Mục tiêu nghiên cứu - Mô hình giúp sinh viên dễ dàng nhận biết vị trí cũng như hình dạng của các cơ cấu trên động cơ, giúp sinh viên ứng dụng ngay lý thuyết đã được học vào trong thực hà
TỔNG QUAN
Lý do chọn đề tài
Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học - kỹ thuật, ngành công nghệ kỹ thuật ô tô đã có những bước tiến nổi bẩt, đặc biệt là việc phát triển ngành công nghệ kỹ thuật ô tô đối với nền kinh tế đất nước Nhận thấy tầm quan trọng đó nên việc đào tạo nguồn nhân lực có trình độ cao được Trường đại học sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh chú trọng đào tạo Song song đó, việc nâng cao chất lượng dạy và học cũng không ngừng thay đổi để phù hợp vói sự phát triển này Do vậy, việc nghiên cứu và chế tạo ra các mô hình phục vụ cho việc giáo dục là yêu cầu cấp thiết, dựa trên những quan điểm phát huy tính tích cực người học, kết hợp vói sự giảng dạy của giảng viên đang được áp dụng rộng rãi Đồng thời, hạn chế nhược điểm của phương tiện cũ và tao ra những cơ sở, mô hình mới chất lượng hơn, đây cũng là chủ trương của Nhà Nước đề ra: “Đổi mới mạnh mẽ nội dung và phương pháp dạy và học đặc biệt đối với các ngành cơ khí ôtô.”
Vì thế, đề tài “Phương pháp chẩn đoán động cơ phun xăng điện tử Toyota 1SZ - FE” có ý nghĩa quan trọng cho sinh viên áp dụng lý thuyết vào thực tế, hiểu rõ về một động cơ thực tế, về cấu tạo, nguyên lý Từ đó có thể dùng làm cơ sở cho việc chẩn đoán lỗi để tìm ra phương pháp khắc phục và sửa chữa.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
- Mô hình giúp sinh viên dễ dàng nhận biết vị trí cũng như hình dạng của các cơ cấu trên động cơ, giúp sinh viên ứng dụng ngay lý thuyết đã được học vào trong thực hành
- Nâng cao tính hiện đại hóa và phương pháp giảng day thực hành trong giáo dục và đào tạo
- Hiểu rõ về các quy trình chẩn đoán trên động cơ
- Khai thác về các cảm biến và các cơ cấu và hệ thống điều khiển trên mô hình động cơ
- Đạt được kiến thức cơ bản về cơ cấu chấp hành và hệ thống điều khiển động cơ
- Nghiên cứu và phân tích về các quy trình chẩn đoán và sửa chữa trên động cơ.
Đối tượng nghiên cứu
Mô hình động cơ Toyota 1SZ - FE
Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu trong phạm vi nội dung giảng dạy cho sinh viên
- Nghiên cứu tổng hợp từ các tài liệu của hãng, các tài liệu và giáo trình đang được sử dụng làm phương tiện giảng dạy cho sinh viên
- Quy mô nghiên cứu đề tài trên cơ sở khai thác các trang thiết bị hiện có trong nhà trường và khai thác bên ngoài để hoàn thiện đề tài.
Phương pháp nghiên cứu
- Tra cứu trong các tài liệu, giáo trình kỹ thuật và đặc biệt là các cuốn cẩm nang bảo dưỡng, khai thác và sửa chữa của chính hãng Toyota
- Nghiên cứu, tìm kiếm thông tin trên các diễn đàn, các trang web trong và ngoài nước Kiểm nghiệm và chắt lọc để có thể dùng những tài liệu cần thiết và đáng tin cậy
- Tham khảo ý kiến của thầy cô Giảng viên, các chuyên gia trong ngành cơ khí ô tô.
Kế hoạch nghiên cứu
Đề tài được hoàn thành trong 10 tuần với các công việc và chia làm 2 giai đoạn:
- Nghiên cứu giáo trình, tài liệu hãng, xác định nhiệm vụ, phạm vi, đối tượng và mục tiêu nghiên cứu
- Kiểm tra các cảm biến và mạch điện của mô hình
- Tìm hiểu hệ thống điều khiển
- Nghiên cứu và thực hành các phương pháp chẩn đoán
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
Giới thiệu đặc điểm động cơ Toyota 1SZ – FE
Bảng 2.1: Thông số động cơ Toyota 1SZ – FE
Số xy lanh và sự sắp xếp 4-inline
Hệ thống nhiên liệu xăng
Hệ thống đánh lửa Trực tiếp
Dung tích xy lanh (cm3) 997 Đường kính xy lanh x Chu kỳ (mm) 69 x 66.7
Công suất tối đa 51.5 Kw ở 6000 vòng/phút
Momen xoắn tối đa 95 Nm ở 4000 vòng/phút
- Hệ thống đánh lửa trực tiếp DSI
- Hệ thống phân phối khí thông minh VVT-i
- Ống góp mạp bằng nhựa có bộ cộng hưởng
- Bộ góp xả bằng thép không gỉ
ECU
Mỗi hệ thống điều khiển trên ôtô được trang bị một bộ phận điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit) hay còn gọi ECM(Electronic Control Module) ECU được cấu tạo từ bộ vi xử lí, các bộ nhớ bên trong và đường truyền - BUS
Hình 2.1 : Sơ đồ các cực của ECU
Bảng 2.2: Ký hiệu và vị trí các cực của ECU
Ký hiệu Diễn giải Vị trí trên ECU
IG/SW Công tắc IG E4 13
STSW Tín hiệu khởi động E5 2
STA Tín hiệu máy khởi động E4 11
+B Nguồn cung cấp cho ECU E4 12
