Hình 2.22: Hệ thống cung cấp nguồn cho ECU
Dòng điện cung cấp thường xuyên cho ECU lấy từ ắc quy qua cầu chì EFI đến cực BATT của ECU để lưu trữ các dữ liệu trong bộ nhớ.
Khi chìa khóa ở vị trí ON, dòng điện từ ắc quy đi qua cực IG công tắc máy đến cuộn dây của relay EFI làm có relay đóng. Khi relay đóng, có dòng điện đi từ ắc quy đi qua cầu chì EFI, qua tiếp điểm relay đến các chân +B và +B2 cung cấp điện cho ECU.
33 2.5.2. Hệ thống khởi động
Hình 2.23: Sơ đồ mạch khởi động
Khi contact máy ở vị trí ST và tay số ở vị trí P/N, lúc này có dòng điện chuyển về ECU ở cực STA, qua cuộn dây rơ le ST và về mát, điều khiển rơ le đóng. Khi rơ le đóng, dòng điện từ ắc quy qua tiếp điểm rơ le ST đến máy khởi động.
Tín hiệu khởi động STA là thông số cơ bản khi khởi động. Tín hiệu này kết hợp với tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát để điều khiển thời gian phun và góc đánh lửa sớm khi khởi động.
34 2.5.3. Hệ thống phun nhiên liệu điện tử (EFI)
Mục đích của hệ thống phun nhiên liệu là phun một lượng nhiên liệu phù hợp vào đúng thời điểm đã được tính toán. Dựa trên tín hiệu đầu vào của cảm biến, chương trình điều khiển trong ECU sẽ quyết định kích hoạt cho mỗi kim phun đóng hoặc mở. Hệ thống cung cấp nhiên liệu cần phải đảm bảo tiết kiệm và an toàn.
Nguyên lí hoạt động: ECU nhận và xử lí tín hiệu từ các cảm biến. Đến thời điểm phun nhiên liệu ECU sẽ cho dòng điện chạy qua kim phun, khi có dòng điện kim phun nhấc lên nhiên liệu được phun vào đường ống nạp nhờ áp suất trong đường ống phân phối.
Hệ thống nhiên liệu bao gồm: thùng nhiên liệu, bơm nhiên liệu, lọc nhiên liệu, các đường ống, bộ dập dao động, ống phân phối, các kim phun và bộ điều áp.
2.5.3.1. Bơm nhiên liệu
❖ Cấu tạo:
Bơm nhiên liệu được dẫn động bằng động cơ điện 1 chiều 12V. Khi bơm quay nó sẽ hút nhiên liệu từ thùng xăng và cung cấp dưới một áp suất nhất định đến lọc nhiên liệu, đi qua bộ dập dao động để vào ống phân phối. Lượng nhiên liệu thừa qua bộ điều áp trở về thùng chứa. Tại ống phân phối nhiên liệu cung cấp đến các kim phun được bố trí trên đường ống nạp động cơ. Dưới tác dụng của áp suất nhiên liệu, khi van kim mở nhiên liệu được phun gián đoạn vào đường ống nạp và có chu kì.
Áp suất nhiên liệu do bơm cung cấp rơi vào khoảng 3.5 đến 6.0 (kg/cm2),
nhưng áp suất trong hệ thống khoảng 2.7 dến 3.2 (kg/cm2) do sự khống chế bởi bộ điều
áp.
Bơm được bố trí bên trong thùng nhiên liệu. Ưu điểm là cách âm tốt, luôn được làm mát và khuyết điểm là bảo dưỡng, thay thế khó khăn.
35
Hình 2.24: Cấu tạo bơm xăng
Cánh bơm được mô tơ quay để nén nhiên liệu. Van một chiều đóng lại khi bơm nhiên liệu dừng để duy trì áp suất trong đường ống nhiên liệu và làm cho việc khởi động được dễ dàng hơn. Nếu không có áp suất dư, dễ xảy ra hiện tượng hóa hơi nhiệt ở nhiệt độ cao, làm cho việc khởi động bị khó khăn.
Van an toàn mở ra khi áp suất phía cửa ra quá cao, nhằm ngăn chặn áp suất nhiên liệu trở nên quá cao này.
36
❖ Nguyên lý hoạt động:
Bơm nhiên liệu hoạt động khi khởi động hoặc động cơ đang nổ máy. Thậm chí khi khóa điện được bật đến vị trí ON, nếu động cơ chưa khởi động, thì bơm nhiên liệu sẽ không làm việc.
37
Bơm xăng khi công tắc ở vị trí OFF
Hình 2.25: Mạch điện điều khiển bơm xăng
Khi khởi động động cơ, một tín hiệu STA (tín hiệu máy khởi động) được truyền đến ECU. ECU điều khiển tranzito ON và làm cho relay mở mạch ON, có dòng điện được chạy vào bơm nhiên liệu để vận hành bơm.
