Nghiên cứu khai thác hệ thống phun xăng điện tử trên xe Toyota Vios 2007

Đất nước ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, các ngành công nghiệp nặng luôn từng bước phát triển. Trong đó, ngành công nghiệp ô tô luôn được chú trọng. Tuy nhiên nền công nghiệp ô tô nước ta chưa phát triển mạnh, xe ô tô chủ yếu được nhập từ nhiều nước. Vì thế vấn đề nghiên cứu, tìm hiểu các hệ thống trên ô tô để phục vụ cho việc sử dụng, sửa chữa và bảo dưỡng phục hồi nhằm tăng khả năng khai thác, kéo dài tuổi thọ của hệ thống đảm bảo tính an toàn cao cho hành khách và hàng hóa là một yêu cầu cấp thiết. Bên cạnh đó với mục đích củng cố kiến thức đã học, mở rộng kiến thức chuyên môn và giúp sinh viên tăng tính tư duy, có thể quan sát các chi tiết cũng như hoạt động của một hệ thống trên ô tô, kiểm tra, sửa chữa những hư hỏng có thể gặp. Chúng tôi đã đưa ra ý tưởng thiết kế mô hình phục vụ cho công tác giảng dạy.Với những lý do trên tôi đã nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu khai thác hệ thống phun xăng điện tử trên xe Toyota Vios 2007

Đất nước ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, cácngành công nghiệp nặng luôn từng bước phát triển Trong đó, ngành công nghiệp ô

tô luôn được chú trọng Tuy nhiên nền công nghiệp ô tô nước ta chưa phát triểnmạnh, xe ô tô chủ yếu được nhập từ nhiều nước Vì thế vấn đề nghiên cứu, tìm hiểucác hệ thống trên ô tô để phục vụ cho việc sử dụng, sửa chữa và bảo dưỡng phục hồinhằm tăng khả năng khai thác, kéo dài tuổi thọ của hệ thống đảm bảo tính an toàncao cho hành khách và hàng hóa là một yêu cầu cấp thiết

Bên cạnh đó với mục đích củng cố kiến thức đã học, mở rộng kiến thứcchuyên môn và giúp sinh viên tăng tính tư duy, có thể quan sát các chi tiết cũng nhưhoạt động của một hệ thống trên ô tô, kiểm tra, sửa chữa những hư hỏng có thể gặp.Chúng tôi đã đưa ra ý tưởng thiết kế mô hình phục vụ cho công tác giảng dạy.Với

những lý do trên tôi đã nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu khai thác hệ thống phun xăng điện tử trên xe Toyota Vios 2007 Thiết kế lắp đặt mô hình phun xăng đánh lửa điện tử trên xe Toyota Vios 2007” với sự hướng dẫn của thầy PHAN

QUANG ĐỊNH

Đề tài được hoàn thành đúng tiến độ nhờ có sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình củacác Thầy Cô trong Bộ môn, cùng với sự đóng góp của bạn bè Qua đây, em xin gửi

lời cảm ơn chân thành đến thầy PHAN QUANG ĐỊNH cùng các Thầy trong Bộ

môn đã hướng dẫn em thực hiện luận văn, cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ từ phía BanChủ Nhiệm Khoa Cơ Khí cùng Ban Giám Hiệu nhà trường đã tạo mọi điều kiện tốtnhất để em có thể hoàn thành tốt khóa học Em xin chân thành cảm ơn!

 Tính cấp thiết của đề tài:

Cùng với sự ra đời và phát triển của động cơ đốt trong, hệ thống cung cấpnhiên liệu cho động cơ đốt trong cũng ngày càng phát triển để đảm bảo yêu cầu vềgiảm khí thải, giảm ô nhiễm môi trường, tiết kiệm tối đa nhiên liệu Suốt thời gianqua, các hệ thống nhiên liệu trong xe hiện nay đã thay đổi rất nhiều, những yêu cầucho nó ngày càng khắt khe hơn Cùng với sự phát triển đó bộ chế hòa khí cũng ngàycàng được phức tạp hóa hơn, để đảm bảo động cơ hoạt động một cách hiệu quảnhất Tuy bộ chế hòa khí đã ngày càng phát triển nhưng vẫn tồn tại những khuyếtđiểm không thể khắc phục Sự ra đời của hệ thống phun xăng đã khắc phục đượcnhững nhược điểm của bộ chế hòa khí, vì vậy ngày nay trên các động cơ hầu hếtđều dùng hệ thống phun xăng điện tử Một vấn đề đặt ra là làm thế nào chúng ta cóthể hiểu rõ bản chất, đặc điểm cấu tạo và sự vận hành của hệ thống phun xăng điện

tử Do đó em tiến hành chọn đề tài về “Nghiên cứu khai thác hệ thống phun xăng điện tử trên xe Toyota Vios 2007 Thiết kế lắp đặt mô hình phun xăng đánh lửa điện

tử trên xe Toyota Vios 2007”.

