến oxy loại Ziconium trong quá trình động cơ hoạt động, có thể sử dụng màn hình hiển thị sóng hoặc xem Data list trong máy chẩn đoán. Cảm biến oxy loại Ziconium có dải điện áp từ 0,1V đến 0,9V.
Không đo tín hiệu của cảm biến A/F trực tiếp bằng đồng hồ đo, do đóc ta dùng máy chẩn đoán để phân tích Data list: khi điện áp phát ra lớn hơn 3,2V, có nghĩa hỗn hợp nhiên liệu đang nghèo, điện áp tạo ra dưỡi 3,2V thì hỗn hợp đang giàu.
Kiểm tra phản ứng tín hiệu của cảm biến oxy: kết nối máy chẩn đoán OBDII với động cơ, chọn chức năng Data list (hoặc Data Analysis) để xem thông số của cảm biến Oxy trong quá trình động cơ hoạt động:
- Trường hợp 1: Giả lập nhiên liệu đang giàu (Xịt RP7 vào họng nạp) quan sát tín hiệu của cảm biến oxy trên màn hình máy chẩn đoán xem tín hiệu của cảm biến oxy phản ứng có nhanh không (điện áp có lên cao 0,9V không)?
- Trường hợp 2: Giả lập trường hợp nhiên liệu đang nghèo (Rút giắc kim phun hoặc rút ống hơi sau bướm ga) quan sát xem điện áp cảm biến có giảm xuống thấp hay không nếu giảm xuống liền thì cảm biến oxy phản ứng tốt.
Cảm biến tiếng gõ
Cảm biến tiếng gõ loại phẳng được lắp vào động cơ thông qua bulông đinh được lắp trên khối xi lanh Vì lý do này, một lỗ cho chốt đinh chạy qua tâm cảm biến.
Bên trong cảm biến, một tấm thép nằm ở phần trên và một phần tử áp điện nằm dưới thông qua chất cách điện. Điện trở phát hiện hở/ngắn mạch được tích hợp trong cảm biến.
Hình 3 22: Cấu tạo cảm biến tiếng gõ 3.7.2 Nguyên lí hoạt động
Cảm biến tiếng gõ phẳng (loại không cộng hưởng) có khả năng phát hiện rung động ở dải tần rộng hơn từ khoảng 6 kHz đến 15 kHz Tần số gõ động cơ sẽ thay đổi một chút tùy thuộc vào tốc độ động cơ Cảm biến tiếng gõ phẳng có thể nhận biết rung động ngay cả khi thay đổi tần số tiếng gõ của động cơ Do đó, khả năng phát hiện rung động được tăng lên so với cảm biến gõ thông thường và có thể kiểm soát thời điểm đánh lửa chính xác hơn.
Hình 3 23: Sơ đồ mạch điện cảm biến kích nổ
Khi có kích nổ, quán tính của rung động do va đập được truyền đến mẫu thép tác dụng lên phần tử áp điện sinh ra suất điện động ECU động cơ phát hiện được kích nổ và thực hiện giảm góc đánh lửa cho đến khi không còn hiện tượng kích nổ.
Một mạch tích hợp trong ECU luôn luôn theo dõi mức điện áp tại chân KNK1 Nếu có hở/ngắn mạch xảy ra giữa cảm biến kích nổ và ECU, điện áp tại chân KNK1 sẽ thay đổi và ECU phát hiện được có xảy ra hở/ngắn mạch và lưu vào mã chẩn đoán.
3.7.3 Vấn đề thường gặp ở cảm biến tiếng gõ
- Khi cảm biến hỏng đèn CHECK ENGINE báo sáng
- Do hiện tượng đánh lửa sớm động cơ thường phát ra những tiếng gõ kim loại lớn mỗi khi tăng tốc.
- Công suất động cơ giảm, động cơ nhanh nóng và xe tiêu tốn nhiều nhiên liệu hơn.
3.7.4 Cách kiểm tra và sửa chữa cảm biến phát hiện kích nổ trên động cơ
- Kiểm tra điện trở của cảm biến
Tháo giắc nối cảm biến.
Dùng Ohm kế đo điện trở giữa chân cảm biến và vỏ cảm biến như hình vẽ. Điện trở phải là vô cùng.
Hình 3 24: Kiểm tra điện trở cảm biến tiếng gõ
- Kiểm tra dạng xung cảm biến:
Khởi động và để động cơ hoạt động ở số vòng quay 4000 vòng/phút.
Dùng đồng hồ đo xung đo dạng sóng giữa KNK và mass trên ECU (Tần số kích nổ xấp xỉ 7 kHz).
- Kinh nghiệm khi sửa chữa cảm biến kích nổ:
Dùng loại xăng khác có chỉ số octane cao hơn trước khi sửa chữa và thay cảm biến này.
Nếu cảm biến gặp lỗi thì khi đạp ga sẽ nghe thấy tiếng gõ lớn do kích nổ.
Cảm biến vị trí bướm ga
Hình 3 25: Cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga gồm một IC Hall và một nam châm quay xung quanh nó.
Cảm biến này tận dụng phương pháp không tiếp điểm để đo độ mở chính xác của bướm ga, mang lại độ tin cậy cao và tồn tại ít khả năng hỏng hóc do cấu trúc đơn giản. Mật độ và hướng của từ trường xuyên qua phần tử Hall quyết định điện áp phát ra Khi mật độ từ tăng lên, điện áp phát ra cũng tăng theo Khi bướm ga mở ra, các nam châm sẽ xoay và thay đổi vị trí Lúc này hướng của từ thông cũng thay đổi, IC Hall sẽ phát hiện được sự thay đổi này và tạo ra tín hiệu điện áp từ các đầu cực VTA1 và VTA2 gửi về ECU để điều khiển motor đóng, mở bướm ga tương ứng với vị trí bàn đạp ga.
Hình 3 26: Sơ đồ mạch điện và đường đặc tính điện áp cảm biến vị trí bướm ga
Hai mạch cảm biến trong cảm biến vị trí bướm ga gồm mạch chính và mạch phụ. Nếu một hoặc cả hai mạch cảm biến gặp sự cố, ECM sẽ phát hiện sự sai lệch không bình thường trong điện áp tín hiệu giữa hai mạch này Khi xảy ra tình huống như vậy, ECM sẽ ngắt dòng điện đến động cơ điều khiển bướm ga và chuyển xe vào chế độ Limp Mode. Trong chế độ này, lực của lò xo hồi vị sẽ đẩy bướm ga quay trở lại và giữ ở góc mở cố định Xe có thể tiếp tục hoạt động ở chế độ Limp Mode, trong đó công suất động cơ được điều chỉnh thông qua quá trình kiểm soát việc phun nhiên liệu (ngắt cấp nhiên liệu lặp đi lặp lại) và thời điểm đánh lửa phù hợp với mức mở của bướm ga.