38
Sau khi khởi động, ECU động cơ nhận tín hiệu NE từ cảm biến vị trí của trục khuỷu, làm cho tranzito này tiếp tục duy trì hoạt động của bơm nhiên liệu.
Hình 2.26: Mạch điều khiển bơm xăng khi động cơ đang nổ
Khi khóa điện bật ON, nếu động cơ bị chết máy, tín hiệu NE mất, ECU động cơ điều khiển tranzito OFF làm cho Relay mở mạch OFF, làm bơm nhiên liệu ngừng lại.
39
40 2.5.3.2. Lọc nhiên liệu
Lọc nhiên liệu dùng để gạn lọc các chất bẩn có trong nhiên liệu. để đảm bảo sự làm việc chính xác của hệ thống nhiên liệu. nhiên liệu sau khi đi ra khỏi lọc sẽ được cung cấp đến bộ dập dao động.
Hình 2.89: Lọc nhiên liệu
2.5.3.3. Bộ dập dao động.
Bộ dập dao động thường bố trí ở đường nhiên liệu vào ống phân phối. Chức năng của nó là dùng dể dập các xung nhiên liệu do bơm tạo nên và do sự đóng mở của các kim phun trong quá trình phun nhiên liệu. Cấu trúc phần chính của bộ dập dao động gồm một màng và một lò xo để hấp thụ các xung dao động áp suất trong hệ thống.
41 2.5.3.4. Bộ điều áp
Được bố trí trên ống phân phối, có chức năng giữ cho áp suất phun của kim phun là không đổi.
Cấu trúc bộ điều áp bao gồm một màng chia bộ điều áp thành 2 phần, buồng trên chứa nhiên liệu và van điều áp, buồng dưới chứa lò xo và được tác động bởi độ chân không sau bướm ga.
Khi động cơ hoạt động, áp suất nhiên liệu cung cấp từ bơm, qua lọc và bộ dập dao động để đi vào ống phân phối. Từ ống phần phối, lượng nhiên liệu thừa sẽ đi vào bộ điều áp, nó tác động đến màng đi xuống, van điều áp mở và một lượng nhiên liệu thoát qua bộ điều áp trở về thùng nhiên liệu.
Khi cánh bướm ga mở nhỏ, độ chân không sau cánh bướm ga lớn, độ chân không này tác động lên màng bộ điều áp làm màng đi xuống. Van điều áp mở lớn, lượng nhiên liệu thoát về thung nhiên liệu nhiều hơn nên áp suất trong ống phân phối giảm. Ngược lại, khi cánh bướm ga mở lớn làm cho áp suất trong đường ống nạp tăng, lò xo đẩy màng điều áp đi lên, lượng nhiên liệu thoát qua van điều áp giảm, áp suất nhiên liệu trong ống phân phối tăng.
Tóm lại, áp suất nhiên liệu trong ống phân phối luôn thay đổi theo độ chân không trong đường ống nạp.
42 2.5.3.5. Kim phun
❖ Cấu tạo:
Trong hệ thống phun xăng, lượng nhiên liệu phun qua kim phun phụ thuộc chính vào lượng không khí nạp và số vòng quay của động cơ. Ngoài ra lượng nhiên liệu phun còn phụ thuộc vào trạng thái làm việc của động cơ nhờ vào các cảm biến.
Hình 2.29: Cấu tạo kim phun
Kim phun bao gồm một thân và một van kim đặt trong ống từ. Thân kim phun chứa một cuộn dây, nó điều khiển sự đóng mở của van kim. Khi không có dòng điện cung cấp cho cuộn dây, lò xo đẩy van kim vào đế của nó. Khi nam châm điện được tác động, van kim nâng lên khỏi bệ van khoảng 0,1mm và nhiên liệu được phun ra khỏi kim phun nhờ áp suất nhiên liệu trong hệ thống. Thời gian mở của kim phun vào khoảng 1 -1,5 ms. Trong khi phun phải đảm bảo sao cho nhiên liệu không ngưng tụ tại đường ống.
Đầu của kim phun được bố trí trong đường ống nạp qua trung gian của các vòng đệm cao su để cách nhiệt, giảm rung động cho kim phun và không cho khí lọt vào trong đường ống nạp. Đuôi kim phun được gá vào ống phân phối qua một vòng đệm làm kín để tránh sự rò rỉ của nhiên liệu.
