Nghiên cứu và thiết kế mô hình học tập hệ thống phun xăng đánh lửa và chẩn đoán trên ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỌC TẬP HỆ THỐNG PHUN XĂNG – ĐÁNH LỬA VÀ HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN TRÊN Ô TÔ Ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô Giảng viên hướng dẫn Th S Đỗ Nhật Trường Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Đặng Nguyễn Trung Việt 1711250314 17DOTA4 Lê Quốc Thắng 1711250246 17DOAT4 Nguyễn Kim Khoa 1711251360 17DOTA3 TP Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 9 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỌC TẬP

HỆ THỐNG PHUN XĂNG – ĐÁNH LỬA

VÀ HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN TRÊN Ô TÔ

Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Giảng viên hướng dẫn: Th.S Đỗ Nhật Trường

Đặng Nguyễn Trung Việt 1711250314 17DOTA4

TP Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 9 năm 2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỌC TẬP

HỆ THỐNG PHUN XĂNG – ĐÁNH LỬA

VÀ HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN TRÊN Ô TÔ

Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Giảng viên hướng dẫn: Th.S Đỗ Nhật Trường

Đặng Nguyễn Trung Việt 1711250314 17DOTA4

TP Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 9 năm 2021

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một sinh viên,

đồ án này không thể tránh được những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô để chúng em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của mình, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

TRANG

Phiếu đăng kí tên đề tài đồ án tốt nghiệp

Phiếu giao nhiệm vụ

1.1 KHÁI QUÁT LỊCH SỬ HÌNH THÀNH – PHÁT TRIỂN CỦA KIA 6 1.2 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 8 1.3 SỰ CẦN THIẾT CỦA VIỆC THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH 14

2.1.2 Khối cơ cấu chấp hành của hệ thống đánh lửa trực tiếp 39 2.1.3 ECM và một số vấn đề điều khiển quá trình đánh lửa 42

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 67 3.1 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH 67

3.2 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MẠCH

GIẢ LẬP TÍN HIỆU CÁM BIẾN

70

3.3 ĐỀ XUẤT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH PHUN XĂNG –

ĐÁNH LỬA VÀ MỘT SỐ TÍNH NĂNG KHÁC

73

CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 75

4.3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHUN XĂNG – ĐÁNH LỬA VÀ TÍNH

NĂNG ĐÁNH PAN

84

CHƯƠNG 5: THI CÔNG MÔ HÌNH HỌC TẬP 89

5.2 KẾT QUẢ VÀ PHÂN TÍCH ƯU – NHƯỢC ĐIỂM CỦA MÔ HÌNH 94

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 96

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ECU Electronic Control Unit – Hộp điều khiển điện tử

ECM Electronic Control Module – Mô-đun điều khiển điện tử

MPI Multi Point Injection – Phun đa điểm

DLC3 Data Link Connector 03 – Cổng kết nối dữ liệu (giắc chẩn đoán OBD-II) CNKT Công Nghệ Kỹ Thuật

DIS Distributor Ignition System – Hệ thống đánh lửa trực tiếp

MAP Intake Mainfold Pressure Sensor – Cảm biến áp suất đường ống nạp ECT Engine Coolant Temperature Sensor – Cảm biến t0 nước làm mát động cơ

TPS Throttle Position Sensor – Cảm biến vị trí bướm ga

CKP Crankshaft Position Sensor – Cảm biến vị trí trục khuỷu

CMP Camshaft Position Sensor – Cảm biến vị trí trục cam

MAF Mass Air Flow Sensor – Cảm biến khối lượng ống nạp

ETC Electronic Throttle Control – Thân ga điện tử

ESP Electronic Stability Program – Hệ thống cân bằng điện tử

TCS Traction Control System – Hệ thống kiểm soát lực kéo

TDC Top dead center – Điểm chết trên

OBD On Board Diagnostic – Hệ thống tự chẩn đoán

DTC Diagnostic Trouble Code – Mã lỗi chẩn đoán

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Phân loại OBD tại các thị trường khác nhau 61

Bảng 2.2: Bảng thông số mã lỗi chung và riêng cho từng hệ thống 62

Bảng 2.3: Mô tả ý nghĩa lỗi của hệ thống trên xe 63

Bảng 3.1: Một số ưu điểm và hạn chế của mô hình hệ thống phun

xăng – đánh lửa động cơ Toyota 1NZ-FE

67

Bảng 3.2: Một số ưu điểm và hạn chế của mô hình hệ thống phun

xăng – đánh lửa động cơ Hyundai i10

Hình 1.4: Hệ thống điều khiển điện trên ô tô hiện nay 10

Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ xăng 10

Hình 1.6: Biểu đồ tiếp thu thông tin bằng các phương pháp khác nhau 15

Hình 2.2: Sơ đồ tổng quát các bộ phận hệ thống đánh lửa trực tiếp trên

xe Kia

19

Hình 2.3: Cảm biến vị trí trục cam loại phần tử Hall 21

Hình 2.4: Kết cấu của CMPS loại phần tử Hall 21

Hình 2.5: Sơ đồ mạch điện của CMPS IN và CMPS EX 22

Hình 2.6: Vị trí của 2 cảm biến vị trí trục cam và đĩa xung cảm biến 22

Hình 2.7: Cảm biến vị trí trục khuỷu loại điện từ 23

Hình 2.8: Vị trí lắp đặt cảm biến vị trí trục khuỷu 25

Hình 2.9: Đồ thị đặc tính và bảng thông số kỹ thuật cảm biến 28

Hình 2.10: Vị trí cảm biến nhiệt độ nước làm mát 28

Hình 2.11: Sơ đồ mạch điện của cảm biến nhiệt độ nước làm mát 28

Hình 2.12: Mô phỏng phương pháp đó với thiết bị PicoScope 29

Hình 2.16: Kết cấu cảm biến áp suất đường ống nạp và nhiệt độ khí

Hình 2.19: Vị trí của ETC trền động cơ Kia Morning 37

Hình 2.20: Tổng quan hệ thống đánh lửa trực tiếp, bô-bin đơn trên động

cơ Kappa i3 1.0L AT

39

Hình 2.22: Vị trí của bô-bin IC tích hợp trên động cơ 41

Hình 2.23: Cấu tạo và vị trí của bu-gi trên động cơ 41

Hình 2.24: ECM và vị trí của ECM tại khoang động cơ 42

Hình 2.26: Sơ đồ tổng quan hệ thống phân phối nhiên liệu của Kia 44

Hình 2.27: Sơ đồ các trúc của hệ thống phân phối nhiên liệu 45

Hình 2.28: Cấu trúc của ống phân phối nhiên liệu và van điều áp 48

Hình 2.29: Van điều áp tại bơm xăng và van giảm rung tại ống phân

phối nhiên liệu

50

Hình 2.30: Sơ đồ mạch điện kim phun nhiên liệu Kia Morning 52

Hình 2.31: Hệ thống điều khiển tự động chẩn đoán 54

Hình 2.32: Đồ thị lịch sử phát triển của hệ thống OBD 58

Hình 3.1: Mô hình hệ thống phun xăng – đánh lửa động cơ Toyota

Hình 3.4: Sơ đồ khái quát hệ thống điều khiển phun xăng – đánh lửa

và một số tính năng khác trên mô hình

73

Hình 4.2: Bản thiết kế giao diện chính của mô hình 77

Hình 4.3: Thiết kế sơ đồ nguyên lí mạch điện hệ thống trên mô hình

học tập

77

Hình 4.4: Biểu đồ mô tả đặc tính của bộ chuyển đổi dạng tín của ADC

(Analog to Digital Converter)