Chế độ Limp Mode là một tính năng tự bảo vệ được lập trình các loại xe hiện đại. Khi ECU phát hiện bất kỳ vấn đề không bình thường nào từ hệ thống cảm biến hoặc các bộ phận cơ khí, chế độ này sẽ tự động kích hoạt nhằm bảo vệ xe khỏi những hậu quả nghiêm trọng Khi chế độ Limp Mode được kích hoạt đột ngột, nó sẽ thông báo cho tài xế biết rằng xe đang gặp sự cố với hệ thống cảm biến Trong chế độ này, hiệu suất xe sẽ giảm đáng kể với mục đích là tránh gây tổn hại cho động cơ và hệ thống truyền động, nhưng vẫn cho phép xe di chuyển chậm về nhà hoặc đến cửa hàng sửa chữa ô tô gần nhất.
Hình 3 27: Nguyên lý hoạt động cảm biến vị trí bướm ga 3.8.3 Vấn đề thường gặp ở cảm biến vị trí bướm ga
- Kết nối lỏng: Xảy ra khi giắc cắm không chặt, gây mất kết nối
- Đôi khi dây dẫn tín hiệu của cảm biến bị đứt, làm cho các dữ liệu không được - truyền đúng và gây lỗi trong việc điều khiển.
- Nếu hộp điều khiển động cơ (ECU) bị hư hỏng, nó có thể gửi một tín hiệu sai lệch đến cảm biến bướm ga, dẫn đến báo lỗi.
- IC hall trong cảm biến bướm ga có thể bị hư hỏng do nhiều nguyên nhân khác nhau, khiến nó không thể đọc tín hiệu chính xác.
- Các dây tín hiệu bị chạm mát hoặc chạm dương có thể tạo ra nhiễu và làm sai lệch tín hiệu từ cảm biến.
Ngoài ra, nếu tín hiệu từ cảm biến bướm ga (TPS) không bình thường, có thể gây ra các vấn đề sau trên động cơ:
- Tăng tốc kém và mức tiêu thụ nhiên liệu tăng đột ngột
- Tốc độ không tải không ổn định.
- Nồng độ hydrocarbon (HC) và cacbon monoxit (CO) trong khí thải tăng.
3.8.4 Cách kiểm tra và sửa chữa cảm biến vị trí bướm ga
- Đầu tiên cần rút giắc cảm biến Sau đó, kiểm tra nguồn 5V được cấp cho chân tín hiệu Khi không có tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga, xe không thể tăng ga được hoặc vòng tua của xe sẽ bị giới hạn Tại chân tín hiệu, giá trị điện áp nên tăng hoặc giảm một cách liên tục khi cánh bướm ga mở hoặc đóng, và không bị ngắt quãng ở bất kỳ điểm nào.
- Cách điều chỉnh cảm biến vị trí bướm ga:
Tháo lỏng bu lông của cảm biến.
Kiểm tra tín hiệu đầu ra của cảm biến.
Bật chìa khóa “ON”, giữ bướm ga ở vị trí đóng.
Đo chân VTA2 có giá trị xấp xỉ 2,5V lúc bình thường, khi xoay bướm ga hết cỡ điện áp tăng lên xấp xỉ 6V.Chân VTA1 có giá trị xấp xỉ 1V lúc bình thường, khi xoay bướm ga hết cỡ điện áp tăng lên xấp xỉ 5V Nếu không khớp, xoay cảm biến sang phải hoặc trái cho đến khi đạt mức điện áp yêu cầu Sau đó, giữ cảm biến ở vị trí này và siết chặt bu lông.
3.8.5 Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử-thông minh (ETCS-i)
ETCS-i là một hệ thống điều khiển thông minh, điều chỉnh bướm ga phù hợp với mọi chế độ hoạt động của động cơ Khác với cơ chế ga thông thường, trong đó góc mở bướm ga được điều chỉnh trực tiếp bởi dây cáp từ chân ga, hệ thống ETCS-i tính toán góc mở bướm ga tối ưu dựa trên điều kiện thực tế bằng cách sử dụng ECU điều khiển bướm ga bằng một động cơ Hệ thống ETCS-i cũng quản lý các chế độ khác bao gồm chế độ điều khiển chế độ cầm chừng (IAC), kiểm soát lực kéo (TRAC) để cải thiện độ bám đường, kiểm soát ổn định xe (VSC), và hệ thống ga tự động (CCS).
Hình 3 28: Sơ đồ hệ thống ETCS-i
Hình 3 29: Cấu tạo hệ thống ETCS-i
Motor bướm ga được sử dụng để điều khiển mở và đóng bướm ga trong động cơ.
Lò xo hồi vị đẩy bướm ga xoay về một vị trí cố định Motor bướm ga là một motor điện một chiều có độ nhạy cao ECU động cơ điều khiển motor bướm ga quay hoặc đứng yên thông qua một hệ thống bánh răng giảm tốc khiến bướm ga mở hoặc đóng bằng cách thay đổi cường độ và chiều dòng điện Khi ECU ngắt dòng điện qua motor, lò xo đẩy bướm ga về vị trí cố định Tuy nhiên, ở chế độ không tải, bướm ga được đóng lại ở mức nhỏ hơn so với vị trí cố định. Điều khiển motor bướm ga
- ECU cung cấp nguồn điện cho motor điều khiển, giúp điều chỉnh vị trí của bướm ga Mạch điện trong ECU sử dụng hai transistor: một transistor để cung cấp nguồn điện và một transistor nối mass để điều khiển dòng điện thông qua motor.
- Quá trình đóng bướm ga xảy ra khi dòng điện chạy từ cực MC đến cực MO Bằng cách cấp nguồn cho transistor cực MC và nối transistor cực MO với mass, làm cho bướm ga được đóng lại Để thực hiện điều này, ECU phải điều chỉnh bề rộng xung có một hệ số tác dụng nhỏ hơn lực đàn hồi từ lò xo.
- Mở bướm ga: khi dòng điện chạy từ cực MO đến cực MC Bằng cách cấp nguồn cho transistor cực MO và nối transistor cực MC với mass, làm cho bướm ga được mở ra. Để thực hiện điều này, ECU phải điều chỉnh bề rộng xung có một hệ số tác dụng lớn hơn lực đàn hồi từ lò xo.
Cảm biến vị trí bàn đạp ga (APP)
Hình 3 30: Cấu tạo cảm biến bàn đạp ga
Cấu trúc của cảm biến bàn đạp ga tương đối giống với cảm biến bướm ga, bao gồm
IC Hall và một nam châm vĩnh cửu có khả năng xoay quanh các IC Hall này Để đảm bảo an toàn và độ tin cậy thông tin, hệ thống sử dụng hai tín hiệu từ cảm biến bàn đạp ga để gửi tới ECU.
ECU cấp nguồn 5V đến hai cực VCPA và VCP2 Khi đạp bàn đạp ga, các nam châm sẽ xoay và thay đổi vị trí xung quanh IC Hall, gây ra sự thay đổi trong từ thông IC Hall sẽ chuyển mật độ từ thông thời điểm đó thành 2 tín hiệu điện áp VPA và VPA2 gửi tới ECU Trong đó tín hiệu VPA là tín hiệu chính góc mở bàn đạp chân ga, tín hiệu VPA2 là tín hiệu dùng phát hiện hư hỏng cảm biến.
