TỔNG QUAN
Lý do chọn đề tài
Thị trường ô tô Việt Nam đang phát triển nhanh chóng, đặt ra yêu cầu khai thác hiệu quả tối đa từ mỗi chiếc xe Việc tận dụng mọi chức năng và ưu điểm của từng loại động cơ là cần thiết để đạt được hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao nhất Do đó, tôi đã chọn đề tài "Khai thác động cơ 2TR-FE" Mặc dù không thể đề cập hết mọi khía cạnh trong một bài viết, nhưng đây sẽ là nền tảng vững chắc để khai thác hiệu quả các động cơ tương tự trong tương lai.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
- Nắm được nguyên lý làm việc của từng hệ thống trên động cơ
- Được tiếp cận động cơ thực tế, rút kinh nghiệm trong xử lý các vấn đề hư hỏng cũng như phối hợp các nhóm tìm giải pháp hiệu quả
- Tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên có thể hướng dẫn các sinh viên chi tiết từng bài thực hành trong suốt quá trình thực tập
- Giúp sinh viên ứng dụng ngay những kiến thức mới học vào trong thực hành vì vậy sẽ làm cho sinh viên nhớ sâu và cặn kẽ hơn
Tạo điều kiện cho sinh viên trải nghiệm thực tế thông qua việc thực hành trực tiếp trên động cơ, giúp họ làm quen với môi trường làm việc thực tế khi ra trường.
- Tìm hiểu đặc điểm động cơ 2TR-FE
- Tìm hiểu hệ thống nhiên liệu
- Các tín hiệu đầu vào
- Các bộ phận chấp hành
Phương pháp nghiên cứu
- Tham khảo tài liệu, thu thập các thông tin liên quan
- Học hỏi kinh nghiệm từ thầy cô, bạn bè, anh chị đi trước
- Nghiên cứu các mô hình giảng dạy cũ
- Quan sát và ghi lại các hình ảnh thực liên quan đến các cảm biến, hệ thống điện động cơ 2TR-FE.
Các bước thực hiện
- Viết thuyết minh hoàn chỉnh đề tài
- Viết báo cáo bảo vệ đề tài.
Kế hoạch nghiên cứu
Trong đề tài này, nhóm thực hiện đề tài xin trình bày chuyên đề về động cơ 2TR–
Do hạn chế về thời gian, kiến thức và kinh nghiệm, nội dung và hình thức của đề tài không thể tránh khỏi những sai sót Chúng em rất mong nhận được ý kiến đóng góp quý báu từ Quý Thầy Cô để hoàn thiện đề tài hơn Đề tài được thực hiện và bố trí như sau:
Thu thập tài liệu, xác định nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu, xác định mục tiêu nghiên cứu, phân tích tài liệu liên quan
GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ 2TR-FE
Đặc điểm động cơ 2TR-FE
Động cơ Toyota 2TR-FE là loại động cơ xăng hút khí tự nhiên 4 kỳ, 4 thì, có dung tích 2,7 L (2693 cc) thuộc gia đình Toyota TR Được sản xuất tại Nhà máy Kamigo và Toyota Motor Manufacturing Indonesia, động cơ này nổi bật với hiệu suất và độ bền cao.
Giải thích về ký hiệu động cơ 2TR-FE
− “2” Ký hiệu đầu cho ta biết về thế hệ của thân động cơ, cũng là ký hiệu của thế hệ động cơ
Ký tự "TR" chỉ ra loại động cơ, trong đó "2TR" biểu thị động cơ thế hệ 2 với cam đôi trên nắp máy, dung tích 2.7 lít, và được sản xuất vào năm 2004.
Ký tự "FE" sau dấu gạch ngang cho biết đặc điểm của động cơ, trong đó "F" đại diện cho Fuel Economy narrow – angle DOHC, giúp kiểm soát chặt chẽ góc mở cam và nâng cao tính kinh tế trong sử dụng nhiên liệu "E" là viết tắt của Electronic Fuel Injection, tức là hệ thống phun xăng điện tử.
Thông số kỹ thuật động cơ 2TR-FE
Sản xuất Nhà máy Kamigo
Mã động cơ 2TR-FE
Vật liệu khối xi lanh Gang thép
Kiểu bố trí Động cơ xăng, 4 xi lanh thẳng hàng
Hệ thống nhiên liệu Hệ thống phun xăng đa điểm
Xupap trên mỗi xi lanh 4
Hành trình piston (mm) 95 Đường kính xi lanh (mm) 95
Tỷ số nén ( VVT-i cho cam nạp) 9,6:1
Tỷ số nén ( Dual VVT-i) 10,2:1
Công suất cực đại (kW/rpm) 111/4800
Mô-men xoắn cực đại (Nm/rpm) 241/3800
Tiêu chuẩn môi trường Euro 4
Nhiệt độ hoạt động của động cơ ( ℃) 85-90
Xe sử dụng động cơ 2TR-FE Toyota 4Runner
Toyota Regius Ace Toyota Hilux Surf Toyota Land Cruiser Prado Toyota Innova Toyota Hiace Toyota Tacoma Toyota Coaster Toyota Fortuner
Thân máy
Động cơ 2TR-FE có thân máy bằng hợp kim gang với thiết kế váy sâu, sở hữu đường kính xi-lanh 95,0 mm và hành trình piston 95,0 mm, cho thể tích công tác 2693cc Tỷ số nén của động cơ này là 9,6:1 hoặc 10,2:1 Đặc biệt, 2TR-FE được trang bị hai trục cân bằng quay ngược chiều trong cacte nhằm giảm thiểu lực quán tính thứ cấp.
Puli trục khuỷu có vai trò quan trọng trong việc dập dao động xoắn, trong khi bu lông đầu to của thanh truyền được siết theo biến dạng dẻo Động cơ được trang bị các piston làm từ hợp kim nhôm, bao gồm hai vòng xéc măng khí và một vòng xéc măng dầu Vòng xéc măng khí đầu tiên có lớp phủ vật liệu PVD để tăng cường khả năng chống mài mòn, trong khi vòng xéc măng thứ hai được mạ crom để nâng cao độ bền.
Thân máy được chế tạo từ gang, với thiết kế tối ưu hóa các đường gân ở từng bộ phận, giúp tăng cường độ cứng và giảm thiểu rung động cùng tiếng ồn.
− Trong thành xilanh có đường đường cắt chéo nhau 30°, dầu sẽ được giữ lại một phần trên thành xilanh nhiều hơn có tác dụng làm giảm ma sát
Một hệ thống dẫn nước được thiết kế giữa các xi lanh nhằm cho phép chất làm mát động cơ lưu thông, giúp duy trì nhiệt độ ổn định cho thành xi lanh.
− Các nắp ổ trục trục khuỷu được siết chặt bằng cách sử dụng 2 bu lông siết theo biến dạng dẻo cho mỗi cổ trục
Hợp kim khối xi lanh Hợp kim gang
Tỷ số nén ( VVT-i trang bị trên cam nạp) 9,6: 1
Dual VVT-i 10,2: 1 Đường kính xi lanh 95 mm
Số xéc măng (khí/dầu) 2/1
Số ổ đỡ trục chính (trục khuỷu) 5 Đường kính trong xi lanh (tiêu chuẩn) 94,990-95,003 mm Đường kính thân piston (tiêu chuẩn) 94,940-94,970 mm Đường kính trục piston (tiêu chuẩn) 21,997-22,000 mm
Khe hở xéc măng Xéc măng thứ nhất 0,020-0,075 mm
Khe hở miệng của xéc măng Xéc măng thứ nhất 0,02-0,34 mm
Xéc măng dầu 0,1-0,40 mm Đường kính cổ trục chính cổ trục khuỷu
Cổ trục còn lại 59,987-60,000 mm Đường kính chốt khuỷu 52,989-53,002 mm
Bảng 2 2 Đặc điểm thân máy
Hình 2 1 Cấu tạo thân máy
Nắp máy (nắp xi lanh)
Đầu xi lanh của động cơ 2TR-FE được chế tạo từ hợp kim nhôm, giúp cải thiện hiệu quả làm mát Động cơ này sở hữu thiết kế trục cam kép với bốn xupap mỗi xi lanh, bao gồm 2 cửa hút và 2 cửa xả Trục cam rỗng được dẫn động bằng xích và được bôi trơn bằng tia dầu, trong khi các xupap được điều khiển bởi cò mổ có ổ bi đũa, giảm thiểu ma sát Đặc biệt, động cơ còn được trang bị bộ điều chỉnh con đội thủy lực, đảm bảo độ hở xupap bằng không.
