1. Lý do chọn đề tài Với sự phát triển mạnh mẽ của thị trường ô tô Việt Nam một yêu cầu được đặt ra, đó là làm thế nào để khai thác được hiệu quả nhất động cơ của ô tô, nhất là về phần điều khiển, để có thể đánh giá và sử dụng hết được những tính năng của nó, đem lại chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật (ít tiêu hao nhiên liệu, sự ô nhiễm, công suất động cơ) cao nhất, đó là một nhiệm vụ được đặt ra cho một nước đang hội nhập với thế giới như Việt Nam. Đây cũng là lý do mà em chọn đề tài tốt nghiệp của mình là: “Nghiên cứu và lập quy trình kiểm tra, sửa chữa hệ thống điều khiển động cơ của động cơ 2AR-FE lắp trên xe Toyota Camry”. Trong phạm vi giới hạn của đề tài, khó mà có thể nói hết được tất cả các công việc cần phải làm để khai thác hết tính năng về phần điều khiển đánh lửa động cơ xe ô tô. Tuy nhiên, đây sẽ là nền tảng cho việc lấy cơ sở để khai thác những động cơ tương tự sau này, làm thế nào để sử dụng một cách hiệu quả nhất, kinh tế nhất trong khoảng thời gian lâu nhất. 2. Mục tiêu của đề tài Đề tài này là làm thế nào để chúng ta có thể có một cái nhìn khái quát về các công việc có thể tiến hành để khai thác có hiệu quả nhất hệ thống điều khiển động cơ 2AR-FE lắp trên xe Camry của hãng Toyota. Qua tìm hiểu, ta có thể nắm được tổng quan về kết cấu các bộ phận của hệ thống điều khiển động cơ 2AR-FE của Toyota Camry, nắm được cấu tạo chi tiết và sự hoạt động của từng bộ phận trong hệ thống điều khiển trên động cơ. Từ đó ta có thể rút ra được những nguyên nhân hư hỏng và cách sửa chữa khi hệ thống gặp sự cố, ngoài ra ta cũng có thể thấy được những ưu nhược điểm của hệ thống điều khiển trên động cơ 2AR-FE. Nhờ những hiểu biết này, những người kỹ sư về ô tô có thể đưa ra những lời khuyên cho người sử dụng cần phải làm như thế nào để sử dụng, khai thác hệ thống điều khiển động cơ Toyota Camry 2AR-FE một cách hiệu quả nhất, trong thời gian lâu nhất giúp động cơ hoạt động được với tính kinh tế và năng suất cao nhất. Cuối cùng, nắm vững và khai thác hiệu quả hệ thống điều khiển động cơ Toyota Camry 2AR-FE, trên cơ sở nền tảng đó chúng ta sẽ có thể khai thác tốt các loại hệ thống điều khiển động cơ kiểu mới hơn, được ra đời sau này và có các hệ thống tiên tiến hơn. Khai thác và sử dụng tốt hệ thống điều khiển động cơ 2AR-FE cũng là một cách để chúng ta bảo vệ môi trường sống của chính chúng ta, bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
Trang 1ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ LẬP QUY TRÌNH KIỂM TRA, SỬA CHỮA
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ CỦA ĐỘNG CƠ 2AR-FE LẮP TRÊN
XE TOYOTA CAMRY.
Sinh viên thực hiện : DƯƠNG ĐÌNH TIỆP
Giảng viên hướng dẫn: ThS NGUYỄN LƯƠNG CĂN
HẢI DƯƠNG - NĂM 2024
Trang 2LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các kết quả đưa ra trong đồ án tốt nghiệp này là các kết quảthu được trong quá trình nghiên cứu, thực nghiệm của tôi dưới sự hướng dẫn của ThS.Nguyễn Lương Căn, không sao chép bất kỳ kết quả nghiên cứu nào của các tác giảkhác Nội dung nghiên cứu có tham khảo và sử dụng một số thông tin, tài liệu từ cácnguồn tài liệu đã được liệt kê trong danh mục các tài liệu tham khảo Nếu sai tôi xinchịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định
Hải Dương, ngày……tháng… năm 2024
Sinh viên thực hiện
Tiệp
Trang 3MỤC LỤC
MỤC LỤC 2
DANH MỤC HÌNH ẢNH 5
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TRÊN Ô TÔ .3
1.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển và thuật toán điều khiển 3
1.1.1 Sơ đồ cấu trúc và khối chức năng 3
1.1.2 Thuật toán điều khiển lập trình 4
1.2 Các bộ phận cơ bản của hệ thống điều khiển trên động cơ ô tô 6
1.2.1 Cụm van điều khiển dầu phối khí trục cam 6
1.2.2 Hộp ECM 7
1.2.3 Cảm biến lưu lượng khí nạp 8
1.2.4 Cảm biến vị trí trục cam 11
1.2.5 Cảm biến vị trí trục khuỷu 12
1.2.6 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 12
1.2.7 Cảm biến tiếng gõ 13
1.2.8 Cảm biến oxy 13
CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ĐỘNG CƠ 2AR-FE 15
2.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu 15
2.1.1 Sơ đồ mạch điều khiển 15
2.1.2 Nguyên lý hoạt động 15
2.1.3 Kết cấu các bộ phận 16
2.1.3.3 Bộ lọc nhiên liệu 18
2.1.3.4 Bộ điều tiết áp suất nhiên liệu 18
2.1.3.5 Vòi phun 19
2.1.3.6 Cảm biến lưu lượng không khí nạp 22
2.1.3.7 VSV van 22
2.1.3.8 Cảm biến vị trí bướm ga loại không tiếp xúc 23
2.1.3.9 Một số loại cảm biến 24
2.2 Hệ thống đánh lửa 28
2.2.1 Sơ đồ mạch điều khiển 28
2.2.2 Nguyên lý hoạt động 28
2.2.3 Kết cấu các bộ phận 33
2.3 Mạch nguồn 41
Trang 4CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH KIỂM TRA, CHẨN ĐOÁN, SỮA CHỮA HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ĐỘNG CƠ 2AR-FE 44
3.1 Hệ thống chẩn đoán 44
3.1.1 M-OBD (trừ xe thị trường châu âu) 44
3.1.2 Dữ liệu lưu tức thời 45
3.1.3 Giắc chẩn đoán DLC3 46
3.2 Quy trình kiểm tra và xóa mã lỗi 47
3.2.1 Kiểm tra mã lỗi 47
3.2.2 Xóa mã lỗi (dùng máy chẩn đoán) 48
3.2.3 Xóa mã lỗi (không dùng máy chẩn đoán) 50
3.2.4 Chế độ dự phòng của động cơ 51
3.2.5 Một số mã lỗi của hệ thống điều khiển điện động cơ 2AR-FE 52
3.3 Kiểm tra hệ thống nhiên liệu 53
3.3.1 Kiểm tra hoạt động của bơm và tình trạng rò rỉ nhiên liệu 53
3.3.2 Kiểm tra áp suất nhiên liệu 54
3.3.3 Kiểm tra cụm vòi phun nhiên liệu 55
3.4 Kiểm tra hệ thống đánh lửa 56
3.4.1 Tiến hành thử lửa 56
3.4.2 Kiểm tra cuộn đánh lửa và thử đánh lửa 58
3.4.3 Kiểm tra bugi 60
3.4.4 Kiểm tra mạch đánh lửa 62
3.5 Kiểm tra cụm van điều khiển dầu phối khí trục cam 63
3.6 Kiểm tra cảm biến lưu lượng khí nạp 64
3.7 Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ 66
3.8 Kiểm tra rơ le tổ hợp 67
3.9 Kiểm tra mạch nguồn ECM 68
KẾT LUẬN 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO 71
Trang 5DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1 1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển động cơ 3
Hình 1 2 Tổng quát hệ thống điều khiển động cơ trên ô tô 3
Hình 1 3 Cụm van VVT-i 6
Hình 1 4 Hộp ECM 7
