Trạng thái Giá trị hiển thị
(VTA)
Bướm ga đóng hồn tồn 0.3-0.8 (V)
Bướm ga mở hồn tồn 2.9-4.9 (V)
3.4.2.6. Cảm biến khối lượng khí nạp
65 Kiểu bộ đo gió này đo khối lượng khơng khí nạp vào động cơ, được đặt sau bộ lọc gió. Có thể là loại dây nhiệt hoặc màng nhiệt, loại đo gió này có các ưu điểm như sau:
+ Phạm vi đo khối lượng không khí nạp từ tốc độ cầm chừng đến tốc độ tải lớn rất rộng.
+ Đặc tính hoạt động khơng phụ thuộc vào sự hoạt động ở vùng cao hay vùng thấp. + Trọng lượng bé, kích thước nhỏ gọn.
+ Khơng sử dụng chi tiết cơ khí nên có độ nhạy cao. + Kiểm tra trực tiếp khối lượng khơng khí nạp. + Sức cản dịng khí nhỏ hơn loại cánh trượt. - Cấu tạo:
Gồm một nhiệt điện trở và dây nhiệt bằng platin đặt trên đường di chuyển của khơng khí và mạch điều khiển điện tử. Nhiệt điện trở dùng để kiểm tra nhiệt độ khơng khí nạp vào bộ đo gió. Nhiệt điện trở và mạch điều khiển điện tử này được đặt trong một hộp nhựa.
- Nguyên lý hoạt động:
Hình 3.64: Ngun lý đo khối lượng khí nạp cảm biến MAF
Chú thích:
1 – Dây nhiệt bằng platin 2 – Nhiệt điện trở âm
3 – Khơng khí nạp từ lọc gió 4 – Đường đi tắt
5 – Cảm biến nhiệt độ khí nạp 6 – Đường tới bướm ga
66 Dây nhiệt bằng platin hay cịn được gọi là dây sấy ln ổn định ở 120°C. Khi khơng khí nạp chạy qua dây này, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối khơng khí nạp. Bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ của dây sấy không đổi, dịng điện đó sẽ tỉ lệ thuận với khối lượng khơng khí nạp. Sau đó có thể đo khối lượng khơng khí nạp bằng cách đo dịng điện đó, dịng điện này được biến đổi thành một điện áp, sau đó được gửi đến ECU động cơ.
Hình 3.65: Sơ đồ chân cảm biến khối lượng khí nạp MAF
Chú thích:
FG – Tín hiệu xác định khối lượng khơng khí nạp THA – Tín hiệu xác định nhiệt độ khơng khí nạp 5V – Chân nguồn cấp cho cảm biến
E2G – Chân mát cảm biến - Kiểm tra
Tháo cảm biến ra khỏi ống nạp. Nối giắc vào cảm biến và cấp nguồn như bình thường. Dùng đồng hồ VOM đo giá trị điện áp giữa FG và E2G khi thổi khơng khí đi qua cảm biến, khi thổi càng nhiều thì điện áp càng tăng (do khi thổi nhiều, dây nhiệt bị giảm nhiệt độ xuống dưới 120°C khi đó ECU điều khiển cấp dịng điện vào để dây nhiệt quay lại mức nhiệt độ ban đầu) thì kết luận cảm biến hoạt động tốt.
Tháo giắc cảm biến dùng đồng hồ VOM đo điện trở giữa THA và E2G để kiểm tra cảm biến nhiệt độ khơng khí, so sánh với giá trị tiêu chuẩn:
67 Bảng 3.5: Giá trị điện trở cảm biến nhiệt độ khí nạp
Nhiệt độ khí nạp °C Giá trị điện trở kΩ -20 16.2 0 5.9 20 2.5 40 1.1 60 0.6 80 0.3 100 0.1
3.4.2.7. Cảm biến áp suất trên đường ống nạp
Hình 3.66: Cảm biến áp suất đường ống nạp
Đây là loại cảm biến xác định áp suất khơng khí nạp bằng cách kiểm tra áp suất trên đường ống nạp sau turbo tăng áp. Cảm biến được bố trí bên ngồi động cơ, cấu trúc gọn nhẹ khơng làm cản trở dịng khí nạp như các loại cảm biến khác. Cảm biến áp suất đường ống nạp được nối với đường ống nạp qua một ống mềm dẫn khơng khí, để xác định áp suất đường ống nạp.
68 - Cấu tạo:
Hình 3.67: Cấu tạo cảm biến áp suất đường ống nạp MAP
- Nguyên lý hoạt động:
Một chíp silic gắn liền với buồng chân khơng được duy trì độ chân khơng nhất định, tất cả được đặt trong bộ cảm biến. Một phía của chíp tiếp xúc với đường ống nạp, phía kia tiếp xúc với độ chân không trong buồng chân không (giá trị không đổi).