Động cơ 2TR-FE được trang bị hệ thống điều khiển thời điểm đóng mở xupap thông minh (VVT-i) trên trục cam nạp Từ năm 2015, động cơ này còn được nâng cấp với hệ thống điều khiển xupap nạp và thải thông minh (Dual VVT-i).
Bố trí xú pap DOHC, truyền động xích
Xú pap 16 (4 xú pap mỗi xi lanh)
Chiều dài xú pap Nạp 106,26 mm
Xả 106,74 mm Đường kính thân xú pap Nạp 5,470-5,485 mm
Chiều dài tự do của lò xo xú pap 48,53 mm
Chiều cao trục cam Nạp 42,855-42,955 mm
Xả 42,854-42,954 mm Đường kính ngoài cổ trục cam Cổ trục thứ nhất 35,949-35,965 mm
Các cổ trục khác 26,959-26,975 mm
Bảng 2 3 Đặc điểm nắp máy
Hình 2 2 Cấu tạo nắp xy lanh
Nắp máy được chế tạo từ hợp kim nhôm và thiết kế với buồng đốt kiểu vát nghiêng Bugi được đặt ở vị trí trung tâm của buồng đốt nhằm nâng cao hiệu suất chống kích nổ cho động cơ.
− Góc đặt giữa xú pap xả và xú pap nạp được thu hẹp và đặt ở 22,85 o để giúp cho đầu xi lanh nhỏ gọn hơn
− Bố trí cửa nạp và xả theo kiểu vát hình côn giúp cải thiện hiệu suất nạp và xả
Buồng đốt hình côn giúp nâng cao hiệu suất chống kích nổ và hiệu suất nạp, đồng thời cải thiện hiệu suất động cơ và khả năng tiết kiệm nhiên liệu.
Ống phân phối dài được lắp vào đầu xi lanh nhằm giảm khoảng cách giữa kim phun nhiên liệu và xu páp nạp, từ đó ngăn chặn hiện tượng nhiên liệu bám vào thành cửa nạp và giảm thiểu lượng khí thải.
− Các đường nước làm mát trong nắp máy đã được bố trí tối ưu hóa để đạt được hiệu suất làm mát tốt hơn
Cổng phun khí được thiết kế để dẫn không khí trực tiếp từ cụm bơm khí đến cổng xả của mỗi xi lanh, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động cho các mẫu xe trang bị hệ thống phun khí.
Các-te dầu
− Các te dầu thứ nhất được làm bằng hợp kim nhôm
− Các te dầu thứ 2 được làm bằng thép
− Một đường dẫn dầu được tích hợp sẵn phía trong các te dầu thứ nhất giúp thuận tiện hơn cho việc lọc dầu
− Các te dầu thứ nhất được gắn chặt vào thân máy và hộp số để tăng độ cứng
Piston
− Piston được làm bằng hợp kim nhôm
− Đỉnh của piston được làm dạng hình côn để đạt được hiệu quả đốt cháy nhiên liệu
− Váy piston được phủ một lớp nhựa để giảm mài mòn do ma sát
− Rãnh của vòng trên cùng đã được phủ một lớp oxit anốt để cải thiện khả năng chống mài mòn và chống gỉ
Trục khuỷu
− Trục khuỷu được làm bằng thép rèn, có độ cứng và chống mài mòn tốt
− Có 5 cổ trục và 8 đối trọng
− Các ổ trục trục khuỷu được làm bằng hợp kim nhôm
Bề mặt lót của ổ trục trục khuỷu được thiết kế với rãnh siêu nhỏ và phủ nhựa, giúp tối ưu hóa khe hở dầu, từ đó cải thiện hiệu suất quay của động cơ và giảm rung động.
− Trong ổ trục, có các rãnh dầu bên trong
Hình 2 5 Trục khuỷu của động cơ
Trục cam
− Trục cam được làm bằng hợp kim gang
− Trong mỗi trục cam đều có đường ống để cấp dầu cho hệ thống Dual VVT-i
− Mỗi bộ điều khiển VVT-i được lắp trước mặt trục cam nạp và xả để điều khiển thời gian đóng mở xú pap
Rotor cảm biến điện từ được lắp đặt phía trước bộ điều khiển VVT-i nạp và trên trục cam xả, giúp phát hiện chính xác vị trí thực của các trục cam.
Hình 2 6 Trục cam của động cơ
HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ 2TR-FE
Đặc điểm hệ thống nhiên liệu
− Kim phun có vòi phun dài
− Kim phun có thể tháo rời, dễ dàng trong việc bảo dưỡng và thay thế
− Bơm nhiên liệu sẽ dừng hoạt động khi túi khí trung tâm được kích hoạt
Chức năng
Hệ thống nhiên liệu động cơ đảm nhận vai trò cung cấp nhiên liệu cho động cơ trong các trạng thái hoạt động khác nhau và đồng thời giúp loại bỏ tạp chất có trong nhiên liệu.
Vị trí, cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hệ thống nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu gồm: bình nhiên liệu, bơm nhiên liệu, bộ điều áp, bộ lọc nhiên liệu, bộ dập dao động, ống phân phối, kim phun
− Bình nhiên liệu: là nơi chứa nhiên liệu
− Bơm nhiên liệu: tạo áp suất bơm nhiên liệu tới các vòi phun
Bộ điều áp có chức năng điều chỉnh áp suất nhiên liệu vào vòi phun, đồng thời duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu và đảm bảo hoạt động của van một chiều trong bơm nhiên liệu.
− Bộ lọc nhiên liệu: Bảo vệ hệ thống nhiên liệu khỏi các tác nhân gây hại như bụi bẩn, nước và các chất cặn trong nhiên liệu
Bộ dập dao động sử dụng màng ngăn để hấp thụ lượng nhỏ xung áp suất nhiên liệu, được tạo ra từ quá trình phun nhiên liệu và độ nén của bơm nhiên liệu.
− Kim phun: kim phun phun nhiên liệu vào các đường ống nạp của các xi lanh theo tín hiệu từ ECU động cơ
Vị trí hệ thống nhiên liệu trên xe
Hình 3 1 Vị trí hệ thống nhiên liệu trên xe
Hình 3 2 Vị trí các chi tiết của hệ thống nhiên liệu
Sơ đồ đường đi của nhiên liệu
Khi động cơ hoạt động, bơm nhiên liệu và bộ điều áp giữ cho nhiên liệu ở kim phun luôn có áp suất ổn định Quá trình phun nhiên liệu được kiểm soát bởi ECU động cơ, trong khi không khí được hút vào xi lanh nhờ sự chênh lệch áp suất Nhờ sự điều khiển của ECU, tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu và không khí luôn phù hợp với chế độ làm việc của động cơ.
Hình 3 3 Sơ đồ khối đường đi của hệ thống nhiên liệu
Hình 3 4 Sơ đồ thực tế đường đi của nhiên liệu
Các thành phần của hệ thống nhiên liệu
Tác dụng chính của thùng nhiên liệu đó là dùng để chứa nhiên liệu
Hình 3 5 Cấu tạo của thùng chứa nhiên liệu
3.6.2.1 Vị trí bơm nhiên liệu
Bơm nhiên liệu ô tô được lắp đặt bên trong thùng nhiên liệu, với mục đích giảm tiếng ồn khi hoạt động và tận dụng nhiên liệu để làm mát, bôi trơn các chi tiết bên trong Việc này giúp giảm nguy cơ thiếu nhiên liệu khi xe quay vòng nhanh, phanh hoặc tăng tốc Nhờ đó, bơm xăng đảm bảo xe vận hành trơn tru và liên tục hơn.
Hình 3 6 Vị trí thực tế của bơm nhiên liệu
3.6.2.2 Cấu tạo của bơm nhiên liệu
Hình 3 7 Cấu tạo bơm nhiên liệu
Modul bơm nhiên liệu bao gồm: Bơm, lọc thô, cảm biến mức nhiên liệu được thể hiện rõ qua các hình dưới đây
Hình 3 8 Hình ảnh bơm nhiên liệu thực tế
Khi rotor của động cơ điện quay, cánh bơm cũng quay theo, giúp đẩy nhiên liệu từ mạch hút ra mạch thoát Nhiên liệu sẽ đi qua khe hở giữa rotor và stator, đẩy van một chiều mở ra để cung cấp nhiên liệu vào hệ thống Ngoài ra, van an toàn sẽ kích hoạt khi áp suất nhiên liệu vượt quá mức quy định.