Hình 3 31: Đồ thị thể hiện mối quan hệ điện áp ra và góc quay bàn đạp ga
Cảm biến vị trí bàn đạp ga bao gồm hai mạch cảm biến chính và phụ Trong trường hợp một trong hai mạch cảm biến gặp sự cố, ECM sẽ phát hiện những sai lệch về đầu ra điện áp giữa hai mạch này và chuyển sang chế độ Limp Mode Trong chế độ này, mạch cảm biến còn lại sẽ tính toán góc nhấn của bàn đạp ga, nhằm đảm bảo khả năng điều khiển xe trong tình trạng giới hạn hiệu suất.
Hình 3 32: Nguyên lý hoạt động ở chế độ Limp Mode
Nếu cả hai mạch có trục trặc, ECM sẽ phát hiện tín hiệu điện áp bất thường từ hai mạch cảm biến này và dừng điều khiển bướm ga Tại thời điểm này, xe có thể được điều khiển trong phạm vi chạy không tải của nó.
Hình 3 33: Nguyên lý hoạt động khi cả hai bị hỏng 3.9.3 Vấn đề thường gặp với cảm biến bàn đạp ga
- Cảm biến bị mất nguồn.
- Đứt dây hoặc va chạm làm hỏng dây.
- Giắc cắm không chắc chắn.
- Hộp điều khiển động cơ điện tử (ECU) bị hỏng.
3.9.4 Cách kiểm tra cảm biến
- Đầu tiên, kiểm tra nguồn VC cung cấp cho cảm biến.
- Dùng đồng hồ VOM để đo điện áp chân tín hiệu Cảm biến bàn đạp ga sử dụng 2 tín hiệu cảm biến là VPA và VPA2, khi đạp ga, cả hai tín hiệu này sẽ tăng dần Điện áp khi động cơ không tải là từ 0,5-0,8V Khi đạp ga, điện áp tăng dần lên 4,5V.
- Kết nối mấy chẩn đoán với xe, bật chìa khóa ON và từ từ đạp bàn đạp ga sử dụng tính năng "Data List" trên máy chẩn đoán để theo dõi tín hiệu được hiển thị trên máy Khi mất 1 tín hiệu cảm biến bàn đạp ga chỉ hoạt động được 25% Trong trường hợp mất cả 2 tín hiệu, không thể sử dụng bàn đạp ga và động cơ sẽ chuyển sang chế độ dự phòng Chế độ này cho phép tài xế di chuyển xe đến gara để kiểm tra.
HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
Tổng quát hệ thống đánh lửa ESA
Hệ thống đánh lửa sớm điện tử ESA bao gồm các cảm biến khác nhau được bố trí trên động cơ, cuộn dây đánh lửa, các IC đánh lửa, ECU động cơ và các bugi.
Mạch Đánh Lửa
4.2.1 Mô tả Động cơ 2AR-FE sử dụng hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS (Direct Ignition System) mà không cần bộ chia điện Hệ thống DIS có nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng đánh lửa với độ chính xác cao, giảm tổn thất điện cao áp do truyền trực tiếp từ bobin đến các bugi. Điều đáng chú ý là hệ thống DIS là một hệ thống đánh lửa độc lập, do đó mỗi bobin tích hợp igniter đánh lửa riêng cho một xi lanh.
ECU điều khiển động cơ sử dụng các tín hiệu từ các cảm biến trên động cơ như cảm biến vị trí trục khuỷu (cảm biến NE) và cảm biến vị trí trục cam (cảm biến G) để xác định thời điểm đánh lửa Sau khi tính toán thời điểm đánh lửa, ECU gửi tín hiệu IGT đến bobin Tín hiệu IGT được gửi theo thứ tự đánh lửa của các xi-lanh trong động cơ 2AR-
FE, lần lượt là 1-3-4-2 Khi cuộn đánh lửa bị ngắt đột ngột, dòng điện trong cuộn sơ cấp bị ngắt tạo ra dòng điện cao áp trong cuộn thứ cấp nhờ hiện tượng hỗ cảm giữa hai cuộn dây Khi đó, dòng điện cao áp từ cuộn thứ cấp của bobin được chuyển đến các bugi và thực hiện đánh lửa để đốt cháy nhiên liệu Nếu dòng điện trong cuộn sơ cấp vượt quá giá trị đã được lưu trước đó trong ECU, tín hiệu IGF sẽ được gửi về cho ECU động cơ.
Hình 4 2: Sơ đồ mạch điện đánh lửa
Hình 4 3: Cấu tạo Bobin kết hợp Igniter đánh lửa
Bobin đánh lửa trên động cơ 2AR-FE được cấu tạo từ gồm một lõi sắt nằm ở giữa bobin, một đầu của lõi sắt được nối với cuộn sơ cấp, đầu kia nối với cuộn thứ cấp Cuộn thứ cấp có số vòng dây lớn hơn cuộn sơ cấp gấp 100 lần với mục đích tạo dòng điện cao áp Hai đầu dây của cuộn sơ cấp lần lượt được nối với IC đánh lửa và accu, trong khi đầu dây của cuộn sơ cấp lần lượt được nối với bugi và accu.
Khi động cơ hoạt động, ECU gửi tín hiệu thời điểm đánh lửa, accu sẽ cho dòng điện đến IC đánh lửa rồi đi vào cuộn cơ cấp Lúc này ở lõi sắt trung tâm trở thành một nam châm điện và hình thành các đường sức từ Sau đó IC đánh lửa đột ngột ngắt dòng điện của cuộn sơ cấp, làm cho từ thông giảm đột ngột, hiện tượng tự cảm trong cuộn sơ cấp sẽ tạo nên một suất điện động khoảng 500V Lúc này sẽ xảy ra hiện tượng hỗ cảm ở cuộn thứ cấp của bobin, tạo nên một suất điện động khoảng 30kV.Suất điện động này làm cho bugi tạo ra được tia lửa điện.
4.2.2.3 Kiểm tra bobin đánh lửa
Các triệu chứng hư hỏng liên quan đến bobin đánh lửa:
- Xe có mùi lạ và nhều khói đen
- Lúc di chuyển cảm thấy tốn nhiên liệu hơn mức bình thường
- Khi chạy xe cảm thấy động cơ rung, giật và tốc độ xe không đều
- Đôi lúc xe bị chết máy và khó nổ máy
- Đèn Check Engine trên bảng đồng hồ Tableau sáng
Khi xả ra các triệu chứng hư hỏng bobin, cần thực hiện kiểm tra tia lửa điện qua bugi bằng các bước sau:
- Bước 1: Tắt động cơ, mở nắp capo và xác định vị trí của bobin của mỗi xylanh. Lúc này cần đeo kính bảo hộ và các dụng cụ cách điện chuyên dụng để tránh bị điện giật.
- Bước 2: Tháo bugi bằng tuýp mở bugi chuyên dụng và không để ngoại vật rơi vào lỗ bugi vì ngoại vật có khả năng rơi vào buồng đốt sẽ ảnh hưởng xấu đến động cơ. Dùng giấy hoặc vải để che lại lỗ bugi ngay sau khi tháo bugi.
- Bước 3: Tháo cầu chì hoặc relay bơm nhiên liệu đồng thời khởi động xe để cung cấp điện đến hệ thống điện của xe.
