Xây dựng hệ thống bài tập thực hành cho hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử trên mô hình tích hợp hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử của động cơ Toyota 5AFE

MỤC LỤCPHẦN I: MỞ ĐẦU91. Lý do chọn đề tài và lịch sử vấn đề nghiên cứu.9a. Tính cấp thiết của đề tài9b. Ý nghĩa của đề tài92. Mục tiêu của đề tài103. Đối tượng và khách thể nghiên cứu10a. Đối tượng nghiên cứu10b. Khách thể nghiên cứu104. Nhiệm vụ nghiên cứu105. Phương pháp nghiên cứu10PHẦN II: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI12CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG HỆ THỐNG PHUN XĂNG121.1. Khái quát về EFI121.1.1. Lịch sử của động cơ EFI.121.1.2. Đặc điểm và kết cấu cơ bản của EFI.121.2. Phân loại hệ thống EFI151.3. Các khối chính trong hệ thống171.3.1 Khối cung cấp nhiên liệu171.3.1.1. Sơ đồ nguyên lý.171.3.1.2. Bơm xăng.181.3.1.3. Lọc xăng.181.3.1.4. Dàn phân phối xăng.191.3.1.5. Bộ điều áp xăng.191.3.1.6. Vòi phun xăng chính.201.3.2 Khối nạp khí211.3.2.1. Cổ họng gió.211.3.2.2 Vít chỉnh hỗn hợp không tải.211.3.2.3. Van khí phụ.221.3.2.4. Khoang nạp khí Đường ống nạp.221.3.2.5. Cảm biến áp suất đường nạp. ( Cảm biến chân không ).221.3.3. Tín hiệu và điều khiển231.3.3.1. Khối xử lý (ECU)231.3.3.2. Một số tín hiệu chính241.3.3.3. Điều khiển tốc độ không tải (ISC)271.3.3.4. Một số tín hiệu hiệu chỉnh khác281.3.3.5. Điều khiển kim phun nhiên liệu.29CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA312.1. Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống đánh lửa điện tử312.2. Phân loại hệ thống đánh lửa điện tử312.2.1. Hệ thống đánh lửa bán dẫn312.2.2. Hệ thống đánh lửa lập trình có bộ chia điện322.2.3. Hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện332.3. Các khối chính trong hệ thống đánh lửa342.3.1. Khối điều khiển ECU342.3.2. Cảm biến vị trí trục khuỷu (G) và tốc độ động cơ (NE)372.3.2 Tín hiệu IGT382.3.3. Một số tín hiệu hiệu chỉnh382.3.4. Cơ cấu chấp hành392.3.5. Điều khiển đánh lửa sớm432.3.5.1. Mô tả chung432.3.5.2. Chức năng của ESA44PHẦN III: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH513.1. Các phương án thiết kế mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử.513.1.1. Phương án 1.513.1.2. Phương án 2.523.1.3. Phương án 3.533.2. Thiết kế và lựa chọn khung543.2.1. Công dụng và yêu cầu thống đánh lửa và phun xăng điện tử của động cơ TOYOTA 5AFE dùng trong học tập và phục vụ công543.2.2. Các phương án thiết kế mô hình543.2.2.1. Phương án thứ nhất:553.2.2.2. Phương án thứ hai:553.2.2.3. Phương án thứ ba:563.3. Mô hình hoàn thiện57PHẦN IV : XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THỰC HÀNH584.1. Bảng triệu trứng584.2. Mô đun bài tập thực hành604.2.1. Bài tập thực hành số 1: Kiểm tra sơ bộ604.2.1.1. Kiểm tra Ắcquy604.2.1.2. Kiểm tra cầu chì và công tắc62 4.2.2. Bài thực hành số 2: Kiểm tra hoạt động bơm…………………………….....634.2.3. Bài thực hành số 3: Kiểm tra vòi phun684. 2.4. Bài thực hành số 4: Kiểm tra bugi694.2.5. Bài thực hành số 5: Kiểm tra các cảm biến trên mô hình tích hợp704.2.6. Bài thực hành số 6: Đánh pan IGT724.2.7. Bài thực hành số 7: Đánh pan IGF734.2.8. Bài thực hành số 8: Mất tín hiệu Ne744.2.9 . Bài thực hành số 9: Mất tín hiệu cảm biến PIM75KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………….………….....78TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………………….79

Trang 1

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

Ngày … tháng… Năm 2013 Giáo viên hướng dẫn Phạm Văn Hải

Trang 2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

……… Ngày … tháng… Năm 2013 Giáo viên phản biện

Trang 3

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

PHẦN I: MỞ ĐẦU 9

1 Lý do chọn đề tài và lịch sử vấn đề nghiên cứu 9

a Tính cấp thiết của đề tài 9

b Ý nghĩa của đề tài 9

2 Mục tiêu của đề tài 10

3 Đối tượng và khách thể nghiên cứu 10

a Đối tượng nghiên cứu 10

b Khách thể nghiên cứu 10

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 10

5 Phương pháp nghiên cứu 10

PHẦN II: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 12

CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG HỆ THỐNG PHUN XĂNG 12

1.1 Khái quát về EFI 12

1.1.1 Lịch sử của động cơ EFI 12

1.1.2 Đặc điểm và kết cấu cơ bản của EFI 12

1.2 Phân loại hệ thống EFI 15

1.3 Các khối chính trong hệ thống 17

1.3.1 Khối cung cấp nhiên liệu 17

1.3.1.1 Sơ đồ nguyên lý 17

1.3.1.2 Bơm xăng 18

1.3.1.3 Lọc xăng 18

1.3.1.4 Dàn phân phối xăng 19

1.3.1.5 Bộ điều áp xăng 19

1.3.1.6 Vòi phun xăng chính 20

1.3.2 Khối nạp khí 21

1.3.2.1 Cổ họng gió 21

1.3.2.2 Vít chỉnh hỗn hợp không tải 21

1.3.2.3 Van khí phụ 22

1.3.2.4 Khoang nạp khí & Đường ống nạp 22

1.3.2.5 Cảm biến áp suất đường nạp ( Cảm biến chân không ) 22

1.3.3 Tín hiệu và điều khiển 23

1.3.3.1 Khối xử lý (ECU) 23

1.3.3.2 Một số tín hiệu chính 24

1.3.3.3 Điều khiển tốc độ không tải (ISC) 27

Trang 4

1.3.3.4 Một số tín hiệu hiệu chỉnh khác 28

1.3.3.5 Điều khiển kim phun nhiên liệu 29

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA 31

2.1 Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống đánh lửa điện tử 31

2.2 Phân loại hệ thống đánh lửa điện tử 31

2.2.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn 31

2.2.2 Hệ thống đánh lửa lập trình có bộ chia điện 32

2.2.3 Hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện 33

2.3 Các khối chính trong hệ thống đánh lửa 34

2.3.1 Khối điều khiển ECU 34

2.3.2 Cảm biến vị trí trục khuỷu (G) và tốc độ động cơ (NE) 37

2.3.2 Tín hiệu IGT 38

2.3.3 Một số tín hiệu hiệu chỉnh 38

2.3.4 Cơ cấu chấp hành 39

2.3.5 Điều khiển đánh lửa sớm 43

2.3.5.1 Mô tả chung 43

2.3.5.2 Chức năng của ESA 44

PHẦN III: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 51

3.1 Các phương án thiết kế mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử 51

3.1.1 Phương án 1 51

3.1.2 Phương án 2 52

3.1.3 Phương án 3 53

3.2 Thiết kế và lựa chọn khung 54

3.2.1 Công dụng và yêu cầu thống đánh lửa và phun xăng điện tử của động cơ TOYOTA 5A-FE dùng trong học tập và phục vụ công 54

3.2.2 Các phương án thiết kế mô hình 54

3.2.2.1 Phương án thứ nhất: 55

3.2.2.2 Phương án thứ hai: 55

3.2.2.3 Phương án thứ ba: 56

3.3 Mô hình hoàn thiện 57

PHẦN IV : XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP THỰC HÀNH 58

4.1 Bảng triệu trứng 58

4.2 Mô đun bài tập thực hành 60

4.2.1 Bài tập thực hành số 1: Kiểm tra sơ bộ 60

4.2.1.1 Kiểm tra Ắcquy 60

Trang 5

4.2.1.2 Kiểm tra cầu chì và công tắc 62

4.2.2 Bài thực hành số 2: Kiểm tra hoạt động bơm……… 63

4.2.3 Bài thực hành số 3: Kiểm tra vòi phun 68

4 2.4 Bài thực hành số 4: Kiểm tra bugi 69

4.2.5 Bài thực hành số 5: Kiểm tra các cảm biến trên mô hình tích hợp 70

4.2.6 Bài thực hành số 6: Đánh pan IGT 72

4.2.7 Bài thực hành số 7: Đánh pan IGF 73

4.2.8 Bài thực hành số 8: Mất tín hiệu Ne 74

4.2.9 Bài thực hành số 9: Mất tín hiệu cảm biến PIM 75

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……….………… .78

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….79

Trang 6

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu cơ bản của EFI 14

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý của D – EFI 15

Hình 1.3 Các loại hệ thống EFI 16

Hình 1.4 Cách bố trí vòi phun loại MPI 17

Hình 1.5 Các bộ phận trong hệ thống cung cấp nhiên liệu 17

Hình 1.6 Bơm nhiêu liệu loại trong bình 18

Hình 1.9 Dàn phân phối 19

Hình 1.10 Cấu tạo bộ điều áp xăng và biểu đồ điều áp 20

Hình 1.12 Kết cấu cổ họng gió 21

Hình 1.13 Sơ đồ đấu dây của cảm biến áp suất và quan hệ giữa áp suất đường nạp và tín hiệu điện áp 23

