Tìm hiểu về các hệ thống phụ trợ động cơ: Hệ thống điều khiển van biến thiên thông minh kép Dual VVT-i, Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh ETCS-i, Hệ xử lý khí thải.. Kết quả
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Lý do chọn đề tài
Toyota Corolla Cross 2023 là một mẫu xe phổ biến trên thị trường hiện nay, nên việc nghiên cứu hệ thống điều khiển động cơ của nó sẽ giúp sinh viên nắm bắt được các công nghệ tiên tiến và áp dụng vào thực tế
Hệ thống điều khiển động cơ 2ZR-FE là một phần quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu, nên hiểu biết sâu về nó sẽ rất hữu ích cho các công việc liên quan đến kỹ thuật ô tô
Việc tìm hiểu và nghiên cứu về đề tài “Hệ thống điều khiển động cơ 2ZR-FE trên Toyota Corolla Cross 2023” giúp sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô nói chung và nhóm chúng em nói riêng hiểu rõ hơn, củng cố lại kiến thức đã học về hệ thống điều khiển động cơ.
Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá tổng quan về cấu trúc, nguyên lý hoạt động và các thành phần chính của hệ thống điều khiển trên động cơ 2ZR-FE của xe Toyota Corolla Cross 2023
Mục tiêu của việc tìm hiểu hệ thống điều khiển động cơ là để hiểu rõ hơn về cách hoạt động điều khiển động cơ 2ZR-FE của Toyota Corolla Cross 2023, từ đó tìm cách để tối ưu hóa hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khí thải.
Giới hạn đề tài
Đề tài giới hạn tập trung nghiên cứu hệ thống điều khiển động cơ 2ZR-FE của Toyota Corolla Cross 2023, không mở rộng sang các động cơ hoặc mẫu xe khác Cũng như chỉ tập trung vào hệ thống điều khiển động cơ, bao gồm các cảm biến trên động cơ 2ZR-FE, hệ thống phun nhiên liệu, hệ thống đánh lửa, hệ thống điều khiển van biến thiên thông minh, hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh, hệ thống xử lý khí thải Không nghiên cứu các hệ thống khác như hệ thống truyền động hay hệ thống treo,
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng được tìm hiểu của đề tài là hệ thống điều khiển động cơ 2ZR-FE trên xe
Toyota Corolla Cross 2023 Đối tượng bao gồm tất cả các thành phần và hệ thống liên quan đến hệ thống điều khiển trên động cơ 2ZR-FE của mẫu xe này Việc tìm hiểu sẽ tập trung vào cách hoạt động của hệ thống này, hiệu suất vận hành, các yếu tố làm ảnh hưởng, những hư hỏng thường gặp và cách sửa chữa của hệ thống.
Phương pháp nghiên cứu
Tìm kiếm, tham khảo, chọn lọc và so sánh tài liệu từ sách vở, giáo trình, Internet, tài liệu đào tạo Toyota
Tham khảo ý kiến và kiến thức chuyên môn từ giáo viên hướng dẫn cũng như đội ngũ giảng viên khoa cơ khí động lực tại trường đại học Sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh
KHÁI QUÁT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 2ZR-FE
Mô tả hệ thống điều khiển động cơ 2ZR-FE
Hình 2 1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển động cơ 2ZR-FE ECU động cơ có thể điều khiển các chức năng cơ bản của động cơ như phun xăng điện tử EFI, đánh lửa ESA, Mục tiêu là tối đa hóa hiệu suất của động cơ và cung cấp khả năng chẩn đoán và sửa chữa hiệu quả Khi các hệ thống điều khiển này gặp vấn đề, hệ thống sẽ kích hoạt các chức an toàn ECU động cơ cũng điều khiển các hệ thống khác để đảm bảo rằng chúng hoạt động hiệu quả, chẳng hạn như kiểm soát nhiên liệu, túi khí, đèn cảnh báo,
Vai trò hệ thống điều khiển động cơ
Đối với những công nghệ hiện đại trên động cơ xe ô tô hiện nay thì hệ thống điều khiển động cơ là phần nắm vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa công suất cũng như dẫn
4 đến tương lai tự điều khiển động cơ Nhờ vào hệ thống điều khiển động cơ mà những vấn đề như hư hỏng được giải quyết dễ dàng nhờ vào chẩn đoán.
Sơ đồ mạch điện hệ thống điều khiển động cơ
Sơ đồ chân ECU
Bảng 2 1 Thứ tự chân ECU
Chân trên ECM Tín hiệu
A40-1 (BATT) - B67-16 (E1) Nguồn cho bộ nhớ ECM
A40-21 (FC) - B67-16 (E1) Tín hiệu điều khiển bơm
A40-22 (STA) - B67-16 (E1) Tín hiệu khởi động
A40-37 (IGSW) - B67-16 (E1) Tín hiệu công tắc
A40-46 (MREL) - B67-16 (E1) Tín hiệu rơ le tổng hệ thống phun xăng
A40-51 (VPA) - A40-52 (EPA) Tín hiệu cảm biến vị trí bàn đạp ga (hệ thống điều khiển động cơ) A40-53 (VCPA) - A40-52 (EPA) Nguồn cảm biến vị trí bàn đạp ga VPA
A40-54 (VPA2) - A40-55 (EPA2) Tín hiệu cảm biến vị trí bàn đạp ga
A40-56 (VCP2) - A40-55 (EPA2) Nguồn cảm biến vị trí bàn đạp ga VPA2
B67-17 (#20) - B67-51 (E01) Tín hiệu kim phun xy lanh 2
B67-18 (#30) - B67-51 (E01) Tín hiệu kim phun xy lanh 3
B67-19 (#40) - B67-51 (E01) Tín hiệu kim phun xy lanh 4
B67-20 (#10) - B67-51 (E01) Tín hiệu kim phun xy lanh 1
B67-22 (HT1B) - B67-16 (E1) Tín hiệu dây sấy cảm biến oxy
B67-23 (HA1A) - B67-52 (E04) Tín hiệu dây sấy cảm biến tỉ lệ không khí/ nhiên liệu B67-29 (+BM) - B67-16 (E1) Nguồn cảm biến vị trí bướm ga
20 B67-30 (M-) - B67-59 (ME01) Motor điều khiển bướm ga thông minh (cực âm) B67-54 (IGT4) - B67-16 (E1) Tín hiệu IGT xy lanh số 4
B67-55 (IGT3) - B67-16 (E1) Tín hiệu IGT xy lanh số 3
B67-56 (IGT2) - B67-16 (E1) Tín hiệu IGT xy lanh số 2
B67-57 (IGT1) - B67-16 (E1) Tín hiệu IGT xy lanh số 1
B67-60 (M+) - B67-59 (ME01) Motor điều khiển bướm ga thông minh (cực dương) B67-65 (OE1+) - B67-64 (OE1-) Tín hiệu van điều khiển dầu phối khí trục cam xả B67-75 (OC1+) - B67-74 (OC1-) Tín hiệu van điều khiển dầu phối khí trục cam nạp B67-78 (NE+) - B67-110 (NE-) Tín hiệu vị trí trục khuỷu
B67-80 (EV1+) - B67-112 (EV1-) Tín hiệu cảm biến vị trí trục cam xả
B67-82 (VV1+) - B67-114 (VV1-) Tín hiệu cảm biến vị trí trục cam nạp
B67-83 (VTA2) - B67-116 (ETA) Tín hiệu vị trí bướm ga
B67-84 (VTA1) - B67-116 (ETA) Tín hiệu vị trí bướm ga
B67-90 (THA) - B67-122 (ETHA) Tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp
B67-91 (VG) - B67-92 (E2G) Tín hiệu cảm biến lượng khí nạp
B67-93 (THW) - B67-94 (ETHW) Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát
B67-103 (OX1B) - B67-135 (EX1B) Tín hiệu cảm biến oxy
B67-111 (VCE1) - B67-16 (E1) Nguồn cảm biến vị trí trục cam xả
B67-113 (VCV1) - B67-16 (E1) Nguồn cảm biến vị trí trục cam nạp
B67-115 (VCTA) - B67-116 (ETA) Nguồn cảm biến vị trí bướm ga
B67-123 (KNK1) - B67-124 (EKNK) Tín hiệu cảm biến kích nổ
B67-133 (A1A+) - B67-16 (E1) Tín hiệu cảm biến tỉ lệ không khí/ nhiên liệu
B67-134 (A1A-) - B67-16 (E1) Tín hiệu cảm biến tỉ lệ không khí/ nhiên liệu
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ 2ZR-FE TRÊN TOYOTA COROLLA
Giới thiệu chung Toyota Cross 2023
Hình 3 1 Xe Toyota Corolla Cross 2023
