HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ XE TOYOTA VIOS

Giúp sinh viên tìm hiểu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống điện điện tử trên độngc cơ phun xăng điện tử. Kết nối máy chẩn đoán với động cơ để xác định hư hỏng một cách chính xác và nhanh chóng trong hệ thống đánh lửa và phun xăng điện tử trên động cơ 1NZFE nói riêng và các động cơ hiện đại nói chung.

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành điện tử thì đối với ngành Côngnghệ Ôtô cũng có sự phát triển mạnh mẽ Việc ứng dụng linh kiện bán dẫn, thiết bịđiện tử được trang bị trên động cơ ôtô nhằm mục đích tăng công suất động cơ,giảm được suất tiêu hao nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường

Việc khảo sát xây dựng mô hình hệ thống nhiên liệu điều khiển điện, điện tửtrên động cơ đánh lửa cưỡng bức giúp em tìm hiểu nghiên cứu sâu hơn hệ thốngđiều khiển điện, điện tử trên động cơ Ôtô Đây cũng là lý do nhóm chúng em chọnđề tài này làm đề tài tốt nghiệp, với mong muốn nghiên cứu thiết kế được mô hìnhđộng cơ có hệ thống đánh lửa, phun xăng điện tử trên động cơ 1NZ-FE Khảo sátxây dựng được các hệ thống điện điện tử trên động cơ

Do kiến thức của em còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệutham khảo còn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của

em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô giáo trong bộ mônchỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Qua đây cho em gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo trong trườngđặc biệt là thầy cô giáo trong Khoa cơ Khí Giao Thông đã tận tình dạy bảo emtrong suốt hai năm học vừa qua

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo “Dương Việt Dũng và thầy Dương ĐìnhNghĩa” đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất

Đà nẵng, ngày tháng năm 2013

Sinh viên thực hiện

Ứng dụng giảng thực hành có tính thực tế cao, giúp ích cho việc giảng dạy

và tiếp thu bài của sinh viên nhằm nâng cao hiệu quả học tập của sinh viên Gópphần hiện đại hóa phương tiện và phương pháp dạy thực hành trong giáo dục-đàotạo

Giúp sinh viên tìm hiểu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thốngđiện điện tử trên độngc cơ phun xăng điện tử

Kết nối máy chẩn đoán với động cơ để xác định hư hỏng một cách chính xác

và nhanh chóng trong hệ thống đánh lửa và phun xăng điện tử trên động cơ

1NZ-FE nói riêng và các động cơ hiện đại nói chung

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ

TRÊN ĐỘNG CƠ XE TOYOTA VIOS

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN

TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ

Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp - ông Stevan - đã nghĩ ra cách phunnhiên liệu cho một máy nén khí Sau đó một thời gian, một người Đức đã chophun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả Đầu thế kỷ 20,người Đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiênliệu dùng trên động cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp).Tuy nhiên, sau đó sáng kiến này đã được ứng dụng thành công trong việc chế tạo

hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức Đến năm 1966, hãng BOSCH

đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí Trong hệ thốngphun xăng này, nhiên liệu được phun liên tục vào trước xupap hút nên có tên gọi

là K – Jetronic (K- Konstant – liên tục, Jetronic – phun) K – Jetronic được đưavào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nềntảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE –Jetronic, Mono-Jetronic, L-Jetronic, Motronic…

Tên tiếng Anh của K-Jetronic là CIS (Continuous Injection System) đặctrưng cho các hãng xe Châu Âu và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K –Jetronic- với cảm biến oxy và KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển bằng điện tử)hoặc KE – Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm) Do hệ thống phun cơ khícòn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80, BOSCH đã cho ra đời hệ thốngphun sử dụng kim phun điều khiển bằng điện Có hai loại: hệ thống L-Jetronic(lượng nhiên liệu được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D-Jetronic(lượng nhiên liệu được xác định dựa vào áp suất trên đường ống nạp) Đến năm

1984, người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thống phun xăngL-Jetronic và D-Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với động cơ 4A –ELU) Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L – Jetronic thay cho bộ chế hòa khí của

xe Nissan Sunny

Ngày nay, gần như tất cả các ôtô đều được trang bị hệ thống điều khiểnđộng cơ cả xăng và diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được các yêucầu gắt gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu Thêm vào đó, công suất động cơcũng được cải thiện rõ rệt.

Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời Đó

là động cơ phun trực tiếp: GDI (gasoline direct injection) Trong tương lai gần,chắc chắn GDI sẽ được sử dụng rộng rãi

1.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ

Hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ cưỡng bức điều khiển việc cấphỗn hợp khí nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh, có thể đạt được tỉ lệ khí nhiênliệu chính xác với tất cả các dải tốc độ động cơ Đáp ứng kịp thời với sự thay đổigóc mở bướm ga

Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng: có thể làm đậm hỗnhợp khi nhiệt độ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc Hiệu suất nạp hỗn hợpkhông khí- nhiên liệu cao Hệ thống phun nhiên liệu có thể được phân loại theonhiều kiểu Nếu phân biệt theo cấu tạo kim phun, ta có 2 loại:

Loại CIS (Continuous Injection System)

Đây là hệ thống kiểu sử dụng kim phun cơ khí, chỉ sử dụng trên một sốđộng cơ, bộ phun mở liên tục, sự thay đổi áp suất đối với nhiên liệu sẽ làm thayđổi lượng nhiên liệu được phun Gồm bốn loại cơ bản sau:

Hệ thống K – Jetronic: Đây là hệ thống phun nhiên liệu được điều khiểnhoàn toàn 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 cáckiểu phun xăng điện tử ngày nay Nó có các đặc điểm như không cần những cơcấu dẫn động của động cơ, có nghĩa là động tác điều chỉnh xăng phun ra do chính

độ chân không trong ống hút điều khiển, xăng phun ra liên tục và được xác địnhtùy theo khối lượng không khí nạp Được sử dụng cho các xe như Audi : coupe,Quattro, 80, 90, 100, 200; xe BMW: 318, 520…