Hình 1.16 Sơ đồ tín hiệu đánh lửa và sơ đồ tín hiệu NE 24

Hình 1.7 Sơ đồ tín hiệu ECU 25

Hình 1.18 Cảm biến vị trí bướm ga và sơ đồ tín hiệu 25

Hình 1.20 Hiện tượng giật cục 26

Hình 1.21 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga 26

Hình 1.22 Mạch tín hiệu IGF xác nhận đánh lửa 27

Hình 1.23 Sơ đồ van ACV điều khiển theo hệ số 28

Hình 3.17 Phun đồng thời 29

Hình 3.18 Mạch điện điều khiển kim phun 30

Hình 3.19 Phản ứng của kim phun 30

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn 31

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống 32

Hình 2.3 Hệ thống đánh lửa trực tiếp 33

Hình 2.4 Mạch ổn áp dùng IC 34

Hình 2.5 Vi điều khiển 35

Hình 2.6 Các cực của ECU 37

Trang 7

Hình 2.7 Sơ đồ tín hiệu đánh lửa và sơ đồ tín hiệu NE 37

Hình 2.5 Sơ đồ tín hiệu ECU 38

Hình 2.8 Kiểu đặt trong bộ chia điện 38

Hình 2.9 Tín hiệu thời điểm đánh lửa IGT 38

Hình 2.10 Hoạt động của bôbin 39

Hình 2.11 Hoạt động của IC đánh lửa 40

Hình 2.12 Các điều khiển của IC đánh lửa 41

Hình 2.13 Cấu tạo bugi 42

Hình 2.14 Dây cao áp 43

Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa sớm điện tử 43

Hình 2.16 Kết cấu cơ bản của ESA 43

Hình 2.17 Điều khiển thời điểm đánh lửa 44

Hình 2.19 Xác định góc đánh lửa ban đầu 45

Hình 2.22 Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ động cơ 47

Hình 2.23 Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm để tốc độ chạy không tải ổn định 48

Hình 3.1 Phương án 1 51

Hình 3.4 Khung giá hình chữ L 55

Hình 3.5 Khung hình hộp 55

Hình 3.6 Khung hộp đứng 56

Hình 3.7 Khung mô hình hệ thống đánh lửa và phun xăng điệ tử trên động cơ 57

Hình 4 1 Kiểm tra điện áp của ăcquy 61

Hình 4 2 Kiểm tra điện áp của acquy bằng điện tử 61

Hình 4.3 Kiểm tra acquy 61

Hình 4.4 Các loại cầu chì 62

Hình 4.5 Rơle điện từ 63

Hình 4.6 Công tắc đánh pan……….64

Trang 8

Hình 4.7 Mô hình hoạt động bình thường……… 65

Hình 4.8 Đánh pan bơm xăng……… 65

Hình 4.9 Nối tắt cực +B với FP………65

Hình 4.10 Kiểm tra điện trở sứ cách điện bằng ômkế 69

Hình 4.11 Kiểm tra khe hở điện cực bugi 70

Hình 4.12 Sơ đồ bố trí cảm biến Ne và G 71

Hình 4.13 Cảm biến áp suất PIM 72

Hình 4.14 Ngắt tín hiệu IGT……….73

Hình 4.15 Ngắt tín hiệu IGF……….74

Hình 4.16 Ngắt tín hiệu Ne……… 75

Hình 4.17 ngắt tín hiệu cảm biến PIM……… 76

Trang 9

KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT

- ESA (Electronic Spark Advance): Chương trình đánh lửa sớm

- IGT (Ignition timing Signal): Tín hiệu đánh lửa

- IGF (Ignition feedback): Tín hiệu phản hồi đánh lửa

- TDC: Điểm chết trên

- EFI (Electronic Fuel Injection): Phun xăng điện tử

- ECU (Electronic Control Unit): Hộp đen

-+B (Battery):Cực dương Ắc quy

- +B1: Ắc quy No1

- BATT: Ắc quy

- E01: Nối mát No.01

- G (Group Crankshafr Angle Signal): Tín hiệu góc trục khuỷu

- IG/SW(Ignition/Swich): Khóa điện

- KNK: tín hiệu cảm biến tiếng gõ

- NE (Number Of Engine Revolution Signal): Tín hiệu số vòng quay động cơ

- OX: tín hiệu cảm biến oxy

- STA: Tín hiệu máy khởi động

- THW: Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát

- PIM, VC: Cảm biến lưu lượng khí nạp

- IDL: Cảm biến vị trí bướm ga

Trang 10

L I NÓI ỜI NÓI ĐẦU ĐẦU U

Ô tô là một trong những phương tiện giao thông quan trọng đối với sự phát triển

của nền kinh tế – xã hội hiện nay Lịch sử ra đời và phát triển của nó đã trải qua nhiềunăm với những giai đoạn thăng trầm để tiến tới sự hoàn thiện hơn và tiện nghi hơn nhưtăng công suất động cơ, tăng tính kinh tế nhiên liệu, đảm bảo tính năng an toàn… Cáchãng xe dã áp dụng các tiến bộ của khoa học kỹ thuật vào trong ngành công nghệ ô tô

Từ đó nhiều hệ thống hiện đại đã ra đời: Hệ thống phun xăng điện tử, hệ thống đánhlửa điện tử,hệ thống phanh ABS…

Ở Việt Nam, với nền công nghiệp ô tô còn non trẻ thì hầu hết công nghệ về ô tôđều đến từ các nước trên thế giới Chúng ta cần tiếp cận những nền công nghệ tiên tiếnnày tạo tiền đề trợ phát triển của ngành công nghiệp ô tô trong nước

Qua thời gian học tập và nghiên cứu chuyên ngành “Công nghệ kỹ thuật ô tô” tạitrường Đại Học Sư Phạm Hưng Yên, em được khoa giao cho đề tài đồ án tốt

nghiệp“Xây dựng hệ thống bài tập thực hành cho hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử trên mô hình tích hợp hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử của động cơ Toyota 5A-FE” đây là một đề tài rất thiết thực nhưng còn nhiều khó khăn Với sự cố

gắng của em và sự giúp đỡ tận tình của thầy Phạm Văn Hải và các thầy cô trong

khoa cơ khí động lực, các bạn trong lớp ĐLK9LC1, em đã hoàn thành đề tài đáp ứngđược những yêu cầu đưa ra Song trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, với khả năng

và kinh nghiệm còn hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy em rất mong sựđóng góp, chỉ bảo của các thầy cô để đề tài của em được hoàn thiện hơn và đó chính làkinh nghiệm nghề nghiệp cho chúng em khi ra trường

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy,cô giáo trong khoa,đặc biệt là

thầy Phạm Văn Hải đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn chúng em dể dề tài của em được

hoàn thành

Em xin trân trọng cảm ơn!