Toyota Corolla Cross ra mắt lần đầu tiên vào năm 2020 tại Thái Lan Mẫu xe này được giới thiệu tại Việt Nam vào tháng 8 năm 2020 và nhanh chóng trở thành một trong những mẫu SUV bán chạy nhất phân khúc Corolla Cross được xây dựng dựa trên nền tảng TNGA-C của Toyota, vốn cũng là nền tảng của Corolla Altis và C-HR
Tại Việt Nam, Toyota Corolla Cross được trang bị hai tùy chọn động cơ:
Bảng 3 1 Thông số 2 loại động cơ trang bị trên xe Toyoto Corolla Cross 2023 Động cơ xăng 1.8L Động cơ hybrid 1.8L
Loại động cơ 2ZR-FE 2ZR-FXE
Công suất động cơ xăng (mã lực) 140 98
Công suất động cơ điện (mã lực) x 72
Mô-men xoắn động cơ điện (N.m) x 163
Giới thiệu về động cơ 2ZR-FE
Hình 3 2 Động cơ 2ZR-FE Động cơ 2ZR-FE được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2007 bởi Toyota Nó được phát triển dựa trên động cơ 1ZZ-FE, với nhiều cải tiến về hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu
Mục tiêu của việc phát triển động cơ 2ZR-FE:
- Tăng hiệu suất và mô-men xoắn
- Giảm tiêu hao nhiên liệu và khí thải
- Cải thiện độ ồn và độ rung
- Tăng độ bền và độ tin cậy Động cơ 2ZR-FE nhanh chóng trở thành một trong những động cơ phổ biến nhất của
Toyota Nó được sử dụng trong nhiều mẫu xe khác nhau, bao gồm Corolla, Camry, Altis, Vios, Yaris và C-HR
3.2.2 Thông số kỹ thuật động cơ 2ZR-FE
Bảng 3 2 Bảng thông số động cơ 2ZR-FE
Số xylanh và sắp xếp 4 xylanh, thẳng hàng
Cơ chế xupap 16 van DOHC, Dual VVT-i
Hệ thống phun xăng SFI
Công suất cực đại 132Hp @ 6000 rpm
Momen xoắn cực đại 174N.m @ 4400 rpm
Thời điểm đóng/mở xupap
Kỳ nạp Mở 1° - 56° BTDC Đóng 65° - 10° ABDC
Kỳ xả Mở 51° - 11° BBDC Đóng 3° - 43° ATDC
Chỉ số octane 87 hoặc cao hơn
Các cảm biến trên động cơ 2ZR-FE
3.3.1 Cảm biến lượng khí nạp (Mass air flow meter)
Cảm biến lượng không khí (MAF) đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả và tiết kiệm nhiên liệu Chức năng chính của nó là đo lượng không khí đi vào động cơ và gửi tín hiệu điện áp đến bộ điều khiển trung tâm (ECU) Dựa trên tín hiệu nhận được, bộ điều khiển tính toán lượng nhiên liệu cần phun để đảm bảo tỷ lệ hỗn hợp không khí và nhiên liệu tối ưu cho quá trình cháy
Hình 3 3 Vị trí cảm biến lượng không khí nạp Cảm biến lượng khí nạp được đặt tại đường ống nạp ngay sau bộ lọc không khí
Hình 3 4 Cảm biến lượng không khí nạp
*a: Dây sấy làm bằng Platinum *b: Nhiệt điện trở
Cảm biến lượng khí nạp có cấu tạo gồm 1 dây sấy làm bằng platinum và 1 nhiệt điện trở
Hình 3 5 Nguyên lý làm việc và đường đặc tuyến cảm biến lượng không khí nạp
Cảm biến MAF sử dụng một dây sấy được đặt trong đường ống nạp Khi khí nạp đi vào đường ống nạp và đi qua dây sấy, dây sấy sẽ bị làm nguội đi Mức độ làm nguội của dây sấy sẽ phụ thuộc vào lượng không khí nạp Nhiệt điện trở sẽ thay đổi thông số điện trở, làm cho dòng điện qua dây sấy thay đổi để giữ cho dây sấy ở nhiệt độ nhất định Dòng điện này sẽ được biến đổi thành điện áp và gửi đến ECU từ cực VG
ECU sẽ sử dụng tín hiệu điện áp từ cảm biến để tính toán lượng không khí nạp Dựa trên lượng không khí nạp, ECU sẽ tính toán lượng nhiên liệu cần phun để đảm bảo tỷ lệ hòa khí tối ưu cho quá trình đốt cháy
26 Hình 3 6 Sơ đồ mạch cầu cảm biến lượng không khí nạp
Dây sấy được đặt trong mạch cầu như Hình 3.6, mạch cầu này có tính chất sẽ duy trì điện áp giữa 2 điểm A và B bằng nhau khi tích điện trở theo đường chéo của chúng bằng nhau ([R3+Ra].R1=Rh.R2) Khi không khí nạp đi vào đường ống nạp và đi qua dây sấy, nó sẽ làm mát dây sấy Mức độ làm mát phụ thuộc vào lượng không khí nạp: lượng không khí nạp càng lớn, dây sấy càng bị làm mát nhiều và ngược lại Do bị làm mát, điện trở của dây sấy (Rh) sẽ giảm xuống và cường độ dòng điện qua dây sấy sẽ tăng lên Sinh ra chênh lệch điện áp giữa điểm A và điểm B bởi phương trình (Ra+R3).R1 ≠ Rh.R2, vì vậy
VA≠VB Khi bộ khuếch đại xử lý nhận thấy sự chênh lệch này, nó sẽ tăng điện áp cung cấp cho dây sấy, làm cho dây sấy nóng lên Lúc này điện trở của Rh cũng sẽ tăng lên, giá trị điện trở Rh sẽ tăng đến lúc điện áp giữa 2 điểm A và B bằng nhau theo tính chất của mạch cầu Bằng cách xác định điện áp ở điểm B, cảm biến lượng không khí nạp sẽ đo lượng không khí đi vào
Bằng cách sử dụng giá trị của nhiệt điện trở Ra, nhiệt độ dây sấy Rh sẽ được duy trì ở một giá trị không đổi cao hơn nhiệt độ không khí nạp Vì vậy cảm biến vẫn đo được chính xác khối lượng không khí nạp vào dù nhiệt độ không khí có thay đổi Ngoài ra, càng lên cao mật độ không khí càng loãng, khả năng làm mát dây sấy sẽ giảm xuống Do đó khối lượng không khí nạp được phát hiện cũng sẽ giảm xuống ECU không cần phải phun nhiều nhiên liệu
- Bụi bẩn và cặn bẩn bám trên dây sấy làm cho xe chạy yếu, không ổn định, đặc biệt là khi tăng tốc, động cơ có thể bị chết máy khi mới khởi động hoặc khi chạy không tải
- Hư – lỏng dây dẫn hoặc giắc nối cảm biến, cảm biến hư do nước vào làm đứt dây nhiệt làm cho đèn báo lỗi động cơ sáng lên
- Kiểm tra tổng quan bên ngoài nếu như cụm cảm biến bị vỡ hay có dấu hiệu vào nước hãy thay thế nó
- Kiểm tra cảm biến lượng không khí nạp (điện áp nguồn)
Hình 3 7 Giắc điện cảm biến lượng không khí nạp Bảng 3 3 Giá trị điện áp nguồn cảm biến MAF
Nối dụng cụ đo Tình trạng công tắc Điều kiện tiêu chuẩn
3 - Mát thân xe Khóa điện bật ON 11 đến 14 V
Nếu điện áp đo được nằm trong mức 11 đến 14V thì điện áp nguồn cảm biến MAF bình thường
Nếu điện áp đo được nằm ngoài điều kiện tiêu chuẩn thì ta tiến hành sửa chữa hay thay dây điện hoặc giắc nối (cảm biến lượng không khí nạp - ECM)
- Kiểm tra cảm biến lượng không khí nạp
Hình 3 8 Chân cảm biến lượng không khí nạp Bảng 3 4 Giá trị kiểm tra cảm biến lượng không khí nạp
Nối dụng cụ đo Điều kiện Điều kiện tiêu chuẩn
Cấp nguồn 12V cho 3 (+B) và mát cho 4 (E2G)
Có luồng không khí thổi vào cảm biến Điện áp đo được biến đổi (trong khoảng từ 1 đến 5V)
Nếu ta tăng luồng không khí thổi vào cảm biến, điện áp đo được tăng lên (từ 1 đến 5V), hoặc ta giảm luồng không khí thổi vào cảm biến, điện áp đo được giảm xuống (từ 5V về 1V) thì cảm biến hoạt động bình thường
Nếu khi thay đổi luồng không khí thổi vào cảm biến mà điện áp đo được không thay đổi thì cảm biến đang gặp vấn đề
Hình 3 9 Sơ đồ mạch điện cảm biến lượng không khí nạp
Ba chân của cảm biến lượng không khí nạp là +B (12V),VG (tín hiệu cảm biến lượng không khí nạp gửi về ECM) và E2G (mát cảm biến lượng không khí nạp)
3.3.2 Cảm biến vị trí trục khuỷu (Crankshaft position sensor)
Chức năng chính của cảm biến là xác định tốc độ quay của trục khuỷu và vị trí piston, từ đó hỗ trợ ECU điều chỉnh thời điểm đánh lửa, phun nhiên liệu, kiểm soát khí thải
Hình 3 10 Vị trí cảm biến vị trí trục khuỷu Cảm biến vị trí trục khuỷu nằm gần ở puly trục khuỷu
Hình 3 11 Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu
Cảm biến vị trí trục khuỷu sử dụng loại cảm biến điện từ (Pick-up coil type) gồm một cuộn dây cảm ứng có lõi gắn với 1 nam châm vĩnh cửu đứng yên và 1 đĩa tín hiệu
Hình 3 12 Nguyên lý hoạt động cảm biến vị trí trục khuỷu
31 Hình 3 13 Xung đầu ra của cảm biến vị trí trục khuỷu
Cảm biến được tạo thành từ một cuộn cảm ứng, một nam châm vĩnh cửu, một rotor (đĩa tín hiệu) có 34 răng và có 2 răng khuyết dùng để xác định điểm chết trên của piston số
1 Khi phần nhô lên của rotor không nằm đối diện với cực từ, từ thông đi qua cuộn dây cảm ứng sẽ có giá trị thấp, vì khe hở không khí lớn có từ trở cao Khi rotor quay, phần nhô ra của rotor sẽ lại gần cảm biến, khe hở không khí giảm dần, từ thông sẽ tăng nhanh Do đó 1 sức điện động được tạo ra nhờ vào sự biến thiên từ thông Khi răng rotor đối diện với cực từ của cuộn dây, từ thông đạt giá trị cực đại nhưng điện áp ở hai đầu cuộn dây bằng không, vì lúc này tốc độ thay đổi của từ thông là bằng không Khi răng rotor di chuyển ra khỏi cực từ, khe hở không khí tăng dần làm từ thông giảm sinh ra một sức điện động theo chiều ngược lại Sức điện động này sẽ được chuyển thành xung tín hiệu NE gửi đến ECM
Cứ rotor xoay mỗi 10° sẽ tạo ra 1 xung, với 1 vòng xoay của bánh răng rotor, cảm biến sẽ tạo ra 34 xung và xung của 2 răng khuyết sẽ có nhiệm vụ giúp ECM xác định được điểm chết trên của piston số một
HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ ĐỘNG CƠ 2ZR-FE
Tổng quan hệ thống phun xăng
4.1.1 Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống phun xăng điện tử
Hệ thống phun xăng điện tử (EFI) ra đời từ những năm 1950 bởi Bosch (Đức), trải qua quá trình phát triển từ cơ khí sang điện tử và dần trở thành tiêu chuẩn trên xe ô tô từ thập niên 1990 So với bộ chế hòa khí, EFI mang lại nhiều ưu điểm như tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải, tăng hiệu suất động cơ, khởi động dễ dàng và vận hành êm ái Ngày nay, EFI tiếp tục được cải tiến với nhiều loại như phun xăng trực tiếp (GDI), phun nhiên liệu đa điểm (MPFI), phun nhiên liệu đa điểm tuần tự (SFI),
4.1.2 Nhiệm vụ của hệ thống phun xăng điện tử
Hệ thống EFI sử dụng bộ điều khiển điện tử (ECU) và các cảm biến để điều chỉnh lượng và thời điểm phun nhiên liệu chính xác cho động cơ ở mọi điều kiện vận hành Nhờ vậy, EFI giúp tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải, tăng hiệu suất động cơ, khởi động dễ dàng, vận hành êm ái và hỗ trợ chẩn đoán lỗi động cơ EFI đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả, bảo vệ môi trường và tăng trải nghiệm lái xe.
Hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ 2ZR-FE
Hệ thống phun xăng điện tử dùng trên động cơ 2ZR-FE là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm tuần tự Sequential Fuel Injection (SFI)
Hình 4 1 Hệ thống phun xăng đa điểm tuần tự (SFI)
1 Nhiên liệu 2 Khí nạp 3 Bướm ga
4 Đường ống nạp 5 Kim phun 6 Nắp xy lanh
Hệ thống phun nhiên liệu đa điểm tuần tự (SFI) là một hệ thống phun xăng gián tiếp sử dụng nhiều kim phun để cung cấp nhiên liệu cho động cơ theo trình tự hoạt động của từng xy lanh, ở động cơ 2ZR-FE sẽ có 4 kim phun Mỗi kim phun được điều khiển chính xác lượng nhiên liệu và thời gian phun bởi bộ điều khiển động cơ (ECU) dựa trên các dữ liệu cảm biến như lượng không khí nạp, tốc độ động cơ, nhiệt độ nước làm mát,… Vì thế mỗi xy lanh được cung cấp lượng nhiên liệu riêng biệt, phù hợp với nhu cầu hoạt động tại từng thời điểm
4.2.1 Sơ đồ bố trí và nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ 2ZR-FE
4.2.1.1 Cấu tạo và sơ đồ bố trí
Hình 4 2 Sơ đồ bố trí các bộ phận hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ
Hệ thống phun xăng trên động cơ 2ZR-FE sẽ bao gồm hộp cầu chỉ của hệ thống phun xăng, các kim phun, ECM, công tắc máy, cụm điều khiển hiển thị thông số lên bảng táp lô và cụm bơm nhiên liệu gồm có bơm nhiên liệu, cảm biến mức nhiên liệu, bộ điều áp, bộ lọc nhiên liệu bên trong nó
Bơm nhiên liệu bắt đầu hút nhiên liệu từ thùng chứa khi động cơ bắt đầu hoạt động, nhiên liệu qua lọc nhiên liệu và đi đến ống dẫn nhiên liệu chính rồi được nạp vào các kim phun Lúc này áp suất của xăng được duy trì ổn định nhờ bộ điều hòa áp suất được gắn ở gần lọc nhiên liệu
Khi bướm ga bắt đầu mở và không khí qua bướm ga đi vào buồng đốt, lúc này cảm biến lượng không khí nạp sẽ phát hiện lượng không khí nạp đi vào và gửi tín hiệu này đến ECU Sau khi nhận được tín hiệu, ECU bắt đầu tính toán lượng nhiên liệu phù hợp cho các chế độ làm việc Áp suất ở trong ống dẫn nhiên liệu được giữ ổn định nhờ bộ điều hòa áp suất Trong quá trình hoạt động, bơm liên tục cung cấp lượng nhiên liệu nhiều hơn yêu cầu thực tế của động cơ nhằm đảm bảo luôn có đủ lượng nhiên liệu lưu thông trong hệ thống từ đó giúp cho việc khởi động dễ dàng hơn
4.2.2 Các bộ phận hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ 2ZR-FE
Cung cấp nhiên liệu cho động cơ bằng cách tạo áp suất để bơm nhiên liệu từ bình xăng đến bộ kim phun Vì được trang bị bộ lọc tích hợp nên có thể loại bỏ các tạp chất của nhiên liệu trước khi được bơm vào hệ thống nhiên liệu
Hình 4 3 Vị trí bơm nhiên liệu Bơm nhiên liệu nằm ở bên trong thùng nhiên liệu
Hình 4 4 Cấu tạo của bơm nhiên liệu trên động cơ 2ZR-FE Cấu tạo bơm nhiên liệu bao gồm: Mô tơ, cánh bơm, van an toàn, van một chiều
Hình 4 5 Sơ đồ mạch điện bơm nhiên liệu
75 Khi công tắc ở IG: Tín hiệu được gửi từ Smartkey ECU kích hoạt relay IG2 được kích hoạt Nhưng lúc này chưa có tín hiệu STA và NE từ trục khuỷu nên Tr1 chưa được kích hoạt nên dòng điện không qua được bơm Bơm chưa hoạt động
Khi công tắc ở ST: Tín hiệu STA gửi đến ECU để kích hoạt Tr1 Dòng điện qua relay IG2 tới kích hoạt relay C/OPN ECU gửi tín hiệu từ chân MREL kích hoạt relay EFI- MAIN Khi cả 2 relay EFI-MAIN và C/OPN được kích hoạt thì dòng từ battery qua được bơm Bơm bắt đầu hoạt động và nhiên liệu được đưa tới các kim phun
Khi động cơ đã khởi động: Tín hiệu STA bị ngắt nhưng tín hiệu NE vẫn được gửi tới ECU để tiếp tục mở Tr1 nên bơm nhiên liệu được duy trì hoạt động
4.2.2.1.5 Kiểm tra bơm nhiên liệu
Bảng 4 1 Điện trở tiêu chuẩn của bơm nhiên liệu Điểm kết nối Tình trạng Điều kiện chỉ định
Nếu kết quả đo không nằm trong tiêu chuẩn phải thay bơm nhiên liệu
Hình 4 6 Các đo điện trở của bơm nhiên liệu
Cho điện áp ắc quy vào 2 đầu nối, kiểm tra xem motor trong bơm có quay hay không Nếu motor trong bơm không quay thì cần phải thay thế bơm
76 Áp suất khi tháo rời của bơm: 3.5 đến 5.02 kgf/cm2
Không giữ điện áp ở ắc quy quá 1s tránh để cháy bơm
Giữ bơm nhiên liệu xa ắc quy nhất có thể
Luôn bật và tắt điện áp ở phía ắc quy chứ không phải phía bơm nhiên liệu