Hệ thống K – Jetronic có cảm biến khí thải: có thêm một cảm biến oxy

Hệ thống KE – Jetronic: hệ thống K-Jetronic với mạch điều chỉnh áp lựcphun bằng điện tử Hệ thống phun xăng KE-Jetronic được hãng BOSCH chế tạodựa trên nền tảng của hệ thống K-Jetronic và K-Jetronic với van tần số Các nhàthiết kế nhận thấy rằng ở hệ thống K-Jetronic với van tần số thì độ chính xáckhông cao lắm do các cảm biến sử dụng để nhận biết tình trạng làm việc của động

cơ còn quá ít và việc sử dụng van tần số để hiệu chỉnh áp lực các buồng dưới,cũng như dùng bộ điều chỉnh áp lực theo nhiệt độ để hiệu chỉnh tỷ lệ hỗn hợp đểđáp ứng các chế độ làm việc của động cơ là chưa hoàn thiện… Bởi vì các chế độ

4

làm việc của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào thời gian mở và đóng của van tần số

và sự thay đổi của áp suất điều chỉnh trên đỉnh piston Nếu sự phối hợp cả hai yếutố trên là không đồng bộ thì độ tin cậy làm việc của hệ thống là không đảm bảo

Để khắc phục nhược điểm trên cũng như dựa vào cơ sở của hệ thống K-Jetronicvới van tần số, các nhà chế tạo đã đưa ra loại KE-Jetronic Ở hệ thống KE-Jetronic, tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng với các điều kiện hoạt động của động cơ dựavào sự thay đổi áp lực nhiên liệu của các buồng dưới của các bộ chênh lệch ápsuất, nhưng áp suất điều khiển ở trên đỉnh piston điều khiển là được giữ cố định.Các cảm biến bố trí xung quanh động cơ của KE-Jetronic được sử dụng nhiều hơn,tín hiệu từ các cảm biến được gửi về trung tâm điều khiển điện tử và từ đó trungtâm điều khiển sẽ làm thay đổi áp suất trong hệ thống để đáp ứng tốt các yêu cầulàm việc của động cơ

Như vậy chúng ta thấy rằng ngoài việc định lượng nhiên liệu bằng cơ khínhư K- Jetronic, hệ thống điện điều khiển của KE-Jetronic sẽ điều chỉnh lại lượngnhiên liệu cung cấp đến các kim phun dựa vào tình trạng làm việc của động cơtheo các chế độ tải, điều kiện môi trường, nhiệt độ động cơ… Ở hệ thống KE-Jetronic hình dạng phễu không khí được chế tạo sao cho tỷ lệ hỗn hợp luôn ởmức l=1 cho tất cả các chế độ hoạt động của động cơ

Hệ thống KE – Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng điệntử

Loại AFC (Air Flow Controlled Fuel Injection) Sử dụng kim phun điềukhiển bằng điện Hệ thống phun xăng với kim phun điện có thể chia làm 2 loạichính:

D-Jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất): với lượngxăng phun được xác định bởi áp suất sau cánh bướm ga bằng cảm biến MAP(manifold absolute pressure sensor)

L-Jetronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là không khí): là hệ thốngphun xăng đa điểm điều khiển bằng điện tử Xăng được phun vào cửa nạp của cácxylanh động cơ theo từng lúc chứ không phun liên tục Quá trình phun xăng vàđịnh lượng nhiên liệu được thực hiện theo hai tín hiệu gốc: tín hiệu về khối lượngkhông khí đang nạp vào và tín hiệu về vận tốc trục khuỷu của động cơ Chức năng

được tính toán dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió loại cánh trượt.Sau đó có các phiên bản: LH – Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt, LU –Jetronic với cảm biến gió kiểu siêu âm…

Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC đượcchia làm 2 loại:

Loại TBI (Throttle Body Injection) - phun đơn điểm Hệ thống này còn cócác tên gọi khác như: SPI (single point injection), CI (central injection), Mono –Jetronic Đây là loại phun trung tâm Kim phun được bố trí phía trên cánh bướm

ga và nhiên liệu được phun bằng một hay hai kim phun Nhược điểm của hệ thốngnày là tốc độ dịch chuyển của hòa khí tương đối thấp do nhiên liệu được phun ở vịtrí xa supap hút và khả năng thất thoát trên đường ống nạp

Loại MPI (Multi Point Fuel Injection) - phun đa điểm Đây là hệ thống phunnhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xylanh được bố trí gần supap hút(cách khoảng 10 – 15 mm) Ống góp hút được thiết kế sao cho đường đi củakhông khí từ bướm ga đến xylanh khá dài, nhờ vậy, nhiên liệu phun ra được hòatrộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc Nhiên liệu cũng không còn thất thoát trênđường ống nạp Hệ thống phun xăng đa điểm ra đời đã khắc phục được các nhượcđiểm cơ bản của hệ thống phun xăng đơn điểm Tùy theo cách điều khiển kimphun, hệ thống này có thể chia làm 3 loại chính: phun độc lập hay phun từng kim(independent injection), phun nhóm (group injection) hoặc phun đồng loạt(simultaneous injection)

Nếu căn cứ vào đối tượng điều khiển theo chương trình, người ta chia hệthống điều khiển động cơ ra 3 loại chính: chỉ điều khiển phun xăng (EFI -electronic fuel injection theo tiếng Anh hoặc Jetronic theo tiếng Đức), chỉ điềukhiển đánh lửa (ESA - electronic spark advance) và loại tích hợp tức điều khiển cảphun xăng và đánh lửa (hệ thống này có nhiều tên gọi khác nhau: Bosch đặt tên làMotronic, Toyota có tên (TCCS - Toyota Computer Control System), Nissan gọitên là (ECCS - Electronic Concentrated Control System…) Nhờ tốc độ xử lý củaCPU khá cao, các hộp điều khiển động cơ đốt trong ngày nay thường gồm cả chứcnăng điều khiển hộp số tự động và quạt làm mát động cơ

Nếu phân biệt theo kỹ thuật điều khiển ta có thể chia hệ thống điều khiểnđộng cơ làm 2 loại: analog và digital Ở những thế hệ đầu tiên xuất hiện từ 1979đến 1986, kỹ thuật điều khiển chủ yếu dựa trên các mạch tương tự (analog) Ở các

hệ thống này, tín hiệu đánh lửa lấy từ âm bobine được đưa về hộp điều khiển để từ

đó hình thành xung điều khiển kim phun Sau đó, đa số các hệ thống điều khiểnđộng cơ đều được thiết kế, chế tạo trên nền tảng của các bộ vi xử lý (digital)

6

1.3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XE TOYOTA VIOS

1.3.1 Động cơ:

Trên xe TOYOTA VIOS nhà sản xuất sử dụng hai kiểu động cơ mang kýhiệu :

- 1.5G(1NZ –FE, TCCS – phun xăng đa điểm)