 Tình hình nghiên cứu:

Ở Việt Nam hệ thống phun xăng điện tử (EFI) mới chỉ mới xuất hiện vàonhững năm gần đây Năm 1995 cùng với sự ra đời của toyota VN các xe ôtô dunhập vào Việt Nam đã có mang theo công nghệ này, nhưng còn chưa mạnh mẽ Mãinhững năm gần đây khi hội nhập thì hệ thống phun xăng điện tử trên ôtô của VNcũng ngày càng phát triển mạnh mẽ Hiện nay ở nước ta đã có hơn 50% các xe ôtô

đã sử dụng hệ thống tiên tiến này Tuy nhiên việc hệ thống này có phát triển mạnh

mẽ trong thời gian tới ở VN hay không đang đươc đặt một dấu hỏi lớn Việc sửdụng hệ thống này không khó, xong khi nó hỏng hóc hay cần bảo hành thì kiến thức

và kinh nghiệm của đại đa số thợ và kỹ sư trong nước hiện nay chưa đủ để có thểcan thiệp vào EFI Mà có đủ thì cũng khó có thể tìm phụ tùng thay thế đúng tiêuchuẩn Chính vì vậy việc phát triển thợ sửa chữa và các kỹ sư chất lượng cao chongành này đang là nhu cầu thiết yếu để phát triển nó Tuy nhiên các giáo trình ở VN

về hệ thống này gần như là chưa có hoặc nếu có cũng không được chi tiết và rõràng

Giúp sinh viên kiểm tra và đo đạc các thông số của hệ thống phun xăng, đánhlửa trên mô hình

Góp phần hiện đại hóa phương tiện và phương pháp dạy thực hành trong giáodục-đào tạo

Giúp sinh viên tiếp thu bài tốt hơn

Sơ lược về phun xăng điện tử và các hệ thống điều khiển EFI

Thiết kế, chế tạo mô hình phun xăng điện tử phục vụ cho việc giảng dạy vàthực hành trên mô hình này

Tìm hiểu hệ thống EFI trên các tài liệu, giáo trình liên quan đến hệ thốngphun xăng điện tử

Xây dựng cách kiểm tra và quy trình khi kiểm tra hỏng hóc trên hệ thống phunxăng điện tử

Vận dụng kiến thức đã được học về EFI ở trên lớp và trong giai đoạn thực tập.Tận dụng các giáo trình, tạp chí nghiên cứu về động cơ xăng

Kết hợp quan sát và thực hành sữa chữa, kiểm tra trên mô hình

Tham khảo tài liệu Toyota Technical Training

 Dự kiến kết quả nghiên cứu:

Tạo tài liệu học tập, nghiên cứu cần thiết cho sinh viên

Xây dựng được mô hình phun xăng điện tử trên xe Toyota Vios 2007.

 Kết cấu của LVTN gồm: 4 chương

Chương 1: Tổng quan về hệ thống phun xăng điện tử trên ô tô

Chương 2: Hệ thống nhiên liệu trên động cơ Toyota Vios 2007

Chương 3:Thiết kế mô hình phun xăng đánh lửa điện tử trên xe Toyota Vios 2007 Chương 4: Kết luận và hướng phát triển của đề tài

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN Ô TÔ

1.1 Lịch sử phát triển hệ thống phun xăng trên Ô Tô

Lịch sử phát triển của các hệ thống phun xăng đã kéo dài khoảng hơn 100năm, kể từ khi bơm piston được ứng dụng vào phun nhiên liệu năm 1898 trên một

số dòng sản phẩm, và đến nay, các hệ thống phun xăng tiên tiến như EFI, GDI đangđược ứng dụng rộng rãi trên ô tô hiện đại

Vào cuối thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp - ông Stevan - đã nghĩ ra cáchphun nhiên liệu cho một máy nén khí Sau đó một thời gian, Đức đã cho phun nhiênliệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả cao vì chi phí tốn kém và trình

độ công nghệ lúc bấy giờ chưa cho phép Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệthống phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ này

là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp) Tuy nhiên, sau đó sáng kiến này

đã được ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu chomáy bay ở Đức vào năm 1937, khắc phục được nguy cơ đóng băng và cháy nổ của

bộ chế hòa khí Việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống phun xăng bị gián đoạn trongmột khoảng thời gian dài do chiến tranh, đến năm 1955 Đức cho ứng dụng thửnghiệm hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt lên dòng xe thể thao 300

SL của hãng Daimler – Benz (GDI sau đó phát triển đến những năm 1970 rồi dừnglại và và quay trở lại thị trường từ năm 1966 bởi hãng Mitsubishi) đến 1962 ngườiPháp phát triển phun nhiên liệu trên ô tô Peugeot 404 Đến năm 1973, hãngBOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí Trong hệthống phun xăng này, nhiên liệu được phun liên tục vào trước supap hút nên có tên

gọi là K – Jetronic (K- Kontinuierlich – liên tục, Jetronic – tên thương mại của Fuel Injection – phun nhiên liệu) Hệ thống này sau này được phát triển thêm với một

cảm biến oxy và van tần số, một phát triến khác là Ku – Jetronic được phát triển tại

Mỹ với chế độ điều khiển theo vòng kín K – Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng

dụng trên các xe của hãng Mercedes và rất nhiều hãng xe khác, được biết đến với

tên gọi CIS (Continous Injection System ) tại Mỹ, 1994 Porsche 911 Turbo 3.6 là

chiếc xe cuối cùng sử dụng hệ thống phun xăng này

Hệ thống phun xăng K-Jetronic là hệ thống phun xăng cơ bản của các kiểuphun xăng điện tử hiện đại ngày nay Các đặc điểm kỹ thuật của hệ thống phunxăng có thể tóm lược như sau:

Được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí- thuỷ lực

Không cần những dẫn động của động cơ, có nghĩa là động tác điều chỉnh lưulượng xăng phun ra do chính độ chân không trong ống hút điều khiển

Xăng phun ra liên tục và được định lượng tuỳ theo khối lượng không khí nạp

Hình 1.1 Hệ thống phun xăng K-Jetronic

Hệ thống K-Jetronic sau này được cải tiến thêm bằng cách dùng van tần số đểthay đổi áp suất buồng dưới của các bộ chênh lệch áp suất, mục đích là để điềuchỉnh tỷ lệ hỗn hợp để cho động cơ hoạt động được tốt hơn

