CHUYÊN đề hệ THỐNG điều KHIỂN ĐỘNG cơ TOYOTA VIOS

Ngày nay ôtô được sử dụng rộng rãi như một phương tiện giao thông thông dụng, ngành công nghệ ô tô phát triển và có nhiều thay đổi vượt bậc, đặc biệt là hệ thống Điện Điện tử trên ô tô đã đáp ứng cao yêu cầu tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độc hại của khí thải, tăng tính ổn định, an toàn và tiện nghi cho người sử dụng. Trên hầu hết các ô tô hiện nay, hệ thống điện ứng dụng các bộ phận vi xử lý để điều khiển tối ưu hóa quá trình hoạt động của hệ thống, từ hệ thống điều khiển động cơ cho đến các hệ thống an toàn và tiện nghi trên xe.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BỘ MÔN ĐỘNG CƠ

NHIỆM VỤ TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

CHUYÊN ĐỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

ĐỘNG CƠ TOYOTA VIOS

- Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN LÃNH

- Mã số sinh viên: 10505023

- Giảng viên hướng dẫn: Ths NGUYỄN VĂN LONG GIANG

NỘI DUNG

1 Nghiên cứu tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ Vios

2 Cấu trúc và nguyên lý các tín hiệu đầu vào của hệ thống điều khiển động cơ

3 Cấu trúc và nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng điện tử (EFI)

4 Cấu trúc và nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa sớm điện tử (ESA)

3 Cấu trúc và nguyên lý làm việc của hệ thống điều khiển tốc độ cầm chừng (ISC)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Tài liệu đào tạo của hãng TOYOTA

2 Trang bị điện và điện tử trên ô tô của PGS.TS Đỗ Văn Dũng

3 Hệ thống phun xăng điện tử EFI của Nguyễn Oanh

4 Cẩm nang sửa chữa động cơ 1NZ – FE của TOYOTA

5 Giáo trình phun xăng điện tử của Trường cao đẳng SPKT Vĩnh Long

6 Các tài liệu khác trên mạng internet

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 2

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA VIOS 5

1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ 5

1.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ 6

1.3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XE TOYOTA VIOS 9

1.3.1 Động cơ: 9

1.3.2 Bố trí tay lái: 9

1.3.3 Hộp số: 9

1.3.4 Kích thước trọng lượng 9

1.3.5 Hệ thống treo: 9

1.3.6 Hệ thống phanh: 9

1.3.7 Quỹ đạo quay vòng: 9

1.3.8 Hệ thống an toàn: 9

1.3.9 Hệ thống chẩn đoán hư hỏng 9

1.3.10 Hệ thống kiểm soát khí thải 10

1.3.11 Các cảm biến 10

1.3.12 Hệ thống nâng hạ kính và khóa cửa 10

1.4 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ XE TOYOTA VIOS (1NZ – FE) 10

1.4.1 Đặc điểm và thông số cơ bản của động cơ 10

1.4.2 Đặc điểm kết cấu các cụm chi tiết chính của động cơ 14

1.4.2.1 Nhóm thân máy –nắp máy 14

1.4.2.2.Cơ cấu trục khuỷu-thanh truyền-piston 15

1.4.2.3 Cơ cấu phân phối khí 16

1.4.2.4 Hệ thống bôi trơn 18

1.4.2.5 Hệ thống làm mát 19

1.4.2.6 Hệ thống đánh lửa 20

1.4.2.7 Hệ thống nhiên liệu 21

1.4.2.8 Hệ thống xả 22

1.4.2.9 Hệ thống khởi động 22

1.5 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN TỔNG THỂ VÀ KÍ HIỆU CHÂN ECU CỦA ĐỘNG CƠ TOYOTA VIOS (1NZ-FE) 23

1.5.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ 1NZ - FE 23

1.5.2 Sơ đồ mạch điện 24

1.5.3 Ký hiệu chân ECU động cơ 1NZ-FE 27

Chương 2: CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CÁC LOẠI CẢM BIẾN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TOYOTA VIOS (LOẠI 1NZ - FE) 29

2.1 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CÁC KHỐI CHỨC NĂNG VÀ SƠ ĐỒ CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 29

2.2 CÁC LOẠI CẢM BIẾN (TÍN HIỆU ĐẦU VÀO) 30

2.2.1 Khái niệm và phân loại cảm biến 30

2.2.1.1 Khái niệm 30

2.2.1.2 Phân loại 31

2.2.2 Cấu tạo – nguyên lý làm việc các loại cảm biến (tín hiệu vào) điều khiển động cơ 31 2.2.2.1 Cảm biến vị trí bướm ga 31