Thùng nhiên liệu được dùng để lưu trữ lượng nhiên liệu của xe
Thùng nhiên liệu được bố trí ở phía dưới hàng ghế sau của xe
Hình 4 7 Cấu tạo của thùng nhiên liệu
*1: Ống thông gió dẫn nhiên liệu (Breather tube fuel hose)
*3: Cụm ống dẫn chủ yếu của thùng nhiên liệu (Fuel tank main tube sub- assembly)
*4: Cụm thùng nhiên liệu (Fuel tank sub- assembly)
*5: Ống dẫn từ bình đến ống nạp nhiên liệu (Fuel tank to filler pipe hose)
*7:Cụm ống bay hơi nhiên liệu (NO.1 Fuel evaporation tube sub- assembly)
*8: Ống thoát của hộp than hoạt tính (NO.1 Charcoal canister outlet hose)
*9: Nắp ống nạp nhiên liệu (Fuel tank filler pipe cover)
4.2.2.3 Bộ điều hòa áp suất nhiên liệu
Giữ cho áp suất nhiên liệu ở mức cố định để đảm bảo lượng nhiên liệu cung cấp đến động cơ là phù hợp với điều kiện vận hành
Hình 4 8 Vị trí của bộ điều hòa áp suất nhiên liệu
Bộ điều hòa áp suất nhiên liệu được gắn ở cạnh bộ lọc nhiên liệu
Hình 4 9 Cấu tạo bộ điều hòa áp suất
Bộ điều hòa áp suất bào gồm 3 bộ phận: Lò xo, màng và van
Hình 4 10 Nguyên lý hoạt động bộ điều hòa áp suất nhiên liệu Khi bơm nhiên liệu hoạt động tạo ra áp suất bên trong hệ thống nhiên liệu Áp suất này tác dụng lên màng chắn một lực ngược với lực đàn hồi của lò xo Nếu như áp suất
79 trong hệ thống vượt quá mức cho phép thì sẽ đẩy được lò xo và màng chắn mở ra Cho phép nhiên liệu thừa chảy về thùng nhiên liệu
4.2.2.3.5 Kiểm tra áp suất hệ thống nhiên liệu
Bước 1: Tắt máy, ngắt kết nối ắc quy và tháo cầu chì bơm nhiên liệu Sau đó kết nối lại ắc quy và khởi động xe Xe chạy được vài giây sẽ tắt máy, lúc này mở đầu ống phân phối và hứng lượng nhiên liệu còn dư Khi áp suất trong hệ thống được xả hết sẽ lắp lại cầu chì bơm nhiên liệu
Bước 2: Đo điện áp ắc quy Tiêu chuẩn 11V đến 14 V
Bước 3: Ngắt dây nối khỏi cực âm (-) của ắc quy
Bước 4: Tháo kẹp ống nhiên liệu (fuel pipe clamp) ra khỏi đầu nối ống nhiên liệu (fuel tube connector)
Bước 5: Ngắt kết nối cụm ống nhiên liệu (fuel tube sub-assembly) khỏi ống nhiên liệu (fuel pipe)
Bước 6: Lắp đồng hồ đo áp suất nhiên liệu (*a) vào đường ống phân phối
Hình 4 11 Lắp đồng hồ đo áp suất nhiên liệu Bước 7: Nối cáp vào cực âm (-) của ắc quy
80 Bước 8: Khởi động động cơ
Bước 9: Đo áp suất nhiên liệu ở chế độ không tải Áp suất nhiên liệu tiêu chuẩn: 304 đến 343 kPa (3.1 đến 3.5 kgf/cm2; 44 đến 50 psi) Bước 10: Tắt động cơ
Bước 11: Kiểm tra áp suất nhiên liệu vẫn duy trì như tiêu chuẩn trong 5 phút sau khi động cơ tắt Áp suất tiêu chuẩn 147 kPa (1.5 kgf/cm2; 21 psi) trở lên
Bước 12: Sau khi kiểm tra áp suất nhiên liệu, ngắt kết nối cáp khỏi cực âm (-) của ắc quy và tháo đồng hồ đo áp suất nhiên liệu cẩn thận tránh nhiên liệu bị phun ra
Bước 13: Kết nối lại cụm ống nhiên liệu (fuel tube sub- assembly) với ống nhiên liệu (fuel pipe)
Bước 14: Lắp kẹp ống nhiên liệu (fuel pipe clamp) vào đầu nối ống nhiên liệu (fuel tube connector)
4.2.2.4 Bộ kim phun nhiên liệu
Phun nhiên liệu vào buồng đốt dưới dạng sương để cho nhiên liệu dễ dàng trộn với không khí Đảm bảo lượng nhiên liệu chính xác được phun vào buồng đốt giúp cho hỗn hợp nhiên liệu - không khí phù hợp với các yêu cầu vận hành của xe
Kim phun được bố trí trên đường ống nạp ở mỗi xy lanh
Hình 4 12 Cấu tạo bộ kim phun
Các bộ phận chính của kim phun gồm: đầu phun (spray tip), pits tông (plunger), lò xo van (valve spring), lọc nhiên liệu (fuel filter), cuộn dây điện từ (solenoid winding)
Hình 4 13 Sơ đồ mạch điện điều khiển kim phun
82 Khi công tắc ở IG: Dòng điện từ relay IG2 đến các kim phun để chờ sẵn
Các chế độ điều chỉnh
Thời gian phun của kim phun được tính toán thông qua thời gian phun nhiên liệu cơ bản và thời gian phun nhiên liệu hiệu chỉnh:
- Thời gian phun nhiên liệu cơ bản được điều chỉnh dựa vào tín hiệu cảm biến lượng không khí nạp và cảm biến tốc độ động động cơ
- Thời gian phun nhiên liệu hiệu chỉnh được điều chỉnh dựa vào tín hiệu của các cảm biến còn lại
Chế độ làm việc ảnh hưởng đến thời gian phun cơ bản:
- Làm đậm để tăng tốc
- Làm đậm để tăng công suất
Chế độ làm việc ảnh hưởng đến thời gian phun hiệu chỉnh:
- Làm đậm để khởi động
- Làm đậm để hâm nóng
- Hiệu chỉnh nhiệt độ khí nạp
4.3.1 Làm đậm để khởi động
Hình 4 21 Làm đậm để khởi động
Khi khởi động, tốc độ động cơ thấp và cảm biến lượng không khí nạp chưa kịp gửi tín hiệu đến ECU Do đó khi khởi động thì thời gian phun sẽ được xác định bằng nhiệt độ nước làm mát thông qua cảm biến nước làm mát
Khi nhiệt độ nước càng thấp thì việc bốc hơi nhiên liệu càng kém Vì vậy phải làm cho hỗn hợp không khí - nhiên liệu đậm hơn bằng cách kéo dài thời gian phun
4.3.2 Làm đậm để hâm nóng
Hình 4 22 Làm đậm để hâm nóng
Khi động cơ còn lạnh lượng nhiên liệu phun vào được tăng lên vì sự bay hơi của nhiên liệu kém Việc tăng thời gian phun làm cho hỗn hợp nhiên liệu - không khí đậm hơn, giúp cho động cơ hoạt động hiệu quả trong quá trình làm nóng
4.3.3 Làm đậm để tăng tốc
Hình 4 23 Làm đậm để tăng tốc
Khi bắt đầu tăng tốc tỷ lệ không khí- nhiên liệu trở nên nhạt, vì độ trễ của việc cung cấp nhiên liệu thường xảy ra khi tăng tốc do việc thay đổi nhanh lượng không khí nạp đi vào khi đạp bàn đạp ga
Vì vậy ECU kéo dài thời gian phun nhiên liệu dựa vào lượng không khí nạp đi vào để tránh cho hỗn hợp nhiên liệu- không khí bị nhạt Việc điều chỉnh trong lúc xe tăng tốc tăng mạnh khi bắt đầu tăng tốc và giảm dần đến khi việc tăng tốc kết thúc Việc tăng tốc càng nhanh thì lượng nhiên liệu phun vào càng lớn
Hình 4 24 Cắt nhiên liệu khi giảm tốc Trong quá trình giảm tốc, ngắt phun nhiên liệu được kích hoạt để giảm lượng khí thải độc hại và tăng hiệu ứng hãm của động cơ Quá trình giảm tốc được xác định thông qua độ
91 mở của bướm ga và tốc độ động cơ Khi bướm ga đóng và tốc độ động cơ giảm điều đó xác định là xe đang giảm tốc
Khi tốc độ động cơ giảm đến một mức nhất định hay khi bướm ga được mở thì phun nhiên liệu sẽ được khôi phục
4.3.5 Làm đậm để tăng công suất
Hình 4 25 Làm đậm để tăng công suất
Khi xe leo đốc hoặc tải trọng lớn thì xe cần công suất lớn Vì vậy thời gian phun được tăng lên để giúp tăng công suất của động cơ Các mức tải trọng được phát hiện bằng cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến tốc độ động cơ và cảm biến lượng không khí nạp Khi lượng không khí nạp càng lớn hoặc tốc độ động cơ càng lớn thì tỷ lệ tăng này càng lớn
4.3.6 Hiệu chỉnh nhiệt độ khí nạp
Hình 4 26 Hiệu chỉnh nhiệt độ khí nạp
Tỷ trọng không khí thay đổi theo nhiệt độ của nó Vì vậy phải thực hiện hiệu chỉnh nhiệt độ khí nạp để làm tăng hoặc giảm lượng nhiên liệu để tối ưu tỷ lệ hỗn hợp cần thiết cho các điều kiện hoạt động của động cơ