Nguyên lý đo của cảm biến dựa vào mối quan hệ giữa áp suất trong đường ống nạp và lưu lượng khơng khí nạp. Khi lượng khơng khí nạp giảm thì áp suất khí nạp giảm và ngược lại khi lưu lượng khí nạp tăng thì áp suất trong đường ống nạp tăng. Áp suất đường ống nạp thay đổi làm hình dạng của chíp silic thay đổi và làm cho giá trị điện trở thay đổi theo. Khi chiều cao của chíp silic càng cao thì giá trị điện áp ở chân tín hiệu càng lớn và ngược lại.
69
Hình 3.69: Sơ đồ chân cảm biến áp suất đường ống nạp MAP
- Kiểm tra:
Bảng 3.6: Giá trị điện áp cảm áp suất đường ống nạp
Cực đo Điều kiện Giá trị điện áp
VC –E2 Bật công tắc 4.5V – 5.5V
PIM – E2 P = 100mmHg 1.3V – 1.9V
P = 610mmHg 2.4V – 3.1V
P = 1700mmHg 3.7V – 4.3V
3.4.2.8. Cảm biến nhiệt độ khí nạp sau Turbo
Hình 3.70: Cảm biến nhiệt độ khí nạp sau Turbo
- Vị trí:
Cảm biến nhiệt độ khí nạp sau turbo được đặt trước bướm ga Diesel.
- Chức năng:
+ Cảm biến nhiệt độ khí nạp được dùng để đo nhiệt độ khí nạp vào động cơ và gửi về hộp ECU để ECU thực hiện hiệu chỉnh.
70 + Hiệu chỉnh thời gian phun theo nhiệt độ khơng khí: Bởi ở nhiệt độ khơng khí thấp mật độ khơng khí sẽ đặc hơn và ở nhiệt độ cao mật độ khơng khí sẽ lỗng hơn (ít oxi hơn).
+ Nếu nhiệt độ thấp thì ECU sẽ hiệu chỉnh tăng thời gian phun nhiên liệu. Nếu nhiệt độ cao thì ECU sẽ hiệu chỉnh giảm thời gian phun nhiên liệu.
+ Ngồi ra cảm biến nhiệt độ khí nạp sau turbo cịn có nhiệm vụ kiểm tra hiệu quả của két làm mát turbo.
- Cấu tạo:
Là một nhiệt điện trở có trị số điện trở âm. Khi nhiệt độ khí nạp tăng thì điện trở giảm và ngược lại khi nhiệt độ khí nạp giảm thì điện trở tăng.
Hình 3.71: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ khí nạp
- Nguyên lý hoạt động:
Khi nhiệt độ khơng khí nạp cao thì điện trở sẽ giảm, điện áp gửi về ECU cũng giảm, ngược lại khi nhiệt độ khơng khí nạp thấp thì điện trở sẽ tăng, điện áp gửi đến ECU cũng tăng theo. ECU dựa vào tín hiệu điện áp từ cảm biến gửi về từ đó có thể xác định hiệu chỉnh thời gian, lượng phun nhiên liệu vào động cơ.
71
3.4.2.9. Cảm biến A/F
Hình 3.72: Cảm biến A/F trên Toyota Hilux - Chức năng: - Chức năng:
Cảm biến A/F được đặt phía sau bầu lọc khí thải dùng để đo mức độ giàu nghèo của khí thải sau đó gửi tín hiệu đến ECU, ECU sẽ tính tốn chính xác được lượng nhiên liệu cung cấp cho kim phun bù nhiên liệu giúp cho bầu lọc DPF khơng bị q nhiệt trong q trình tái sinh bầu lọc đồng thời cảm biến A/F cũng có nhiệm vụ giám sát tình trạng hoạt động của kim phun bù nhiên liệu.
- Cấu tạo:
Hình 3.73: Cấu tạo cảm biến A/F
Cấu tạo cảm biến A/F tương tự như cảm biến oxy bao gồm các thành phần sau: điện cực Platin, điện cực rắn (phần tử Zirconia), bộ sấy nóng và bên ngồi được phủ một lớp gốm.
72
- Nguyên lý hoạt động:
Hình 3.74: Nguyên lý hoạt động cảm biến A/F
Cảm biến A/F được lắp tại ống xả sau bầu lọc khí thải, bề mặt làm việc của cảm biến tiếp xúc trực tiếp với khí xả, trong lõi của cảm biến có đường đưa khơng khí từ ngồi vào, sự chênh lệch về nồng độ oxy giữa 2 bề mặt của cảm biến A/F sẽ tạo ra 1 điện áp: 0.5-4.5V.
+ Tín hiệu điện áp gần 0.5V là hỗn hợp nhiên liệu đang quá giàu. + Tín hiệu điện áp gần 4.5V là hỗn hợp nhiên liệu đang quá nghèo.
