Khi có ít ơxy trong khí xả, sự khác nhau giữa lượng ơxy trong khí xả và lượng ơxy trong khơng khí lớn nên tạo ra một tín hiệu điện áp cao. Khi lượng ơxy trong khí xả nhiều thì sự khác nhau giữa lượng ơxy trong khí xả và lượng ơxy trong khơng khí nhỏ và tín hiệu điện áp tạo ra thấp. Sự chênh lệch nồng độ ơxy càng lớn thì tín hiệu điện áp tạo ra càng cao.
Hình 2.13:Điện áp đàu ra cảm biến oxy
Từ lượng ơxy trong khí xả, ECU có thể đo được tỉ lệ A/F là giàu hay nghèo và điều chỉnh tỷ lệ này cho phù hợp. Một hỗn hợp giàu đốt cháy gần như tồn bộ ơxy, vì thế tín hiệu điện áp tạo ra là cao, nằm trong khoảng 0,6 – 1,0V. Một hỗn hợp nghèo có nhiều ôxy hơn là một hỗn hợp giàu, điện áp tạo ra thấp, khoảng 0,1 – 0,4V. Với tỷ lệ hỗn hợp lý tưởng, tín hiệu điện áp ra của cảm biến ôxy là khoảng 0,45V.
Những thay đổi nhỏ về tỉ lệ A/F làm thay đổi tín hiệu điện áp. Loại cảm biến này đôi lúc được xem như là cảm biến loại dãy hẹp vì nó khơng phát hiện được những
thay đổi nhỏ của lượng ơxy chứa trong khí thải bằng cách thay đổi tỉ lệ hỗn hợp A/F. ECU sẽ liên tục thêm vào hoặc bớt nhiên liệu để tạo ra một vòng lặp nhiên liệu giàu/nghèo.
Để cảm biến ơxy phân phát đúng tín hiệu điện áp một cách nhanh chóng, cảm biến ơxy cần phải được sấy. Một phần tử nhiệt điện trở dương PTC bên trong cảm biến ơxy nóng lên khi dịng điện đi qua nó. ECM mở mạch cho dịng qua dựa vào nhiệt độ nước làm mát và tải động cơ (được xác định dựa vào tín hiệu cảm biến đo lưu lượng khí nạp MAF hoặc đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp). Mạch này sử dụng dịng khoảng 2A.
f. Cảm biến kích nổ
Cảm biến kích nổ thường được chế tạo bằng vật liệu áp điện.Nó được lắp trên thân xylanh hoặc nắp máy để cảm nhận xung kích nổ phát sinh trong động cơ và gửi tín hiệu này đến ECU động cơ, làm trễ thời điểm đánh lửa nhằm ngăn chặn hiện tượng kích nổ.
Hình 2.14:Kết cấu cảm biến kích nổ
Thành phần áp điện trong cảm biến kích nổ được chế tạo bằng tinh thể thạch anh, là vật liệu khi có áp lực sẽ sinh ra điện áp. Phần tử áp điện được thiết kế có kích thước với tần số riêng trùng với tần số rung của động cơ khi có hiện tượng kích nổ để xảy ra hiệu ứng cộng hưởng (f = 7KHz). Như vậy, khi có kích nổ, tinh thể thạch anh sẽ chịu áp lực lớn nhất và sinh ra một điện áp.Tín hiệu điện áp này có giá trị nhỏ hơn 2,4V.Nhờ tín hiệu này, ECU động cơ nhận biết hiện tượng kích nổ và điều chỉnh giảm góc đánh lửa cho đến khi khơng cịn kích nổ.ECU động cơ có thể điều chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại.
g. Van ISC
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.
Hoạt động của loại cuộn dây quay
Hình 2.15:Van ISC loại cuộn dây quay
Khi ECU động cơ nhận được một tín hiệu khởi động (STA), nó xác định rằng động cơ đang khởi động và mở van ISC để tăng khả năng khởi động.
Việc mở van ISC này được điều khiển theo tín hiệu tốc độ động cơ (NE) và tín hiệu nhiệt độ nước làm mát (THW).
Chức năng của van ISC
Điều khiển hâm nóng (chạy khơng tải nhanh)
Sau khi khởi động động cơ, ECU động cơ mở van ISC theo nhiệt độ của nước làm mát (THW) để tăng tốc độ chạy không tải. Khi nhiệt độ nước làm mát tăng lên, ECU động cơ điều khiển van ISC về phía đóng để giảm tốc độ chạy không tải. Khi động cơ nguội, tốc độ chạy không tải không ổn định do những yếu tố như độ nhớt của dầu động cơ cao và độ tơi nhiên liệu kém.