- 1.3E(2NZ –FE , TCCS – phun xăng đa điểm)

1.3.2 Bố trí tay lái: Tay lái thuận /tay lái nghịch

1.3.3 Hộp số: Sử dụng hộp số thường 5 số hoặc hộp số tự động

1.3.4 Kích thước trọng lượng

Bảng 1-1: Trọng lượng và kích thước xe

Trọng lượng toàn tải 1450 kg

Trọng lượng không tải 950 kg

Dài x rộng x cao toàn bộ 4285mm x 1700mm x 1460mm

Chiều rộng cơ sở 1480 mm

Khoảng sáng gầm xe 150 mm

1.3.5 Hệ thống treo:

- Trước : Sử dụng hệ thống treo độc lập McPherson với thanh cân bằng

- Sau : Dùng thanh xoắn ETA với thanh cân bằng

1.3.6 Hệ thống phanh:

TOYOTA VIOS được trang bị hệ thống chống hãm cứng phanh ABS kếthợp với hệ thống hỗ trợ phanh BA và phân phối lực phanh điện tử EBD

Kiểu phanh Trước/Sau : Đĩa/Tang trống(hoặc đĩa)

1.3.7 Quỹ đạo quay vòng:

Bán kính quay vòng tối thiểu (mm): 4900

1.3.8 Hệ thống an toàn: có trang bị túi khí (hệ thống SRS) cho tài xế và

hành khách

1.3.9 Hệ thống chẩn đoán hư hỏng

1.3.10 Hệ thống kiểm soát khí thải

Trên xe TOYOTA VIOS, để giảm thiểu đến mức thấp nhất lượng khí CO –

HC – NOx thải ra từ động cơ, nhà sản xuất trang bị bộ lọc khí xả 3 thành phầnTWC (Three Way Catalist) được bố trí trên đoạn trước của đường ống thải đồngthời kết hợp với hệ thống điều khiển nhiên liệu mạch kín của TCCS để tỉ lệ xăng –khí luôn đạt đến giá trị lý tưởng nhằm làm tăng hiệu quả lọc của bộ TWC Bêncạnh đó nhà sản xuất còn trang bị hệ thống EVAP( hệ thống kiểm soát nhiên liệubay hơi từ bình xăng) để tiết kiệm nhiên liệu và tránh cho hơi xăng bốc hơi ra môitrường từ bình chứa nhiên liệu

1.3.11 Các cảm biến

- Cảm biến Ôxy: trang bị 2 cảm biến Ôxy cho hệ thống điều khiển nhiênliệu mạch kín, cảm biến 1 đặt trước bộ lọc khí xả 3 thành phần TWC và cảm biến

2 đặt sau TWC

- Cảm biến áp suất dầu trợ lực lái

- Cảm biến vị trí trục khuỷu kết hợp với cảm biến tốc độ động cơ: loại cảmbiến điện từ 34 răng (có 1 răng khuyết) được bố trí tại puly trục khuỷu

- Cảm biến vị trí trục cam: loại điện từ 3 răng không đều (bố trí trên nữađường tròn) đặt tại trục cam nạp

- Cảm biến lưu lượng khí :MAF sensor (cảm biến khối lượng không khí )

- Cảm biến tốc độ xe: đặt tại trục thứ cấp hộp số

- Cảm biến vị trí bướm ga: kiểu tuyến tính, 3 chân (Vc,VTA,E)

Và thêm nhiều cảm biến khác

1.3.12 Hệ thống nâng hạ kính và khóa cửa

Hệ thống nâng hạ kính điều khiển bằng điện và hệ thống khoá cửa trung tâm(Lock Center)

1.4 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ XE TOYOTA VIOS (1NZ – FE) 1.4.1 Đặc điểm và thông số cơ bản của động cơ

Động cơ 1NZ-FE được lắp trên xe Toyota Vios Xe Toyota Vios là loại xe

du lịch 5 chỗ ngồi với ba loại Vios Limo, Vios 1.5E (sử dụng hộp số thường C50) và Vios 1.5G (sử dụng hộp số tự động U340E) Khả năng giảm xóc, chống rung tốt, hệ thống điều khiển phanh điện tử ABS, hệ thống lái trợ lực điện tạo cảm giác thoải mái và êm dịu cho mọi hành khách trong xe trên mọi nẻo đường.

Động cơ 1NZ-FE là động cơ xăng không chì thế hệ Z có 4 xylanh thẳng hàng, dung tích xylanh 1.5 liter, trục cam kép DOHC 16 xupáp dẫn động bằng xích, hệ thống van nạp thông minh VVT-i (Variable Valve Timing-intelligent),

hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS (Direct Ignition System) được sử dụng trong

8

động cơ này để đạt được hiệu suất cao, êm, tiết kiệm nhiên liệu và thải sạch hơn.

8 9

7 6 5 4

3

2 1

Hình 1-1 Mặt cắt dọc động cơ 1NZ-FE1-Vỏ bộ xoay cam ; 2-Cánh xoay ; 3-Bánh xích dẫn động trục cam ; 4-Puly dẫnđộng bơm nước ; 5-Bánh xích đầu trục khuỷu ; 6-Rôto cảm biến vị trí trục khuỷu ;7-

Vít xả dầu ; 8- Bánh đà ; 9-Bộ đánh lửa trực tiếp

12 13 14

9 10

11

6

5 4 3 2 1

Bảng 1.2 : Đặc tính kỹ thuật của động cơ 1NZ-FE

Số xy lanh và cách bố trí 4 xylanh, thẳng hàng

Cơ cấu phân phối khí

DOHC 16-xupáp(thay đổi góc phối khí VVTI)Dẫn động xích

Hệ thống nhiên liệu SFI

Đường kính x hành trình [mm] 75.0 x 84.7

Công suất tối đa 79kW @ 6000v/p

Moment xoắn tối đa 139N.m @ 4200v/p

Thời điểm phối

Trị số Octan nhiên liệu 90 hoặc hơn

Góc phối khí động cơ 1NZ-FE:

Hình 1 - 3 Phạm vi thay đổi góc đóng mở xu páp thông minh

trên động cơ 1NZ-FE

10

Bảng 1.3: Thông số bảo dưỡng:

- Các cảm biến:

1 Cảm biến khối lượng không khí nạp (Mass air flow meter): loại dây nhiệt

2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp (Intake air temperature sensor)