Đến năm 1985, Hệ thống phun xăng KE-Jetronic được hãng BOSCH chế tạodựa trên nền tảng của hệ thống K-Jetronic và K-Jetronic với van tần số Các nhàthiết kế nhận thấy rằng ở hệ thống K-Jetronic với van tần số thì độ chính xác khôngcao lắm do các cảm biến sử dụng để nhận biết tình trạng làm việc của động cơ còn

quá ít và việc sử dụng van tần số để hiệu chỉnh áp lực các buồng dưới, cũng nhưdùng bộ điều chỉnh áp lực theo nhiệt độ để hiệu chỉnh tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng cácchế độ làm việc của động cơ là chưa hoàn thiện… Bởi vì các chế độ làm việc củađộng cơ phụ thuộc rất nhiều vào thời gian mở và đóng của van tần số và sự thay đổicủa áp suất điều chỉnh trên đỉnh piston Nếu sự phối hợp cả hai yếu tố trên là khôngđồng bộ thì độ tin cậy làm việc của hệ thống là không đảm bảo.

Hình 1.2 hệ thống phun xăng KE-Jetronic

1 – Thùng xăng; 2 – Bơm xăng; 3 – Bộ tích năng; 4 – Lọc xăng; 5 – Bộ điều

áp xăng; 6 – Kim phun xăng; 7 – Đường ống nạp; 8 – Kim phun xăng khởi động lạnh; 9 – Bộ định lượng và phân phối nhiên liệu; 10 – Bộ đo lưu lượng không khí; 11 – Bộ điều chỉnh áp lực bằng điện; 12 – Cảm biến Oxy; 13 – Công tắc nhiệt-thời gian; 14 – Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 15 – Delco;

16 – Van khí phụ; 17 – Công tắc vị trí bướm ga; 18 – ECU; 19 – Công tắc

máy; 20 – Ắc quy.

Để khắc phục nhược điểm trên cũng như dựa vào cơ sở của hệ thống Jetronic với van tần số, các nhà chế tạo đã đưa ra loại KE-Jetronic Ở hệ thống KE-Jetronic, tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng với các điều kiện hoạt động của động cơ dựa vào

K-sự thay đổi áp lực nhiên liệu của các buồng dưới của các bộ chênh lệch áp suất,nhưng áp suất điều khiển ở trên đỉnh piston điều khiển là được giữ cố định Các cảmbiến bố trí xung quanh động cơ của KE-Jetronic được sử dụng nhiều hơn, tín hiệu từcác cảm biến được gửi về trung tâm điều khiển điện tử và từ đó trung tâm điềukhiển sẽ làm thay đổi áp suất trong hệ thống để đáp ứng tốt các yêu cầu làm việccủa động cơ

Như vậy chúng ta thấy rằng ngoài việc định lượng nhiên liệu bằng cơ khí nhưK- Jetronic, hệ thống điện điều khiển của KE-Jetronic sẽ điều chỉnh lại lượng nhiênliệu cung cấp đến các kim phun dựa vào tình trạng làm việc của động cơ theo cácchế độ tải, điều kiện môi trường, nhiệt độ động cơ… Ở hệ thống KE-Jetronic hìnhdạng phễu không khí được chế tạo sao cho tỷ lệ hỗn hợp luôn ở mức  =1 cho tất

cả các chế độ hoạt động của động cơ

Mặc dù K-Jetronic và KE-Jetronic ra đời đã đáp ứng được tỷ lệ hỗn hợp theoyêu cầu ứng với từng chế độ làm việc của động cơ theo hướng cải thiện đặc tính tải,tiêu hao nhiên liệu kinh tế hơn, giảm ô nhiễm môi trường Tuy nhiên vẫn còn điềukhiển bằng cơ khí kết hợp điện tử Để đạt hiệu quả cao hơn người ta đã chế tạo ra

loại phun xăng hoàn toàn điều khiển bằng điện tử (EFI – Electronic Fuel Injection).

Thực ra EFI được phát triển tự khá sớm bởi hãng Bosch của Đức với hai loại là D

(Druck – Pressure) – Jetronic và L (Luft-air)-Jetronic, tuy nhiên sau đó hãng này lại

không phát triển thêm hệ thống này trong một thời gian dài mà tập trung vào Jetronic và KE-Jetronic Cùng thời gian đó, EFI được phát triển mạnh tại Nhật(bằng cách mua bản quyền) và tại Mỹ bởi hãng Bendix( dưới hình thức là một hệthống tương tự) EFI cung cấp tỷ lệ hòa khí cho động cơ một cách tối ưu Tùy theochế độ hoạt động của ôtô, hệ thống này điều khiển thay đổi tỷ lệ xăng- không khímột cách chính xác Cụ thể ở chế độ khởi động hoặc khi động cơ còn nguội , hỗnhợp khí nạp được cung cấp giàu xăng Sau khi động cơ đã đạt nhiệt độ vận hành,

K-hỗn hợp khí nạp sẽ nghèo xăng hơn Ở các chế độ leo dốc hoặc tăng tốc thì K-hỗn hợpkhí nạp lại được cung cấp giàu xăng hơn.