Vì vậy phải làm cho tốc độ chạy khơng tải cao hơn bình thường để làm cho nó ổn định.Điều này được gọi là chạy không tải nhanh.
Điều khiển phản hồi
Để điều khiển phản hồi, tốc độ không tải chuẩn được lưu trong ECU động cơ so sánh với tốc độ khơng tải thực.Sau đó ISCV được điều khiển để hiệu chỉnh tốc độ chạy không tải thực đến tốc độ chạy không tải chuẩn.
Khi tốc độ chạy không tải thực thấp hơn tốc độ chạy không tải chuẩn: ISCV được mở ra để hiệu chỉnh tốc độ chạy không tải này đến tốc độ chạy không tải chuẩn. Khi tốc độ chạy không tải thực cao hơn tốc độ chạy khơng tải chuẩn: ISCV này đóng lại để hiệu chỉnh tốc độ chạy không tải đến tốc độ chạy không tải chuẩn.
Ngồi ra tốc độ chạy khơng tải chuẩn sẽ thay đổi theo tình trạng của động cơ, như cơng tắc trung gian ở vị trí ON hoặc OFF khơng, tín hiệu phụ tải điện là bật ON hay tắt OFF, hoặc cơng tắc máy điều hịa khơng khí ở vị trí ON hoặc OFF.
Điều khiển dự tính sự thay đổi tốc độ của động cơ
Điều khiển dự tính sự thay đổi tốc độ của động cơ sẽ dự tính sự thay đổi tốc độ khơng tải tương tự tải trọng của động cơ và điều khiển van ISC tương ứng. Khi cần sang số được chuyển từ D đến N hoặc N đến D, hoặc khi có một thay đổi về tải trọng của động cơ ngay sau một bộ phận điện, như rơle đèn hậu, rơle của bộ làm tan sương, hoặc công tắc của máy điều hịa nhiệt độ làm việc, tốc độ chạy khơng tải sẽ tăng lên hoặc giảm xuống, sau đó việc điều khiển phản hồi sẽ làm tăng hoặc giảm tốc độ chạy không tải, nhưng tốc độ chạy không tải sẽ không ổn định cho đến khi đạt được tốc độ chạy không tải chuẩn.
Vì vậy, khi ECU động cơ nhận được một tín hiệu về tải trọng của động cơ từ một bộ phận điện, v.v..., ISCV này được điều khiển trước khi tốc độ chạy không tải thay đổi để giảm mức thay đổi của tốc độ chạy không tải.
h. Van VVT-i
Thông thường, thời điểm phối khí được cố định, những hệ thống VVT-i (Variable Valve Timing Intelligent) sử dụng áp suất thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối khí. Điều này có thể làm tăng cơng suất, cải thiện tính tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí xả ơ nhiễm.
Hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm phối khí bằng cáchxoay trục cam trong một phạm vi 400 so với góc quay của trục khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến.Thời điểm phối khí được điều khiển như sau.
Hình 2.16:Đường đặc tính của van VVT-i
Khi nhiệt độ thấp, khi tốc độ thấp ở tải nhẹ, hay khi tải nhẹ. Thời điểm phối khí của trục cam nạp được làm trễ lại và độ trùng lặp xupáp giảm đi để giảm khí xả chạy ngược lại phía nạp.Điều này làm ổn định chế độ khơng tải và cải thiện tính tiết kiệm nhiên liệu và tính khởi động.
Khi tải trung bình, hay khi tốc độ thấp và trung bình ở tải nặng hoặc khi tốc độ cao và tải nặng. Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xupáp tăng lên để tăng EGR (tuần hồn khí thải) nội bộ và giảm mất mát do bơm. Điều này cải thiện ơ nhiễm khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu.Ngồi ra, cùng lúc đó thời điểm đóng xupáp nạp được đẩy sớm lên để giảm hiện tượng quay ngược khí nạp lại đường nạp và cải thiện hiệu quả nạp.
Ngoài ra, điều khiển phản hồi được sử dụng để giữ thời điểm phối khí xupáp nạp thực tế ở đúng thời điểm tính tốn bằng cảm biến vị trí trục cam.
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
Hình 2.17:Kết cấu của 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.
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 (Tỷ lệ hiệu dụng) 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 để 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.
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 đặp 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 xupáp 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.
Hình 2.19:Ngun lí 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.
Hình 2.20:Ngun lí 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 2.21:Ngun lý 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.