Hình 1 5 Cản biến đo gió loại nhiêt điện trở 9
Hình 1 6 Hoạt động chức năng 9
Hình 1 7 Cấu tạo cảm biến 10
Hình 1 8 Nguyên lý làm việc 10
Hình 1 9 Cảm biến vị trí trục cam 11
Hình 1 10 Sơ đồ mạch điện cảm biến trục cam và trục khuỷu 11
Hình 1 11 Cảm biến vị trí trục khuỷu 12
Hình 1 12 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát 12
Hình 1 13 Cấu tạo cảm biến tiếng gõ 13
Hình 1 14 Cấu tạo cảm biến Oxy 13
Hình 2 1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu 15
Hình 2.2 Cụm bơm nhiên liệu 17
Hình 2.3 Bình chứa xăng 17
Hình 2.4 Bầu lọc 18
Hình 2.5 Bộ điều tiết áp suất 19
Hình 2.6 Bộ giảm dao động 19
Hình 2.7 Vòi phun nhiên liệu động cơ 2AR-FE 20
Hình 2.8 Cảm biến lưu lượng không khí nạp 22
Hình 2.9 VSV – van chân không ĐC chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp 23 Hình 2.10 Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga loại không tiếp xúc 23
Hình 2.11 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 24
Hình 2.12 Cảm biến tiếng gõ 25
Hình 2.13 Cảm biến oxy 26
Hình 2.14 Sơ đồ mạch điện của cảm biến Oxy 27
Hình 2.15 Cảm biến vị trí trục khuỷu 27
Hình 2.16 Cấu tạo cảm biến VT trục khuỷu 27
Hình 2 2 Sơ đồ hệ thống đánh lửa trên động cơ 2AR-FE 28
Trang 6Hình 2 18 Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ 2AR-FE 29
Hình 2 19 Tín hiệu IGT 29
Hình 2 20 Tín hiệu IGF 30
Hình 2 21 ESA điều khiển đánh lửa 30
Hình 2 22 Bản đồ miền điều khiển của ESA 30
Hình 2 23 Góc đánh lửa 31
Hình 2 24 Tín hiệu đánh lửa khi khởi động 31
Hình 2 25 Tín hiệu đánh lửa sau khởi động 32
Hình 2 26 Đánh lửa khi tín hiệu góc mở bướm ga 32
Hình 2 27 Kết cấu các bộ phận của Bugi 33
Hình 2.28 Cấu tạo của bô bin đánh lửa 33
Hình 2 29 Kiểu chân giắc của bô bin 34
Hình 2.30 Sơ đồ đấu dây bôbin 34
Hình 2 31 Sơ đồ tín hiệu điều khiển đánh lửa 34
Hình 2 32 Sơ đồ khối hoạt động của ECU 35
Hình 2 33 Sơ đồ khối các hệ thống trong ECU với bộ vi xử lý 36
Hình 2 34 Kết cấu cảm biến vị trí trục cam, kiểu chân giắc 37
Hình 2 35 Kết cấu cảm biến vị trí trục khuỷu 37
Hình 2 36 Sơ đồ cảm biến vị trí trục khuỷu 38
Hình 2 37 Sơ đồ cảm biến nhiệt độ nước làm mát 38
Hình 2 38 Kết cấu cảm biến lưu lượng khí nạp 39
Hình 2 39 Đường đặc tình của cảm biến lưu lượng khí nạp 39
Hình 2 40 Cấu tạo bên trong của cảm biến vị trí bướm ga 40
Hình 2 41 Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga 40
Hình 2 42 Cấu tạo cảm biến kích nổ 41
Hình 2.43 a Mạch điện cảm biến kích nổ, b kiểu chân giắc 41
Hình 2.44 Mạch nguồn của hệ thống điều khiển động cơ 42
Hình 3 1 Kiểm tra bơm nhiên liệu 53
Hình 3 2 Vòi phun nhiên liệu 55
Hình 3 3 Tháo kiểm tra Bugi 57
Hình 3 4 Kiểm tra thử bộ đánh lửa 57
Hình 3.5.Kiểm tra thử Bugi 58
Trang 7Hình 3.6 Hướng dẫn lắp Bugi 58
Hình 3.7 Kiểm tra bộ đánh lửa 58
Hình 3.8 Hướng dẫn tháo Bugi 60
Hình 3.9 Kiểm tra tình trạng Bugi 60
Hình 3.10 Kiểm tra điện trở Bugi 61
Hình 3.11 Kiểm tra cụm VVT-I 63
Hình 3.12 Giắc cảm biến lưu lượng khí nạp 64
Hình 3.13 Kiểm tra nhiệt độ nước làm mát 66
Hình 3.14 Hộp rơ le tổ hợp 67
Hình 3.15 Mạch nguồn ECM 68
Trang 8MỤC LỤC BẢNG
Bảng1.1 Kiểm tra mã lỗi 47 Bảng 1.2 Xóa mã lỗi (dùng máy chuẩn đoán) 48
Trang 9MỞ ĐẦU
1 Lý do chọn đề tài
Với sự phát triển mạnh mẽ của thị trường ô tô Việt Nam một yêu cầu được đặt
ra, đó là làm thế nào để khai thác được hiệu quả nhất động cơ của ô tô, nhất là về phầnđiều khiển, để có thể đánh giá và sử dụng hết được những tính năng của nó, đem lạichỉ tiêu kinh tế kỹ thuật (ít tiêu hao nhiên liệu, sự ô nhiễm, công suất động cơ) caonhất, đó là một nhiệm vụ được đặt ra cho một nước đang hội nhập với thế giới nhưViệt Nam Đây cũng là lý do mà em chọn đề tài tốt nghiệp của mình là: “Nghiên cứu
và lập quy trình kiểm tra, sửa chữa hệ thống điều khiển động cơ của động cơ 2AR-FElắp trên xe Toyota Camry” Trong phạm vi giới hạn của đề tài, khó mà có thể nói hếtđược tất cả các công việc cần phải làm để khai thác hết tính năng về phần điều khiểnđánh lửa động cơ xe ô tô Tuy nhiên, đây sẽ là nền tảng cho việc lấy cơ sở để khai thácnhững động cơ tương tự sau này, làm thế nào để sử dụng một cách hiệu quả nhất, kinh
tế nhất trong khoảng thời gian lâu nhất
2 Mục tiêu của đề tài
Đề tài này là làm thế nào để chúng ta có thể có một cái nhìn khái quát về cáccông việc có thể tiến hành để khai thác có hiệu quả nhất hệ thống điều khiển động cơ2AR-FE lắp trên xe Camry của hãng Toyota Qua tìm hiểu, ta có thể nắm được tổngquan về kết cấu các bộ phận của hệ thống điều khiển động cơ 2AR-FE của ToyotaCamry, nắm được cấu tạo chi tiết và sự hoạt động của từng bộ phận trong hệ thốngđiều khiển trên động cơ Từ đó ta có thể rút ra được những nguyên nhân hư hỏng vàcách sửa chữa khi hệ thống gặp sự cố, ngoài ra ta cũng có thể thấy được những ưunhược điểm của hệ thống điều khiển trên động cơ 2AR-FE Nhờ những hiểu biết này,những người kỹ sư về ô tô có thể đưa ra những lời khuyên cho người sử dụng cần phảilàm như thế nào để sử dụng, khai thác hệ thống điều khiển động cơ Toyota Camry2AR-FE một cách hiệu quả nhất, trong thời gian lâu nhất giúp động cơ hoạt động đượcvới tính kinh tế và năng suất cao nhất Cuối cùng, nắm vững và khai thác hiệu quả hệthống điều khiển động cơ Toyota Camry 2AR-FE, trên cơ sở nền tảng đó chúng ta sẽ
có thể khai thác tốt các loại hệ thống điều khiển động cơ kiểu mới hơn, được ra đời saunày và có các hệ thống tiên tiến hơn Khai thác và sử dụng tốt hệ thống điều khiểnđộng cơ 2AR-FE cũng là một cách để chúng ta bảo vệ môi trường sống của chínhchúng ta, bảo vệ sức khỏe cộng đồng
3 Đối tượng nghiên cứu
- Nghiên cứu hệ thống điều khiển động cơ trên ô tô
- Hệ thống điều khiển động cơ trên động cơ 2AR-FE xe Toyota camry
4 Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan hệ thống điều khiển động cơ trên ô tô
- Nghiên cứu kết cấu hệ thống điều khiển động cơ của động cơ 2AR-FE lắp trên
xe Toyota Camry
- Nghiên cứu quy trình kiểm tra, sửa chữa hệ thống điều khiển của động cơ2AR-FE lắp trên xe Toyota Camry
Trang 105 Phương pháp và phạm vi nghiên cứu
Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài em có sử dụng một số phương phápnghiên cứu sau:
- Tra cứu trong các tài liệu, giáo trình kỹ thuật, sách vở, đặc biệt là các cuốncẩm nang khai thác, bảo dưỡng sửa chữa của chính hãng Toyota
- Tìm kiếm thông tin trên mạng Internet, các website So sánh và chắt lọc để sửdụng những thông tin cần thiết và đáng tin cậy
- Tham khảo ý kiến của các giảng viên trong ngành ô tô Trong đó phải kể đếncác thầy trong khoa ô tô của trường Đại học Sao Đỏ và cả những người có kinhnghiệm lâu năm trong việc sử dụng và bảo quản xe
Trang 11CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
TRÊN Ô TÔ 1.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển và thuật toán điều khiển
1.1.1 Sơ đồ cấu trúc và khối chức năng
Hệ thống điều khiển động cơ gồm có ba nhóm các cảm biến (và các tín hiệu đầu
ra của cảm biến), ECU động cơ và các bộ chấp hành Chương này giải thích các cảmbiến (các tín hiệu), sơ đồ mạch điện và sơ đồ nối mát, và các điện áp cực của cảm biến
Hình 1 1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển động cơ
Hình 1 2 Tổng quát hệ thống điều khiển động cơ trên ô tô
Hệ thống điều khiển động cơ thường bao gồm nhiều thành phần và khối chứcnăng Dưới đây là sơ đồ cấu trúc và khối chức năng cơ bản của một hệ thống điềukhiển động cơ:
Trang 12Khối chức năng
1 Cảm biến:
- Theo dõi các thông số như tốc độ, vị trí, nhiệt độ của động cơ
- Cung cấp thông tin phản hồi cho bộ điều khiển
- Xử lý dữ liệu từ cảm biến
- So sánh với giá trị thiết lập và đưa ra tín hiệu điều khiển
- Sử dụng các thuật toán điều khiển như PID (Proportional-Integral-Derivative)
để tối ưu hóa hiệu suất
3 Bộ khuếch đại:
- Tăng cường tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển để điều khiển động cơ
- Chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu cơ học cho động cơ
4 Động cơ:
- Chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học để thực hiện công việc
- Có thể là động cơ DC, động cơ AC, động cơ bước, hoặc động cơ servo
5 Tải:
- Phần mà động cơ thực hiện công việc, có thể là quạt, bơm, băng tải, hay cácthiết bị cơ khí khác
Hoạt động
1 Nhận tín hiệu từ cảm biến: Các cảm biến thu thập dữ liệu và gửi về bộ điều khiển
2 Xử lý tín hiệu: Bộ điều khiển phân tích và so sánh dữ liệu với các giá trịmong muốn
3 Gửi tín hiệu điều khiển: Bộ điều khiển gửi tín hiệu đến bộ khuếch đại
4 Kích hoạt động cơ: Bộ khuếch đại nhận tín hiệu và điều khiển động cơ hoạt động
5 Phản hồi: Động cơ thực hiện công việc và gửi thông tin về tình trạng về cảm biến.Hệ thống điều khiển động cơ có thể phức tạp hơn với nhiều cảm biến, bộ điềukhiển, và động cơ khác nhau, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể
1.1.2 Thuật toán điều khiển lập trình
Hệ thống điều khiển động cơ trên ô tô thường sử dụng các thuật toán điều khiển lậptrình để tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo an toàn Dưới đây là một số thuật toán phổ biến:
1 Thuật toán PID (Proportional-Integral-Derivative)
- Mô tả: PID là thuật toán điều khiển phản hồi, được sử dụng rộng rãi trongnhiều ứng dụng, bao gồm cả điều khiển động cơ
- Cách hoạt động:
- P (Proportional): Tính toán sai số giữa giá trị mong muốn và giá trị thực tế
- I (Integral): Tích lũy sai số theo thời gian để loại bỏ sai số tĩnh
- D (Derivative): Dự đoán sai số trong tương lai dựa trên tốc độ thay đổi của sai số
- Công thức:
Trang 132 Thuật toán điều khiển trạng thái (State Feedback Control)
- Mô tả: Sử dụng trạng thái của hệ thống (như tốc độ, vị trí) để điều khiển động cơ
- Cách hoạt động:
- Xác định trạng thái của hệ thống và sử dụng các ma trận điều khiển để điềuchỉnh tín hiệu
- Công thức:
3 Thuật toán điều khiển mờ (Fuzzy Logic Control)
- Mô tả: Sử dụng lý thuyết tập hợp mờ để xử lý thông tin không chắc chắn vàphi chính xác
- Cách hoạt động:
- Định nghĩa các quy tắc mờ dựa trên các biến đầu vào và đầu ra
- Tính toán đầu ra dựa trên các quy tắc này
- Ví dụ quy tắc:
- Nếu tốc độ thấp và tải nặng, thì tăng cường tín hiệu điều khiển
4 Thuật toán điều khiển thích nghi (Adaptive Control)
- Mô tả: Thay đổi tham số điều khiển dựa trên thay đổi của hệ thống và môi trường
- Cách hoạt động:
- Theo dõi hiệu suất và điều chỉnh các tham số theo thời gian để duy trì hiệusuất tối ưu
5 Điều khiển theo mô hình (Model Predictive Control - MPC)
- Mô tả: Sử dụng mô hình toán học của hệ thống để dự đoán hành vi trongtương lai và tối ưu hóa tín hiệu điều khiển
- Cách hoạt động:
- Dự đoán trạng thái tương lai của hệ thống trong một khoảng thời gian và tối
ưu hóa đầu ra trong khoảng thời gian đó
Kết luận
Trang 14Các thuật toán này thường được kết hợp để tạo ra một hệ thống điều khiểnmạnh mẽ cho động cơ ô tô, giúp cải thiện hiệu suất, giảm tiêu thụ nhiên liệu và tăngcường an toàn Việc lựa chọn thuật toán phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của hệthống và điều kiện hoạt động.
1.2 Các bộ phận cơ bản của hệ thống điều khiển trên động cơ ô tô
1.2.1 Cụm van điều khiển dầu phối khí trục cam
Cụm van điều khiển dầu phối khí trục cam (hay còn gọi là VVT - VariableValve Timing) là một phần quan trọng trong động cơ ô tô, giúp tối ưu hóa hiệu suấtđộng cơ và tiết kiệm nhiên liệu
Hình 1 3 Cụm van VVT-i
Dưới đây là một cái nhìn tổng quan về cụm van này:
1 Chức năng của cụm van VVT
- Tối ưu hóa phối khí: Điều chỉnh thời điểm mở và đóng van nạp và xả để cảithiện hiệu suất động cơ ở nhiều tốc độ và tải khác nhau
- Tiết kiệm nhiên liệu: Giúp động cơ hoạt động hiệu quả hơn, giảm tiêu thụnhiên liệu
- Giảm phát thải: Cải thiện quá trình cháy trong buồng đốt, từ đó giảm lượngkhí thải độc hại
2 Cấu tạo của cụm van VVT
- Van điều khiển: Thường là van điện từ hoặc van thủy lực, giúp điều chỉnh ápsuất dầu
- Hệ thống dầu: Cung cấp dầu cho cụm van để điều khiển chuyển động của trụccam
- Trục cam: Có thể xoay hoặc thay đổi góc theo áp lực dầu để điều chỉnh thờigian mở van
Trang 15- Cảm biến: Theo dõi các thông số như tốc độ động cơ, tải trọng, nhiệt độ đểcung cấp thông tin cho hệ thống điều khiển.
