Nghiên cứu hệ thống điện động cơ BMW X5 và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa trực tiếp sử dụng Bobin đơn

Sau khi hoàn thành khoảng thời gian học tập tại trường ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH dưới sự giảng dạy và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giúp chúng em được tiếp thu thêm nhiều kiến thức cũng như nhiều kinh nghiệm bổ ích cho bản thân. Những bài học của thầy cô hôm nay sẽ là hành trang quý báu cho em sau này khi bước qua ngưỡng cửa đại học. Xin gửi đến quý thầy cô lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc của em vì đã tạo mọi điều kiện trong quá trình học tập, rèn luyện, tích luỹ kinh nghiệm, kiến thức cũng như kỹ năng để em thực hiện khoá luận này.

VIỆN ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỘNG CƠ BMW X5 VÀ XÂY DỰNG

MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐÁNH LỬA TRỰC TIẾP SỬ DỤNG

BOBIN ĐƠN

Chuyên ngành : Cơ khí ô tô

Giảng viên hướng dẫn : Ts Cao Đào Nam

Sinh viên thực hiện : Trần Cao Sang

Thành phố Hồ Chí Minh - 2023

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 3

LỜI MỞ ĐẦU 7

MỞ ĐẦU 9

1.1 Đặt vấn đề 9

1.2 Giới hạn đề tài 9

1.3 Lý do chọn đề tài 9

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài 10

1.5 Các bước thực hiện 10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ XE BMW X5 10

1.1 Giới thiệu về xe BMW X5 và động cơ đặt trên xe 1

1.1.1 Tổng quan về xe BMW X5 1

1.1.2 Tổng quan về động cơ BMW X5 4.4 4

1.2 Hệ thống điều khiển trên động cơ 6

1.2.1 Các loại cảm biến 6

1.2.2 Bộ xử lý ECU của động cơ 13

1.2.3 Cơ cấu chấp hành 16

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ BMW X5 2014-2015 25

2.1 Giới thiệu chung về hệ thống phun xăng trực tiếp 25

2.1.1 Khái quát về hệ thống phun xăng trực tiếp 25

2.1.2 Sơ đồ mạch điện phun xăng trực tiếp 29

2.2 Kết cấu các chi tiết trong hệ thống phun xăng trực tiếp GDI 29

2.2.1 Bơm cao áp 29

2.2.2 Kim phun 33

2.2.3 Bơm xăng điện 34

2.2.4 Lọc nhiên liệu 35

2.2.5 ECU điều khiển 35

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA XE BMW X5 2014-2015 36

3.2 Tổng quan về hệ thống đánh lửa 36

3.2.1 Khái quát về hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp 36

3.2.2 Kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp……… 39

3.3 Điều chỉnh góc, thời điểm đánh lửa 44

3.3.1 Sự điều khiển của ESA 44

3.3.2 Các góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh 46

CHƯƠNG 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐÁNH LỬA TRỰC TIẾP SỬ DỤNG BOBIN ĐƠN 50

4.3 Sơ đồ thuật toán điều khiển hệ thống phun xăng 62

4.4 Thiết kế mạch điều khiển đánh lửa sử dụng bobin đơn 62

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 74

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1: Thế hệ X5 đầu tiên với tên mã E53 ra mắt năm 1999 1

Hình 1 2: Những thay đổi trên X5 thế hệ 2 được người dùng ủng hộ 2

Hình 1 3: BMW X5 thế hệ thứ 3 mang dáng vẻ hiện đại 3

Hình 1 4: X5 thế hệ mới nhất vừa thể thao lại vừa sang trọng 4

Hình 1 5: Động cơ BMW X5 5

Hình 1 6: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ cơ bản 7

Hình 1 7: Sơ đồ mạch điện cảm biến MAP 7

Hình 1 8: Sơ đồ mạch điện cảm biến trục cam 8

Hình 1 9: Sơ đồ mạch điện cảm biến trục khuỷu 9

Hình 1 10: Mạch điện cảm biến nhiệt độ 9

Hình 1 11: Sơ đồ mạch điện cảm biến oxy 10

Hình 1 12: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga 11

Hình 1 13: Sơ đồ mạch điện cảm biến bàn đạp ga 12

Hình 1 14: Sơ đồ mạch điện áp suất đường ống 12

Hình 1 15: Bộ xử lý ECU 13

Hình 1 16: Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống điều khiển 15

Hình 1 17: Điều kiện đánh lửa sớm 21

Hình 1 18: Xác định góc đánh lửa sớm 22

Hình 1 19: Hiệu chỉnh theo nhiệt độ nước làm mát 22

Hình 1 20: Hiệu chỉnh khi điều khiển theo vòng Lambda 23

Hình 1 21: Hiệu chỉnh gốc đánh lửa khi động cơ quá nhiệt 23

Hình 2 1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng trực tiếp của động cơ 25

Hình 2 2: Sơ đồ mạch điện phun xăng trực tiếp trên động cơ ô tô BMW X5 29

Hình 2 3: Cấu tạo bơm cao áp 30

Hình 2 4: Sơ đồ điều khiển bơm cao áp 30

Hình 2 5: Van điều chỉnh nhiên liệu 32

Hình 2 6: Cảm biến ống rail 33

Hình 2 7: Kết cấu của bơm xăng điện 34

Hình 2 8: Kết cấu bộ lọc nhiên liệu 35

Hình 3 1: Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa của động cơ ô tô BMW X5 36

Hình 3 2: Hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp 38

Hình 3 3: Sơ đồ hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp 40

Hình 3 4: Khi phát tín hiện IGT 41

Hình 3 5: Cuộn đánh lửa 42

Hình 3 6: Sự điều khiển của ESA 45

Hình 3 7: Đánh lửa theo tin hiếu góc mở bướm ga 46

Hình 3 8: Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm để hâm nóng 46

Hình 3 9: Làm muộn khi động cơ quá nhiệt 47

Hình 3 10: Hiệu chỉnh ở tốc độ không tải 47

Hình 3 11: Hiêu chỉnh khi có tiếng gõ 48

Hình 4 1: Mạch cấp nguồn điều khiển từ công tắc máy 55

Hình 4 2: Mạch điều khiển bơm xăng 56

Hình 4 3: Cụm ECU, công tắc máy, rơ le, cầu chì, bơm xăng trên mô hình 57

Hình 4 4: Mạch điều khiển đánh lửa và bobin đánh lửa trên mô hình 57

Hình 4 5: Mạch điều khiển đánh lửa và kim phun trên mô hình 58

Hình 4 6: Mạch điện cảm biến lưu lượng khí nạp và cảm biến trên mô hình 58

Hình 4 7: Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến trên mô hình 59

Hình 4 8: Mạch điện cảm biến kích nổ và cảm biến trên mô hình 60

Hình 4 9: Mạch điện cảm biến oxi và cảm biến trên mô hình 60

Hình 4 10: Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga và cảm biến trên mô hình 61

Hình 4 11: Mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu và cảm biến trên mô hình 61

Hình 4 12: Thuật toán điều khiển hệ thống đánh lửa theo chương trình 65

Hình 4 13: Các chân ECU 66

Hình 4 14: Đo thông mạch xác định chân ECU 67

Hình 4 15: Lắp cố định các thiết bị vào bảng 67

Hình 4 16: Đấu dây điện 68

Hình 4 17: Lắp mô hình lên khung 68

Hình 4 18: Dán decal và tên các chân 69

Hình 4 19: Hoàn thiện mô hình (mặt trước và mặt sau) 69

Hình 4 20: Điện áp chân BATT và mass là 11V 70

Hình 4 21: Điện áp chân B+ và mass là 10V 70

Hình 4 22: Điện áp chân VC và mass là 4V 71

Hình 4 23: Điện áp chân VG và mass là 1V 71

Hình 4 24: Điện áp chân VTA và mass là 3V khi xoay bướm ga 72

Hình 4 25: Đo điện trở cảm biến vị trí trục khuỷu là 1,38k 72

Hình 4 26: Kim phun máy 2 đang hoạt động 73

Hình 4 27: Bobin và bugi máy 3 đang hoạt động 73

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1: Thông số kỹ thuật động cơ BMW X5 4.4 6Bảng 1 2: Thông số kỹ thuật của ECU 16 Bảng 4 1: Chuẩn bị nguyên vật liệu, dụng cụ và thiết bị chế tạo mô hình 50