Hình 1.3: Sơ đồ kết cấu cơ bản của hệ thống EFI

Hiện tại thì EFI gần như đã được phát triển hoàn thiện, và là hệ thống phunxăng phổ biến nhất hiện nay Trong tương lai, EFI sẽ dần được thay thế bởi các hệthống phun xăng tiên tiến hơn, cụ thể là hệ thống phun xăng trực tiếp GDI

1.2 Sơ lược về hệ thống phun xăng điện tử EFI

1.2.1 Phân loại

1.2.1.1 Phân loại theo phương pháp xác định lượng khí nạp

Theo phương pháp xác định lượng khí nạp, có thể chia EFI thành 2 loại nhưsau:

 L – EFI : sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp để xác định lượng khí chạy vào

đường ống nạp, có thể xác định trực tiếp khối lượng khí nạp hoặc thông quathể tích khí nạp, cảm biến này được đặt trước cánh bướm ga

 D – EFI : Sử dụng cảm biến đo áp suất chân không trong đường ống nạp

(MAP sensor) để phát hiện lượng khí chạy vào đường ống nạp, cảm biến nàyđược đặt sau cánh bướm ga

Hình 1.4: Hệ thống L – EFI và D – EFI 1.2.1.2 Phân loại theo số điểm phun

Theo số điểm phun ta cũng có hai loại như sau:

 Hệ thống phun đơn điểm TBI (Throttle Body Injection) : còn gọi là SPI (Single Point Injection), CFI (Central Fuel Injection) hay Mono – Jetronic,

đây là loại phun trung tâm, động cơ chỉ sử dụng một hoặc hai kim phun được

bố trí trước cánh bướm ga, loại này tuy có kết cấu đơn giản nhưng đường đicủa hòa khí dài nên dịch chuyển chậm và tăng khả năng thất thoát trên đườngống nạp

 Hệ thống phun đa điểm MPI (Multi Fuel Injection) : Mỗi xylanh được bố trí

một kim phun riêng, lắp phía trước xupap nạp, nhờ vậy đường đi của hòa khíngắn, làm giảm thiểu khả năng thất thoát trên đường ống nạp Đồng thờiđường ống nạp cũng có thể được làm dài và uốn khúc hơn mà không sợ thấtthoát nhiên liệu Điều này giúp cho luọng khí nạp được gia tốc nhiều hơn, đạtđược độ xoáy lốc tốt hơn, từ đó hòa trộn với nhiên liệu dễ dàng hơn

1.2.1.3 Phân loại theo phương pháp phun

Ta có 3 phương pháp sau đây:

Phun độc lập (Independent Injection): Nhiên liệu được phun độc lập cho từng

xylanh ngay trước kì nạp, như vậy trong 2 vòng quay của trục khuỷu thì mỗi xylanhđều được phun một lần

Hình 1.5: Phun độc lập sau 2 vòng quay trục khuỷu Phun theo nhóm (Group Injection) : Sau 2 vòng quay trục khuỷu thì nhiên liệu

được phun cho mỗi nhóm xylanh một lần Động Toyota 1NZ-FE dùng phương phápnày với 2 nhóm phun là nhóm máy 1&3 và nhóm máy 2&4

Hình 1.6: Phun theo nhóm sau 2 vòng quay trục khuỷu Phun đồng loạt (Simultaneus Injection) : Nhiên liệu được phun đồng loạt cho

tất cả các xylanh sau mỗi vòng quay trục khuỷu, như vậy sau hai vòng quay trụckhuỷu lượng nhiên liệu cần thiết để đốt cháy được phun làm hai lần

Hình 1.7: Phun đồng loạt sau 2 vòng quay trục khuỷu

1.2.1.4 Phân loại theo kỹ thuật điều khiển

Theo cách này, người ta chia hệ thống EFI làm hai loại:

 Điều khiển dựa trên các mạch tương tự (Analog)

 Điều khiển dựa trên nền tảng kỹ thuật số (Digital)

Trước đây, khi kỹ thuật điều khiển phun xăng mới xuất hiện thì mạch Analogđược sử dụng nhiều, sau này các hệ thống điều khiển động cơ được thiết kế dựa trênnền tảng kỹ thuật số

1.2.2 Các kết cấu cơ bản của hệ thống phun xăng điện tử

1.2.2.1 Các cảm biến cho tín hiệu ngõ vào

Hệ thống EFI sử dụng các cảm biến để phát hiện tình trạng hoạt động củađộng cơ và của xe, tín hiệu từ các cảm biến này được truyền đến ECU sau đó đượcECU xử lý, đưa ra tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành, sau đây là các cảmbiến cơ bản ung trên hệ thống EFI :

 Cảm biến đo gió : có thể xác định trực tiếp khối lượng (kiểu dây nhiệt) haygián tiếp qua điện áp (kiểu trượt), qua thể tích khí nạp (kiểu Karman quang,Karma siêu âm) hoặc thông qua việc xác định áp suất tuyệt đối trên đường ống

nạp bằng cảm biến MAP (MAP-Maniford Absolute Pressure).

 Bộ tín hiệu G, Ne : Được kết hợp để xác định góc quay chuẩn của trục khuỷu

và tốc độ của động cơ

 Cảm biến vị trí bướm ga : phát hiện góc mở của bướm ga

 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát : phát hện nhiệt độ của nước làm mát

 Cảm biến nhiệt độ khí nạp : phát hiện nhiệt độ của khí nạp

 Cảm biến Oxy : phát hiện nồng độ Oxy có trong khí thải

 Cảm biến kích nổ : phát hiện nguy cơ kích nổ của động cơ để kịp thời giảmgóc đánh lửa sớm