3 Nguyên lý hoạt động
- ECU xác định thời điểm mở và đóng van dựa trên điều kiện vận hành hiện tại
- Van điều khiển điều chỉnh áp suất dầu, ảnh hưởng đến góc quay của trục cam
- Trục cam thay đổi thời điểm và khoảng mở của van, giúp tối ưu hóa luồngkhông khí vào và ra khỏi buồng đốt
4 Lợi ích
- Hiệu suất động cơ cao hơn: Động cơ có thể hoạt động mạnh mẽ hơn ở các dảitốc độ khác nhau
- Tiết kiệm nhiên liệu: Giảm tiêu thụ nhiên liệu nhờ tối ưu hóa quá trình nạp và xả
- Giảm tiếng ồn và rung động: Cải thiện độ êm của động cơ khi hoạt động
5 Ứng dụng
- Hệ thống VVT hiện nay được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại động cơ, từ động
cơ xăng cho đến động cơ diesel, giúp nâng cao hiệu suất và giảm phát thải
Cụm van điều khiển dầu phối khí trục cam là một phần quan trọng trong việc pháttriển công nghệ động cơ hiện đại, mang lại lợi ích cho cả người sử dụng và môi trường
1.2.2 Hộp ECM
Hộp ECM (Engine Control Module) là một thành phần quan trọng trong hệthống điều khiển động cơ của ô tô
Hình 1 4 Hộp ECM
Dưới đây là cái nhìn tổng quan về chức năng, cấu tạo và hoạt động của ECM:
1 Chức năng của ECM
- Điều khiển động cơ: ECM chịu trách nhiệm điều chỉnh hoạt động của động cơdựa trên thông tin từ các cảm biến
- Quản lý hỗn hợp nhiên liệu: Tính toán tỷ lệ giữa nhiên liệu và không khí để tối
ưu hóa hiệu suất động cơ và giảm phát thải
Trang 16- Điều khiển đánh lửa: Xác định thời điểm đánh lửa tối ưu cho động cơ nhằmcải thiện hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.
- Chẩn đoán lỗi: Theo dõi các cảm biến và hệ thống khác để phát hiện lỗi, từ đógửi mã lỗi đến hệ thống chẩn đoán (OBD)
2 Cấu tạo của ECM
- Vi xử lý (Microcontroller): Trung tâm xử lý thông tin, thực hiện các phép tính
và điều khiển tín hiệu
- Bộ nhớ (RAM và ROM): Lưu trữ chương trình điều khiển và thông tin cầnthiết cho quá trình hoạt động
- Cảm biến đầu vào: Nhận thông tin từ các cảm biến như cảm biến oxy, cảmbiến áp suất, cảm biến nhiệt độ, v.v
- Bộ điều khiển đầu ra: Gửi tín hiệu điều khiển đến các thiết bị khác như bơmnhiên liệu, cuộn đánh lửa, van điều chỉnh, v.v
4 Giám sát và chẩn đoán: ECM liên tục giám sát hoạt động của động cơ và cáccảm biến để phát hiện lỗi Nếu có sự cố, ECM ghi lại mã lỗi và gửi thông tin cho hệthống chẩn đoán
Hệ thống ECM được sử dụng trong hầu hết các loại động cơ ô tô hiện đại, từ động
cơ xăng đến động cơ diesel, và thậm chí trong các hệ thống hybrid và điện
Hộp ECM là một phần không thể thiếu trong việc quản lý và tối ưu hóa hoạtđộng của động cơ, đóng vai trò quan trọng trong công nghệ ô tô hiện đại
1.2.3 Cảm biến lưu lượng khí nạp
Cảm biến lưu lượng khí nạp là một trong những cảm biến quan trọng nhất vì nóđược sử dụng trong EFI kiểu L để phát hiện khối lượng Tín hiệu của khối lượng của
Trang 17Cảm biến đo khối lượng khí nạp: Kiểu dây sấy được sử dụng trên xe này
- Kiểu dây sấy
Hình 1 5 Cản biến đo gió loại nhiêt điện trở
- Cấu tạo
Như trình bày ở hình minh họa, cấu tạo của cảm biến lưu lượng khí nạp kiểudây nóng rất đơn giản
Cảm biến lưu lượng khí nạp gọn và nhẹ như được thể hiện trong hình minh họa
ở bên trái là loại được đặt vào đường không khí, và làm cho phần không khí nạp chạyqua khu vực phát hiện Như trình bày trong hình minh họa, một dây nóng và nhiệt điệntrở, được sử dụng như một cảm biến, được lắp vào khu vực phát hiện Bằng cách trựctiếp đo khối lượng không khí nạp, độ chính xác phát hiện được tăng lên và hầu nhưkhông có sức cản của không khí nạp Ngoài ra, vì không có các cơ cấu đặc biệt, dụng
cụ này có độ bền tuyệt hảo
Cảm biến lưu lượng khí nạp được thể hiện trong hình minh hoạ cũng có mộtcảm biến nhiệt độ không khí nạp gắn vào
- Hoạt động và chức năng
Như thể hiện trong hình minh họa, dòng điện chạy vào dây sấy (bộ sấy) làm cho
nó nóng lên Khi không khí chạy quanh dây này, dây sấy được làm nguội tương ứngvới khối không khí nạp Bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữcho nhiệt độ của dây sấy không đổi, dòng điện đó sẽ tỷ lệ thuận với khối không khínạp Sau đó có thể đo khối lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó.Trong trường hợp của cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy, dòng điện này đượcbiến đổi thành một điện áp, sau đó được truyền đến ECU động cơ từ cực VG
Hình 1 6 Hoạt động chức năng
Trang 18- Mạch điện bên trong
Hình 1 7 Cấu tạo cảm biến
Trong cảm biến lưu lượng khí nạp thực tế, như trình bày ở hình minh họa, mộtdây sấy được ghép vào mạch cầu Mạch cầu này có đặc tính là các điện thế tại điểm A
và B bằng nhau khi tích của điện trở theo đường chéo bằng nhau([Ra+R3]*R1=Rh*R2)
Khi dây sấy này (Rh) được làm mát bằng không khí nạp, điện trở tăng lên dẫnđến sự hình thành độ chênh giữa các điện thế của các điểm A và B Một bộ khuyếchđại xử lý phát hiện chênh lệch này và làm tăng điện áp đặt vào mạch này (làm tăngdòng điện chạy qua dây sấy (Rh)) Khi thực hiện việc này, nhiệt độ của dây sấy (Rh)lại tăng lên dẫn đến việc tăng tương ứng trong điện trở cho đến khi điện thế của cácđiểm A và B trở nên bằng nhau (các điện áp của các điểm A và B trở nên cao hơn)
Bằng cách sử dụng các đặc tính của loại mạch cầu này, cảm bíên lưu lượng khínạp có thể đo được khối lượng không khí nạp bằng cách phát hiện điện áp ở điểm B
Trang 19Ngoài ra, khi mật độ không khí giảm đi ở các độ cao lớn, khả năng làm nguộicủa không khí giảm xuống so với cùng thể tích khí nạp ở mức nước biển Do đó mứclàm nguội cho dây sấy này giảm xuống Vì khối khí nạp được phát hiện cũng sẽ giảmxuống, nên không cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn.