3 Cảm biến vị trí bướm ga (Throttle Position Sensor): kiểu phần tử Hall

4 Cảm biến vị trí trục khuỷu (Crankshaft Position Sensor)

5 Cảm biến vị trí trục cam (Camshaft Position Sensor)

6 Cảm biến kích nổ

7 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

8 Cảm biến áp suất dầu trợ lực lái

5 Hệ thống điều khiển thay đổi góc phối khí thông minh (VVT-i)

6 Hệ thống tự chuẩn đoán hư hỏng

1.4.2 Đặc điểm kết cấu các cụm chi tiết chính của động cơ

1.4.2.1 Nhóm thân máy –nắp máy

Hình 1-4 Nắp máy

1-Đường nạp; 2-Đường thảiNắp máy được đúc bằng hợp kim nhôm nhẹ, các trục cam đều được phân bốtrên đầu nắp máy Lắp đặt kim phun trong cửa nạp khí của nắp máy kết quả là sựtiếp xúc của nhiên liệu đập vào thành cửa nạp được tối thiếu hoá và tính kinh tếnhiên liệu được nâng cao Áo nước được lắp đặt giữa cửa xả và lỗ bu gi trên nắpmáy để giữ nhiệt độ đồng đều cho thành buồng cháy, điều này nâng cao chấtlượng làm mát cho buồng cháy và khu vực xung quanh bu gi

Thân máy được làm bằng hợp kim nhôm mà mục đích của việc này là giảmkhối lượng cho động cơ Bơm nước xoáy lốc và đường hút đến bơm được cungcấp đến thân máy Đặt tâm trục khuỷu lệch với đường tâm lỗ xi lanh, đường tâmcủa xi lanh được dịch chuyển 12 mm về phía đường nạp Như vậy, tác dụng củalực ngang khi áp suất khí thể lớn nhất sẽ giảm Sử dụng ống lót xi lanh thànhmỏng, khoảng cách giữa hai xi lanh là 8 mm nên chiều dài động cơ ngắn hơn

Hình 1-5 Thân máy1- Đường tâm trục khuỷu; 2- Đường tâm các xi lanh; A- Phía đầu động cơ;

B- Phía đường thải; C- Phía đường hút

12

1.4.2.2.Cơ cấu trục khuỷu-thanh truyền-piston

Hình 1-6 Kết cấu trục khuỷu động cơ 1NZ-FE

1 Vành răng cảm biến vị trí trục khuỷu; 2, Lỗ dầu bôi trơn;

3,4,5,6,8 Cổ trục khuỷu 1,2,3,4,5 ; 7 Cổ khuỷu; 9 Má khuỷu

* Thanh truyền

Thanh truyền được đúc bằng thép hợp kim Tiết diện thanh truyền của động

cơ 1NZ-FE có dạng chữ I Đầu nhỏ thanh truyền có dạng hình trụ rỗng và đượclắp tự do với chốt piston Đầu to thanh truyền được cắt thành hai nửa phần trên nốiliền với thân phần dưới là nắp đầu to thanh truyền và lắp với nhau bằng bulôngthanh truyền, mặt phẳng lắp ghép vuông góc với đường tâm trục thân thanhtruyền Bulông thanh truyền là loại bulông chỉ chịu lực kéo, có mặt gia công đạt

độ chính xác cao để định vị

* Piston

Piston được làm bằng hợp kim nhôm có kết cấu đặc biệt đỉnh piston vát hình nón cụt Rãnh piston trên cùng có tráng lớp ôxit axit, phần đuôi piston có tráng nhựa

Sécmăng: có 3 Sécmăng loại có ứng suất thấp, secmăng khí số 1 được xử lý PVD tăng khả năng chịu nhiệt, secmăng khí số 2 được mạ crôm và Sécmăng dầu

Hình 1-8 Kết cấu piston động cơ 1NZ-FE

1.4.2.3 Cơ cấu phân phối khí.

Hình 1-9 Sơ đồ bố trí cơ cấu phân phối khí1-Tay căng xích; 2-Thiết bị kéo căng; 3- Bộ điều khiển phối khí (VVT-i); 4-Xích dẫn động trục cam; 5-Trục cam nạp; 6-Trục cam thải; 7-Bộ phận dẫn hướngxích

Thông thường thời điểm phối khí được cố định nhưng ở động cơ 1NZ-FE

sử dụng hệ thống thay đổi thời điểm phối khí thông minh (VVT-i), hệ thống này

sử dụng áp suất dầu thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phốikhí Điều này làm tăng công suất động cơ, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và làmgiảm khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường

14

Ở mỗi xylanh có hai xúpap nạp và hai xúpap thải, các xúpap được đóng mởtrực tiếp bởi hai trục cam Các trục cam được dẫn động bằng xích, bước xích là 8

mm điều này giúp cho không gian bố trí được gọn hơn Để làm được điều này vậtliệu được dùng để chế tạo xích có tính chịu mài mòn rất cao luôn đảm bảo độ tincậy, xích được bôi trơn bằng dầu bôi trơn động cơ thông qua một vòi phun

Thiết bị kéo căng, tay căng xích và bộ phận dẫn hướng xích được thiết lập

để giảm bớt tiếng ồn động cơ, giảm bớt tổn thất do ma sát

Thân xúpap được thiết kế nhỏ, vừa giảm bớt trở lực trên đường nạp, thải và giảm khối lượng

Hình 1-10 Sơ đồ dẫn động xúpap1-Xúpap; 2-Con đội; 3-Vấu camBảng 1- 4: Thông số kỹ thuật

Đường kính mặt

Hình 1-11 Sơ đồ hệ thống bôi trơn

Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa đầu đến bôi trơn các bề mặt ma sát, làmgiảm tổn thất ma sát, làm mát ổ trục, tẩy rửa các bề mặt ma sát và bao kín khe hỡgiữa piston với xylanh, giữa xecmăng với piston, ngoài ra trong động cơ 1NZ-FEdầu bôi trơn còn tham gia điều khiển thời điểm trục cam Loại dầu bôi trơn sửdụng trên động cơ 1NZ-FE là loại dầu API SM, SL, hay ILSAC

Dầu bôi trơn từ cacte được lưu thông qua vỉ lọc, bơm dầu, bầu lọc dầu rồiđến đường ống dẫn dầu chính, sau đó dầu sẽ đi bôi trơn các bộ phận công tác như

sơ đồ

Hệ thống bôi trơn gồm có: bơm dầu, bầu lọc dầu, cácte dầu, các đườngống dầu sẽ từ cácte được hút bằng bơm dầu, qua lọc dầu, vào các đường dầu dọcthân máy vào trục khuỷu, lên trục cam, từ trục khuỷu vào các bạc biên, theo các lỗphun lên thành xylanh, từ trục cam vào các bạc trục cam, rồi theo các đường dẫndầu tự chảy về cácte