PHẦN I: MỞ ĐẦU

Trang 11

1 Lý do chọn đề tài và lịch sử vấn đề nghiên cứu.

a Tính cấp thiết của đề tài

Thế kỷ 21 là kỷ nguyên của ô tô, lịch sử đã chứng kiến những bước tiến vữngchắc của ngành công nghiệp ôtô của nhiều hãng đến từ nhiều nước trên khắp hànhtinh, đặc biệt là các hãng đến từ châu Âu, Mỹ và Nhật Bản Nhưng ngành công nghiệpôtô ấy cũng phải đối mặt với những quy định khắt khe của chính phủ về mức độ ônhiễm của khí thải Việc này đã thúc đẩy các hãng sản xuất ôtô phải nghiên cứu nhữngcông nghệ mới nhằm thỏa mãn những quy định Vì vậy hàng loạt những công nghệmới được nghiên cứu và áp dụng không những thỏa mãn được những quy định về mức

độ ô nhiễm của khí thải mà còn nâng cao được công suất và tính kinh tế nhiên liệu.Một trong những hệ thống như thế là hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử

Đất nước ta đang trong quá trình hội nhập kinh tế quốc tế, việc tiếp cận vớinhững công nghệ tiên tiến trên thế giới càng trở lên dễ dàng hơn Việc này giải thíchtại sao những động cơ xăng ở nước ta có hệ thống đánh lửa lập trình Để có thể nắmbắt được công nghệ tiên tiến này đòi hỏi người kỹ thuật viên phải có trình độ hiểu biếtsâu sắc Từ đó có thể chẩn đoán hư hỏng và đề ra phương án khắc phục tối ưu khi cótrục trặc xảy ra

Hiện nay trong các trường có đào tạo các ngành liên quan đến lĩnh vực ô tô thìtrang thiết bị cho học sinh, sinh viên còn thiếu thốn, đặc biệt là mô hình thực tập tiêntiến hiện đại Các tài liệu học tập, sách tham khảo còn thiếu, sơ xài chưa hệ thống hóamột cách khoa học Các bài thực hành kiểm tra còn thiếu

Chính vì vậy việc thực hiện đề tài: “Xây dựng hệ thống bài tập thực hành cho hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử trên mô hình tích hợp hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử của động cơ Toyota 5A-FE” là cấp bách và thiết thực.

b Ý nghĩa của đề tài

Đề tài giúp cho những sinh viên có cái nhìn tổng quát cũng như cụ thể hơn về

hệ thống đánh lửa chương trình của một số hãng nhằm củng cố và bổ trợ thêm kiếnthức mới về hệ thống này

Qua tổng hợp và phân tích nội dung, cũng như đưa ra mô hình của đề tài giúpcho sinh viên có một kiến thức vững chắc để không còn bỡ ngỡ khi gặp những trụctrặc về hệ thống này, nâng cao hiệu quả học tập Tạo tiền đề nguồn tài liệu tham khảocho các bạn học sinh, sinh viên các khóa có thêm tài liệu nghiên cứu và tham khảo.Ngoài ra tài liệu còn có thể dùng cho các thợ sửa chữa, các gara, các thợ bảo hành Những nội dung, kiến thức thu được trong quá trình hoàn thành đề tài này giúpchúng em nhóm sinh viên của lớp ĐLK9LC1có thể hiểu rõ hơn, sâu hơn về hệ thống

Trang 12

này Nắm được cấu tạo, điều kiện làm việc, hư hỏng và phương pháp kiểm tra, chẩnđoán và khắc phục hư hỏng.

2 Mục tiêu của đề tài

- Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống phun xăng và đánh lủa điện tử

- Thiết kế các panel thực hành phun xăng và đánh lửa phục vụ cho mô hình đồán

- Đưa ra các bài thực hành kiểm tra, chẩn đoán, những hư hỏng của hệ thống

3 Đối tượng và khách thể nghiên cứu

a Đối tượng nghiên cứu

- Hệ thống phun xăng và đánh lửa của động cơ Toyota 5A-FE

b Khách thể nghiên cứu

- Hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử của hãng: TOYOTA

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Phân tích đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng vàđánh lửa điện tử

- Nghiên cứu, lắp đặt hệ thống phun xăng và đánh lửa tích hợp

- Tổng hợp các phương án kết nối, kiểm tra

- Tổng hợp các tài liệu trong và ngoài nước để hoàn thiên thành đề tài của mình

5 Phương pháp nghiên cứu

a Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Nghiên cứu lý thuyết

+ Đọc tài liệu, tìm hiểu, quan sát hệ thống trên xe

+ Phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc để hiểu sâu hơn về hệ thống

- Nghiên cứu thực nghiệm

+Xây dựng bài thực hành kiểm tra chẩn đoán

b Phương pháp nghiên cứu tài liệu

- Là phương pháp thu thập thông tin trên cơ sở nghiên cứu các văn bản, đã cósẵn bằng tư duy logic

-Mục đích: Để rút ra những kết luận cần thiết

Các bước thực hiện:

- Bước 1: Thu thập tài liệu về hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử

Trang 13

- Bước 2: Sắp xếp nội dung tài liệu một cách hệ thống và logic chặt chẽ theotừng đơn vị kiến thức, từng vấn đề khoa học có cơ sở và bản chất nhất định.

- Bước 3: Đọc, nghiên cứu và phân tích tài liệu nói về hệ thống phun xăng vàđánh lửa trên xe 5A-FE Phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc một cách khoa học

- Bước 4: Tổng hợp kết quả đã phân tích được, hệ thống hóa lại kiến thức tạo ramột hệ thống lý thuyết đầy đủ và sâu sắc

c Phương pháp phân tích, thống kê và mô tả

- Là phương pháp tổng hợp các kết quả nghiên cứu thực tiễn và nghiên cứu tàiliệu đánh giá và đưa ra những kết luân chính xác

- Chủ yếu được sử dụng để đánh giá các mối quan hệ thông qua thông số thuđược

Bước thực hiện:

Từ thực tiễn nghiên cứu về hệ thống và nghiên cứu tài liệu lý thuyết đưa ra đưa

ra phương án thiết kế, lắp đặt mô hình, đưa ra phương pháp kiểm tra chẩn đoán hệthống phun xâng và đánh lửa điện tử

PHẦN II: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Trang 14

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG HỆ THỐNG PHUN XĂNG

1.1 Khái quát về EFI

1.1.1 Lịch sử của động cơ EFI.

Cho đến những năm của thập kỷ 60, chế hoà khí đã từng được sử dụng trong phần lớn các hệ thống phân phối nhiên liệu tiêu chuẩn Mặc dù vậy, đến năm 1971,

Toyota đã phát triển hệ thống EFI (Electronic Fuel injection - hệ thống phun xăng điện tử) của mình, hệ thống này phân phối nhiên liệu đến các xilanh của động cơ tốt

hơn so với chế hoà khí bằng việc phun nhiên liệu có điều khiển điện tử Việc xuất

khẩu các xe có lắp động cơ EFI bắt đầu sớm nhất vào năm 1979 với xe Crown (động

cơ 5M – E) và xe Cressida (4M - E) Kể từ đó, động cơ trang bị EFI sản xuất tăng dần

lên về quy mô cũng như là số lượng

Việc điều khiển EFI có thể được chia thành hai loại, dựa trên sự khác nhau vềphương pháp dùng để xác định lượng nhiên liệu phun

Một là một mạch tương tự, loại này điều khiển lượng phun dựa vào thời giancần thiết để nạp và phóng một tụ điện Loại khác là loại điều khiển bằng bộ vi sử lý,loại này sử dụng dữ liệu lưu trong bộ nhớ để xác định lượng phun

Loại mạch tương tự là loại được Toyota sử dụng lần đầu tiên trong hệ thốngEFI của nó Loại điều khiển bằng bộ vi sử lý được bắt đầu sử dụng vào năm 1983

Loại hệ thống EFI điều khiển bằng bộ vi sử lý được sử dụng trong xe của

Toyota gọi là TCCS ( TOYOTA Computer Controled Sytem - Hệ thống điều khiển bằng máy tính của TOYOTA ), nó không chỉ điều khiển lượng phun mà còn bao gồm ESA ( Electronic Spark Advance – Đánh lửa sớm điện tử ) để điều khiển thời điểm đánh lửa; ISC (Idle Speed Control - Điều khiển tốc độ không tải ) và các hệ thống điều

khiển khác; cũng như chức năng chẩn đoán và dự phòng

1.1.2 Đặc điểm và kết cấu cơ bản của EFI

Có thể cấp hỗn hợp khí – nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh

Do mỗi một xylanh đều có vòi phun của mình & do lượng phun được điều chỉnhchính xác bằng ECU theo sự thay đổi về tốc độ động cơ và tải trọng, nên có thể phânphối đều nhiên liệu đến từng xylanh Hơn nữa, tỷ lệ khí – nhiên liệu có thể điều chỉnh

tự do nhờ ECU bằng việc thay đổi thời gian hoạt động của vòi phun (khoảng thời gianphun nhiên liệu) Vì các lý do đó, hỗn hợp khí nhiên liệu được phân phối đều đến tất

cả các xylanh và tạo ra được tỷ lệ tối ưu Chúng có ưu điểm về cả khía cạnh kiểm soátkhí xả và lẫn tính năng về công suất

 Có thể đạt được tỷ lệ khí - nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ động cơ

Trang 15

Vòi phun đơn của chế hoà khí không thể điều khiển chính xác tỷ lệ khí – nhiênliệu ở tất cả các dải tốc độ, nên việc điều khiển chia thành hệ thống tốc độ chậm, tốc