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại công nghiệp hoá, hiện đại hoá, ngành công nghiệp nặng là một trong những ngành mũi nhọn để phát triển đất nước Công nghệ gia công phải tiên phong đi đầu

để thúc đẩy các ngành công nghiệp khác phát triển Muốn như vậy phải có đội ngũ kỹ sư

và công nhân kỹ thuật lành nghề Trong những năm gần đây cơ khí đã có những bước nhảy vọt đáng kể, đã có nhiều công ty cơ khí đã đưa sản phẩm của mình vươn ra khắp thế giới

Ngành cơ khí là một trong những ngành đạo tạo chủ lực của nhiều trường đại học, cao đẳng và trung học chuyên nghiệp trong cả nước Ngày nay, nhờ vào sự giúp đỡ của máy tính để cải thiện quá trình làm việc nhằm đạt được hiệu quả cao và chống ô nhiễm môi trường, tối ưu hóa quá trình điều khiển dẫn đến kết cấu của ô tô cũng thay đổi rất phức tập, làm cho người sử dụng và cán bộ công nhân kỹ thuật ngành ô tô nước ta còn nhiều sự lúng túng, sai sót trong những công việc nghiên cứu và xây dựng các quy trình chuẩn đoán, bảo dưỡng sửa chữa các linh kiện và chi tiết trên xe, vì vậy cần có những nghiên cứu kết quả cụ thể về các hệ thống trên xe ô tô hiện đại

Chúng em là những người tiếp bước cùng với những anh chị đi trước để tiếp tục xây dựng nền kỹ thuật nuớc nhà sánh ngang cùng các nước trong khu vực và thế giới Ngay từ những ngày bước vào giảng đường chúng em đã ý thức được trách nhiệm của bản thân là phải phấn đấu học tập thật tốt

Sinh viên thực hiện

Trần Cao Sang

ĐH GTVT TPHCM

LỜI CẢM ƠN

Là một sinh viên ngành Công Nghệ Kỹ thuật ô tô sắp ra trường Được sự đồng ý của trường Đại Học Giao Thông Vận Tải, Khoa Cơ Khí, cũng như sự hướng dẫn trực tiếp, nhiệt tình của thầy Cao Đào Nam Em tiến hành thực hiện khóa luận với đề tài: “Nghiên cứu hệ thống điện động cơ xe BMW X5 và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa trực tiếp sử dụng bobin đơn” - làm khóa luận tốt nghiệp của mình, nhằm mục đích nâng cao hiểu biết về cấu tạo nguyên lý hoạt động, cách kiểm tra và nguyên nhân dẫn đến các hư hỏng của hệ thống điện động cơ

Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, ngoài sự nỗ lực hoàn thành mục tiêu của bản thân và cũng cần đến sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo bộ môn và nhà trường Đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy Cao Đào Nam

Do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên không tránh khỏi sự sai sót trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp Em rất mong nhận được sự giúp đỡ từ các quý thầy

cô và bạn bè để đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện

Trần Cao Sang

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay ngành công nghệ ô tô đã có những bước tiến phát triển vượt bậc so với nền công nghiệp ô tô trước đây, trên xe ô tô hiện đại đã được trang bị những hệ thống hỗ trợ tân tiến như: Hệ thống điều khiển động cơ bằng điện tử, hệ thống chống bó cứng phanh (ABS), bộ phận phân bố lực phanh điện tử (EBD)… và đặc biệt đó là hệ thống điều khiển động cơ

Để hướng dẫn chúng em tiếp cận được những công nghệ điện tử mới đã được ứng

dụng trên xe ô tô, Thầy đã tiến hành hướng dẫn chúng em làm đồ án tốt nghiệp Cuốn đồ

án viết về chuyên đề động cơ BMW X5 4.4 của xe BMW G05 X5 2018

1.2 Giới hạn đề tài

Đề tài chỉ giới hạn ở việc giới thiệu về động cơ N63TU3 được sử dụng trên xe BMW X5 2018, các cơ cấu cơ khí và hệ thống điều khiển động cơ Đồng thời trình bày quá trình chẩn đoán của các cơ cấu chính cũng như các cảm biến trên động cơ N63TU3

1.3 Lý do chọn đề tài

Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam tuy mới phát triển nhưng cũng đã gặt hái được những thành tựu đáng kể Trên thị trường Việt Nam hiện nay có rất nhiều loại ô tô, sự đa dạng về chủng loại, đặc biệt là tính hiện đại về kết cấu mức độ tự động hóa của hệ thống điện trên ô tô hiện đại đang là nhu cầu tìm hiểu của nhiều người Đối với sinh viên việc học tập tìm hiểu và thực hành thực tế để nâng cao hiểu biết về hệ thống điện trên xe ô tô vẫn còn có những hạn chế gây khó khăn ảnh hưởng đến quá trình phát triển bản thân

Xuất phát từ những nhu cầu thực tế quan trọng đó, chúng em được giao nhiệm vụ

nghiên cứu và làm Đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Khai thác hệ thống điều khiển điện động cơ xe BMW X5 và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa trực tiếp sử dụng bobbin đơn” Đây là một đề tài cực kì bổ ích mang tính thiết thực giúp em hoàn

thiện kiến thức của bản thân hơn trong việc kết hợp lý thuyết và thực hành Hy vọng dưới

sự chỉ dạy của thầy giáo hướng dẫn giúp nhóm em nắm vững về hệ thống

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

Tối ưu hóa quá trình cung cấp nhiên liệu, giảm thiểu khí xả ô nhiễm môi trường và các vấn đề liên quan đến hệ thống điều khiển động cơ trên động cơ BMW

Có thể kết hợp với một số hệ thống khác và tích hợp thêm một số cảm biến trên ô

tô nhằm tăng độ chính xác và an toàn cho người điều khiển xe

1.5 Các bước thực hiện

Tham khảo tài liệu

Thu thập thông tin liên quan

Nghiên cứu chương trình học môn thực hành động cơ và thực hiện điện động cơ Viết báo cáo

1.1 Giới thiệu về xe BMW X5 và động cơ đặt trên xe

1.1.1 Tổng quan về xe BMW X5

BMW X5 nổi bật trong phân khúc SUV cao cấp nhờ vào thiết kế đẹp mắt, hiệu suất vượt trội và tính năng tiện nghi hàng đầu Với vị trí của mình trong thị trường, BMW X5 là một lựa chọn hấp dẫn cho những người muốn sở hữu một chiếc SUV sang trọng và đẳng cấp

Đời xe BMW X5 đầu tiên: 1999 – 2006

Thế hệ X5 đầu tiên với tên mã E53 có lần ra mắt đầu tiên tại triển lãm ô tô Detroit vào tháng 1 năm 1999 Vào thời điểm bấy giờ, BMW đang thuộc chủ sở hữu Land Rover

và đó là cơ sở cho ý tưởng tạo một chiếc xe thể thao đa dụng cho riêng mình

Hình 1 1: Thế hệ X5 đầu tiên với tên mã E53 ra mắt năm 1999

Xe sở hữu cấu trúc khung gầm unibody và hệ thống treo độc lập, nên rất dễ dàng vượt mặt các đối thủ về sự thoải mái, linh hoạt và khả năng vận hành BMW đã xây dựng một mô hình riêng là SAV (Sports Activity Vehicle) – tên viết tắt chỉ về mẫu SUV có khuynh hướng năng động Năm 2003, mẫu xe trải qua lần cải tiến quan trọng đầu tiên