2.2.3. Hệ thống nhiên liệu a. Bơm nhiên liệu a. Bơm nhiên liệu
Hình 2.22:Bơm nhiên liệu
Bơm cánh quạt: loại này được đặt trong thùng nhiên liệu, so với loại bơm con lăn thì loại này ít gây ra tiếng ồn hơn và khơng tạo dao động trong mạch nhiên liệu nên nó được sử dụng rộng rãi. Bơm này được cấu tạo bởi các thành phần sau: moto điện, bộ phận bơm, van một chiều, van giảm áp, lọc nhiên liệu.
Cấu tạo:
Motor điện: được cấu tạo như motor điện một chiều, khi có dịng điện tới thì làm cho bơm sẽ quay.
Cánh quạt: khi motor quay cánh quạt sẽ quay quanh với nó, các cánh quạt được bố trí dọc theo chu vi ngồi của cánh bơm. Những cánh quạt sẽ kéo xăng từ của vào đến cửa ra, sau khi đi ra ở cửa ra xăng sẽ đi qua motor điện đến van một chiều.
Van một chiều: van một chiều sẽ đóng khi động cơ ngưng làm việc. Tác dụng của nó để giữ cho áp suất nhiên liệu trong mạch ở một giá trị nhất định (áp suất dư).Điều này giúp động cơ khởi động lại dễ dàng sau khi ngưng hoạt động.
Lọc xăng: lọc tạp chất giúp nhiên liệu sạch hơn, đối với loại này thì lọc được bắt trước bơm xăng.
b. Van điều áp
Hình 2.23:Van điều áp
Kiểu điều áp đặt trongbơm xăng ở trong thùng nhiên liệu.Khi bơm quay, dưới tác dụng của áp suất nhiên liệu làm cho màng của bộ điều áp di chuyên lị xo nén lại, lượng nhiên liệu thừa thốt ra qua cửa van về lại thùng chứa. Kiểu này áp suất nhiên liệu được giữ trong đường ống không đổi (2.7-3.5kg/cm2, giá trị này có thể thay đổi tùy theo kiểu động cơ),nó khơng phụ thuộc vào áp suất trong đường ống nạp. Áp suất nhiên liệu xác định bởi lò xo bên trong van.
c. Bộ dập dao động
- Công dụng dập những dao động trong hệ thống nhiên liệu tạo ra. - Cấu tạo gồm một màng ngăn và lị xo hấp thụ dao động.
d. Kim phun
Hình 2.25:Cấu tạo kim phun
Kim phun bao gồm: thân kim và đót kim được bắt liền với solenoid. Thân kim chứa cuộn solenoid và dẫn hướng cho đót kim. Trong khi cuộn dây chưa có dịng điện thì đót kim ln tì chặt lên trên bệ kim nhờ một lị xo. Khi từ trường sinh ra trong cuộn solenoid đót kim được nhấc lên khoảng 0.1mm, lúc đó xăng được phun qua lỗ vành khuyên định chuẩn. Đót kim được cấu tạo như trục tâm đặc biệt mục đích là tán nhỏ nhiên liệu.
Mỗi kiểu động cơ có một góc phun tối ưu nhất và một khoảng cách chính xác giữa kim phun và xú pap nạp. Các kim phun trên ống phân phối phải đảm bảo cách nhiệt tốt để tránh tạo bọt xăng, hơi trong kim phun và để góp phần vào sự cải thiện của động cơ khi khởi động nóng.
Đầu của kim phun được bố trí trong đường ống nạp qua trung gian của các vòngđệm cao su để cách nhiệt, giảm rung động cho kim phun và khơng cho khí lọt vào trong đường ống nạp. Đuôi của kim phun được gá vào ống phân phối qua vịng đệm làm kín để tránh sự rị rỉ nhiên liệu.
e. Điềukhiển bơm nhiên liệu
Hình 2.26:Mạch điện điều khiển bơm nhiên liệu
Bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy.
Khố điện ở vị trí ON:
Khi bật khố điện ở vị trí IG, relay EFI bật.
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 đa vào ECU động cơ, động cơ bật ON transistor này và relay mở mạch được bật ON. Sau đó, dịng điện được chạy vào bơm nhiên liệu để vận hành bơm.
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.
Nếu động cơ tắt máy:
Thậm chí khi khố điện bật ON mà động cơ khơng hoạt động, tín hiệu NE sẽ khơng cịn được đưa vào ECU động cơ, nên ECU động cơ sẽ ngắt transistor này, nó ngắt relay mở mạch, làm cho bơm nhiên liệu ngừng lại.
f. Điều khiển kim phun
Hình 2.27:Sơ đồ 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 qng. ECU gởi 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 việc của động cơ. Giả sử cánh bướm ga mở lớn khi tăng tốc cần nhiều nhiên liệu hơn. Do đó ECU sẽ tăng