Van một chiều được lắp đặt ở đường ra của bơm nhằm tạo áp suất dư trong hệ thống khi động cơ dừng, giúp khởi động động cơ dễ dàng hơn Khi động cơ dừng ở nhiệt độ cao, nhiệt độ nhiên liệu trong ống dẫn xung quanh xe tăng lên, và áp suất dư này ngăn ngừa sự tạo bọt trong nhiên liệu, đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Hình 3 9 Nguyên lý hoạt động bơm nhiên liệu
3.6.2.3 Cách kiểm tra bơm nhiên liệu
• Kiểm tra điện trở của bơm nhiên liệu Đo điện trở theo các giá trị tiêu chuẩn trong bảng dưới đây
Nhiệt độ Khoảng điện trở tiêu chuẩn
Nếu kết quả đo được không nằm trong khoảng điện trở tiêu chuẩn, thay thế bơm nhiên liệu
• Kiểm tra hoạt động của bơm nhiên liệu
Nối cực dương (+) của ắc quy với cực 1 của đầu nối và cực âm (-) với cực 2 Kiểm tra xem bơm nhiên liệu có hoạt động không
Nếu bơm không hoạt động, hãy thay thế bơm nhiên liệu
Để kiểm tra điện trở bơm nhiên liệu, cần thực hiện trong vòng 10 giây để tránh cuộn dây bị cháy Giữ bơm nhiên liệu càng xa ắc quy càng tốt và luôn bật, tắt điện áp từ phía ắc quy, không phải từ phía bơm nhiên liệu.
3.6.3 Lọc nhiên liệu (lọc xăng tinh)
Lọc nhiên liệu là một bộ phận quan trọng trong hệ thống nhiên liệu của động cơ ô tô, có chức năng lọc sạch và loại bỏ bụi bẩn khỏi nhiên liệu trước khi đưa vào buồng đốt.
Hình 3 11 Vị trí của lọc trên động cơ
3.6.4 Ống phân phối nhiên liệu
− Ống phân phối nhiên liệu được mạ hợp kim thép nhằm tăng khả năng chứa nhiên liệu và giảm xung nhiên liệu
Ống phân phối nhiên liệu, bộ điều áp và bộ dập dao động được xử lý bề mặt bằng niken-phốt pho, cho phép động cơ hoạt động hiệu quả với xăng pha ethanol.
− Bộ dập dao động giúp giảm xung động của nhiên liệu để ổn định tỷ lệ nhiên liệu không khí và giảm tiếng ồn
− Bộ điều áp giúp áp suất nhiên liệu được ổn định
Hình 3 12 Vị trí ống phân phối trên động cơ
Hình 3 13 Hình ảnh chi tiết ống phân phối
− Kim phun nhiên liệu có 12 lỗ phun
− Khoảng cách từ kim phun đến cửa nạp được rút ngắn, giúp nhiên liệu không bám vào thành cửa nạp và giảm lượng khí thải
Hình 3 14 Cấu tạo kim phun
3.6.6 Cách kiểm tra kim phun
• Kiểm tra kim phun Đo điện trở theo giá trị trong bảng dưới đây
Nhiệt độ Khoảng điện trở tiêu chuẩn
Nếu điện trở đo được không nằm trong khoảng điện trở tiêu chuẩn, hãy thay thế kim phun
• Kiểm tra lưu lượng phun
Bước 1: Tháo cực âm ắc quy
Bước 2: Tháo các kim phun ra khỏi ống phân phối
Bước 3: Dùng các dụng cụ chuyên dùng gá kim phun theo hướng dẫn
Bước 4: Cho kim phun vào trong 1 ống nghiệm
Bước 5: Cho bơm xăng hoạt động nhưng không được khởi động động cơ
Bước 6: Kiểm tra lưu lượng nhiên liệu trong khoảng 15 giây
− Lưu lượng phun tiêu chuẩn: 82-99 cc mỗi 15 giây
− Chênh lệch lưu lượng giữa mỗi kim phun: nhỏ hơn 17cc
Bước 7: Bật công tắc máy về vị trí “OFF”
3.6.7 Bộ điều áp nhiên liệu
Bộ điều áp, hay còn gọi là van điều áp, là thiết bị kim loại quan trọng trong hệ thống ống dẫn Nó có chức năng phân chia lưu chất qua các ống nhỏ, giúp điều chỉnh áp suất hiệu quả Việc lắp đặt van điều áp không chỉ đảm bảo an toàn cho hệ thống mà còn ngăn ngừa nguy cơ nổ ống khi lưu chất dồn đột ngột.
Van điều áp không chỉ điều chỉnh áp suất nhiên liệu trong ống phân phối mà còn đảm bảo nhiên liệu vào buồng đốt có dạng tơi xốp, dễ bốc hơi, từ đó tiết kiệm thời gian đốt cháy.
Hình 3 15 Vị trí các chi tiết bộ điều áp
3.6.7.1 Cấu tạo của bộ điều áp
Gồm 1 màng chia bộ điều áp thành 2 phần, buồng trên chứa nhiên liệu và van điều áp, buồng dưới chứa lò xo và được tác động bởi độ chân không sau bướm ga
Khi động cơ hoạt động, áp suất nhiên liệu được cung cấp từ bơm, qua lọc và bộ dập dao động, vào ống phân phối Tại đây, lượng nhiên liệu thừa sẽ đi qua bộ điều áp, làm màng đi xuống và mở van điều áp, cho phép một phần nhiên liệu trở về thùng chứa.
Khi cánh bướm ga mở nhỏ, độ chân không phía sau cánh bướm ga tăng cao, ảnh hưởng đến màng bộ điều áp khiến màng nâng lên Điều này dẫn đến van điều áp mở rộng, cho phép lượng nhiên liệu chảy về thùng chứa nhiều hơn, làm giảm áp suất trong ống phân phối.
Khi cánh bướm ga mở lớn, áp suất trong đường ống nạp tăng lên, khiến lò xo đẩy màng điều áp đi xuống Điều này dẫn đến việc giảm lượng nhiên liệu thoát qua van điều áp và làm tăng áp suất nhiên liệu trong ống phân phối.
Tóm lại, áp suất nhiên liệu trong ống phân phối luôn thay đổi theo độ chân không trong đường ống nạp
Hình 3 16 Cơ chế hoạt động bộ điều áp
3.6.7.3 Cách kiểm tra bộ điều áp
Bước 1: Kết nối đồng hồ đo áp suất với đường ống nhiên liệu tại vị trí chính xác
Bước 2: Khởi động ô tô và để xe hoạt động ở chế độ không tải trong vài phút Bước 3: Quan sát và ghi lại các thông số trên đồng hồ đo áp suất.
Bước 4: Tắt máy và đối chiếu kết quả thu được với thông số tiêu chuẩn Áp suất nhiên liệu tiêu chuẩn: 281 đến 287 kPa
Nếu áp suất không như quy định, có thể bộ điều áp bị lỗi
Hình 3 17 Vị trí bộ dập dao động
Bộ dập dao động được lắp đặt ở đường nhiên liệu vào ống phân phối, có chức năng dập các xung nhiên liệu do bơm và kim phun tạo ra trong quá trình phun Cấu trúc chính của bộ dập bao gồm một màng và một lò xo, giúp hấp thụ các xung dao động áp suất trong hệ thống.
Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu được điều khiển bởi ECM dựa trên lưu lượng khí nạp và tín hiệu từ các cảm biến khác nhau
Nguyên lý hoạt động bơm nhiên liệu
Khi động cơ hoạt động, tín hiệu MREL sẽ kích hoạt rơ le EFI-MAIN SỐ 1 Tín hiệu từ cụm công tắc đánh lửa được truyền vào chân STA của ECM.
NE được tạo ra từ cảm biến vị trí trục khuỷu, được tích hợp vào chân NE+ ECM sử dụng tín hiệu này để xác định khi động cơ hoạt động, kích hoạt transistor Tr1 trong mạch nội bộ của ECM Khi TR1 được bật, dòng điện sẽ chạy đến rơle C/OPN số 1, tiếp theo là bơm hoạt động.
Khi động cơ hoạt động, ECM sẽ tiếp tục nhận tín hiệu từ cảm biến NE và duy trì trạng thái bật Tr1 liên tục.
Hình 3 19 Sơ đồ mạch điều khiển bơm thực tế kết hợp smartkey
Hình 3 20 Sơ đồ mạch tự ngắt bơm nhiên liệu khi có tín hiệu hoạt động từ túi khí
Bơm nhiên liệu được điều khiển bởi ECM, sử dụng rơ le mở mạch
Kiểm soát bơm nhiên liệu trên các mẫu xe trang bị túi khí trung tâm giúp cắt giảm nhiên liệu một cách hiệu quả Hệ thống này tự động ngừng bơm nhiên liệu khi bất kỳ túi khí trung tâm nào được triển khai, đảm bảo an toàn tối đa cho người sử dụng.