16

Hình 1-12 Hệ thống bôi trơn động cơ 1NZ-FE

1.4.2.5 Hệ thống làm mát.

Hệ thống làm mát được thiết kế để giữ các chi tiết trong động cơ ở nhiệt độ

ổn định, thích hợp mọi điều kiện làm việc của động cơ Động cơ 1NZ-FE có hệ thống làm mát bằng nước kiểu kín, tuần hoàn theo áp suất cưỡng bức trong đó bơm nước tạo áp lực đẩy nước lưu thông vòng quanh động cơ Hệ thống bao gồm:

áo nước xi lanh, nắp máy, két nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió và các đường ống dẫn nước Nếu nhiệt độ nước làm mát vượt quá nhiệt độ cho phép thì van hằng nhiệt sẽ mở để lưu thông nước làm mát đi qua két nước để giải nhiệt bằng gió Hệ thống làm mát sử dụng nước làm mát siêu bền chính hiệu toyota SLLC ( là dung dịch pha sẵn 50% chất làm mát và 50% nước sạch)

Hình 1-13 Sơ đồ hệ thống làm mát1- Van hằng nhiệt; 2- Bơm; 3- Nắp máy; 4- Thân máy; 5- Giàn sưởi;

nóng qua giàn sưởi để sưởi ấm trong xe Khi nhiệt độ động cơ lớn hơn nhiệt độlàm việc của van hằng nhiệt thì van sẽ mở ra cho nước từ động cơ qua két làmmát, tại đây nước sẽ được làm mát bằng gió rồi về lại bơm Như vậy nước sẽ đượctuần hoàn cưỡng bức trong quá trình làm việc của động cơ.

Hình 1 - 14 Bố trí hệ thống làm mát động cơ 1NZ-FE

18

còn dò tìm vị trí của trục cam để tạo ra sự đánh lửa vào thời điểm thích hợp nhấtứng với tình trạng hoạt động của động cơ

1.4.2.7 Hệ thống nhiên liệu.

ECU

2 3 4 5 6 7 1

8 9 10

11 12

14 13

Hình 1-16 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu1- Tín hiệu từ cảm biến lưu lượng khí nạp;2- Tín hiệu từ cảm biến vị tríbướm ga; 3- Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam; 4- Tín hiệu từ cảm biến oxy; 5-Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 6- Tín hiệu từ cảm biến vị trí trụckhuỷu; 7- Tín hiệu từ cảm biến túi khí ;8-Bình chứa nhiên liệu; 9- Bơm xăng;10-

Bộ lọc xăng;11- Bộ điều áp; 12- Bộ giảm rung; 13- Ống phân phối; 14- Vòi phun

nhiêu liệu

Hệ thống nhiên liệu động cơ 1NZ-FE đóng vai trò rất quan trọng, nó khôngđơn thuần là hệ thống phun nhiên liệu độc lập, mà nó còn liên kết với các hệ thống

đó là hệ thống điều khiển điện tử (ECU), hệ thống đánh lửa điện tử, điều khiển tốc

độ động cơ, tạo ra sự tối ưu hoá cho quá trình hoạt động của động cơ Kim phun

12 lỗ được sử dụng để nâng cao tính phun sương của nhiên liệu, điều khiển cắtnhiên liệu khi túi khí hoạt động Đường ống dẫn nhiên liệu với các giắc đấu nốinhanh để nâng cao khả năng sửa chữa Bình xăng làm bằng chất dẻo sáu lớp vớibốn loại vật liệu có bộ lọc than hoạt tính trong bình

xả ra ngoài môi trường không độc hại đối với sức khỏe con người.

Hình 1-17 Sơ đồ hệ thống xả động cơ 1NZ-FE1-Bộ trung hòa khí xả; 2-Bộ tiêu âm

1.4.2.9 Hệ thống khởi động.

Hệ thống khởi động sử dụng trên động cơ là hệ thống khởi động điện đượcđiều khiển bằng ECU Ngay khi công tắc điện xoay sang vị trí Start, chức năngđiều khiển máy khởi động sẽ điều khiển mô tơ khởi động mà không cần giữ tay ở

vị trí Start Khi ECU nhận được tín hiệu khởi động từ chìa khoá điện, hệ thống sẽtheo dõi tín hiệu tốc độ động cơ (Ne) để vận hành máy khởi động tới khi động cơđược xác định đã khởi động Khi tốc độ động cơ đạt tới 500 v/p, hệ thống sẽ đánhgiá là động cơ đã khởi động thành công

ACCR

STSW STAR

STA

M

1 2

3

5

7 6 4

a

Hình 1-18 Sơ đồ điều khiển máy khởi động

20

1- Ắc quy; 2- Máy khởi động; 3- Công tắc khoá điện; 4- Rơ le cắt dòng; 5- Công tắc đề số không; 6- ECU động cơ; 7- Rơ le máy khởi động;

a-Tín hiệu tốc độ động cơ và tín hiệu nước làm mát

1.5 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN TỔNG THỂ VÀ KÍ HIỆU CHÂN ECU CỦA ĐỘNG CƠ TOYOTA VIOS (1NZ-FE)

1.5.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ 1NZ - FE

Hình 1.19 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơVề mặt điều khiển điện tử, vai trò của ECU trên động cơ 1NZ-FE có tácdụng nhận các tín hiệu từ các cảm biến bướm ga, tốc độ động cơ, cảm biến vị trípít tông, lượng không khí nạp vào phù hợp với các điều kiện lái xe, dựa trên cáctín hiện này và các công tắc khác nhau, ECU chuyển các tín hiệu để vận hành các

bộ chấp hành Đối với hệ thống EFI-fuel của động cơ 1NZ-FE, ECU có tác dụngđiều khiển xác định lượng phun nhiên liệu, định thời điểm phun nhiên liệu, điềukhiển đánh lửa và góc đánh lửa hợp lý, đồng thời điều khiển động cơ hoạt động tốt

ở các chế độ khác như không tải, tăng tốc, toàn tải bằng cách điều khiển qua vanISC và cơ cấu điều khiển góc đóng mở xu páp hợp lý