73 Cảm biến A/F làm việc trên dựa vào độ chênh lệch nồng độ oxy giữa 2 bề mặt của cảm biến, cảm biến sẽ làm việc tốt ở nhiệt độ 650̊C (1200̊F), cho nên người ta bố trí một bộ phận nung nóng trong cảm biến để giúp cảm biến nhanh đạt đến nhiệt độ làm việc khi động cơ nguội. Đồng thời giúp động cơ xử lý khí thải ngay khi vừa mới khởi động. Khi bật cơng tắc sang vị trí ON, dây sấy của cảm biến sẽ được ECU nhịp mát để nung nóng cảm biến.
- Kiểm tra:
Sử dụng đồng hồ VOM đo điện trở dây sấy của cảm biến A/F (B+-HA1A) có giá trị nằm trong khoảng từ 2-4. Kiểm tra điện áp giữa 2 chân A1A+ và A1A-, khi tốc độ động cơ thay đổi thì giá trị điện áp thay đổi từ 0.5 đến 4.5V. Nếu giá trị điện áp khơng thay đổi thì cảm biến khơng cịn hoạt động.
Hình 3.76: Sơ đồ chân cảm biến A/F
3.4.3 Điều khiển phun nhiên liệu
3.4.3.1. Các loại điều khiển phun nhiên liệu
- Điều khiển tỉ lệ phun nhiên liệu: Điều khiển một lượng phun nhỏ (phun sơ khởi) trước thời điểm phun chính.
- Điều khiển lượng phun nhiên liệu: Thay thế chức năng của bộ điều tốc thông thường để điều khiển lượng phun nhiên liệu một cách tối ưu dựa vào tốc độ động cơ và vị trí bàn đạp ga.
- Điều khiển thời điểm phun: Thay thế chức năng của bộ timer thông thường để điều khiển phun tối ưu dựa vào tốc độ động cơ và lượng phun nhiên liệu.
74 - Điều khiển áp suất phun nhiên liệu: Điều khiển lượng nhiên liệu đầu ra của bơm cao áp bằng cách đo áp suất nhiên liệu dựa vào cảm biến áp suất nhiên liệu được tích hợp trên mỗi kim phun và gửi phản hồi đến ECU. ECU nhận được giá trị áp suất phản hồi để điều khiển lượng nhiên liệu đúng với giá trị tối ưu phù hợp tốc độ động cơ và lượng phun nhiên liệu.
3.4.3.2. Điều khiển lượng phun nhiên liệu
Để điều khiển lượng phun nhiên liệu ECU thực hiện so sánh 2 giá trị, đó là lượng phun cơ bản và lượng phun tối đa. Nếu giá trị lượng phun nào thấp hơn thì sẽ chọn lượng phun đó (nhằm tối ưu về mặt kinh tế nhiên liệu và khí thải mơi trường). Lượng phun cơ bản được tính tốn dựa trên tốc độ động cơ và vị trí bàn đạp ga. Lượng phun tối đa được điều chỉnh dựa vào tín hiệu từ các cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến áp suất khí trời, cảm biến turbo tăng áp, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu. Sau khi ECU chọn được giá trị cuối cùng sẽ gửi tín hiệu EDU để điều khiển các kim phun.
Hình 3.77: Phương pháp xác định lượng phun nhiên liệu
75 Lượng phun cơ bản được xác định bởi tốc độ động cơ và góc mở bàn đạp ga. Lượng phun cơ bản tăng khi tín hiệu vị trí bàn đạp ga tăng và tốc độ động cơ khơng đổi.
Hình 3.78: Đồ thị xác định lượng phun cơ bản
• Điều khiển lượng phun tối đa
Lượng phun tối đa được xác định bởi các tín hiệu từ cảm biến áp suất khí nạp, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến áp suất khí trời, cảm biến nhiệt độ môi trường, hiệu chỉnh lượng phun tối đa khi khởi động lạnh đối với lượng phun tối đa cơ bản theo tốc độ động cơ.
Hình 3.79: Đồ thị xác định lượng phun tối đa
• Điều khiển lượng phun khi khởi động
Khi công tắc máy ở vị trí khởi động (STA ON) thì lượng nhiên liệu phun cho động cơ khi khởi động dựa vào lượng phun cơ bản và lượng phun hiệu chỉnh tăng hay giảm để phù hợp với nhiệt độ nước làm mát và tốc độ động cơ. Nếu nhiệt độ nước làm mát
76 thấp thì lượng phun hiệu chỉnh tăng, ngược lại khi nhiệt độ nước làm mát cao thì lượng phun hiệu chỉnh thấp. Khi động cơ đã hồn tồn khởi động thì lượng nhiên liệu phun vào động cơ sẽ giảm xuống.