MREL Cực điều khiển rờ le chính E4 2
IGT1 Tín hiệu đánh lửa 1 E7 22
IGT2 Tín hiệu đánh lửa 2 E7 21
IGT3 Tín hiệu đánh lửa 3 E7 20
IGT4 Tín hiệu đánh lửa 4 E7 19
IGF Tín hiệu xác nhận đánh lửa E7 3
NE Tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu E7 17/E7 16
G Tín hiệu cảm biến vị trí trục cam E7 18
KNK1 Tín hiệu kích nổ E6 13
SPD Tính hiệu tốc độ xe E4 9
THW Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát E6 4
THA Tín hiệu nhiệt độ khí nạp E6 3
VG Tín hiệu lưu lượng khí nạp E6 2
VC Nguồn các cảm biến 5V E6 1
VTA Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga E6 11
TACH Đồng hồ đo tốc độ
OCV+/OCV- Tín hiệu điều khiển van OCV E7 10/E7 23
STP Tín hiệu công tắc đèn phanh E7 6
FC Tín hiệu điều khiển bơm nhiên liệu E7 7
#10 Tín hiệu kim phun số 1 E7 12
#20 Tín hiệu kim phun số 2 E7 11
#30 Tín hiệu kim phun số 3 E7 25
#40 Tín hiệu kim phun số 4 E7 24
Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống mạch ECU
Các cảm biến trên động cơ
2.3.1 Cảm biến vị trí bướm ga (VTA)
● Cấu tạo: Được bố trí trên thân họng gió Bên trong cảm biến sẽ gồm có một con trượt, một điện trở và các tiếp điểm cho tín hiệu vị trí bướm ga được cung cấp tại các đầu của mỗi tiếp điểm
● Nguyên lý hoạt động: Khi có điện áp không đổi 5V được cấp từ ECU động cơ đến cực VC của cảm biến Khi bướm ga mở thì tiếp điểm trượt theo các điện trở tương ứng nên làm thay đổi điện trở nên điện áp gửi về cực VTA của ECU cũng thay đổi theo Khi bướm ga mở thì điện áp VTA của cảm biến tăng lên và ngược lại sẽ giảm ECU sẽ dựa vào tín hiệu điện áp đó tính toán độ mở bướm ga dựa vào những tín hiệu này để điều khiển mô tơ bướm ga theo những điều kiện lái xe, các tín hiệu này cũng được sử dụng trong việc tính toán hiệu chỉnh tỷ lệ A/F, hiệu chỉnh cắt/bù nhiên liệu và hiệu chỉnh tăng công suất
Hình 2.3: Cảm biến vị trí bướm ga lắp trên động cơ
Hình 2.4: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga
2.3.2 Bộ đo lưu lượng không khí (MAF)
• Cấu tao: Được bố trí trên đường ống nạp không khí từ đường khí đến bộ điều khiển bướm ga Bộ đo gió là một bộ cảm biến đo lượng khí nạp vào bướm ga Bên trong bộ đo gió gồm một cảm biến nhiệt độ khí nạp và một dây sấy ECU sử dụng thông tin từ cảm biến này để xác định thời gian phun nhiên liệu và tỷ lệ A/F phù hợp Bên trong bộ đo gió này gồm một nhiệt điện trở, một dây sấy platin và một cảm biến nhiệt THA
• Nguyên lý hoạt động: Khi động cơ khởi động sẽ dòng điện sẽ chạy qua dây sấy platin, dây sấy sẽ nóng lên Đồng thời lúc đó không khí được hút vào và đi qua dây sấy này, dây sấy sẽ được làm nguội tương đương với thể tích và khối lượng khí nạp Bằng cách hiệu chỉnh dòng điện để giữ cho nhiệt độ của dây sấy không đổi, dòng điện sẽ tỉ lệ thuận với khối lượng không khí nạp vào Sau đó ta có thể đo khối lượng không khí nạp đó, dòng điện này sẽ biến đổi thành điện áp gửi về cực VG của ECM Mạch dây sấy và cảm biến THA tạo ra là một mạch cầu và tranzitor công suất sẽ được điều chỉnh để giữ điện thế giữa A với B duy trì được nhiệt độ đã định
Hình 2.5: Cấu tạo bộ đo lưu lượng khí nạp
Hình 2.6: Sơ đồ mạch điện cảm biến bộ đo lưu lượng không khí
Hình 2.7: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp
Cảm biến nhiệt độ khí nạp được cấp nguồn 5V từ cực THA của ECU, qua điện trở
R Cảm biến này và điện trở được mắc nối tiếp Nếu điện trở của cảm biến thay đổi theo nhiệt độ sẽ làm điện áp gửi về cực THA cũng thay đổi Dựa vào tín hiệu này, ECU hiệu chỉnh tăng lượng phun nhiên liệu khi động cơ lạnh để cải thiện công suất động cơ
• Cấu tạo: Được bố trí trên đường ống thải Bên trong cảm biến có phần tử Zirconia để tạo ra tín hiệu điện áp và dùng để nhận biết sự chênh lệch nồng độ oxy ở phía trong và ngoài cảm biến, từ đó dùng để xác định tỷ lệ nhiên liệu/không khí cho buồng đốt động cơ
• Nguyên lý hoạt động: Để phát huy tối ưu hoạt động của bộ trung hòa khí xả, hỗn hợp không khí và nhiên liệu phải được duy trì ở gần tỷ lệ không khí nhiên liệu lý tưởng Nếu nồng độ oxy trên bề mặt bên trong của phần tử ZrO2 có sự chênh lệch lớn so với bề mặt bên ngoài tại nhiệt độ cao (400 ̊ C hoặc cao hơn) thì phần tử Zirconia sẽ tạo ra một điện áp (tín hiệu OX) gửi đến ECU động cơ để báo về nồng độ oxy trong khí xả tại mọi thời điểm Khi tỷ lệ không khí – nhiên liệu là nhạt, sẽ có nhiều oxy trong khí thải nên chỉ có sự chênh lệch nhỏ về nồng độ giữa bên trong và bên ngoài của phần tử cảm biến Vì vậy, điện áp nó tạo ra sẽ nhỏ (gần bằng 0V) và ngược lại, khi tỷ lệ không khí – nhiên liệu là đậm, oxy trong khí thải gần không còn nên tạo ra sự chênh lệch lớn về nồng độ bên trong và bên ngoài phần tử cảm biến Vì vậy, điện áp cảm biến tạo ra tương đối lớn (xấp xỉ 1V)