43
❖ Nguyên lý hoạt động:
Hình 2.30: Biểu đồ thời điểm phun theo nhóm của động cơ
Động cơ áp dụng phương pháp phun theo nhóm. Các kim phun chia thành 2 nhóm, lượng nhiên liệu được cung cấp trước quá trình nạp của mỗi xylanh. Nhóm 1 được thực hiện cho 2 kim phun 1 và 3. Nhóm 2 được thực hiện cho 2 kim phun 2 và 4. Trong một chu kì làm việc của động cơ, các kim phun chỉ phun một lần.
44
Hình trên là sơ đồ đấu dây của động cơ 4 xy lanh. Kim phun sử dụng có điện trở cao mỗi cực của kim phun được cung cấp điện dương từ contact máy ở vị trí IG, mỗi cực còn lại của kim phun 1 và 3 được nối về cực #10 và kim phun 2 và 4 được nối về cực #20 của ECU. Khi transitor số 1 mở thì nhiên liệu được cung cấp vào đường ống nạp của xylanh 1 và 3. Khi transitor 2 mở, kim phun 2 và 4 hoạt động.
2.5.3. Hệ thống đánh lửa dùng bộ chia điện (DELCO)
Hệ thống đánh lửa sử dụng điện cao áp do cuộn đánh lửa tạo ra nhằm phát ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp không khí-nhiên liệu đã được nén và đốt cháy nó trong xylanh. Sự bốc cháy này tạo ra động lực của động cơ. Nhờ có hiện tượng tự cảm và cảm ứng tương hỗ, cuộn dây tạo ra điện áp cao cần thiết cho đánh lửa. Cuộn sơ cấp tạo ra điện thế hàng trăm vôn còn cuộn thứ cấp thì tạo ra điện thế hàng chục ngàn vôn.
Tín hiệu từ các cảm biến gửi về ECU và ECU cho ra tín hiệu điều khiển thời điểm đánh lửa IGT tới bộ đánh lửa (Igniter) và bộ đánh lửa điều khiển dòng điện qua cuộn sơ cấp của bô bin để thực hiện góc đánh lửa sớm tối ưu nhất.
Hệ thống đánh lửa phải đáp ứng 3 yêu cầu sau:
- Tia lửa phải mạnh: điện áp sinh ra từ cực thứ cấp của bô bin đủ khả năng
phóng ra mát ở khoảng cách tối thiểu là 13mm.
- Đúng thời điểm ở mọi chế độ làm việc của động cơ.
45 2.5.3.1. Mạch điện nguồn cung cấp cho ECU.
Nguồn 12V cung cấp thường xuyên cho ECU ở cực BATT qua cầu chì và roley chính EFI. Mạch nguồn này được sử dụng cho hệ thống chẩn đoán. Khi tháo cầu chì EFI trong khoảng thời gian tối thiểu 15 giây, ECU sẽ xóa mã lỗi trong bộ nhớ.
Khi ECU được cung cấp nguồn điện 12V, ECU bắt đầu hoạt động để nhận tín hiệu từ các cảm biến và điều khiển các bộ chấp hành cho động cơ hoạt động.
Hình 2.32: Mạch điện nguồn cung cấp cho ECU động cơ
2.5.3.2. Cảm biến Ne
Cảm biến Ne bố trí bên trong delco. Ở động cơ này không có cảm biến G, và cảm biến Ne kiêm chức năng của cảm biến G.
Cảm biến Ne còn gọi là cảm biến số vòng quay động cơ. Khi số vòng quay động cơ càng tăng thì góc đánh lửa càng sớm và thời gian phun sẽ giảm lại để hạn chế số vòng quay tối đa của động cơ. Tín hiệu Ne còn dùng để điều khiển tốc độ cầm chừng, điều khiển roley bơm, cắt nhiên liệu khi giảm tốc…
46 2.5.3.3. Tín hiệu IGT
Điều kiện để có tín hiệu IGT: có nguồn cung cấp cho ECU (Vc = 5V) và có tín hiệu Ne gửi về ECU
2.5.3.4. Sơ đồ hệ thống đánh lửa trên động cơ
Hình 2.33: Sơ đồ hệ thống đánh lửa trên động cơ
Khi contact máy ON, dòng 12V cung cấp về ECU ở cực +B. Khi động cơ hoạt động, có tín hiệu từ cảm biến NE gửi về ECU, lúc này ECU sẽ cho ra tín hiệu IGT để điều khiển thời điểm đánh lửa.
Theo sơ đồ trên, bộ vi xử lý điều khiển tín hiệu IGT bằng xung vuông. Khi có tín hiệu điều khiển từ bộ vi xử lý, transitor ON, lúc này có nguồn 5V cung cấp ra cực IGT của ECU. Do tín hiệu điều khiển transitor bằng xung vuông nên tín hiệu IGT cũng có dạng xung vuông 0V-5V.