Trang 20Hình 1 9 Cảm biến vị trí trục cam
Tín hiệu G này được chuyển đi như một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷuđến ECU động cơ, kết hợp nó với tín hiệu NE từ cảm biến vị trí của trục khuỷu để xácđịnh TDC (điểm chết trên) kỳ nén của mỗi xi lanh để đánh lửa và phát hiện góc quaycủa trục khuỷu
Hình 1 10 Sơ đồ mạch điện cảm biến trục cam và trục khuỷu
Chuyển động quay của trục cam đồng bộ với chuyển động quay của trục khuỷu.Khi trục khuỷu quay hai lần, điện áp được tạo ra 3 lần trong cảm biến vị trí trục cam.Điện áp được tạo ra trong cảm biến hoạt động như một tín hiệu, cho phép ECM xácđịnh vị trí trục cam Tín hiệu này sau đó được sử dụng để điều khiển thời điểm đánhlửa, thời điểm phun nhiên liệu và hệ thống VVT
1.2.5 Cảm biến vị trí trục khuỷu
Hệ thống cảm biến vị trí trục khuỷu bao gồm tấm cảm biến vị trí trục khuỷu vàcuộn cảm biến
Trang 211.2.6 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Hình 1 12 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Một nhiệt điện trở, có giá trị điện trở thay đổi tùy theo nhiệt độ nước làm mátđộng cơ, được tích hợp trong cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ
Cấu tạo của cảm biến và kết nối của nó với ECM tương tự như cấu tạo của cảmbiến nhiệt độ khí nạp
Điện trở được gắn trong ECU động cơ và nhiệt điện trở trong cảm biến nàyđược mắc nối tiếp trong mạch điện sao cho điện áp của tín hiệu được phát hiện bởiECU động cơ sẽ thay đổi theo các thay đổi của nhiệt điện trở này Khi nhiệt độ củanước làm mát thấp, điện trở của nhiệt điện trở sẽ lớn, tạo nên một điện áp cao trongcác tín hiệu THW
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát đo nhiệt độ của nước làm mát động cơ Khinhiệt độ của nước làm mát động cơ thấp, phải tăng tốc độ chạy không tải, tăng thờigian phun, góc đánh lửa sớm, v.v nhằm cải thiện khả năng làm việc và để hâm nóng
Do vậy, cảm biến nhiệt độ nước làm mát không thể thiếu được đối với hệ thống điềukhiển động cơ
Trang 221.2.7 Cảm biến tiếng gõ
Cảm biến tiếng gõ được gắn vào thân máy và truyền tín hiệu KNK tới ECUđộng cơ khi phát hiện tiếng gõ động cơ ECU động cơ nhận tín hiệu KNK và làm trễthời điểm đánh lửa để giảm tiếng gõ
Cảm biến này có một phần tử áp điện, tạo ra một điện áp AC khi tiếng gõ gây rarung động trong thân máy và làm biến dạng phần tử này Tần số tiếng gõ của động cơnằm trong giới hạn từ 6 đến 13 kHz tuỳ theo kiểu động cơ Mỗi động cơ dùng một cảmbiến tiếng gõ thích hợp theo tiếng gõ sinh ra bởi động cơ
Hình 1 13 Cấu tạo cảm biến tiếng gõ
Có hai loại cảm biến tiếng gõ Từ đồ thị chúng ta thấy, một loại tạo ra một điện
áp cao trong giới hạn tần số rung động hẹp, và loại kia tạo ra một điện áp cao trong dảitần số rung động rộng
Hiện nay người ta đang dùng một số cảm biến phát hiện các mạch hở và ngắn,như thể hiện trong hình minh họa Trong loại mạch này, điện áp 2,5V được cung cấpliên tục để tín hiệu KNK cũng được truyền đi với một tần số cơ bản 2,5V
1.2.8 Cảm biến oxy
Hình 1 14 Cấu tạo cảm biến Oxy
Đối với chức năng làm sạch khí xả tối đa của động cơ có TWC (bộ trung hoàkhí xả 3 thành phần) phải duy trì tỷ lệ không khí-nhiên liệu trong một giới hạn hẹpxoay quanh tỷ lệ không khí-nhiên liệu lý thuyết
Cảm biến oxy phát hiện xem nồng độ ôxy trong khí xả Cảm biến này chủ yếuđược lắp trong đường ống xả, nhưng vị trí lắp và số lượng khác nhau tuỳ theo kiểuđộng cơ
Trang 23Cảm biến oxy có một phần tử làm bằng ziconi ôxit (ZrO2), đây là một loại gốm.Bên trong và bên ngoài của phần tử này được bọc bằng một lớp platin mỏng Khôngkhí chung quanh được dẫn vào bên trong của cảm biến này, và phía ngoài của cảmbiến lộ ra phía khí thải Ở nhiệt độ cao (400°C [752°F] hay cao hơn), phần tử zirconitạo ra một điện áp như là do sự chênh lệch lớn giữa các nồng độ của ôxy ở phía trong
và phía ngoài của phần tử zirconi này
Ngoài ra, platin tác động như một chất xúc tác để gây ra phản ứng hóa học giữaoxy và cácbon monoxit (CO) trong khí xả Vì vậy, điều này sẽ làm giảm lượng oxy vàtăng tính nhạy cảm của cảm biến
Khi hỗn hợp không khí - nhiên liệu nghèo, phải có oxy trong khí xả sao cho chỉ
có một chênh lệch nhỏ về nồng độ của oxy giữa bên trong và bên ngoài của phần tửzirconi Do đó, phần tử zirconi sẽ chỉ tạo ra một điện áp thấp (gần 0V) Ngược lại, khihỗn hợp không khí - nhiên liệu giàu, hầu như không có oxy trong khí xả Vì vậy, có sựkhác biệt lớn về nồng độ oxy giữa bên trong và bên ngoài của cảm biến này để phần từzirconi tạo ra một điện áp tương đối lớn (xấp xỉ 1 V) Căn cứ vào tín hiệu OX do cảmbiến này truyền đến, ECU động cơ sẽ tăng hoặc giảm lượng phun nhiên liệu để duy trì
tỷ lệ không khí - nhiên liệu trung bình ở tỷ lệ không khí - nhiên liệu lý thuyết Một sốcảm biến oxy zirconi có các bộ sấy để sấy nóng phần từ zirconi Bộ sấy này cũng đượcECU động cơ điều khiển Khi lượng không khí nạp thấp (nói khác đi, khi nhiệt độ khí
xả thấp), dòng điện được truyền đến bộ sấy để làm nóng cảm biến này
Trang 24CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ĐỘNG CƠ 2AR-FE
2.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu
2.1.1 Sơ đồ mạch điều khiển
Hình 2 1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu
Cấu tạo:
- ECM
- Cụm ống hút nhiên liệu cùng với bơm và đồng hồ đo xăng
- Cụm khóa điện hoặc công tắc động cơ
- Rơ le EFI, rơ le EFI 2, rơ le IG2, rơ le C/OPN
- Các cầu chì
- Cụm 4 vòi phun: chân số 1 được nối với dương nguồn, chân số 2 được nối vớiECM qua các chân #10, #20, #30, #40 để ECM điều khiển nối mát khi có tín hiệuphun nhiên liệu
Trang 252.1.2 Nguyên lý hoạt động
- Nguồn nuôi ECU: +ẮC quy -> EFI NO.1 -> chân A25(BATT) -> MREL -> cuộn
dây rơ le EFI MAIN -> mát -> -ẮC quy
- Tiếp điểm rơ le EFI MAIN đóng
Khi bật khóa điện từ AM2 sang IG2:
+ ẮC quy -> cầu chì ST/AM2 -> khóa điện -> cầu chì ECU-IG2 số 1 ->cuộndây rơ le IG2 -> mát -> - Ắc quy
- Đóng tiếp điểm rơ le IG2
- Lúc đó sẽ có nguồn điện chờ đến các vòi phun:
+ Ắc quy -> cầu chì IG2-MAIN -> tiếp điểm rơ le IG2 -> cầu chì INJ -> đếnchờ ở chân 1 của bốn vòi phun
- Cùng lúc đó:
+Ắc quy -> cầu chì IG2-MAIN -> tiếp điểm rơ le IG2 -> cuộn dây rơ le C/OPN-> chân MREL -> mát -> -Ắc quy
Đóng tiếp điểm rơ le C/OPN
- Nguồn cho bơm xăng hoạt động:
+Ắc quy -> cầu chì EFI MAIN số 1 -> tiếp điểm rơ le EFI MAIN -> cuộn dây