Hình 2.8: Cảm biến oxy trên động cơ
Hình 2.9: Sơ đồ mạch điện cảm biến oxy
2.3.4 Cảm biến kích nổ (KNK)
● Cấu tạo: Cảm biến kích nổ được bố trí ở trên thân động cơ để phát hiện hiện tượng kích nổ ở trong lòng xylanh Ở trong cảm biến này có một phần tử áp điện và khi xảy ra hiện tượng kích nổ thì các xylanh bị rung động mạnh làm biến dạng phần tử này và tạo ra các điện áp
● Nguyên lý hoạt động: Cảm biến trên động cơ này thuộc loại phẳng có thể phát hiện được rung động trong tần số khoảng 6 – 15kHz Khi động cơ bị kích nổ, các xylanh bị rung động mạnh làm biến dạng phần tử áp điện bên trong cảm biến làm thay đổi điện áp ECU sẽ nhận biết kích nổ xảy ra bằng cách so sánh điện áp từ tín hiệu cảm biến và so sánh với điện áp chuẩn để điều chỉnh làm muộn góc đánh lửa sớm cho đến khi hết hiện tượng kích nổ
Hình 2.10: Cảm biến kích nổ trên động cơ
Hình 2.11: Sơ đồ mạch điện cảm biến kích nổ
2.3.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW)
● Cấu tạo: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát được bố trí trên đường nước làm mát ở phần đầu động cơ Một nhiệt điện trở có trị số nhiệt trở âm được lắp ở bên trong cảm biến và khi nhiệt độ nước làm mát tăng thì điện trở cũng thay đổi theo
● Nguyên lý hoạt động: Một điện áp 5V được cấp từ ECU thông qua một điện trở
R cố định Khi nhiệt độ nước làm mát thay đổi thì sẽ dẫn đến điện trở của nhiệt điện trở cũng thay đổi theo ECU sẽ nhận được tín hiệu nhiệt độ nước làm mát để tính toán và điều chỉnh lượng phun nhiên liệu, góc đánh lửa sớm, điều chỉnh
16 tốc độ cầm chừng dựa theo nhiệt độ nước làm mát Khi nhiệt độ nước làm mát thấp dưới 80 ̊C thì ECU sẽ điều khiển tăng lượng nhiên liệu phun và tăng góc đánh lửa sớm
Hình 2.12: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát trên động cơ
Hình 2.13: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát
2.3.6 Cảm biến vị trí trục CAM (G)
● Cấu tạo: Được bố trí gần đầu cốt cam Dùng loại cảm biến điện từ Trong cảm biến vị trí trục cam có một cuộn dây điện từ và một nam châm vĩnh cữu
● Nguyên lý hoạt động: Đĩa tín hiệu có một răng được lắp ở đầu trục cam, đối diện với cảm biến vị trí trục cam Khi trục cam quay, răng ở trên đĩa tín hiệu sẽ quay làm thay đổi khe hở giữa cảm biến và các răng thay đổi Điều này sẽ làm từ thông đi qua hai cuộn dây thay đổi sẽ tạo ra sức điện động ở cuộn dây dưới dạng xung xoay chiều và tín hiệu này sẽ được gửi về ECU Tín hiệu cảm biến trục cam
17 dùng để xác định thời điểm đánh lửa so với điểm chết trên và lượng phun nhiên liệu
Hình 2.14: Cảm biến vị trí trục cam trên động cơ
Hình 2.15: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam
2.3.7 Cảm biến vị trí trục khuỷu (NE)
● Cấu tạo: Được đặt ở phía đầu trục khuỷu, dùng loại cảm biến từ kiểu rô to quay
Cảm biến này gồm có một cuộn dây tín hiệu và một rô to có 34 răng Cuộn dây
18 tín hiệu bao gồm một cuộn dây và nam châm vĩnh cửu được cố định trên một khung từ Rô to thì được lắp ở phần đầu trục khuỷu
● Nguyên lý hoạt động: Khi rô to chuyển động quay sẽ làm thay đổi khe hở không khí giữa các răng với cảm biến, sự thay đổi này làm cho từ thông chạy qua cuộn dây thay đổi và tạo nên sức điện động ở cuộn dây dưới dạng xung hình sin và gửi tín hiệu NE về ECU Từ đó ECU sẽ sử dụng tín hiệu này để hiệu chỉnh lượng phun nhiên liệu và góc đánh lửa tối ưu cho từng xylanh
Hình 2.16: Cảm biến vị trí trục khuỷu trên động cơ
Hình 2.17: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu
Các cơ cấu chấp hành
2.4.1 Hê thống phun nhiên liệu điện tử (EFI)
● Điều khiển bơm nhiên liệu
Hình 2.18: Sơ đồ mạch điều khiển bơm xăng
Khi động cơ được cấp nguồn, có dòng điện chạy qua relay EFI chạy về công tắc IGSW khởi động động cơ Lúc này có tín hiệu STA sẽ được gửi về ECU Sau đó ECU
20 cho dòng điện chạy qua cực Tr1 làm cực Tr1 mở, và dòng điện +B đi qua cuộn dây đóng cực rơ le làm rơ le hoạt động Dòng điện từ tiếp tục chạy đến rơ le bơm làm bơm quay ECU được nhận tín hiệu NE khi động cơ nổ và điều khiển bơm tiếp tục quay