1.5.2 Sơ đồ mạch điện

22 BATT

Hình 1 - 20 Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ 1NZ-FE

1.5.3 Ký hiệu chân ECU động cơ 1NZ-FE

Bảng 1 – 5: Kỹ hiệu chân ECU động cơ 1NZ-FE

1 BATT Nguồn cung cấp cho bộ nhớ lỗi của ECU (12V)

6 E01, E02 Nguồn (-) của cơ cấu chấp hành

8 STP Tín hiệu từ công tắc đèn phanh

10 OXL1, OXL2 Tín hiệu từ cảm biến oxy có sấy

11 HTL1, HTL2 Đến bộ sấy cảm biến oxy

12 PS Tín hiệu từ cảm biến áp suất dầu trợ lực lái

TT Ký hiệu chân ECU Mô tả

20 THA Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ khí nạp

21 VTA Tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga

22 #1 Tín hiệu điều khiển vòi phun số 1

23 # 2 Tín hiệu điều khiển vòi phun số 2

24 #3 Tín hiệu điều khiển vòi phun số 3

25 #4 Tín hiệu điều khiển vòi phun số 4

26 IGT1 Tín hiệu điều khiển đánh lửa máy 1

27 IGT2 Tín hiệu điều khiển đánh lửa máy 2

28 IGT3 Tín hiệu điều khiển đánh lửa máy 3

29 IGT4 Tín hiệu điều khiển đánh lửa máy 4

30 IGF Tín hiệu phản hồi đánh lửa

31 RSD Tín hiệu từ van điều khiển khí không tải

32 OC1+, OC1- Van điều khiển dầu phối khí trục cam (VVTI)

33 KNK Tín hiệu từ cảm biến kích nổ động cơ

38 PAN 2 Đến quạt làm mát động cơ

41 MREL Tín hiệu điều khiển bơm xăng

Chương 2:

CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC LOẠI CẢM BIẾN

TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA VIOS (LOẠI 1NZ - FE)

2.1 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CÁC KHỐI CHỨC NĂNG VÀ SƠ ĐỒ CẤU TRÚC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

26

Hình 2-1 Sơ đồ các khối chức năng

Sơ đồ các khối chức năng của hệ thống điều khiển động cơ theo chương trìnhđược mô tả trên hình 2 - 1 Hệ thống điều khiển bao gồm : ngõ vào (inputs) vớichủ yếu các cảm biến , hộp ECU là bộ não của hệ thống có thể có hoặc không có

bộ vi xử lý; ngõ ra (outputs) là các cơ cấu chấp hành (actuator) như kim phun

Hình 2-2 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiểnNhư đã trình bày ở trên hệ thống điều khiển phun xăng điện tử trên động cơđánh lửa cưỡng bức được chia thành ba nhóm chính: Các cảm biến; ECU; các cơcấu chấp hành.

2.2 CÁC LOẠI CẢM BIẾN (TÍN HIỆU ĐẦU VÀO)

2.2.1 Khái niệm và phân loại cảm biến

2.2.1.1 Khái niệm

Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và đạilượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lýđược

28

Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính điện ( như nhiệt độ, ápsuất…) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện ( nhưđiện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xácđịnh giá trị của đại lượng đo Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo (m):

2.2.2 Cấu tạo – nguyên lý làm việc các loại cảm biến (tín hiệu vào) điều khiển động cơ

2.2.2.1 Cảm biến vị trí bướm ga

Chức năng: Cảm biến vị trí bướm ga phát hiện góc mở của bướm ga và đưa

tín hiệu này về ECU qua cực VTA, được lắp ở trên trục cánh bướm ga

Cấu tạo: Cảm biến vị trí bướm ga bao gồm một con trượt, một điện trở và các tiếp điểm

cho tín hiệu VTA được cung cấp tại các đầu của mỗi tiếp điểm

Sơ đồ mạch điện:

Hình 2 - 4 Đường đặc tính cảm biến vị trí bướm ga

1 Bộ vi xử lý; 2.Mạch điện áp không đổi; 3 Cảm biến vị trí bướm ga

Nguyên lý hoạt động: Một điện áp không đổi 5V được cấp cho cực VC từ

ECU động cơ Khi tiếp điểm trượt dọc theo điện trở tương ứng với góc mở bướm

ga thì làm cho điện trở thay đổi dẫn đến điện áp ra thay đổi theo Điện áp này đượcđưa đến cực VTA của ECU động cơ

E1 E2 THW

ECU

Hình 2 - 5 Kết cấu và sơ đồ mạch của cảm biến nhiệt độ nước làm mát1: Giắc cắm; 2: Chất cách điện; 3: Thân cảm biến; 4: Điện trở nhiệt

Nguyên lý hoạt động: Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị

không đổi theo nhiệt độ) tới cảm biến rồi trở về ECU về mass Như vậy điện trởchuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp Điện áp điểmgiữa cầu được đưa đến bộ chuyển tín hiệu tương tự - số (bộ chuyển đổi ADC –anlog to digital converter)

Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đếnbộc biến đởi ADC lớn Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xungvuơng và được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECU biết động cơ đang

30

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

Hình 2 - 6 Đường đặc tính cảm biến nước làm mát

2.2.2.3 Cảm biến nhiệt độ khí nạp

Chức năng: Cảm biến nhiệt độ không khí nạp dùng để xác định nhiệt độ của

không khí nạp vào động cơ

Cấu tạo: Cũng giống như cảm biến nhiệt độ nước, nó gồm một biến trở nhiệt

được gắn trong bộ đo gió Mật độ không khí sẽ thay đổi theo nhiệt độ Nếu nhiệt

độ không khí cao thì hàm lượng ôxy trong không khí giảm, khi nhiệt độ không khílạnh thì hàm lượng ôxy trong không khí tăng Vì thế dù lượng không khí được đobởi bộ đo gió như nhau nhưng tùy vào nhiệt độ của không khí mà lượng phun sẽkhác nhau

Nguyên lý hoạt động: ECU xem nhiệt độ 20oC là mức chuẩn, nếu nhiệt độkhí nạp lớn hơn 20oC thì ECU sẽ điều khiển giảm lượng xăng phun, nếu nhiệt độkhí nạp nhỏ hơn 20oC ECU điều khiển tăng lượng xăng phun Với phương phápnày tỷ lệ hỗn hợp sẽ được đảm bảo theo nhiệt độ môi trường

- Mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp Đặc tính và sơ đồ đấu dây với ECU của vảm biến nhiệt độ khí nạp về cơ bản là giống nhau như cảm biến nhiệt độ nước.

