Nghiên cứu và thiết kế hệ thống phun xăng đánh lửa trên động cơ 1TRFE xe toyota innova

Động cơ là bộ phận không thể thiếu trên xe ô tô, gồm nhiều hệ thống liên kết với nhauvà được vận hành một cách tối ưu. Đối với động cơ xăng thì hệ thống phun xăng và đánhlửa là các hệ thống quan trọng trong quá trình hoạt động của động cơ.Hiện nay hệ thống phun xăng và đánh lửa được nhiều hãng xe ứng dụng rộng rãi trêncác dòng xe ô tô của mình. Trong số đó, hãng Toyota đã phát triển hệ thống phun xăngđiện tử EFI và hệ thống đánh lửa trực tiếp ESA được điều khiển bởi hộp điều khiển độngcơ ECM (hay ECU động cơ). Với cơ chế điều khiển tự động nhờ ECU động cơ, hệ thốngphun xăng điện tử cho phép lượng nhiên liệu được phun vào theo định mức phù hợp vớichế độ vận hành của động cơ, cũng như thời điểm đánh lửa được tính toán chuẩn xác thôngqua hệ thống đánh lửa trực tiếp dựa trên các tín hiệu từ nhiều cảm biến khác nhau. Qua đóđảm bảo tối ưu quá trình cháy, tiết kiệm nhiên liệu và kiểm soát mức thấp nhất khí thải độchại thải ra môi trường.Với đề tài này, nhóm em sẽ tập trung tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động cũngnhư các số liệu kỹ thuật của các thành phần trong hệ thống phun xăng đánh lửa trên độngcơ 1TR – FE xe Toyota Innova 2012. Từ những cơ sở lý thuyết đó, nhóm em đã thiết kếmô hình về hệ thống nhằm mô phỏng một cách trực quan phục vụ cho công tác giảng dạyvà học tập ở giảng đường đại học. Sau khi hoàn thành đề tài, các tín hiệu đầu vào, bộ xử lýđiều khiển trung tâm ECU động cơ và các bộ phận chấp hành đều hoạt động theo đúngnguyên lý và đáp ứng được mục tiêu nghiên cứu của đề tài.MỤC LỤCNHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP .........................................................................iLỜI CẢM ƠN.....................................................................................................................iiiTÓM TẮT...........................................................................................................................ivMỤC LỤC ...........................................................................................................................vDANH MỤC HÌNH VẼ ......................................................................................................xDANH MỤC SƠ ĐỒ.......................................................................................................xviiDANH MỤC BẢNG ........................................................................................................xxiDANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..........................................................................................xxiiCHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU .................................................................................................11.1 Giới thiệu tổng quát về đề tài.................................................................................11.2 Tính cấp thiết của đề tài .........................................................................................11.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài.....................................................................................21.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .........................................................................21.5 Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................21.5.1 Cơ sở phương pháp luận .................................................................................21.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể...............................................................21.6 Cấu trúc của đề tài..................................................................................................3CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT....................................................................................42.1 Hệ thống điều khiển bằng máy tính hãng Toyota – TCCS....................................42.1.1 Khái quát hệ thống TCCS ...............................................................................42.1.2 Mô tả hệ thống TCCS .....................................................................................52.1.3 Các chức năng của hệ thống điều khiển động cơ............................................52.1.4 Cấu trúc của hệ thống điều khiển động cơ......................................................92.1.5 Các bộ phận và chức năng.............................................................................102.1.6 Sơ đồ các tín hiệu điều khiển động cơ ..........................................................122.2 Hệ thống phun xăng điện tử.................................................................................122.2.1 Tổng quan về sự phát triển của hệ thống phun xăng điện tử ........................122.2.2 Khái niệm về hệ thống phun xăng điện tử ....................................................142.2.3 Nhiệm vụ và yêu cầu.....................................................................................152.2.4 Phân loại hệ thống phun xăng điện tử...........................................................16vi2.2.5 Sự khác nhau giữa động cơ sử dụng phun xăng điện tử và bộ chế hòa khí ..192.2.6 Ưu điểm của hệ thống phun xăng điện tử so với bộ chế hòa khí..................222.3 Hệ thống đánh lửa trực tiếp..................................................................................242.3.1 Công dụng của hệ thống đánh lửa.................................................................242.3.2 Yêu cầu đối với hệ thống đánh lửa ...............................................................242.3.3 Phân loại hệ thống đánh lửa ..........................................................................252.3.4 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống đánh lửa trực tiếp .............................272.4 Giới thiệu về động cơ 1TR – FE xe Toyota Innova 2012....................................28CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ .......................................................303.1 Sơ đồ mạch điện...................................................................................................303.1.1 Mạch điện cấp nguồn ....................................................................................303.1.2 Mạch điện VC ...............................................................................................323.1.3 Mạch điện nối mass.......................................................................................323.2 Các loại cảm biến.................................................................................................333.2.1 Cảm biến lưu lượng khí nạp (Bộ đo gió) ......................................................333.2.2 Cảm biến áp suất trên đường ống nạp (MAP sensor) ...................................423.2.3 Cảm biến vị trí bướm ga ...............................................................................433.2.4 Cảm biến vị trí bàn đạp ga ............................................................................473.2.5 Bộ tạo tín hiệu G và NE ................................................................................523.2.6 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ..................................................................603.2.7 Cảm biến nhiệt độ khí nạp ............................................................................613.2.8 Cảm biến oxy ................................................................................................633.2.9 Cảm biến tỉ lệ không khí – nhiên liệu AF....................................................673.2.10 Cảm biến hỗn hợp nghèo ..............................................................................683.2.11 Cảm biến kích nổ ..........................................................................................693.2.12 Cảm biến tốc độ xe........................................................................................703.2.13 Cảm biến bù độ cao HAC .............................................................................763.2.14 Cảm biến nhiệt độ khí thải EGR ...................................................................763.2.15 Biến trở..........................................................................................................773.3 Các loại tín hiệu đầu vào......................................................................................783.3.1 Tín hiệu công tắc nhiên liệu ..........................................................................783.3.2 Công tắc tăng tốc kick – down......................................................................78vii3.3.3 Công tắc nhiệt độ nước làm mát ...................................................................793.3.4 Công tắc ly hợp .............................................................................................793.3.5 Công tắc đèn phanh.......................................................................................803.3.6 Công tắc áp suất dầu .....................................................................................803.3.7 Tín hiệu khởi động STA................................................................................813.3.8 Tín hiệu công tắc khởi động trung gian NSW ..............................................823.3.9 Tín hiệu công tắc điều hòa AC.....................................................................823.3.10 Tín hiệu phụ tải điện .....................................................................................83CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ.......................................................844.1 Hệ thống phun xăng điện tử EFI..........................................................................844.2 Hệ thống nạp không khí.......................................................................................864.2.1 Bộ lọc không khí ...........................................................................................874.2.2 Cổ họng gió ...................................................................................................894.2.3 Buồng nạp và đường ống nạp .......................................................................944.3 Hệ thống cung cấp nhiên liệu...............................................................................954.3.1 Bơm nhiên liệu ..............................................................................................964.3.2 Bộ lọc nhiên liệu .........................................................................................1034.3.3 Ống phân phối nhiên liệu ............................................................................1044.3.4 Bộ dập dao động..........................................................................................1044.3.5 Bộ điều áp....................................................................................................1044.3.6 Kim phun nhiên liệu....................................................................................1074.3.7 Kim phun khởi động lạnh............................................................................1104.4 Chức năng của ECU động cơ.............................................................................1144.4.1 Phương pháp và thời điểm phun nhiên liệu ................................................1154.4.2 Điều khiển thời điểm phun nhiên liệu.........................................................117CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRỰC TIẾP...................................................1335.1 Phương pháp đánh lửa cho động cơ xăng..........................................................1335.2 Cấu trúc hệ thống đánh lửa: ...............................................................................1355.2.1 Biến áp đánh lửa (bô bin đánh lửa).............................................................1365.2.2 Bộ chia điện và cảm biến đánh lửa .............................................................1375.2.3 Bugi .............................................................................................................1395.2.4 Module đánh lửa và bộ xử lý điện tử trung tâm ECU.................................144viii5.3 Hệ thống điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử ESA ................................1445.3.1 Giới thiệu chung..........................................................................................1445.3.2 Phán đoán dựa vào góc quay trục khuỷu (góc đánh lửa ban đầu) ..............1475.3.3 Tín hiệu IGT (thời điểm đánh lửa)..............................................................1475.3.4 Tín hiệu IGF (xác nhận đánh lửa) ...............................................................1485.3.5 Mạch điện đánh lửa .....................................................................................1495.4 Chức năng của ECU động cơ.............................................................................1545.4.1 Điều khiển thời điểm đánh lửa....................................................................1545.4.2 Điều chỉnh thời điểm đánh lửa....................................................................163CHƯƠNG 6: MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐÁNH LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ 1TR– FE XE TOYOTA INNOVA 2012................................................................................1656.1 Tiến độ hoàn thành mô hình ..............................................................................1656.2 Danh sách các thiết bị ........................................................................................1666.3 Xác định chân và đo kiểm các thiết bị 8 .........................................................1676.3.1 Sơ đồ mạch điện..........................................................................................1676.3.2 ECU động cơ...............................................................................................1756.3.3 Cảm biến lưu lượng khí nạp (A4) ...............................................................1786.3.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (W1).......................................................1816.3.5 Cảm biến vị trí bướm ga (T1) .....................................................................1836.3.6 Cảm biến vị trí bàn đạp ga (A17)................................................................1866.3.7 Cảm biến oxy có bộ sấy (H6)......................................................................1896.3.8 Cảm biến kích nổ (K1)................................................................................1916.3.9 Cảm biến vị trí trục khuỷu (C5) ..................................................................1926.3.10 Bô bin đánh lửa (I1, I2, I3, I4) ....................................................................1946.3.11 Kim phun nhiên liệu (F4, F5, F6, F7) .........................................................1966.3.12 Cảm biến vị trí trục cam (C1) .....................................................................1976.3.13 Giắc DLC3 (D3)..........................................................................................1996.4 Thiết kế mô hình ................................................................................................2006.4.1 Mục đích của việc thiết kế mô hình ............................................................2006.4.2 Yêu cầu đối với mô hình .............................................................................2016.4.3 Khung đỡ mô hình.......................................................................................2016.4.4 Bảng bố trí các thiết bị ................................................................................205ix6.4.5 Mô hình sau khi đã hoàn thiện ....................................................................210CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN...............................................................................................211TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................212