Nhiệt độ không khí nạp được phát hiện thông qua cảm biến nhiệt độ không khí nạp ECU được đặt nhiệt độ không khí nạp tiêu chuẩn là 20°C Hiệu chỉnh được xác định khi nhiệt độ tăng cao hơn hoặc giảm thấp hơn nhiệt độ đó Khi nhiệt độ không khí nạp thấp hơn, lượng nhiên liệu được tăng vì tỷ trọng của không khí cao Khi nhiệt độ không khí nạp cao hơn, mức nhiên liệu được giảm vì tỷ trọng nhiên liệu thấp
Hình 4 27 Hiệu chỉnh điện áp
Thời gian ECU gửi tín hiệu phun và khi phun thực tế có một độ trễ Nếu điện áp của ắc quy càng thấp thì độ trễ này sẽ càng dài Vì vậy thời gian phun nhiên liệu thực tế sẽ ngắn hơn thời gian được ECU tính toán làm cho tỷ lệ nhiên liệu- không khí nhạt hơn so với tỷ lệ động cơ yêu cầu Khi đó ECU sẽ điều chỉnh thời gian phun dài hơn theo điện áp của ắc quy giúp tỷ lệ này phù hợp với yêu cầu của động cơ
HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐỘNG CƠ 2ZR-FE
Tổng quan về hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ biến nguồn điện có hiệu điện thể thấp 12V thành dòng điện cao áp có điện thế từ 12000V đến 50000V Dòng điện cao áp này sẽ được truyền đến các bugi của các xylanh để tạo tia lửa đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu
5.1.2 Yêu cầu của hệ thống đánh lửa
Tia lửa mạnh: Để đảm bảo rằng khi đánh lửa thì lượng hỗn hợp nhiên liệu trong buồng đốt sẽ được đốt cháy hoàn toàn
Thời điểm đánh lửa phải chính xác: Để đạt được hiệu suất tối ưu thì thời điểm đánh lửa phải được đảm bảo một cách chính xác và có thể phù hợp với sự thay đổi điều kiện hoạt động liên tục của xe.
Hệ thống đánh lửa động cơ 2ZR-FE
Động cơ 2ZR-FE sử dụng hệ thống đánh trực tiếp DIS (Direct Ignition System) Hệ thống này sử dụng một bobin đánh lửa độc lập cho 1 xy lanh trên động cơ
Dựa vào tín hiệu của các cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí trục khuỷu, ECM xác định được thời điểm đánh lửa Khi biết được thời điểm đánh lửa, ECM gửi tín hiệu đánh lửa (IGT) đến từng bobin của mỗi xy lanh Tín hiệu IGT được gửi theo thứ tự đánh lửa trong từng xylanh của động cơ 2ZR-FE lần lượt là 1-3-4-2 Bằng cách sử dụng tín hiệu IGT, ECM sẽ bật và tắt transistor bên trong IC đánh lửa Transistor sẽ bật và tắt dòng điện cung cấp cho cuộn sơ cấp Khi dòng điện tới cuộn sơ cấp bị cắt, một điện áp cực mạnh sẽ được tạo ra ở cuộn thứ cấp Điện áp này được đưa vào các bugi đánh lửa, các bugi sẽ tạo ra tia lửa điện bên trong xylanh Khi ECM ngắt dòng điện đến cuộn sơ cấp, một tín hiệu IGF được gửi tới ECM, khi ECM nhận tín hiệu IGF này nó xác nhận là đã hoàn tất việc đánh lửa
94 Hình 5 1 Sơ đồ mô tả hệ thống đánh lửa động cơ 2ZR-FE
U1 là dòng điện của cuộn sơ cấp
U2 là dòng điện cuộn thứ cấp
N1 là số vòng dây cuộn sơ cấp
N2 là số vòng dây cuộn thứ cấp
Khi điện áp 12V đi vào cuộn sơ cấp sẽ có 1 điện áp 1200V xuất hiện ở cuộn thứ cấp theo tỉ lệ số vòng dây của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp là 1:100 Điện áp 1200V này có thể gây đánh lửa sai thời điểm Nên nhà sản xuất đã thêm 1 Diot ở đầu cuộn thứ cấp để ngăn cản điện áp 1200V xuất hiện khi điện áp 12V đi vào cuộn sơ cấp
Các bộ phận của hệ thống đánh lửa động cơ 2ZR-FE
Chức năng chính của bobin đánh lửa là tạo ra điện áp cao (lên đến hàng chục nghìn volt) từ điện áp thấp của ắc quy (12 volt) Điện áp cao này được sử dụng để đánh lửa cho bugi, giúp đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và không khí trong buồng đốt
Bobin đánh lửa được gắn trực tiếp lên nắp quy lát
96 Bobin đánh lửa của động cơ 2ZR-FE có cấu tạo gồm một lõi sắt được đặt ở giữa bobin, cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thứ cấp Số vòng dây của cuộn thứ cấp sẽ nhiều hơn khoảng 100 lần so với số vòng dây của cuộn sơ cấp Một đầu của cuộn sơ cấp được nối với
IC đánh lửa, đầu còn lại nối với ắc quy Ở cuộn thứ cấp, một đầu sẽ nối với ắc quy, đầu còn lại sẽ nói với bugi đánh lửa
Mã phụ tùng bobin đánh lửa Toyota Corolla Cross 2023 là 9091902258 Với cấu tạo gồm 4 chân
Hình 5 4 Bobin Toyota Corolla Cross 2023
Khi nổ máy, ECU sẽ tính toán thời điểm đánh lửa cho từng xy lanh dựa trên dữ liệu từ các cảm biến và gửi tín hiệu IGT (Ignition Timing Signal) đến IC đánh lửa Khi nhận tín hiệu IGT transistor trong IC đánh lửa sẽ đóng lại, dòng điện 12V sẽ đi qua cuộn sơ cấp Lúc này xung quanh lõi sắt hình thành các đường sức từ Sau đó transistor bên trong IC đánh lửa sẽ ngắt đột ngột, dẫn đến dòng điện đi qua cuộn sơ cấp sẽ bị ngắt đột ngột, làm cho từ thông xung quanh lõi sắt giảm đột ngột Trên cuộn sơ cấp sẽ có hiện tượng tự cảm, tạo ra một suất điện động khoảng 500V trên nó Theo nguyên lý Faraday, sự thay đổi từ thông này sẽ tạo ra một suất điện động khoảng 30kV trong cuộn dây thứ cấp Suất điện động được tạo ra trên cuộn thứ cấp sẽ được truyền đến bugi để phát ra tia lửa điện
5.3.1.5 Các hư hỏng thường gặp
Bobin phát ra dòng điện bị yếu do bobin sử dụng lâu năm, lão hóa, hoặc do chất lượng bobin không tốt
Bobin bị chập điện do nước vào, ẩm ướt
Khi bobin bị hư hỏng xe sẽ khó khởi động, rung giật khi hoạt động, giảm công suất, tốn nhiên liệu, có thể chết máy đột ngột
Kiểm tra điện áp nguồn của bobin
Hình 5 5 Giắc kết nối của bobin Bảng 5 1 Giá trị kiểm tra điện áp nguồn bobin đánh lửa
Nối dụng cụ đo Tình trạng công tắc Điều kiện tiêu chuẩn B26-1 (+B) - B26-4 (GND) Khoá điện bật ON 11 đến 14 V
B27-1 (+B) - B27-4 (GND) Khoá điện bật ON 11 đến 14 V
B28-1 (+B) - B28-4 (GND) Khoá điện bật ON 11 đến 14 V
B29-1 (+B) - B29-4 (GND) Khoá điện bật ON 11 đến 14 V
Nếu giá trị đo được nằm trong điều kiện tiêu chuẩn thì điện áp nguồn của bobin đánh lửa bình thường
Nếu giá trị đo được không nằm trong điều kiện tiêu chuẩn cần kiểm tra lại ắc quy hoặc dây dẫn
Kiểm tra bobin đánh lửa
Hình 5 6 Thứ tự chân của bobin đánh lửa
Bước 1: Tắt máy, mở nắp capo, tháo nắp đậy nắp quy lát và xác định vị trí các bobin đánh lửa
Bước 2: Tháo 4 giắc điện của 4 bobin đánh lửa, tháo lần lượt các bobin đánh lửa Bước 3: Dùng một bình ắc quy, nối dương vào chân số 1 của bobin, nối mát vào chân
4 Chân số 3 IGT của bobin ta sẽ nối với điện trở giá trị 1kΩ Ta sẽ thay thế bugi bằng 1 dây nối với cực âm của ắc quy và để gần với phần cuối của bobin đánh lửa
Bước 4: Ta sẽ nhấp nhả dây điện nối với chân số 3 vào cực dương của ắc quy để giả lập tín hiệu IGT cho bobin đánh lửa
Nếu như khi nhấp nhả dây nối với chân số 3 vào cực dương ắc quy mà bobin có 1 tia lửa điện đánh vào dây nối mát ta thay thế cho bugi thì bobin hoạt động bình thường Nếu như khi nhấp nhả dây nối với chân số 3 vào cực dương ắc quy mà bobin không phát ra tia lửa điện đánh vào dây nối mát ta thay thế cho bugi thì bobin đang bị hỏng, cần thay thế hoặc sửa chữa