rơ le EFI 2 -> mát -> -Ắc quy
- Đóng tiếp điểm rơ le EFI 2
+Ắc quy -> cầu chì EFI MAIN số 2 -> tiếp điểm rơ le EFI MAIN 2 -> tiếp điểm rơ
le C/OPN -> chân 4 bơm xăng -> chân 5 bơm xăng -> mát -> -Ắc quy
- Bơm xăng hoạt động
- Điều khiển vòi phun hoạt động:
+Ắc quy -> cầu chì IG2-MAIN -> tiếp điểm rơ le IG2 -> cầu chì ECU-IG2 số 3-> chân IGSW của ECU -> chân MREL -> cuộn dây EFI MAIN -> mát -> -Ắc quy
Khi có tín hiệu IGSW, ECU sẽ điều khiển nối mát cho chân 2 của bốn vòi phun
Do có nguồn chờ sẵn ở chân 1 => vòi phun sẽ hoạt động phun nhiên liệu vào thời kìnạp của động cơ
Nhiên liệu được hút ra khỏi từ thùng chứa bằng bơm nhiên liệu và vòi phânphối dưới áp suất đến từ ống phân phối nhiên liệu Sự phân phối áp suất và thể tích củabơm nhiên liệu được thiết kế vượt qua yêu cầu tối đa của động cơ Bộ điều hoà áp suấtcho phép một số nhiên liệu trở về thùng chứa khi cần thiết để duy trì áp suất nhiên liệuđến tại các vòi phun
Trang 26- Cấu tạo:
Bơm nhiên liệu trên động cơ 2AR-FE là loại bơm cánh gạt Bơm này được đặt
ở trong thùng xăng có lợi trong việc cản lại sự hoá hơi nhiên liệu và rò rỉ nhiên liệu
Hình 2.2 Cụm bơm nhiên liệu
- Nguyên lý làm việc :
Cánh bơm được mô tơ quay để nén đẩy nhiên liệu, Van một chiều đóng lại khinhiên liệu dừng để duy trì áp suất trong đường ống nhiên liệu và làm cho việc khởiđộng động cơ dễ dàng hơn, nếu không có áp suất dư dễ sảy ra hiện tượng hóa hơi ởnhiệt độ cao làm cho việc khởi động lại khó khăn Van an toàn mở ra khi áp suất phíacửa ra trở lên quá cao, nhằm ngăn áp suất nhiên liệu trở lên quá cao này
2.1.3.2 Bình chứa xăng
Hình 2.3 Bình chứa xăng
Bình chứa xăng được làm bằng bình, ống thông hơi, bầu lọc xăng, bơm xăng,
bộ báo mức xăng trong bình và nút xả cặn
Trang 27Nắp bình xăng lắp ở miệng đổ xăng vào bình, trên nắp có van hút không khí vàvan xả hơi xăng để duy trì áp suất ổn định trong thùng xăng Hơi xăng xả ra được dẫn
về thùng than hoạt tính và được hấp thụ tại đây tránh gây ô nhiễm cho môi trường
2.1.3.3 Bộ lọc nhiên liệu
Nhiệm vụ: Lấy đi ôxit kim loại, chất rỉ sét và các chất rắn lạ khác chứa trongnhiên liệu được đưa đến động cơ, vì thế ngăn ống nhiên liệu, kim phun, bị nghẹt, mònphần cơ khí để bảo đảm cho sự hoạt động ổn định và hoạt động lâu dài của động cơ
Bộ lọc nhiên liệu được bắt trong đường ống của bơm Bởi vì áp suất từ 200 đến
300 kPa luôn luôn được cung cấp ở bên trong của bộ lọc, cho nên bộ lọc phải có mộtsức chịu đựng áp suất cao là 540 kPa hoặc lớn hơn
Bầu lọc nhiên liệu của động cơ 2AR-FE được giới thiệu trên hình 2.5
Hình 2.4 Bầu lọc 2.1.3.4 Bộ điều tiết áp suất nhiên liệu
Nhiệm vụ:
- Bộ điều hoà áp suất nhiên liệu là một van điều hoà áp suất với chức năng duytrì sự không đổi của áp suất nhiên liệu theo chân không của cổ góp nạp
- Đặc điểm cấu tạo:
- Vùng không gian bên trong của bộ điều hoà áp suất nhiên liệu được phân
chia bởi một màng bên trong là buồng lò xo và buồng nhiên liệu Nhiên liệu cung cấp
từ bơm đi vào buồng nhiên liệu qua ống phân phối Áp suất nhiên liệu ở trong buồngnhiên liệu đẩy van vào màng cho đến khi nó tiến đến mức cân bằng với lực lò xo.Nhiên liệu thừa di chuyển về thùng chứa qua van Buồng lò xo được nối với cổ gópnạp động cơ qua một ống cao su
Bộ điều tiết áp suất nhiên liệu của động cơ 2AR-FE được giới thiệu trên hình
Bầu lọc
Trang 28Áp suất nhiên liệu
Áp suất khí quyển
Độ chân không đường ống nạp
Hình 2.6 Bộ giảm dao động 2.1.3.5 Vòi phun
Vòi phun của hệ thống là vòi phun kiểu điện tử (thực chất là một dạng van thuỷlực tác dụng nhanh bằng điều khiển bằng điện) Van của vòi phun có dạng kim phun
và có hai trạng thái ổn định là mở và đóng hoàn toàn
Tiết diện lưu thông của vòi phun có thể coi là không đổi vì thời gian chuyểntrạng thái đóng mở rất nhỏ so với thời gian ở trạng thái mở Do đó nếu coi chênh lệc
áp suất không đổi thì việc điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình thực hiệnbằng cách thay đổi thời gian mở (thời gian nâng kim phun)
Thời gian nâng kim phun tỷ lệ với độ dài của xung điều khiển do ECU gửi tớicuộn dây điện từ của vòi phun
Vòi phun nhiên liệu của động cơ 2AR-FE được thể hiện trên hình
Trang 29
1 Cuộn dây điện từ ,2 Lõi van điện từ, 3 Lỗ phun nhiên liệu
Hình 2.7 Vòi phun nhiên liệu động cơ 2AR-FE
- Hoạt động của kim phun
Khi dòng điện đi qua cuộn dây của kim phun sẽ tạo ra một lực từ đủ mạnh đểthắng sức căng của lò xo, thắng lực trọng trường của ti kim và thắng áp lực của nhiênliệu đè lên kim, kim được nhích khỏi bệ khoảng 0,1 mm nên nhiên liệu được phun rakhỏi kim phun
Khi động cơ hoạt động, ECU liên tục nhận được các tín hiệu từ các cảm biến.Qua đó, ECU sẽ tính thời gian mở kim phun, quá trình đóng mở kim phun diễn ra ngắtquãng ECU gửi tín hiệu đến kim phun trong bao lâu phụ thuộc vào độ rộng của xung
- Phương pháp điều khiển kim phun (cho loại điện trở cao)
Điện áp ắc quy cung cấp trực tiếp đến kim phun qua công tắc máy Khitransistor Tr trong ECU mở sẽ có dòng chạy qua kim phun qua chân N010, N020 đếnE01, E02 về mát Trong khi Tr mở, dòng điện chạy qua kim phun làm nhấc ty kim vànhiên liệu phun vào trước supap nạp
- Các phương pháp phun và thời điểm phun:
Phun độc lập
Phun nhóm
Phun đồng loạt
- Điều khiển thời gian phun nhiên liệu
Thời gian phun nhiên liệu thực tế được xác định bởi hai đại lượng:
- tb: Thời gian phun cơ bản (dựa vào lượng khí nạp và tốc độ động cơ)
- tc: Thời gian điều chỉnh (dựa vào các cảm biến còn lại)
Vậy: ti = tb + tc
- Điều khiển kim phun khi khởi động
Khi khởi động, rất khó xác định lượng không khí vào do có sự thay đổi lớn tốc
độ động cơ Vì lý do này, ECU lấy trong bộ nhớ thời gian phun cơ bản ứng với nhiệt
độ động cơ Sau đó ECU cộng thêm thời gian phun cơ bản theo nhiệt độ khí nạp vàđiện áp ắc quy tạo ra thời gian phun thực tế ti Tỉ lệ hoà khí ở chế độ này thường rấtđậm (5:1 đến 12:1) tuỳ theo nhiệt độ nước
- Điều khiển sau khởi động
Trang 30- Sau khi khởi động động cơ, ECU sẽ xác định thời gian phun bằng cách:
- ti = tb + tc + tắcquy
- Trong đó:
- tc: chịu ảnh hưởng bởi: nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp, cảm biếnbướm ga
- tb: chịu ảnh hưởng bởi tín hiệu lượng gió và tốc độ của động cơ
- Sự làm giàu nhiên liệu khi khởi động