Xe được trang bị động cơ 3.0L 6 xi-lanh, 4.4L V8 và diesel 3.0L 6 xi-lanh thẳng hàng Năm 2001, BMW trang bị thêm phiên bản có tính năng vận hành cao 4.6is, sau đó

Hình 1 2: Những thay đổi trên X5 thế hệ 2 được người dùng ủng hộ

Nhờ thiết kế thay đổi, ví dụ như các hốc và bánh xe, X5 trông trẻ trung và nhanh nhẹn hơn Đèn pha trước có tích hợp đỗ xe hình vành khuyên giúp chiếc xe có thể được nhận diện dễ dàng ngay cả khi ban đêm Hàng ghế thứ ba tùy chọn giúp tăng khả năng chuyên chở lên tối đa sáu hành khách nếu cần thiết Xe được trang bị động cơ 3.0L 6 xi-lanh, 4.8L 8 xi-lanh sản sinh công suất lần lượt là 235 và 408 mã lực

Đời xe BMW X5 thứ ba: 2014 – 2019

Năm 2014, thế hệ X5 được ra mắt trên toàn cầu Ngay lập tức, những nâng cấp về tính khí động học cho chiếc SUV đã gây chú ý lớn Hệ thống các hốc hút gió được sắp

xếp tinh vi ở phía trước đầu xe và phía sau vòm bánh trước giúp tăng sự ổn định các dòng không khí trong quá trình vận hành Chi tiết này không chỉ làm giảm lực cản mà còn mang lại nét thể thao cho BMW X5

Hình 1 3: BMW X5 thế hệ thứ 3 mang dáng vẻ hiện đại

Nội thất xe toát lên vẻ sang trọng với đèn trang trí xung quanh kết hợp với các vật liệu cao cấp, được chế tác thủ công xa hoa Bộ điều khiển cảm ứng iDrive đã được tinh chỉnh - giúp hỗ trợ người lái tốt hơn Ghế trước có thiết kế thể thao ôm lưng người lái, ngoài ra còn có chức năng chỉnh điện và nhớ vị trí Hệ thống âm thanh vòm sống động với dải loa bố trí quanh xe giúp cho hành khách thư giãn

Hai tùy chọn động cơ được trang bị cho xe bao gồm loại I6, 6 xi-lanh thẳng hàng dung tích 3.0L cung cấp công suất tối đa 306 mã lực và V8, dung tích 4.4L, công nghệ TwinPower Turbo, sản sinh công suất 450 mã lực

Xe được trang bị hệ thống chống bó cứng phanh, phân bổ lực phanh, cân bằng thân

xe điện tử, kiểm soát lực phanh khi vào cua, hỗ trợ khởi động, phanh trên đường dốc và

hệ thống túi khí nhằm đảm bảo tính an toàn

Đời xe BMW X5 thứ tư: 2019 – nay

Sự cải tiến rõ rệt dễ nhận thấy nhất là phần lưới tản nhiệt được thiết kế lại với kích thước lớn đáng kể Cụm đèn pha được hãng xe tách ra và không còn liền khối với lưới tản

nhiệt Hốc gió trước được tích hợp đèn chiếu ban ngày và được gia tăng kích thước Hai bên hông xe có những đường gân dập tạo vẻ gân guốc đồng điệu thiết kế với vòm bánh

xe

Hình 1 4: X5 thế hệ mới nhất vừa thể thao lại vừa sang trọng

BMW X5 mới có 4 tùy chọn động cơ Phiên bản xDrive50i dùng động cơ xăng V8 với công suất 462 mã lực Phiên bản xDrive40i sẽ có động cơ xăng I6 với công suất 340

mã lực Bên cạnh đó là 2 bản máy dầu diesel I6 cho ra 2 mức công suất 265 và 400 mã lực

Điểm nhấn về an toàn là hệ thống Driving Assistant Professional giúp kiểm soát hành trình với chức năng Stop/Go, kiểm soát làn đường/đánh lái Các chức năng khác như cảnh báo thay đổi làn đường, lệch làn đường, cảnh báo phương tiện cắt/rẽ ngang và hệ thống túi khí cũng chứng tỏ hiệu quả đặc biệt

1.1.2 Tổng quan về động cơ BMW X5 4.4

BMW X5 4.4 được lắp trên BMW X5 2014-2015 là động cơ xăng 8 xi-lanh với hệ

thống phun xăng trực tiếp - Phiên bản 4.4 L

Động cơ BMW X5 4.4 có công suất 450 mã lực tại vòng tua 6000 vòng/phút và

mô-men xoắn cực đại 650 Nm tại vòng tua 4500 Xe có khả năng tăng tốc từ 100Km/h trong 5s, Tốc độ tối đa đạt 190 Km/h Mức tiêu hao nhiên liệu theo công bố

0-của nhà sản xuất 14L/100Km Động cơ có tính năng nổi bật là hệ thống nhiên liệu áp suất cao, phun trực tiếp

Động cơ được sử dụng trên BMW X5 2014-2015, có hệ thống phun xăng trực tiếp Điều đó có nghĩa là nhiên liệu được phun trực tiếp vào từng xi-lanh bằng các kim phun trực tiếp nhiều lỗ đặc biệt Động cơ có một bơm nhiên liệu áp suất cao gắn trên đỉnh của xi lanh, được kích hoạt thông qua một cam 4 thùy bổ sung trên trục cam xả

Hình 1 5: Động cơ BMW X5

Động cơ BMW X5 đạt chuẩn Euro 4: tiêu chuẩn khí thải EURO là những quy định

về nồng độ của các loại khí thải được sinh ra trong quá trình hoạt động của xe bao gồm: Nitrogen oxide (NOx), Hydocarbons (HC), Carbon monoxide (CO) và các hạt vật chất, tiêu chuẩn khí thải này được tất cả các nước thành viên của EU thông qua và áp dụng Với tiêu chuẩn khí thải EURO 4 yêu cầu các thông số như sau: Đối với động cơ xăng CO: 1.0 g/km, HC: 0.1 g/km, NOx: 0.08g/km, PM: Không giới hạn Ngoài ra các xe áp dụng tiêu chuẩn EURO 4 đều phải được trang bị thêm các bộ lọc hạt nhằm làm giảm thiểu các hạt vật chất (PM) và nitro oxide (NOx) trong khí thải của xe

Các thông số kỹ thuật của động cơ BMW X5 4.4

Bảng 1 1: Thông số kỹ thuật động cơ BMW X5 4.4

Hình 1 6: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ cơ bản

a Cảm biến nhiệt độ áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp MAP

Chức năng: Được thiết kế nhằm để giúp phần điều khiển cho động cơ hoạt động ổn

định, giảm lượng khí xả, ổn định hiệu suất và giảm tiêu hao nhiên liệu

Cấu tạo: Một màng silicon, nằm cạnh 1 buồng chân không, chíp IC, lưới lọc, đường ống dẫn khí và giắc cắm

Hình 1 7: Sơ đồ mạch điện cảm biến MAP

Vị trí: Cảm biến sẽ được nối với đường áp suất nạp sau bướm ga

Nguyên lý hoạt động: Khi động cơ hoạt động, cảm biến này sẽ thu thập thông tin rồi chuyển chúng thành 1 dạng tín hiệu, và gửi về ECU để hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu cơ bản

b Cảm biến trục cam G

Chức năng: Để xác định điểm chết trên của máy số 1, đồng thời giúp xác định vị trí trục cam để xác định thời điểm đánh lửa cho chính xác

Cấu tạo: Loại cảm biến hiệu ứng điện từ có cấu tạo chính là một nam châm vĩnh cửu

và một điện từ, nó hoạt động như 1 máy phát điện mini, nguyên lý hoạt động của nó tạo ra

1 xung điện áp hình sin gửi về cho ECU

Vị trí: Ở mặt sau của đầu xi lanh ở mỗi bên

Hình 1 8: Sơ đồ mạch điện cảm biến trục cam.