Bugi tạo ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và không khí trong buồng đốt, giúp động cơ hoạt động
Bugi trong động cơ 2ZR-FE Toyota được lắp đặt trên nắp quy lát động cơ, bên dưới bobin đánh lửa Với bốn bugi cho 4 xi lanh
Hình 5 8 Cấu tạo chung bugi
100 Các tia lửa điện sẽ được tạo ra bởi điện cực trung tâm Điện cực có lõi bằng đồng và hai đầu được làm bằng các hợp kim platinum và iridium
Gốm oxit nhôm được dùng làm vỏ cách điện Vỏ có độ bền cơ học và truyền nhiệt cao, không rò rỉ dòng điện cao áp và có khả năng chịu nhiệt độ cao
Vùng nhiệt bugi bao gồm không gian giữa hai điện cực platinum và iridium Khả năng phân tán nhiệt của bugi giảm theo khoảng không gian và ngược lại
Hình 5 9 Bugi đánh lửa động cơ 2ZR-FE Động cơ 2ZF-FE trên xe Toyota Corolla Cross sử dụng bugi sản xuất bởi DENSO, mã là SC16HR11 Bugi sử dụng trong động cơ là loại bugi ren dài, có điện cực trung tâm làm từ IRIDIUM, và điện cực tiếp đất làm từ PLATINUM
Bảng 5 2 Ý nghĩa mã bugi dùng trên động cơ 2ZR-FE
S Điện cực trung tâm làm từ Iridium có đường kính 0,7mm
C Đường kính ren 12mm, lục giác 14mm
16 Chỉ số nhiệt của bugi là 16
11 Khe hở điện cực bugi 1.1 mm
ECU điều khiển bobin đánh lửa, khi dòng điện áp cao từ cuộn thứ cấp của bobin được truyền đến bugi Tia lửa điện sẽ xuất hiện giữa 2 điện cực của bugi Bugi đánh lửa sẽ sinh ra nhiệt độ từ 450°C đến 950°C để đốt cháy nhiên liệu
5.3.2.5 Các hư hỏng thường gặp
Nứt hoặc vỡ lớp gốm cách điện
5.3.2.6 Cách kiểm tra Đối với bugi đời mới như hiện nay thì không cần điều chỉnh lại khe hở Tuy nhiên cần được thay thế bugi định kỳ Bugi trên động cơ 2ZR-FE khuyến khích cần được thay thế hoặc bảo trì sau khi xe đi được mỗi 100.000km
Kiểm tra độ cách điện của sứ cách điện
Hình 5 10 Kiểm tra độ cách điện của lớp sứ Đo điện trở giữa lớp sứ cách điện với mát của xe
Nếu giá trị đo được từ 10 MΩ trở lên thì lớp sứ cách điện còn tốt
Nếu giá trị đo được dưới 10 MΩ cần thay thế bugi vì lớp sứ cách điện đang có vấn đề
Tín hiệu IGT và IGF trong hệ thống ESA
ECU động cơ tính toán thời điểm đánh lửa phù hợp dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau và truyền tín hiệu IGT đến các IC đánh lửa Tín hiệu IGT được bật ON trước khi thời điểm đánh lửa được ECU tính toán và sau đó tắt đi Khi tín hiệu IGT OFF các bugi sẽ bắt đầu thực hiện việc đánh lửa và đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong buồng đốt
Kiểm tra tín hiệu IGT:
Sử dụng LED để kiểm tra tín hiệu IGT
Bước 1: Sử dụng sơ đồ mạch để tìm các chân IGT
103 Hình 5 12 Sơ đồ mạch điện đánh lửa
Hình 5 13 Sơ đồ chân ECM
Bước 2: Lắp Led vào các chân IGT để kiểm tra Mắc Led nối tiếp với 1 điện trở 1KΩ, chân dương Led nối với chân IGT chân còn lại nối về mass
Bước 3: Đề máy kiểm tra xem Led ở các chân có sáng không Nếu đèn chớp tắt liên tục thì có tín hiệu IGT Khi tín hiệu G và NE không được gửi đến ECU thì điện áp ở chân
104 IGT là 0V nên led không sáng Khi ECU điều khiển lỗi, chân IGT luôn là 5V làm cho led sáng liên tục
Hình 5 14 Mạch tạo xung IGF
Khi ECU chưa điều khiển đánh lửa không có tín hiệu IGT gửi đến để điều khiển Tr2 nên Tr2 không dẫn điện Tại A không có điện áp nên bộ IGF signal generation circuit không xuất tín hiệu điều khiển Tr3 nên Tr3 không dẫn điện Do đó điện áp tại chân IGF là 5V Khi ECU điều khiển đánh lửa có tín hiệu IGT gửi đến để điều khiển Tr2 nên Tr2 dẫn điện Dòng điện đi qua cuộn sơ cấp qua điểm A đến bộ IGF signal generation circuit Đến một giá trị nhất định bộ IGF signal generation circuit xuất tín hiệu điều khiển Tr3 nên Tr3 dẫn điện Do đó điện áp tại chân IGF giảm về 0V ECU dựa vào xung nhận từ chân IGF để xác định là đánh lửa có diễn ra không
Sự điều khiển của hệ thống ESA
Điều khiển đánh lửa khi khởi động: Thực hiện bằng việc tiến hành đánh lửa ở góc trục khuỷu được xác định trước trong các điều kiện làm việc của động cơ Góc trục khuỷu này là “góc thời điểm đánh lửa ban đầu” Điều khiển đánh lửa sau khởi động: Việc điều chỉnh đánh lửa sau khởi động được thực hiện bởi góc thời điểm đánh lửa ban đầu, góc đánh lửa sớm cơ bản, tính theo tải trọng và tốc độ của động cơ và các điều chỉnh khác nhau
Hình 5 16 Điều khiển của hệ thống ESA
Xác định góc thời điểm đánh lửa ban đầu
Hình 5 17 Góc thời điểm đánh lửa ban đầu Để xác định được góc đánh lửa thì ECU so sánh 2 tín hiệu G và NE Khi ECU nhận được tín hiệu 0V từ cảm biến G tại điểm A và nhờ tín hiệu NE nhận được liền kề trước đó (điểm B) để xác định vị trí trước điểm chết trên (TDC) Sau đó ECU điều khiển góc đánh lửa theo vị trí trước điểm chết trên vừa xác định Động cơ 2ZR-FE có góc đánh lửa ban đầu là 10 o trước điểm chết trên (BTDC)
Góc đánh lửa sớm cơ bản
Góc đánh lửa sớm cơ bản được xác định bằng cách dùng tín hiệu NE từ cảm biến vị trí trục khuỷu, tín hiệu VG từ cảm biến lượng không khí nạp Tín hiệu NE và VG được dùng để xác định góc đánh lửa sớm cơ bản và lưu trữ trong ECU
Khi điều hòa không khí A/C ở ON/OFF thì góc đánh lửa sớm cơ bản cũng thay đổi
Hình 5 18 Góc đánh lửa cơ bản khi IDL bật ON
Điều khiển góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh
5.6.1 Hiệu chỉnh để hâm nóng
Góc đánh lửa sớm được thực hiện cho thời điểm đánh lửa khi nhiệt độ nước làm mát còn thấp Góc này được hiệu chỉnh tăng lên tối đa 15 o để đảm bảo điều kiện làm việc của động cơ
Hình 5 19 Hiệu chỉnh để hâm nóng
5.6.2 Hiệu chỉnh khi quá nhiệt độ
Khi nhiệt độ nước làm mát quá cao, góc đánh lửa sớm sẽ được giảm đi để tránh tiếng gõ và không gây quá nhiệt
Hình 5 20 Hiệu chỉnh khi quá nhiệt
5.6.3 Hiệu chỉnh để tốc độ chạy không tải ổn định
Nếu tốc độ động cơ khi hoạt động thay đổi liên tục khi chạy không tải thì ECU sẽ liên tục tính toán tốc độ trung bình của động cơ Nếu tốc độ động cơ giảm thấp hơn tốc độ mục
108 tiêu của động cơ thì ECU sẽ làm thời điểm đánh lửa sớm lên theo góc đã được xác định và ngược lại
Hình 5 21 Hiệu chỉnh khi chạy không tải
Khi động cơ hoạt động mà xuất hiện tiếng gõ thì cảm biến tiếng gõ (Knock sensor) sẽ biến độ rung được tạo ra bởi tiếng gõ thành tín hiệu điện áp (KNK) và gửi đến ECU ECU sẽ xác định độ lớn của tiếng gõ theo độ lớn của điện áp từ tín hiệu (KNK) và điều chỉnh thời điểm đánh lửa cho phù hợp với độ lớn của tiếng gõ Khi tiếng gõ mạnh thì thời điểm đánh lửa bị muộn nhiều và khi tiếng gõ yếu thì thời điểm đánh lửa chỉ bị muộn một chút
Khi tiếng gõ kết thúc ECU không còn nhận được tín hiệu KNK thì ECU sẽ không làm muộn thời điểm đánh lửa nữa và làm sớm nó lên một chút Việc làm sớm này được thực hiện cho đến khi tiếng gõ xuất hiện và ECU nhận được tín hiệu KNK
Hình 5 22 Hiệu chỉnh tiếng gõ
Kiểm tra hệ thống đánh lửa