- Ngay sau khi khởi động, ECU điều khiển phun thêm một lượng nhiên liệuphụ trong một giai đoạn xác định trước, để hỗ trợ việc ổn định sự vận hành của động
cơ Sự hiệu chỉnh này được xác định bởi nhiệt độ nước làm mát Khi nhiệt độ thấp sựlàm giàu về cơ bản sẽ tăng gấp đôi số lượng nhiên liệu phun vào
- Sự làm giàu, hâm nóng
- Khi sự bốc hơi nhiên liệu không tốt lúc trời lạnh, động cơ sẽ hoạt độngkhông ổn định nếu không được cung cấp hỗn hợp giàu xăng Vì lý do này, khi nhiệt độnước làm mát thấp, cảm biến nhiệt độ gửi tín hiệu đến ECU để hiệu chỉnh lượng nhiênliêu phun, cho đến khi nhiệt độ đạt đến nhiệt độ xác định trước (600C)
- Cắt nhiên liệu ở tốc độ cao: để ngăn ngừa động cơ vượt tốc, kim phun sẽngừng phun nếu tốc độ động cơ tăng đến mức giới hạn Sự phun nhiên liệu được phụchồi khi tốc độ động cơ giảm xuống đến dưới giới hạn
- Sự hiệu chỉnh ở tốc độ cầm chừng
- Để động cơ hoạt động ổn định ở chế độ cầm chừng, ECU thường điều chỉnh
tỉ lệ hoà khí đậm hơn
Trang 31- Khi tín hiệu gửi về ECU thoả mãn 3 điều kiện: nhiệt độ động cơ đã đủ nóng,bướm ga ở vị trí giữa và không tăng tốc hoặc giảm tốc đột ngột thì ECU chuyển sang
- điều khiển ở chế độ điều khiển kín ECU dựa vào tín hiệu từ cảm biến oxy đểtăng hoặc giảm lượng phun, sao cho tỷ lệ hoà khí xấp xỉ tỉ lệ lý tưởng
- Sự hiệu chỉnh theo điện áp ắc quy
- Có sự trễ giữa thời gian mà ECU gửi tín hiệu đến kim phun và thời gian phunthực tế Làm cho thời gian mở kim phun bị sai lệch Do đó, ECU sẽ bù trừ sự trễ nàybằng cách kéo dài thời gian tín hiệu mở kim phun thêm một đoạn tuỳ theo độ dài củađoạn trì hoãn
2.1.3.6 Cảm biến lưu lượng không khí nạp
Hình 2.8 Cảm biến lưu lượng không khí nạp
- Cấu tạo:
Cảm biến lưu lượng không khí nạp là một trong những cảm biến quan trọng nhất
vì nó được sử dụng trong EFI để phát hiện khối lượng hoặc thể tích không khí nạp
- Nguyên lý làm việc
Khi không khí đi qua cảm biến lưu lượng khí nạp này từ bộ lọc khí, nó đẩy tấm
đo mở ra cho đến khi lực tác động vào tấm đo cân bằng với lò xo phản hồi Chiết ápđược nối đồng trục với tấm đo này, sẽ biến đổi thể tích không khí nạp thành tín hiệuđiện áp được truyền đến ECU của động cơ
2.1.3.7 VSV van
- Chức năng nhiệm vụ:
VSV van thuộc hệ thống ACIS (hệ thống nạp có chiều dài hiệu dụng thay đổi),hệ thống ACIS thay đổi chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp để tăng công suất trênphạm vi rộng từ tốc độ thấp đến tốc độ cao, hệ thống này sử dụng một van điều khiểnkhí nạp để chia đường ống nạp thành hai đoạn mà cho phép hiệu dụng của đường ốngnạp phù hợp với tốc độ động cơ và độ mở bướm ga
Khi động cơ hoạt động ở chế độ tốc độ thấp ECU bật van VSV, chân khôngđược cấp đến cơ cấu chấp hành đóng van điều khiển, điều đó kéo dài chiều dài hiệudụng của đường ống nạp, nâng cao hiệu quả nạp không khí do hiệu ứng dao động củakhông khí Tăng công suất của động cơ
Trang 32Khi động cơ hoạt động ở tốc độ cao ECU tắt van VSV để phù hợp với chu kỳgiao động ngắn, áp suất khí quyển được cấp đến màng bộ chấp hành, mở van điềukhiển chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp được rút ngắn, tạo hiệu quả nạp khôngkhí tối đa, tăng công suất của động cơ
Hình 2.9 VSV – van chân không ĐC chiều dài hiệu dụng của đường ống nạp
1 Lõi van điện từ, 2 Cuộn dây điện từ, 3.Cực điện của cuộn dây điện từ
- Nguyên lý làm việc:
Tuỳ theo tín hiệu điều khiển của ECU động cơ VSV điều khiển chân không,đóng vai trò là nguồn động lực để vận hành bộ chấp hành kiểu màng để đóng mở cửavan điều khiển khí nạp
2.1.3.8 Cảm biến vị trí bướm ga loại không tiếp xúc
Hình 2.10 Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga loại không tiếp xúc
1.ECU Động cơ: 2 Trục bướm ga: 3 Bướm ga: 4 Các nam châm: 5 Cảm biến vị trí
bướm ga:
Cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall gồm có các mạch IC Hall làm bằngcác phần tử Hall và các nam châm quay quanh chúng Các nam châm được lắp ở trên
Trang 33Khi bướm ga mở, các nam châm quay cùng một lúc, và các nam châm này thayđổi vị trí của chúng Vào lúc đó, IC Hall phát hiện sự thay đổi từ thông gây ra bởi sựthay đổi của vị trí nam châm và tạo ra điện áp ra của hiệu ứng Hall từ các cực VTA1
và VTA2 theo mức thay đổi này Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tínhiệu mở bướm ga
Cảm biến này không chỉ phát hiện chính xác độ mở của bướm ga, mà còn sửdụng phương pháp không tiếp điểm và có cấu tạo đơn giản, vì thế nó không dễ bịhỏng Ngoài ra, để duy trì độ tin cậy của cảm biến này, nó phát ra các tín hiệu từ hai hệthống có các tính chất khác nhau
Hiệu ứng Hall làm độ chênh điện thế tại vị trí xảy ra dòng điện vuông góc với
từ trường, khi một từ trường được đặt vuông góc với dòng điện chạy trong một dâydẫn Ngoài ra, điện áp được tạo ra bởi độ chênh điện thế này thay đổi theo tỉ lệ với mật
độ từ thông đặt vào
Cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall dùng nguyên lí này để biến đổi sựthay đổi vị trí bướm ga (mở) nhằm thay đổi mật độ của từ thông để đo chính xác sựthay đổi của vị trí bướm ga
- Nguyên lý làm việc:
Cảm biến nhiệt độ nước đo nhiệt độ của nước làm mát động cơ Khi nhiệt độcủa nước làm mát động cơ thấp, phải tăng tốc độ chạy không tải, tăng thời gian phun,góc đánh lửa sớm… nhằm cải thiện khả năng làm việc và để hâm nóng động cơ
b.Cảm biến nhiệt độ khí nạp
Trang 34Trên những dòng xe hiện đại ngày nay, cảm biến nhiệt độ khí nạp được thiết kếnằm cùng cảm biến lưu lượng khí nạp
- Nhiệm vụ :
Cảm biến nhiệt độ khí nạp này đo nhiệt độ của không khí nạp Lượng và mật độkhông khí sẽ thay đổi theo nhiệt độ của không khí Vì vậy cho dù lượng không khí đượccảm biến lưu lượng khí nạp phát hiện là không thay đổi, lượng nhiên liệu phun phải đượchiệu chỉnh Tuy nhiên cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy trực tiếp đo khối lượngkhông khí Vì vậy không cần phải hiệu chỉnh
a Cảm biến tiềng gõ động cơ
- Cấu tạo chức năng :
Cảm biến tiếng gõ được lắp vào thân máy và truyền tín hiệu điện tới ECU động
cơ khi phát hiện tiếng gõ động cơ, ECU sẽ làm trễ thời gian đánh lửa để làm giảmtiếng gõ này
Cảm biến tiếng gõ của động cơ 2AR-FE được giới thiệu trên hình 2.17
Hình 2.12 Cảm biến tiếng gõ
- Nguyên lý làm việc:
Cảm biến này có một phần tử điện áp tạo ra điện áp AC(một chiều) khi tiếng gõnày gây ra rung động trong thân máy và làm biến dạng phần tử này Tần số tiếng gõcủa động cơ nằm trong giới hạn từ 6 đến 13 kHz
b Cảm biến oxy
Trang 35Hình 2.13 Cảm biến oxy
- Nhiệm vụ :
Để động cơ đạt hiệu suất sử dụng nhiên liệu tốt nhất phải duy trì tỉ lệ không khínhiên liệu trong một giới hạn hẹp xoay quanh tỷ lệ không khí nhiên liệu lý thuyết.Cảm biến oxy được lắp trong đường ống xả có chức năng phát hiện nồng độ oxy trongkhí xả từ đó phát hiện tỉ lệ không khí – nhiên liệu giàu hơn hay nghèo hơn tỷ lệ khôngkhí nhiên liệu lý thuyết Từ đó cấp tín hiệu cho ECU tính toán điều khiển lượng phunnhiên liệu ở chu trình tiếp theo
Cảm biến oxy có một phần tử làm bằng Zirconi ôxit (ZrO2), đây là một loạigốm Bên trong và bên ngoài của phần tử này được bọc bằng một lớp platin mỏng.Không khí chung quanh được dẫn vào bên trong của cảm biến này, phía ngoài cảmbiến lộ ra phía khí thải
Ngoài ra cảm biến oxy của động cơ 2AR-FE còn có một cuộn dây có tác dụngsấy nóng cảm biến khi động cơ mới bắt đầu làm việc
- Nguyên lý làm việc:
Ở nhiệt độ cao (cao hơn 4000C), phần tử Zirconi tạo ra một điện áp tỉ lệ với sựchênh lệch nồng độ oxy ở phía trong và phía ngoài phần tử Zirconi này Ngoài ra,Platin tác động như một chất xúc tác để gây ra phản ứng hóa học giữa oxy và cácbonmonoxit (CO) trong khí xả điều này làm giảm lượng oxy ở phía ngoài tiếp xúc với khí
xả, làm tăng độ nhậy cảm của cảm biến Khi hỗn hợp nhiên liệu không khí nghèo, oxytrong khí xả nhiều dẫn đến chênh lệch ngoài phần tử Zirconi nhỏ, do đó phần tửZirconi tạo ra một điện áp thấp (gần 0 V) Ngược lại khi hỗn hợp nhiên liệu – khôngkhí giàu hầu như không có oxy trong ống xả dẫn đến chênh lệch nồng độ oxy trong vàngoài phần tử Xiconi lớn, do đó phần tử Zirconi tạo ra một điện áp tương đối lớn (xấp
xỉ 1V), căn cứ vào tín hiệu này ECU tính toán và điều khiển các phần tử chấp hànhtăng hoặc giảm lượng nhiên liệu để duy trì tỷ lệ không khí nhiên liệu gần với tỷ lệ theo
lý thuyết.nồng độ oxy trong
Trang 36Hình 2.14 Sơ đồ mạch điện của cảm biến Oxy
Cảm biến vị trí trục khuỷu là một trong những cảm biến quan trọng góp phầntrong việc vận hành động cơ Nếu thiếu cảm biến này, động cơ có thể không khởi động
được, tốc độ cầm chừng không đều Máy rung vì đánh lửa sai, hao xăng và tăngtốc không ổn định
Bộ phận chính của cảm biến là một cuộn cảm ứng, một nam châm vĩnh cửu vàmột rotor dùng để khép mạch từ có số răng tùy vào động cơ
Hình 2.16 Cấu tạo cảm biến VT trục khuỷu
Trang 37- Nguyên lí hoạt động
Cảm biến vị trí trục khuỷu được cấu tạo từ một nam châm vĩnh cửu, vì thế luôn
có một từ trường ổn định được sinh ra Khi trục khuỷu quay, các chân thép được xoaytrong từ trường Điều này dẫn đến dao động trong từ trường Và tạo ra một tín hiệudòng xoay chiều (AC) mà bộ phận điều khiển động cơ ( EMU) sử dụng để tính tốc độquay Dao động từ rất hữu ích trong việc xác định tốc độ và vị trí của trục khuỷu
- Vị trí lắp đặt
Cảm biến vị trí trục khuỷu thường lắp ở vị trí gần pu ly trục khuỷu, phía trênbánh đà hoặc phía trên trục khuỷu
2.2 Hệ thống đánh lửa
2.2.1 Sơ đồ mạch điều khiển
Hình 2 2 Sơ đồ hệ thống đánh lửa trên động cơ 2AR-FE.
Cấu tạo:
- ECM
- Cuộn đánh lửa số1,2,3,4
- Tụ điện chống nhiễu
Trang 38đánh lửa này không sử dụng tiếp điểm trong khu vực cao áp nên có thể giảm được tốithiểu các nhiễu điện từ.
- ECU động cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau và xác định thời điểmđánh lửa tối ưu (ECU của động cơ cũng có tác động đến việc điều khiển đánh lửa sớm)
- ECU động cơ gửi tín hiệu IGT đến bô bin có IC đánh lửa Tín hiệu IGT đượcgửi đến IC đánh lửa theo đúng thứ tự đánh lửa (1-3-4-2)
Hình 2 18 Sơ đồ hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ 2AR-FE.
Tín hiệu IGT
Hình 2 19 Tín hiệu IGT
ECU động cơ tính toán thời điểm đánh lửa tối ưu theo các tín hiệu từ các cảmbiến khác nhau và truyền tín hiệu IGT đến IC đánh lửa Tín hiệu IGT được bật ONngay trước khi thời điểm đánh lửa được bộ vi xử lý trong ECU động cơ tính toán, vàsau đó tắt đi Khi tín hiệu IGT bị ngắt, các bugi sẽ đánh lửa
Trang 39Tín hiệu IGF
Hình 2 20 Tín hiệu IGF
IC đánh lửa gửi một tín hiệu IGF đến ECU động cơ bằng cách dùng lực điệnđộng ngược được tạo ra khi dòng sơ cấp đến cuộn đánh lửa bị ngắt hoặc bằng giá trịdòng điện sơ cấp Khi ECU động cơ nhận được tín hiệu IGF nó xác định rằng việcđánh lửa đã xảy ra (Tuy nhiên điều này không có nghĩa là thực sự đã có đánh lửa)
Nếu ECU động cơ không nhận được tín hiệu IGF, ECU sẽ điều khiển ngừngphun nhiên liệu
Sự điều khiển của ESA
Hình 2 21 ESA điều khiển đánh lửa
Hình 2 22 Bản đồ miền điều khiển của ESA.
Trang 402.2.2.1 Khái quát về việc điều khiển thời điểm đánh lửa
Việc điều khiển thời điểm đánh lửa gồm có hai việc điều khiển cơ bản
1 Điều khiển đánh lửa khi khởi động
Điều khiển việc đánh lửa lúc khởi động được thực hiện bằng việc tiến hành đánhlửa ở góc trục khuỷu được xác định trước trong các điều kiện làm việc của động cơ Góctrục khuỷu này được gọi là "góc thời điểm đánh lửa ban đầu"
2 Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động
Việc điều chỉnh đánh lửa sau khi khởi động được thực hiện bởi góc thời điểmđánh lửa ban đầu, góc đánh lửa sớm cơ bản, được tính toán theo trọng tải và tốc độ củađộng cơ, và các hiệu chỉnh khác nhau
Tham khảo
Xác định góc thời điểm đánh lửa ban đầu
Hình 2 23 Góc đánh lửa
Góc thời điểm đánh lửa ban đầu được xác định như sau
Khi ECU động cơ nhận được tín hiệu NE (điểm B), sau khi nhận tín hiệu G (điểmA), ECU xác định rằng đây là góc thời điểm đánh lửa ban đầu khi trục khuỷu đạt đến 50, 70hay 100 trước điểm chết trên (khác nhau giữa các kiểu động cơ)
2.2.2.2 Điều khiển đánh lửa khi khởi động và điều khiển đánh lửa sau khi khởi động
1 Điều khiển đánh lửa khi khởi động
Hình 2 24 Tín hiệu đánh lửa khi khởi động
Khi khởi động, tốc độ của động cơ thấp và khối lượng không khí nạp cha ổnđịnh, nên không thể sử dụng tín hiệu VG làm các tín hiệu điều chỉnh Vì vậy, thờiđiểm đánh lửa được đặt ở góc thời điểm đánh lửa ban đầu
Góc thời điểm đánh lửa ban đầu được điều chỉnh trong IC dự trữ ở ECU động
cơ Ngoài ra, tín hiệu NE được dùng để xác định khi động cơ đang được khởi động, vàtốc độ của động cơ là 500 vòng/phút hoặc nhỏ hơn cho biết rằng việc khởi động đang
