Điện áp 5V qua điện trởchuẩn (điện trởnày có giá trịkhơng đổi theo nhiệt
độ) tới cảm biến rồi chởvềECU vềmass. Nhưvậy điện trởchuẩn và nhiệt điện trởtrong cảm biến tạo thành một cầu phân áp. Điện áp điểm giữa cầu được đưa đến bộchuyển đổi tín hiệu tương tự hoặc số.
Khi nhiệt độ động cơthấp giá trị điện trởcảm biến cao và điện áp gửi đến
bộbiến đổi ADC lớn.
Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xung vuông và được giải mã nhờbộ vi xửlý đểthông báo cho ECU biết động cơ đang lạnh. Khi động
18
cơnóng, giá trị điện trởcảm biến giảm kéo theo điện áp giảm, báo cho ECU biết là động cơ đang nóng.
Cảm biến nhiệt độ nước dùng để đo nhiệt độ nước làm mát của động cơ.
Khi nhiệt độ của nước làm mát động cơ thấp, phải tăng tốc độ chạy khơng tải, tăng thời gian phun, góc đánh lửa sớm, v.v... Vì vậy, cảm biến nhiệt độ nước khơng thể thiếu được đối với hệ thống điều khiển động cơ.
Cảm biến vị trí trục khuỷu( NE) và Cảm biến vị trí trục cam (G)
Cảm biến vị trí trục khuỷuđược lắp ở trục khuỷu để xác định tốc độ động
cơ (Ne) và cảm biến vị trí trục cam lắp tại trục cam để xác định vị trí của piston (G).
Hình 2.17: Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu và cảm biến vị trí trục cam
Cảm biến vị trí khuỷu và cảm biến vi trí trục cam dạng điện từ trên xe Toyota loại nam châm đứng yên. Mỗi cảm biến gồm có roto để khép mạch từ và cuộn dây cảm ứng mà lõi gắn với một nam châm vĩnh cửu đứng yên. Số răng trên roto và số cuộn dây cảm ứng thay đổi tùy thuộc vào loại động cơ.
Hoạt động của cảm biến vị trí trục khuỷu
Đĩa tạo tín hiệu NE được làm liền với puly trục khuỷu và có 36 răng, thiếu 2 răng (thiếu 2 răng vì ứng với từng tín hiệu được tạo ra do sự chuyểnđộng quay của một răng ta sẽ xác định được góc quay trục khuỷu vàxác định được góc đánh lửa sớm của động cơ). Chuyển động quay của đĩatạo tín hiệu sẽ làm thay đổi khe hở khơng khí giữa các răng của đĩa vàcuộn nhận tín hiệu NE, điều đó tạo ra tín hiệu NE.
Khirăng càng ra xa cực nam châm thì khe hở khơng khí càng lớn, nên từ
19
mạnh,tức là có nhiều đường sức từ cắt, trong cuộn dây sẽ xuất hiện một dòng điệnxoay chiều, đường sức qua nó càng nhiều, thì dịng điện phát sinh càng lớn.
Tín hiệu sinh ra thay đổi theo vị trí của răng, và nó được ECU đọc xungđiện thế sinh ra, nhờ đó mà ECU nhận biết vị trí trục khuỷu và tốc động cơ. ECU sẽ xác định lượng nhiên liệu phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản dựa vào tín hiệu này.
Loại tín hiệu NE này có thể nhận biết được cả tốc độ động cơ và góc quay trụckhuỷu tại vị trí răng thiếu của đĩa tạo tín hiệu, nhưng không xác định đượcđiểm chết trên của kỳ nén hay kỳ thải.
Hoạt động của cảm biến vị trí trục cam
Đĩa tạo tín hiệu G được làm liền với puly trục cam và có 3 răng (4 răng
đối xứng nhưng đã được xén mất 1 răng, khuyết 1 răng để giúp ECU phân biệt được thời kỳ làm việc của động cơ). Chuyển động quay của đĩatạo tín hiệu sẽ làm thay đổi khe hở khơng khí giữa các răng của đĩa vàcuộn nhận tín hiệu G, điều đó tạo ra tín hiệu G.
Hình 2.18: Tín hiệu cảm biến NE và cảm biến G
Cảm biến trục cam giúp xác địnhđiểm chết trên của kỳ nén hay kỳ thải,
20
Cảm biến kích nổ.
Hình 2.19: Kết cấu cảm biến kích nổ
Cảm biến kích nổ được gắn vào thân máy và truyền tín hiệu KNK tới ECU động cơ khi phát hiện sự kích nổ của động cơ. ECU động cơ nhận tín hiệu KNK và làm trễ thời điểm đánh lửa nhằm ngăn chặn hiện tượng kích nổ xảy ra, đến lúc ECU động cơ nhận thấy tiếng gõ kết thúc thì nó sẽ điều chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại sau khoảng thời gian nhất định.