Thông tin chi tiết của từng cảm biến sẽ được trình bày cụ thể ở phần sau

1.2.2.2 Khối điều khiển điện tử (ECU)

1.2.2.2.1 Tổng quan

Hệ thống điều khiển động cơ bao gồm các cảm biến nhận biết liên tục tìnhtrạng hoạt động của động cơ, một bộ ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lý tínhiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành (kim phun, bơm xăng,bobine ) Cơ cấu chấp hành này luôn bảo đảm thừa lệnh ECU và đáp ứng các tínhiệu phản hồi từ các cảm biến Hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ đem lại

sự chính xác và thích ứng cần thiết để giảm tối đa chất độc hại trong khí thải cũngnhư đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu Ngoài ra ECU còn giúp chẩn đoán động cơ khi

có sự cố xảy ra

Bộ điều khiển, máy tính, ECU hay hộp đen là những tên gọi khác nhau củamạch điều khiển điện tử Nhìn chung, đó là bộ tổ hợp vi mạch và linh kiện phụ dùng

để nhận biết tín hiệu, trữ thông tin, tính toán, quyết định chức năng hoạt động và gởi

đi các tín hiệu điều khiển thích hợp

Cấu trúc điều khiển bao gồm: ngõ vào (inputs) với chủ yếu là tín hiệu từ các cảm biến; hộp ECU (electronic control unit) là bộ não của hệ thống ; ngõ ra (outputs) là tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành (actuators) như kim phun,

bobine, van điều khiển cầm chừng…

Hình 1.8 Tổng quan sơ đồ cấu trúc điều khiển

ECU được đặt trong một vỏ kim loại để giải nhiệt tốt và được bố trí ở nơi ít bịảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm

Các linh kiện điện tử của ECU được sắp xếp trong một mạch in, trên đó có ghichú kí hiệu các chân và các linh kiện của mạch ECU liên kết với hệ thống điện, cáccảm biến và cơ cấu chấp hành qua các giắc ghim

Tín hiệu G, Ne Lưu lượng gió

Nhiệt độ nước làm mát Nhiệt độ khí nạp

Vị trí bướm ga Tín hiệu khởi động Cảm biến oxy Điện áp accu Các cảm biến khác

1.2.2.2.2 Cấu tạo của ECU

a Các kiểu bộ nhớ được sử dụng trong ECU

Bộ nhớ trong ECU được chia làm 4 loại như sau:

ROM (Read Only Memory) : Bộ nhớ dự trữ thông tin thường trực, chỉ đọc

được thông tin cài sẵn của nhà sản xuất chứ không ghi được thêm thông tin, ROMđược dùng để cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý

RAM (random access memory) : Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu trữ

thông tin mới được ghi trong bộ nhớ và xác định bởi vi xử lý RAM có thể đọc vàghi các số liệu theo địa chỉ bất kỳ Ram có hai loại:

 Loại RAM xóa được: bộ nhớ sẽ mất khi mất dòng điện cung cấp

 Loại RAM không xóa được: vẫn duy trì bộ nhớ cho dù khi tháo nguồn cungcấp ôtô RAM lưu trữ những thông tin về hoạt động của các cảm biến dùngcho hệ thống tự chuẩn đoán

PROM (programmable read only memory) : Cấu trúc cơ bản giống như ROM

nhưng cho phép lập trình (nạp dữ liệu) ở nơi sử dụng chứ không phải nơi sản xuấtnhư ROM PROM cho phép sửa đổi chương trình điều khiển theo những đòi hỏikhác nhau

KAM (keep alive memory) : KAM dùng để lưu trữ những thông tin mới

(những thông tin tạm thời) cung cấp đến bộ vi xử lý KAM vẫn duy trì bộ nhớ cho

dù động cơ ngưng hoạt động hoặc tắt công tắc máy Tuy nhiên, nếu tháo nguồncung cấp từ accu đến máy tính thì bộ nhớ KAM sẽ bị mất

b) Bộ chuyển đổi A/D (Analog to Digital Converter)

Các tín hiệu dạng tương tự (Analog) về sự thay đổi điện áp chuyển về từ các

cảm biến như cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến nhiệt độ khí nạp, tín hiệu

G, Ne trước khi được đưa đến bộ vi xử lý cần phải qua bộ chuyển đổi A/D nhằmchuyển các tín hiệu sang dạng số (xung vuông) để các vi xử lý có thể hiểu được

Hình 1.9 Bộ chuyển đổi A/D c) Bộ ổn áp (Voltage regulator).

Điện áp mà máy phát điện và accu cung cấp là không ổn định, trong khi bộ vi

xử lý và các cảm biến với những linh kiện điện tử bán dẫn phải cần điện áp ổn địnhmới có thể hoạt động tốt được Vì thế cần có một bộ ổn áp cung cấp điện áp ổn địnhđến các thiết bị, bộ phận này, hiện nay người ta thường dùng bộ ổn áp sử dụng IC

d) Bộ vi xử lý ( Micropprocessor )

Có thể coi bộ vi xử lý như “bộ não” của ECU, có rất nhiều họ vi điều khiển và

do nhiều hãng chế tạo được sử dụng trong ECU: General Instrument, Motorola,Dallas… Nhưng đều có nhiệm vụ chung là xử lý tín hiệu gửi đến từ cảm biến vàđưa đến cơ cấu chấp hành theo một chương trình đã định sẵn

Cấu tạo chung của vi điều khiển sẽ gồm có các chân vào/ra (I/O) để nhận và truyền

dữ liệu, CPU xử lý các phép toán cộng trừ nhân chia và các phép toán logic Ram đểlưu các dữ liệu xử lý tức thời, PRom bộ ghi nhờ trương chình do nhà sản xuất càivào, cùng các đường các đường truyền dữ liệu (BUS)

1.2.2.3 Tín hiệu ngõ ra và các cơ cấu chấp hành

Sau khi nhận và xử lý các tín hiệu từ các cảm biến, bộ vi xử lý truyền các tínhiệu điều khiển đến các transistor công suất để điều khiển các cơ cấu chấp hành nhưkim phun, bơm xăng thông qua các solenoid, relay

Hình 1.10 Transistor đóng ngắt solenoid

Các cơ cấu chấp hành thừa lệnh điều khiển của ECU trong hệ thống phun xăng

bao gồm bơm xăng, các kim phun và van không tải ISC (Idle Speed Control).