-20 0 20 40 60 80 100 120 Nhiệt độ

Điện trở 40 20 10 8 6 4 2 1 0.8 0.6 0.4 0.2

5V R

E1 E2 THW

THA

Chức năng: Cảm biến nồng độ ôxy nhận biết tỷ lệ không khí - nhiên liệu

đậm hoặc nhạt hơn tỷ lệ lý thuyết, giúp cho động cơ có lắp đặt bộ TWC (bộ lọckhí xả 3 thành phần) đạt được hiệu quả lọc khí xả tốt nhất cần phải duy trì tỷ lệkhông khí - nhiên liệu nằm trong khoảng gần với tỷ lệ lý thuyết

Cấu tạo: được đặt trong đường ống xả bao gồm một phần tử chế tạo bằng

ZrO2 (đioxit zicrinum - một loại vật liệu gốm) Cả mặt trong và mặt ngoài của phần tử này đượcphủ một lớp mỏng platin Không khí bên ngoài được dấu vào bên trong của cảm biến còn phần bên ngoài của nó tiếp xúc với xả.

Hình 2 - 8 Kết cấu và sơ đồ mạch cảm biến ôxy1: Lớp bảo vệ; 2: Rãnh không khí; 3:Điện cực Platin ngoài; 4: Vỏ bảo vệ; 5:Lớp cách điện; 6:Phân tử Ziricon; 7:Điện cực Platin trong; 8: Cực dương;9: Cực

âm

Hình 2 - 9 Đường đặc tính cảm biến ôxy

Nguyên lý hoạt động: Nếu nồng độ ôxy trên bề mặt trong của phần tử ZrO2

chênh lệch lớn so với trên bề mặt ngoài tại nhiệt độ cao (400oC), phần tử ZrO2 sẽsinh ra một điện áp khi hỗn hợp không khí - nhiên liệu nhạt Do đó điện áp củaZrO2 tạo ra là thấp (gần bằng 0V) ngược lại, nếu hỗn hợp không khí - nhiên liệuđậm, ôxy trong khí xả gần như không còn Điều đó tạo ra sự chênh lệch lớn về ôxy

ở bên trong và bên ngoài cảm biến và điện áp do phần tử ZrO2 tạo ra là lớn (xấp xỉ1V)

Đầu kiểm tra

ECU

R

0,45 V OX

E2

Cảm biến oxy

+ -

Lớp platin (phủ lên phần tử gốm) có tác dụng như một chất xúc tác và làmcho ôxy trong khí xả phản ứng tạo thành CO, điều đó làm giảm độ ôxy và làmtăng độ nhạy của cảm biến Dựa trên tín hiệu phát ra từ cảm biến này, ECU động

cơ tăng hay giảm lượng phun để duy trì tỷ lệ không khí - nhiên liệu luôn gần vớigiá trị lý thuyết

2.2.2.5 Cảm biến kích nổ

Chức năng: Cảm biến kích nổ dùng để nhận biết xung kích nổ phát ra trong

động cơ và gởi tín hiệu này tới ECU động cơ để ECU điều khiển làm trễ thời gianđánh lửa nhằm ngăn chặn hiện tượng kích nổ

Cấu tạo: Cảm biến kích nổ là một phần tử áp điện, nó sẽ tạo ra điện áp khi

có

áp suất hoặc sự rung động tác động lên chúng Phần tử áp điện trong cảm biếnkích

nổ có tần số hoạt động hịa hợp với tần số kích nổ động cơ

Hình 2 - 10 Kết cấu và sơ đồ mạch điện cảm biến kích nổ1: Cọc nối từ giắc; 2: Đệm kín; 3: Thanh dẫn tín hiệu; 4: Thân cảm biến;

5: Phớt kín;6: Màng nhận tiếng gõ; 7: Phần tử điện áp

Cảm biến kích nổ

KNK

Engine ECU

mức điện áp chuẩn Khi ECU động cơ nhận thấy có tiếng gõ, nó làm chậm thờiđiểm đánh lửa sớm Khi tiếng gõ kết thúc thời điểm đánh lửa được làm sớm trở lạisau một khoảng thời gian nhất định.

2.2.2.6 Cảm biến lưu lượng khí nạp

Chức năng: Cảm biến khối lượng khí nạp loại dây nhiệt đo trực tiếp khối

lượng không khí nạp vào trong động cơ

Cấu tạo: Cảm biến khối lượng khí nạp loại dây nhiệt gồm có

Nhiệt điện trở

Dây sấy bằng Platin

Mạch điện tử

Hình 2 - 12 Cấu tạo cảm biến dây nhiệt

Nguyên lý hoạt động: Dòng điện chạy vào dây sấy làm cho nó nóng lên Khi

không khí chạy qua dây này, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối lượngkhông khí nạp Bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ chonhiệt độ dây sấy không đổi, dòng điện sẽ tỉ lệ thuận với khối lượng không khí nạpvào Sau đó có thể đo khối lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó,dòng điện đó được biến đổi thành giá trị điện áp, sau đó được truyền về ECU động

cơ từ cực VG

2.2.2.7 Cảm biến vị trí trục cam (Bộ tạo tín hiệu G)

Chức năng: Cảm biến vị trí trục cam tạo ra tín hiệu G+, ECU dựa vào tín

hiệu này để nhận biết góc của trục cam từ đó xác định thời điểm phun nhiên liệu

và thời điểm đánh lửa tương ứng với điểm chết trên cuối kì nén

Cấu tạo: Tín hiệu G được tạo ra bằng rôto và cuộn nhận tín hiệu gửi đến

ECU động cơ qua các chân G+, G- Tín hiệu này rất quan trọng cho không khí EFI

mà còn cho cả hệ thống ESA

34

Hình 2 - 13 Cấu tạo cảm biến vị trí trục cam

Nguyên lý hoạt động: Khi trục cam quay khe hở không khí giữa phần nhô ra

trên rotor của cảm biến và cảm biến vị trí trục cam sẽ thay đổi, tạo ra điện áptrong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này sinh ra tín hiệu G Tín hiệu Gđược truyền đi như một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU

Rotor tạo tín hiệu kích hoạt cuộn nhận tín hiệu một lần trong mỗi vòng quaytrục cam Từ tín hiệu này, ECU nhận biết khi nào piston số 1 ở điểm chết trên cuối kì nén.