Bên trong cảm biến kích nổ là một phần tử áp điện. Các phần tử ápđiện
piezo tạo ra điện áp khi áp suất hoặc sự rung động tác động lên chúng. Phần tử áp điện trong cảm biến kích nổ có tần số hoạt động hịa hợp với tần số kích nổ động cơ.
2.5.3Bộ chấp hành
Van ISC
Khái quát: Hệ thống ISC (Điều khiển tốc độ khơng tải) có một mạch đi tắt
qua bướm ga và lượng khơng khí hút từ mạch đi tắt này được điều khiển bởi ISCV (Van điều chỉnh tốc độ khơng tải). Van ISC dùng tín hiệu từ ECU động cơ để điều khiển động cơ ở tốc độ không tải tối ưu tại mọi thời điểm. Hệ thống ISC gồm có van ISCV, ECU động cơ, các cảm biến và công tắc khác nhau.
Khi khởi động: Mạch đi tắt được mở ra nhằm cải thiện khả năng khởi động.
Khi hâm nóng động cơ: Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, tốc độ chạy không tải được tăng lên để động cơ chạy được êm (chạy không tải nhanh). Khi nhiệt độ nước làm mát tăng lên, tốc độ chạy không tải bị giảm xuống.
21
Khi bật A/C.
Khi các bật đèn pha.
Khi cần chuyển số được chuyển từ N đến D hoặc từ D đến N trong khi
dừng xe. Trong các trường hợp trên, nếu tăng hoặc thay đổi tải trọng, tốc độ chạy không tải sẽ tăng lên hoặc ngăn không cho thay đổi.
Hệ thống điều khiển VVT-i
Hình 2.20:Cấu tạo hệ thống VVT-i
Cấu tạo: Bộ chấp hành của hệ thống VVT-i bao gồm bộ điều khiển VVT-i
dùng để xoay trục cam nạp, áp suất dầu dùng làm lực xoay cho bộ điều khiển VVT- i và van điều khiển dầu phối phí trục cam để điều khiển đường đi của dầu.
Bộ điều khiển VVT-i: Bộ điều khiển bao gồm một vỏ được dẫn động bởi xích cam và các cánh gạt được cố định trên trục cam nạp, áp suất dầu gửi từ phía làm sớm hay làm muộn trục cam nạp sẽ xoay các cánh gạt của bộ điều khiển VVT-i theo hướng chu vi để thay đổi liên lục thời điểm phối khí của trục cam nạp.
22
Khi động cơ ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn nhất để duy trì khả năng khởi động. Khi áp suất dầu không đến bộ điều khiển VVT-i ngay lập tức sau khi động cơ khởi động, chốt hãm sẽ hãm các cơ cấu hoạt động của bộ điều khiển VVT-i để tránh tiếng gõ.
Van điều khiển dầu phối khí trục cam: Van điều khiển dầu phối khí trục cam hoạt động theo sự điều khiển từ ECU động cơ để điều khiển vị trí của van ống và phân phối áp suất dầu cấp đến bộ điều khiển VVT-i đến phía làm sớm hay làm muộn. Khi động cơ ngừng hoạt động, thời điểm phối khí xupáp nạp được giữ ở góc muộn tối đa.
Hoạt động: Van điều khiển dầu phối khí trục cam chọn đường dầu đến bộ
điều khiển VVT-i tương ứng với độ lớn dòng điện từ ECU động cơ. Bộ điều khiển VVT-i quay trục cam nạp tương ứng với vị trí nơi mà đặt áp suất dầu vào, để làm sớm, làm muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí. ECU động cơ tính tốn thời điểm đóng mở xupap tối ưu dưới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt độ nước làm mát để điều khiển van điều khiển dầu phối khí trục cam. Hơn nữa, ECU dùng các tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu để tính tốn thời điểm phối khí thực tế và thực hiện điều khiển phản hồi để đạt được thời điểm phối khí chuẩn.
Làm sớm thời điểm phối khí: Khi van điều khiển dầu phối khí trục cam
được đặt ở vị trí như trên hình vẽ bằng ECU động cơ, áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm sớm thời điểm phối khí để quay trục cam nạp về chiều làm sớm thời điểm phối khí.
23
Hình 2.21: Hoạt động ở chế độ mở sớm
Làm muộn thời điểm phối khí: Khi ECU đặt van điều khiển thời điểm phối khí trục cam ở vị trí như chỉ ra trong hình vẽ, áp suất dầu tác dụng lên khoang cánh gạt phía làm muộn thời điểm phối khí để làm quay trục cam nạp theo chiều quay làm muộn thời điểm phối khí.