độ cao thứ nhất, tốc độ cao thứ hai…và hỗn hợp phải được làm đậm khi chuyển từ một

hệ thống này sang hệ thống khác Vì lý do đó, nếu hỗn hợp khí nhiên liệu không được

làm đậm hơn một chút thì các hiện tượng không bình thường (nổ trong ống nạp và nghẹt) rất dễ xảy ra khi chuyển đổi Mặc dù vậy, với EFI một hỗn hợp khí – nhiên liệu

chính xác và liên tục luôn được cung cấp tại bất kỳ chế độ tốc độ và tải trọng nào củađộng cơ Đây là ưu điểm ở khía cạnh kiểm soát khí xả và kinh tế nhiên liệu

 Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở bướm ga

Ở động cơ lắp chế hoà khí, từ bộ phận phun nhiên liệu đến xylanh có mộtkhoảng cách dài Cũng như, do có sự chênh lệch lớn giữa tỷ trọng riêng của xăng vàkhông khí, nên xuất hiện sự chậm trễ nhỏ khi xăng đi vào xylanh tương ứng với sựthay đổi của luồng khí nạp Mặc dù vậy, ở hệ thống EFI, vòi phun được bố trí gầnxylanh và được nén với áp suất khoảng 2 đến 3 kgf/cm2, cao hơn so với áp suất đườngnạp cũng như nó được phun qua một lỗ nhỏ, nên nó dễ dàng tạo thành dạng sương mù

Do vậy, lượng phun thay đổi tương ứng với sự thay đổi của lượng khí nạp tuỳ theo sựđóng mở của bướm ga, nên hỗn hợp khí nhiên liệu phun vào trong các xylanh thay đổingay lập tức theo độ mở của bướm ga Nói tóm lại, nó đáp ứng kịp thời với sự thay đổicủa vị trí chân ga

 Hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu

Bù tại tốc độ thấp:

Khả năng tải tại tốc độ thấp được nâng cao do nhiên liệu ở dạng sương mù tốtđược phun ra bằng vòi phun khởi động lạnh khi động cơ khởi động Cũng như, dolượng không khí đầy đủ được hút vào qua van khí phụ, khả năng tải tốt được duy trìngay lập tức sau khi khởi động

Cắt nhiên liệu khi giảm tốc:

Trong quá trình giảm tốc, động cơ chạy với tốc độ cao ngay cả khi bướm gađóng kín Do vậy, lượng khí nạp vào xylanh giảm xuống và độ chân không trongđường nạp trở nên rất lớn Ở chế hoà khí, xăng bám trên thành của đường ống nạp sẽbay hơi và vào trong xylanh do độ chân không của đường ống nạp tăng đột ngột, kếtquả là một hỗn hợp quá đậm, quá trình cháy không hoàn toàn và làm tăng lượng cháy

không hết (HC) trong khí xả Ở động cơ EFI, việc phun nhiên liệu bị loại bỏ khi bướm

ga đóng và động cơ chạy tại tốc độ lớn hơn một giá trị nhất định, do vậy nồng độ HCtrong khí xả giảm xuống và làm tiêu hao nhiên liệu

Nạp hỗn hợp khí - nhiên liệu có hiệu quả:

Trang 16

Ở chế hoà khí, dòng không khí bị thu hẹp tại họng khuếch tán để tăng tốc độ dòng khí, tạo nên độ chân không bên dưới họng khuếch tán.

Đó là nguyên nhân hỗn hợp khí – nhiên liệu được hút vào trong xylanh trong

hành trình đi xuống của piton Tuy nhiên họng khuếch tán làm hẹp (cản trở)

dòng khí nạp và đó là nhược điểm của động cơ Mặt khác, ở EFI một áp suất xấp

xỉ 2 -3 kgf/cm2 luôn được cung cấp đến động cơ để nâng cao khả năng phun sương của hỗn hợp khí – nhiên liệu, do có thể làm đường ống nạp nhỏ hơn nên

có thể lợi dụng quán tính của dòng khí nạp của hỗn hợp khí – nhiên liệu tốt hơn.

 Kết cấu cơ bản của EFI.

Hệ thống Nạp khí

Tín hiệu khởi đông

Tín hiệu cảm biến oxy

Tín hiệu đánh

lửa(NE,G)

ECU

Điều khiển lượng

phun nhiên liệu

phun

Các xylanh

Đường ống nạp Khoang nạp khí

Van khí phụ Lọc gió

Cổ họng gió

Trang 17

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý của D – EFI.

* Điều khiển phun cơ bản.

Các thiết bị phun cơ bản duy trì một tỷ lệ tối ưu (gọi là tỷ lệ lý thuyết) của

không khí và nhiên liệu hút vào trong các xylanh Để thực hiện được điều đó, nếu có

sự gia tăng lượng khí nạp, lượng nhiên liệu phun vào cũng phải gia tăng tỷ lệ Hoặc lànếu lượng khí nạp giảm xuống, lượng nhiên liệu phun ra cũng giảm xuống

1.2 Phân loại hệ thống EFI

Hệ thống phun nhiên liệu có thể được phân loại theo nhiều kiểu Nếu phân biệttheo cấu tạo kim phun, ta có 2 loại: Loại CIS và loại AFC

+ Loại CIS

Đây là hệ thống kiểu sử dụng kim phun cơ khí, chỉ sự dụng trên một số động

cơ, bộ phun mở liên tục, sự thay đổi áp suất đối với nhiên liệu sẽ làm thay đổi lượngnhiên liệu được phun Gồm bốn loại cơ bản sau:

 Hệ thống K – Jectronic: Đây là hệ thống phun nhiên liệu được điều khiển hoàntoàn bằng cơ khí và thủy lực sau đó được cải thiện thành hệ thống KE – Jectronic với

hệ thống ECM mạnh hơn Là hệ thống phun xăng cơ bản của các kiểu phun xăng điện

tử ngày nay Nó có các đặc điểm như không cần những cơ cấu dẫn động của động cơ,

có nghĩa là động tác điều chỉnh xăng phun ra do chính độ chân không trong ống hútđiều khiển xăng phun ra liên tục và được xác định tùy theo khối lượng không khí nạp

Trang 18

Được sử dụng cho các xe như Audi : coupe, Quattro, 80, 90, 100, 200 xe BMW: 318,520….

 Hệ thống K – Jectronic có cảm biến khí thải: Có thêm cảm biến oxy

 Hệ thống KE – Jectronic: Là hệ thống được phát triển từ hệ thống K – Jectronicvới mạch điều chỉnh áp lực phun bằng điện tử

+ Loại AFC

Đây là hệ thống phun xăng sử dụng kim phun điều khiển bằng điện Hệ thốngphun xăng với kim phun điện có thể chia làm 2 loại chính: loại điều khiển lưu lượngkhông khí nạp (L-EFI) và loại điều khiển áp suất đường ống nạp (D-EFI)

Hình 1.3 Các loại hệ thống EFI

 L-EFI (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là không khí): là hệ thống phunxăng đa điểm điều khiển bằng điện tử Xăng được phun vào cửa nạp của các xylanhđộng cơ theo từng lúc chứ không phun liên tục Quá trình phun xăng và định lượngnhiên liệu được thực hiện theo hai tín hiệu gốc: tín hiệu về khối lượng không khí đangnạp vào và tín hiệu về vận tốc trục khuỷu của động cơ Chức năng của L-EFI là cungcấp cho từng xylanh động cơ một lượng xăng đáp ứng nhiều chế độ tải khác nhau củađộng cơ Một hệ thống các bộ cảm biến ghi nhận thông tin về chế độ làm việc của ô tô,

về tình trạng thực tế của động cơ, chuyển đổi các thông tin này thành tín hiệu điện.ECU sẽ xử lý, phân tích các thông tin nhận được và tính toán chính xác lượng xăngcần phun ra Lưu lượng phun xăng phun ra ấn định do thời lượng mở van của vòiphun xăng

 D – EFI: Với lượng xăng phun được xác định bởi áp suất sau cánh bướm gabằng cảm biến MAP

Trang 19

Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, ta có thể chia hệ thống phun xăngthành hai loại:

 Loại TBI ( Throttle body injection ): Phun xăng đơn điểm, gồm một hoặc haivòi phun xăng và phun trực tiếp vào cánh bướm ga tại đầu họng hút

 Loại MPI ( Multi points injection ): Phun xăng đa điểm, trên hệ thống phunxăng này động cơ có bao nhiêu xylanh thì sẽ có bấy nhiêu vòi phun xăng Vòi phunđược bố trí phun xăng vào ngay cửa hút gần sát xuppáp hút Hệ thống phun xăng điện

tử đa điểm là hệ thống định lượng và điều khiển hiện đại nhất hiện nay, nó tối ưu cảhai quá trình phun xăng và đánh lửa của động cơ

Hình 1.4 Cách bố trí vòi phun loại MPI

1.3 Các khối chính trong hệ thống

1.3.1 Khối cung cấp nhiên liệu

1.3.1.1 Sơ đồ nguyên lý.

Hình 1.5 Các bộ phận trong hệ thống cung cấp nhiên liệu.