Khi xe gặp sự cố hoặc contact máy OFF, ECU không có tín hiệu Ne, ECU sẽ điều khiển bơm ngừng quay
● Mạch dẫn động kim phun:
Hình 2.19: Sơ đồ mạch điều khiển phun nhiên liệu
ECU sẽ cho dòng điện đi qua kim phun khi đươc bộ vi xử lý điều kiển transitor cho phép Các van kim được nhấc lên và nhiên liệu đuợc phun vào đường ống nạp theo thứ tự công tác Lượng nhiên liệu phun thay đổi phụ thuộc vào thời gian mở của các transistor tương ứng
● Điều khiển phun nhiên liệu
Các bộ phận của hệ thống: hộp ECU, các cảm biến khác, hệ thống bơm nhiên liệu, kim phun,…
+ ECU động cơ: ECU này tính lượng phun nhiên liệu tối ưu dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến
+ Cảm biến lưu lượng khí nạp: dùng để phát hiện khối lượng không khí nạp
+ Cảm biến vị trí trục khuỷu: dùng để phát hiện tốc độ động cơ và góc quay trục khuỷu
+ Cảm biến vị trí trục cam: dùng để phát hiện góc quay và thời điểm nhiên liệu của trục cam
+ Cảm biến nhiệt độ nước: dùng để phát hiện nhiệt độ của nước làm mát
+ Cảm biến vị trí bướm ga: dùng để phát hiện độ mở của bướm ga
+ Cảm biến oxy: dùng để phát hiện nồng độ của oxy trong khí thải
2.4.2 Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS)
Hệ thống này sử dụng bô bin cung cấp điện cao áp trực tiếp cho bugi từ cuộn đánh lửa thay vì dùng bộ chia điện Ở động cơ này, transistor được đặt ở bên trong bôbin và bôbin được đặt trực tiếp vào đầu bugi Số lượng bôbin bằng với số lượng xilanh của động cơ
● Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa trực tiếp:
Hình 2.20: Hệ thống đánh lửa DIS
Thời điểm đánh lửa được ECU xác định dựa vào tín hiệu cảm biến trục khuỷu (tín hiệu NE) và tín hiệu cảm biến trục cảm (tín hiệu G) và tín hiệu từ các cảm biến khác (cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến nhiệt độ nước, cảm biến vị trí bướm ga….)
ECU truyền các tín hiệu đánh lửa IGT vào mỗi bôbin ECU sẽ sử dụng tín hiệu IGT để điều khiển bật tắt lần lượt dòng điện của các transistor công suất đến cuộn sơ cấp Khi dòng điện tới cuộn sơ cấp bị cắt, một điện áp mạnh được tạo ra trong cuộn dây thứ cấp được truyền đến cho các bugi và đánh lửa Khi ECU cắt dòng điện vào cuộn sơ cấp, IC đánh lửa sẽ phản hồi lại một tín hiệu xác nhận đánh lửa IGF về ECU
Hình 2.21: Dạng xung của tín hiệu IGT và IGF
● Tín hiệu thời điểm đánh lửa IGT
- ECU động cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến G, NE và các cảm biến khác để xác định thời điểm đánh lửa sao cho tối ưu nhất và truyền tín hiệu IGT đến IC đánh lửa (ECU của động cơ cũng có tác động đến việc điều khiển đánh lửa sớm)
- ECU động cơ gửi Tín hiệu IGT đến bô bin có IC đánh lửa Quá trình đánh lửa theo đúng thứ tự công tắc (1-3-4-2)
- Khi tín hiệu IGT còn 0V thì IC đánh lửa bị ngắt, khi dòng sơ cấp bị ngắt đột ngột, làm cho từ thông đi qua cuộn dây thay đổi tạo ra sức điện động tự cảm ở cuộn thứ cấp điều này tạo ra dòng điện áp cao
- Dòng điện áp này phát ra từ cuộn thứ cấp sẽ được dẫn đến bugi và gây đánh tia lửa
Hình 2.22: Xung điều khiển đánh lửa
● Tín hiệu xác nhận đánh lửa IGF
ECU sẽ xác định thời điểm đánh lửa và gửi các tín hiệu IGT đến các xylanh Dựa theo các tín hiệu IGT thì các transistor công suất sẽ ngắt dòng điện đến cuộn sơ cấp của bôbin, sự ngắt đột ngột này sẽ làm xuất hiện một suất điện động tự cảm và điện áp của nó sẽ được bộ tạo tín hiệu IGF nhận biết tín hiệu này và gửi đến ECU để xác nhận đã đánh lửa Nếu ECU không nhận được tín hiệu IGF thì tương đương với hệ thống đánh lửa dừng hoạt động thì ECU sẽ ghi nhận mã lỗi và ngắt các mạch điều khiển kim phun để tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường
Hình 2.23: Mạch xác nhận tín hiệu đánh lửa
2.4.3 Hệ thống điều khiển tốc độ cầm chừng (ISC)
Hệ thống ISC ( Idle Speed Control - điều khiển tốc độ cầm chừng) sử dụng một mạch đi tắt qua bướm ga, và lượng không khí hút từ mạch đi tắt này được điều khiển bởi ISCV (Idle Speed Control valve - Van điều chỉnh tốc độ không tải
Van ISC sử dụng các tín hiệu cảm biến từ ECU gửi đến để điều khiển động cơ ở tốc độ không tải tối ưu tại mọi thời điểm
● Các tín hiệu điều khiển tốc độ cầm chừng
- Tín hiệu khởi động STA
- Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát THW
- Tín hiệu cảm biến tốc độ xe SPD
● Các chế độ làm việc