1.3 Ưu nhược điểm của EFI với hệ thống dùng chế hòa khí.

So với hệ thống chế hòa khí thì hệ thống phun xăng EFI có những ưu điểm nổibật sau:

Phân phối hòa khí đồng đều đến từng xylanh

Ở các chế độ chuyển tiếp động cơ hoạt động tốt hơn, chạy không tải êm dịu hơn

Tiết kiệm nhiên liệu, giảm được các khí thải độc hại và đáp ứng được các tiêuchuẩn khắt khe về khí thải vì đảm bảo chính xác hệ số dư lượng không khí (λ

Đạt được tỉ lệ hòa khí dễ dàng và chính xác nhờ điều khiển bằng điện tử

Nhiên liệu hòa trộn dễ dàng hơn, không bị thất thoát nhiên liệu trên đường ốngnạp

Bên cạnh những ưu điểm trên, so với bộ chế hòa khí thì hệ thống phun xăngđiện tử EFI có các nhược điểm như giá thành chế tạo cao, chi phí bảo dưỡng sữachữa cao và cần kĩ thuật viên có trình độ chuyên môn tốt Bỏ qua những nhượcđiểm trên, và để đáp ứng được các quy định về khí thải ngày càng khắt khe, hệthống EFI cùng với những tính năng ưu việt của nó, đang là hệ thống phun xăngphổ biến nhất trên ô tô hiện nay

Chương 2: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA VIOS

2007

2.1 Giới thiệu về xe Toyota Vios 2007

Xe Toyota Vios là xe sedan cỡ nhỏ 4 chỗ.Sử dụng động cơ 1NZ- FE I4 dungtích 1.6l, DOHC và VVT-I công xuất cực đại 80kW tại 6000v/p,momen xoắn cựcđại 141Nm tại 4200v/p

2.2 Hệ thống nhiên liệu động cơ của xe Toyota Vios 2007

2.2.1 Sơ đồ tổng quát và nguyên lý hoạt động

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Toyota 1NZ-FE

Nguyên lý hoạt động :

Xăng được bơm đưa từ thùng chứa, qua lọc xăng theo đường ống dẫn xăngđến ống phân phối Tại một đầu của ống phân phối có gắn bộ giảm rung động đểhấp thụ các xung rung động do kim phun gây ra, dầu còn lại được gắn với bộ điều

áp, khi độ chênh lệch áp suất trong ống phân phối và đường ống nạp cao hơn mộtmức định trước thì bộ điều áp sẽ mở cho xăng chảy về thùng chứa theo đường xănghồi, nhằm giữ cho áp suất nhiên liệu trong ống phân phối luôn cao hơn áp suất trongđường ống nạp một mức không đổi Xăng sau đó sẽ được phun vào xylanh theo sựđiều khiển của ECU

2.2.2 Cấu tạo các bộ phận của hệ thống nhiên liệu

2.2.2.1 Kim phun nhiên liệu

Vòi phun trên động cơ 1NZ-FE là loại vòi phun đầu dài, trên thân vòi phun cótấm cao su cách nhiệt và giảm rung cho vòi phun, các ống dẫn nhiên liệu đến vòiphun được nối bằng các giắc nối nhanh

Vòi phun hoạt động bằng điện từ, lượng phun và thời điểm phun nhiên liệu phụthuộc vào tín hiệu từ ECU Vòi phun được lắp vào nắp quy lát ở gần cửa nạp củatừng xy lanh qua một tấm đệm cách nhiệt và được bắt chặt vào ống phân phối xăng.Cấu tạo và nguyên lý cụ thể của kim phun như sau:

Hình 2.2 Kết cấu kim phun

1 - Nhiên liệu vào; 2 - Giắc ghim điện; 3 – ty kim; 4 - Lỗ phun;

5 - Lưới lọc; 6 - Lò xo hồi; 7 - Piston; 8 - Cuộn dây Solenoid.

Nhiên liệu đã được nén sẽ từ ống phân phối vào đầu kim phun, qua một lưới lọc rồi qua các khe hở đi đến chờ sẵn ở lỗ phun Một điện áp 12V được cấp sẵn tại cuôn dây solenoid nhưng chưa được nối mát Khi cần phun nhiên liệu, ECU sẽ điều khiển mở transistor công suất bên trong ECU, cấp mass cho nguồn tại solenoid Cuôn dây được cung cấp điện tạo ra lực điện từ hút piston và ty kim đi lên, lỗ phun được mở ra và nhiên liệu được phun ra ngoài

Hình 2.3 Một số kiểu phun

Một kim phun tốt phải đáp ứng được các yêu cầu sau đây: Đo dòng nhiên liệuchính xác, chùm nhiên liệu phun phải thẳng, phạm vi hoạt động rộng (phun nhiềuhay ít), chùm phun tốt, không rò rỉ, không ồn, bền Có rất nhiều loại kim phun khácnhau với chùm phun khác nhau áp dụng cho các loại động cơ khác nhau Khi thaythế hoặc lắp lại kim phun luôn sử dụng gioăng chữ O mới và phải lắp đúng vị trí.