Hình 4.7: Đồ thị đặc tính của cảm biến ECT theo thời gian 82

Hình 4.8: Đồ thị đặc tính của cảm biến MAP theo thời gian 83

Hình 4.9: Đồ thị đặc tính của cảm biến CKP theo tần số 83

Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lí mạch điện hệ thống phun xăng – đánh lửa

và tính năng đánh lỗi kim phun

84

Hình 4.11: Sơ đồ mạch điện điều khiển phun xăng – đánh lửa 85

Hình 5.1: Sơ đồ mạch điện tổng quát các cụm chi tiết, thiết bị trên mô

hình

89

Hình 5.3: Mô hình học tập hệ thống điều khiển phun xăng – đánh lửa

và một số tính năng khác

90

Hình 5.4: Sơ đồ mạch điện hệ thống phun xăng và kí hiệu chân giắc

với kim phun

91

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, để nâng cao tính kinh tế nhiên liệu của động cơ và giảm bớt tình trạng ô nhiễm môi trường do khí thải của ô tô gây ra, hầu hết các ô tô con hiện nay đều được trang bị động cơ phun xăng và đánh lửa được điều khiển bằng điện tử Trên các động cơ này, bộ điều khiển điện tử (ECU-Electronic Control Unit) điều khiển lượng nhiên liệu phun và thời điểm đánh lửa tối ưu theo các chế độ vận hành của động cơ Tuy nhiên, ô tô sau một thời gian sử dụng sẽ xuất hiện các hiện tượng triệu chứng hư hỏng, trong quá trình vận hành chẳng hạn như động cơ không khởi động được, hoặc động cơ bị dư xăng, thiếu xăng Các hiện tượng vừa kể trên có thể do hư hỏng của các bộ phận cơ khí trong động cơ, hoặc là do vấn đề kỹ thuật từ hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa, và kể cả bộ điều khiển điện tử ECM

Để có thể chẩn đoán, kiểm tra và sữa chữa được tình trạng kỹ thuật của hệ thống điều khiển động cơ đòi hỏi phải có kiến thức về chuyên môn đặc thù này tốt và đặc biệt thiết bị hỗ trợ chẩn đoán

Trong thực tế, công việc sửa chữa các lỗi (pan) về hệ thống điều khiển động

cơ, đặc trưng là hệ thống phun xăng – đánh lửa (ảnh hưởng trực tiếp tình trạng công suất động cơ và chế độ lái của xe) trên ô tô hiện nay gặp nhiều khó khăn, bởi nhiều yếu tố chủ quan và khách quan khác nhau, chẳng hạn như do thiếu các thiết bị chẩn đoán chuyên dùng để chẩn đoán trình trạng kỹ thuật của ECM, kiến thức về hệ thống điều khiển động cơ chưa được hoàn thiện cũng như là tính thực tế đặc biệt đối với khối sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô tại Viện Kỹ Thuật nói riêng và các hệ khác cùng ngành tại trường Đại học Công nghệ Tp Hồ Chí Minh nói chung, rộng hơn

là các trường Đại học, Cao đẳng kỹ thuật hiện nay

Từ sự bất cập trên, với sự tư vấn của Giảng viên hướng dẫn nhóm đã chọn đề tài “Nghiên cứu và xây dựng mô hình học tập hệ thống phun xăng – đánh lửa và chẩn

đoán trên Kia Morning 2015” nhằm đáp ứng nhu cầu học tập, giảng dạy của sinh viên

và giảng viên hoặc là nền tảng cho các công trình nghiên cứu khoa học về hệ thống điều khiển phun xăng – đánh lửa và chẩn đoán trên động cơ xăng hiện đại

2 Tình hình nghiên cứu

Với nội dung đề tài nghiên cứu có nhiều đề tài nghiên cứu, tiểu luận có nội dung liên quan và thực hiện nghiên cứu, xây dựng mô hình trên nhiều hãng khác nhau Do đó, nhóm lựa chọn 2 đề tài có nội dung liên quan gần nhất với hướng nghiên cứu:

+ Nguyễn Thái Nguyên, Phạm Khánh An, Nguyễn Trung Hậu, Trần Cao Thiên, (2020) Thiết Kế Dự Án 3 (Project Design 3), đề tài: “Thiết bị giả lập tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến Oxy” Đề tài

đã thực hiện khảo sát đo xung tín hiệu các cảm biến trực tiếp trên xe Kia Morning

2012 bằng Hantek, thiết kế và xây dựng mạch giả lập tín hiệu một số cảm biến, so sánh và đánh giá đặc tính xung tín hiệu của mạch giả lập và kết quả khi đo tín hiệu cảm biến thực tế Tuy nhiên, nhóm chỉ dừng lại ở việc hoàn thành mạch giả lập của tín hiệu cảm biến, mục đích ứng dụng chỉ dừng lại ở việc hỗ trợ kiểm tra quá trình xử

lí và điều khiển của ECU động cơ, khó ứng dụng vào công tác hỗ trợ học tập và nghiên cứu tại lớp học lý thuyết

+ Văn Minh Thành, Hà Trung Kiên, Trần Văn Lộc, (2020) Đồ Án Tốt Nghiệp,

đề tài “Nghiên cứu và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng – đánh lửa trên xe Hyundai Grand i10” tại Viện Kỹ Thuật Hutech, trường Đại học Công nghệ Tp Hồ Chí Minh Nhóm tác giả đã hoàn thành được mô hình học tập thể hiện được đầy đủ

hệ thống phun xăng – đánh lửa trên động cơ xăng trên xe Hyundai Grand i10, với mục đích mô tả quá trình điều khiển phun xăng – đánh của động cơ hiện đại, đồng thời phục vụ cho quá trình học tập và nghiên cứu tại Viện Kỹ Thuật Bên cạnh đó, đề tài vẫn còn tồn tại một số vấn đề như: Kích thước mô hình chỉ phù hợp cho việc học thực hành tại xưởng, mùi xăng (hơi xăng) vẫn chưa khắc phục triệt để, cơ cấu truyền

động của đĩa xung tín hiệu phức tạp, tiếng ồn và gia công phức tạp tăng chi phí thực hiện đề tài Đồng thời, chưa có hệ thống tự chẩn đoán trong đề tài nghiên cứu

Từ những vấn đề nêu trên nhóm tác giả nhận thấy: Nên ứng dụng mạch dụng trên mô hình nhằm loại bỏ được tiếng ồn, giảm chi phí thực hiện, thiết kế mô hình sao cho phù hợp với lớp học lí thuyết và thực hành đảm bảo tiêu chí phục vụ cho công tác dạy học và nghiên cứu Bên cạnh đó, nghiên cứu, bổ sung hệ thống tự chẩn đoán trên ô tô hiện nay, từ đó có thể mở rộng khả năng ứng dụng của đề tài và đáp ứng được nhu cầu học tập và nghiên cứu khoa học chuyên môn đối với sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

3 Mục tiêu nghiên cứu

Nhóm đề ra các mục tiêu khi thực hiện đề tài, cụ thể như sau:

+ Trình bày tổng thể và phân tích hệ thống phun xăng điện tử – đánh lửa trực tiếp, hệ thống tự chẩn đoán trên động cơ xăng