GIỚI THIỆU

Giới thiệu tổng quát về đề tài

Hiện nay, nhiều hãng xe đã phát triển hệ thống phun xăng điện tử EFI và hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS để nâng cao hiệu suất hoạt động của các dòng xe Toyota đã tiên phong theo xu hướng này và ứng dụng các công nghệ tiên tiến trên các mẫu xe của mình, như hệ thống phun xăng EFI và hệ thống đánh lửa DIS Nhóm chúng tôi tập trung nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các số liệu kỹ thuật của các thành phần trong hệ thống phun xăng đánh lửa trên động cơ 1TR-FE của xe Toyota Innova 2012 Trên nền tảng lý thuyết đó, chúng tôi đã thiết kế mô hình mô phỏng trực quan nguyên lý hoạt động của hệ thống nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập tại trường đại học.

Tính cấp thiết của đề tài

Toyota Innova đã nhanh chóng thành công từ khi ra mắt năm 2006 và liên tục nằm trong top 10 xe bán chạy nhất tại Việt Nam, với doanh số đạt gần 117.000 chiếc sau 12 năm Đây là lựa chọn hàng đầu của các gia đình Việt, phù hợp cho mọi hành trình Nhận thấy tầm quan trọng và tính ứng dụng thực tiễn của dòng xe này tại thị trường Việt Nam, nhóm đã quyết định nghiên cứu và thiết kế mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa trên động cơ 1TR-FE của Toyota Innova 2012 để phục vụ giảng dạy và đào tạo kiến thức ô tô một cách thực tiễn hơn.

Mô hình được thiết kế dựa trên động cơ thực tế giúp giáo viên rút ngắn thời gian giảng dạy và học viên nắm vững cấu trúc cùng nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử và hệ thống đánh lửa trực tiếp Điều này hỗ trợ tìm ra phương pháp chẩn đoán lỗi hiệu quả trên hệ thống, khảo nghiệm góc đánh lửa sớm và lượng nhiên liệu phun khi điều chỉnh các tín hiệu đầu vào từ cảm biến.

Mục tiêu nghiên cứu đề tài

Nhóm đã chọn đề tài “Nghiên cứu và thiết kế mô hình hệ thống phun xăng, đánh lửa trên động cơ 1TR-FE xe Toyota Innova 2012” nhằm mục tiêu nghiên cứu, phân tích và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống nhiên liệu và đánh lửa để nâng cao hiệu suất động cơ Đề tài tập trung vào việc thiết kế mô hình chính xác, ứng dụng các giải pháp công nghệ tiên tiến và đảm bảo tính khả thi trong thực tế vận hành của xe Toyota Innova 2012 Việc thực hiện nghiên cứu này giúp cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu và giảm thiểu khí thải độc hại, góp phần nâng cao hiệu suất vận hành của hệ thống phun xăng, đánh lửa trên động cơ 1TR-FE.

− Nắm rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động hệ thống phun xăng và hệ thống đánh lửa

− Thiết kế mô hình mô phỏng một cách trực quan nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng đánh lửa trên động cơ 1TR – FE xe Toyota Innova 2012

Nguồn tư liệu và công cụ hỗ trợ sinh viên ngành ô tô tiếp cận kiến thức về động cơ đốt trong, đặc biệt là hệ thống phun xăng điện tử và hệ thống đánh lửa trực tiếp Việc nắm vững các kiến thức này giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực ô tô Bài viết cung cấp thông tin chi tiết, dễ hiểu, giúp sinh viên tự tin hơn trong học tập, nghiên cứu và áp dụng thực tiễn trong công việc.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống phun xăng và đánh lửa

Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống phun xăng điện tử và hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ 1TR – FE xe Toyota Innova 2012.

Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Cơ sở phương pháp luận Để hoàn thành đề tài này nhóm đã đưa ra các phương pháp áp dụng cho việc hoàn thành và giới hạn lại trong phạm vi của đề tài

1.5.2 Các phương pháp nghiên cứu cụ thể

Phương pháp tổng hợp gồm việc tổng hợp các kết quả tìm kiếm từ tài liệu trong và ngoài nước để đánh giá và tổng hợp những kiến thức chính về hệ thống phun xăng điện tử và hệ thống đánh lửa trực tiếp, giúp xây dựng một thể thống nhất chặt chẽ Phương pháp nghiên cứu tập trung vào việc thu thập thông tin, số liệu, kiến thức liên quan nhằm phục vụ cho đề tài, đồng thời đọc, phân tích và khai thác các tài liệu về hai hệ thống này một cách khoa học để đảm bảo tính chính xác và đầy đủ của nghiên cứu.

Phương pháp thống kê so sánh là quá trình tổng hợp các kết quả nghiên cứu đã thu thập để phân tích, đối chiếu và hệ thống hóa kiến thức liên quan Phương pháp này giúp làm rõ các mặt khác nhau của đề tài dựa trên dữ liệu đã nghiên cứu, đảm bảo việc đánh giá thông tin một cách có hệ thống và chính xác Việc so sánh kết quả nghiên cứu còn giúp xác định xu hướng, điểm giống và khác nhau giữa các nguồn dữ liệu, từ đó cung cấp cơ sở để nâng cao chất lượng và tính chính xác của nghiên cứu.

Phương pháp thiết kế dựa trên việc nghiên cứu các lý thuyết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mô hình, kết hợp với việc quan sát tham khảo các mô hình liên quan Nhóm thiết kế đã mô phỏng lại mô hình dựa trên các kiến thức này để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình phát triển Quá trình này giúp tối ưu hóa thiết kế, đảm bảo mô hình hoạt động đúng chức năng mong muốn và phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật.

3 nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng đánh lửa trên động cơ 1TR – FE xe Toyota Innova 2012.

Cấu trúc của đề tài

Sơ đồ 1.1 Cấu trúc của đề tài

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hệ thống điều khiển bằng máy tính hãng Toyota – TCCS

2.1.1 Khái quát hệ thống TCCS

Hệ thống TCCS (Toyota Computer – Controlled System) của Toyota là hệ thống điều khiển bằng máy tính bao gồm việc kiểm soát chính xác các thành phần như động cơ, hệ thống lái và phanh thông qua ECU, trung tâm là một máy vi tính Ban đầu, TCCS chủ yếu được sử dụng để điều khiển động cơ cho các hệ thống EFI (phun xăng điện tử), ESA (đánh lửa điện tử) và ISC (kiểm soát tốc độ không tải), cũng như phục vụ công tác chẩn đoán ô tô.

Các hệ thống điều khiển sử dụng các ECU riêng biệt đã được phát triển để kiểm soát các hệ thống khác ngoài động cơ, nâng cao hiệu quả vận hành xe Hiện nay, thuật ngữ “TCCS” được hiểu là hệ thống điều khiển toàn diện tích hợp nhiều ECU phụ trách các hệ thống khác nhau nhằm đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu của xe Tại hãng Toyota, mỗi loại hệ thống đều có một máy tính điều khiển riêng gọi là “ECU”, giúp tối ưu hóa quá trình vận hành và kiểm soát các chức năng của xe một cách chính xác.