Nguyên lý hoạt động: Khi trục khuỷu quay, thông qua dây cam dẫn động làm trục cam quay theo, trên trục cam có 1 vành tạo xung có các vấu cực, các vấu cực này quét qua đầu cảm biến, khép kín mạch từ, sau đó cảm biến tạo ra 1 xung tín hiệu gửi về ECU

để ECU nhận biết được điểm chết trên của xi lanh số 1 hay các máy khác Số lượng vấu cực trên vành tạo xung của trục cam khác tùy theo mỗi động cơ

c Cảm biến trục khuỷu NE

Chức năng và nhiệm vụ: Cảm biến vị trí trục khuỷu có nhiệm vụ đo tín hiệu tốc độ của trục khuỷu, vị trí trục khuỷu gửi về cho ECU sau đó ECU sử dụng tín hiệu đó để tính toán góc đánh lửa sớm cơ bản, thời gian phun nhiên liệu cơ bản cho động cơ

Cấu tạo: Gồm có cuộn dây điện từ, lõi nam châm vĩnh cửu và vành răng tạo xung

Vị trí: Nằm ở phía sau động cơ

Hình 1 9: Sơ đồ mạch điện cảm biến trục khuỷu

Nguyên lý hoạt động: Khi trục khuỷu quay nó sẽ tạo ra một tín hiệu xung gửi về hộp ECU, ECU sẽ sử dụng thuật toán logic được lập trình sẵn trong hộp, nó đếm số xung đó trên một đơn vị thời gian và tính toán được tốc độ của trục khuỷu

d Cảm biến nhiệt độ nước làm mát THW

Chức năng: Được sử dụng nhằm đo nhiệt độ nước làm mát của động cơ và gửi tín hiệu về ECU

Cấu tạo: Cấu tạo của cảm biến ECT hoặc THW có dạng trụ rỗng với ren ngoài, bên

trong có lắp một nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm (điện trở giảm xuống khi nhiệt

độ cao và ngược lại)

Vị trí: Nằm dưới nắp ở phía sau động cơ

Nguyên lý làm việc: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát nằm trong khoang nước của động cơ, tiếp xúc trực tiếp với nước của động cơ Vì có hệ số nhiệt điện trở âm nên khi nhiệt độ nước làm mát thấp điện trở cảm biến sẽ cao và ngược lại khi nhiệt độ nước làm mát tăng lên điện trở của cảm biến sẽ giảm xuống Sự thay đổi điện trở của cảm biến sẽ làm thay đổi điện áp đặt ở chân cảm biến Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ biến đổi ADC lớn Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xung vuông và được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECU động cơ biết

Hình 1 10: Mạch điện cảm biến nhiệt độ

động cơ đang lạnh Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm, báo cho ECU động cơ biết là động cơ đang nóng

e Cảm biến oxy OXY

Chức năng: Chúng được sử dụng để đo nồng độ oxy còn thừa trong khí xả gửi về ECU, ECU dựa vào tín hiệu cảm biến ô xy gửi về sẽ hiểu được tình trạng nhiên liệu đang giàu (đậm) hay đang nghèo (nhạt) và từ đó đưa ra tín hiệu điều chỉnh lượng phun cho phù hợp

Hình 1 11: Sơ đồ mạch điện cảm biến oxy

Vị trí: Nằm trong ống xả khí thải ở phía sau xe

Cấu tạo: Từ một phần tử làm bằng Ziconi Oxit (ZrO2) Và trong phần bên trong cũng như bên ngoài của phần tử này được bọc bằng 1 lớp Platin mỏng, không khí xung quanh vẫn được dẫn vào bên trong của cảm biến

Nguyên lý hoạt động: Khí thải được xả ra đi qua cảm biến Tới điểm tiếp xúc giữa khí thải với đầu dò của cảm biến Oxy sẽ làm phát sinh một dòng điện, dòng điện này có điện thế tỉ lệ nghịch với hàm lượng oxy của khí thải để truyền đến ECU Điện thế cao thì hàm lượng oxy thấp và ngược lại điện thế thấp thì hàm lượng oxy cao Còn nếu hàm lượng oxy thấp hay hòa khí nhiều xăng thì điện thế do cảm biến phát sinh sẽ ở mức khoảng 0.9V Lúc này, ECU sẽ dựa vào chỉ số điện thế để điều chỉnh thời gian mở các kim phun nhiên liệu sao cho hợp lý để đưa hỗn hợp khí nạp có tỉ lệ không khí/xăng ở một

tỷ lệ chuẩn mực

f Cảm biến vị trí bướm ga VTA

Chức năng và nhiệm vụ: Cảm biến vị trí bướm ga được để đo độ mở vị trí của cánh bướm ga để báo về hộp ECU Thông tin tín hiệu mà cảm biến vị trí bướm ga về để tính toán mức độ tải của động cơ nhằm hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu, cắt nhiên liệu, điều khiển góc đánh lửa sớm, điều chỉnh bù ga cầm chừng và điều khiển chuyển số Khi

đạp gấp chân ga trong chế độ toàn tải, ECU sẽ tự động ngắt A/C, ECU chuyển về chế độ

“Open loop” để điều khiển phun nhiên liệu, bỏ qua tín hiệu từ cảm biến ô-xy

Hình 1 12: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga

Vị trí: Nằm trên cụm bướm ga

Nguyên lý hoạt động: Có 2 tín hiệu, điện áp của cảm biến cũng thay đổi theo độ

mở của bướm ga (có 2 loại):

+ Loại thuận: 2 tín hiệu cùng tăng cùng giảm

+ Loại nghịch: 1 tín hiệu tăng, 1 tín hiệu giảm

g Cảm biến kích nổ KNK

Nhiệm vụ: Là để đo tiếng gõ trong động cơ và phát ra tín hiệu điện áp gửi về ECU,

từ đó ECU sẽ nhận và phân tích tín hiệu đó để điều chỉnh góc đánh lửa sớm làm giảm

tiếng gõ

Cấu tạo: Cảm biến kích nổ có cấu tạo bởi 1 vật liệu áp điện, tinh thể thạch anh Khi

có tiếng gõ, cảm biến với tinh thể thạch anh sẽ tự phát ra điện áp và gửi về ECU

Vị trí: Nằm ngay trên thân động cơ, thường nằm phía dưới cổ hút, nắp xylanh

Nguyên lý hoạt động: Khi động cơ hoạt động, vì lý do nào đó dẫn tới có tiếng gõ (tự kích nổ, động cơ nóng quá, va đập cơ khí….) cảm biến sẽ tạo ra 1 tín hiệu điện áp gửi về ECU và ECU sẽ điều chỉnh trễ góc đánh lửa lại để giảm tiếng gõ

h Cảm biến bàn đạp chân ga

Chức năng: Cảm biến bàn đạp chân ga được sử dụng để đo độ mở của bàn đạp chân

ga khi người lái xe nhấn vào bàn đạp Lúc này, tín hiệu từ cảm biến bàn đạp ga sẽ được gửi về ECU và ECU sẽ sử dụng các dữ liệu này để điều khiển mô tơ bướm ga mở bướm

ga cho động cơ tăng tốc theo độ mở của bàn đạp chân ga và theo chế độ lái hiện thời hợp

lý nhất

Cấu tạo: Cảm biến bàn đạp ga có cấu tạo khá giống với cảm biến bướm ga

Hình 1 13: Sơ đồ mạch điện cảm biến bàn đạp ga

Vị trí lắp: Nằm ở cụm bàn đạp chân ga

Nguyên lý hoạt động: Do có cấu tạo giống như cảm biến bướm ga, nên cảm biến vị trí bàn đạp ga cũng có nguyên lý hoạt động như sau: cảm biến bàn đạp ga cũng được cấp nguồn VC (5V), và Mass, có 2 dây tín hiệu, điện áp của 2 chân tín hiệu (Signal) cảm biến cũng thay đổi theo độ mở của bướm ga nhưng dựa trên nguyên lý hiệu ứng Hall (có 2 loại):

+ Loại thuận: 2 tín hiệu cùng tăng cùng giảm

+ Loại nghịch: 1 tín hiệu tăng 1 tín hiệu giảm

i Cảm biến áp suất đường ống

Chức năng:Cảm biến áp suất ống đo áp suất tức thời trong ống phân phối và báo

về ECU với độ chính xác thích hợp và tốc độ đủ nhanh Thành phần chính của cảm biến

là một thiết bị bán dẫn được gắn trên màng cảm biến, dùng để chuyển áp suất thành tín hiệu điện

Vị trí: Nằm ở phía trước động cơ dưới ống nạp

Hình 1 14: Sơ đồ mạch điện áp suất đường ống.