+ Xây dựng hệ thống đánh lỗi (pan) theo 2 dạng: ON/OFF và pan gián đoạn

+ Xây dựng mạch giả lập tín hiệu cảm biến

+ Đề xuất giải pháp thiết kế và lắp đặt mô hình học tập

+ Hoàn thành mô hình học tập có cổng chẩn đoán DLC3 và giao tiếp được với thiết

bị chẩn đoán ngoại vi Đồng thời, màn hình hiển thị các dữ liệu tín hiệu cảm biến và đánh pan trực tiếp trên màn hình

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Nhóm thực hiện xây dựng kế hoạch thực hiện đề tài nghiên cứu, nhằm đạt được mục đích nghiên cứu, được thể hiện qua các ý sau:

+ Tìm hiểu và phân tích cơ sở lý thuyết hệ thống phun xăng đa điểm (MPI) - hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) và hệ thống tự chẩn đoán trên hệ thống điều khiển động cơ xăng hiện đại

+ Tìm hiểu và phân tích các đặc tính hoạt động của khối tín hiệu đầu vào (tức là các cảm biến) đối với hệ thống điều khiển động cơ xăng

+ Xây dựng mạch giả lập tín hiệu cảm biến: CKP, MAP, ECT

+ Thiết kế và lắp đặt mô hình học tập hệ thống phun xăng – đánh lửa Trong đó: Khối tín hiệu đầu vào được giả lập bằng mạch tín hiệu, màn hình Touch Screen hiển thị các dữ liệu tín hiệu đầu vào và chức năng đánh pan; Cổng chẩn đoán giao tiếp với thiết bị ngoại vị DLC3; Cụm công tắc đánh pan; Cuối cùng khối cơ cấu chấp hành là kim phun và bu-gi đánh lửa

5 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu của nhóm đã sử dụng phương pháp nghiên cứu là phương pháp hỗn hợp là phương pháp chính yếu, với:

+ Phương pháp định lượng: Tìm hiểu và xây dựng cơ sở lý thuyết hệ thống điều khiển động cơ xăng trên Kia Morning 2015

+ Phương pháp định lượng: Sử dụng phần mềm protues để xây dựng mô phỏng hoạt động của mạch giả lập tín hiệu, phần mềm chuyên dụng OnDemand5 để truy xuất và phân tích sơ đồ mạch điện, phần mềm Cad, SolidWork để thiết kế bản vẽ kỹ thuật + Phương pháp hỗn hợp: Kết hợp phương pháp định lượng và phương pháp định tính thực hiện quá trình lắp đặt mô hình học tập

6 Các kết quả đạt được của đề tài

Nhóm tác giả hướng đến một số kết quả cần đạt được để đảm bảo mục đích đề tài được tối ưu nhất:

+ Phân tích được cơ sở lý thuyết hệ thống phun xăng điện tử, đánh lửa trực tiếp và hệ thống tự chẩn đoán trên động xăng hiện đại

+ Thiết kế và lắp đặt mô hình học tập: Hệ thống phun xăng – đánh lửa Trong đó: khối tín hiệu đầu vào được giả lập bằng mạch tín hiệu, màn hình Touch Screen hiển

thị các dữ liệu tín hiệu đầu vào và chức năng đánh pan; Cổng chẩn đoán giao tiếp với thiết bị ngoại vị DLC3; Cụm công tắc đánh pan; Cuối cùng, khối cơ cấu chấp hành là kim phun và bu-gi đánh lửa

+ Kết quả đề tài là nền tảng cho việc nghiên cứu khoa học của sinh viên với các nội dung liên quan, hoặc là tài liệu tham khảo hữu ích trong quá trình giảng dạy và học tập

+ Thể hiện được các dạng tín hiệu của cảm biến trên màn hình Touch Screen

7 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp

Đề tài nghiên cứu được kết cấu thành 6 chương chính, như sau:

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT

CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ

CHƯƠNG 5: THI CÔNG MÔ HÌNH HỌC TẬP

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 KHÁI QUÁT LỊCH SỬ HÌNH THÀNH – PHÁT TRIỂN CỦA KIA

Năm 1944, công ty bắt đầu kinh doanh với tư cách nhà sản xuất phụ tùng xe đạp và đạt được những thành công nhất định

Tháng 3/1952, nhà máy sản xuất ra chiếc xe đạp nội địa hoàn thiện đầu tiên có tên Samcholli-ho Sau đó, nhà máy đổi tên thành Công ty Công nghiệp Kia Cái tên “Kia” được ghép từ 2 chữ trong tiếng Trung Quốc: “ki” là “tăng trưởng”, “a” là “Châu Á” Năm 1973 là bước ngoặt lớn với sự ra đời của những chiếc ô tô đầu tiên được chế tạo dưới thương hiệu Kia

Vào cuối những năm 1980, Kia quyết định mở rộng thị trường sang Bắc Mỹ Ban đầu, hãng xe bán những chiếc xe của mình dưới nhãn hiệu Ford Năm

1992, Kia tự mình ra mắt các mẫu xe riêng tại thị trường Mỹ thông qua các đại lý của hãng (lúc đó mới chỉ có ở California) Năm 1997, Kia không may phá sản nhưng được hồi sinh sau đó bởi nhà sản xuất Hyundai Motor Company của Hàn Quốc Cụ thể, công ty này đã mua 51% cổ phần của Kia Motors Thương hiệu xe lại tiếp tục con đường phát triển và trở thành một trong những nhà lãnh đạo trong ngành vào năm 1998

Một trong những dòng xe của Kia, phổ biến nhất trên thị trường Việt Nam hiện nay

là mẫu Kia Morning (hay còn có tên gọi Kia Picanto ở một số quốc gia khác nhau), thuộc kiểu mẫu xe phù hợp với văn hóa giao thông đô thị

Thế hệ đầu tiên bắt đầu xuất hiện từ năm 2003 tại triển lãm ô tô Frankfurt, được

phát triển dựa trên thiết kế của dòng Hyundai Getz

Cuối năm 2007, phiên bản tại châu Âu được nâng cấp nhẹ, trong đó cụm đèn trước sau, cản trước và lưới tản nhiệt được thay đổi thiết kế Cùng với đó, hệ thống trợ lực được chuyển sang dùng trợ lực điện thay cho thủy lực trước đó Kiểu lưới tản nhiệt mũi hổ đến năm 2010 mới được sử dụng

Hình 1.1: Kia Morning thế hệ 2

Thế hệ thứ 2 của dòng xe này xuất hiện lần đầu tại Geneva Motor Show năm

2011, thế hệ này dài hơn thế hệ đầu tiên về cả trục cơ sở lẫn chiều dài tổng thể Kia Morning đã có mặt trên toàn thế giới (trừ Bắc Mỹ, Venezuela, Trung Quốc

và Singapore) dưới dạng hatchback 5 cửa trong khi thị trường châu Âu nhận được biến thể 3 cửa độc quyền Phiên bản 3 cửa có cùng chiều dài với mẫu 5 cửa, nhưng

nó có cửa sổ và cửa ra vào mới, cản trước khác nhau

Thế hệ xe này cũng được bán tại thị trường Việt Nam, từ khi ra công bố cho đến ngày nay, mặc dù Kia đã công bố thế hệ 3 và chuẩn bị thế hệ 4 trong năm 2021 Do

đó, nhóm lựa chọn thế hệ thứ 2 là đối tượng nghiên cứu và khai thác Mặt khác, hệ thống điều khiển động cơ và hệ thống chẩn đoán không có nhiều sự thay đổi qua các năm