Trên một số kiểu xe, hệ thống ECT có ECU riêng gọi là “ECT ECU”, nhằm tối ưu hóa việc điều khiển hệ thống truyền động Trong khi đó, ECU điều khiển động cơ, còn gọi là “ECU động cơ” hoặc module ECM, đảm nhận nhiệm vụ quản lý hoạt động của động cơ Đối với các mẫu xe không có ECU riêng cho ECT, hệ thống này sử dụng chung ECU để điều khiển cả ECT và động cơ, được gọi là “ECU động cơ và ECT”, mang lại hiệu quả vận hành ổn định và tối ưu hóa hiệu suất xe.

Sơ đồ 2.1 Cấu trúc của hệ thống TCCS [2]

2.1.2 Mô tả hệ thống TCCS

Hệ thống điều khiển động cơ gồm các chức năng chính như EFI, ESA và ISC, đảm bảo hoạt động cơ bản của động cơ và cung cấp khả năng chẩn đoán chính xác để dễ dàng sửa chữa Ngoài ra, hệ thống còn có các chức năng dự phòng để đảm bảo vận hành an toàn khi có sự cố xảy ra ở các hệ thống điều khiển chính Trên động cơ còn có các thiết bị điều khiển phụ trợ như hệ thống điều khiển lái vượt giới hạn OD và hệ thống điều khiển khí nạp, tất cả đều được quản lý bởi ECU động cơ nhằm tối ưu hoá hiệu suất vận hành và độ tin cậy của hệ thống.

2.1.3 Các chức năng của hệ thống điều khiển động cơ a Hệ thống phun xăng điện tử EFI

Hình 2.2 Hệ thống phun xăng điện tử EFI

Một bơm nhiên liệu điện đảm bảo cung cấp đủ nhiên liệu dưới áp suất không đổi cho các kim phun Các kim phun này phun lượng nhiên liệu đã được định lượng chính xác vào ống nạp dựa trên tín hiệu điều khiển từ ECU động cơ, giúp tối ưu hoá quá trình đốt và nâng cao hiệu suất hoạt động của xe.

ECU động cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau cho biết các điều kiện hoạt động của động cơ đang thay đổi như:

− Áp suất đường ống nạp (PIM) hoặc lưu lượng khí nạp (VS, KS hoặc VG)

− Tốc độ động cơ (NE)

− Vị trí bàn đạp ga/ bướm ga (VTA)

− Nhiệt độ nước làm mát (THW)

− Nhiệt độ không khí nạp (THA)

Các tín hiệu này do ECU động cơ sử dụng để xác định chính xác thời điểm phun nhiên liệu nhằm duy trì tỉ lệ không khí – nhiên liệu tối ưu phù hợp với điều kiện hoạt động hiện tại của xe Hệ thống đánh lửa sớm điện tử (ESA) hoạt động dựa trên các tín hiệu này để tối ưu hóa quá trình nổ của động cơ, nâng cao hiệu suất vận hành và giảm tiêu hao nhiên liệu Việc điều chỉnh chính xác thời điểm đánh lửa giúp cải thiện khả năng khởi động, giảm khí thải và đảm bảo động cơ hoạt động ổn định trong mọi điều kiện vận hành.

Hệ thống đánh lửa sớm điện tử ESA sử dụng ECU động cơ được lập trình với dữ liệu chính xác để đảm bảo thời điểm đánh lửa tối ưu trong mọi điều kiện vận hành Dựa trên dữ liệu từ các cảm biến theo dõi các điều kiện hoạt động của động cơ, ECU sẽ gửi tín hiệu IGT (Thời điểm Đánh lửa) đến bộ phận đánh lửa để kích hoạt tia lửa điện chính xác thời điểm, giúp cải thiện hiệu suất vận hành và tiết kiệm nhiên liệu.

− Tốc độ động cơ (NE)

− Áp suất đường ống nạp (PIM) hoặc lưu lượng khí nạp (VS, KS hoặc VG)

− Nhiệt độ nước làm mát (THW) c Hệ thống điều khiển tốc độ không tải ISC

Hệ thống điều khiển tốc độ không tải trong xe được điều khiển bởi ECU động cơ, được lập trình với các giá trị tốc độ mục tiêu phù hợp để đáp ứng nhanh chóng và chính xác các điều kiện hoạt động khác nhau của động cơ ECU điều khiển tốc độ nhằm duy trì hiệu suất tối ưu, nâng cao khả năng vận hành và tiết kiệm nhiên liệu cho xe Hệ thống này tự điều chỉnh tốc độ động cơ dựa trên các cảm biến, đảm bảo hoạt động ổn định và tin cậy trong mọi tình huống sử dụng.

− Nhiệt độ nước làm mát (THW)

Các cảm biến gửi tín hiệu chính xác về tình trạng của hệ thống động cơ đến ECU, giúp ECU điều khiển van ISC nhằm kiểm soát luồng không khí đi qua van tiết lưu Quá trình này đảm bảo điều chỉnh tốc độ không tải phù hợp với các điều kiện vận hành mong muốn Việc chẩn đoán hệ thống cảm biến và ECU là bước quan trọng để phát hiện và xử lý kịp thời các lỗi liên quan đến điều chỉnh khí thải và hiệu suất động cơ.

Hình 2.5 Đèn “Kiểm tra động cơ”

Các ECU trên tất cả các loại động cơ hiện nay đều tích hợp hệ thống tự chẩn đoán để kiểm tra hầu hết các mạch tín hiệu vào của hệ thống điều khiển động cơ, giúp phát hiện các lỗi một cách chính xác Khi ECU phát hiện lỗi, đèn kiểm tra trên bảng điều khiển sẽ sáng để cảnh báo người lái về tình trạng hệ thống đang gặp vấn đề Đồng thời, mã lỗi liên quan sẽ được lưu trữ trong bộ nhớ của ECU để kỹ thuật viên dễ dàng xác định và tiến hành sửa chữa chính xác và nhanh chóng.

Khi gặp các lỗi mạch điện khác, đèn sẽ tự tắt để cảnh báo Tuy nhiên, mã lỗi sẽ được lưu vào bộ nhớ của ECU động cơ ngay cả khi công tắc máy OFF, giúp dễ dàng chẩn đoán sau này Đối với hầu hết các loại động cơ, việc đọc mã lỗi từ bộ nhớ diễn ra bằng cách nối cực T (hoặc TE1) và E1, sau đó đếm số lần chớp của đèn kiểm tra để xác định mã lỗi chính xác.

Sau khi sửa chữa, chúng ta phải xóa các mã lỗi trong bộ nhớ của ECU động cơ bằng cách ngắt điện đến cực BATT của ECU

❖ Nguyên lý phát hiện lỗi:

Hệ thống phát hiện lỗi của ECU động cơ hoạt động bằng cách nhận giá trị tín hiệu từ các cảm biến và so sánh với giới hạn cho phép để xác định trạng thái hoạt động Nếu các tín hiệu nằm trong giới hạn này, hệ thống hoạt động bình thường; ngược lại, khi tín hiệu vượt quá giới hạn, hệ thống sẽ báo lỗi để đảm bảo vận hành an toàn Tuy nhiên, nguyên lý này phụ thuộc vào độ chính xác của cảm biến; nếu cảm biến phát ra tín hiệu không đúng với thực tế, ECU có thể không phát hiện được lỗi, gây ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của động cơ.

Khi các tín hiệu đầu vào của ECU động cơ bất thường, hệ thống sẽ tự động chuyển sang các giá trị tiêu chuẩn lưu trong bộ nhớ để đảm bảo an toàn cho động cơ ECU sẽ ngừng hoạt động hoặc điều khiển phù hợp nhằm tránh hư hỏng hoặc quá tải hệ thống trung hòa khí thải Chức năng dự phòng này giúp duy trì hiệu suất và độ bền của xe trong các tình huống tín hiệu không ổn định hoặc lỗi hệ thống.

Ngay cả khi ECU động cơ gặp sự cố hoặc hoạt động không hoàn toàn, chức năng dự phòng vẫn đảm bảo việc phun nhiên liệu và kiểm soát thời điểm đánh lửa diễn ra liên tục, giúp duy trì hoạt động của xe một cách ổn định hơn Các hệ thống điều khiển khác cũng góp phần quan trọng trong việc duy trì hiệu suất và an toàn của xe trong các tình huống khẩn cấp hoặc khi gặp sự cố với ECU chính.