Hình 2.22: Hoạt động ở chế độ muộn
Giữ thời điểm phối khí: ECU động cơ tính tốn góc phối khí chuẩn theo tình trạng vận hành. Sau khi đặt thời điểm phối khí chuẩn, van điều khiển dầu phối khí trục cam duy trì đường dầu đóng như được chỉ ra trên hình vẽ, để giữ thời điểm phối khí hiện tại.
24
Hình 2.23: Hoạt động ở chế độ giữ 2.6 Hệ thống phun xăng EFI 2.6 Hệ thống phun xăng EFI
2.6.1 Khái quát:
Hệ thống EFI sử dụng các cảm biến khác nhau để phát hiện tình trạng của động cơ và điều kiện chạy của xe. Từ đó, ECU động cơ tính tốn lượng phun nhiên liệu tối ưu và làm cho các kim phun phun nhiên liệu.
Hình 2.24: Hệ thống EFI
ECU động cơ: ECU này tính thời gian phun nhiên liệu tối ưu dựa vào các
25
Cảm biến lưu lượng khí nạp hoặc cảm biến áp suất đường ống nạp:
Cảm biến này phát hiện khối lượng khơng khí nạp hoặc áp suất của ống nạp.
Cảm biến vị trí trục khuỷu: Cảm biến này phát hiện góc quay trục khuỷu và tốc độ của động cơ.
Cảm biến vị trí trục cam: Cảm biến này phát hiện góc quay chuẩn và thời
điểm của trục cam.
Cảm biến nhiệt độ nước: Cảm biến này phát hiện nhiệt độ của nước làm mát.
Cảm biến vị trí bướm ga: Cảm biến này phát hiện góc mở của bướm ga. Cảm biến ô xy: Cảm biến này phát hiện nồng độ của ô xy trong khí xả. Các loại EFI có 2 loại như sau:
L-EFI (Loại điều khiển lưu lượng khơng khí): Loại này sử dụng một cảm
biến lưu lượng khí nạp để phát hiện lượng khơng khí chạy vào đường ống nạp. Có hai phương pháp phát hiện: Một loại trực tiếp đo khối khơng khí nạp, và một loại thực hiện các hiệu chỉnh dựa vào thể tích khơng khí.
Hình 2.25: L-EFI và D-EFI
D-EFI (Loại điều khiển áp suất đường ống nạp): Loại này đo áp suất
trong đường ống nạp để phát hiện lượng khơng khí nạp theo tỷ trọng của khơng khí nạp.
26
2.6.2Hệ thống cung cấp nhiên liệu
Nhiệm vụ:Hệ thống nhiên liệu có nhiệm vụ là cung cấp nhiên liệu với áp
suất cao từ thùng chứa tới các kim phun để phun vào xylanh có tỷ lệ thích hợp với các chế độ làm việc của động cơ.
Hình 2.26: Hệ thống cung cấp nhiên liệu
Hệ thống cung cấp nhiên liệu bao gồm:
Thùng nhiên liệu: Dùng để chứa nhiên liệu (xăng) đủ cho động cơ hoạt
động trong một khoảng thời gian. Cỡ thùng lớn hay nhỏ tùy theo cơng suất và đặc tính hoạt động của động cơ. Thùng được hàn bằng các tấm thép có độ dày 2 mm, khối hình chữ nhật với kích thước 150x60x150 mm.
Lọc nhiên liệu: Có nhiệm vụ lọc sạch cặn bẩn trong nhiên liệu, để đảm
bảo sự làm việc chính xác của bộ định lượng - phân phối nhiên liệu vào các kim phun và bảo vệ vòi phun.
Hình 2.27: Lọc nhiên liệu
Bơm nhiên liệu: Có nhiệm vụ hút nhiên liệu từ thùng xăng và cung cấp
dưới một áp suất nhất định đến bộ tích năng, bộ lọc nhiên liệu và bộ phân phối. Áp suất nhiên liệu do bơm cung cấp bao giờ cũng lớn hơn áp suất nhiên liệu cần thiết
27
trong hệ thống, nhằm duy trì áp lực nhất định và đảm bảo đủ nhiên liệu cho động cơ làm việc ở tải lớn.
Hình 2.28: Bơm nhiên liệu
Bộ giảm rung động: Có chức năng duy trì áp suất trong hệ thống nhiên
kiệu trong khoảng thời gian sau khi tắt máy. Áp suất này rất cần thiết để giúp cho động cơ khởi động tốt ở lần khởi động tiếp theo. Nó cịn có cơng dụng là dập tắt dao động áp suất do bơm cung cấp.