- Chế độ khởi động: Khi động cơ ngưng hoạt động, tức không có tín hiệu tốc độ động cơ gởi đến ECU thì van điều khiển mở hoàn toàn, giúp động cơ khởi động lại dễ dàng
- Chế độ sau khởi động: Nhờ thiết lập trạng thái khởi động ban đầu, việc khởi động dễ dàng và lượng gió phụ vào nhiều hơn khi động cơ đạt được một tốc độ nhất định (phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát), ECU gửi tín hiệu đến van ISC để chuyển từ vị trí mở hoàn toàn đến vị trí được chỉ định theo nhiệt độ nước làm mát
- Chế độ hâm nóng: Ở giai đoạn này, để giúp động cơ nhanh chóng đạt được nhiệt độ vận hành, song song với việc ECU điều khiển phun thêm nhiên liệu, van ISC cũng được điều khiển mở rộng cho dòng khí nạp đi qua nhiều hơn, làm cho ga cầm chừng lúc này lớn hơn bìn thường, động cơ sẽ nhanh chóng đạt được nhiệt độ làm việc
- Chế độ máy lạnh: Khi động cơ đang hoạt động, nếu ta bật điều hoà nhiệt độ, do tải của máy nén lớn sẽ làm tốc độ cầm chừng động cơ tụt xuống Nếu sự chênh lệch tốc độ thật sự của động cơ và tốc độ ổn định của bộ nhớ lớn hơn 20 v/p thì ECU sẽ gởi tín hiệu điều khiển đến van ISC để tăng lượng khí nạp nhằm mục đích tăng tốc độ động cơ khoảng 100 v/p Ở những xe có trang bị ly hợp máy lạnh điều khiển bằng ECU, khi bật
27 công tắc máy lạnh ECU sẽ gởi tín hiệu tới van điều khiển trước để tăng tốc độ cầm chừng sau đó đến ly hợp máy nén để tránh tình trạng động cơ đang chạy bị khựng đột ngột
Hệ thống VVT-i cho phép thay đổi thời gian đóng mở xupap dễ dàng theo điều kiện hoạt động của động cơ và được điều khiển bởi ECU
HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN VÀ PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN
Quy trình xử lí hư hỏng điện trên động cơ
3.1.1 Xác định mức độ ảnh hưởng của mạch điện
Trong trường hợp cần biết các tải hoặc các mạch có liên quan với nhau, người sửa chữa cần phải tìm trong hệ thống sơ đồ mạch điện Sơ đồ mạch sẽ cho biết những tải được nối trong mạch điện, và sẽ giải thích kích hoạt chúng như thế nào Phần đường đi của dòng điện, cũng như sơ đồ hệ thống nguồn điện sẽ cho người sửa chữa biết thông tin về nguồn cung cấp cho mạch điện Để tìm thông tin về điểm tiếp mass, có thể xem phần sơ đồ các điểm tiếp mass
Bằng cách kiểm tra sự hoạt động của các mạch điện liên quan, có thể xác định được phần nào của mạch điện hay thiết bị có khả năng là nguyên nhân của việc hư hỏng Trong lúc kích hoạt mạch điện hoạt động, cần phải xác định xem hư hỏng tác động vào cả mạch hay chỉ một phần của mạch dựa vào sự hoạt động của mạch điện có thể đưa ra các giả thiết như sau:
Nếu mạch điện không hoạt động
Nếu một mạch điện hay một hệ thống không hoạt động, điều đó có thể do:
- Có khả năng hư hỏng nằm ở nguồn (cầu chì) hoặc mạch nối mass
- Tải hoặc thiết bị hỏng
Có rất nhiều hư hỏng là nguyên nhân khiến các thiết bị không làm việc Có thể hở mạch nguồn hay tiếp mass không tốt, hoặc đơn giản chỉ là một thiết bị trong mạch ở trong tình trạng xấu Vì vậy, người sửa chữa cần một nơi để bắt đầu kiểm tra Đầu tiên không có gì dễ hơn là người sửa chữa kiểm tra nguồn cung cấp và các vị trí nối mass của thiết bị bằng việc kích hoạt mạch có liên quan Việc sử dụng sơ đồ mạch điện sẽ làm cho công việc kiểm tra nguồn và mass của mạch trở nên đơn giản:
• Kiểm tra nguồn điện: Quan sát sơ đồ hệ thống mạch điện và sơ đồ đường đi của dòng điện để xác định những mạch dùng chung cầu chì và kiểm tra sự hoạt động của chúng Nếu cầu chì chỉ dùng cho mạch điện cần kiểm tra, việc xác định vị trí và kiểm tra cầu chì ấy sẽ trở nên nhanh chóng
• Kiểm tra việc nối mass: Bằng cách sử dụng thông tin về các vị trí nối mass trong mạch điện, có thể tìm thấy các mạch điện sử dụng chung điểm nối mass Nếu các mạch điện sử dụng chung vị trí nối mass hoạt động bình thường, có thể xác định rằng điểm nối mass đó vẫn bình thường
Những kiểm tra trên có thể không định vị chính xác hư hỏng trong mạch điện Nhưng nó sẽ giúp nhanh chóng chỉ ra vùng cần phải kiểm tra và bỏ qua vùng không cần thiết
Nếu một phần của mạch điện vẫn làm việc
Nếu bất kỳ một phần của mạch điện vẫn làm việc, điều này cho thấy:
- Mạch cấp nguồn tới và điểm nối mass chính trong mạch có khả năng làm việc tốt
- Cần phải tìm chính xác những tải nào hoạt động và tải nào không hoạt động, bằng cách tìm những dây chung hoặc các mối nối nằm giữa những phần của mạch điện