Hình 2.4: Sơ đồ mạch điện điều khiển vòi phun động cơ 1NZ-FE

Điện áp acquy cung cấp trực tiếp đến kim phun qua công tắc máy Khitransistor T trong ECU mở sẽ có dòng chạy qua kim phun, qua chân

#10,#20,#30,#40 về mass Trong khi transistor mở dòng điện chay qua kim phunlàm nhất ty kim và nhiên liệu được phun vào trước xupap nạp

2.2.2.2 Bơm nhiên liệu

Bơm nhiên liệu có nhiệm vụ đưa nhiên liệu từ thùng chứa theo đường ống dẫnđến ống phân phối để cung cấp cho kim phun EFI sử dụng các loại bơm xăng chạyđiện, chúng có ưu điểm là có thể tạo áp suất cao hơn so với bơm cơ khí và ít gâydao động lưu lượng (áp suất) hơn Bơm hoạt động không phụ thuộc vào dẫn động

cơ khí từ động cơ nên nó bắt đầu làm việc ngay khi bật công tắc khởi động Thườnggặp 2 loại bơm xăng bằng điện: một loại được đặt ngay trong thùng xăng (ngậptrong xăng) và một loại bơm đặt ngoài Hai loại bơm này khác nhau về mặt cấu tạo

và nguyên lý làm việc, nhưng có điểm chung là đều được làm mát bằng chính nhiênliệu

Hiện nay phần lớn các động cơ ôtô sử dụng loại bơm đặt trong thùng Đâycũng là loại được dùng cho động cơ Toyota 1NZ-FE, nó ít ồn hơn và gây dao động

áp suất nhỏ hơn Bơm được đặt ngập trong xăng, bao gồm một động cơ điện đặttrong một vỏ kín, phía dưới của động cơ là đĩa bơm có các cánh gạt nhiên liệu, đĩanày được lắp cố định bằng then hoa trên trục động cơ Khi động cơ làm việc, đĩaquay và các cánh của nó gạt nhiên liệu đi từ cửa hút sang cửa đẩy Ra khỏi bơm,nhiên liệu đi qua động cơ điện và làm mát nó Trên đường ra của bơm có bố trí mộtvan an toàn và một van một chiều Khi áp suất trong bơm vượt quá áp suất giới hạncủa van an toàn thì van này sẽ mở và cho xăng chảy qua nó về thùng Van mộtchiều đóng ngay lại khi động cơ dừng, nhờ vậy mà luôn luôn tồn tại một áp suất dưtrong hệ thống nhiên liệu cũng như cho phép tránh được hiện tượng bay hơi xăngtrong hệ thống, từ đó tạo điều kiện cho việc khởi động lại được dễ dàng

Bơm cùng với lưới lọc tạo thành một cụm và được gắn phía trong thùng nhiênliệu, cấu tạo cụ thể như sau:

Hình 2.5 Cấu tạo bơm nhiên liệu

Như trong hình vẽ, khi động cơ quay, dòng điện chạy từ cực ST của khóa điệnđến cuộn dây L2 của role bơm xăng, sau đó tiếp đất Do đó role bơm xăng bật vàkết quả là dòng điện chạy đến bơm xăng Đồng thời ECU nhận được tín hiệu NE từ

cảm biến tốc độ động cơ, transitor ở bên trong ECU bật lên Kết quả là dòng điệnchạy qua cuộn dây L1 của role này và giữ cho nó luôn bật khi động cơ đang chạy.

Hình 2.6: Sơ đồ mạch điện điều khiển bơm xăng

Ngoài ra, trên một số hệ thống phun xăng điện tử còn sử dụng mach điềukhiển tốc độ bơm xăng Chức năng này có tác dụng làm giảm tốc độ của bơm nhiênliệu để làm giảm độ mòn của bơm cũng như lương điện năng tại thời điểm khôngcần cung cấp một lượng lớn nhiên liệu cho động cơ, như khi động cơ đang chạykhông tải

Khi động cơ đang chạy ở chế độ cầm chừng hay điều khiển tải nhẹ, ECU điềukhiển transitor mở, có dòng điện chạy qua cuộn dây của role điều khiển bơm nhiênliệu, tạo lực hút đóng tiếp điểm B, cung cấp điện cho bơm xăng hoạt động qua điệntrở R Lúc này bơm xăng quay ở tốc độ thấp

Khi động cơ đang chạy ở tốc độ cao hay tải nặng, ECU sẽ điều khiển transistorđóng lại ngắt dòng qua cuộn dây của role điều khiển bơm nhiên liệu Tiếp điểmđược trả về vị trí A, cung cấp dòng trực tiếp đến bơm Nhờ vậy bơm quay với tốc độnhanh để cung cấp lượng xăng cần thiết cho chế độ này

2.2.2.3 Lọc nhiên liệu

Hình 2.7: Bộ lọc nhiên liệu

Bộ lọc nhiên liệu có nhiệm vụ là: lọc tất cả các chất bẩn và tạp chất khác ra khỏinhiên liệu Nó được lắp tại phía có áp suất cao của bơm nhiên liệu Ưu điểm của loạilọc thấm kiểu dùng giấy là giá rẻ, lọc sạch Tuy nhiên, loại lọc này cũng có nhược điểm

là tuổi thọ thấp, chu kỳ thay thế trung bình khoảng 4500km

Hình 2.8: Kết cấu bộ lọc nhiên liệu 1:Thân lọc nhiên liệu; 2:Lõi lọc; 3:Tấm lọc;

4:Cửa xăng ra; 5:Tấm đỡ; 6:Cửa xăng vào.