Khi có tín hiệu IGT từ ECU gửi về Igniter, transitor trong igniter sẽ mở và lúc này có dòng điện qua cuộn dây sơ cấp của bobin như sau: +Accu → cầu chì chính →
47
cầu chì EFI → tiếp điểm roley EFI → Dương bobin → Âm bobin → cực C của igniter
→ transitor → Mass, dòng điện khoảng 5A. Khi tín hiệu IGT mất, transitor trong igniter đóng, dòng điện qua cuộn sơ cấp mất đi, tạo ra sự thay đổi từ thông làm cảm ứng trong cuộn thứ cấp bobin một sức điện động có thể đạt tới 40KV, điện áp này được dẫn đến rotor của delco để phân phối điện đến các bugi.
2.5.4. Hệ thống điều khiển tốc độ cầm chừng
Hình 2.34: Bướm ga và van ISC của động cơ
Hệ thống điều khiển tốc độ cầm chừng hay còn gọi là hệ thống điều khiển tốc độ không tải ISC (Idle Speed Control) của động cơ 4E-FE được điều khiển bằng cách sử dụng van ISC để điều khiển lượng không khí nạp vào động cơ ở tốc độ cầm chừng.
48 2.5.4.1. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của van ISC
Hình 2.35: Van ISC
Hình 2.36: Cấu tạo van ISC
- Một nam châm vĩnh cửu có dạng hình trụ được đặt ở đầu trục van.
Dưới tạc dụng từ trường của nam châm điện sẽ làm cho nam châm vĩnh cửu xoay qua lại làm cho van chuyển động.
49
- Ở đầu trục van người ta bố trí 2 cuộn dây đặt đối xứng với nhau.
Khi cho dòng điện chạy qua một trong hai cuộn dây này thì lực từ của nam châm điện sẽ làm cho nam châm vĩnh cửu chuyển động
- Van được lắp ở giữa trục. khi nam châm vĩnh cửu xoay thì van sẽ
xoay theo để điều khiển lượng không khí đi tắt qua bướm ga.
2.5.4.2. Các chế độ hoạt động
Hình 2.37: Sơ đồ mạch điện hệ thống điều khiển tốc độ cầm chừng
Hệ thống bao gồm các tín hiệu đầu vào từ các cảm biến gửi tới ECU động cơ, sau đó ECU hiểu được điều kiện làm việc của động cơ hiện tại và đưa ra tín hiệu điều khiển cho cơ cấu chấp hành là van không tải (ISCV) để điều khiển lượng gió đi vào động cơ cho phù hợp cụ thể các chế độ như sau:
- Khi khởi động, tín hiệu STA gửi về ECU và nó sẽ điều khiển van
mở lớn căn cứ vào nhiệt độ nước làm mát để động cơ có thể khởi động dễ dàng
- Sau khi khởi động van ISC sẽ khép lại và dừng lại ở vị trí tương ứng với nhiệt độ nước làm mát của động cơ
50
- Ở tốc độ cầm chừng, nếu nhiệt độ động cơ thấp thì van mở lớn, khi
nhiệt độ động cơ tăng dần thì van khép dần và giữ độ mở ổn định khi nhiệt độ nước làm mát đạt 80°C. Đây chính là chế độ cầm chừng nhanh
- Tốc độ cầm chừng được giữ cố định căn cứ vào chuẩn trong bộ nhớ.
Nếu tốc độ động cơ bị sai lệch so với chuẩn thì ECU sẽ điều khiển van đóng hoặc mở để ổn định tốc độ cầm chừng.
- Khi ECU nhận tín hiệu từ contact tay số NSW, hệ thống điều hòa A/C, tải điện,… nó sẽ điều khiển van ISC mở để ổn định tộc độ cầm chừng của động cơ. Các thông số tải được cài đặt sẵn trong bộ nhớ.
2.5.5. Hệ thống chẩn đoán (OBD)
ECU động cơ được trang bị hệ thống chẩn đoán nhằm giúp cho người lái xe phát hiện tình trạng làm việc bình thường và không bình thường của hệ thống điện điều khiển động cơ , đồng thời giúp cho người kỹ thuật viên xác định vùng hư hỏng của hệ thống điện để dễ dàng trong công việc kiểm tra sửa chữa.
Đèn kiểm tra động cơ (Check Engine) còn gọi là đèn MIL (Malfunction Indicator Lamp) được bộ trí trên bảng tableau, ánh sáng của đèn màu cam và có biểu tượng hình của động cơ hoặc chữ Check hay Check Engine.
51
Khi bật contact máy on, đèn luôn sáng hoặc sáng khoảng 2 đến 3 giây rồi tắt