Khi ECM nhận tín hiệu từ cảm biến túi khí để triển khai túi khí, nó sẽ ngắt rơ le mở mạch Sau đó, điều khiển cắt nhiên liệu sẽ được kích hoạt Việc chuyển công tắc đánh lửa từ chế độ tắt sang BẬT sẽ hủy bỏ điều khiển cắt nhiên liệu, cho phép khởi động lại động cơ.
Sơ đồ phun nhiên liệu
Các kim phun nhiên liệu nằm trên đường ống nạp, bơm nhiên liệu vào xi lanh dựa trên các tín hiệu từ ECM
Tín hiệu từ MREL kích hoạt relay EFI-MAIN số 1, cung cấp điện cho cuộn dây của relay chính trong hệ thống phun nhiên liệu Khi tiếp điểm đóng lại, các kim phun sẽ hoạt động theo thứ tự quy định.
Hình 3 21 Sơ đồ mạch điều khiển phun nhiên liệu
HỆ THỐNG KIỂM SOÁT KHÍ THẢI
Đặc điểm hệ thống kiểm soát khí thải
Các mẫu xe đạt tiêu chuẩn EURO 2 sử dụng bầu lọc khí thải ba thành phần TWC (Three-way catalytic converter) nhằm giảm thiểu lượng khí xả, góp phần bảo vệ môi trường.
− Các mẫu xe không tuân thủ theo quy định EURO 2, sử dụng hai bầu lọc khí thải TWC để giảm lượng khí thải
ECM điều chỉnh lượng nhiên liệu phun ra dựa vào tín hiệu từ cảm biến ôxy và cảm biến tỉ số không khí nhiên liệu A/F, nhằm tối ưu hóa lượng khí thải.
Chức năng
Hệ thống khí thải, nằm dưới gầm xe và kéo dài từ động cơ đến đuôi xe, có vai trò quan trọng trong việc dẫn khí thải động cơ và kiểm soát áp suất thải của động cơ.
Vị trí, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống kiểm soát khí thải
ECM kiểm soát dòng khí thải bay hơi trong hộp than hoạt tính sao cho phù hợp với tình trạng động cơ
Hình 4 1 Vị trí của hệ thống kiểm soát khí thải
Hình 4 2 Vị trí các chi tiết của hệ thống
Sơ đồ hoạt động của hệ thống kiểm soát khí thải
• Mẫu xe không có hệ thống phun khí
Hình 4 3 Sơ đồ hoạt động của hệ thống kiểm soát khí thải không có phun khí
• Mẫu xe có hệ thống phun khí
Hình 4 4 Sơ đồ hoạt động của hệ thống kiểm soát khí thải có phun khí
Công dụng của một số bộ phận chính
Hệ thống kiểm soát khí thải
ECM Xác định lượng phun nhiên liệu tối ưu dựa trên các tín hiệu từ các cảm biến
Bộ lọc khí thải 3 thành phần TWC
Giảm thiểu hàm lượng khí CO, HC và NOx trong khí thải
Cảm biến ôxy Phát hiện nồng độ ôxy trong khí thải bằng cách đo điện áp tạo ra trong chính cảm biến
Bơm không khí sử dụng động cơ một chiều bên trong để cung cấp không khí cho van chuyển mạch Van chuyển mạch này dẫn dòng không khí từ máy bơm vào ống xả Cảm biến áp suất có nhiệm vụ phát hiện áp suất phun khí.
Thành phần Công dụng không khí
Bộ điều khiển phun khí
Khi nhận tín hiệu từ ECM, bộ điều khiển sẽ kích hoạt bơm không khí và van chuyển mạch
Phát hiện lỗi đầu vào và đầu ra của mạch điều khiển và truyền đến ECM
ECM điều khiển hệ thống phun khí dựa vào tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến lưu lượng khí nạp, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu cho động cơ.
Nhận tín hiệu phát hiện lỗi từ bộ điều khiển phun khí và lưu trữ một mã chuẩn đoán hư hỏng tương ứng trong bộ nhớ
Hệ thống kiểm soát khí thải bay hơi
Gửi tín hiệu đến van chuyển đổi chân không (đối với hệ thống kiểm soát hơi xăng EVAP) để điều khiển dòng khí xả
Hộp than hoạt tính Chứa than hoạt tính để hấp thụ hơi nhiên liệu sinh ra trong bình xăng
Van chuyển chân không (for EVAP)
Hệ thống hoạt động dựa trên tín hiệu từ ECM trong quá trình xả, nhằm đưa hơi nhiên liệu đã được lọc qua than hoạt tính vào đường ống nạp.
Bảng 4 1 Các bộ phận chính của hệ thống kiểm soát khí thải
Để khởi động bộ lọc than hoạt tính ba chiều TWC hiệu quả ngay sau khi động cơ nguội, hệ thống phun khí cần được kích hoạt ngay lập tức nhằm đảm bảo nhiệt độ đủ nóng.
− Hệ thống này bao gồm một máy bơm không khí, một van chuyển đổi, một cảm biến áp suất không khí và một bộ điều khiển phun khí
− ECM ước tính lượng không khí được bơm vào TWC dựa trên các tín hiệu từ cảm biến lượng khí nạp để điều chỉnh thời gian phun khí
4.5.2 Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu EVAP
ECM điều khiển việc mở và đóng VSV cho hệ thống EVAP dựa trên các tín hiệu từ cảm biến, nhằm kiểm soát khí thải bay hơi theo tình trạng động cơ Điều này giúp ngăn chặn hơi xăng từ hệ thống nhiên liệu và thùng nhiên liệu thoát ra môi trường.
4.5.3 Bộ lọc khí thải 3 thành phần TWC
Hình 4 5 Cấu tạo bộ lọc khí thải
The exhaust filter is composed of three essential layers: the first layer is the Reduction Catalyst, followed by the Oxidization Catalyst, and finally, a system for controlling the flow of exhaust gases.
Lớp xúc tác đầu tiên là bộ phận quan trọng trong hệ thống lọc khí thải, sử dụng platinum và rhodium để giảm thiểu lượng khí Nox.
Khi NO2 không tiếp xúc với lớp xúc tác, các nguyên tử nitơ sẽ được tách ra khỏi phân tử và bám vào bề mặt lớp xúc tác Tại đây, các nguyên tử nitơ sẽ kết hợp với nhau để tạo thành N2, theo phản ứng 2NO => N2 + O2 hoặc 2NO2 => N2 + 2O2.
Lớp xúc tác ôxy hóa là lớp lọc thứ hai trong hệ thống, có chức năng giảm lượng hydrocarbon và carbon monoxide thông qua quá trình đốt cháy nhờ vào platinum và palladium Lớp này giúp CO và hydrocarbon phản ứng với ôxy còn lại trong khí thải, biến chúng thành CO2 (2CO + O2 => 2CO2) Bên cạnh đó, lớp xúc tác này còn đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi các khí độc hại thành ôxy, với lượng ôxy được điều chỉnh bởi ECM.
Hệ thống kiểm soát dòng khí thải sử dụng thông tin từ cảm biến không khí để điều chỉnh hệ thống phun nhiên liệu Cảm biến này được lắp đặt giữa bộ lọc khí thải và động cơ, gần với động cơ hơn, giúp hệ thống nhận biết lượng không khí còn sót lại trong khí thải.
ECM có khả năng điều chỉnh lượng oxy trong khí thải bằng cách thay đổi tỷ lệ hỗn hợp khí và nhiên liệu Sơ đồ kiểm soát của ECM giúp tối ưu hóa tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu và không khí trong động cơ Đồng thời, nó cũng đảm bảo lượng oxy trong khí thải đủ để hỗ trợ quá trình xúc tác oxy hóa và đốt cháy hydrocarbon cùng CO dư thừa sau mỗi chu kỳ nổ của động cơ.
Hình 4 6 Vị trí của bộ lọc khí thải trên ống xả
− Máy bơm không khí bao gồm một động cơ 1 chiều, một cánh quạt và một cái lọc không khí
Hoạt động của động cơ DC được điều khiển bởi ECM thông qua bộ điều khiển phun khí, giúp quay cánh quạt của mô tơ và đưa khí vào van chuyển đổi.
Hình 4 7 Cấu tạo máy bơm khí
4.5.5 Van chuyển đổi không khí
− Van chuyển đổi bao gồm một van giúp di chuyển dòng khí và một van lưỡi gà giúp hạn chế dòng khí thải về một hướng
− Là một van điện từ được điều khiển bởi bộ phun khí
− Khi van chuyển đổi hoạt động, bên trong ống xả của đông cơ sẽ có một ống phun khí giúp đẩy không khí từ bơm ra ống xả
Hình 4 8 Vị trí, cấu tạo van chuyển đổi không khí
4.5.6 Cảm biến áp suất không khí nạp
Hình 4 9 Cấu tạo cảm biến áp suất không khí
Cảm biến áp suất đường ống nạp là một thiết bị sử dụng chất bán dẫn và mạch silicon để thay đổi điện trở khi áp suất tác động lên nó Thiết bị này chuyển đổi áp suất không khí thành tín hiệu điện, gửi đến ECM dưới dạng tín hiệu khuếch đại, giúp ECU xác định lượng phun nhiên liệu và thời điểm đánh lửa chính xác.