Trên phiên bản thông dụng, Kia Morning khối động cơ Kappa i3 1.0L MT có công suất và mô-ment xoắn cực đại lần lượt là 66HP và 94Nm và hộp số sàn 5 cấp

Thế hệ thứ 3 của Kia Morning đã ra

mắt chính thức toàn cầu tại triển lãm

ô tô Geneva 2017 Đối với thị trường Malaysia, thế hệ thứ 3 này đã được ra mắt vào tháng 01/2018 và tới tháng 01/2019, biến thể GT-Line đã được công bố có thêm tính năng phanh khẩn cấp cùng một vài tính năng khác Tuy nhiên, thế hệ này không được phân phối tại Việt Nam

Hình 1.2: Kia Morning thế hệ 3

Và hiện nay, mẫu hatchback cỡ A - Kia

Morning 2021 đánh mốc thế hệ thứ 4, với

sự thay đổi toàn về mọi mặt từ nội, ngoại

thất và khối động cơ cũng được nâng cấp

về mặt công suất

1.2 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

Quá trình phát triển của hệ thống điều khiển động cơ

Hình 1.3: Tổng quan về phát triển của hệ thống điều khiển động cơ xăng

Các yêu cầu về an toàn, thuận tiện, kinh tế và bảo vệ môi trường đang liên tục tăng lên, đòi hỏi một sự cải tiến công nghệ liên quan Hệ thống điều khiển động cơ vào thời kỳ ban đầu, việc kiểm soát được thực hiện bằng phương tiện cơ khí, chẳng hạn như bộ chế hòa khí và bộ chia điện cơ khí Với các hệ thống này rất khó khăn để thu được hiệu quả tối ưu động cơ đồng thời đáp ứng các quy định kiểm soát khí xả Các giai đoạn phát triển tiếp theo là hệ thống phun nhiên liệu cơ khí được gọi là K-Jetronic

do Bosch phát triển, tiếp theo là các hệ thống điều khiển điện tử đầu tiên như Jetronic cũng do Bosch phát triển Một số hệ thống áp dụng chỉ cho một kim phun trung tâm, nhưng hệ thống điều khiển động cơ (EMS) mới nhất áp dụng cho các kim phun độc lập, chúng có thể được điều khiển riêng biệt Các hệ thống duy trì các điều kiện tối ưu cho tỷ lệ nhiên liệu và khí nạp cũng như thời gian đánh lửa để đồng thời cung cấp công suất và mô-men xoắn yêu cầu và giữ cho lượng khí thải thấp Các hệ thống EMS ngày nay bao gồm các cảm biến ghi nhận các điều kiện hoạt động của động cơ, các bộ chấp hành được sử dụng để tác động đến điều kiện hoạt động cho phù hợp, cả hai quá trình đều xử lý bằng một thiết bị điện tử, bộ điều khiển Bộ điều khiển xử lý các dữ liệu được phản hồi từ các cảm biến để xác định điều kiện hoạt động tốt nhất và sau đó điều khiển hoạt động các bộ chấp hành cho phù hợp

Đôi nét lịch sử hình thành hệ thống điều khiển động cơ

Năm 1860, một kỹ sư người Bỉ Jean Joseph Étienne Lenoir là người chế tạo loại

động cơ đốt trong đầu tiên trong lịch sử, đó là loại động cơ đốt trong 2 kì Và ông cũng đã mở ra kỉ nguyên của động cơ đốt trong, một trong những nguồn động lực

quan trọng nhất của thế giới

Sau này động cơ đã sử dụng một hình thức đánh lửa với năng lượng điện sử dụng một cuộn dây được phát triển bởi Ruhmkortt

Vào năm 1889, Georges Bouton đã phát minh ra các bộ ngắt tiếp xúc cho hệ thống đánh lửa cuộn dây Một trong những phát minh có ảnh hưởng đến hệ thống đánh lửa ngày nay

Hình 1.4: Hệ thống điều khiển điện trên ô tô hiện nay

Từ giai đoạn này, từ tính đã được phát triển thành tiêu chuẩn rất cao ở châu Âu, trong khi ở Hoa Kỳ, hệ thống đánh lửa cuộn dây và pin dẫn đầu Charles F Kettering

đã đóng một vai trò quan trọng trong lĩnh vực này, làm việc cho công ty điện Daytona (Delco), khi ông nghĩ ra hệ thống đánh lửa, khởi động và chiếu sáng cho Cadillac năm 1912 Động cơ xăng sinh công qua chu trình giãn nở của hỗn hợp xăng và không khí Ba yếu tố chủ yếu của động cơ xăng sinh công là: Hỗn hợp hòa khí (không khí – nhiên liệu), áp suất nén, đánh lửa, các yếu tốt này đảm bảo trạng thái tối ưu

Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ xăng

Để đạt được trạng thái tối ưu với 3 yếu tố này trong cùng một lúc, điều quan trọng

là sự điều khiển chính xác để tạo được hỗn hợp hòa khí và thời điểm đánh lửa Trước năm 1981, chỉ có hệ thống điều khiển động cơ là EFI (phun nhiên liệu bằng điện tử),

sử dụng máy tính để điều khiển lượng phun nhiên liệu Ngày nay, các hệ thống khác cũng được điều khiển bằng máy tính như: ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử), ISC

(điều khiển tốc độ chạy không tải), các hệ thống chẩn đoán… và cả các hệ thống an toàn (ABS, EBD, SRS AIRBAG ), hỗ trợ chuyển động ổn định (ESP, CSS, TRC ), cho đến các tiện nghi tiện ích

Để hệ thống xử lý (đóng vai trò là

1 máy tính) làm việc được thích hợp, cần có một hệ thống toàn diện bao gồm các khâu tiếp nhận và xử tín hiệu từ cảm biến (với vai trò thiết bị đầu vào) và tín hiệu đầu ra đến các cụm kết cấu chấp hành

Trên một ô tô, các cảm biến (cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến lưu lượng khí nạp ) tương ứng với thiết bị đầu vào Và các bộ chấp hành (các kim phun, bô-bin IC đánh lửa) tương ứng với thiết bị đầu ra

Hệ thống điều khiển động cơ được gọi là ECU động cơ (hoặc ECM: Modul điều khiển động cơ) Các cảm biến, các bộ chấp hành và ECU động cơ liên kết với nhau bằng dây dẫn điện Chỉ sau khi ECU xử lý tín hiệu từ cảm biến và truyền tín hiệu điều khiển đến bộ chấp hành như là một hệ thống điều khiển bằng máy tính và tạo thành

1 vòng lặp tuần hoàn Một số hệ thống thuộc hệ thống điều khiển động cơ như:

+ Hệ thống EFI (phun nhiên xăng điện tử)

Hệ thống EFI khai thác thông tin từ nhiều cảm biến khác nhau để nhận biết tình trạng hoạt động của động cơ và xe Theo tín hiệu từ các cảm biến này, từ đó ECU tính toán lượng phun nhiên liệu thích hợp nhất và điều khiển các kim phun để khối lượng nhiên liệu phù hợp Trạng thái xe hoạt động bình thường, ECU động cơ xác định khối lượng phun nhiên liệu để đạt được tỷ lệ hòa khí theo lý thuyết, nhằm đảm bảo công suất, mức tiêu thụ nhiên liệu và mức khí xả thích hợp trong cùng một lúc