2.2.2.2 Cảm biến nhệt độ nước làm mát 32

2.2.2.3 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 33

2.2.2.4 Cảm biến ôxy 34

2.2.2.5 Cảm biến kích nổ 35

2.2.2.6 Cảm biến lưu lượng khí nạp 36

2.2.2.7 Cảm biến vị trí trục cam (Bộ tạo tín hiệu G) 36

2.2.2.8 Cảm biến vị trí trục khuỷu (Bộ tạo tín hiệu Ne) 37

2.2.2.9 Cảm biến tốc độ xe (Speed Sensor): 38

2.2.2.10 Tín hiệu khởi đông động cơ 39

2.2.2.11 Tín hiệu công tắc máy lạnh 39

2.2.2.12 Tín hiệu công tắc nhiệt độ nước (water temperature switch) 39

2.2 2.13 Tín hiệu công tắc ly hợp (clutch switch) 40

2.2 2.14 Tín hiệu công tắc áp suất dầu (oil pressure switch) 40

2.2.2.15 Tín hiệu công tắc đèn thắng (stop lamp switch) 40

2.2.2.16 Tín hiệu từ ECU điều khiển hệ thống trợ lực lái (power steering) 41

2.2.2.17 Tín hiệu từ ECU điều khiển hộp số tự động 41

Chương 3: CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI 42

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 42

3.1.1 Kết cấu của hệ thống điều khiển động cơ 42

3.1.2 Các bộ phận và chức năng 44

3.2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI 45

3.2.1 Khái quát chung 45

3.2.2 Hệ thống nhiên liệu 46

3.3 BƠM NHIÊN LIỆU 47

3.4 KIM PHUN NHIÊN LIỆU 48

2.4.1 Cấu tạo 48

3.4.2 Phân loại 48

3.4.3 Phương pháp điều khiển kim phun 49

3.5 HỆ THỐNG NẠP KHÍ 49

3.5.1 Sơ đồ hệ thống 49

3.5.2 Khoang nạp khí 50

3.5.3 Van khí phụ 51

3.6 CHỨC NĂNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 51

3.6.1 Chức năng điều khiển phun xăng điện tử 51

3.6.2 Phương pháp phun nhiên liệu 52

3.6.3 Điều khiển khoảng thời gian phun 53

3.7 CÁC CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN PHUN NHIÊN LIỆU 54

3.7.1 Điều khiển phun khi khởi động: 54

3.7.2 Điều khiển phun sau khởi động: 55

3.8 ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ 58

Chương 4: CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA SỚM ĐIỆN TỬ ESA 59

4.1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA SỚM ESA 59

4.1.1 Công dụng 59

4.1.2 Chức năng điều khiển 59

4.1.3 Sơ đồ: 61

4.1.4 Vai trò của các cảm biến 62

4.2 MẠCH ĐÁNH LỬA SỚM ESA 62

4.2.1 Sơ đồ mạch điện đánh lửa sớm 62

4.2.2 Tín hiệu IGT và IGF 64

4.2.2.1 Tín hiệu IGT 64

4.3 KHÁI QUÁT VỀ VIỆC ĐIỀU KHIỂN THỜI ĐIỂM ĐÁNH 65

4.3.1 Điều khiển đánh lửa khi khởi động và điều khiển đánh lửa sau khi khởi động 66

4.3.1.1 Điều khiển đánh lửa khi khởi động 66

4.3.1.2 Điều khiển đánh lửa sau khi khởi động 67

4.3.2 Góc đánh lửa sớm cơ bản 67

4.3.2.1 Điều khiển khi tín hiệu VTA 68

4.3.2.2 Điều khiển khi tín hiệu VTA bị ngắt 68

4.4 ĐIỀU KHIỂN GÓC ĐÁNH LỬA SỚM HIỆU CHỈNH 69

4.4.1 Hiệu chỉnh để hâm nóng 69

4.4.2 Hiệu chỉnh khi quá nhiệt độ 69

4.4.3 Hiệu chỉnh để tốc độ chạy không tải ổn định 70

4.4.4 Hiệu chỉnh tiếng gõ 71

4.4.5 Các hiệu chỉnh khác 72

4.4.6 Điều khiển góc đánh lửa sớm lớn nhất và nhỏ nhất 73

4.4.7 Kiểm tra thời điểm đánh lửa 73

Chương 5: CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ KHÔNG TẢI (ISC) 75