- Bước 4: Dùng phần ren của bugi tiếp xúc vào các vị trí kim loại trên động cơ. Nếu xuất hiện tia lửa màu xanh thì bobin đánh lửa hoạt động tốt, nếu không thì bobin đã bị hỏng Nếu xuất hiện tia lửa màu cam thì bobin đánh lửa yếu, không đảm bảo được yêu cầu hoạt động.
- Bước 5: Lắp bugi và đấu nối các dây điện vào đúng các vị trí ban đầu, thay bobin nếu phát hiện bị hỏng.
Bugi bố trí trên động cơ 2AR-FE được sản xuất bởi DENSO, có mã số SK16HR11. Nhiệm vụ của bugi là tạo ra tia lửa điện giữa hai điện cực ở đầu bugi để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu - không khí được nén trong buồng đốt Cấu tạo các chi tiết chính của bugi gồm:
- Điện cực trung tâm sẽ tạo ra các tia lửa điện Lõi điện cực được làm bằng đồng, hai đầu điện cực được làm bằng các hợp kim chóng mài mòn platinum và iridium.
- Vỏ cách điện được làm bằng gốm oxit nhôm Vỏ có yêu cầu cao về độ bền cơ học và truyền nhiệt tốt, không rò rỉ dòng điện cao áp và chịu được nhiệt độ cao.
- Vùng nhiệt bugi là không gian giữa 2 điện cực iridium và platinum Khoảng không gian càng rộng thì khả năng phân tán nhiệt của bugi càng kém đi và ngược lại.
Bugi sử dụng trên động cơ 2AR-FE là loại có ren dài và các điện cực được làm bằng platinum và iridium vì chúng là các loại vật liệu chóng được sự ăn mòn, do đó có thể chế tạo điện cực trung tâm nhỏ giúp việc đánh lửa được dễ dàng.
Bobin sẽ tạo ra điện áp cao và ECU động cơ có vai trò điều khiển quá trình đánh lửa. Khi dòng điện cao áp từ bobin được truyền đến bugi, tia lửa sẽ xuất hiện giữa vùng nhiệt bugi Bugi đánh lửa sẽ sinh ra nhiệt độ từ 4700°C đến 6500°C để đốt cháy nhiên liệu.
4.2.3.3 Kiểm tra thay thế bugi
Bugi có điện cực platin và iridi không cần điều chỉnh khe hở vì chúng ít bị mòn nhưng cần thay thế định kì Khoảng thời gian thay thế bugi trên động cơ 2AR-FE là sau khi xe đi được từ 100.000 đến 240.000km.
Điều khiển thời điểm đánh lửa
Có hai điều khiển cơ bản trong việc điều khiển thời điểm đánh lửa của ECU: điều khiển khi khởi động và sau khi khởi động.
- Điều khiển đánh lửa khi khởi động: ECU xác định góc quay trục khuỷu từ cảm biến NE, tính toán thời điểm và tiến hành đánh lửa trong các điều kiện làm việc của động cơ Góc quay của trục khuỷu trong trường hợp này được xác định là “góc thời điểm đánh lửa ban đầu”.
- Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động: ECU tiến hành tính toán thời điểm đánh lửa dựa vào các thông số về tải trọng làm việc thực tế, tốc độ động cơ và các hiệu chỉnh khác cùng với góc thời điểm đánh lửa ban đầu và góc đánh lửa sớm cơ bản.
Nguyên lí hoạt động điều khiển thời điểm đánh lửa sớm điện tử ESA được trình bày trong hình 4.8.
Hình 4 8: ESA điều khiển đánh lửa
Khi ECU nhận được tín hiệu vị trí trục khuỷu NE (điểm B) và tín hiệu vị trí trục cam (tín hiệu G - điểm A) thì góc thời điểm đánh lửa ban đầu được xác định Lúc này
ECU hiểu rằng đây là góc thời điểm đánh lửa ban đầu khi trục khuỷu đạt góc quay 5°, 7° hoặc 10° trước điểm chết trên (BTDC).
- Góc đánh lửa sớm cơ bản trong hệ thống ESA:
Tín hiệu góc quay trục khuỷu (NE) và tín hiệu từ cảm biến lưu lượng khí nạp (VG) được lưu trong bộ nhớ của ECU động cơ dùng để xác định góc đánh lửa sớm cơ bản.
Khi bướm ga đóng hoàn toàn, tín hiệu điện áp VTA1 và VTA2 từ cảm biến bướm ga báo về ECU ở mức thấp nhất, cùng với tín hiệu tốc độ động cơ thì ECU xác định xe đang hoạt động ở chế độ cầm chừng, lúc này thời điểm đánh lửa sớm sẽ được điều chỉnh giảm và ngược lại Khi hoạt động cầm chừng, ECU đồng thời dựa trên tín hiệu trạng tháiON/OF của điều hòa không khí A/C để điều chỉnh góc đánh lửa sớm cơ bản phù hợp.
Hình 4 10: Đánh lửa khi tín hiệu VTA bật ON
Điều khiển góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh
4.4.1 Hiệu chỉnh để hâm nóng
Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh tăng lên tối đa 15° để đảm bảo điều kiện làm việc cho động cơ
Hình 4 11: Hiệu chỉnh góc đánh lưa sớm để hâm nóng 4.4.2 Hiệu chỉnh khi quá nhiệt độ
Khi nhiệt độ của nước làm mát tăng cao, thời điểm đánh lửa được làm chậm đi tối đa 5° để tránh phát sinh tiếng gõ động cơ và hiện tượng quá nhiệt.
Hình 4 12: Hiệu chỉnh khi động cơ quá nhiệt 4.4.3 Hiệu chỉnh để tốc độ chạy không tải ổn định
Khi tốc độ động cơ liên tục thay đổi trong lúc xe chạy không tải, ECU sẽ điều chỉnh thời điểm đánh lửa để đảm bảo tốc độ động cơ được duy trì ổn định Quá trình này được thực hiện bằng cách tính toán liên tục tốc độ trung bình của động cơ từ các tín hiệu cảm biến Khi tốc độ động cơ giảm xuống dưới tốc độ xác định từ trước, ECU động cơ sẽ điều chỉnh thời điểm đánh lửa sớm hơn theo một góc xác định sẵn Phạm vi điều chỉnh tối đa của góc thời điểm đánh lửa là ±5° thông qua việc điều chỉnh này.
Hình 4 13: Hiệu chỉnh ở tốc độ không tải
Khi có tiếng gõ phát ra từ trong xylanh động cơ, cảm biến tiếng gõ (Knock Sensor) sẽ chuyển đổi độ rung thành tín hiệu điện áp (KNK) và gửi tới ECU động cơ ECU sẽ phân tích tín hiệu KNK để xác định mức độ tiếng gõ Sau đó, ECU sẽ điều chỉnh thời điểm đánh lửa theo cách sau: khi tiếng gõ mạnh, thời điểm đánh lửa bị trì hoãn nhiều hơn. Trái lại, khi tín hiệu KNK yếu, thời điểm đánh lửa sẽ được trì hoãn ít hơn.