28
Bộ điều áp: Bộ điều áp này điều chỉnh áp suất nhiên liệu vào vòi phun ở
3,3 kgf/cm2.
Hình 2.30:Bộ điều áp
Đường ống dẫn nhiên liệu: Có chức năng là vận chuyển nhiên liệu tới
các bộ phận trong hệ thống nhiên liệu.
Ống phân phối: Có chức năng như một kho chứa nhiên liệu của các kim
phun. Dung tích của nó lớn hơn nhiều so với lượng xăng cần thiết cho một chu kỳ của động cơ. Nhờ vậy tránh được tình trạng thay đổi áp suất phun trong ống phân phối. Cung cấp xăng đồng đều cho các kim phun với áp suất bằng nhau, làm nơi gá lắp các kim phun.
Vòi phun:Vòi phun phun nhiên liệu vào các cửa nạp của các xy lanh
theo tín hiệu từ ECU động cơ. Các tín hiệu từ ECU động cơ làm cho dịng điện chạy vào cuộn dây điện từ, làm cho piston bơm bị kéo, mở van để phun nhiên liệu.
29
2.6.3Hệ thống nạp khơng khí
Nhiệm vụ:Hệ thống nạp khơng khí có nhiệm vụ cung cấp lượng khơng khí
sạch cần thiết cho động cơ. Khơng khí qua bộ lọc khí, tại đây khơng khí được lọc sạch và được đưa qua cảm biến đo lưu lượng khơng khí nạp, qua cổ họng gió, van khí phụ đến khoang nạp khí, qua đường ống nạp vào buồng đốt động cơ.
Hệ thống nạp gồm có:
Lọc khơng khí: Lọc sạch những tạp chất trong khơng khí để cung cấp
lượng khơng khí sạch cần thiết cho động cơ làm việc.
Bướm ga: Vị trí góc mở của bướm ga cho phép lượng khơng khí đi vào
buồng đốt nhiều hay ít tùy thuộc vào từng chế độ làm việc của động cơ.
Đường ống nạp: Chứa và dẫn hướng khơng khí từ bên ngồi vào buồng
đốt.
Van khí phụ: Trong q trình sưởi nóng, động cơ được cho nổ ở chế độ
cầm chừng, động cơ còn đang nguội lạnh, cánh bướm ga đóng gần kín, mạch khơng khí trên van khí phụ sẽ mở lớn tối đa. Nhiệt độ động cơ càng tăng lên thì tiết diện của van khí phụ sẽ càng giảm và đóng kín hồn tồn sau q trình sưởi nóng động cơ.
2.6.4 Điều khiển bơm nhiên liệu:
Bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy. Thậm chí khi khóa
điện được bật đến vị trí ON, nếu động cơ chưa nổ máy, thì bơm nhiên liệu sẽ không làm việc.Bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy.
30
Hình 2.32: Mạch điện điều khiển bơm nhiên liệu
(1) Khố điện ở vị trí ON: Khi bật khố điện ở vị trí IG, rờ le EFI bật. (2) Khố điện ở vị trí START:Khi động cơ quay khởi động, một tín hiệu
STA (tín hiệu máy khởi động) được truyền đến ECU động cơ từ cực ST của khố điện. Khi tín hiệu STA được đưa vào ECU động cơ, động cơ bật ON transistor này và rờ le mở mạch được bật ON. Sau đó, dịng điện được chạy vào bơm nhiên liệu để vận hành bơm.
(3) Động cơ quay khởi động - nổ máy: Cùng một lúc khi động cơ quay khởi động, ECU động cơ nhận tín hiệu NE từ cảm biến vị trí của trục khuỷu, làm cho transistor này tiếp tục duy trì hoạt động của bơm nhiên liệu.
(4) Nếu động cơ tắt máy:Thậm chí khi khố điện bật ON, nếu động cơ tắt
máy, tín hiệu NE sẽ khơng cịn được đưa vào ECU động cơ, nên ECU động cơ sẽ ngắt transistor này, nó ngắt rờ le mở mạch, làm cho bơm nhiên liệu ngừng lại.
31
2.6.5Điều khiển kim phun
Hình 2.33: Mạch điều khiển kim phun
Trong quá trình hoạt động của động cơ, ECU ln nhận các tín hiệu đầu
vào từ các cảm biến. Qua đó ECU sẽ tính tốn thời gian mở kim. Q trình đóng mở kim diễn ra ngắt quãng. ECU gửi tín hiệu đến kim bao lâu tùy thuộc vào bề rộng của xung. Hình dưới đây cho thấy độ rộng của xung thay đổi theo tình trạng làm