3.1.2 Chẩn đoán với mã lỗi
Nếu mạch điện có ECU có khả năng tự chẩn đoán lỗi thì cách thức chẩn đoán thông thường là:
1 Kiểm tra mã chẩn đoán và ghi lại các mã lỗi đó
2 Xóa mã lỗi và khởi động lại hệ thống hoặc xe để quan sát xem lỗi xảy ra ngắt quãng hay liên tục
3 Nếu như mã lỗi lại tiếp tục xuất hiện, làm theo các bước (xem bảng chẩn đoán) trong tài liệu hướng dẫn sửa chữa
4 Nếu không có mã lỗi nhưng vẫn tồn tại hư hỏng, sử dụng bảng các triệu chứng hư hỏng trong sổ tay sửa chữa để kiểm tra
5 Trong chẩn đoán mạch điện, sơ đồ mạch điện sẽ giúp người sửa chữa xác định vị trí của thiết bị, các chân, các đầu nối hoặc các mối nối… Có một vài kỹ thuật khác thợ sửa chữa có thể sử dụng, nó phụ thuộc vào hệ thống mà người thợ đang chẩn đoán
Hình 3.1: Bảng mã lỗi của Toyota
3.1.3 Phân tích các triệu chứng Để sửa chữa một hư hỏng, người thợ cần biết chính xác hư hỏng nào phải xử lý Khi xác định hư hỏng, người sửa chữa đã có thể hiểu hơn về lời phàn nàn của khách Sau khi đã tiến hành kiểm tra các triệu chứng có liên quan, người sửa chữa có thể thấy được những mạch điện bị ảnh hưởng và những mạch điện không bị ảnh hưởng Lúc này, người sửa chữa cần dừng lại và thu thập tất cả các các thông tin lại để xác định cụ thể:
- Xác định chính xác những thiết bị, những mạch bị ảnh hưởng (theo lời phàn nàn của khách và bất kỳ triệu chứng nào có liên quan)
- Những loại lỗi cần tìm (hở mạch, chạm mass, điện trở cao…)
- Khi nào các hư hỏng xảy ra (trong điều kiện hoạt động: công tắc máy ON, cửa tài xế mở…)
Sau khi thực hiện những việc trên, sử dụng sơ đồ mạch điện của hệ thống và
“đánh dấu” đường đi của dòng điện trên những phần mạch đã xác nhận hoạt động tốt Những vùng không được “đánh dấu” chính là nơi hư hỏng có thể xảy ra Tất cả những công việc ở trên sẽ giúp người sửa chữa tốn ít thời gian hơn khi chẩn đoán trên xe
3.1.4 Phân vùng hư hỏng Để phân vùng hư hỏng cần phải làm theo ba mục sau:
- Trên sơ đồ mạch điện, tìm những vùng mà có khả năng xảy ra hư hỏng
- Xác định vị trí bắt đầu để tiến hành kiểm tra
- Tiến hành kiểm tra từ những vị trí dễ tiếp cận như các giắc hoặc mối nối dựa theo sơ đồ mạch điện
Hình 3.2: Các vị trí bắt đầu tiếp cận Xác định những vùng có khả năng hư hỏng
Khi phân tích các triệu chứng trong bước 3, người sửa chữa đã “đánh dấu” được đường đi của dòng điện chạy trong những phần mạch còn tốt Bây giờ ta sẽ xem xét phần còn lại của mạch không bị “đánh dấu”, đó là vị trí mà đã xác định là không có dòng điện chạy qua Bất kỳ vị trí nào không được “đánh dấu” là nơi đó có khả năng xảy ra hư hỏng, khoanh tròn tất cả các vị trí nơi mà lỗi có thể xảy ra Điều này giúp người sửa chữa có cái nhìn toàn diện hơn về những vùng có khả năng cần kiểm tra
Xác định vị trí bắt đầu kiểm tra
Khi đã xác định được bất kỳ một vùng nào có những vị trí đã khoanh tròn, đều có thể là nguyên nhân gây ra hư hỏng, người sửa chữa cần tìm một nơi để bắt đầu Thông thường nên chẩn đoán khả năng hư hỏng dựa trên các cơ sở sau:
- Vị trí dễ tiếp cận
- Nếu như việc kiểm tra có thể làm thông qua trực quan
- Nếu như biết được lỗi trước đó qua vài điểm đặc biệt
- Nếu có nhiều thiết bị, mạch điện không làm việc: bắt đầu với những phần của mạch thường được dùng chung
Quá trình xử lý lỗi có liên quan đến việc sử dụng tất cả những công cụ đã đề cập tới trong chương 2 (kiểm tra bằng mắt, dùng dao động ký, đồng hồ VOM, dây nối tắt) Hình thành kế hoạch chẩn đoán trong đầu bao gồm ít nhất hai bước kiểm tra đầu tiên cần phải làm Nếu những kiểm tra ban đầu đó không tìm ra nguyên hư hỏng thì ít nhất nó cũng sẽ dẫn tới những kiểm tra thêm để có thể khoanh vùng được hư hỏng Lưu ý rằng vị trí xảy ra lỗi sẽ là một trong những vị trí mà người sửa chữa đã khoanh vùng (đánh dấu tròn) trong mạch điện
Sửa chữa hư hỏng có lẽ là một bước rõ ràng và ít rắc rối nhất trong quá trình chẩn đoán Để sửa chữa một sự cố về điện thường liên quan đến các vấn đề sau:
- Sửa chữa và thay thế thiết bị
- Sửa chữa một mối nối của mạch điện (các giắc nối, các cực, các điểm nối mass)
Gợi ý khi thay thế thiết bị
- Khi ngắt và thay thế các thiết bị, cần chắc chắn rằng mạch điện đã được ngắt nguồn hay accu đã được tháo ra
- Nắm rõ những mạch điện yêu cầu xử lý đặc biệt