Hình 3.80: Đồ thị xác định lượng phun khi khởi động
• Điều khiển lượng phun ở tốc độ cầm chừng (ISC System)
Hệ thống điều khiển tốc độ cầm chừng bằng cách điều chỉnh lượng phun nhiên liệu để tốc độ thực của động cơ bằng với tốc độ được tính tốn bởi ECU phù hợp với từng điều kiện vận hành như nhiệt độ nước làm mát, tải điều hịa khơng khí, vị trí số, …
77
Hình 3.81: Sơ đồ điều khiển lượng phun tốc độ cầm chừng
• Điều khiển lượng phun nhiên liệu giảm rung động ở tốc độ cầm chừng
Để giảm rung động của động cơ khi hoạt động ở chế độ cầm chừng, bộ điều khiển so sánh tốc độ góc của các xi lanh sau đó hiệu chỉnh lượng phun của từng xi lanh nếu có sự chênh lệch lớn về tốc độ góc để động cơ hoạt động êm dịu hơn.
Hình 3.82: Điều khiển lượng phun giảm rung động ở tốc độ cầm chừng
3.4.3.3. Điều khiển thời điểm phun nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu trên động cơ Toyota Hilux 2020 sử dụng kim phun G3Pi có thời gian phản ứng kim rất nhanh (0,1ms) nên có thể phun được nhiều lần (7-9 lần) trong một chu kỳ.
78
Hình 3.83: Các giai đoạn phun nhiên liệu Các thời điểm phun nhiên liệu vào động cơ: Các thời điểm phun nhiên liệu vào động cơ:
- Pilot injection- Phun sơ khởi (phun mồi): Thời điểm phun sơ khởi được điều khiển bằng cách thêm một khoảng thời gian phun sơ khởi trước khi phun chính. Thời điểm phun sơ khởi được tính tốn dựa vào lượng phun nhiên liệu cuối cùng, tốc độ động cơ, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ môi trường, áp suất môi trường. Khi động cơ khởi động, khoảng thời gian phun sơ khởi được tính tốn dựa vào nhiệt độ nước làm mát và tốc độ động cơ.
- Pre injection- Phun sơ cấp: được thực hiện trước khi phun chính. Qua đó, động cơ sẽ giảm được tiếng ồn, hoạt động êm dịu hơn. Đồng thời giảm được nhiệt độ sinh ra trong q trình phun chính giúp giảm nồng độ NOx.
- Main injection- Phun chính: ECU động cơ tính tốn thời điểm phun chính dựa vào tốc độ động cơ, lượng phun cuối cùng và các tín hiệu hiệu chỉnh khác để xác định được thời điểm phun chính tối ưu.
- After and Post injection- Phun thứ cấp: Mục tiêu của quá trình phun thứ cấp là tối ưu hóa q trình đốt cháy và giảm lượng khí thải.
79
Hình 3.84: Phương pháp xác định thời điểm phun nhiên liệu
3.4.3.4. Điều khiển tỉ lệ phun nhiên liệu
Trong khi tỉ lệ phun nhiên liệu tăng nhưng thời gian cháy trễ từ thời điểm phun nhiên liệu đến khi quá trình cháy bắt đầu diễn ra vẫn khơng thay đổi. Do đó, lượng nhiên liệu được phun vào buồng đốt cho tới khi quá trình cháy diễn ra tăng lên (lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt quá lớn), điều này dẫn đến áp suất trong buồng đốt tăng đột ngột gây nên tiếng ồn lớn cho động cơ, cùng với đó là sự tăng cao nhiệt độ buồng đốt gây tăng lượng khí NOx. Để khắc phục vấn đề này, phun sơ khởi được thực hiện nhằm mục đích giảm được độ trễ do có nhiều thời gian để hịa trộn nhiên liệu và khơng khí. Khi đó q trình cháy ở giai đoạn phun chính sẽ khơng cịn độ trễ do buồng đốt đã được gia nhiệt ở giai đoạn phun mồi làm cho áp suất buồng đốt không bị tăng đột ngột.
80
Hình 3.85: Biểu đồ tỉ lệ phun nhiên liệu
Hiện nay khơng chỉ có phun mồi, mà phun nhiều giai đoạn “multiple-injection” đã được phát triển và mở rộng rất nhiều trên các hệ thống nhiên liệu Common Rail. Hệ thống nhiên liệu trên động cơ 1GD-FTV của hãng Denso sử dụng kim phun G3Pi nên có thể tăng số lần phun trong một chu kỳ, việc điều chỉnh tỉ lệ phun nhiên liệu được chia thành 7 giai đoạn: 4 giai đoạn trước phun chính, phun chính và 2 giai đoạn sau phun chính.
3.4.3.5. Điều khiển áp suất phun nhiên liệu
ECU động cơ xác định áp suất nhiên liệu dựa vào lượng phun cuối cùng và tốc độ