1 Thùng xăng 5 Bộ điều áp xăng.

2 Bơm xăng 6 Vòi phun chính

3 Lọc xăng 7 Vòi phun khởi động lạnh.

4 Dàn phân phối.

Trang 20

Nhiên liệu được hút ra từ thùng chứa bằng bơm nhiên liệu và phân phối dưới ápsuất đến từ ống phân phối nhiên liệu Sự phân phối áp suất và thể tích của bơm nhiênliệu được thiết kế vượt quá yêu cầu tối đa cho động cơ

Bộ điều hoà áp suất cho phép một số nhiên liệu trở về thùng chứa khi cần thiết

để điều chỉnh áp suất nhiên liệu tại kim phun theo chế độ làm việc của động cơ

1.3.1.2 Bơm xăng

Bơm được đặt trong bình xăng So với loại trên đường ống, loại này có độ ồnthấp Một bơm tuabin, với đặc điểm là độ rung động nhiên liệu khi bơm nhỏ, được sửdụng Loại này bao gồm môtơ bơm, với một van một chiều, van an toàn và bộ lọc gắnliền thành một khối

 Bơm tuabin: Bơm tuabin bao gồm một hoặc hai cánh bơm được dẫn động bằngmôtơ, vỏ bơm và lắp bơm tạo thành bộ bơm Khi môtơ quay các cánh bơm quay cùngvới nó Các cánh gạt bố trí dọc chu vi bên ngoài của cánh bơm để đưa nhiên liệu từcửa vào đến cửa ra

Hình 1.6 Bơm nhiêu liệu loại trong bình.

1 Van một chiều 4 Rôto 9 Cửa ra.

2 Van an toàn 5 Stato 10 Cửa vào.

3 Chổi than 6 Cánh bơm 11 Lưỡi gạt.

7 Lưới lọc 8 Vỏ bơm 12 Cánh bơm.

không kín của vòi phun

của bơm Thường được sử dụng

m

Hình 1.8 Cấu tạo lọc xăng.

1 Phần tử lọc 2 Vỏ 3 Lưới đồng

Trang 21

Lọc xăng có cấu tạo cho xăng đi theo một chiều nên khi lắp phải theo đúngchiều, nếu không sẽ làm cản trở lượng xăng qua lọc Phần tử lọc thường được làmbằng giấy, vỏ bằng thép hoặc nhựa Sau một khoảng thời gian làm việc thì phải thaylọc mới Thường xe chạy được từ 33.000 đến 40.000 km thì phải thay lọc mới.

1.3.1.4 Dàn phân phối xăng.

Dàn phân phối có kết cấu là một ống rỗng, là nơi lắp và cấp xăng cho các vòi phunlàm việc, một đầu nối với lọc xăng, đầu còn lại lắp với bộ điều áp xăng

Khi bơm không làm việc, áp suất trong mạch giảm, lò xo (6) ép màng van (3)đóng đường về giữ áp suất xăng trong dàn phân phối giúp cho lần sau khởi động động

cơ được dễ dàng

Độ chân không của đường nạp được dẫn vào buồng phía lò xo (6) có tác dụng

ổn định lượng phun khi thay đổi tải

Lượng phun nhiên liệu yêu cầu bởi động cơ được điều khiển theo thời gian khidòng điện cung cấp từ bộ ECU động cơ đến kim phun Vì vậy, nếu áp suất

Trang 22

Hình 1.10 Cấu tạo bộ điều áp xăng và biểu đồ điều áp.

1 Đường xăng vào 3.Màng đóng van 5 Màng dung.

2 Đường xăng hồi 4 Đế màng van 6 Lò

7 Đường chân không.

Nhiên liệu không được điều khiển thì áp suất tăng lượng phun nhiên liệu, vànếu như áp suất nhiên liệu thấp thì sẽ làm giảm lượng phun cả khi cùng thời gian mở

1.3.1.6 Vòi phun xăng chính.

Vòi phun hoạt động bằng điện từ, có tác dụng phun xăng nó phun nhiên liệu dựatrên tín hiệu do ECU cung cấp tạo nên hoà khí cấp cho động cơ hoạt động Vòi phunđược lắp vào đường ống nạp hoặc nắp máy phía trước xupáp nạp Với hệ thống phunxăng này mỗi một xy lanh có một vòi phun riêng, được lắp chặt với ống phân phối

 Vòi phun có hai loại:

Loại dùng điện áp thấp (điện áp 5V) lắp

vào mạch phải nối qua điện trở phụ

Loại dùng điện áp cao (điện áp 12V) lắp

vào mạch trực tiếp

1 Lưới lọc tinh

2 Giắc tín hiệu vào

3 Cuộn dây điện từ

4 Lò xo

5 Đuôi kim phun

6.Rãnh nhiên liệu

7 Đầu kim

 Điều khiển vòi phun có hai dạng Hình 1.11 Cấu tạo vòi phun

Trang 23

Dạng điều khiển bằng thay đổi dòng điện.

Khi có tín hiệu từ ECU điều khiển cuộn dây điện từ tạo lực từ hút thân kimlàm cho lỗ kim mở xăng được phun qua lỗ kim theo dạng hạt nhỏ, dạng sương mù

Lượng phun được điều khiển thông qua thời gian phát ra tín hiệu

Độ nâng kim phun thường bằng 0.1 mm

Thời gian mở của kim phun thường từ 1 đến 1.5 m/s

1.3.2 Khối nạp khí

1.3.2.1 Cổ họng gió.

Cổ họng gió bao gồm bướm ga, nó điều khiển lượng khí nạp trong quá trìnhđộng cơ hoạt động bình thường, và một khoang khí phụ, cho phép một lượng khôngkhí nhỏ đi qua trong khi chạy không tải Một cảm biến vị trí bướm ga cũng được lắptrên trục của bướm ga Một số loại cổ họng gió cũng được lắp một van khí phụ loạinhiệt hay một bộ đệm bướm ga để làm cho bướm ga không đóng đột ngột Nước làmmát được dẫn qua cổ họng gió để ngăn không cho nó bị đóng băng tại thời tiết lạnh

và tăng tốc độ không tải của động cơ

Trang 24

1.3.2.3 Van khí phụ.

Động cơ TOYOTA 5A – FE Dùng van khí phụ loại sáp nhiệt, van khí phụ loạisáp được chế tạo liền trong cổ họng gió

Van khí phụ loại sáp được tạo nên bởi một van nhiệt, một van chắn, lò xo trong

và một lò xo ngoài Van nhiệt được điền đầy bởi sáp giãn nở nhiệt, sáp này giãn nở và

co lại phụ thuộc vào sự thay đổi của nhiệt độ nước làm mát Cấu tạo van khí phụ như ở(hình 1.3.1)

Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, van nhiệt co lại và van chắn được mở bằng lò xo

Nó cho phép không khí đi qua van khí phụ, bỏ qua bướm ga, vào trong khoang nạpkhí

Khi nhiệt độ nước làm mát tăng lên, van nhiệt giãn nở làm cho lò xo đóng vanchắn lại Do lò xo trong khoẻ hơn, van chắn đóng dần lại, hạ thấp tốc độ của động cơcho đến khi nó đóng hẳn lại

Theo phương pháp này, tại thời điểm nhiệt độ nước làm mát động cơ đạt 800C,van chắn sẽ đóng lại và tốc độ không tải của động cơ trở lại bình thường Nếu nhiệt độnước làm mát tăng cao hơn, van nhiệt sẽ giãn nở nhiều hơn Nó nén lò xo lại, làm tănglực lò xo giữ cho van chắn đóng chặt

1.3.2.4 Khoang nạp khí & Đường ống nạp.

Do không khí hút vào trong các xylanh bị ngắt quãng nên sẽ xảy ra dung độngtrong khí nạp Rung động này sẽ làm cho tấm đo gió của cảm biến đo áp suất chânkhông dung động Do vậy, một khoang nạp khí có thể tích lớn được dùng để giảmrung động không khí này

Có hai loại ống nối khoang nạp khí và đường ống nạp, một loại liền và một loại rời

1.3.2.5 Cảm biến áp suất đường nạp ( Cảm biến chân không ).

Xe COROLA – TOYOTA Với động cơ thế hệ 5A – FE, hệ thống cung cấp giódùng cảm biến áp suất đường nạp để tạo tín hiệu cơ bản gửi cho ECU, qua đó xác địnhđược lượng gió nạp vào xylanh động cơ Gọi là loại D – EFI

Cảm biến này thực hiện việc đo áp suất đường nạp, qua đó xác định lượng khínạp vào động cơ

Cảm biến chân không chuyển sự thay đổi áp suất trong đường ống nạp thành

sự thay đổi về điện áp và được nối qua một ống cao su đến buồng chứa chân không

Trang 25

Hình 1.13 Sơ đồ đấu dây của cảm biến áp suất và quan hệ giữa áp suất đường nạp và

tín hiệu điện áp.