5.1 CÔNG DỤNG VÀ SƠ ĐỒ 75

5.1.1 Công dụng 75

5.1.2 Sơ đồ hệ thống ISC 75

5.2 CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ISC 76

5.2.1 Chế độ khởi động 76

5.2.2 Chế độ sau khởi động 76

5.2.3 Chế độ hâm nóng 76

5.2.4 Chế độ máy lạnh 77

5.2.5 Chế độ theo tải máy phát 77

5.2.6 Theo tín hiệu từ hộp số tự động 78

5.3 CÁC LOẠI VAN ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ KHÔNG TẢI 78

5.3.1 Kiểu van xoay 78

5.3.2 Kiểu motor bước (Stepper motor) 80

5.3.3 Kiểu Solenoid 82

KẾT LUẬN 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay ôtô được sử dụng rộng rãi như một phương tiện giao thông thôngdụng, ngành công nghệ ô tô phát triển và có nhiều thay đổi vượt bậc, đặc biệt là hệthống Điện - Điện tử trên ô tô đã đáp ứng cao yêu cầu tăng công suất động cơ,giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độc hại của khí thải, tăng tính ổn định, an toàn vàtiện nghi cho người sử dụng Trên hầu hết các ô tô hiện nay, hệ thống điện ứngdụng các bộ phận vi xử lý để điều khiển tối ưu hóa quá trình hoạt động của hệthống, từ hệ thống điều khiển động cơ cho đến các hệ thống an toàn và tiện nghitrên xe

Hiện nay Trường Cao đẳng Nghề số 5 – BQP, nơi tôi đang công tác đượctrang bị rất nhiều xe Toyota Vios dùng cho việc đào tạo và sát hạch cấp GPLX chonhân dân trên địa bàn, việc bảo dưỡng và sửa chữa các loại xe này bước đầu gặpkhông ít khó khăn do chưa nắm được đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động củacác hệ thống trên động cơ Toyota Vios

Trong giới hạn nội dung của tiểu luận, tôi chỉ tập trung tìm hiểu các hệ thống điềukhiển điện tử động cơ xe Toyota Vios gồm:

- Hệ thống phun nhiên liệu EFI

- Hệ thống đánh lửa sớm ESA

- Hệ thống chạy không tải ISC

Do kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế chưa nhiều, tài liệu thamkhảo và thời gian tìm hiểu còn ít nên tiểu luận không tránh khỏi những sai sót.Kính mong quý thầy cô khoa Cơ khí - Động lực thuộc trường Đại học Sư phạm

Kỹ thuật thông cảm và chỉ dẫn để tiểu luận được hoàn thiện hơn, đảm bảo chấtlượng cao hơn

Xin chân thành cảm ơn quí thầy đã tận tình tham gia giảng dạy cho lớp học,cảm ơn thầy Thạc sĩ sĩ Nguyễn Văn Long Giang đã tích cực hướng dẫn tôi hoànthành tiểu luận này

Đà nẵng, ngày 9 tháng 12 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Lãnh

ECD Electronic Control Diesel Diesel điều khiển điện tử

ETCS-i Electronic Throttle Control System

- intelligence Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử –thông minh

EDIC Electronic Diesel injection control Điều khiển phun diesel điện tử

EHPS Electro –Hydraulic Power Steering Trợ lực lái thuỷ lực – điện tử

E-VRV Electronic – Vaccum Regulation

FF Front engine – front wheel drives Động cơ đặt trước –cầu trước chủ động

LSP&PV Load sensing propotioning valve

and bypass valve Valve điều hoà lực phanh có valve chuyển dòng

MG2 Máy phát số 2

P&BV Propotioning and Bypass Valve Valve điều hoà lực phanh và valve

chuyển dòng

SICS Start Injection Control System Hệ thống điều khiển phun khi khởi động

System

Hệ thống nạp thay đổi

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

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

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 yếu

tố 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 năngcủa L – Jectronic là cung cấp cho từng xylanh động cơ một lượng xăng đáp ứngnhiều chế độ tải khác nhau của động cơ Một hệ thống các bộ cảm biến ghi nhậnthông tin về chế độ làm việc của ôtô, về tình trạng thực tế của động cơ, chuyểnđổi các thông tin này thành tín hiệu điện ECU sẽ xử lý, phân tích các thông tinnhận được và tính toán chính xác lượng xăng cần phun ra Lưu lượng phun xăngphun ra ấn định do thời lượng mở van của béc phun xăng Với lượng xăng phun

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)