Nguyên lý hoạt động: Khi màng biến dạng thì lớp điện trở đặt trên màng sẽ thay đổi giá trị Sự biến dạng (khoảng 1mm ở 1500 bar) là do áp suất tăng lên trong hệ thống, sự thay đổi điện trở gây ra sự thay đổi điện thế của mạch cầu điện trở Điện áp thay đổi trong khoảng 0 -70mV (tùy thuộc áp suất tác động) và được khuyếch đại bởi mạch khuyếch đại đến 0.5V- 4.5 V

1.2.2 Bộ xử lý ECU của động cơ

ECU là một trong những bộ phận có chức năng quan trọng nhất của xe ô tô chính bởi lẽ đó mà chi tiết này lại được ví như “bộ não” của con người ECU có rất nhiều các vai trò khác nhau, đều là những chức năng, vai trò đặc biệt quan trọng không thể thiếu đối với tất cả mọi loại xe ô tô Một trong những vai trò quan trọng nhất của ECU chính là khả năng tiếp nhận mọi dữ liệu, thông tin quan trọng của xe Với biệt danh là cơ quan đầu não

có khả năng làm việc và ghi nhớ siêu việt, ECU có thể điều hành mọi hoạt động, tiếp nhận mọi thông tin, hoạt động của xe từ bộ động cơ

Hình 1 15: Bộ xử lý ECU

Mọi hoạt động của xe ôtô đều do ECU theo dõi và kiểm soát để tạo ra sự ổn định và thống nhất đối với sự vận hành của xe Đúng như tên gọi “hệ thống điều khiển điện tử” của mình, ECU gần như là bộ phận có quyền chi phối và “điều hành” mọi hoạt động của

xe Tất cả các hành động như: Điều khiển nhiên liệu, ga tự động, lực phanh ở các vị trí bánh xe, góc phối cam, hay góc đánh lửa, đều do “một tay” ECU “chỉ đạo” các bộ phận,

cơ cấu thực hiện theo yêu cầu Ngoài ra, ECU và cảm biến còn có mối liên hệ mật thiết với nhau để tạo ra sự chính xác cho khả năng vận hành, đồng thời làm giảm thiểu các chất độc hại thải ra ngoài môi trường của xe Một trong những vai trò không thể bỏ qua chính

là khả năng “bắt bệnh” của hệ thống này ECU có khả năng phát hiện ra các lỗi hoặc những sự cố thường gặp phải trên các động cơ vô cùng nhanh nhạy để từ đó bạn có thể tìm ra phương án khắc phục và hướng giải quyết nhanh nhất Thêm một vai trò nữa đó

chính là khả năng đảm bảo an toàn Ở hầu hết mọi trường hợp khẩn cấp, trong các tình huống nguy hiểm ECU chính là “người hùng” ra tay trực tiếp xử lý và can thiệp vào các trường hợp nguy hiểm, mất kiểm soát và các sự cố thường người dùng thường xuyên gặp phải Tóm lại, vai trò của ECU là không thể phủ nhận đối với một mẫu xe ôtô Từ việc lưu trữ thông tin, phán đoán tình hình, tính toán các trường hợp khác nhau của xe, phát đi các tín hiệu khi cần thiết và trực tiếp quy định chức năng làm việc hiệu quả nhất của tất cả các mẫu xe, luôn được hệ thống này đảm nhận và làm tròn mọi “trọng trách” của mình

Cơ cấu chấp hành phải luôn bảo đảm thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến nhằm đem lại sự chính xác và thích ứng cần thiết Bên cạnh đó, nhằm giảm tối đa chất độc hại trong khí thải và cải thiện lượng tiêu hao nhiên liệu, đảm bảo công suất tối ưu ở các chế độ hoạt động của động cơ Hơn hết, ECU can thiệp và xử lý nhanh những tình huống mất kiểm soát của người khi gặp tình huống nguy hiểm và điều đặc biệt giúp việc chẩn đoán “bệnh” của động cơ một cách nhanh chóng và chính xác Tóm lại, ECU ngày nay trên những mẫu ô tô hiện đại có thể hiểu đó là bộ tổ hợp vi mạch và bộ phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, trữ thông tin, tính toán, gửi đi các tín hiệu thích hợp và quyết định chức năng làm việc của xe sao cho hiệu quả nhất trong các tình huống khác nhau

ECU cấu thành từ 3 bộ phận chính: Bộ nhớ trong ECU, bộ vi xử lý (bộ não của ECU) và đường truyền – BUS

a Bộ nhớ trong ECU

Bao gồm 4 thành viên đảm nhiệm chức năng riêng biệt: RAM, ROM, PROM, KAM

− ROM (Read Only Memory): Dùng trữ thông tin thường trực Bộ nhớ này chỉ đọc thông tin đã được lập trình sẵn, chứ không thể ghi vào được Do đó, ROM chính là nơi cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý

− RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, dùng để lưu trữ thông tin mới được ghi trong bộ nhớ và xác định bởi vi xử lý RAM có thể đọc và ghi các số liệu theo địa chỉ bất kỳ

− PROM (Programmable Read Only Memory): Cấu trúc cơ bản giống như ROM nhưng cho phép lập trình (nạp dữ liệu) ở nơi sử dụng chứ không phải nơi sản xuất như ROM PROM cho phép sửa đổi chương trình điều khiển theo những đòi hỏi khác nhau

thông tin tạm thời) cung cấp đến bộ vi xử lý KAM vẫn duy trì bộ nhớ cho dù động cơ

ngưng hoạt động hoặc tắt công tắc máy Tuy nhiên, nếu tháo nguồn cung cấp từ acquy đến máy tính thì bộ nhớ KAM sẽ bị mất

b Bộ vi xử lý (Microprocessor)

Từ việc tiếp nhận thông tin tín hiệu ở các cảm biến trên động cơ thông qua các bộ nhớ trong ECU, tín hiệu lập tức gửi đến Bộ vi xử lý, lúc này nó có chức năng tính toán và đưa ra mệnh lệnh cho bộ phận chấp hành thích hợp Có thể nói, đây là bộ phận quan trọng nhất của ECU

c Đường truyền – BUS

Dùng để chuyển các lệnh và số liệu trong ECU Có thể hiểu rằng để thông tin có thể truyền từ bộ vi xử lý gửi đến các cơ cấu chấp hành nhanh nhất có thể, đường truyền đóng một vai trò không nhỏ Trước đây, máy tính điều khiển động cơ dùng loại 4, 8, hoặc 16-bit phổ biến nhất là loại 4 và 8 bit Máy tính 4-bit chứa rất nhiều lệnh vì nó thực hiện các lệnh logic tốt hơn Tuy nhiên, máy tính 8-bit làm việc tốt hơn với các phép đại số, và chính xác hơn 16 lần so với loại 4 bit Vì vậy, hiện nay để điều khiển các hệ thống khác nhau trên ôtô với tốc độ thực hiện nhanh và chính xác cao, người ta sử dụng máy tính 8-bit, 16-bit hoặc 32-bit