Cảm biến chân không bao gồm một phần tử chuyển áp suất và một IC dùng đểkhuếch đại tín hiệu ra của phần tử chuyển đổi Phần tử chuyển đổi áp suất là mộtmàng silicon dùng hiệu ứng điện trở áp điện của chất bán dẫn

Khi áp suất trong đường ống nạp thay đổi thì điện áp phát ra của cảm biến thayđổi từ đó tạo tín hiệu đo lượng gió trong đường ống nạp Tín hiệu được gửi về ECU.Qua tín hiệu này ECU điều chỉnh đánh lửa sớm hay trễ

Cảm biến áp suất đường ống nạp được sử dụng trong loại D – EFI để cảm nhận

áp suất đường ống nạp Đây là một cảm biến quan trọng nhất của EFI.Cảm biến ápsuất đường ống nạp dùng độ chân không được tạo ra trong buồng chân không Độ chânkhông trong buồng này gần như tuyệt đối và nó không bị ảnh hưởng bởi sự dao độngcủa áp suất khí quyển xảy ra do sự thay đổi độ cao

Cảm biến áp suất đường ống nạp so sánh áp suất đường ống nạp với độ chânkhông này và phát ra tín hiệu PIM, nên tín hiệu này cũng không bị dao động theo sựthay đổi của áp suất khí quyển

Điều đó cho phép ECU giữ được tỷ lệ khí – nhiên liệu ở mức tối ưu tại bất kỳ

Trên ôtô, hộp ECU động cơ của hệ thống phun xăng điển tử EFI là một hộp kimloại được lắp đặt vào nơi thoáng mát, không bị ảnh hưởng của nhiệt độ động cơ

Trang 26

Thông tin về vận tốc trục khuỷu và thông tin về khối lượng không khí nạp là hai yếu tố

cơ bản quyết định độ dài của thời gian mở van vòi phun xăng

1.3.3.2 Một số tín hiệu chính

a Tín hiệu G & tín hiệu NE

Tín hiệu G và NE được tạo ra bằng roto hay các đĩa tạo tín hiệu và cuộn nhậntín hiệu ECU động cơ sử dụng các tín hiệu này để nhận biết góc của trục khuỷu và tốc

độ động cơ Các tín hiệu này rất quan trọng không chỉ cho EFI mà còn cho cả hệ thốngESA

Động cơ TOYOTA COROLLA 5A – FE Sử dụng loại đặt trong bộ chia điện

 Tín hiệu G

Tín hiệu G báo cho ECU biết góc trục khuỷu tiêu chuẩn, được sử dụng để xác

định thời điểm đánh lửa và phun nhiên liệu so với điểm chết trên (TDC) của mỗi xy

lanh

Các bộ phận của bộ chia điện sử dụng để tạo tín hiệu này bao gồm:Rôto của tín hiệu G, được bắt vào trục bộ chia điện và quay một vòng

Trong hai vòng quay trục khuỷu

Cuộn nhận tín hiệu G, được lắp vào bên trong vỏ của bộ chia điện

Roto của tín hiệu G có 4 răng và kích hoạt cuộn nhận tín hiệu 4 lần trong mỗilần quay trục bộ chia điện, tạo ra tín hiệu dạng sóng như hình vẽ dưới

Hình 1.16 Sơ đồ tín hiệu đánh lửa và sơ đồ tín hiệu NE.

Từ tín hiệu này, ECU động cơ nhận biết được pitton nào ở gần điểm chết trên(TDC) (Ví dụ 100 trước điểm chết trên)

 Tín hiệu NE

Tín hiệu NE được ECU động cơ sử dụng để nhận biết tốc độ động cơ Tín hiệu

NE được sinh ra trong cuộn dây nhận tín hiệu từ roto giống như khi tạo ra tín hiệu G.Chỉ có sự khác biệt duy nhất là roto tín hiệu NE có 24 răng Nó kích hoạt cuộn nhậntín hiệu NE 24 lần trong một vòng quay của trục bộ chia điện, tạo ra tín hiệu dạng sóngnhư hình vẽ

Trang 27

Từ các tín hiệu này, ECU động cơ nhận biết tốc độ động cơ cũng như từng thayđổi 300 một góc quay trục khuỷu.

Khi có điốt trong mạch, sẽ có một điện áp khoảng 0.7 V khi đo điện áp giữ G-

và E1

Hình 1.7 Sơ đồ tín hiệu ECU

b Cảm biến vị trí bướm ga.

Cảm biến vị trí bướm ga được lắp trên cổ họng gió Cảm biến này chuyển hoágóc mở bướm ga thành một điện áp và gửi nó đến ECU như là một tín hiệu về góc mởbướm ga Tín hiệu IDL được sử dụng chủ yếu để điều khiển cắt nhiên liệu khi giảmtốc và hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa, còn tín hiệu VTA và PSW được dùng chủ yếu đểtăng lượng phun nhiên liệu nhằm tăng công suất ra

Động cơ 5A – FE sử dụng loại 2 tiếp điểm bật tắt

Hình 1.18 Cảm biến vị trí bướm ga và sơ đồ tín hiệu.

1 Công tắc toàn tải (Pv) 4 Công tắc không tải.(Po)

2 Cam đóng mở công tắc 5 Giắc tín hiệu ra

3 Trục điều khiển bướm ga

Trang 28

Cảm biến vị trí bướm ga loại này nhận biết hoặc là động cơ đang ở chế độkhông tải hay tải nặng bằng các tiếp điểm không tải (IDL) hay trợ tải (PSW) Cảmbiến vị trí bướm ga đưa ra 2 tín hiệu đến ECU; tín hiệu IDL và tín hiệu PSW Tín hiệuIDL sử dụng chủ yếu cho việc điều khiển ngắt nhiên liệu còn tín hiệu PSW sử dụngchủ yếu cho việc tăng lượng phun nhiên liệu và tăng công suất ra của động cơ.

 Hoạt động

Tiếp điểm không tải Khi bướm ga ở vị trí đóng, ( nhỏ hơn 1.5 từ vị trí đóng

hoàn toàn), tiếp điểm động và tiếp điểm không tải tiếp xúc với nhau báo cho ECU biếtđộng cơ đang ở chế độ không tải Tín hiệu này cũng dùng cho việc cắt nhiên liệu khigiảm tốc

Tiếp điểm trợ tải: Khi bướm ga mở một góc khoảng 500 hay 600 ( tuỳ theo động

cơ ) từ vị trí đóng, tiếp điểm động và tiếp điểm trợ tải tiếp xúc với nhau và xác địnhchế độ đầy tải

Tiếp điểm không tiếp xúc: Trong tất cả các thời gian còn lại, tiếp điểm không

tiếp xúc

Hiện tượng giật cục: Tốc độ động cơ mà tại đó nhiên liệu bị cắt và phun trở lại

khác nhau tuỳ theo nhiệt độ nước làm mát Mặc dù vậy, ví dụ nếu nhiên liệu bị cắt tạitốc độ 2500v/phút và phun trở lại tại 2000v/p, động cơ sẽ chết máy do nhiên liệu bị cắtkhi tốc độ đạt 2500v/p và phun trở lại khi tốc độ đạt dưới 2000v/p Qúa trình này lặp

đi lặp lại nhiều lần, như trong hình vẽ, gây nên hiện tượng giật cục

Hình 1.20 Hiện tượng giật cục.

Nước, bụi trong cảm biến vị trí bướm ga sẽ làm tiếp điểm không tải bị dính,nhiên liệu bị cắt và hiện tượng giật cục xảy ra khi lái xe Như trong sơ đồ ta thấy biểuthị sự giật cục ở 2500v/p và trở lại ở 2000v/p

Hình 1.21 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga.

Trang 29

c Tín hiệu IGF (xác nhận đánh lửa).

IC đánh lửa

Mạch tạo Tín hiệu GF

Mạch điều khiển Đánh lửa

IGF ECU động cơ

Hình 1.22 Mạch tín hiệu IGF xác nhận đánh lửa.

Sức điện động đảo chiều tạo ra khi dòng điện trong cuộn sơ cấp bị ngắt làm chomạch điện này gửi một tín hiệu IGF đến ECU, nó sẽ biết được việc đánh lửa có thực

sự diễn ra hay không nhờ tín hiệu này

Tín hiệu này được sử dụng để chuẩn đoán lỗi động cơ Một số kiểu xe tín hiệuIGF bật khi IGT tắt và ngược lại, khi dòng sơ cấp vượt quá giá trị cho phép

Mạch điều khiển góc đóng tiếp điểm

Mạch này điều khiển khoảng thời gian Tr2 bật để đảm bảo điện áp thứ cấp thíchhợp (hình 1.5.5)

Mạch tạo tín hiệu IGF.