Hình 2 - 14 Sơ đồ mạch, xung điện cảm biến

2.2.2.8 Cảm biến vị trí trục khuỷu (Bộ tạo tín hiệu Ne)

Chức năng: Cảm biến vị trí trục khuỷu tạo ra tín hiệu NE, ECU dựa vào tín

hiệu NE này để xác định số vòng quay của trục khuỷu và kết hợp với cảm biến lưulượng không khí nạp (MAP) để xác định lượng nhiên liệu phun cơ bản và gócđánh lửa sớm cơ bản

Cấu tạo: Cảm biến vị trí trục khuỷu bao gồm một cuộn dây nhận tín hiệu, một nam châm vĩnh cửu, một rotor tạo tín hiệu được gắn ở đầu trục khuỷu.

6 5

7

720 o CA

Tín hiệu G

5 Trục khuỷu; 6 Khối cảm biến; 7 Khối điều khiển.

Nguyên lý hoạt động: Khi trục khuỷu quay khe hở không khí các răng trên

rotor của cảm biến vị trí trục khuỷu sẽ thay đổi Sự thay đổi khe hở tạo ra điện áptrong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này sinh ra tín hiệu NE

Rotor tạo tín hiệu kích hoạt cuộn nhận tín hiệu 34 lần trong mỗi vòng quaytrục khuỷu Từ tín hiệu này, ECU nhận biết tốc độ động cơ cũng như sự thay đổi từng 10º một của góc quay trục khuỷu.

Hình 2 - 16 Sơ đồ mạch điện, xung điện cảm biến

2.2.2.9 Cảm biến tốc độ xe (Speed Sensor):

Hình 2 – 17 Cảm biến tốc độ xeCảm biến tốc độ xe cũng là cảm biến điện từ bao gồm một nam châm, mộtlõi thép và cuộn nhận tín hiệu Cảm biến được gắn tại trục thứ cấp hộp số, ứng vớimỗi vòng quay của trục roto nó sẽ tạo ra 4 xung tín hiệu Xung tín hiệu này sẽ

Tín hiệu NE

36

được chuyển thành dạng xung vuông chính xác hơn bằng mạch biến đổi dạng sóngbên trong cụm đồng hồ của bảng táplô sau đó chuyển đến ECU tại chân TACH(hoặc SPD) Dựa vào tần số của tín hiệu này, ECU sẽ xác định tốc độ xe nhằmphục vụ cho việc điều khiển cắt nhiên liệu…

2.2.2.10 Tín hiệu khởi đông động cơ

Hình 2 - 18 Mạch điện khởi độngKhi khởi động động cơ, một tín hiệu từ máy khởi động được gởi về ECU đểtăng thêm lượng xăng phun trong suốt quá trình khởi động

2.2.2.11 Tín hiệu công tắc máy lạnh

Khi bật công tắc máy lạnh, để tốc độ cầm chừng ổn định phải gởi tín hiệu báo

về ECU nhằm điều khiển thời điểm đánh lửa và tốc độ cầm chừng (Van ISCV):

Mạch điện

Hình 2 - 19 Mạch điện công tắc máy lạnh

2.2.2.12 Tín hiệu công tắc nhiệt độ nước (water temperature switch)

Khi động cơ quá nóng (>110oC), công tắc này sẽ chuyển từ trạng thái mởsang trạng thái đóng và gởi tín hiệu về ECU điều khiển giảm lượng xăng phun,giảm góc đánh lửa sớm đồng thời điều khiển tắt máy lạnh để giảm nhiệt độ độngcơ

M Accu

Công tắc

Công tắc an toàn (A/T)

E1

STA

Engine ECU

Engine ECU

A/C

Cuộn dây ly hợp máy nén

Hình 2 - 20 Mạch điện công tắc nhiệt độ nước

2.2 2.13 Tín hiệu công tắc ly hợp (clutch switch)

Công tắc ly hợp được đặt dưới bàn đạp ly hợp Khi gài số nhấn bàn đạp lyhợp, lúc này công tắc ly hợp được tiếp xúc với bàn đạp ly hợp và chuyển sang vịtrí đóng đồng thời gởi tín hiệu về ECU điều khiển cắt nhiên liệu và giảm tốc độđộng cơ để ly hợp được đóng mở dễ dàng

Mạch điện

Hình 2 - 21 Mạch điện công tắc ly hợp

2.2 2.14 Tín hiệu công tắc áp suất dầu (oil pressure switch)

Khi áp suất dầu bôi trôn quá thấp, công tắc ở vị trí đóng đồng thời gởi tín hiệu về ECU để điều khiển ngưng hoạt động của động cơ

Mạch điện

Hình 2 - 22 Mạch điện công tắc áp suất dầu

TSW

N/C

Engine ECU Đèn báo nhớt

OIL

Công tắc

áp lực nhớt

Cảm biến áp lực nhớt

38

2.2.2.15 Tín hiệu công tắc đèn thắng (stop lamp switch)

Khi đạp thắng, công tắc đèn thắng ở vị trí ON đồng thời gởi tín hiệu điệnthế về ECU để điều khiển ngừng phun nhiên liệu, giảm tốc độ động cơ khi xe đangphanh

Mạch điện

Hình 2 - 23 Mạch điện công tắc đèn thắng

2.2.2.16 Tín hiệu từ ECU điều khiển hệ thống trợ lực lái (power steering)

Khi quay tay lái, tải trên bơm trợ lực lái sẽ tăng làm giảm tốc độ cầm chừngcủa động cơ ECU trợ lực lái sẽ gởi tín hiệu về ECU động cơ để điểu khiển van

ISCV tăng tốc độ cầm chừng.

Đèn thắng B+

IDUP

PS

5V

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG

3.1.1 Kết cấu của hệ thống điều khiển động cơ.

Hệ thống điều khiển động cơ chia làm 3 nhóm chính: Các cảm biến (đưa tín hiệu vào), ECU động cơ (bộ xử lý trung tâm) và các cơ cấu chấp hành (tín hiệu ra).Các cảm biến và cơ cấu chấp hành tạo nên nền tảng cho hệ thống điều khiển của động cơ, sự điều kiển đó được mô tả như sau:

ECU động cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến đặt trên động cơ để biết chế độ hoạt động của động cơ Sau đó đưa ra tín hiệu điện áp đến điều khiển các cơ cấu chấp hành và nhận tín hiệu phản hồi từ cơ cấu chấp hành

Nguyên lý điều khiển chung của hệ thống

Tín hiệu hồi tiếp