Khi tiếng gõ từ động cơ kết thúc, ECU ngừng trì hoãn thời điểm đánh lửa và điều khiển đánh lửa xảy ra sớm hơn theo thời điểm đã được xác định trước Quá trình này tiếp tục cho tới khi tiếng gõ xuất hiện một lần nữa, khi đó ECU sẽ tiếp tục trì hoãn thời điểm đánh lửa Sự điều chỉnh này diễn ra liên tục để đảm bảo mức hoạt động tốt nhất cho động cơ Sự trễ tối đa của thời điểm đánh lửa được điều chỉnh là 10° bằng phương pháp này.
Hình 4 14: Hiệu chỉnh khi có tiếng gõ
Kiểm tra ECU
Để kiểm tra mạch cung cấp nguồn cho ECU, thực hiện các bước sau:
- Bật “ON” công tắc máy.
- Dùng VOM đo điện giữa cực +B với E của ECU, điện áp đạt 10 đến 14V thì nguồn cung cấp đến ECU bình thường Nếu không đạt giá trị điện áp trên, ta tiếp tục tiến hành kiểm tra hư hỏng các chi tiết như mass ECU; relay chính EFI; công tắc đánh lửa,cầu chì và các đầu nối, dây điện liên kết với ECU.
Kiểm tra tín hiệu đánh lửa IGT
Sử dụng đèn LED kiểm tra tín hiệu IGT:
Bước 1: Dựa vào sơ đồ mạch, xác định được vị trí các chân tín hiệu IGT
Hình 4 15: Sơ đồ vị trí tín hiệu IGT
Hình 4 16: Sơ đồ giắc IGT
Bước 2: Lắp mạch kiểm tra: mắc nối tiếp đèn LED với điện trở 1kΩ, chân dương của đèn LED cắm vào các chân tín hiệu IGT, chân âm của đèn LED tiếp xúc mới mass.Bước 3: Đề máy và quan sát, nếu đèn LED chớp tắt liên tục thì có tín hiệu IGT từECU, nếu đèn không sáng hoặc sáng nhưng không chớp tắt thì tín hiệu IGT bị lỗi, cần kiểm tra các cảm biến G, Ne và các dây tín hiệu của chúng.
HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI TRÊN 2AR-FE
Khái quát về hệ thống phun xăng điện tử
5.1.1 Lịch sử hệ thống phun xăng điện tử
Hệ thống phun xăng điện tử EFI (Electronic Fuel Injection) lần đầu tiên được giới thiệu là Electrojector vào năm 1957 bởi American Motors, gắn trên một động cơ có công suất 214.8 kW, tuy nhiên vẫn chưa được phổ biến Năm 1958, Chrysler trở thành nhà sản xuất đầu tiên sử dụng hệ thống phun xăng điện tử EFI trên các mẫu xe thương mại như Chrysler 300D và DeSoto Adventurer…, với công nghệ do Bendix Corporation cung cấp. Tuy nhiên, quyền sáng chế cuối cùng lại thuộc về Bosch.
Hệ thống EFI dùng các cảm biến cơ-điện tử để tính toán thể tích nhiên liệu cần phun, tuy nhiên các cảm biến cơ điện dễ bị các tạp chất bẩn và rung động làm nhiễu Tiếp theo, hệ thống K-Jetronic và L-Jetronic đã được phát triển vào năm 1974, các hệ thống tính toán lượng khí nạp qua các cảm biến lưu lượng không khí và các cảm biến áp suất, nhiệt độ gắn trên động cơ.
Vào năm 1982, Bosch ra mắt một phiên bản nâng cấp của hệ thống EFI, được gọi là LH-Jetronic, sử dụng cảm biến để đo trực tiếp khối lượng khí nạp Cảm biến này được đặt trong luồng khí nạp và sử dụng một cuộn platin nung nóng Bởi vì hệ thống đo được khối lượng không khí mà không qua phương pháp gián tiếp cũ nên các cảm biến nhiệt độ và áp suất không còn cần thiết và được loại bỏ Hệ thống LH-Jetronic trở thành một hệ thống phun xăng EFI hoàn chỉnh, đánh dấu sự tiến bộ trong việc tạo ra các vi mạch số để tổng hợp điều khiển từ một nguồn điều khiển chung.
5.1.2 Nhiệm vụ của hệ thống phun xăng điện tử
Hệ thống EFI được thiết kế để cung cấp hỗn hợp nhiên liệu - không khí đồng đều vào các xylanh, đảm bảo khối lượng và thành phần phù hợp giữa chúng Chức năng này thích nghi với chế độ tải và tốc độ làm việc thực tế của động cơ Thành phần của nhiên liệu được đưa vào các xylanh phải đảm bảo hiệu suất tối đa của động cơ, tiêu thụ nhiên liệu hợp lý và tuân thủ các quy định về khí thải làm giảm thiểu tính độc hại.
5.1.3 Ưu nhược điểm của EFI
- Dùng áp suất làm tơi nhiên liệu thành dạng sương vào xylanh.
- Cung cấp hơi xăng đến các xylanh đồng đều và giảm thiểu hiện tượng kích nổ khi nhiên liệu nghèo.
- Tiết kiệm nhiên liệu bằng cách tính toán chính xác lượng xăng, phân phối xăng đồng đều và bốc hơi tốt.
- Đảm bảo động cơ chạy không tải êm dịu.
- Tạo ra momen xoắn và công suất lớn hơn, khởi động và tăng tốc trở nên nhanh chóng và mượt mà đồng thời cũng làm nóng động cơ nhanh hơn và giữ cho động cơ hoạt động ổn định.
- Cơ cấu làm việc đơn giản và hiệu quả hơn bộ chế hòa khí vì không có các vít hiệu chỉnh…
- Đạt được tỷ lệ hòa khí tốt nhất cho động cơ.
- Duy trì trạng thái hoạt động lý tưởng trong các điều kiện vận hành của động cơ.
- Giảm bớt ô nhiễm môi trường.
Hệ thống EFI dựa vào các cảm biến động cơ khác nhau để có được các thông số quan trọng như cảm biến nhiệt độ khí nạp, nồng độ oxy trong khí thải và tốc độ quay trục khuỷu… Bất kỳ sự gián đoạn hoặc tín hiệu không chính xác nào từ các cảm biến này có thể khiến hệ thống EFI bị trục trặc và kích hoạt thông báo lỗi trên đèn Check Engine trên bảng Tableau.
Nếu nhiên liệu có chất lượng kém hoặc bộ lọc bị hư hỏng sẽ dẫn đến tắc nghẽn và cặn bám trong kim phun Khi kim phun bị tắc, lượng phun nhiên liệu cung cấp sẽ không đủ để đáp ứng yêu cầu thực tế, dẫn đến hiện tượng xe yếu và thường xuyên bị tắt máy. Ngoài ra dòng điện không đáp ứng đủ và một số yếu tố khác có thể ảnh hưởng đến hoạt động của kim phun.
Do đó, để đảm bảo hệ thống làm việc ổn định và hiệu quả, cần kiểm tra các cảm biến trên động cơ một cách thường xuyên Đồng thời cần bảo dưỡng động cơ đúng hẹn, cũng như kiểm tra hệ thống tín hiệu kết nối từ các cảm biến.