Hình 4 10 Sơ đồ hoạt động của cảm biến áp suất không khí nạp
4.5.7 Bộ điều khiển phun khí
− Là một bộ relay không tiếp điểm sử dụng chất bán dẫn Khi nhận tín hiệu từ ECM, sẽ kích hoạt bơm không khí và van chuyển đổi
Phát hiện lỗi ở đầu vào và đầu ra của dòng khí là rất quan trọng, và điều này được thực hiện thông qua việc truyền tín hiệu đến ECM qua hệ số chu kỳ Hệ số chu kỳ, hay còn gọi là tín hiệu tỷ lệ giữa thời gian bật và tắt, giúp xác định hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Hình 4 11 Sơ đồ liên kết bộ điều khiển phun khí với các hệ thống khác
4.5.8 Cảm biến ôxy, cảm biến A/F
Cảm biến ôxy có nhiệm vụ đo lường lượng ôxy dư trong khí thải của động cơ, từ đó truyền tín hiệu đến ECM để điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu và không khí một cách hợp lý.
HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG
Cấu tạo của hệ thống khởi động ô tô
Hệ thống khởi động ô tô được cấu tạo từ 6 bộ phận chính: ắc quy, công tắc đánh lửa, rơ le khởi động, công tắc an toàn khởi động, động cơ khởi động và cáp ắc quy Mỗi bộ phận đảm nhiệm một nhiệm vụ riêng, và khi phối hợp hoạt động, chúng tạo thành một hệ thống khởi động hoàn chỉnh cho xe hơi.
Ắc quy là bộ phận dự trữ năng lượng trong khoang máy, có khả năng lưu trữ điện dưới dạng hóa học và chuyển đổi thành dòng điện khi cần thiết.
Ắc quy ô tô có nhiệm vụ cung cấp điện cho các mạch và hệ thống như đánh lửa, đồng thời hỗ trợ khi nhu cầu điện vượt quá khả năng của máy phát Trong số các loại ắc quy, ắc quy axit-chì là phổ biến nhất, bao gồm các tấm chì ngập trong dung dịch axit sunfuric và nước Khi được sạc đầy, dung dịch này chứa 40% axit sunfuric và 60% nước.
5.1.2 Công tắc đánh lửa (công tắc máy)
Công tắc máy là thành phần quan trọng trong hệ thống khởi động ô tô, đóng vai trò như “cửa ngõ” phân phối dòng điện đến các mạch cần thiết.
Trên hệ thống khởi động ô tô, công tắc máy được phân bổ tại 4 vị trí sau:
Khoá ở vị trí chìa khoá chưa xoay khiến tất cả các mạch điện tắt và vô lăng bị khoá Chìa khoá chỉ có thể được rút ra khi ở vị trí khoá.
Ở chế độ Tắt, tất cả các mạch điện đều không hoạt động, nghĩa là không có dòng điện được cấp Trong tình trạng này, vô lăng có thể xoay nhưng chìa khóa không thể được rút ra.
Khi động cơ đã khởi động, chìa khóa vẫn giữ vị trí trên ổ khóa, lúc này dòng điện sẽ cung cấp cho tất cả các bộ phận ngoại trừ mạch của hệ thống khởi động.
Khi khởi động, dòng điện được cung cấp cho hệ thống khởi động và đánh lửa, trong khi tất cả các phụ kiện khác bị cắt nguồn Điều này giải thích tại sao cửa sổ và các phụ kiện ngừng hoạt động trong quá trình khởi động động cơ Việc phân bổ dòng điện một cách chính xác không chỉ giúp tiết kiệm ắc quy mà còn rút ngắn thời gian khởi động xe.
Rơ le khởi động là thiết bị cho phép một lượng điện nhỏ điều khiển một lượng lớn dòng điện
Rơ le là một bộ phận nhỏ nhưng rất quan trọng trong hệ thống khởi động ô tô, giúp điều khiển dòng điện lớn lên tới 250+ amps cần thiết cho động cơ khởi động Do dòng điện này quá lớn để có thể kiểm soát trực tiếp từ công tắc đánh lửa, rơ le đóng vai trò thiết yếu trong việc khởi động quá trình cung cấp điện cho động cơ.
5.1.4 Công tắc an toàn khởi động
Công tắc an toàn khởi động là bộ phận quan trọng trong công tắc dãy số, giúp ngăn chặn việc khởi động ô tô khi đang ở chế độ số (hộp số tự động) hoặc khi bàn đạp ly hợp không được nhấn (hộp số thường) Vai trò chính của công tắc này là đảm bảo an toàn cho người lái bằng cách ngăn ô tô khởi động khi không ở trạng thái an toàn, tránh tình trạng ô tô vô tình di chuyển về phía trước hoặc phía sau Mỗi loại hộp số sẽ có công tắc an toàn riêng biệt tương ứng.
- Hộp số thường sử dụng công tắc an toàn bàn đạp ly hợp
- Hộp số tự động sử dụng công tắc vị trí trung tính đỗ xe
5.1.5 Động cơ khởi động Được gắn ở mặt sau của vỏ động cơ hoặc trên vỏ hộp số nơi động cơ và hộp số tiếp xúc với nhau, động cơ khởi động là một bộ phận thiết yếu của hệ thống khởi động trên ô tô Nó là một thiết bị có chức năng biến đổi năng lượng điện thành cơ năng Khi hoạt động, động cơ khởi động tạo ra mô men xoắn giúp quay bánh đà của động cơ
Bộ khởi động hoàn chỉnh bao gồm một rơ le và một động cơ DC:
Rơ le là một công tắc điện từ có nhiệm vụ nối và ngắt điện từ ắc quy đến động cơ khởi động Thiết bị này hoạt động như một rơ le lớn hơn, sử dụng dòng điện nhỏ để kích thích dòng điện lớn, đảm bảo hiệu suất khởi động cho động cơ.
Động cơ DC bao gồm nhiều bộ phận quan trọng như phần ứng, cổ góp, chổi than, bánh răng trụ và cơ cấu một chiều Sự kết hợp của các bộ phận này tạo nên một động cơ DC hoàn chỉnh và hiệu quả.
Dây cáp khởi động có đường kính lớn và nhiều sợi, cho phép truyền tải dòng điện cao trên 250 amps, cần thiết cho việc khởi động động cơ Ngoài ra, một số cáp ắc quy còn có dây nhỏ hơn được hàn vào cực dương, phục vụ cho việc vận hành các thiết bị điện khác.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống khởi động
Khi bật khóa điện ở vị trí Start, ắc quy cung cấp dòng điện cho cuộn giữ và cuộn hút, khiến cuộn hút gửi điện đến phần ứng qua cuộn cảm, làm quay phần ứng với tốc độ thấp Lực điện từ được tạo ra trong các cuộn giữ và cuộn hút làm từ hóa lõi cực, kéo piston của công tắc từ vào lõi cực của nam châm điện Sự kéo này giúp bánh răng dẫn động khởi động dễ dàng ăn khớp với vành răng bánh đà, đồng thời kích hoạt tiếp điểm bật On.
Hình 5 1 Chế độ hút vào
Khi tiếp điểm rờ le đóng, dòng điện không chạy qua cuộn giữ mà cuộn ứng nhận dòng điện trực tiếp từ ắc quy Cuộn dây phần ứng bắt đầu quay với vận tốc cao, khởi động động cơ Lúc này, piston được giữ nguyên vị trí nhờ lực điện từ của cuộn giữ, vì không có lực điện từ chạy qua cuộn hút.
Khi khóa điện chuyển từ vị trí Start sang vị trí On, dòng điện qua tiếp điểm rờ le bị ngắt, dẫn đến việc lực điện từ do cuộn hút và cuộn giữ tạo ra không còn, khiến piston không được giữ lại Kết quả là piston bị kéo lại bởi lò xo hồi vị, làm rờ le ngắt và dừng quá trình khởi động máy.