Trong một số động cơ, hệ thống điều khiển lái vượt giới hạn OD, hệ thống điều khiển khí nạp và các hệ thống phụ trợ khác đều được kiểm soát bởi ECU động cơ, đảm bảo tối ưu hóa hiệu suất vận hành và an toàn cho phương tiện.

2.1.4 Cấu trúc của hệ thống điều khiển động cơ

Hệ thống phun xăng điện tử

2.2.1 Tổng quan về sự phát triển của hệ thống phun xăng điện tử

Vào cuối thế kỷ 19, các kỹ sư Đức đã nghiên cứu về kỹ thuật phun nhiên liệu vào buồng đốt, nhưng phương pháp này ban đầu không mang lại hiệu quả và không được thực hiện rộng rãi Đến năm 1887, những thử nghiệm mới bắt đầu cho thấy tiềm năng của công nghệ phun nhiên liệu trong ngành động cơ đốt trong.

Vào đầu thế kỷ 20, các kỹ sư Mỹ đã có những đóng góp quan trọng trong việc phát triển hệ thống phun xăng và đưa vào sản xuất cho động cơ tĩnh tại Trong khi đó, người Đức đã ứng dụng hệ thống phun xăng trên động cơ bốn thì tĩnh tại, giúp cải thiện hiệu suất hoạt động của máy móc sử dụng nhiên liệu dầu hỏa dễ kích nổ Đóng góp này đã mở ra một bước tiến lớn trong công nghệ cung cấp nhiên liệu cho các động cơ máy bay của Đức.

Hệ thống phun xăng lần đầu tiên được áp dụng trên các xe ô tô tại Đức, dần thay thế động cơ sử dụng bộ chế hòa khí truyền thống Năm 1955, Mercedes-Benz đã tiên phong trong công nghệ này với việc ứng dụng hệ thống phun xăng trực tiếp vào buồng đốt cho động cơ 6 xi lanh trên mẫu xe Mercedes-Benz 300SL, sử dụng thiết bị bơm tạo áp suất phun của Bosch để nâng cao hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.

Hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ ô tô gặp phải nhiều khó khăn ban đầu do chiến tranh và trình độ công nghệ điện tử chưa phát triển, khiến việc điều khiển phun nhiên liệu chủ yếu dựa trên cơ khí và hiệu quả chưa cao Đến năm 1962, Pháp đã phát triển hệ thống này trên xe Peugeot 404, nhưng việc phân phối nhiên liệu vẫn còn hạn chế về hiệu quả Năm 1966, Bosch thành công trong việc sản xuất hệ thống phun xăng cơ khí K-Jetronic, sử dụng nguyên lý phun liên tục vào trước xupap nạp, mở ra bước đột phá cho công nghệ phun nhiên liệu và trở thành nền tảng cho các hệ thống phun xăng hiện đại sau này.

Hệ thống phun nhiên liệu điện tử ra đời đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong lịch sử phát triển của hệ thống điều khiển động cơ xăng Năm 1967, hãng Bosch giới thiệu hệ thống phun nhiên liệu D-Jetronic, lần đầu tiên áp dụng công nghệ phun nhiên liệu điện tử qua kim phun vào xupap nạp của từng xi lanh (phun nhiên liệu đa điểm), thay thế hệ thống phun nhiên liệu cơ khí truyền thống.

Năm 1985, hệ thống nhiên liệu K-Jetronic được nâng cấp thành hệ thống KE-Jetronic, được sản xuất hàng loạt và trang bị trên các mẫu xe của Mercedes-Benz, đánh dấu bước tiến lớn trong công nghệ phun xăng điện tử Mặc dù hệ thống K-Jetronic và KE-Jetronic đạt thành công lớn trong khả năng vận hành, chúng vẫn tồn tại nhược điểm về khả năng bảo dưỡng khó khăn và chi phí chế tạo cao Chính vì vậy, các kỹ sư đã không ngừng nghiên cứu và phát triển các loại hệ thống mới như Mono-Jetronic để nâng cao hiệu quả, dễ bảo trì và giảm chi phí sản xuất cho ô tô.

Trong những năm 1980, các kỹ sư Nhật Bản đã mua bản quyền của hãng Bosch để ứng dụng hệ thống phun xăng điện tử L-Jetronic và D-Jetronic trên các dòng xe của Toyota, gọi là EFI (Electronic Fuel Injection) Năm 1987, Nissan đã thay thế bộ chế hòa khí truyền thống bằng hệ thống phun xăng L-Jetronic trên mẫu xe Nissan Sunny, đánh dấu bước tiến lớn trong công nghệ động cơ Song song với sự phát triển của hệ thống phun xăng điện tử, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình ESA (Electronic Spark Advance) đã được sử dụng từ đầu thập niên 80, trong đó hãng Bosch còn giới thiệu hệ thống tích hợp Motronic, điều khiển cả phun xăng và đánh lửa giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu.

2.2.2 Khái niệm về hệ thống phun xăng điện tử

Hệ thống phun xăng điện tử EFI (Electronic Fuel Injection) nhằm cung cấp hỗn hợp không khí – nhiên liệu (A/F) tối ưu theo trạng thái hoạt động của động cơ, từ đó nâng cao hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu Kể từ khi ra đời, hệ thống EFI đã không ngừng được cải tiến, trong đó đặc điểm nổi bật là ngày càng tích hợp nhiều thành phần điện tử nhằm tối ưu hóa quá trình phun nhiên liệu và kiểm soát động cơ chính xác hơn.

Hệ thống phun nhiên liệu điện tử ra đời từ năm 1970 với mục tiêu ban đầu là tăng công suất và giảm tiếng ồn động cơ Đến những năm 1980, mục tiêu mở rộng sang việc giảm lượng khí thải, giúp cải thiện hiệu suất môi trường Hiện nay, hệ thống này tiếp tục phát triển để giảm tiêu hao nhiên liệu và lượng CO2 trong khí thải, góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao hiệu quả vận hành của phương tiện.

Hệ thống phun xăng điện tử ra đời nhằm khắc phục nhược điểm của hệ thống phun xăng cơ khí, cung cấp tỉ lệ khí hỗn hợp tối ưu cho động cơ Hệ thống điều khiển tự động điều chỉnh chính xác tỉ lệ không khí – nhiên liệu phù hợp với từng chế độ hoạt động của ô tô Trong quá trình khởi động ở thời tiết lạnh, khí hỗn hợp được pha nhiều xăng để dễ khởi động, còn sau khi động cơ nóng, khí hỗn hợp giảm lượng xăng cung cấp Ở chế độ vận hành cao tốc và tăng tốc, hệ thống cung cấp khí giàu xăng theo đúng yêu cầu để tối ưu hiệu suất.

Các kim phun nhiên liệu hoạt động dựa trên nguyên tắc cung cấp nhiên liệu dưới áp suất không đổi nhờ bơm xăng điện và bộ điều áp xăng ECU liên tục thu thập dữ liệu từ các cảm biến, xử lý và so sánh thông tin với dữ liệu đã lưu trong bộ nhớ để xác định thời điểm và lượng xăng phun Khi ECU gửi điện áp vào cuộn dây solenoid của kim phun, từ trường sẽ mở van kim để phun xăng; lượng nhiên liệu phun ra phụ thuộc vào thời gian van kim mở dài hay ngắn Khi ECU ngắt điện, cuộn dây mất từ tính và lò xo đóng van kim, kết thúc quá trình phun nhiên liệu.

ECU động cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau cho biết các điều kiện hoạt động của động cơ đang thay đổi như:

− Áp suất đường ống nạp (PIM) hoặc lưu lượng khí nạp (VS, KS hoặc VG)

− Tốc độ động cơ (NE)

− Vị trí bàn đạp ga/ bướm ga (VTA)

− Nhiệt độ nước làm mát (THW)

− Nhiệt độ không khí nạp (THA)

Các tín hiệu này do ECU động cơ thu nhận để xác định chính xác thời điểm phun nhiên liệu, đảm bảo tỷ lệ không khí – nhiên liệu tối ưu phù hợp với điều kiện hoạt động hiện tại của động cơ Việc điều chỉnh đúng thời điểm phun giúp tối ưu hiệu suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời giảm thiểu khí thải độc hại ECU sử dụng các cảm biến để liên tục theo dõi các tín hiệu này, từ đó tối ưu hóa quá trình phun nhiên liệu phù hợp với tình trạng hoạt động của xe.