Một số loại hệ thống phun xăng điện tử được sử dụng trên ô tô hiện nay:
- Hệ thống phun xăng được điều khiển dựa trên lưu lượng không khí (L-EFI): hệ thống này sử dụng một cảm biến lưu lượng khí nạp để xác định trực tiếp khối lượng không khí chạy vào đường ống nạp Động cơ 2AR-FE trên Toyota Camry 2.5Q sử dụng loại L-EFI với cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nóng.
- Hệ thống phun xăng được điều khiển dựa trên áp suất không khí (D-EFI): hệ thống này sử dụng cảm biến áp suất đường ống nạp để lấy thông tin điều khiển vòi phun. a) EFI loại L b) EFI loại D
- Hệ thống phun xăng điện tử đơn điểm (Mono Injection): hệ thống trang bị một vòi phun duy nhất được sử dụng chung có tất cả các xylanh động cơ Vòi phun sẽ phun xăng vào đường ống khuếch tán phía trên bướm ga trên đường ống nạp và được phân phối Hệ thống chủ yếu sử dụng trên các động cơ công suất nhỏ vì tính đơn giản và chi phí chế tạo thấp.
- Hệ thống phun xăng điện tử đa điểm (Multipoint Injection): dùng nhiều vòi phun (một kim phun cho từng xi lanh) Hệ thống cho phép mỗi kim phun được điều khiển riêng lẻ, do đó cho phép ECU cung cấp một lượng nhiên liệu chính xác để đảm bảo khả năng vận hành xe tốt nhất, giảm thoát các loại khí cháy có hại Chính vì thế, hệ thống nhiêu liệu đa điển được sử dụng cho hầu hết dòng ô tô hiện nay Động cơ 2AR-FE trang bị hệ thống này.
Hệ thống phun xăng điện tử EFI trên động cơ 2AR-FE
5.2.1 Sơ đồ bố trí các bộ phận của hệ thống EFI
Hình 5 2: Sơ đồ bố trí các bộ phận trên hệ thống phun xăng và mạch điều khiển
Hệ thống nhiên liệu còn có một đầu nối nhanh được tích hợp trong đường ống nhiên liệu chính để cải thiện khả năng sử dụng và dễ dàng tháo khi kim phun có vấn đề. Động cơ Toyota 2AR-FE sử dụng hệ thống phun xăng điện tử loại L – EFI, phun xăng đa điểm tuần tự (Sequential Multiport Fuel Injection) vào kì nạp của mỗi xylanh và phun nhiên liệu trên đường ống nạp, có sơ đồ cấu tạo như sau:
Hình 5 3: Sơ đồ bố trí hệ thống phun xăng trên động cơ Toyota 2AR-FE
Hình 5 4: Cấu tạo cụm bơm nhiên liệu
Bơm xăng sẽ bắt đầu hút xăng từ bình chứa khi động cơ làm việc, nhiên liệu đi qua bộ lọc và di chuyển đến ống dẫn nhiên liệu chính rồi nạp đầy vào các kim phun Lúc này, áp suất của xăng được duy trì ổn định nhờ vào bộ điều áp được tích hợp trong thùng nhiên liệu Trong kì nạp của động cơ, khi bướm ga bắt đầu mở và không khí sạch bắt đầu đi vào bướm ga và đi đến buồng đốt, cảm biến vị trí bướm ga sẽ phát hiện góc mở bướm ga tương ứng và gửi tín hiệu đến ECU.
ECU sử dụng tín hiệu từ các cảm biến để ghi nhận tin về hoạt động thực tế của động cơ Sau đó, ECU tiến hành tính toán và điều chỉnh lượng xăng phun theo từng chế độ làm việc cụ thể Áp suất trong ống nhiên liệu được giữ ổn định trong quá trình phun nhiên liệu, nhờ sự kết hợp của bộ điều áp và bộ giảm rung.
Trong quá trình vận hành, bơm nhiên liệu liên tục cung cấp một lượng xăng lớn hơn nhu cầu thực tế của động cơ Mục tiêu là đảm bảo luôn có đủ nhiên liệu lưu thông trong hệ thống, từ đó giúp việc khởi động diễn ra một cách thuận lợi.
Các bộ phận của hệ thống nhiên liệu EFI
5.3.1.1 Vai trò và cấu tạo
Bình nhiên liệu chứa bơm nhiên liệu kết hợp với bộ lọc, bộ điều áp, bộ đo và các thành phần khác Một motor quay cánh bơm để nén nhiên liệu Nhiệm vụ của bơm là chuyển nhiên liệu từ bình đến động cơ và đảm bảo áp suất ổn định trong ống nhiên liệu.
Hình 5 5: Cấu tạo bơm nhiên liệu
1 Bơm nhiên liệu; 2 Dây điện của bơm; 3 Bộ đo nhiên liệu;
4 Lọc bơm nhiên liệu; 5 Vòng đệm; 6 Gioăng chữ O
5.3.1.2 Điều khiển bơm nhiên liệu
Hình 5 6: Mạch điều khiển bơm nhiên liệu
Khi động cơ đi vào hoạt động, bơm nhiên liệu được kích hoạt Dù khóa điện đã được bật ON, nhưng bơm sẽ không hoạt động nếu động cơ chưa khởi động.
Cực FC của ECU a) Khi khóa điện ở vị trí ON
Khi khóa điện ở vị trí IG, điện từ cực IG làm đóng Relay EFI, đồng thời cấp điện đến cực FC của ECU Lúc này không có dòng điện đi qua Relay mở mạch nên bơm chưa hoạt động. b) Khóa điện ở vị trí START
Khi động cơ khởi động, tín hiệu điện tử cực ST của khóa được truyền đến cựcSTA của ECU Khi nhận được tín hiệu STA, bộ vi xử lý của ECU gửi tín hiệu điện kích transistor hoạt động, lúc này có dòng từ cực FC nối mát, relay mở mạch đóng và cấp dòng đến bơm nhiên liệu để tiến hành bơm. c) Khi động cơ đã khởi động/nổ máy
Hình 5 9: Động cơ đã nổ máy
Khi động cơ quay, cảm biến vị trí trục khuỷu gửi tín hiệu NE về ECU, ECU tiếp tục mở transistor nên bơm nhiên liệu được duy trì hoạt động. d) Khi động cơ chết máy
Hình 5 10: Khi động cơ không khởi động được
Khi động cơ chết máy (thậm chí khi khóa điện ON) thì tín hiệu NE từ cảm biến vị trí trục khuỷu sẽ mất, do đó ECU lập tức ngắt transistor nên relay hở mạch hở và bơm dừng hoạt động.