Hình 5 3 Chế độ trả về
Cách kiểm tra công tắc máy
Đo điện trở theo các giá trị trong bảng dưới đây:
Kết nối Chế độ Giá trị điện trở tiêu chuẩn
Nếu kết quả khác với giá trị tiêu chuẩn, hãy thay thế công tắc máy
Hình 5 4 Giắc nối điện của công tắc máy
Mạch điều khiển khởi động
Sơ đồ khởi động không có smart key
Hình 5 5 Sơ đồ khởi động không có smart key
Sơ đồ khởi động có smart key
Hình 5 6 Sơ đồ khởi động có smart key
CÁC TÍN HIỆU ĐẦU VÀO
Cảm biến lượng không khí nạp MAF
Cảm biến lượng khí nạp, được đặt giữa bộ lọc và đường ống nạp, có vai trò quan trọng trong việc xác định tốc độ và khối lượng không khí vào đường ống Thông qua thông tin này, cảm biến giúp tính toán lượng phun cơ bản và góc đánh lửa cơ bản cho động cơ.
6.1.1 Vị trí của cảm biến
Cảm biến lượng khí nạp được bố trí ở giữa bộ lọc và trên đường ống nạp
Hình 6 1 Vị trí của cảm biến lưu lượng khí nạp
6.1.2 Cấu tạo của cảm biến
Cảm biến lưu lượng khí nạp bao gồm điện trở nhiệt, mạch điều khiển và dây nhiệt platin, với chức năng chính là chuyển đổi lượng không khí nạp vào động cơ thành tín hiệu điện áp gửi về ECM Điều này giúp ECM tính toán chính xác khối lượng không khí, từ đó nhận biết lượng phun nhiên liệu, thời điểm phun và thời điểm sang số hợp lý, đảm bảo hiệu suất vận hành tối ưu.
Hình 6 2 Cấu tạo của cảm biến lưu lượng khí nạp
Cảm biến MAF bao gồm một dây nhiệt, điện trở nhiệt và mạch điện tử cùng cảm biến nhiệt độ không khí Khi động cơ hoạt động ở chế độ không tải, một lượng không khí nhỏ sẽ lưu thông quanh dây nhiệt, tạo ra dòng điện cường độ thấp để duy trì nhiệt độ cho dây nhiệt.
Khi nhấn ga, bướm ga mở cho phép không khí đi qua, làm nguội dây nhiệt và tăng cường độ dòng điện, từ đó nâng cao hiệu quả giữ ấm cho dây Một con chip điện tử trong cảm biến MAF chuyển đổi tín hiệu cường độ dòng điện thành tín hiệu điện áp gửi đến ECM, giúp tính toán chính xác mức nhiên liệu cần nạp, đảm bảo tỷ lệ cháy tối ưu trong buồng đốt.
Hệ thống điều khiển động cơ và hộp số PCM (Powertrain Control Module) sử dụng thông tin về khối lượng không khí để xác định thời điểm sang số hợp lý Nếu cảm biến MAF gặp trục trặc, hộp số sẽ hoạt động không ổn định.
Hình 6 3 Nguyên lý hoạt động của cảm biến lưu lượng khí nạp
6.1.4 Các cực của cảm biến
Một cảm biến khối lượng không khí nạp loại dây nhiệt có 4 cực theo thứ tự từ 1-4: VC ,EVG, VG, THA,
Hình 6 4 Sơ đồ các chân của cảm biến lưu lượng khí nạp
+ VC: Nguồn 5V cung cấp cho cảm biến
+ VG: Tín hiệu cảm biến lượng không khí nạp
+ THA: Tín hiệu cảm biến nhiệt độ không khí nạp
+ EVG: Mát chung của cảm biến lượng và cảm biến nhiệt độ không khí nạp
6.1.5 Cách kiểm tra cảm biến
- Bật công tắc máy ở vị trí ON (không nổ máy)
- Dùng đồng hồ VOM để đọc giá trị điện áp của cảm biến MAF: Điện áp để cảm biến hoạt động bình thường nằm trong khoảng : 0.98-1.02V
- Cấp nguồn cho cảm biến, dùng miệng thổi hoặc nổ máy đạp ga
Nếu giá trị điện áp thay đổi chứng tỏ cảm biến hoạt động bình thường
6.1.6 Sơ đồ điện của cảm biến lưu lượng không khí nạp
Hình 6 5 Sơ đồ điện của cảm biến khối lượng không khí nạp
Cảm biến áp suất đường ống nạp MAP sensor
Cảm biến áp suất đường ống nạp là một thiết bị bán dẫn sử dụng đặc tính mạch silicon để thay đổi điện trở khi có áp suất tác động Thiết bị này chuyển đổi áp suất không khí thành tín hiệu và gửi đến ECM dưới dạng tín hiệu khuếch đại, giúp ECU xác định lượng phun nhiên liệu và thời điểm đánh lửa chính xác.
Cảm biến được bố trí trên đường ống nạp, bên cạnh hoặc trên thân bướm ga
Hình 6 6 Vị trí cảm biến áp suất đường ống nạp
6.2.2 Cấu tạo của cảm biến
- Cảm biến bao gồm một tấm silicon nhỏ, hai mép được làm kín cùng với mặt trong của tấm silicon tạo thành buồn chân không
- Mặt ngoài tấm silicon tiếp xúc với áp suất đường ống nạp Hai mặt của tấm silicon được phủ thạch anh để tạo thành điện trở áp điện (Piezoresistor)
Hình 6 7 Cấu tạo của áp biến áp suất đường ống nạp
Cảm biến áp suất đường ống nạp hoạt động dựa vào cấu tạo của nó: Khi động cơ hoạt động, độ chân không phía sau bướm ga tác động lên màng silicon, khiến màng này biến dạng và làm thay đổi điện trở của nó.
IC chuyển đổi tín hiệu điện trở thành tín hiệu điện áp và gửi về ECM Dựa trên tín hiệu điện áp này, ECM nhận biết áp suất khí nạp và điều chỉnh lượng phun nhiên liệu một cách chính xác.
Hình 6 8 Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất đường ống nạp
6.2.4 Các chân của cảm biến
Cảm biến áp suất đường ống nạp có 3 cực: VC, PIM, E2
+ VC: Cung cấp nguồn 5V cho cảm biến
+ PIM: Tín hiệu điện áp xác định lượng không khí nạp
Hình 6 9 Sơ đồ các chân của cảm biến
• Cấp nguồn 5V, mát cho cảm biến Kiểm tra điện áp chân tín hiệu xấp xỉ 3.8V khi chưa nổ máy
Khi khởi động máy, tín hiệu đo được ở chân tín hiệu khoảng 1.6-1.8 V Khi tăng ga, tín hiệu tại dây tín hiệu sẽ biến đổi tương ứng với áp suất đường ống nạp; khi áp suất tăng, điện áp cảm biến cũng tăng, và khi áp suất giảm, điện áp cảm biến sẽ giảm theo.
Khi tháo đường ống chân không khỏi cảm biến, hãy sử dụng bơm chân không cầm tay để kết nối với cảm biến Tiến hành đo tín hiệu điện áp phát ra tương ứng với mức độ chân không cấp đến cảm biến và so sánh với bảng thông số kỹ thuật của nhà sản xuất.
Hãng Toyota Độ chân không (mmHg) 0 10 20 30 40 50 Điện áp cực PIM (V) 3.6 3.2 2.8 2.4 2.0 1.8 Độ giảm áp ∆P (V) 0 0.3-0.5 0.7-0.9 1.1-1.3 1.5-1.7 1.9-2.1
Hình 6 10 Mối liên quan giữ tín hiệu điện áp PIM và áp suất đường ống nạp
Cảm biến kích nổ động cơ (Knock sensor)
Kích nổ là hiện tượng nguy hiểm trong động cơ xăng, xảy ra khi hỗn hợp nhiên liệu và không khí tự cháy sau khi có tia lửa điện từ bu gi Để phát hiện và khắc phục tình trạng này, cảm biến kích nổ (Knock sensor) được sử dụng để đo độ rung của động cơ, từ đó điều chỉnh thời điểm đánh lửa trễ, giảm thiểu hiện tượng cháy sớm và tiếng gõ do va đập giữa các chi tiết cơ khí.
6.3.1 Vị trí của cảm biến
Nằm ngay trên thân máy, thường nằm phía dưới đường ống nạp, nắp máy
Hình 6 11 Vị trí cảm biến kích nổ động cơ
6.3.2 Cấu tạo của cảm biến
Gồm phần tử áp điện, miếng cách điện, tấm thép và điện trở xác định hở mạch, ngắn mạch
Hình 6 12 Cấu tạo của cảm biến kích nổ động cơ
Các phần tử áp điện trong cảm biến kích nổ được thiết kế với kích thước tương ứng với tần số riêng của động cơ, tạo ra hiệu ứng cộng hưởng khi xảy ra kích nổ, với tần số dao động từ 6KHz đến 13KHz.