Nguyên lý hoạt động:

Hình 1 16: Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống điều khiển

Nhờ vào cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston – công dụng của cảm biến này sẽ giúp ECU xác định thời điểm đánh lửa và thời điểm phun xăng tối ưu nhằm cải thiện hiệu

suất và khả năng tiêu thụ nhiên liệu Ngoài ra với những cảm biến khác như vị trí bướm

ga xác định lưu lượng không khí nạp, gửi đến ECU tính toán lượng nhiên liệu phun thích hợp với từng chế độ tải, song song đó với các dữ liệu về tốc độ động cơ, tải, nhiệt độ… nhờ các cảm biến mã hoá tín hiệu đưa vào ECU xử lý và tính toán để đưa ra góc đánh lửa sớm tối ưu theo từng chế độ hoạt động của động cơ Với những ưu điểm nổi bật, ngày nay

hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử kết hợp với phun xăng đã thay thế hoàn toàn hệ thống đánh lửa bán dẫn thông thường

Trên thế giới hiện nay, nhiều nước châu Âu hướng đến tiêu chuẩn khí thải (EURO

5, EURO 6) hạn chế gây hại ô nhiễm môi trường Chính vì lẽ đó, ECU đóng vai trò cực

kỳ quan trọng trong việc làm giảm khí thải, một cách phổ biến nhất hiện nay như là việc ô

tô được trang bị thêm bộ hoá khử (TWC – Three way catalyst), bộ hoá khử này sẽ hoạt động cao nhất ở tỷ lệ hoà khí lý tưởng, thông qua cảm biến Oxy xác định phần hoà khí tức thời trong khí nạp gửi tín hiệu về ECU nhằm điều chỉnh tỷ lệ hoà khí thích hợp ở từng điều kiện nhất định Ngoài ra, ECU còn can thiệp sâu vào các hệ thống an toàn trên ô tô

có thể kể đến như: Hệ thống cân bằng ESP, hỗ trợ phanh khẩn cấp BA, hệ thống phân bổ lực phanh EBD… thông qua việc cảm biến chịu trách nhiệm liên tục ghi lại và truyền tín hiệu về ECU, nhiệm vụ của ECU sẽ so sánh dữ liệu với những chương trình đã tính toán trước Do đó, khi gặp những sự cố nguy hiểm, người lái có khuynh hướng phản xạ đột ngột như đánh lái gấp, lực phanh tăng nhanh, hiện tượng trượt bánh khi phanh… lập tức ECU sẽ nhận tín hiệu, buộc xe phải hoạt động theo những chương trình lập trình sẵn như điều chỉnh góc xoay, kiểm soát tốc độ từng bánh xe, lực phanh mỗi bánh nhằm hạn chế tối đa sự mất kiểm soát của người lái

Bảng 1 2: Thông số kỹ thuật của ECU

- Mục tiêu: Hệ thống phun xăng điện tử có thể gọi tắt là EFi hoặc Fi (viết tắt của

từ Electronic Fuel Injection hoặc Fuel Injection trong Tiếng Anh) Theo đó, chúng là một hệ thống hòa khí thế hệ mới thay thế cho bộ chế hoà khí (bình xăng con) như cũ

- Phân loại hệ thống đánh lửa trực tiếp:

+ Hệ thống phun xăng đơn điểm SPI (Single Point Injection): Đây là hệ thống chỉ dùng duy nhất một vòi phun ở vị trí trung tâm thay thế cho bộ chế hòa khí Chúng có chức năng sinh khí hỗn hợp trong quá trình nạp Đây là hệ thống có cấu tạo tương đối đơn giản nên cũng được sử dụng khá phổ biến hiện nay Tuy nhiên, cũng bởi sự đơn giản đó mà hệ thống phun xăng đơn điểm SPI hầu hết chỉ phù hợp để sử dụng cho những dòng xe có tải trọng thấp, xe nhỏ Nguyên lý hoạt động chỉ phun một lần với số lượng lớn nên quá trình hòa trộn nhiên liệu của hệ thống này cũng được đánh giá chưa đồng đều Đây cũng là nhược điểm của hệ thống SPI mà người dùng nên lưu ý

+ Hệ thống phun xăng điện tử hai điểm BPI (Bi Point Injection): Hệ thống này có

sự cải tiến so với hệ thống đơn điểm Theo đó, cấu tạo của hệ thống hai điểm bao gồm

2 vòi phun Chúng được đặt ở sau bướm ga và tạo nên sự hòa trộn đồng đều cho nhiên liệu Thông thường, hệ thống này được sử dụng phổ biến cho xe máy, ít ứng dụng cho

ô tô Nguyên do bởi khi hệ thống tiến hành phun chưa đáp ứng được yêu cầu về nhiên liệu cần thiết cho quá trình hoạt động của động cơ ở những dòng xe ô tô phổ thông hiện nay

+ Hệ thống phun xăng điện tử đa điểm MPI (MultiPoint Injection): Có thể nói đây là hệ thống được cải tiến nhiều tính năng, hiện đại và được ứng dụng phổ biến hơn

cả Với hệ thống phun xăng điện tử đa điểm MPI, mỗi xi lanh sẽ được trang bị với vòi phun riêng nằm trước xupap Điều này giúp nhiên liệu được hút triệt để vào xi lanh Bên cạnh đó, trong quá trình vận hành thì hệ thống vòi phun nhận tín hiệu thông tin từ góc quay trục khủy Tiếp đến, chúng sẽ xác định thời điểm chính xác cần phun Chính

sự đồng bộ này trong hoạt động của các bộ phận giúp hệ thống phun xăng điện tử đa điểm đạt được tỷ lệ nhiên liệu cần thiết để bơm cho động cơ Thêm vào đó, đây là hệ thống có khả năng loại bỏ hiện tượng nhiên liệu bị ngưng tụ trong đường ống nạp so với các loại các hệ thống khác Vì vậy, đây là hệ thống được sử dụng khá phổ biến cho nhiều hãng xe ô tô hiện nay

+ Hệ thống phun nhiên liệu trước bướm ga (TBi): Đây là hệ thống phun xăng điện tử đời đầu, có thiết kế khá đơn giản chỉ bao gồm bơm nhiên liệu cơ học và kim phun xăng Đây còn gọi là hệ thống phun nhiên liệu trung tâm Chúng bao gồm một

kim phun nhiên liệu được điều khiển bằng điện đặt phía trên bướm ga và phun nhiên liệu vào thân bướm ga, đảm nhận nhiệm vụ như một bộ chế hoà khí

+ Hệ thống phun xăng trực tiếp (GDI): Bên cạnh những hệ thống kể trên thì hiện nay hệ thống phun xăng trực tiếp được ứng dụng phổ biến hơn cả Chúng còn được gọi

là phun phân tầng nhiên liệu (FSI) và sử dụng công nghệ EFi mới nhất Hệ thống này ứng dụng kim phun đặc biệt ở áp suất cao để phun xăng trực tiếp vào buồng đốt giống như động cơ diesel Đồng thời, hộp điều khiển sẽ kiểm soát sự hòa trộn không khí với nhiên liệu chính xác Đặc biệt, quá trình này diễn ra trong buồng đốt nên giúp kiểm soát quá trình đốt cháy một cách tối ưu Phun nhiên liệu trực tiếp là hệ thống có nhiều lợi ích cho động cơ sử dụng nhiên liệu là xăng Chúng giúp cho động cơ làm việc mượt mà, chính xác hơn, ngay cả ở môi trường khắc nghiệt Đồng thời, loại bỏ tắc nghẽn và khởi động lạnh một cách dễ dàng Bên cạnh đó, phương pháp này giúp tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu cũng như hạn chế tối đa lượng khí thải CO2 ra ngoài môi trường