Ví dụ: Hệ thống túi khí yêu cầu phải ngắt điện accu và đợi trong vòng 90s trước khi sửa chữa hệ thống Luôn sử dụng tài liệu hướng dẫn sửa chữa để biết những trường hợp đặc biệt
Hệ thống chẩn đoán (OBD)
OBD hay “On – Board Diagnostics” Là hệ thống tự chẩn đoán lỗi hoặc hệ thống chẩn đoán mã lỗi động cơ
Giắc chẩn đoán OBD-II có chức năng là kết nối máy scan với các thiết bị của hệ thống OBD-II, đây là một chức năng bắt buộc phải có trên oto hiện đại
Khi hệ thống phát hiện ra lỗi trên xe, đèn “Check engine” trên tableau sẽ được bật và nó được gọi là đèn báo lỗi và số lần chớp tắt của đèn thể hiện thông số mã lỗi từ đó chúng ta có thể biết và đưa ra phương pháp sửa chữa
Sau khi sửa chữa hư hỏng thì đèn Check Egine sẽ tắt, tuy vậy nhưng sau đó bộ nhớ ECU vẫn sẽ lưu lại những lỗi cũ đó và lần chẩn đoán sau sẽ hiện nên sau khi sửa chữa chúng ta cần phải thực hiện việc xóa mã lỗi và xác nhận hoàn thành sửa chữa
● Kiểm tra đèn “Check engine” Đèn Check Engine sẽ sáng khi contact được bật sang ON
Khi động cơ khởi động, đèn kiểm tra phải tắt Nếu đèn còn sáng là đã có lỗi hoặc vấn đề ở trong hệ thống điều khiển
● Chẩn đoán mã lỗi bằng tay Để ghi nhận mã lỗi trình tự được tiến hành như sau:
- Kiểm tra điện áp bình (12V)
- Ngắt các phụ tải điện
- Bật contact máy ON (không nổ máy)
- Dùng dây điện nối tắt hai đầu của giắc TC và CG để kiểm tra
Hình 3.4: Vị trí các chân giắc chẩn đoán
- Khi có lỗi, đèn “Check Engine” sẽ nhấp nháy mỗi 0,5 giây Số lần nháy đầu tiên sẽ tương ứng chữ số thứ nhất của mã lỗi (mã lỗi có hai chữ số), số lần nháy thứ hai tương ứng chữ số thứ hai của mã lỗi, hai lần sẽ cách nhau 1.5 giây Nếu đèn dừng 2.5 giây rồi nháy tiếp chứng tỏ đã có thêm mã lỗi, ta tiếp tục quan sát và ghi nhận
Sau khi tất cả các mã xuất hiện, đèn sẽ tắt 4,5 giây và sau đó sẽ lặp lại trình tự nếu cực TC và CG vẫn được nối tắt và xe vẫn chưa được ngắt ắc quy, bởi vì khi ngắt nguồn điện thì toàn bộ các mã lỗi được lưu lại trên ECU sẽ bị xóa
- Tra sách hướng dẫn sửa chữa của NSX để xác định mã lỗi và những việc cần làm
- Tiến hành theo các bước kiểm tra sau đó sửa chữa
- Mã lỗi sẽ được xóa bằng cách tháo cọc âm ắcquy trong 15 giây hoặc rút cầu chì EFI
- Chẩn đoán lại một lần nữa xem mã lỗi còn xuất hiện hay không
Chẩn đoán mã lỗi bằng phần mềm
Techstream là phần mềm được sử dụng để chẩn đoán cũng như xác định và điều chỉnh các thông số của động cơ một cách chính xác, có thể áp dụng trên nhiều hãng xe khác nhau tùy vào giắc kết nối
Các bước sử dụng phần mềm chẩn đoán:
Bước 1: Kết nối giắc chẩn đoán OBD-II với cổng USB trên máy tính bằng dây cáp Mini VCI
Hình 3.5: Kết nối máy tính với giắc chẩn đoán trên động cơ
Bước 2: Xoay công tắc máy sang ON và mở phần mềm Techstream trên máy tính Bước 3: Vào giao diện của phần mềm, chọn Connect to vehicle để phần mềm nhận diện dòng xe và kết nối
Hình 3.6: Giao diện của phần mềm khi đang kết nối với động cơ
Bước 4: Click chuột vào phần Engine and ECT để tiến hành chẩn đoán
Hình 3.7: Chọn phần chẩn đoán Engine and ECT
Bước 5: Sau khi chẩn đoán, ta sẽ có được giao diện hiển thị mã lỗi ở mục Trouble Codes
Hình 3.8: Giao diện chẩn đoán mã lỗi
Nếu động cơ có lỗi chúng ta có thể chọn vào phần Freeze Frame Data để xem thông số của động cơ ngay tại thời điểm xảy ra lỗi, ở đây ta có thể xem được tại thời điểm đó động cơ có đang hoạt động hay không, động cơ đang giàu hay nghèo, các thông số cảm biến có đạt tiêu chuẩn hay không,… Từ đó ta có thể tiến hành khoanh vùng và bắt đầu sửa chữa Sau khi sửa chửa chúng ta có thể chọn xóa mã lỗi để xem động cơ còn lỗi hay không
Hình 3.9: Giao diện Freeze Frame Data
43 Ở đây là lỗi P1725 là lỗi thuộc về hệ thống truyền động - hộp số, cụ thể ở đây là lỗi mạch cảm biến tốc độ trục chính hoặc cảm biến tốc độ trục đầu vào của hộp số tự động Bước 6: Chọn mục Data List để xem thông số dữ liệu của động cơ
Hình 3.10: Thông số dữ liệu của động cơ khi hoạt động
Có thể xem thông số vận hành của động cơ trên Data List và so sánh với những lưu ý của nhà sản xuất để có thể phát hiện những hư hỏng của cảm biến:
- Nếu giá trị lượng khí nạp xấp xỉ 0.0g/giây:
Hở mạch cấp nguồn bộ đo gió
Hở hoặc ngắn mạch mạch VG
- Nếu giá trị lượng khí nạp ≥ 160.0g/giây:
● Coolant Temp (Nhiệt độ nước làm mát):
- Nếu giá trị nhiệt độ nước hiển thị -40 ̊C:
Hở mạch cảm biến nhiệt độ nước làm mát
- Nếu giá trị nhiệt độ nước làm mát là 140 ̊C hoặc hơn:
Ngắn mạch cảm biến nhiệt độ nước làm mát
● Intake Air (Nhiệt độ khí nạp):
- Nếu giá trị nhiệt độ khí nạp hiển thị -40 ̊C:
Hở mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp
- Nếu giá trị nhiệt độ khí nạp hiển thị 140 ̊C hoặc hơn:
Ngắn mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp
● Air/Fuel Ratio (Tỷ lệ nhiên liệu và không khí):
- Giá trị A/F dưới 1 (0 – 0.999): Động cơ nghèo nhiên liệu
- Giá trị A/F lớn hơn 1 (1.001 – 1.999): Động cơ giàu nhiên liệu
Bước 7: Chọc mục Active Test để kích hoạt thay đổi các thông số, xem các chế độ làm việc của động cơ có bình thường hay không
Hình 3.11: Chọn mục Active Test và bảng các thông số
Chọn mục Injector volume và chọn OK Ở đây ta có thể thay đổi thể tích phun giảm từ 12.5% hoặc tăng lên tối đa 24.72%
Thay đổi thể tích phun đồng loạt 4 kim phun cho phép kỹ thuật viên kiểm tra lượng phun nhiên liệu và sự thay đổi điện áp của cảm biến oxy
Hình 3.12: Thông số động cơ thay đổi khi thể tích phun tăng 0.15%
Hình 3.13: Thông số động cơ thay đổi khi thể tích phun tăng 2.10%
Có thể thấy khi tăng thể tích phun nhiên liệu lên 2.10% khiến cho nồng độ oxy trong khí xả giảm làm cho sự chênh lệch giữa lượng oxy có trong khí xả và môi trường lớn nên làm tăng điện áp đầu ra của cảm biến oxy Điều này chứng tỏ kim phun và cảm biến oxy vẫn còn hoạt động tốt
Chọn mục A/F control và chọn OK
47 Ở đây ta có thể thay đổi tỷ lệ A/F, có hai mức độ chọn là giảm tối thiểu 12.5% và tối đa tăng 25% Điều chỉnh thay đổi tỷ lệ A/F giúp kỹ thuật viên có thể kiểm tra sự vận hành của cảm biến oxy
Hình 3.14: Thông số động cơ thay đổi khi tỷ lệ A/F giảm 12.5%
Hình 3.15: Thông số động cơ thay đổi khi tỷ lệ A/F tăng 25%
Có thể thấy khi tăng tỷ lệ A/F lên 25% khiến cho điện áp của cảm biến oxy giảm xuống, điều này là do tỷ lệ A/F tăng làm cho nồng độ oxy trong khí xả tăng nên sự chênh lệch giữa lượng oxy có trong khí xả và ngoài môi trường nhỏ nên tạo ra điện áp thấp Điều này chứng tỏ cảm biến oxy vẫn còn hoạt động tốt
Mục này dùng để kích hoạt bật/tắt van VVT trên động cơ
Chọn mục VVT Control (Bank1) và chọn OK
Hình 3.16: Thông số của động cơ khi van VVT OFF
Hình 3.17: Khi kích hoạt van VVT ON
Khi VVT OFF (Van OCV OFF): Động cơ hoạt động bình thường
Khi VVT ON (Van OCV ON): Động cơ tắt máy hoặc rung nhiều hơn ở chế độ cầm chừng Điều này có thể chứng tỏ hệ thông VVT-i vẫn còn hoạt động bình thường
Mục này dùng để kích hoạt bật/tắt bơm nhiên liệu
Chọn mục Fuel Pump và chọn OK
Hình 3.18: Kích hoạt bật bơm nhiên liệu
Khi tắt máy và kiểm tra ON OFF thấy bơm nhiên liệu vẫn có thể bật tắt bình thường chứng tỏ bơm nhiên liệu vẫn còn hoạt động tốt
Quy trình kiểm tra
Để quá trình kiểm tra chẩn đoán được nhanh chóng và chuẩn xác thì ta nên thực hiện việc kiểm tra chẩn đoán theo quy trình của nhà sản xuất, có thể tham khảo quy trình bên dưới
3.3.1 Kiểm tra cảm biến vị trí bướm ga
Bảng 3.1: Thông số mã lỗi cảm biến vị trí bướm ga
Mã Nội dung Kiểm tra
P0120 Điện áp ra của VTA thay đổi liên tục từ thấp đến cao trong 5s khi ấn bàn đạp ga
Hở hoặc ngắn mạch cảm biến vị trí bướm ga
● Kiểm tra phần trăm độ mở bướm ga:
Kết nối máy chẩn đoán với cổng OBD-II và mở công tắc máy sang vị trí ON Đọc phần trăm độ mở bướm ga ở phần thông số động cơ
Bướm ga Phần trăm độ mở bướm ga Đóng hoàn toàn Khoảng 10%
● Kiểm tra điện áp nguồn cấp trên giắc cảm biến:
Bước 1: Rút giắc cảm biến vị trí bướm ga và bật công tắc máy ON
Bước 2: Đo điện áp hai cực VC và E2
Bước 3: Nếu điện áp nằm trong khoảng 4.5 – 5.5V, nối lại giắc cảm biến
● Kiểm tra tín hiệu đầu ra của cảm biến:
Bước 1: Rút phần nắp che giắc cảm biến của ECU
Bước 2: Bật công tắc máy ON
Bước 3: Xoay chậm cánh bướm ga và dùng Vôn kế để đo điện áp ra giữa hai chân E2 và VTA của cảm biến
Bảng 3.2: Sự thay đổi điện áp khi ta xoay trục bướm ga
Hình 3.24: Đo điện áp cực VTA – E2
● Kiểm tra điện trở của cảm biến:
Bước 1: Rút giắc nối cảm biến vị trí bướm ga
Bước 2: Xoay trục cảm biến và dùng đồng hồ VOM để đo điện trở giữa cực 1,3 và 2 của cảm biến
Bảng 3.3: Sự thay đổi điện trở khi xoay trục cảm biến
Cực Độ mở c bướm ga Điện trở (kΩ)
Hình 3.25: Đo điện trở các cực của cảm biến vị trí bướm ga
3.3.2 Kiểm tra bộ đo gió
Bảng 3.4: Thông số mã lỗi bộ đo lưu lượng khí nạp
Mã lỗi Nội dung Kiểm tra
P0100 Hở hoặc ngắn mạch bộ đo gió trong 3s, tốc độ động cơ 0.4V hoặc