Khi xảy ra hiện tượng kích nổ, dao động từ sự kiện này được truyền đến tấm thép, khiến tấm thép dao động và va chạm với phần tử áp điện thông qua miếng cách điện, tạo ra điện áp khoảng 2,5V.
Nhờ tín hiệu sinh ra, ECM động cơ có khả năng nhận biết hiện tượng kích nổ và điều chỉnh giảm góc đánh lửa cho đến khi hiện tượng này không còn xảy ra, sau đó ECM có thể điều chỉnh lại thời điểm đánh lửa sớm.
• Cho động cơ nổ và đo xung điện áp phát ra của chân tín hiệu
Vặn chìa khóa về vị trí ON, sau đó sử dụng búa gõ nhẹ vào động cơ, cụ thể là phần thân máy gần cảm biến, và tiến hành đo tín hiệu phát ra.
6.3.5 Sơ đồ điện của cảm biến
Cảm biến kích nổ động cơ sử dụng điện trở nội để phát hiện tình trạng hở mạch hoặc ngắn mạch, giúp đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của động cơ.
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ECT
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (ECT) là thiết bị quan trọng giúp bảo vệ và nâng cao hiệu quả hoạt động của động cơ Với chuẩn làm việc 80C, khi nhiệt độ nước dưới mức này, ECU nhận diện động cơ ở trạng thái lạnh Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh hoạt động của động cơ.
• Tăng lượng phun nhiên liệu khi động cơ lạnh
• Tăng góc đánh lửa sớm khi động cơ lạnh
• Tăng tốc độ cầm chừng khi động cơ lạnh
• Điều khiển quạt làm mát
• Điều khiển hệ thống tuần hoàn khí thải
• Là thông số cơ bản khi khởi động
6.4.1 Vị trí của cảm biến
Cảm biến được bố trí trên thân máy
Hình 6 14 Vị trí cảm biến nhiệt độ nước làm mát
6.4.2 Cấu tạo của cảm biến
Cảm biến ECT được thiết kế dạng trụ rỗng với ren ngoài, bên trong chứa một nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm, nghĩa là điện trở của nó sẽ tăng lên khi nhiệt độ giảm và ngược lại.
Hình 6 15 Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát được đặt trong khoang nước của động cơ và tiếp xúc trực tiếp với nước, với hệ số nhiệt điện trở âm Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, điện trở cảm biến cao và ngược lại, khi nhiệt độ tăng, điện trở giảm Sự thay đổi này ảnh hưởng đến điện áp tại chân cảm biến, với điện áp 5V qua điện trở chuẩn gửi đến cảm biến và trở về ECM Điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến tạo thành cầu phân áp, với điện áp giữa cầu được chuyển đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số (ADC) Khi động cơ lạnh, điện trở cao dẫn đến điện áp lớn gửi đến ADC, và khi động cơ nóng, điện trở giảm làm điện áp giảm, thông báo cho ECM về tình trạng nhiệt độ của động cơ.
Hình 6 16 Đường đặc tuyến của cảm biến nhiệt độ nước làm mát
6.4.3 Cách kiểm tra Để kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát, người ta thực hiện như sau:
- Kiểm tra sự thay đổi của điện trở cảm biến so với thông số của nhà sản xuất
- Sau đó, dùng đồng hồ VOM và bật chế độ đo Ω, cảm biến hoạt động bình thường khi:
Nhiệt độ Điện trở tiêu chuẩn
Hình 6 17 Cách kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát 6.4.4 Mạch điện của cảm biến
Hình 6 18 Mạch điện của cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến ôxy
Cảm biến ôxy đo lường lượng ôxy dư trong khí thải của động cơ và gửi tín hiệu đến ECM để điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu và không khí một cách phù hợp.
6.5.1 Vị trí cảm biến Được lắp đặt trên đường ống xả
Hình 6 19 Vị trí, hình dạng của cảm biến ôxy
6.5.2 Cấu tạo của cảm biến
Thành phần chính của cảm biến ôxy gồm hợp chất Zirconium dioxit, điện cực bằng platin và bộ xông nóng cảm biến
Hình 6 20 Cấu tạo của cảm biến ôxy
Cảm biến ôxy hoạt động dựa trên nguyên lý so sánh hàm lượng ôxy trong không khí với hàm lượng ôxy còn lại trong khí thải.
Khi lượng ôxy trong khí thải thấp do hỗn hợp giàu xăng, bộ đo sẽ gửi tín hiệu điện áp khoảng 0.6V đến 0.9V về ECM Ngược lại, nếu ôxy trong khí thải cao do hỗn hợp nghèo xăng, ống đo sẽ phát tín hiệu thấp hơn, vào khoảng 0.1V đến 0.4V gửi về ECM.
Tín hiệu điện áp này sẽ được nhập vào ECM Bộ ECM đã được lập trình mạch chuẩn khoảng 0.45V (Tỉ lệ hòa khí 14.7/1)
− Nếu cảm biến ôxy cung cấp tín hiệu điện áp thấp hơn 0.45V thì đồng nghĩa khí hỗn hợp nghèo, ECM sẽ điều khiển phun thêm nhiên liệu
− Ngược lại, cảm biến ôxy cung cấp điện áp cao hơn mức chuẩn 0.45V chứng tỏ hỗn hợp giàu, ECM sẽ điều chỉnh lượng phun nhiên liệu ra ít hơn
Cảm biến ôxy yêu cầu nhiệt độ làm việc tối thiểu là 400C, do đó cần được xông nóng khi động cơ hoạt động ở tốc độ cầm chừng và chế độ tải nhỏ Để thực hiện điều này, một nhiệt điện trở dương được bố trí bên trong cảm biến ôxy Trong các chế độ làm giàu hỗn hợp như tải lớn, tăng tốc, hoặc khi nhiệt độ nước làm mát dưới 80C, cảm biến ôxy sẽ không tham gia vào việc hiệu chỉnh.
Hình 6 21 Đường đặc tính của cảm biến ôxy
6.5.4 Cách kiểm tra Đo điện trở và so sánh với bảng giá trị tiêu chuẩn dưới đây:
Nối dụng cụ đo Điện trở tiêu chuẩn
6.5.5 Sơ đồ mạch điện của cảm biến
Hình 6 22 Sơ đồ điện của cảm biến ôxy
Cảm biến A/F
Cảm biến tỉ số không khí và nhiên liệu A/F hoạt động hiệu quả hơn cảm biến ôxy nhờ vào khoảng làm việc rộng và khả năng phát hiện nồng độ ôxy trong khí thải Với cấu trúc và đặc tính làm việc khác biệt, cảm biến A/F cung cấp tín hiệu rộng, phát hiện nhanh và điều chỉnh chính xác hơn, từ đó góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
6.6.1 Vị trí của cảm biến
Nằm trên đường ống xả
6.6.2 Cấu tạo của cảm biến
Có hình dạng tương tự như cảm biến ôxy
Hình 6 23 Hình dạng của cảm biến A/F
Nhiệt độ làm việc của cảm biến từ 650C trở lên, thời gian xông nóng cảm biến A/F loại phẳng khoảng 10 giây, loại thường khoảng 30 giây
Cảm biến A/F được đặt trên một điện áp không đổi khoảng 0.4V và điện áp tín hiệu tỉ lệ thuận với lượng ôxy có trong khí thải
- Điện áp cảm biến A/F càng lớn thì hỗn hợp càng nghèo (lượng ôxy lớn)
Điện áp của cảm biến A/F càng thấp thì hỗn hợp nhiên liệu càng giàu, tức là lượng ôxy trong hỗn hợp giảm Đặc điểm hoạt động của cảm biến A/F khác biệt rõ rệt so với cảm biến ôxy, với phạm vi điện áp làm việc rộng hơn Cụ thể, khi tỉ số A/F đạt 14.7/1, điện áp của cảm biến sẽ là 3.3V.
Hình 6 24 Đường đặc tính của cảm biến Oxy và cảm biến A/F
6.6.4 Cách kiểm tra Đo điện trở và so sánh với bảng điện trở tiêu chuẩn dưới đây
Nối dụng cụ đo Điện trở tiêu chuẩn
Hình 6 25 Sơ đồ mạch điện của cảm biến A/F
Cảm biến vị trí trục cam (cảm biến G)
Cảm biến vị trí trục cam (Camshaft Position Sensor - CPS) đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển của động cơ, giúp xác định vị trí chính xác của trục cam để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
ECM sử dụng tín hiệu từ cảm biến trục cam để xác định điểm chết của xy lanh số một, đồng thời tính toán thời điểm đánh lửa và phun nhiên liệu tối ưu.