- Kiểm tra góc đánh lửa sớm Điều kiện kiểm tra:
Phải cho xe chạy không tải tại chỗ từ 5 đến 10 phút để làm nóng động cơ Đối với khu vực Việt Nam nhiệt độ môi trường thích hợp để kiểm tra từ 20-30 o C Nhiệt độ nước làm mát phải ở mức từ 80-90 o C
Số vòng quay động cơ ban đầu ở mức 750 - 800 vòng/phút Sau đó đạp ga để tăng dần số vòng quay
Lúc này xe phải ở chế độ không tải, không bật đèn, không bật điều hòa hoặc các thiết bị điện khác trên xe Để xe ở tay số N hoặc P
Sử dụng máy chẩn đoán để đọc giá trị góc đánh lửa sớm động cơ
Bảng 5 3 Giá trị góc đánh lửa sớm của động cơ ở chế độ không tải
Tốc độ động cơ (rpm) 750 1000 1250 1500 2000 3000 4000 5000
- Kiểm tra đánh lửa ở xy lanh
Khi có những hiện tượng: khó khởi động, động cơ chạy không ổn định, gây tiếng ồn, công suất động cơ bị giảm, hụt ga, cần kiểm tra đánh lửa ở từng xylanh xem có máy nào bị bỏ không đánh lửa hay không
- Kiểm tra xy lanh không được đánh lửa
Cách tìm xy lanh không được đánh lửa trên động cơ: Để tìm máy bị bỏ trên động cơ, bạn có thể áp dụng phương pháp đơn giản sau: Khi động cơ đang hoạt động, hãy lần lượt tháo từng cuộn dây đánh lửa (bobin) ra Quan sát trạng thái hoạt động của động cơ sau mỗi lần tháo:
Nếu động cơ tắt hoặc chạy không ổn định: Cuộn dây vừa tháo đang hoạt động bình thường, xylanh tương ứng được đánh lửa bình thường
Nếu động cơ vẫn chạy như lúc ban đầu: Cuộn dây vừa tháo có thể bị hỏng, xylanh tương ứng có thể là máy bị bỏ
- Kiểm tra đánh lửa ở xi lanh:
Khởi động động cơ và để chạy ở chế độ không tải
Nhấc bobin của xylanh không có đánh lửa ra khỏi vị trí khoảng 1 cm
Lắng nghe tiếng nổ dòng điện cao áp
Nếu có tiếng nổ dòng điện cao áp: Tín hiệu đánh lửa, bobin của xi lanh đó hoạt động bình thường và vấn đề nằm ở bugi đánh lửa Chỉ cần tháo bobin ra, thay 1 bugi mới vào và tiếp tục kiểm tra
Nếu đánh lửa bình thường thì hoàn tất quá trình kiểm tra
Nếu vẫn không đánh lửa thì nguyên nhân có thể do mất tín hiệu điều khiển đến bobin đánh lửa hoặc bobin đánh lửa bị hỏng
Ta tiến hành kiểm tra bobin như ở mục 5.3.1
Nếu như bobin hoạt động bình thường ta tiến hành kiểm tra tín hiệu IGT như ở mục 5.4.2
CÁC HỆ THỐNG PHỤ ĐỘNG CƠ
Hệ thống điều khiển van biến thiên thông minh kép (Dual VVT-i)
Dual VVT-i là hệ thống điều chỉnh thời gian đóng mở xupap nạp và xupap xả độc lập, giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải
Hệ thống Dual VVT-i được đặt ở đầu 2 trục cam
- Cấu tạo hệ thống Dual VVT-i trên động cơ 2ZR-FE
Hình 6 1 Cấu tạo hệ thống Dual VVT-i động cơ 2ZR-FE
Hệ thống Dual VVT-I trên động cơ 2ZR-FE bao gồm các bốn phận chính: 2 bộ điều khiển VVT-i nằm trên 2 trục cam, 2 van điều khiển dầu phối khí trục cam, các cảm biến (cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí trục cam,…) và ECM
- Cấu tạo bộ điều khiển VVT-i
Hình 6 2 Cấu tạo bộ điều khiển VVT-i cam nạp
Hình 6 3 Cấu tạo bộ điều khiển VVT-i cam xả
Bộ điều khiển VVT-i có cấu tạo chung bao gồm vỏ,1 bánh răng được dẫn động bởi xích cam, cách gạt được cố định với trục cam, chốt hãm Ở trục cam xả được trang bị 1 lò xo trợ lực với tác dụng hấp thụ mô men xoắn theo hướng quay trục cam trước khi động cơ dừng, do đó đảm bảo sự an khớp của chốt khóa
- Cấu tạo van điều khiển dầu phối khí trục cam
Hình 6 4 Cấu tạo van điều khiển dầu phối khí trục cam
113 Van điều khiển dầu phối khí trục cam có cấu tạo bao gồm: cuộn dây, lò xo, van trượt và các đường ra vào của dầu Phía sớm và phía muộn có thể thay đổi vị trí tùy thuộc vào vị trí van ở cam nạp hoặc cam xả
Hình 6 5 Cấu tạo van dầu phối khí phía cam nạp
Hình 6 6 Cấu tạo van dầu phối khí phía cam xả
Hình 6 7 Phạm vi hoạt động VVT-i trên động cơ 2ZR-FE
Hệ thống Dual VVT-i ở động cơ 2ZR-FE được thiết kế để điều khiển thay đổi góc đóng, mở của cam nạp và cam xả trong phạm vi 55° đối với cam nạp, 40° đối với cam xả dựa trên góc quay của trục khuỷu
- Chế độ làm sớm thời điểm phối khí
Khi van điều khiển dầu phối khí trục cam được vận hành bởi tín hiệu phối khí sớm từ ECM, áp suất dầu tác dụng vào khoan cánh gạt Ở cam nạp
Lúc này lò xo ở van phối khí sẽ bị nén lại do cuộn dây trong van điều khiển dầu phối khí tạo nên 1 từ trường đẩy piston từ phải sang trái Đường dầu vào sẽ như hình 6.8 và đi vào cụm điều khiển phân phối khí đẩy cánh gạt quay theo chiều cùng chiều kim đồng hồ Làm sớm thời điểm mở van nạp
Hình 6 8 Điều khiển phối khí sớm trục cam nạp Ở cam xả
Lúc này lò xo ở van điều khiển dầu phối khí trục cam xả sẽ đẩy piston về phía bên phải do lúc này cuộn dây bên trong không tạo ra từ trường Đường dầu vào sẽ như hình 6.9 và đi vào cụm điều khiển phân phối khí đẩy cánh gạt quay theo chiều cùng chiều kim đồng hồ Làm sớm thời điểm mở van xả
115 Hình 6 9 Điều khiển phối khí sớm trục cam xả
- Chế độ làm muộn thời điểm phối khí
Khi van điều khiển dầu phối khí trục cam được vận hành bởi tín hiệu phối khí muộn từ ECM, áp suất dầu tác dụng vào khoan cánh gạt phía phối khí muộn để xoay trục cam về hướng làm muộn thời điểm phối khí Ở cam nạp
Lúc này lò xo sẽ đẩy piston từ trái sang phải do không có từ tường sinh ra từ cuộn dây bên trong van điều khiển dầu phối khí Đường dầu vào sẽ như hình 6.10 và đi vào cụm điều khiển phân phối khí đẩy cánh gạt quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ Làm muộn thời điểm mở van nạp
Hình 6 10 Điều khiển phối khí muộn trục cam nạp Ở cam xả
Lúc này lò xo sẽ bị piston nén lại từ phải sang trái do có từ tường sinh ra từ cuộn dây bên trong van điều khiển dầu phối khí Đường dầu vào sẽ như 6.11 và đi vào cụm điều khiển phân phối khí đẩy cánh gạt quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ Làm muộn thời điểm mở van xả
116 Hình 6 11.Điều khiển phối khí muộn trục cam xả
Sau khi ECM điều chỉnh phối khí phù hợp với điều kiện làm việc của động cơ Piston sẽ được điều khiển cho vào vị trí trung tâm, đóng các đường dầu lại
Hình 6 12 Chế độ giữ thời điểm phối khí
- Kiểm tra điện trở van điều khiển phân phối khí
Hình 6 13 Kiểm tra điện trở van điều khiển phân phối khí
117 Bảng 6 1 Giá trị kiểm tra điện trở van phân phối khí
Nếu giá trị đo được không nằm trong điều kiện tiêu chuẩn thì cần thay thế van phân phối khí
- Kiểm tra hoạt động của van điều khiển phân phối khí
Hình 6 14 Kiểm tra van phân phối khí Kết nối cực dương ắc quy đến chân 1 và cực âm ắc quy đến chân 2 của van
Bảng 6 2 Kiểm tra hoạt động van điều khiển phân phối khí
Trạng thái Điều kiện tiêu chuẩn
Khi có dòng điện đi qua Piston sẽ di chuyển từ phải sang trái Khi ngắt dòng điện Piston sẽ di chuyển từ trái sang phải Nếu khi cho dòng điện đi qua, hoặc khi ngắt dòng điện mà van phân phối khí không di chuyển piston thì cần thay thế van phân phối khí.
Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh (ETCS-i)
6.2.1 Chức năng Điều khiển độ mở của cánh bướm ga để thay đổi lượng không khí nạp vào động cơ Điểm kết nối Trạng thái Điều kiện tiêu chuẩn
Hình 6 15 Cấu tạo bướm ga điện tử
Cấu tạo của bướm ga điện tử gồm: cảm biến vị trí bướm ga, motor điều khiển bướm ga, cánh bướm ga, lò xo hồi bướm ga
Hình 6 16 Sơ đồ mạch điện của motor điều khiển bướm ga
119 Bướm ga mở: Khi đạp bàn đạp ga, ECM điều khiển dòng điện đi từ chân M-(30) của ECM tới chân M-(1) qua motor tới chân M+(2) về chân M+(60) của ECM rồi về mass Khi đó motor quay làm cho cánh bướm ga mở ra Độ mở của cánh bướm ga phụ thuộc vào góc của bàn đạp ga nhận từ cảm biến vị trí bàn đạp ga
Bướm ga đóng: Khi nhả bàn đạp ga, ECM nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí bàn đạp ga rồi điều khiển dòng điện đi từ chân M+(60) tới chân M+(2) qua motor tới chân M-(1) về chân M-(30) về mass Motor quay ngược chiều đóng cánh bướm ga
Các chế độ an toàn của hệ thống điều khiển bướm ga điện tử
- Chế độ an toàn của cảm biến vị trí bàn đạp ga
Cảm biến bàn đạp ga có 2 mạch cảm biến chính và phụ Nếu xảy ra sự cố ở một trong các mạch cảm biến, ECM sẽ phát hiện tín hiệu bất thường nhờ sự chênh lệch điện áp giữa hai mạch cảm biến này và chuyển sang chế độ tự bảo vệ (limp mode) Ở chế độ tự bảo vệ, mạch còn lại dùng để tính toán góc bàn đạp ga, nhằm cho xe vận hành ở chế độ tự bảo vệ
Hình 6 17 Chế độ an toàn của cảm biến vị trí bàn đạp ga
- Chế độ an toàn của cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga có 2 mạch cảm biến chính và phụ Nếu một hoặc cả hai mạch cảm biến gặp hư hỏng, ECM sẽ phát hiện tín hiệu bất thường nhờ sự chênh lệch điện áp giữa hai mạch cảm biến này Khi đó ECM sẽ cắt dòng điện đến motor điều khiển bướm ga và chuyển sang chế độ tự bảo vệ Lúc này lực đàn hồi của lò xe làm cho cánh bướm ga quay về ở góc mở quy định
120 Hình 6 18 Chế độ an toàn của cảm biến vị trí bướm ga
- Kiểm tra motor điều khiển bướm ga
Hình 6 19 Thứ tự chân cảm biến vị trí bướm ga Bảng 6 3 Giá trị kiểm tra motor điều khiển bướm ga
Nối dụng cụ đo Điều kiện Điều kiện tiêu chuẩn
Nếu khi giá trị đo kiểm nằm trong điều kiện tiêu chuẩn thì motor điều khiển bướm ga hoạt động bình thường
Nếu khi giá trị đo kiểm không nằm trong điều kiện tiêu chuẩn thì motor bướm ga đã bị oxy hóa nên cần thay thế hoặc sửa chữa
Hệ thống xử lý khí thải
Hệ thống xử lý khí thải loại bỏ hoặc giảm thiểu các chất gây ô nhiễm trong khí thải như CO, NOx, SOx,… giảm thiểu ô nhiễm không khí, bảo vệ sức khỏe con người
Hình 6 20 Vị trí hệ thống xử lý khí thải
Hệ thống xử lý khí thải nằm trên đường ống thải
Hình 6 21 Cấu tạo bộ lọc Catalyst
Hệ thống xử lý khí thải trên động cơ 2ZR-FE gồm 2 bộ chuyển đổi xúc tác ba chức năng (three-way catalytic converter)
Mỗi bộ chuyển đổi xúc tác gồm 3 lớp:
- Lớp xúc tác khử NOx: Lớp đầu tiên sử dụng các kim loại quý như Rhodium và Platinum để giảm thiểu lượng khí NOx (Nitơ oxit) trong khí thải
- Lớp xúc tác oxy hóa: Lớp thứ hai sử dụng chất xúc tác Palladium và Platinum để trung hòa khí Carbon Monoxide (CO) và Hydrocarbon (HC) trong khí thải
- Lớp kiểm soát khí thải: Lớp cuối cùng là hệ thống kiểm soát lượng khí thải của xe, dựa trên thông tin thu thập được từ bộ cảm biến oxy để xác định bộ chuyển đổi xúc tác còn làm việc tốt hay không
Khi khí thải ô tô có nhiệt độ cao từ đường ống góp xả đi qua cảm biến A/F và vào thiết bị lọc, chất xúc tác trong bộ chuyển đổi xúc tác 3 chiều sẽ tăng cường hoạt động của
3 khí CO, HC và NOx, và thúc đẩy một phản ứng hóa học oxy hóa-khử
Trường hợp CO bị oxi hóa ở nhiệt độ cao trở thành khí cacbonic không màu, không độc: 𝐶𝑂 + 1
Hợp chất HC bị oxi hóa thành nước (H2O) và khí cacbonic ở nhiệt độ cao: 𝐻𝐶 +
NOx bị khử thành nitơ và oxy Ba loại khí độc hại trở thành khí vô hại, nhờ đó có thể lọc sạch khói xe: 𝐶𝑂 + 𝑁𝑂 𝑥 → 𝐶𝑂 2 + 𝑁 2
ECM sử dụng các cảm biến được gắn ở phía trước và phía sau Bộ chuyển đổi xúc tác ba chiều (TWC) để theo dõi hiệu quả của nó Cảm biến đầu tiên, cảm biến A/F gửi thông tin tiền xúc tác đến ECM Cảm biến thứ hai, cảm biến oxy, gửi thông tin sau xúc tác đến ECM Để phát hiện bất kỳ sự cố nào trong bộ chuyển đổi xúc tác ba chiều, ECM sẽ so sánh lượng oxy có trong khí thải trước và sau khi đi qua bộ chuyển đổi xúc tác bằng cách sử dụng tín hiệu cảm biến A/F để xác định lượng oxy còn trong khí thải trước khi đi qua bộ chuyển đổi xúc tác so sánh với tín hiệu cảm biến oxy để xác định lượng oxy còn lại sau khi đi qua bộ chuyển đổi xúc tác Nếu lượng oxy sau khi đi qua bộ xúc tác mà không giảm xuống thì hệ thống sẽ cho là bộ chuyển đổi xúc tác đang gặp vấn đề