Mạch này tạo tín hiệu IGF và gửi nó đến ECU (hình 1.4.5)

Mạch chống khoá.

Mạch này tắt cưỡng bức Tr2 nếu nó bị khoá (có nghĩa là dòng điện chạy liêntục trong một chu kỳ dài hơn mức quy định) để bảo vệ cuộn đánh lửa và Tr2

Mạch ngăn điện áp vượt quá mức

Mạch này tắt cưỡng bức Tr2 nếu điện áp nguồn cung cấp quá cao để bảo vệ Tr2

Có 4 loại van ISC như sau:

+ Loại môtơ bước

+ Loại cuộn dây điện từ quay

+ Loại ACV (van điều khiển ) điều khiển theo hệ số tác dụng

Trang 30

+ Loại VSV (van đóng mở chân không) điều khiển bật tắt.

Các chức năng điều khiển trong hệ thống ISC khác nhau tuỳ theo kiểu động cơ

Do lượng không khí đi qua van ISC loại ACV điều khiển theo hệ số tác dụng và loạiVSV điều khiển bật - tắt là nhỏ, nên cần có một van khí phụ riêng biệt để điều khiểnlượng khí nạp lớn hơn trong quá trình khởi động

Loại ACV điều khiển bằng hệ số tác dụng

Hình 1.23 Sơ đồ van ACV điều khiển theo hệ số.

Kết cấu của loại van ISC này như trong hình vẽ trên Khi dòng điện chạy qua

do tín hiệu từ ECU động cơ, cuộn dây bị kích thích và van chuyển động Điều này sẽthay đổi khe hở giữa van điện từ và thân van, điều khiển được tốc độ không tải (Tuynhiên, tốc độ không tải nhanh được điều khiển bằng van khí phụ)

Trong hoạt động thực tế, dòng điện qua dây được bật tắt khoảng 100 lần/giây,nên vị trí van điện từ được xác định bằng tỷ lệ giữa thời gian dòng điện chạy qua sovới thời gian mà nó tắt (có nghĩa là hệ số tác dụng)

Nói theo một cách khác, van mở rộng khi dòng điện chạy lâu hơn trong cuộndây

1.3.3.4 Một số tín hiệu hiệu chỉnh khác

Một số tín hiệu hiệu chỉnh khác gồm:

- Cảm biến nồng độ ôxy

- Cảm biến nhiệt độ khí nạp (THA)

- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW)

- Tín hiệu đánh lửa của động cơ

Trang 31

- Tín hiệu NSW (công tắc khởi động trung gian).

- Công tắc nhiệt độ nước làm mát (TSW)

1.3.3.5 Điều khiển kim phun nhiên liệu.

Động cơ 5A-FE sử dụng kiểu phun nhiên liệu kiểu phun đồng thời Nhiên liệuđược phun đồng thời vào các xi lanh tương ứng một lần sau mỗi vòng quay của trụckhuỷu Lượng nhiên liệu cần thiết để đốt cháy được phun trong 2 lần phun

Hình 3.17 Phun đồng thời

- Điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu

ECU động cơ làm thay đổi lượng phun nhiên liệu bằng cách thay đổi thời gian phun của kim phun Thời gian phun nhiên liệu thực tế được xác định bằng 2 mục sau

1 Thời gian phun nhiên liệu cơ bản được xác định bằng lượng khí nạp và tốc độ động cơ

2 Các thời gian phun hiệu chỉnh khác nhau được xác định bằng các cảm biến khác nhau Thời gian phun mà ECU động cơ cuối cùng truyền vào kim phun được bổ sung các hiệu chỉnh thời gian phun cơ bản Có các hiệu chỉnh sau:

• Làm đậm để khởi động

• Làm đậm để hâm nóng

• Hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ không khí - nhiên liệu (chỉ có ở một số kiểu xe)

Trang 32

• Làm đậm để tăng tốc

• Cắt nhiên liệu

• Làm đậm để tăng công suất

• Các hiệu chỉnh khác

Hình 3.18 Mạch điện điều khiển kim phun.

Các kim phun mắc song song với nhau Do vậy chỉ cần cung cấp một xung điềukhiển thì tất cả các kim phun sẽ đồng loạt được kích hoạt Cuộn điện từ trong kimphun là loại kim phun điện trở cao (high resistance injector), do vậy không cần sửdụng thêm điện trở kéo bên ngoài Đo bằng đồng hồ vạn năng xác định được điện trởcủa các kim phun là 23Ω Tồn tại hai loại điều khiển kim phun là: điều khiển bằngđiện áp (voltage controlled injector) và điều khiển bằng dòng điện (current controlled Injector)

Hình 3.19 Phản ứng của kim phun.

Nhận thấy khi điều khiển kiểu dòng điện với tín hiệu hồi tiếp đóng và mở transistor

‘chắc’ hơn Kim phun mở nhanh hơn và đóng ngay sau khi kết thúc xung điều khiển

Trang 33

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA

2.1 Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống đánh lửa điện tử

Hệ thống đánh lửa trên ôtô có nhiệm vụ biến dòng một chiều hạ áp 12V thànhxung điện cao áp 12 kV ÷ 24 kV và tạo ra tia lửa điện trên bugi để đốt cháy hỗn hợpkhí - xăng trong xylanh ở cuối kỳ nén Nhiệm vụ đó đòi hỏi hệ thống đánh lửa phảibảo đảm được các yêu cầu chính sau:

- Tạo ra điện áp đủ lớn (12kV ÷ 24kV) từ nguồn hạ áp một chiều 12 V

- Tia lửa điện phóng qua khe hở giữa hai cực của bugi trong điều kiện áp suấtlớn, nhiệt cao phải đủ mạnh để đốt cháy hỗn hợp khí - xăng ở mọi chế độ

Thời điểm phát tia lửa trên bugi trong từng xylanh phải đúng theo góc đánh lửa

và thứ tự đánh lửa quy định

2.2 Phân loại hệ thống đánh lửa điện tử

Phân loại hệ thống đánh lửa điện tử gồm:

- Hệ thống đánh lửa bán dẫn

- Hệ thống đánh lửa lập trình có bộ chia điện

- Hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện

2.2.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn

a Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa bán dẫn.

Trang 34

b Nguyên lí hoạt động

Khi khóa điện bật,ắc quy cấp (+) cho cuộn sơ cấp bô bin,chờ âm ở cực C: đồngthời ắc quy cấp (+) vào mạch điều khiển Trong khi quay bộ chia điện thì cánh phátxung sẽ quay, mỗi lần cánh phát xung lướt qua đầu cuộn dây phát xung thì cuộn dâyphát xung thì cuộn dây sẽ cảm ứng một cặp xung dưởng âm, số cặp xung này bằng sốcánh phát xung Xung của cảm biến đánh lửa này được gửi về mạch điều khiển, và cóquy ước đầu dương âm Khi xung của cảm biến đánh lửa thấp hơn một ngưỡng quyđịnh thì mạch điều khiển của IC đánh lửa sẽ điều khiển cho transistor ON, thông âmcho bô bin và tạo dòng sơ cấp, tạo ra từ trường Khi phần xung dương của cảm biếnbằng hoặc lớn hơn ngưỡng qui định thì mạch điều khiển transistor OFF, ngắt dòng sơcấp,từ thông biến thiên cực lớn và xung điện cao áp được sinh ra ở cuộn thứ cấp của

bô bin, xung cao áp này thông qua dây cao áp truyền đến nắp chia điện bugi,tạo tia lửađiện ở bugi

2.2.2 Hệ thống đánh lửa lập trình có bộ chia điện

Nguyên lý chung của hệ thống đánh lửa điện tử

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống

Khi ECU động cơ nhận được tín hiệu gửi về, trong đó quan trọng nhất là các xung G, xung NE và tín hiệu của cảm biến đo gió, bộ xử lý của ECU sẽ tính toán và chọn ngay ra một điểm trên bề mặt lập trình, tức là chọn ngay một góc đánh lửa sớm tối ưu ở tốc độ và mức tải đó (chương trình đánh lửa sớm ESA - Electronic Spark

1 Tín hiệu tốc độ động cơ

2 Tín hiệu vị trí trí trục khủy

3 Tín hiệu lưu lượng khí nạp

4 Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga

5 Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát

6 Tín hiệu điện áp ắc quy

7 Tín hiệu kích nổ

Trang 35

Advance) Rồi thông qua một bóng điều khiển trong ECU xuất xung IGT (ignition timing) tới IC đánh lửa Khi IC đánh lửa nhận được xung IGT ở đầu vào mạch

transisitor, mạch này điều khiển bóng Transistor ON để nối mát cho cuộn sơ cấp W1 của bôbin qua chân C của IC đánh lửa Khi đó xuất hiện dòng sơ cấp trong bôbin tạo

ra từ trường, từ trường tồn tại trong bôbin cho tới khi bóng Transistor OFF, khi đó từ thông biến thiên cực nhanh và cảm ứng ra xung cao áp ở cuộn dây thứ cấp W2 của bôbin Xung cao áp này được bộ chia điện đưa đến bugi theo thứ tự nổ của động cơ (hoặc tới thẳng bugi), tạo tia lửa điện đốt cháy hòa khí

2.2.3 Hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện

Hình 2.3 Hệ thống đánh lửa trực tiếp.