6.7.1 Vị trí của cảm biến
Nằm trên nắp đậy trục cam
Hình 6 26 Vị trí của cảm biến vị trí trục cam
6.7.2 Cấu tạo của cảm biến
Cảm biến vị trí cục cam trên động cơ 2TR-FE sử dụng công nghệ cảm biến Hall, bao gồm một phần tử Hall, một nam châm vĩnh cửu và một IC tổ hợp.
Hình 6 27 Cấu tạo của cảm biến vị trí trục cam
Khi trục khuỷu quay, trục cam cũng quay nhờ dây cam dẫn động Trên trục cam có vành tạo xung với các vấu cực, quét qua đầu các cảm biến để khép kín mạch từ Các cảm biến này tạo ra xung tín hiệu gửi về ECM, giúp ECM nhận biết điểm chết trên của xy lanh số 1 và các xy lanh khác.
Tùy thuộc vào từng loại động cơ mà số lượng vấu cam nằm trên vành tạo xung của trục cam sẽ khác nhau
- Bật chìa khóa và kiểm tra chân dương 12V hoặc 5V, chân mát 0V, chân tín hiệu 5V
- Sử dụng máy đo xung để xem xung có đều và đẹp hay không
6.7.5 Sơ đồ mạch điện của cảm biến vị trí trục cam
Cảm biến trục cam sử dụng mạch điện loại điện từ (2 dây) mà không cần nguồn cấp Trên các xe đời mới, thường có thêm một đoạn dây nối mass bọc quanh hai dây tín hiệu để giảm thiểu tình trạng nhiễu tín hiệu.
Hình 6 28 Sơ đồ mạch điện của cảm biến vị trí trục cam
Cảm biến vị trí trục khuỷu (cảm biến Ne)
Cảm biến trục khuỷu (Crankshaft Position Sensor - CPS) là một trong những cảm biến quan trọng trong động cơ ô tô Nó có nhiệm vụ thu thập dữ liệu về tốc độ và vị trí của trục khuỷu để gửi về ECM Dựa trên dữ liệu này, ECM sẽ tính toán và điều khiển góc đánh lửa cũng như điều chỉnh thời gian phun xăng.
6.8.1 Vị trí của cảm biến
Cảm biến được bố trí gần puly trục khuỷu, phía trên bánh đà hoặc phía trên trục khuỷu
Hình 6 29 Vị trí của cảm biến vị trí trục khuỷu
6.8.2 Cấu tạo của cảm biến
Cấu tạo cụ thể của từng loại được thể hiện ở hình minh họa dưới đây
Hình 6 30 Cấu tạo của cảm biến vị trí trục khuỷu
Khi trục khuỷu quay, bánh răng kích từ tạo ra từ trường thay đổi qua phần tử Hall, dẫn đến việc mạch IC Hall trong cảm biến phát ra tín hiệu xung vuông gửi về ECM Bộ ECM sử dụng các lập trình có sẵn để phân tích và đếm các xung này, từ đó xác định vị trí và tốc độ của trục khuỷu.
Dùng đồng hồ VOM đo điện trở của cảm biến điện từ và so sánh với điện trở tiêu chuẩn dưới đây
Nối dụng cụ đo Điều kiện tiêu chuẩn
Khoảng điện trở tiêu chuẩn
Nóng 2065 - 3225 Ω Trong bảng: khái niệm nóng, lạnh ý chỉ nhiệt độ của cảm biến Lạnh nghĩa là khoảng -
10 đến 50°C (14 đến 122°F) còn nóng nghĩa là khoảng 50 đến 100°C (122 đến 212°F)
6.8.5 Sơ đồ mạch điện của cảm biến vị trí trục khuỷu
Hình 6 31 Sơ đồ mạch điện của cảm biến vị trí trục khuỷu
Cảm biến bàn đạp ga APS
Hệ thống điều khiển bướm ga thông minh hiện nay bao gồm cảm biến bàn đạp ga, mô tơ điều khiển bướm ga và cảm biến vị trí bướm ga, được sử dụng phổ biến trong các động cơ.
Khi người lái đạp ga, tín hiệu từ bàn đạp ga được gửi đến ECU, giúp ECU điều khiển motor xoay bướm ga theo góc tương ứng Sau đó, cảm biến bướm ga xác nhận và gửi tín hiệu trở lại ECU để hoàn tất quá trình điều khiển.
Hình 6 32 Sơ đồ hoạt động của cảm biến bàn đạp ga 6.9.1 Vị trí của cảm biến
Bố trí ở cụm bàn đạp chân ga
6.9.2 Cấu tạo của cảm biến
Cảm biến bàn đạp ga sử dụng kiểu phần tử Hall Nguyên lý tương tự cảm biến vị trí bướm ga
Hình 6 33 Cấu tạo của cảm biến bàn đạp ga
Khi người lái đạp ga, tín hiệu từ bàn đạp ga được gửi đến ECM, giúp ECM điều khiển motor xoay bướm ga theo góc tương ứng Cảm biến bướm ga xác nhận và gửi tín hiệu trở lại ECM để hoàn tất quá trình điều khiển.
Cảm biến dựa trên nguyên lý hiệu ứng Hall sử dụng hai IC Hall cố định và nguồn 5V cung cấp cho các cực VCPA và VCP2 Khi đạp ga, trục truyền động làm cho các nam châm quay quanh hai IC Hall, dẫn đến sự thay đổi từ thông qua các IC này Tín hiệu điện áp VPA và VPA2 được tạo ra, giúp xác định góc mở bàn đạp ga và gửi thông tin về ECM.
Hình 6 34 Nguyên lý hoạt động của cảm biến bàn đạp ga
6.9.4 Cách kiểm tra Để kiểm các các vấn đề liên quan của cảm biến bàn đạp ga, hãy dựa vào thông số và các triệu chứng để có thể xác định Cụ thể, có thể thực hiện:
Trước tiên, cần kiểm tra hệ thống điện của cảm biến để xác định xem có bị đứt, chạm mass, hoặc các chân giắc có bị lỏng, bám bụi bẩn hay không, vì những yếu tố này có thể làm sai lệch tín hiệu truyền về.
• Thứ 2, Kiểm tra nguồn VC và mass của cảm biến bàn đạp ga và so sánh với thông số chuẩn của chúng
Cảm biến Điều kiện Điện áp tiêu chuẩn
Tín hiệu cảm biến thứ nhất Nhả hoàn toàn 0.5-1.1 V Đạp tối đa 2.6-4.5 V
Tín hiệu cảm biến thứ hai Nhả hoàn toàn 1.2-2.0 V Đạp tối đa 3.4-4.75 V
6.9.5 Sơ đồ mạch điện cảm biến
Hình 6 35 Sơ đồ mạch điện của cảm biến bàn đạp ga
Cảm biến vị trí bướm ga TPS
Cảm biến vị trí bướm ga, được lắp đặt trên thân bướm ga và điều khiển bởi trục bướm ga, chuyển đổi góc mở thành tín hiệu điện áp ECU sử dụng tín hiệu này để xác định tải động cơ, từ đó điều chỉnh lượng nhiên liệu phun, góc đánh lửa sớm và tốc độ cầm chừng.
6.10.1 Vị trí của cảm biến
Nằm trên thân của bướm ga
Hình 6 36 Vị trí của cảm biến vị trí bướm ga
6.10.2 Cấu tạo của cảm biến
Cảm biến vị trí bướm ga sử dụng công nghệ Hall, bao gồm một IC Hall và một nam châm, mang lại độ tin cậy và tuổi thọ cao Điện áp đầu ra từ IC Hall tỷ lệ thuận với mật độ và chiều của từ trường, với điện áp tăng lên khi mật độ từ thông lớn hơn.
Hình 6 37 Cấu tạo của cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến kiểu phần tử Hall bao gồm một IC Hall và một nam châm quay quanh nó Khi bướm ga mở, trục bướm ga làm cho các nam châm xoay, dẫn đến sự thay đổi vị trí của chúng và mật độ từ thông qua IC Hall Kết quả là, tín hiệu VTA1 và VTA2 thay đổi và được gửi về ECU.
Hình 6 38 Nguyên lý hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga 6.10.4 Cách kiểm tra
Để kiểm tra cảm biến tuyến tính và Hall, rút giắc điện và kiểm tra tại chân cảm biến có nguồn VC 5V, chân mát và chân tín hiệu Khi điều chỉnh độ mở cánh bướm ga, giá trị điện áp tại chân tín hiệu cần tăng dần một cách tuyến tính và không bị gián đoạn ở bất kỳ điểm nào.
6.10.5 Sơ đồ mạch điện của cảm biến
Hình 6 39 Sơ đồ mạch điện của cảm biến cảm biến vị trí bướm ga