2.2.3 Nhiệm vụ và yêu cầu a Nhiệm vụ

Hệ thống phun xăng là thành phần quan trọng trong hoạt động của động cơ, có nhiệm vụ cung cấp hỗn hợp không khí – nhiên liệu (A/F) tối ưu dựa trên trạng thái hoạt động hiện thời của xe Hệ thống điều khiển điều chỉnh chính xác tỷ lệ không khí – nhiên liệu theo chế độ vận hành của ô tô để đảm bảo hiệu suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu Việc duy trì tỷ lệ chính xác này là yêu cầu then chốt nhằm đảm bảo động cơ hoạt động ổn định, giảm khí thải và nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu.

− Tăng công suất và độ êm dịu khi hoạt động

− Giảm lượng khí thải thải ra môi trường

− Cung cấp tỉ lệ không khí – nhiên liệu một cách tối ưu

− Dễ dàng điều chỉnh, sửa chữa và giá thành chế tạo thấp

− Ở chế độ khởi động nguội, hỗn hợp hòa khí được cung cấp giàu xăng hơn

− Khi động cơ đã đạt ở nhiệt độ vận hành, hỗn hợp hòa khí sẽ cung cấp nghèo xăng hơn

− Ở các chế độ cao tốc và tăng tốc, hỗn hợp hòa khí được cung cấp giàu xăng theo đúng các điều kiện tối ưu

2.2.4 Phân loại hệ thống phun xăng điện tử

Dựa vào vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng được chia thành: phun xăng đơn điểm, phun xăng đa điểm, phun xăng trực tiếp

Dựa vào phương pháp đo khí nạp vào động cơ, hệ thống phun xăng được chia thành: D – Jetronic và L – Jetronic

Các động cơ hiện đại thường sử dụng phương pháp phun xăng đa điểm hoặc phun xăng trực tiếp, trong đó lượng xăng được điều chỉnh bằng cách thay đổi độ dài thời gian phun Thời điểm bắt đầu hoặc kết thúc quá trình phun được xác định dựa trên góc quay của trục khuỷu mà không thay đổi, trong khi thời điểm còn lại linh hoạt điều chỉnh theo chế độ vận hành Đường kính lỗ phun được tính toán để đảm bảo tổng thời gian phun trong mỗi chu trình luôn ngắn hơn thời gian của chu trình động cơ, đảm bảo hiệu quả đốt cháy và tiết kiệm nhiên liệu Phân loại kim phun theo vị trí lắp đặt giúp tối ưu hóa quá trình phun xăng, nâng cao hiệu suất vận hành của động cơ.

Theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng điện tử được chia làm 3 loại

❖ Loại TBI (Throttle Body Injection) – Phun xăng đơn điểm:

Hệ thống phun xăng đơn điểm, còn gọi là TBI, SPI, CI hoặc Mono-Jetronic, có vị trí kim phun đặt trên cánh bướm ga với một hoặc hai kim phun phun nhiên liệu Tuy nhiên, nhược điểm của hệ thống này là tốc độ hòa khí thấp do nhiên liệu phun xa xupap nạp, dễ thất thoát trên đường ống nạp.

❖ Loại MPI (Multi Point Injection) – Phun xăng đa điểm:

Hệ thống đánh lửa trực tiếp

2.3.1 Công dụng của hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa chịu trách nhiệm biến dòng điện một chiều hoặc xung điện xoay chiều hiệu điện thế thấp thành dòng điện có hiệu điện thế cao đủ mạnh để tạo tia lửa qua khe hở bugi Tia lửa này giúp đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong các xi lanh của động cơ đúng thời điểm, phù hợp với trình tự hoạt động của từng xi lanh và chế độ làm việc của động cơ.

Hệ thống đánh lửa còn được sử dụng để hỗ trợ khởi động, đặc biệt khi động cơ ở nhiệt độ thấp, giúp quá trình khởi động diễn ra dễ dàng hơn Việc này đảm bảo động cơ vận hành ổn định ngay lập tức sau khi khởi động trong điều kiện thời tiết lạnh Công dụng của hệ thống đánh lửa trong hỗ trợ khởi động là vô cùng quan trọng để duy trì hiệu suất hoạt động của xe hơi.

2.3.2 Yêu cầu đối với hệ thống đánh lửa

Trong hệ thống đánh lửa, tia lửa mạnh được tạo ra giữa các điện cực của bugi để đốt cháy hỗn hợp hòa khí Để vượt qua điện trở lớn của hỗn hợp hòa khí nén, hệ thống cần tạo ra điện thế cao nhằm đảm bảo tia lửa có cường độ đủ mạnh để kích hoạt quá trình cháy nhiên liệu hiệu quả.

Hệ thống đánh lửa cần đảm bảo thời điểm đánh lửa chính xác vào cuối kỳ nén của các xi lanh để tối ưu hóa hiệu suất động cơ Việc điều chỉnh góc đánh lửa phù hợp với sự thay đổi về tốc độ và tải trọng giúp cải thiện khả năng vận hành và tiết kiệm nhiên liệu Đánh lửa đúng thời điểm là yếu tố quyết định cho sự hoạt động trơn tru và hiệu quả của động cơ ô tô.

Hệ thống đánh lửa cần có độ bền đủ để chịu đựng tác động của rung động và nhiệt độ cao trong động cơ Nó sử dụng điện cao áp do bộ tạo tạo ra nhằm phát ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hòa khí đã được nén trong xi lanh, giúp tạo ra động lực cho động cơ Nhờ hiện tượng tự cảm và cảm ứng tương hỗ, cuộn dây trong hệ thống đánh lửa tạo ra điện áp cao cần thiết để tia lửa phát sáng, đảm bảo hoạt động liên tục và hiệu quả của động cơ.

25 thiết cho đánh lửa Cuộn sơ cấp tạo ra điện thế hàng trăm vôn còn cuộn thứ cấp tạo ra điện thế hàng chục ngàn vôn

− Độ tin cậy làm việc của hệ thống đánh lửa cao

− Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng

2.3.3 Phân loại hệ thống đánh lửa

Theo đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc, hệ thống đánh lửa được chia thành

Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng vít là công nghệ truyền thống sử dụng vít để điều chỉnh thời điểm đánh lửa, giúp tối ưu hóa quá trình đốt cháy nhiên liệu trong động cơ Phương pháp này dễ dàng bảo trì và phù hợp với nhiều loại xe cộ, đồng thời mang lại hiệu quả vận hành ổn định.

Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng vít có cấu tạo đơn giản, sử dụng cơ khí để điều chỉnh dòng sơ cấp và thời điểm đánh lửa Dòng sơ cấp của biến áp đánh lửa được kiểm soát thông qua tiếp điểm của vít lửa, giúp gây ra ngắt quãng phù hợp Bộ điều chỉnh đánh lửa sớm ly tâm và chân không đảm nhiệm chức năng điều chỉnh thời điểm đánh lửa chính xác Bộ chia điện phân phối điện áp cao từ cuộn thứ cấp đến các bugi, đảm bảo quá trình đốt cháy nhiên liệu hiệu quả.

Hệ thống đánh lửa bằng vít yêu cầu điều chỉnh thường xuyên hoặc thay thế tiếp điểm vít lửa để đảm bảo hoạt động hiệu quả Một điện trở phụ được sử dụng để giảm số vòng dây của cuộn sơ cấp, giúp cải thiện đặc tính tăng trưởng dòng và giảm thiểu sự giảm áp của cuộn thứ cấp ở tốc độ cao, từ đó nâng cao hiệu suất hệ thống đánh lửa.

26 b Hệ thống đánh lửa kiểu bán dẫn

Trong hệ thống đánh lửa này, transistor điều khiển dòng sơ cấp để hoạt động theo các tín hiệu điện từ bộ phát tín hiệu Góc đánh lửa sớm được điều chỉnh cơ học, tương tự như hệ thống dùng vít điều chỉnh, hoặc có thể sử dụng cảm biến vị trí quang học hoặc cảm biến Hall để xác định chính xác thời điểm đánh lửa phù hợp, nâng cao hiệu suất động cơ.

Hình 2.15 Hệ thống đánh lửa kiểu bán dẫn c Hệ thống đánh lửa kiểu bán dẫn có ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử)

Trong hệ thống đánh lửa này, không sử dụng bộ đánh lửa sớm chân không và ly tâm Thay vào đó, bộ điều khiển điện tử ECU với chức năng ESA sẽ đảm nhận nhiệm vụ điều chỉnh góc đánh lửa sớm, giúp tối ưu hiệu suất động cơ.

Hình 2.16 Hệ thống đánh lửa ESA

27 d Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS

Hệ thống đánh lửa trực tiếp không sử dụng bộ chia điện mà thay vào đó dùng bô bin đơn hoặc đôi để cung cấp điện cao áp trực tiếp cho bugi, giúp cải thiện hiệu suất đánh lửa Thời điểm đánh lửa được kiểm soát chính xác bởi hệ thống ESA của ECU động cơ, đảm bảo hoạt động trơn tru và tối ưu.