- Nhiên liệu phải được hoà trộn đồng đều với toàn bộ lượng khí có trong buồng cháy (hỗn hợp cháy phải đồng nhất) Thành phần hỗn hợp cháy phải phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ Hỗn hợp cháy phải được phân bố đồng đều cho các xylanh của động cơ nhiều xylanh

- Hệ thống phun xăng trực tiếp (GDI) thực hiện việc phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt động cơ, thay vì phun ở ngay cửa nạp Hệ thống này hạn chế tình trạng cặn bám trên đường ống nạp ngay phía trước xupap, giúp tăng công suất hoạt động, giảm khí thải, tiết kiệm nhiên liệu

− Quá trình tạo hỗn hợp cháy được coi là chất lượng cao khi thỏa mãn được những yêu cầu sau:

+ Nhiên liệu phải được hòa trộn đều với toàn bộ lượng khí có trong buồng cháy + Thành phần hỗn hợp cháy phải phù hợp với chế độ làm việc của động cơ

+ Hỗn hợp cháy phải được phân bố đồng điều cho các xilanh của động cơ nhiều xilanh

− Đặc điểm của hệ thống phun xăng:

+ Tiết kiệm nhiên liệu Hệ thống phun xăng trực tiếp GDI có hai chế độ nạp cơ bản

là nạp phân tầng và nạp đồng nhất Điều này đảm bảo động cơ cháy sạch, giúp tiết kiệm nhiên liệu lên đến 15% so với các hệ thống phun xăng khác

+ Giảm lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường Thực tế ở chế độ nạp đồng nhất, tỷ

lệ hòa khí A/F cân bằng, ít thải khí NOx Ở chế độ nạp phân tầng, khí NOx xuất hiện nhiều hơn nhưng van tuần hoàn khí xả EGR được hệ thống kích hoạt kịp thời, giúp giảm lượng khí thải độc hại này ra môi trường

+ Tăng công suất động cơ dù dung tích không đổi So với động cơ phun xăng cùng dung tích, hệ thống GDI đạt tỷ suất nén cao hơn 10% Khi tỷ suất nén tăng, áp suất nén của động cơ cũng tăng theo, giúp xe vận hành mạnh mẽ hơn

Hệ thống phun xăng điện tử có nhiều ưu điểm, điển hình như:

+ Tiết kiệm nhiên liệu động cơ: Hệ thống giúp tính toán chính xác lượng nhiên liệu cần thiết để sử dụng cũng như thời điểm phun, từ đó giúp tiết kiệm nhiên liệu cho động

cơ

+ Đốt cháy triệt để nhiên liệu: Nhờ cơ chế phun tự động mà lượng nhiên liệu được phun một cách chính xác, hòa khí ở buồng đốt cũng được đốt cháy triệt để giúp nhiên liệu được dùng hiệu quả hơn và tiết kiệm hơn rất nhiều

+ Giảm ô nhiễm môi trường

+ Đảm bảo tính ổn định và kéo dài tuổi thọ của động cơ: Nhờ trang bị hệ thống cảm biến tự động mà hệ thống này có thể phân phối đồng đều nhiên liệu đến từng xi lanh, giúp động cơ hoạt động ổn định

+ Dễ dàng khởi động xe bao gồm cả khởi động lạnh: Theo đó, hệ thống này cho phép hoạt động ngay sau khi xe khởi động, từ đó, tiết kiệm thời gian làm nóng động cơ kể

cả trong điều kiện thời tiết lạnh giá

+ Hệ thống tích hợp nhiều công nghệ cao

Nhược điểm:

+ Tích tụ cặn bẩn trên bề mặt van nạp Hệ thống phun xăng GDI hoạt động theo nguyên lý phun xăng trực tiếp vào buồng đốt, không thông qua van hút nên van nạp bị đóng cặn carbon sau khoảng 90.000 – 100.000 km Cặn bẩn tích tụ lâu ngày gây rò rỉ khí nén và ảnh hưởng đến công suất động cơ Lớp cặn carbon trên van nạp còn hạn chế luồng không khí, giảm công suất động cơ khi xe di chuyển ở tốc độ cao, gây hao xăng Trong trường hợp động cơ được trang bị bộ tăng áp, cặn carbon có thể làm hỏng cánh tuabin của

bộ phận đó

+ Chi phí sửa chữa, bảo dưỡng cao Kết cấu hệ thống GDI khá phức tạp, cần nhiều bơm cao áp hơn các hệ thống phun xăng truyền thống nên quy trình bảo dưỡng cũng phức tạp hơn Việc thay thế các linh kiện lắp ráp cũng tốn kém và đòi hỏi chuyên viên kỹ thuật

pháp khắc phục những nhược điểm của hệ thống GDI nhằm tối ưu công suất, giảm khí thải và tiết kiệm nhiên liệu

Những lỗi phổ biến đối với hệ thống này bao gồm:

Đèn báo phun xăng điện tử không tắt: Đây là một trong những lỗi khá phổ biến của

hệ thống phun xăng điện tử Dấu hiệu dễ dàng nhận biết là đèn báo lỗi sẽ sáng trong vài giây khi công tắc máy bật ON

b Hệ thống đánh lửa

- Mục đích: Mục đích của hệ thống đánh lửa là tạo tia lửa điện để đốt hỗn hợp nhiên liệu tại thời điểm thích hợp nhất Để đạt hiệu suất cao nhất, hệ thống đánh lửa phải kích hoạt sao cho áp suất buồng đốt đạt cao nhất nằm trong khoảng 100 sau điểm chết trên Thời điểm đánh lửa phụ thuộc vào tốc độ động cơ, hỗn hợp được trộn

- Tạo ra dòng điện cao áp để có thể dễ dàng đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu – khí và phóng điện qua khe hở để đánh lửa bugi

- Đốt cháy hòa khí một cách triệt để nhất, đồng thời tạo ra công suất lớn và góp phần giảm ô nhiễm môi trường

- Hệ thống đánh lửa trên động cơ có nhiệm vụ biến nguồn điện xoay chiều hoặc một chiều có hiệu điện thế 12V thành các xung điện cao từ 15kV-40kV, các xung điện cao này

sẽ được phân bổ đến bugi của các xylanh đúng thời điểm để tạo tia lửa điện đốt cháy hòa khí

- Hệ thống đánh lửa làm việc tốt phải đảm bảo các yêu cầu sau:

+ Hệ thống đánh lửa phải sinh ra hiệu điện thế thứ cấp đủ lớn để phóng điện qua khe hở bugi trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ

+ Tia lửa trên bugi phải đủ năng lượng và thời gian phóng để sự cháy bắt đầu + Góc đánh lửa sớm phải đúng trong mọi chế độ hoạt động của động cơ

+ Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ cao và độ rung xóc lớn

+ Khe hở điện cực bugi phải nằm trong khoảng cho phép

− Đặc điểm của hệ thống đánh lửa:

+ Không có dây cao áp nên ít tổn thất năng lượng đánh lửa

+ Không còn bộ chia điện nên ít bị hư hỏng

+ Mỗi bobin được điều khiển riêng biệt bởi một chân của ECU nên có khả năng hoạt động độc lập

+ Thời điểm đánh lửa chính xác và tối ưu theo mọi chế độ làm việc nên tăng hiệu suất của động cơ

− Nhược điểm:

+ Cấu tạo phức tạp, mỗi xi lanh là một bobin nên làm tăng giá thành

+ Tốn nhiều chân điều khiển của ECU

+ Yêu cầu nguồn điện cung cấp phải ổn định

+ Công nghệ chế tạo khó khăn

* Điều kiện đánh lửa sớm

Thời điểm đánh lửa sớm thay đổi phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Để có được thời điểm đánh lửa tối ưu nhất, trong bộ nhớ của ECM có lưu trữ một ngân hàng dữ liệu về thời điểm đánh lửa phụ thuộc vào từng điều kiện cụ thể của động cơ và của xe Thời điểm đánh lửa phụ thuộc vào tốc độ, tải động cơ, nhiệt độ nước làm mát và góc độ của bướm gió Đồng thời ECM cũng sử dụng tín hiệu từ cảm biến kích nổ như một tín hiệu phản hồi