Ở các thời điểm khác, như trong thời gian hâm nóng, tăng tốc, giảm tốc hoặc các điều kiện làm việc với tải trọng cao, ECU động cơ nhận biết được thông qua khối cảm biến và sau

đó hiệu chỉnh khối lượng phun nhiên liệu nhằm đảm bảo một hỗn hợp hòa khí thích hợp nhất ở mọi thời điểm

+ Hệ thống ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử)

Hệ thống ESA phát hiện các trạng thái động cơ, trên cơ sở căn cứ vào tín hiệu do khối cảm biến khác nhau cung cấp và điều khiển bu-gi đánh lửa ở thời điểm tương thích Dựa vào tốc độ động cơ và tải trọng của động

cơ, ESA điều khiển chính xác góc đánh lửa sớm động cơ, nhằm đảo bảo góc đánh lửa hiệu chỉnh tối ưu, từ đó việc tăng công suất, tiêu chuẩn khí xả và hạn chế hiện tượng kích

nổ hiệu quả

+ Hệ thống ISC (điều khiển tốc độ không tải)

Hệ thống ISC điều khiển tốc độ không tải (tức là động cơ nổ cầm chừng hoặc nổ ở trạng thái không tác động vào bàn đạp ga) sao cho động cơ đạt ở trạng thái thích hợp với điều kiện thay đổi (quá trình hâm nóng, hệ thống điều hòa hoạt

động và một số phụ tải điện như: Audio, đèn chiếu sáng tín hiệu ) Mặc khác, để giảm thiểu mức tiêu hao nhiên liệu và tiếng ồn, một động cơ phải hoạt động ở dãy tua máy càng thấp càng tốt trong khi vẫn duy trì một chế độ hoạt động không tải ổn định Hơn nữa, tốc độ chạy không tải phải tăng lên để đảm bảo việc hâm nóng và khả năng làm việc thích hợp khi động cơ lạnh hoặc đang sử dụng máy điều hòa không khí

+ Hệ thống chẩn đoán

ECU động cơ có tích hợp hệ thống chẩn đoán, nó luôn luôn giám sát tín hiệu hoạt động của cảm biến Nếu hệ thống phát hiện một sự sai lệch trong giá trị tiêu chuẩn với một tín hiệu đầu vào nào đó, ECU sẽ ghi sự cố đó dưới dạng của những

mã lỗi (hay còn gọi là mã DTC) và làm sáng MIL (đèn báo hư hỏng hay còn gọi

là đèn Check Engine)

Hoặc nếu cần ECU có thể truyền tín hiệu của các DTC này bằng cách nhấp nháy đèn MIL hoặc hiển thị các DTC hoặc các dữ liệu khác trên màn hình taplo đối với các dòng xe cao cấp ngày nay Mặc khác, có thể sử dụng thiết bị máy chẩn đoán để hiển thị thông tin chính xác về mã lỗi DTC đó Đến thời điểm hiện tại khả năng tự chẩn đoán hoặc một vài hãng đã hoàn thiện tốt quá trình tự điều chỉnh các lỗi cơ bản mà không cần con người can thiệp

 Nhận xét: Tổng quan hệ thống điều khiển động cơ, cho thấy sự ảnh hưởng của nó

đến khả năng vận hành của động cơ, ở các chế độ hoạt động khác nhau từ nổ không tải đến toàn tải và ứng với các điều kiện như chất lượng khí thải, sự tiêu hao nhiên liệu, số vòng quay, thời điểm đánh lửa Đều có sự ảnh hưởng rất lớn từ khối cảm biến giám sát và thông tin về ECM để có tính toán, điều khiển cơ chấp hành một cách tối ưu nhất Hệ thống điều khiển động cơ gồm có ba nhóm: Cảm biến, ECM và bộ

chấp hành

1.3 SỰ CẦN THIẾT CỦA VIỆC THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH

Công nghiệp ô tô là một ngành phát triển rất mạnh và sản phẩm được ứng dụng ngay những tiến bộ của công nghệ cao nên liên tục được đổi mới, mỗi năm một hiện đại và hoàn thiện hơn Tuy nhiên với sự phát triển nhanh chóng như vậy, chúng ta cũng đang gặp khó khăn lớn, thiếu hụt nghiêm trọng đội ngũ nhân viên kỹ thuật có trình độ cao trong công việc lắp ráp bảo dưỡng, bảo trì và sửa chữa các loại ô tô Đội ngũ này đang được đào tạo gấp rút trong các trường nghề trên toàn quốc, nhưng thực

sự còn mỏng về số lượng, yếu về chất lượng Những năm gần đây được sự quan tâm của lãnh đạo nhà trường, Viện Kỹ Thuật, ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô cũng đã được trang bị nhiều thiết bị dạy thực hành hiện đại, tuy nhiên so với yêu cầu về đặc thù chuyên môn và số lượng còn chưa đáp ứng được về số lượng

Dạy học theo mô hình đang được phát triển mạnh mẽ trên thế giới, đặc biệt đối với các nước đang phát triển như: Mỹ, Nhật, Nga, Đức dạy học theo mô hình mang lại hiệu quả cao trong đào tạo và học nghề

Ngày nay, đối với các nước đang phát triển, việc áp dụng mô hình làm phương tiện giảng dạy trong các trường cũng đang được phát triển mạnh mẽ Nó không những thể hiện tính cần thiết trong đào tạo và học nghề, mà nó còn thể hiện sự phát triển của một đất nước một quốc gia với xu thế phát trển chung của thế giới Phù hợp với đường lối phương hướng phát triển nền giáo dục của một quốc gia Sự tiếp thu những tiến

bộ khoa học kỹ thuật mới tiên tiến trên thế giới là sự phát triển lâu bền và ổn định đối với các nước đang phát triển

Đối với Việt Nam là một nước đang phát triển có nền kinh tế còn nghèo Vì vậy, Chính Phủ đã đề ra một trong những mục tiêu để phát triển đất nước là: “Giáo dục là quốc sách hàng đầu”, do đó vấn đề giáo dục – đào tạo có tầm quan trọng trong chiến lược phát triển đất nước Chính vì vậy, việc thiết kế chế tạo mô hình làm phương tiện dạy học trở nên rất cần thiết đối với nền giáo dục Việt Nam Nó không những thể hiện sự tiếp thu tiến bộ khoa học kỹ thuật tiên tiến, sự phù hợp với xu thế phát triển chung của thế giới mà nó còn thể hiện tính độc lập, sáng tạo trong việc thiết kế nhằm

đẩy mạnh và nâng cao chất lượng giáo dục và đào tạo khẳng định vị trí, vai trò của nền giáo dục đối với sự phát triển của đất nước

Phương tiện dạy học giúp cho giáo viên biết cách tiến hành, huy động được các giác quan của học sinh tham gia vào quá trình lĩnh hội tri thức, hình thành kỹ năng Giúp cho sự nhận thức về các mối quan hệ, quy luật của sự vật hiện tượng, các tài liệu khái niệm làm cơ sở đúc rút các kinh nghiệm và vận dụng kiến thức đã học vào thực tế cho học sinh một cách sáng tạo, dễ dàng

Trong thời đại ngày nay sự phát triển của khoa học kỹ thuật làm phương tiện dạy học được đổi mới rất nhiều đảm bảo cho học sinh hiểu sâu sắc vấn đề, nội dung mà giáo viên cần truyền đạt, đồng thời còn biết cách tự nghiên cứu, tìm tòi các lĩnh vực chuyên môn mình yêu thích Một thực nghiệm khác được xác định tỷ lệ kiến thức nhớ sau khi học bằng các phương pháp khác nhau:

+ Nếu chỉ tiếp thu bằng đọc, kiến thức nhớ là 15%

+ Nếu chỉ tiếp thu bằng nghe, kiến thức nhớ là 20%

+ Nếu chỉ tiếp thu bằng nhìn, kiến thức nhớ là 30%

+ Nếu tiếp thu bằng kiến thức nghe kết hợp nhìn kiến thức nhớ là 50%

+ Nếu tiếp thu bằng nghe, nhìn và hành động kiến thức nhớ là 90%

Hình 1.6: Biểu đồ tiếp thu thông tin bằng các phương pháp khác nhau

Hệ thống phun xăng – đánh lửa và chẩn đoán trên ô tô là một trong những hệ thống điều khiển động cơ xăng trên ô tô Do đó, nó có ảnh hưởng sâu sắc đến tính kinh tế nhiên liệu, quá trình vận hành êm dịu của ô tô Ngoài ra, nó còn có ảnh hưởng mạnh mẽ tới yếu tố môi trường bởi hàm lượng khí thải Đây là một hệ thống quan

trọng trên xe ô tô mà nhà trường cần thiết phải trang bị để làm phương tiện giảng dạy

cho sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô hiện nay

Từ đó, sinh viên có thể nắm được những kiến thức cơ bản về nguyên lý, cấu tạo và

sự hoạt động của hệ thống phun xăng – đánh lửa và chẩn đoán trên ô tô Đồng thời, các tính năng đọc và phân tích các dữ liệu, người học tiếp cận với quá trình chẩn đoán nhanh với các tham số mã lỗi bằng thiết bị chẩn đoán  Sinh viên có khả năng thích

ứng nhanh đối với việc tiếp cận nền tảng kỹ thuật hiện đại trên các ô tô thực tế

=> Thiết kế mô hình học tập hệ thống phun xăng – đánh lửa và chẩn đoán trên ô tô là một đề tài cần thiết và có tính hiệu quả cao Vì đây là hệ thống gần như bắt buộc được trang bị trên động cơ xăng hiện nay Do đó, nó đáp ứng nhu cầu học tập của sinh viên tiếp thu những kiến thức mới, hiện đại về hệ thống điều khiển động cơ Và nó góp phần bổ sung làm hoàn thiện hơn về phương tiện dạy học bằng mô hình nói riêng và các hệ thống khác trên ô tô nói chung được đầu tư, trang bị trong nhà trường Đây là phương tiện dạy học cần thiết, hiệu quả trong giáo dục dạy nghề ngày nay

Mặt khác, việc thiết kế chế tạo mô hình học tập là một cơ hội tốt để phát huy tiềm năng tư duy sáng tạo trong giảng viên và sinh viên, gắn liền lý thuyết với thực tiễn, việc sử dụng phương tiện dạy học tạo cho bài giảng thêm sinh động, phục vụ kịp thời những yêu cầu của việc cải tiến, nâng cao chất lượng dạy và học trong nhà trường

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP

HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐA ĐIỂM – ĐÁNH LỬA TRỰC TIẾP VÀ HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN TRÊN

ĐỘNG CƠ KIA MORNING 2015 2.1 HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRỰC TIẾP (DIS - Distributor Ignition System)

10: Cảm biến vị trí trục cam 11: ECM động cơ (Electronic Control Module)

Trong hệ thống đánh lửa kiểm soát bằng máy tính, động cơ được cung cấp khả năng đánh lửa với gần đường đặc tính thời điểm đánh lửa lý tưởng, ECM xác định thời điểm đánh lửa dựa trên đầu vào là các cảm biến Bộ nhớ của ECM lưu thời điểm đánh lửa tối ưu cho mỗi điều kiện hoạt động của động cơ Mặc dù, thực tế hệ thống đánh lửa được tích hợp và kiểm soát bởi hệ thống điều khiển động cơ, các thành phần

bằng cách nào đó độc lập với hệ thống phun nhiên liệu, ngay cả khi chúng chia sẻ một số tín hiệu đầu vào Nhưng cũng có một số cảm biến được sử dụng dành riêng cho hệ thống đánh lửa Vì vậy, trong phạm vi đề tài và khả năng của nhóm, chỉ trình bày nội dung một số cảm biến ảnh hưởng trực tiếp đến thời điểm đánh lửa

Hệ thống đánh lửa theo dòng thời gian lịch sử được chia làm nhiều thế hệ khác nhau Tuy nhiên, thực tế hiện nay trên thị trường ô tô được chia thành 2 loại cơ bản: Loại có bộ chia điện và loại không có bộ chia điện (DIS) Tất cả các mẫu xe gần đây

sử dụng hệ thống đánh lửa loại DIS, với bô-bin đơn và không còn dây cao áp

Ưu điểm của hệ thống đánh lửa trực tiếp:

+ So với điều khiển đánh lửa cơ học của các hệ thống thông thường thì phương pháp điều khiển bằng ESA có độ chính xác cao hơn và không cần phải đặt lại thời điểm đánh lửa Kết quả là hệ thống này giúp cải thiện tiết kiệm nhiên liệu và tăng công suất phát ra

+ Dây cao áp ngắn hoặc không có dây cao áp nên giảm sự mất mát năng lượng Đa

số hiện nay sử dụng đánh lửa trực tiếp từ bô-bin IC tích hợp, loại bỏ hoàn toàn dây cao áp

+ Không còn đầu chia nên không có khe hở giữa đầu chia và dây cao áp

+ Loại bỏ được những hư hỏng thường gặp do hiện tượng phóng điện trên mạch cao

áp và giảm chi phí bảo dưỡng

+ Thuận tiện trong quá trình chẩn đoán, kiểm tra và sửa chữa

Các chi tiết của hệ thống

Các bộ phận chủ yếu của các loại hệ thống đánh lửa được thể hiện qua sơ đồ khối sau:

Hình 2.2: Sơ đồ tổng quát các bộ phận hệ thống đánh lửa trực tiếp trên xe Kia

Với:

+ IGF (Ignition Failure Signal) – Tín hiệu phản hồi đánh lửa: Giúp ECU nâng cao

hiệu quả làm việc của động cơ, tiết kiệm nhiện liệu và bảo vệ môi trường (giảm thiểu hàm lượng các chất trong khí thải)

Việc đánh lửa được đảm nhiệm bởi bô-bin đánh lửa và được điều khiển bởi ECM

Để quyết định được thời điểm đánh lửa nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của động

cơ, tiết kiệm nhiện liệu và bảo vệ môi trường thì ECM điều khiển động cơ nhờ vào tín hiệu đánh lửa IGF (IGF Signal)

Đối với hãng Toyota tín hiệu IGF được tạo ra từ bô-bin IC tích hợp với bô-bin có 4 chân giao tiếp: IGT, IGF, B (+), E (-) Do đó, ta có thể kiểm tra trực tiếp tín hiệu điện