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

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

Khi có hư hỏng trong hệ thống điện điều khiển động cơ, đèn check enginetrên bảng táp lô sẽ bật sáng Khi này để tìm chính xác sự cố ta phải nối máy chẩnđoán với giắc nối DLC3 (của hệ thống M –ODB) để đọc mã hư hỏng (DTC –Diagnostic Trouble Code) mà không thể đọc trực tiếp thông qua đèn check enginenhư những hệ thống chẩn đoán khác

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

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

8 7

6

5 4 3 2 1

Hình 1-2 Mặt cắt ngang động cơ 1NZ-FE1-Trục cam ; 2-Xupap ; 3-Piston ; 4-Ống góp thải ; 5-Xylanh ;6-Thân máy ;7-Lướilọc ; 8-Cacte ; 9-Bầu lọc dầu ; 10-Thanh truyền ; 11-Van hằng nhiệt ; 12-Thước thăm

dầu ; 13-Buồng nạp ; 14-Nắp máy

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

Đường kính x hành trình [mm] 75.0 x 84.7

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

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;

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

Hình 1-7 Kết cấu thanh truyền động cơ 1NZ-FE1-Thân thanh truyền; 2-Bu lông thanh truyền; 3-Nắp đầu to

* 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

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

1.4.2.4 Hệ thống bôi trơn.

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

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;

6- Van tiết lưu; 7- Két nước

Nguyên lý hoạt động: Nước từ bình chứa nước, qua két làm mát, được dẫnvào bơm nước, đi vào làm mát động cơ Trong thời gian chạy ấm máy, nhiệt độđộng cơ nhỏ hơn nhiệt độ làm việc của van hằng nhiệt (80o ÷ 84o) thì nước từ bơmnước đi vào thân máy, nắp máy đến giàn sưởi rồi về lại bơm, trên đường ống đếngiàn sưởi có nhánh rẽ tới van tiết lưu, van này có tác dụng điều tiết lưu lượng nước

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

1.4.2.6 Hệ thống đánh lửa

Hình 1-15 Sơ đồ hệ thống đánh lửaĐộng cơ 1NZ-FE trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng điện

tử Hệ thống đánh lửa trực tiếp không sử dụng bộ chia điện giúp cho thời điểmđánh lửa được chính xác, giảm sự sụt thế điện áp và có độ tin cậy cao Ở mỗixylanh được trang bị một bôbin đơn Khi ngắt dòng điện sơ cấp chạy qua bên sơcấp của cuộn dây đánh lửa sẽ tạo ra điện áp cao ở bên thứ cấp Vì thế điện áp caotạo ra sẽ tác động lên bugi sinh ra tia lửa điện ECM sẽ luân phiên bật và tắt cáctransitor nguồn bên trong cuộn dây đánh lửa làm cho các dòng điện sơ cấp ngắtluân phiên nhau và cho phép dòng điện đốt cháy các xi lanh theo trình tự nỗ củađộng cơ ECM sẽ xác định cuộn dây đánh lửa nào sẽ được điều khiển bằng các tínhiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu và cảm biến góc quay trục khuỷu Ngoài ra nó

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

Lượng không khí nạp được lọc sạch khi đi qua lọc không khí và được đobởi cảm biến lưu lượng không khí Tỷ lệ hoà trộn được ECU tính toán và hoà trộntheo tỷ lệ phù hợp nhất Có cảm biến oxy ở đường ống thải để cảm nhận lượngoxy dư, điều khiển lượng phun nhiên liệu vào tốt hơn

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

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 cơ

Về 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

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

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

13 SPD Tín hiệu tốc độ từ bảng đồng hòa taplo

15 VG Tín hiệu từ cảm biến khối lượng khí nạp

16 NSW Đến công tắc khởi động số trung gian

17 THW Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát

18 G+, G- Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam

19 NE+, NE- Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu

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

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

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

Chương 2:

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

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TOYOTA VIOS (LOẠI 1NZ - FE)

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

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

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

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

Hình 2 - 3 Kết cấu và sơ đồ mạch cảm biến vị trí

bướm ga trên động cơ 1NZ-FE1-Con trượt; 2-Điện trở; 3-Nối đất(E2); a-Tiếp điểm không tải (IDL);5-Điện áp góc mở bướm ga(VTA); 6- Điện áp không đổi (VC)

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

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

khí 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.

Hình 2 - 7 Kết cấu và sơ đồ cảm biến nhiệt độ khí nạp1: Giắc cắm; 2: Chất cách điện; 3: Thân cảm biến; 4: Điện trở

2.2.2.4 Cảm biến ôxy

-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

ECU

THA