Hình 2.17 Hệ thống đánh lửa DIS

2.3.4 Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống đánh lửa trực tiếp a Ưu điểm

Thời điểm đánh lửa chính xác đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất động cơ Mỗi bugi có bộ bugi đánh lửa riêng giúp xác định thời điểm đánh lửa chính xác hơn, từ đó nâng cao hiệu suất động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm lượng khí thải ra môi trường Việc loại bỏ nắp bộ chia điện còn cho phép tăng góc đánh lửa sớm hơn, góp phần cải thiện khả năng hoạt động của xe.

Các bộ bô bin đánh lửa trực tiếp nâng cao hiệu suất động cơ bằng cách kiểm soát chính xác quá trình đốt cháy, từ đó giúp động cơ vận hành mượt mà, tiết kiệm nhiên liệu và nâng cao hiệu quả hoạt động của phương tiện.

Độ tin cậy của hệ thống đánh lửa được cải thiện nhờ việc sử dụng các bộ bin đánh lửa riêng lẻ, giúp các bộ phận ít bị hao mòn hơn và giảm thiểu hỏng hóc Các thành phần dễ hư hỏng và có cách điện cao như rotor và nắp bộ chia điện đã được loại bỏ, kéo dài tuổi thọ của hệ thống.

Sản phẩm có khả năng bảo dưỡng thấp nhờ vào độ bền cao và ít hỏng hóc hơn, giúp giảm thiểu chi phí bảo trì định kỳ theo thời gian Điều này mang lại lợi ích lớn về mặt tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả vận hành dài hạn Các bộ phận bền lâu hơn không chỉ giảm thiểu các sự cố xảy ra mà còn giảm thiểu các khoản chi phí sửa chữa và bảo dưỡng định kỳ, giúp doanh nghiệp tối ưu hóa ngân sách và nâng cao độ tin cậy của hệ thống.

− Tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn: Kiểm soát thời điểm đánh lửa chính xác có thể giúp tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả cao.

− Dây cao áp ngắn hoặc không có làm giảm mất mát năng lượng và gây nhiễu [7] b Nhược điểm

− Chi phí cao: Do các bô bin đánh lửa riêng lẻ cho mỗi xi lanh khác nhau dẫn đến tăng chi phí sửa chữa

Giới thiệu về động cơ 1TR – FE xe Toyota Innova 2012

Xe Toyota Innova là mẫu xe MPV đa dụng 7 chỗ ngồi, phù hợp cho gia đình và doanh nghiệp Được trang bị động cơ 1TR–FE mới nhất, dung tích 2.0 lít, gồm 4 xi lanh thẳng hàng, giúp vận hành mạnh mẽ và tiết kiệm nhiên liệu Động cơ sử dụng hệ thống trục cam kép DOHC 16 van, dẫn động bằng xích và tích hợp hệ thống van nạp biến thiên thông minh VVT–i, nâng cao khả năng tăng tốc và hiệu suất hoạt động của xe Toyota Innova đáp ứng các tiêu chuẩn về hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu, là sự lựa chọn lý tưởng cho khách hàng tìm kiếm xe đa dụng, bền bỉ và tiết kiệm nhiên liệu.

Hình 2.18 Động cơ 1TR – FE Bảng 2.2 Thông số động cơ 1TR – FE trên xe Toyota Innova 2012 [8]

Hạng mục Thông số Động cơ 1TR – FE

Số xi lanh và cách bố trí 4 xi lanh thẳng hàng

Cơ cấu phân phối khí 16 xupap, cam kép DOHC có

VVT – i, dẫn động bằng xích

Dung tích xi lanh (cm 3 ) 1,998 Đường kínhGHành trình (mm) 86.0 G 86.0

Hệ thống nhiên liệu L – EFI

Hệ thống đánh lửa Đánh lửa trực tiếp DIS

Công suất phát tối đa SAE – NET (Kg.m / rpm) 134 / 5,600

Mô men xoắn tối đa SAE – NET (Kg.m / rpm) 18.2 / 4,000

Thời điểm phân phối khí

Nạp Mở 52 0  0 0 BTDC Đóng 12 0  64 0 ABDC

Thải Mở 44 0 BBDC Đóng 8 0 ATDC

Kiểu buồng đốt Vát nghiêng Độ nhớt / cấp độ của dầu bôi trơn 50W – 30 / API SL, SJ, EC hoặc ILSAC

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ

Sơ đồ mạch điện

Sơ đồ 3.1 Mạch điện cấp nguồn [2]

Mạch điện này cung cấp nguồn cho ECU động cơ thông qua công tắc máy và relay chính EFI, trong đó có hai loại mạch phổ biến Loại thứ nhất là dòng điện chạy trực tiếp từ công tắc máy đến cuộn dây relay chính EFI để vận hành relay mà không có van ISC kiểu motor bước, phù hợp với động cơ không có van ISC Loại thứ hai là hệ thống ECU vận hành trực tiếp relay chính EFI với van ISC kiểu động cơ bước, phù hợp với các động cơ có tích hợp van ISC kiểu motor bước để kiểm soát khí thải tối ưu.

Sơ đồ 3.2 Mạch điện cấp nguồn loại không có van ISC [2]

Trong hệ thống EFI, relay chính được điều khiển trực tiếp từ công tắc máy, khi bật công tắc, dòng điện kích hoạt relay để cấp nguồn cho các cực +B và +B1 của ECU, đảm bảo hoạt động của hệ thống phun nhiên liệu Điện áp của ắc quy luôn được cung cấp cho cực BATT của ECU để giữ dữ liệu chẩn đoán và các thông tin quan trọng trong bộ nhớ ngay cả khi tắt máy Có hai loại mạch EFI tùy thuộc vào kiểu xe, trong đó có loại không sử dụng motor bước và loại có van ISC kiểu motor bước để điều khiển hoạt động của hệ thống.

Sơ đồ 3.3 Mạch điện cấp nguồn loại có van ISC [2]

Sơ đồ hệ thống cho thấy relay chính EFI vận hành từ ECU động cơ để kiểm soát hệ thống phun nhiên liệu và điện tử Khi tắt công tắc máy, nguồn điện cung cấp cho ECU trong khoảng 2 giây để thực hiện các chức năng cài đặt ban đầu của van ISC loại động cơ bước Khi bật công tắc máy, điện áp ắc quy được cung cấp đến cực IGSW của ECU, kích hoạt mạch điều khiển relay EFI trong ECU để gửi tín hiệu đến cực MREL, làm cho relay chính EFI đóng, cấp nguồn cho các cực +B và +B1 của ECU Đồng thời, nguồn điện từ bình ắc quy luôn được duy trì qua cực BATT để đảm bảo dữ liệu chẩn đoán và dữ liệu trong bộ nhớ của ECU không bị mất khi tắt công tắc.

ECU động cơ cung cấp nguồn điện 5V ổn định nhằm cấp năng lượng cho bộ vi xử lý từ nguồn điện ắc quy Điện áp 5V này được lấy từ các cực +B và +B1 của ắc quy, đảm bảo nguồn điện liên tục và ổn định Hệ thống ECU truyền nguồn điện 5V cho các cảm biến thông qua mạch điện, giúp các cảm biến hoạt động chính xác và hiệu quả trong quá trình vận hành của xe.

Sơ đồ 3.4 Mạch điện VC [2]

Khi mạch VC bị hở hoặc gặp ngắn mạch, cảm biến sử dụng điện áp 5V không đổi của VC sẽ không còn hoạt động chính xác Điều này gây ảnh hưởng đến hoạt động của bộ vi xử lý và làm cho ECU động cơ ngưng hoạt động, dẫn đến tình trạng động cơ hết đà hoặc chết máy Việc kiểm tra và sửa chữa mạch VC là cực kỳ quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống động cơ.

Sơ đồ 3.5 Mạch điện nối mass [2]

ECU động cơ có ba loại mạch nối mass cơ bản gồm: cực E1 dùng để nối mass ECU động cơ, cực E2 kết nối mass cho các cảm biến, cùng các cực E01 và E02 nối mass các mạch truyền động cho kim phun hoặc van ISC Tất cả các mạch nối mass này được kết nối bên trong ECU động cơ, đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác của hệ thống điều khiển nhiên liệu và khí thải.

Các loại cảm biến

3.2.1 Cảm biến lưu lượng khí nạp (Bộ đo gió)

Cảm biến lưu lượng khí nạp (bộ đo gió) là thành phần quan trọng trong hệ thống động cơ L-EFI, có nhiệm vụ đo lưu lượng hoặc khối lượng không khí nạp vào động cơ Cảm biến này cung cấp dữ liệu chính xác về lượng không khí nạp cho ECU, giúp ECU điều chỉnh lượng phun nhiên liệu và góc đánh lửa sớm phù hợp, từ đó tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ.