5.3.1.3 Hệ thống ngắt bơm nhiên liệu a) Khi có va chạm, túi khí nổ
Hình 5 11: Sơ đố mạch ngắt bơm an toàn
Khi có va chạm mạnh hoặc các tác động khác làm cho túi khí (Air Bag) của tài xế hoặc ghế phụ phía trước phồng lên thì ngay lập tức, cảm biến túi khí trung tâm gửi tín hiệu về ECU và ECU điều khiển ngắt mạch bơm nhiên liệu, làm bơm dừng hoạt động. b) Khi xe bị đâm
Trong trường hợp xe bị đâm, khi có va chạm, viên bi bên trong công tắc quán tính của bơm sẽ di chuyển ra khỏi tiếp điểm và đưa công tắc về vị trí tắt (OFF) Nhờ điều này,bơm nhiên liệu sẽ dừng hoạt động để tránh mất nhiên liệu Công tắc quán tính này nằm giữa hệ thống điện tử thông minh (ECU) của bơm nhiên liệu và ECU của động cơ Sau khi nhiên liệu bị ngắt, công tắc sẽ tự động quay trở lại vị trí ban đầu để khôi phục chức năng điều khiển và cho phép bơm nhiên liệu hoạt động trở lại.
Hình 5 12: Công tắc quán tính hoạt động 5.3.1.4 Kiểm tra bơm
Kết nối cực +B và cực FP của DLC1 khi chìa khóa đang ở chế độ "ON", lúc này dòng điện sẽ được đưa trực tiếp vào bơm nhiên liệu mà không thông qua relay mở mạch. Điều này cho phép kiểm tra áp suất nhiên liệu và hoạt động của bơm.
Hình 5 14: Cấu tạo bộ điều áp
Hệ thống nhiên liệu của động cơ 2AR-FE được thiết kế không có đường ống hồi (Returnless Fuel System), điều này có nghĩa là áp suất trong hệ thống nhiên liệu được kiểm soát nhờ vào bộ điều chỉnh tích hợp trong bình xăng Nhiệm vụ của bộ điều chỉnh này là đảm bảo áp suất xăng không vượt quá giới hạn sau khi bơm, và gồm các thành phần như núm điều chỉnh áp suất, lò xo hồi vị, màng chắn và van điều khiển dạng bi.
Màng chắn chia bộ điều áp thành 2 buồng: buồng nhiên liệu và buồng lò xo Nhiên liệu từ bơm đi đến ống nhiên liệu chính và qua bộ điều chỉnh áp suất đến cửa vào Khi áp suất nhiên liệu tăng cao, áp suất nhiên liệu sẽ đẩy viên bi của van điều khiển lên, ép lò xo lại, lúc này van điểu khiển bắt đầu mở, một phần nhiên liệu sẽ đi qua cửa ra và hồi về bình chứa, lúc này áp suất nhiên liệu từ bơm sẽ giảm dần Khi áp suất nhiên liệu giảm xuống, lò xo sẽ hồi về vị trí ban đầu, làm cho van điều khiển đóng lại, không cho nhiên liệu hồi về thùng Van điều khiển đóng mở liên tục, giúp duy trì áp suất từ bơm ổn định trong ngưỡng giá trị cho phép Áp suất ngưỡng có thể được điều chỉnh qua núm điều chỉnh phía trên của bộ điều áp.
Hình 5 15: Bộ lọc nhiên liệu
Bộ lọc nhiên liệu đã được tích hợp bên trong thùng xăng và có chức năng loại bỏ các hạt bụi và tạp chất có trong nhiên liệu sau khi bơm Ngoài ra, lưới lọc được tích hợp trong bơm cũng đảm nhận nhiệm vụ làm sạch nhiên liệu bằng cách loại bỏ hạt bụi và chất bẩn trước khi qua bơm Để đảm bảo hiệu suất làm việc, bộ lọc nhiên liệu cần thường xuyên kiểm tra và thay thế đúng định kỳ.
Hình 5 16: Kim phun nhiên liệu
1 Kim phun; 2 Ống lót; 3 Miệng vòi phun; 4 Gioăng chữ O; 5 Cửa van;
5.3.4.2 Nguyên lý hoạt động Động cơ 2AR-FE sử dụng kim phun nhiên liệu kiểu vòi dài có 12 lỗ phun để giảm khoảng cách từ kim phun đến van nạp, do đó ngăn nhiên liệu bám vào thành cửa nạp và giảm lượng khí thải HC Bơm nhiên liệu đưa xăng qua lọc xăng đến ống nhiên liệu chính,qua ống phân phối và đến thân của kim phun Lúc này do lực lò xo chặn piston bơm nên xăng chưa được phun ra khỏi kim Khi có tín hiệu điện từ ECU động cơ vào cuộn dây,cuộn dây được cấp điện và trở thành nam châm, sinh ra lực từ, lực từ này thắng lực đàn hồi của lò xo và làm kéo piston bơm Lúc này xăng với áp suất cao sẽ được thoát ra đường ống nạp qua đầu của vòi phun, đĩa phun ở đầu kim phun có 12 lỗ có nhiệm vụ làm tơi xăng thành dạng sương để nâng cao hiệu suất của quá trình cháy ECU có chức năng điều chỉnh thời điểm phun và lượng xăng phun ra (cũng là khoảng thời gian phun).
Các chế độ hiệu chỉnh
Hình 5 17: Quá trính điều chỉnh phun nhiên liệu
Thời gian mở của các vòi phun nhiên liệu được ECU thay đổi theo điều kiện thực tế để điều khiển lượng phun nhiên liệu Thời gian phun nhiên liệu thực tế được tính bằng cách kết hợp thời gian phun cơ bản và thời gian phun hiệu chỉnh Để xác định thời gian phun cơ bản, ECU dựa vào tín hiệu từ cảm biến áp suất đường ống nạp và tốc độ động cơ.
Thời gian phun hiệu chỉnh được xác định dựa trên tín hiệu từ các cảm biến trên động cơ như cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến oxy, cảm biến A/F và vị trí bướm ga….
Thời gian phun hiệu chỉnh dựa vào các chế độ sau:
- Làm đậm nhiên liệu để khởi động
- Làm đậm để hâm nóng động cơ khi nhiệt độ nước làm mát thấp
- Phản hồi tỷ lệ không khí - nhiên liệu bằng tín hiệu gửi về từ cảm biến oxy
- Làm đậm lượng nhiên liệu khi xe tăng tốc
- Điều khiển cắt giảm lượng nhiên liệu trong các trường hợp thực tế
- Làm đậm để tăng công suất động cơ sinh ra khi tải nặng
5.4.1 Làm đậm để khởi động
Khi khởi động, ECU không thể chính xác xác định thời gian phun cơ bản dựa vào tín hiệu cảm biến lưu lượng không khí nạp, bởi vì động cơ đang hoạt động ở tốc độ thấp và lượng không khí nạp có sự thay đổi lớn Do đó, thời gian phun nhiên liệu được xác định dựa trên tín hiệu nhiệt độ nước làm mát từ cảm biến nhiệt độ nước Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, khả năng bốc hơi của nhiên liệu giảm, và để làm đậm hỗn hợp không khí - nhiên liệu, ECU điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu kéo dài.
Hình 5 18: Làm đậm để khởi động
5.4.2 Làm đậm để hâm nóng
Khi động cơ chưa đủ nhiệt, ECU sẽ tăng mức nhiên liệu phun do sự bay hơi của nhiên liệu kém Do đó, ECU làm điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu kéo dài nhằm tăng sự pha trộn dày đặc giữa không khí và nhiên liệu, đảm bảo hoạt động hiệu quả cho động cơ trong giai đoạn làm nóng.