Trong hệ thống đánh lửa trực tiếp (ĐLTT), bộ chia điện không còn được sửdụng nữa Thay vào đó, hệ thống ĐLTT cung cấp một bô bin cùng với một IC đánhlửa độc lập cho mỗi xy-lanh Vì hệ thống này không cần sử dụng bộ chia điện hoặcdây cao áp nên nó có thể giảm tổn thất năng lượng trong khu vực cao áp và tăng độbền Đồng thời nó cũng giảm đến mức tối thiểu nhiễu điện từ, bởi vì không sử dụngtiếp điểm trong khu vực cao áp Chức năng điều khiển thời điểm đánh lửa được thựchiện thông qua việc sử dụng ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử) ECU của động cơ nhậnđược các tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, tính toán thời điểm đánh lửa, truyền tínhiệu đánh lửa đến IC đánh lửa Thời điểm đánh lửa được tính toán liên tục theo điềukiện của động cơ, dựa trên giá trị thời điểm đánh lửa tối ưu đã được lưu giữ trong máytính, dưới dạng một bản đồ ESA So với điều khiển đánh lửa cơ học của các hệ thốngthông thường thì phương pháp điều khiển bằng ESA có độ chính xác cao hơn và khôngcần phải đặt lại thời điểm đánh lửa Kết quả là hệ thống này giúp cải thiện tiết kiệm

Trang 36

nhiên liệu và tăng công suất phát ra

Hệ thống đánh lửa trực tiếp bao gồm các bộ phận sau đây:

Cảm biến vị trí trục khuỷu (NE): Phát hiện góc quay trục khuỷu (tốc độ động cơ) Cảm biến vị trí của trục cam (G): Nhận biết xy lanh, kỳ và theo dõi định thời của

trục cam

Cảm biến kích nổ (KNK): Phát hiện tiếng gõ của động cơ

Cảm biến vị trí bướm ga (VTA): Phát hiện góc mở của bướm ga

Cảm biến lưu lượng khí nạp (VG/PIM): Phát hiện lượng không khí nạp.

Cảm biến nhiệt độ nước (THW): Phát hiện nhiệt độ nước làm mát động cơ

Bô bin và IC đánh lửa: Đóng và ngắt dòng điện trong cuộn sơ cấp vào thời điểm

tối ưu Gửi các tín hiệu IGF đến ECU động cơ

ECU động cơ: Phát ra các tín hiệu IGT dựa trên các tín hiệu từ các cảm biến khác

nhau, và gửi tín hiệu đến bô bin có IC đánh lửa

Bugi: Phát ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hòa khí

2.3 Các khối chính trong hệ thống đánh lửa

2.3.1 Khối điều khiển ECU

a Bộ ổn áp

Máy phát điện và acquy trong ôtô cung cấp điện áp 12V không ổn định, lúc caohơn lúc thấp hơn Chíp vi điều khiển và các cảm biến với những linh kiện điện tử bándẫn cần điện áp nhỏ hơn và ổn định Vì thế cần có một bộ ổn áp cung cấp điện áp ổnđịnh.Người ta sử dụng IC ổn áp để thực hiện việc này:

Hình 2.4 Mạch ổn áp dùng IC

b Bộchuyển đổi Analog/Digital (A/D).

Các hoạt động của động cơ thường rất nhanh , do vậy tín hiệu điều khiển từECU truyền đi cũng phải tương ứng Do vậy giải pháp truyền tín hiệu trong hệ thống làtruyền song song Các cảm biến liên tục và đồng loạt gửi tín hiệu đến ECU Những tínhiệu có nhiều mức giá trị như nhiệt độ nước làm mát, nhiệt dộ khí nạp, cảm biến oxy,vận tốc trục cam đều là tín hiệu dạng tương tự… sẽ được chuyển đổi sang tín hiệudạng số Chíp vi điều khiển sử dụng truyền tin dạng 8 bít Ví dụ với tín hiệu từ cảm

Trang 37

biến nhiệt độ nước làm mát có dải điện áp thay đổi từ 0 - 5V ứng với nhiệt độ thay đổi

từ 176ºF đến 0ºF sẽ có 256 mức tín hiệu, mỗi mức tương ứng với 5/256 = 0,0195Vol

c Vi điều khiển

Có rất nhiều họ vi điều khiển và do nhiều hãng chế tạo được sử dụng trongECU: General Instrument, Motorola, Dallas… Nhưng đều có nhiệm vụ chung là xử lýtín hiệu gửi đến từ cảm biến và đưa ra cơ cấu chấp hành theo một chương trình đã địnhsẵn Chíp vi điều khiển trong ECU động cơ 5A FE có dạng hình thanh 42 chân vào/ra

Hình 2.5 Vi điều khiển

Cấu tạo chung của vi điều khiển sẽ gồm có các chân vào/ra (I/O) để nhận vàtruyền dữ liệu, CPU xử lý các phép toán cộng trừ nhân chia và các phép toán logic.Ram để lưu các dữ liệu xử lý tức thời, Rom bộ ghi nhờ trương chình do nhà sản xuấtcài vào, cùng các đường các đường truyền dữ liệu (BUS)

d Chương trình điều khiển.

Chương trình điều khiển do nhà sản xuất nạp vào trong bộ nhớ Rom của vi điềukhiển Vi điều khiển dựa vào chương trình để xử lý tín hiệu và điều khiển các bộ phậnhoạt động Chương trình thường được viết bằng hợp ngữ sau khi được dịch sang dạngmã máy để vi điều khiển hiểu được sẽ được nạp vào trong bộ nhớ Prom Ví dụ tại chânI/O – P0.1 của vi điều khiển nối với cực IDL xuất hiện mức bít 0 điều này có nghĩabướm ga đóng, động cơ chạy ở chế độ không tải Ngay lập tức vi điều khiển sẽ truyềnmột bít cao 1 đến chân I/O- P2.1, chân này nối với bộ khuyếch đại điều khiển van điện

từ mở mạch không tải Thông thường vi điều khiển sẽ có hai phương thức để điềukhiển các hoạt động của các bộ phận.Một là dựa vào các sự kiện mới do cảm biến gửiđến đển tiến hành ngắt ưu tiên các phục vụ mới Hai là vi điều khiển sẽ liên tục kiểmtra các hoạt động và nếu phát hiện cần ưu tiên phục vụ chức năng nào sẽ phục vụ chứcnăng đó

Tạo trễ: tùy theo hộp vi điều khiển mà có các công cụ tạo trễ hay bộ định thờikhác nhau Nhưng về bản chất là việc cho vi điều khiển lặp đi lặp lại một số hạn địnhlệnh nào đó,mỗi lệnh vi điều khiển sẽ xử lý mất η giây.Từ đó xác định số lần lặp để cóthời gian trễ hợp lý nhất

e Ý nghĩa các cực của ECU.

Trang 38

hiệu

Tên cọc đấu dây

≠10 Tín hiệu điều khiển vòi phun RSC

≠20 Tín hiệu điều khiển vòi phun RSO

hồi tỉ lệ không khí/nhiên liệu

OX Tín hiệu nồng độ khí xả động cơ TE2 Cực âm (–)

KNK Tín hiệu cẩm biến kích nổ ELS Tín hiệu phụ tải điện

NE¯ Chân mát của tín hiệu tốc độ trục

khuỷu

ELS2 Mát của tín hiệu đèn pha

NE+ Tín hiệu tốc độ trục khuỷu động

cơ

SPD Tín hiệu tốc độ bánh xe

IGT Tín hiệu xác định thời điểm đánh

lửa

AC1 Tiins hiệu điều hòa không khí

THA Tín hiệu nhiệt độ khí nạp EGW Đèn báo nhiệt độ của chất xúc

tác chuyển đổi

VC Nguồn nuôi cảm biến chân

không

BATT Từ dương ắc quy

PIM Tín hiệu cảm biến chân không W Tín hiệu cho đèn kiểm tra

VTA Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga OD2 Tín hiệu điều khiển cắt ODTHW Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước

làm mát động cơ

E2 Chân mát của cảm biến chân

Trang 39

Hình 2.6 Các cực của ECU

2.3.2 Cảm biến vị trí trục khuỷu (G) và tốc độ động cơ (NE)