Cảm biến lưu lượng khí nạp (bộ đo gió) có 3 loại sau đây được sử dụng:

Sơ đồ 3.6 Phân loại bộ đo gió a Bộ đo gió kiểu cánh trượt

Hình 3.1 Bộ đo gió kiểu cánh trượt

Bộ đo gió kiểu cánh trượt gồm các thành phần chính như cánh đo gió được giữ bằng lò xo hồi vị, hệ thống giảm chấn để đảm bảo độ chính xác, buồng giảm chấn giúp ổn định đo lường, cảm biến nhiệt độ khí nạp theo dõi điều kiện môi trường, vít điều chỉnh hỗn hợp không khí và nhiên liệu để tối ưu hoá công suất động cơ, mạch gió phụ hỗ trợ hoạt động, điện áp kế kiểu trượt gắn đồng trục với cánh đo gió giúp hiển thị chính xác lưu lượng khí, cùng với công tắc bơm xăng dùng để kiểm soát hoạt động nhiên liệu của xe.

Hình 3.2 Nguyên lý hoạt động bộ đo gió kiểu cánh trượt

Lượng gió vào động cơ phụ thuộc vào vị trí cánh bướm ga và tốc độ động cơ Khi khí nạp qua bộ đo gió, cánh đo mở dần đến vị trí nhất định khi lực tác động cân bằng với lực lò xo, giúp cánh đo đứng yên Chiết áp nối đồng trục với cánh đo gió chuyển đổi lượng khí nạp thành tín hiệu điện áp (VS) truyền đến ECU động cơ, tối ưu hóa hoạt động của hệ thống phun nhiên liệu Buồng giảm chấn và cánh giảm chấn đóng vai trò ngăn không cho cánh đo gió rung lắc đột ngột khi lượng khí nạp biến đổi đột ngột, đảm bảo tín hiệu chính xác và ổn định.

Bộ đo gió có hai mạch gió: một mạch đi qua cánh đo gió và một mạch rẽ qua vít chỉnh hỗn hợp cầm chừng Khi lượng gió ở mạch rẽ tăng, sẽ làm giảm lượng gió qua cánh đo, dẫn đến góc mở của cánh đo gió nhỏ lại Ngược lại, khi lượng gió tại mạch rẽ giảm, lượng gió qua cánh đo sẽ tăng, làm cho góc mở của cánh đo gió lớn hơn, giúp điều chỉnh chính xác lưu lượng gió đo được.

Hình 3.3 Vít điều chỉnh hỗn hợp cầm chừng

Lượng xăng phun cơ bản phụ thuộc vào góc mở cánh đo gió, do đó tỉ lệ không khí – nhiên liệu có thể được điều chỉnh dễ dàng thông qua việc điều chỉnh lượng gió qua mạch rẽ Việc này giúp tối ưu hoá quá trình vận hành của động cơ, nâng cao hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.

Hỗn hợp nhiên liệu không khí ở mức cầm chừng được điều chỉnh thông qua vít chỉnh để kiểm soát tỷ lệ % CO trong khí thải Tuy nhiên, phương pháp này chỉ hiệu quả khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp, vì khi cánh đo gió mở lớn, lượng gió qua mạch rẽ ít ảnh hưởng đến lượng khí qua mạch chính Ngoài ra, người ta có thể điều chỉnh hỗn hợp bằng cách thay đổi sức căng của lò xo để đạt được mức tối ưu và hiệu quả hoạt động mong muốn của động cơ.

Hình 3.4 Công tắc bơm nhiên liệu trong bộ đo gió kiểu cánh trượt

Công tắc bơm nhiên liệu được bố trí chung với chiết áp, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống nhiên liệu của xe Khi động cơ hoạt động, không khí được hút vào và nâng cánh đo gió, làm công tắc đóng và bật bơm xăng hoạt động Ngược lại, khi động cơ dừng, lực không khí không tác động lên cánh đo, khiến cánh đo quay về vị trí ban đầu, mở công tắc và ngắt hoạt động của bơm xăng, mặc dù công tắc máy vẫn ở chế độ ON Hệ thống này được sử dụng cho một số dòng xe nhất định nhằm đảm bảo việc cung cấp nhiên liệu chính xác và an toàn.

Mạch điện tín hiệu VS gồm hai loại bộ đo gió kiểu cánh trượt, có sự khác biệt về bản chất mạch điện Trong đó, một loại điện áp VS giảm khi lưu lượng khí nạp tăng, còn loại còn lại lại tăng lên khi khí nạp lớn hơn Việc hiểu rõ sự khác biệt này giúp lựa chọn thiết bị phù hợp trong các hệ thống cảm biến khí nạp, nâng cao độ chính xác và hiệu quả hoạt động của cảm biến gió.

❖ Loại điện áp VS giảm:

Sơ đồ 3.7 Mạch điện bộ đo gió kiểu cánh trượt loại điện áp VS giảm

ECU động cơ này cung cấp điện áp cố định 5V đến cực VC của bộ đo gió, giúp xác định chính xác góc cánh đo gió và lượng khí nạp Điện áp ở cực VS phản ánh trạng thái khí nạp, giảm khi lượng khí nạp tăng và tăng khi lượng khí nạp giảm, đảm bảo thông tin chính xác để điều chỉnh hoạt động của hệ thống.

Hình 3.5 Đường đặc tuyến bộ đo gió kiểu cánh trượt loại điện áp VS giảm

❖ Loại điện áp VS tăng:

Sơ đồ 3.8 Mạch điện bộ đo gió kiểu cánh trượt loại điện áp VS tăng

Bộ đo gió này được cung cấp điện áp ắc quy từ cực VB, chủ yếu dành cho động cơ L – Jetronic đời cũ Không có điện áp 5V cấp từ ECU động cơ cho bộ đo gió này, nên điện áp ở cực VS được xác định dựa trên tỷ số điện trở giữa cực VB và VC so với cực VC E2 được đưa vào ECU thông qua cực VC để đo lường chính xác Điện áp tại cực VS tăng theo góc mở của cánh đo gió, phản ánh mức độ mở của cánh, và ngược lại, giúp ECU điều chỉnh hoạt động của động cơ phù hợp.

ECU động cơ sẽ so sánh điện áp ắc quy ở cực VB với độ chênh lệch giữa hai cực

VC và VS để xác định lượng khí nạp theo công thức sau [2]:

VC − VS Với G: lượng khí nạp

Khi cực VC bị đoản mạch, giá trị G sẽ tăng và ECU động cơ sẽ điều khiển lượng phun nhiên liệu cực đại, bất kể tín hiệu ở cực VS thay đổi Điều này khiến nhiên liệu được phun quá nhiều khi động cơ đang chạy chậm, dẫn đến tình trạng ngộp xăng và có thể khiến động cơ ngưng hoạt động.

Khi cực VS bị đoản mạch, tín hiệu tại cực VC sẽ duy trì ở mức cực đại, gây giảm giá trị G Do đó, ECU động cơ sẽ điều chỉnh giảm lượng phun nhiên liệu, bất chấp sự biến đổi tín hiệu tại cực VS, nhằm duy trì hoạt động tối ưu của hệ thống nhiên liệu.

Hình 3.6 Đường đặc tuyến bộ đo gió kiểu cánh trượt loại điện áp VS tăng b Bộ đo gió kiểu Karman (dạng xoáy lốc)

Bộ đo gió kiểu này sử dụng phương pháp quang học để cảm nhận trực tiếp lưu lượng khí nạp, mang lại độ chính xác cao So với bộ đo gió kiểu cánh trượt, loại này có thể được chế tạo nhỏ hơn và nhẹ hơn, giúp tiết kiệm không gian và nâng cao hiệu quả vận hành Cấu trúc đơn giản hóa của đường dẫn khí cũng giúp giảm lực cản đầu vào, tối ưu hiệu suất đo lường Các bộ đo gió này hoạt động dựa trên hiện tượng vật lý quang học, đem lại độ tin cậy cao trong đo lưu lượng khí nạp.

Khi dòng chảy gặp vật thể cố định khó chảy vòng như thanh tạo xoáy Karman, phía sau sẽ xuất hiện xoáy lốc Karman thay đổi tuần hoàn Lý thuyết về xoáy lốc khi dòng khí đi qua vật cản đã được Struhall đề xuất từ năm 1878, nhưng đến năm 1934, mẫu dụng cụ đo dựa trên lý thuyết này mới được chế tạo thành công.