Hình 5 19: Làm đậm để hâm nóng 5.4.3 Hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ không khí - nhiên liệu bằng cảm biến Oxy
Khi sự tải nhẹ hoặc tốc độ không cao, như khi đang chạy không tải hoặc ở tốc độ ổn định sau khi đã ấm máy, hỗn hợp không khí - nhiên liệu sẽ tiến gần đến tỷ lệ lý thuyết. Điều này được thực hiện dựa trên thông tin từ cảm biến lưu lượng khí nạp Trong trường hợp này, ECU sẽ thực hiện các điều chỉnh sau đây:
Hình 5 20: Hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ không khí - nhiên liệu
Trước hết, ECU tính toán thời gian phun cơ bản để đạt tỷ lệ không khí - nhiên liệu lý thuyết Tuy nhiên, do các yếu tố như tình trạng thực tế của động cơ, thời gian hoạt động và các điều kiện khác có thể thay đổi, luôn tồn tại một chênh lệch nhỏ so với tỷ lệ không khí - nhiên liệu lý thuyết Để đánh giá và điều chỉnh, hệ thống sử dụng cảm biến oxy để phát hiện mức độ oxy trong khí thải Tín hiệu từ cảm biến này giúp ECU xác định xem thời gian phun nhiên liệu hiện tại có phù hợp với tỷ lệ không khí - nhiên liệu lý thuyết hay không.
Khi ECU nhận ra rằng tỷ lệ không khí - nhiên liệu thực tế cao hơn tỷ lệ lý thuyết, nó sẽ điều chỉnh thời gian phun xăng giảm để làm cho hỗn hợp trở nên nhạt hơn Ngược lại, nếu cảm biến oxy cho biết tỷ lệ không khí - nhiên liệu nghèo, ECU sẽ tăng thời gian phun để làm cho hỗn hợp trở nên đậm hơn Quá trình này diễn ra liên tục, đảm bảo rằng động cơ luôn hoạt động với tỷ lệ không khí - nhiên liệu tối ưu cho mọi chế độ làm việc.
5.4.4 Làm đậm để tăng tốc
Khi bắt đầu tăng tốc, góc mở bàn đạp ga tăng lên làm cho lượng không khí nạp tăng lên, lúc này tỷ lệ không khí - nhiên liệu trở nên nhạt do việc cung cấp xăng có sự trễ. Trong trường hợp này, ECU điều chỉnh tăng thời gian phun nhiên liệu dựa vào khối lượng không khí nạp, làm cho hỗn hợp trở nên đậm hơn, đảm bảo quá trình tăng tốc đạt hiệu quả.
Hình 5 21: Làm đậm để tăng tốc
Thời gian phun nhiên liệu được tăng lên và sau đó giảm dần cho đến khi quá trình tăng tốc kết thúc Khi xe tăng tốc càng nhanh thì lượng nhiên liệu phun vào động cơ cũng càng lớn do thời gian phun được kéo dài.
Hình 5 22: Cắt nhiên liệu khi giảm tốc
Khi xe giảm tốc, chức năng ngắt cấp nhiên liệu được kích hoạt để giảm khí thải gây ô nhiễm và tăng hiệu suất phanh của động cơ Trạng thái giảm tốc được xác định thông qua độ đóng/mở của bướm ga và tốc độ của động cơ ECU nhận biết trạng thái giảm tốc khi bướm ga đóng và tốc độ động cơ giảm.
Sau đó, ngay khi tốc độ của động cơ giảm xuống một ngưỡng nhất định hoặc khi bướm ga được mở, việc phun nhiên liệu sẽ được khôi phục Để tránh giảm tốc độ hoặc khởi động lại động cơ, lượng nhiên liệu phun sẽ được điều chỉnh tăng nếu nhiệt độ làm mát của nước thấp hoặc công tắc điều hòa được bật. Để tránh việc động cơ vượt tốc, thời gian phun nhiên liệu được điều chỉnh giảm xuống Khi tốc độ động cơ tăng quá mức giới hạn, ECU sẽ ngừng phun nhiên liệu tức thì.Ngược lại, khi tốc độ động cơ giảm xuống dưới mức giới hạn, phun nhiên liệu sẽ được khôi phục trở lại.
5.4.6 Làm đậm để tăng công suất
Hình 5 23: Làm đậm khi tăng tải
Khi xe đi lên dốc hoặc khi có tải nặng, sự gia tăng lượng không khí dẫn đến hiện tượng không thể pha trộn đồng đều giữa nhiên liệu và không khí Do đó, một phần không khí sẽ còn lại sau quá trình đốt cháy nhiên liệu Để tăng công suất của động cơ, ECU điều chỉnh khoảng thời gian phun nhiên liệu dài hơn ở các mức tải khác nhau Các mức tải đó được xác định thông qua sự mở của cảm biến bướm ga, tốc độ động cơ và lượng không khí hút Khi lượng không khí hút càng lớn hoặc tốc độ động cơ càng cao, tỷ lệ gia tăng này càng tăng Việc hiệu chỉnh làm giàu nhiên liệu có thể tăng từ 10% đến 30% tổng lượng nhiên liệu.
5.4.7 Hiệu chỉnh nhiệt độ của khí nạp Để tối ưu hóa tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu, cần điều chỉnh lượng nhiên liệu theo nhiệt độ khí nạp Nhiệt độ khí nạp thực tế được xác định dựa vào cảm biến nhiệt độ khí nạp, ECU thiết lập nhiệt độ chuẩn của khí nạp là 20°C (68°F).
Khi nhiệt độ vượt quá hoặc dưới mức tiêu chuẩn, ECU sẽ tự động điều chỉnh dựa trên mức nhiệt độ tương ứng Khi nhiệt độ khí nạp thấp, hệ thống sẽ tăng lượng nhiên liệu để đảm bảo tỷ trọng không khí vẫn đủ Ngược lại, khi nhiệt độ khí nạp cao, hệ thống sẽ giảm lượng nhiên liệu phun để cân bằng tỷ trọng không khí Quá trình điều chỉnh này thường chỉ ảnh hưởng tối đa khoảng 10% đến mức tăng/giảm nhiên liệu.
Hình 5 24: Hiệu chỉnh theo nhiêt độ 5.4.8 Hiệu chỉnh điện áp
Khi ECU động cơ truyền tín hiệu điện đến kim phun và khi được phun thực tế, sẽ có hiện tượng trì hoãn về thời gian xảy ra Thời gian trì hoãn càng dài thì tín hiệu điện gửi đến cuộn dây của kim phun càng ngắn, dẫn đến việc thời gian mở vòi phun bị rút ngắn so với việc tính toán ban đầu của ECU Điều này làm giảm lượng nhiên liệu phun và không đáp ứng đủ chế độ tải trong thực tế, do đó cần điều chỉnh thời gian mở của vòi phun một cách hợp lý ECU động cơ kéo dài thời gian mở của vòi phun tương ứng với thời gian trì hoãn để đảm bảo lượng nhiên liệu phù hợp với chế độ tải.
Hình 5 25: Hiệu chỉnh theo điện áp