áp này bằng đồng hồ VOM Tuy nhiên, đối với hệ thống đánh lửa trên xe Kia Morning

2015 thì bô-bin IC tích hợp có 2 chân truyền dẫn tín hiệu: B (+) và chân tín hiệu đánh lửa IGT (được kí hiệu bằng số) Vì vậy, tín hiệu IGF được ECM tự kiểm tra và xử lí Tín hiệu này dùng để kiểm tra sự hoạt động của mạch sơ cấp hệ thống đánh lửa Nếu không có tín hiệu IGF thì đồng nghĩa với việc hệ thống đánh lửa không hoạt động, do vậy ECM sẽ ghi nhận mã lỗi và ngắt mạch điều khiển các kim phun để kinh

tế nhiên liệu, làm giảm ô nhiễm môi trường

+ IGT (Igntition Timing Signal): Tín hiệu điều khiển thời điểm đánh lửa

+ MAF (Mass Air Flow Sensor): Cảm biến khối lượng khí nạp

+ MAP (Intake Mainfold Pressure Sensor): Cảm biến áp suất đường ống nạp + ECT (Engine Coolant Temperature Sensor): Cảm biến t0 nước làm mát động cơ

+ TPS (Throttle Position Sensor): Cảm biến vị trí bướm ga

+ CKP (Crankshaft Position Sensor): Cảm biến vị trí trục khuỷu

+ CMP (Camshaft Position Sensor): Cảm biến vị trí trục cam

Biểu đồ hình 2.2 trên cho thấy tín hiệu đầu vào và tín hiệu đầu ra của hệ thống Tín

hiệu vào bao gồm MAF, MAP, CKP, CMP, ECT, TP Căn cứ vào tín hiệu đầu vào (nó cần thiết cho việc kiểm soát thời điểm đánh lửa), ECM sẽ gửi tín hiệu đánh lửa đến transistor để ngắt mass của cuộn sơ cấp, từ đó sinh ra dòng điện có điện áp cao ở cuộn thứ cấp, điện áp này gửi đến bu-gi và phát sinh tia lửa điện

Mục đích của hệ thống đánh lửa là để đốt cháy hỗn hợp không khí/nhiên liệu trong buồng đốt tại thời điểm thích hợp Để tối đa hóa hiệu quả công suất động cơ, hỗn hợp không khí/nhiên liệu phải được đốt cháy khoảng 10° sau điểm chết trên (TDC-Top Dead Center) để áp suất phát sinh trong quá trình đốt cháy đạt giá trị tối đa

Mặc khác, cảm biến vị trí trục khuỷu và cảm biến khối lượng khí nạp là 2 tín hiệu qua trọng nhất đối với hệ thống đánh lửa trực tiếp, đặc biệt là góc đánh lửa sớm Ngoài ra, các tín hiệu khác nhằm giúp ECM hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm, từ đó ECM

sẽ điều khiển thời điểm đánh lửa hiệu chỉnh tùy theo trạng thái động cơ

2.1.1 Khối các cảm biến

a Cảm biến vị trí trục cam: (CMP - Camshaft Position Sensor)

Có 2 loại cảm biến phổ biến hiện nay: Điện từ và phần tử Hall Theo đối tượng nghiên cứu của đề tài, sử dụng loại Hall đối với cảm biến vị trí trục cam trên xe Kia Morning 2015 Đồng thời, trên động cơ Kappa i3 1.0L AT MPI sử dụng 2 cảm biến trục cam, 1 cho trục cam nạp và 1 trục cam thải, tuy nhiên về nguyên tắc hoạt động

và kết cấu là giống nhau

Hình 2.3: Cảm biến vị trí trục cam loại phần tử Hall

- Chức năng: Cảm biến vị trí trục cam có vai trò quan trọng đối với hệ thống điều

khiển động cơ ECM sử dụng tín hiệu này biết được vị trí của trục cam và kết hợp với tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu để xác định điểm chết trên của kỳ nén, trên cơ

sở đó xác định đánh lửa, thời gian phun nhiên liệu và thứ tự phun nhiên liệu mỗi

xi-lanh

Nếu thiếu đi tín hiệu từ cảm biến này thì tùy vào dòng xe và đời xe sẽ có hiện tượng: Khó khởi động xe, động cơ chết đột ngột, động cơ bỏ máy hoặc không đáp ứng tăng tốc, sáng đèn Check Engine

- Cấu tạo:

Hình 2.4: Kết cấu của CMPS loại phần tử

Hall

1 Vỏ cảm biến

2 Giấc cảm biến (5V, chân mass, chân tín hiệu)

3 Mạch điện tử (IC - Integrated electronics)

4 Nam châm vĩnh cửu

5 Phần tử hall

6 Đĩa xung (kích từ)

G Khe hở không khí 1.5)mm

(0.5 Nguyên lí hoạt động:

Khi trục khuỷu quay, thông qua dây

đai cam dẫn động quay, trên trục cam

nạp và xả có đĩa tạo xung có các vấu

cực, các vấu cực này quét qua đầu cảm

biến, khép kín mạch từ và cảm biến tạo

ra 1 xung tín hiệu điện áp DC gửi về

ECM Từ đó, ECM nhận biết được điểm

chết trên của xi-lanh số 1 hay các máy

- Vị trí:

Hình 2.6: Vị trí của 2 cảm biến vị trí trục cam và đĩa xung cảm biến

A: Đối với cảm biến bên trục cam nạp

B: Đối với cảm biến bên trục cam xả

Vị trí 2 cảm biến, trên động cơ Kia Morning thường bố trị tại phía đuôi trục cam và được bắt chặt với nắp máy như mô tả ở hình trên

- Phương pháp kiểm tra và chẩn đoán cảm biến:

+ Kiểm tra khe hở từ: 0.5 - 1.5mm

+ Sử dụng đồng hồ đo hiển thị xung

(Osiloscope) đo chân Signal khi đề

máy có tín hiệu xung vuông (có

biên độ xung là 0 và 5V) như mô tả

bên hình

+ Sử dụng VOM thang đo Volt DC:

Đo tín chân tín hiệu như mô tả hình

bên

b Cảm biến vị trí trục khuỷu: (CKPS - Camshaft Position Sensor)

Tương tự, như đã trình ở phần cảm biến vị trí trục cam Trên động cơ Kappa 1.0L

AT MPI, sử dụng 1 cảm biến vị trí trục khuỷu loại điện từ có 2 dây tín hiệu

Cảm biến từ/cảm ứng hay còn gọi là cảm biến đón từ trong quá trình hoạt động, do tác dụng cảm ứng, cuộn dây của cảm biến sinh ra điện áp dao động (một dạng tín hiệu dạng sóng hình sin (∼) điện áp AC)

Hình 2.7: Cảm biến vị trí trục khuỷu loại điện từ

- Chức năng: Đo tín hiệu tốc độ, vị trí của trục khuỷu gửi về ECM và ECM sử dụng

tín hiệu đó để tính toán góc đánh lửa sớm cơ bản, thời gian phun nhiên liệu cơ bản cho động cơ Ngoài ra, cảm biến này cũng được dùng vào mục đích điều khiển tốc độ cầm chừng, cắt nhiên liệu ở chế độ cầm chừng cưỡng bức, đảm bảo thời gian khởi động ngắn nhất và hiệu quả tia lửa điện tốt nhất

Nếu mất tín hiệu này, đa số động cơ sẽ không hoạt động được Tuy nhiên, một số ít dòng xe sử dụng tín hiệu CMPS, vẫn có thể hoạt động ở trạng thái cơ bản

- Cấu tạo:

1 Nam châm vĩnh cửu

- Nguyên lí hoạt động:

Khi trục khuỷu quay, các răng trên

đĩa xung quét qua đầu cảm biến với

1 khoảng cách (G) đến chân cực

của cảm biến, lúc này từ trường

xung quanh cuộn dây sẽ thay đổi

Khi đó, trong cuộn dây xuất hiện

một hiệu điện thế tỷ lệ với cường

độ và tốc độ thay đổi của từ trường

Một dao động tuần hoàn được tạo ra cho mỗi răng đi qua đầu cảm biến Hình trên cho hình dạng của tín hiệu được tạo ra của một cảm biến cảm ứng Tín hiệu điện

áp xoay chiều (AC) do cảm biến tạo ra phụ thuộc vào tốc độ của đĩa xung và số vòng trong cuộn dây

- Do được cấu tạo từ một nam châm

vĩnh cửu, vì vậy mà vị trí trục khuỷu

luôn có một từ trường ổn định được

sinh ra

- Vị trí:

Hình 2.8: Vị trí lắp đặt cảm biến vị trí trục khuỷu

CKPS được lắp đặt gần với đầu pu-li trục khuỷu như mô tả hình trên Một số xe còn

có thể được lắp đặt tại trên hộp số hoặc trong khối xi-lanh động cơ

+ Kiểm tra bằng đồng hồ VOM, để thang đo điện

trở như hình bên, giá trị điện trở nằm trong

khoảng 819 - 100Ω (tại t0 200C)

+ Kiểm tra khe hở từ: 0.5 - 1.5mm

2 cách trình bày trên được sử dụng phổ biến

+ Sử dụng đồng hồ đo hiển thị xung (Osiloscope) để đo tín hiệu xung sin như mô tả bên hình Thường phương pháp kiểm tra này, để xác định lỗi động cơ ban đầu hoặc lỗi gián đoạn (hay còn gọi là lỗi chập chờn)

c Cảm biến nhiệt độ động cơ (ECTS – Engine Coolant Temperature Sensor)

- Chức năng: Là một trong những cảm biến rất quan trọng giúp bảo vệ động cơ, nâng

cao hiệu quả làm việc của động cơ cũng như giúp cho động cơ hoạt động ổn định Sử

dụng nó để đo nhiệt độ nước làm mát của động cơ và gửi tín hiệu về ECM để bộ xử

lý trung tâm thực hiện những hiệu chỉnh sau:

tăng góc đánh lửa sớm và ngược lại t0 động cơ cao ECM sẽ điều khiển giảm góc đánh lửa sớm

+ Hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu: Khi t0 động cơ thấp ECM sẽ điều khiển tăng thời gian phun nhiên liệu (tăng độ rộng xung nhấc kim phun) để làm đậm lượng hòa khí và ngược lại

+ Điều khiển quạt làm mát: Khi t0 nước động cơ đạt xấp xỉ 80 – 870C ECM điều khiển quạt làm mát động cơ bắt đầu quay tốc độ thấp (quay chậm), khi nhiệt độ nước làm mát đạt xấp xỉ 95 – 980C ECM điều khiển quạt làm mát quay tốc độ cao (quay nhanh)

điều khiển van không tải (hoặc bướm ga điện tử) mở rộng ra để chạy ở tốc độ không tải nhanh (tốc độ động cơ đạt xấp xỉ 900 - 1000v/p) nhằm hâm nóng động cơ giúp giảm ma sát giữa các bộ phận trong động cơ và nhanh chóng đạt được nhiệt độ vận hành ổn định

+ Điều khiển chuyển số: ECM điều khiển hộp số tự động sử dụng thêm tín hiệu cảm

biến nhiệt độ nước làm mát để điều khiển chuyển số, nếu t0 nước làm mát còn thấp ECM điều khiển hộp số tự động sẽ không điều khiển chuyển lên số truyền tăng OD + Tín hiệu từ ECTS còn được dùng để điều khiển hệ thống kiểm soát khí xả (EGR), điều khiển trạng thái hệ thống phun nhiên liệu (Open Loop – Close Loop), điều khiển ngắt tín hiệu điều hòa không khí A/C khi t0 nước làm mát quá cao…

- Cấu tạo:

1- Chân cực cảm biến 2- Vỏ cảm biến 3- Điện trở nhiệt (NTC) ECTS: Có một trụ rỗng có ren ngoài, bên trong có gắn một điện trở dạng bán dẫn có

hệ số nhiệt điện trở âm Ở động cơ làm mát bằng nước, cảm biến được gắn ở thân máy, gần bọng nước làm mát Trong một số trường hợp cảm biến được lắp trên nắp máy Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ, nó được làm bằng vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm Khi nhiệt độ tăng điện trở giảm và ngược lại khi nhiệt độ giảm thì điện trở tăng Các loại cảm biến nhiệt độ hoạt động cùng nguyên lý nhưng mức hoạt động và sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ có khác nhau Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp được gửi đến ECM động cơ trên nền tảng cầu phân áp

- Nguyên lí hoạt động:

Điện áp 5V qua điện trở

thuẩn (R hoặc R1, điện trở này

có giá trị không đổi theo nhiệt

độ) đến cảm biến rồi trở về

ECM về mass Như vậy, điện

trở thuần và nhiệt điện trở trong

cảm biến tạo thành một cầu

phân áp

Điện áp điểm giữa cầu phân áp (Vsignal) được

đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự (tín

hiệu Analog)  Tín hiệu số (bộ chuyển đổi

ADC – Analog to Digital Converter)

Hình 2.9: Đồ thị đặc tính và bảng thông số kỹ thuật cảm biến

Khi t0 động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ biến đổi ADC lớn Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xung vuông và được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECM biết động cơ đang lạnh Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm, báo cho ECM biết là động

cơ đang nóng

- Vị trí: Nằm trên thân máy hoặc trên đường ống nước làm mát, đầu cảm biến tiếp xúc với được làm mát

Hình 2.10: Vị trí cảm biến nhiệt độ nữa làm mát

Ở một số xe, ngoài ECTS chính gắn trên thân động cơ, còn có 1 cảm biến t0 nước làm mát gắn ở trên két nước làm mát hoặc đầu ra của van hằng nhiệt, mục đích giám sát

sự làm việc của van hằng nhiệt (van hằng nhiệt được điều khiển điện)

- Phương pháp kiểm tra và chẩn đoán cảm biến:

Hình 2.11: Sơ đồ mạch điện của

cảm biến nhiệt độ nước làm mát

+ Đo điện trở tiêu chuẩn của cảm biến với đồng hồ

VOM, như mô tả hình bên và so sánh với bảng thông

số kỹ thuật để đánh giá trạng thái kỹ thuật của cảm biến

+ Mặc khác, ta đo giá trị điện trở của cảm biến khi có

sự thay đổi về nhiệt

 Dùng bật lửa hoặc nhúng cảm biến vào nước nóng

Quan sát sự thay đổi hiển thị trên VOM, giá trị điện

trở giảm

 Nếu nhúng cảm biến vào nước lạnh và thấy giá trị

điện trở tăng, thì cảm biến hoạt động bình thường

Đồng thời, có thể dử dụng phương pháp đo xung tín hiệu (Osiloscope) điện áp đầu ra của ECTS khi nhiệt độ nước làm mát động cơ tăng lên

Hình 2.12: Mô phỏng phương pháp

đó với thiết bị PicoScope

Có thể dựa vào sơ đồ mạch điện hình

2.17 để xác định chân tín hiệu đo

xung

d Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP – Intake Mainfold Pressure/Manifold Absolute Pressure)

Đối với trên hệ thống điều khiển động cơ sử hệ thống phun xăng điện tử kiểu D – Jectronic và trên cảm biến MAP còn tích hợp cảm biến t0 khí nạp (IAT – Intake Air Temperature)