Hiện nay, ngành công nghiệp đã ứng dụng nhiều sáng chế trong lĩnh vực đo lưu lượng khí nạp, đặc biệt trong hệ thống điều khiển phun xăng nhằm tối ưu hóa hiệu suất động cơ Tuy nhiên, trong đề tài này, chúng tôi chỉ tập trung khảo sát loại cảm biến Karman quang để đánh giá chính xác lượng khí nạp Việc lựa chọn cảm biến Karman quang giúp nâng cao độ chính xác đo lường và cải thiện hiệu quả vận hành của hệ thống phun nhiên liệu.

Hình 3.7 Bộ đo gió loại Karman quang

Các loại tín hiệu đầu vào

3.3.1 Tín hiệu công tắc nhiên liệu

Công tắc nhiên liệu trong hệ thống điện của xe thông báo cho ECU động cơ biết loại xăng có chỉ số octan khác nhau, giúp tối ưu hóa hoạt động của hệ thống đánh lửa sớm ESA Tín hiệu từ công tắc nhiên liệu này đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hệ thống đánh lửa, từ đó nâng cao hiệu suất và đảm bảo hoạt động ổn định của động cơ ECU sẽ nhận biết chính xác loại nhiên liệu đang được sử dụng qua công tắc nhiên liệu để điều chỉnh các tham số vận hành phù hợp.

3.3.2 Công tắc tăng tốc kick – down

Hình 3.53 Công tắc tăng tốc kick – down

Công tắc tăng tốc lắp đặt ngay dưới bàn đạp ga trên sàn xe, có chức năng kích hoạt khi cánh bướm ga mở hoàn toàn Khi đó, công tắc tiếp xúc và chuyển sang vị trí đóng, gửi tín hiệu về ECU để điều khiển phun thêm xăng Điều này giúp tối ưu quá trình điều chỉnh nhiên liệu và nâng cao hiệu suất vận hành của xe.

Sơ đồ 3.48 Mạch điện công tắc kick – down

3.3.3 Công tắc nhiệt độ nước làm mát

Hệ thống mạch điện công tắc nhiệt độ nước làm mát gửi tín hiệu cảnh báo đến ECU động cơ khi nhiệt độ động cơ vượt giới hạn Khi ECU nhận được tín hiệu này, nó sẽ điều chỉnh hệ thống EFI bằng cách giảm lượng xăng phun và điều chỉnh góc đánh lửa sớm nhằm giảm nhiệt độ hoạt động của động cơ Đồng thời, hệ thống điều khiển cũng kích hoạt ngắt điều hòa để hạn chế lượng nhiệt sinh ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu, giúp bảo vệ động cơ khỏi quá nhiệt.

Công tắc ly hợp nằm dưới bàn đạp ly hợp và có vai trò quan trọng trong việc xác định trạng thái của ly hợp, giúp hệ thống nhận biết khi nào ly hợp đã được đóng Khi người lái gài số và nhấn bàn đạp ly hợp, công tắc này sẽ tiếp xúc với bàn đạp và chuyển sang vị trí đóng, gửi tín hiệu về ECU để điều khiển ngắt nhiên liệu và giảm tốc độ động cơ Nhờ đó, hệ thống có thể tự động điều chỉnh trạng thái ly hợp, đảm bảo quá trình chuyển số suôn sẻ và an toàn cho người lái.

80 dễ dàng Tín hiệu này được sử dụng chủ yếu để kiểm soát tốc độ động cơ ngắt nhiên liệu do đó giảm lượng khí thải

Sơ đồ 3.50 Mạch điện công tắc ly hợp

Sơ đồ mạch điện công tắc đèn phanh (hình 3.51) thể hiện cách tín hiệu từ công tắc đèn phanh được sử dụng để phát hiện khi người lái đạp phanh Tín hiệu STP có điện áp tương tự với điện áp cung cấp cho đèn phanh, nhằm đảm bảo độ chính xác trong việc nhận diện trạng thái phanh Tín hiệu này chủ yếu được dùng để kiểm soát tốc độ động cơ, nhằm ngắt nhiên liệu khi cần thiết Khi người lái đạp phanh, công tắc đèn phanh ở vị trí ON sẽ gửi tín hiệu điện thế về ECU, giúp điều khiển quá trình ngừng phun nhiên liệu và giảm tốc độ động cơ khi xe đang trong trạng thái phanh.

3.3.6 Công tắc áp suất dầu

Sơ đồ 3.52 mô tả mạch điện công tắc áp suất dầu nhằm giám sát và đánh giá mức áp suất dầu trong động cơ, đảm bảo hiệu suất vận hành tối ưu Tín hiệu áp suất dầu quan trọng trong việc điều khiển hệ thống kiểm soát khí nạp thông minh (ISC), giúp duy trì áp suất dầu phù hợp cho hệ thống bôi trơn Khi áp suất dầu giảm xuống mức quá thấp, công tắc áp suất dầu sẽ đóng vai trò gửi tín hiệu về ECU, từ đó ngăn chặn hoạt động của động cơ để tránh hư hỏng.

3.3.7 Tín hiệu khởi động STA

Tín hiệu STA trong sơ đồ mạch điện tín hiệu khởi động đóng vai trò quan trọng trong việc xác định trạng thái khởi động của động cơ Chức năng chính của tín hiệu này là giúp ECU điều chỉnh lượng nhiên liệu phun trong quá trình khởi động, đảm bảo hoạt động ổn định của động cơ Theo sơ đồ mạch điện, tín hiệu STA là điện áp tương đương với điện áp cung cấp cho bộ khởi động, giúp xác định chính xác trạng thái khởi động của hệ thống.

ECU động cơ sử dụng tín hiệu STA để xác định xem động cơ có đang quay hay không, đảm bảo hoạt động liên tục và ổn định của hệ thống Ngoài ra, một số loại động cơ còn dùng tín hiệu NE để đánh giá các điều kiện hoạt động khác nhau, giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của động cơ Việc kiểm tra tín hiệu của ECU là bước quan trọng trong chẩn đoán và bảo trì hệ thống động cơ ô tô.

Trong quá trình khởi động, cần chú ý đến các hành động của động cơ để đảm bảo hoạt động ổn định Nếu tín hiệu STA được đưa vào khi động cơ đang vận hành, điều này có thể gây ra hiện tượng động cơ chết máy, gây gián đoạn hoạt động và ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc Việc kiểm soát chính xác các chế độ hoạt động của động cơ là yếu tố quan trọng để duy trì khả năng vận hành liên tục và bền bỉ.

3.3.8 Tín hiệu công tắc khởi động trung gian NSW

Trong các xe ô tô trang bị hộp số tự động, tín hiệu NSW (tín hiệu công tắc khởi động trung gian) giúp ECU động cơ xác định vị trí cần số, đặc biệt là ở chế độ “P” hoặc “N” Tín hiệu này đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hệ thống ISC (Hệ thống kiểm soát khí nạp), đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống khởi động và cử động của xe.

Khi công tắc ở vị trí START, điện áp ắc quy được cung cấp cho cực NSW, giúp khởi động hệ thống Nếu công tắc máy ở vị trí khác với START và công tắc khởi động trung gian vẫn mở, điện áp ở cực NSW sẽ cao hơn Ngược lại, khi công tắc máy không ở vị trí START và công tắc khởi động trung gian đã được đóng (hộp số ở vị trí “P” hoặc “N”), điện áp tại cực NSW sẽ thấp do tải điện chảy qua bộ khởi động động cơ, ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống.

3.3.9 Tín hiệu công tắc điều hòa A/C

Sơ đồ 3.55 Mạch điện tín hiệu công tắc điều hòa A/C

Tín hiệu từ cảm biến ly hợp từ tính điều hòa không khí hoặc công tắc điều hòa A/C hoạt động cho biết hệ thống đang bật Tín hiệu này có vai trò điều khiển thời điểm đánh lửa khi động cơ chạy không tải và điều chỉnh hệ thống ISC, tốc độ ngắt nhiên liệu cùng các chức năng liên quan khác.

3.3.10 Tín hiệu phụ tải điện

Trong hệ thống ô tô, tín hiệu phụ tải điện được sử dụng để xác định trạng thái hoạt động của các đèn pha, bộ xông kính hoặc các bộ phận khác, giúp đảm bảo hoạt động an toàn và chính xác của xe Tùy vào kiểu xe, các tín hiệu này có thể được gộp chung thành một tín hiệu đơn hoặc gửi riêng lẻ đến ECU động cơ để xử lý Các tín hiệu về phụ tải điện đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hệ thống ISC, tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ.

HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ

HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRỰC TIẾP

MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐÁNH LỬA TRÊN ĐỘNG CƠ 1TR – FE XE TOYOTA INNOVA 2012