để hiệu chỉnh lại thời điểm đánh lửa cho phù hợp ECM đẩy sớm thời điểm đánh lửa khi động cơ nguội ECM đẩy muộn thời điểm đánh lửa khi động cơ bị quá nhiệt, khi xe hoạt động tại nơi cao so với mặt nước biển đặc biệt là khi bị kích nổ

Hình 1 17: Điều kiện đánh lửa sớm

* Xác định góc đánh lửa sớm

Hình 1 18: Xác định góc đánh lửa sớm

ECM xác định góc đánh lửa sớm cơ sở dựa trên tốc độ và tải động cơ (khối lượng dòng khí nạp) Ngoài ra, có rất nhiều tín hiệu khác ảnh hưởng đến góc đánh lửa, ví dụ, khi bật công tắc điều hòa sẽ đẩy sớm góc đánh lửa Chất lượng nhiên liệu cũng ảnh hưởng đến góc đánh lửa dựa vào tín hiệu từ cảm biến kích nổ

* Hiệu chỉnh góc đánh lửa

Hình 1 19: Hiệu chỉnh theo nhiệt độ nước làm mát

Hiệu chỉnh theo nhiệt độ nước làm mát: Để cải thiện tính năng hoạt động của xe khi động cơ nguội, thời điểm đánh lửa được đẩy sớm ECM cũng xem xét đến tín hiệu khối lượng dòng khí nạp và chế độ chạy không tải để xác định góc đẩy sớm

Hiệu chỉnh khi điều khiển theo vòng Lambda: Khi điều khiển theo vòng kín Lambda, khi ECM nhận được tín hiệu giàu nhiên liệu nó sẽ giảm nhiên liệu phun để l=1 Khi giảm nhiên liệu động cơ có xu thế bị yếu một chút, để ngăn cản hiệu ứng này, ECM

sẽ đẩy sớm góc đánh lửa khi giảm nhiên liệu, do đó, động cơ và xe chạy ổn định hơn

Hình 1 20: Hiệu chỉnh khi điều khiển theo vòng Lambda

Hiệu chỉnh theo tỉ lệ EGR: Khi nhận được tín hiệu tái sử dụng khí thải (VANOS) và tốc độ động cơ cao hơn tốc độ không tải, ECM sẽ đẩy sớm thời điểm đánh lửa

* Hiệu chỉnh khi xe hoạt động trong khu vực có độ cao lớn hơn so với mặt nước biển: Khi đó, ECM sẽ đẩy sớm thời điểm đánh lửa để cải tiến tính năng hoạt động của

động cơ và chất lượng chạy không tải của động cơ

* Hiệu chỉnh góc đánh lửa khi động cơ quá nhiệt

Hình 1 21: Hiệu chỉnh gốc đánh lửa khi động cơ quá nhiệt

Khi nhiệt độ nước làm mát đạt tới mức ngưỡng quá nhiệt, nếu động cơ đang ở chế

độ không tải ECM sẽ đẩy sớm thời điểm đánh lửa để tránh quá nhiệt Khi động cơ đang ở chế độ tải thường, ECM sẽ đẩy muộn thời điểm đánh lửa để chống kích nổ Với động cơ

có cảm biến kích nổ, hệ thống sẽ điều khiển kích nổ theo vòng kín sao cho động cơ luôn hoạt động ở ngưỡng kích nổ và đạt hiệu suất cao nhất Nếu cảm biến có tín hiệu kích nổ, ECM sẽ đẩy muộn thời điểm đánh lửa để ngăn hiện tượng kích nổ, khi hết kích nổ, ECM lại dẫn từng bước đẩy sớm thời điểm kích nổ cho đến khi xuất hiện kích nổ Vòng điều khiển này liên tục được lặp lại

* Hư hỏng hệ thống đánh lửa

- Bô bin đánh lửa:

+ Bô bin chính là nguồn cung cấp điện đến bugi, có vai trò như một biến áp Khi có dòng điện chạy qua sẽ tạo ra từ trường, khi không còn dòng điện, từ trường bị ngắt Và xuất hiện một điện thế cực lớn hoạt động đốt cháy nhiên liệu và tạo ra tia lửa

+ Nếu bô bin đánh lửa trên ô tô bị hỏng sẽ dẫn tới một vài hiện tượng như động cơ

bị giảm công suất, rung giật khi xe chạy, xe không nổ máy hoặc chết máy

+ Một số biểu hiện bô bin bị hư hỏng như: Động cơ rung giật, công suất kém, không khởi động được động cơ

Các hư hỏng thường gặp của bô bin như là ngắn mạch các vòng dây, cháy nắp, cháy điện trở phụ ( Hệ thống đánh lửa thường), chịu tác động cơ học làm hỏng, nứt nắp bô bin, các cuộn dây bị đứt (khi các cuộn dây bên trong bô bin bị đứt, sẽ không thể tạo ra dòng điện với điện áp lớn để truyền tới bugi Khi đó không xuất hiện tia lửa điện hoặc có thì sẽ rất yếu làm cho động cơ xe bị giảm công suất, rung giật khi khởi động) Cần kiểm tra và thay thế các bộ phận hư hỏng

- Bugi: Cũng như các bộ phận khác trong hệ thống đánh lửa, kết hợp với các bộ phận của hệ thống đánh lửa giúp cho quá trình đánh lửa tốt, tạo hiệu suất làm việc tối ưu cho động cơ Khi sử dụng lâu ngày bugi có thể gặp một số hư hỏng do thời gian sử dụng lâu hoặc ảnh hưởng từ hệ thống đánh lửa hay các hệ thống khác Những hư hỏng ở bugi thường gặp như: Nứt, vỡ đầu sứ bugi, bugi bị mòn điện cực, bugi bị chảy điện cực, bugi đánh lửa không đúng tâm, bugi bị bám muội than làm giảm khả năng đánh lửa, bị ướt do

rò rỉ xăng Khi bugi có tình trạng hư hỏng cần kịp thời kiểm tra và thay thế

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN ĐỘNG CƠ Ô

TÔ BMW X5 2014-2015 2.1 Giới thiệu chung về hệ thống phun xăng trực tiếp

2.1.1 Khái quát về hệ thống phun xăng trực tiếp

Phun xăng trực tiếp (GDI) là phương pháp hình thành hòa khí khi xăng được phun trực tiếp vào buồng cháy bằng vòi phun áp suất cao

Hình 2 1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng trực tiếp của động cơ

1 Cảm biến lưu lượng; 2 Cảm biến nhiệt độ; 3 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 4 Cảm biến trục truỷu; 5 Cảm biến áp suất đường ống; 6

Cảm biến nhiên liệu; A Motor điều khiển; B Vòi phun; C Van điều khiển;

D Bơm cao áp; E Bơm nhiên liệu

Ở động cơ GDI, nhiên liệu được đưa trực tiếp vào buồng đốt ở kỳ nạp hoặc kỳ nén

Để đưa được nhiên liệu vào buồng đốt động cơ trong kỳ nén, hệ thống nhiên liệu phải đáp ứng được yêu cầu áp suất phun nhiên liệu của kim phun phải lớn hơn áp suất trong buồng đốt ở kỳ nén, đồng thời để nhiên liệu được phun tơi hòa trộn tốt với không khí trong buồng đốt thì áp suất phun đòi hỏi phải lớn hơn áp suất không khí trong buồng đốt ở kỳ nén rất nhiều (tỷ lệ này sẽ được xét phần sau)

Việc tạo hỗn hợp trong buồng đốt động cơ GDI liên quan trực tiếp đến quá trình cung cấp nhiên liệu Nếu việc cung cấp nhiên liệu không đạt yêu cầu sẽ dẫn tới quá trình