Xăng từ bơm nhiên liệu vào cửa (6) của bộ lọc, sau đó xăng đi qua phần tử lọc(2) Lõi lọc được làm bằng giấy, độ xốp của lõi giấy khoảng 10m Các tạp chất có kích thước lớn hơn 10m được giữ lại đây Sau đó xăng đi qua tấm lọc (3) các tạp chất nhỏ hơn 10m được giữ lại và xăng đi qua cửa ra (5) của bộ lọc là xăng tương đối sạch cung cấp quá trình nạp cho động cơ

2.2.2.4 Ống phân phối

Ống phân phối có nhiệm vụ tiếp nhận nhiên liệu được bơm lên từ thùng, lưutrữ và sẵn sàng cung cấp cho các kim phun Ống này thường được lắp song song và

gần với đường ống nạp, ở một đầu ống gần puly có gắn một bộ điều áp, đầu còn lạiđược gắn một bộ giảm rung động.

Hình 2.9: Ống phân phối nhiên liệu 2.2.2.5 Bộ điều áp

Bộ điều áp trên ô tô có hai loại: loại thứ nhất có tác dụng giữ cho áp suất nhiênliệu vào kim phun luôn ở một mức không đổi (khoảng 3,3 Kgf/cm2), đây là loại điều

áp đặt ngay trong thùng xăng, áp suất được ấn định bởi một lò xo); loại thứ hai duytrì áp suất nhiên liệu ở mức cao hơn áp suất tương ứng trong đường ống nạp một giátrị không đổi ( khoảng 2,9 Kgf/cm2, đây là loại điều áp đặt ngoài, áp suất được ấnđịnh bởi một lò xo và độ chân không trong đường ống nạp)

Động cơ Toyota 1NZ-FE sử dụng bộ điều áp loại đặt bên ngoài thùng nhiênliệu và có cấu tạo như hình dưới đây:

Hình 2.10: Bộ điều áp

Hình 2.11: Cấu tạo bộ điều áp xăng

1 Đường chân không (nối với đường nạp phía

sau bướm ga)

2 Lò xo áp lực

3 Chụm giữ van

4 Màng

5 Van

6 Đường xăng vào

7 Đường xăng hồi

Độ chênh lệch áp suất trong ống phân phối

và đường ống nạp được ấn định bởi một lò xo Tuy nhiên, áp suất trong đường ốngnạp thường xuyên thay đổi theo sự đóng mở của bướm ga, nếu áp suất trong ốngphân phối không thay đổi tương ứng thì lượng xăng phun ra sẽ không chính xác nhưECU đã tính toán (vì ngoài tiết diện lỗ phun và khoảng thời gian phun, lượng xăngphun ra còn phụ thuộc vào độ chênh áp giữa phía bên trong và bên ngoài lỗ phun)

Vì vậy người ta gắn thêm vào bộ điều áp một đường ống dẫn đến đường ống nạp, từ

đó lợi dụng vào sự thay đổi của độ chân không ở đây để điều chỉnh áp suất trongống phân phối Khi áp suất trong ống nạp giảm, độ chân không tăng sẽ hút màngcủa bộ điều áp lên, làm mở van cho xăng hồi về thùng, từ đó là cho áp suất trongống phân phối giảm tương ứng Khi áp suất ống nạp tăng trở lại, bộ điều áp sẽ đóng

để cho áp suất trong ống phân phối đạt được độ tăng tương ứng, duy trì độ chênh ápmột cách ổn định

2.2.2.6 Bộ giảm rung động

Bộ giảm rung động được gắn ở một đầu của ống phân phối, nó dùng một màngngăn để hấp thụ các xung rung động do kim phun và bơm xăng gây ra

Hình 2.12: Cấu tạo và hoạt động của bộ giảm rung động

2.3 Hệ thống điều khiển nhiên liệu trên động cơ Toyota Vios 2007

2.3.1 Sơ đồ mạch điện điều khiển

Hình 3.9 dưới đây là sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ 1NZ-FE sử dụng trên xeToyota Vios 2007 và cũng chính là mạch điện tham khảo cho việc thiết kế mô hình :

Các cảm biến nhận biết lượng khí nạp, tốc độ động cơ, tải của động cơ, nhiệt

độ của nước làm mát và khí nạp, sự tăng tốc/giảm tốc và gửi các tín hiệu này đếnECU ECU sau đó sẽ xác định thời gian phun chính xác và gửi một tín hiệu đến cáckim phun Các kim phun sẽ phun nhiên liệu vào đường ống nạp phụ thuộc vào tínhiệu này

2.3.2.1 Cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt

Cảm biến lưu lượng khí nạp là một trong những cảm biến quan trọng nhất vì nóđược sử dụng trong EFI để phát hiện khối lượng hoặc thể tích không khí nạp

Hiện nay hầu hết các xe sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp khí kiểu dây nóng vì

nó đo chính xác hơn, trọng lượng nhẹ hơn và độ bền cao hơn

Hình 2.14: Cấu tạo cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt

Hình 2.15: Cấu tạo và đường đặc tuyến của cảm biến

Dòng điện chạy vào dây sấy (bộ sấy) làm cho nó nóng lên Khi không khí chạy quanh dây này, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối không khí nạp Bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ của dây sấy không đổi, dòng điện đó sẽ tỷ lệ thuận với khối không khí nạp Sau đó có thể đo khối lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó Trong trường hợp của cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy, dòng điện này được biến đổi thành một điện áp, sau đó được truyền đến ECU động cơ từ cực VG

Mạch điện bên trong

Hình 2.16:sơ đồ mạch điện của cảm biến

Trong cảm biến lưu lượng khí nạp thực tế, như trình bày ở hình minh họa, một dây sấy được ghép vào mạch cầu Mạch cầu này có đặc tính là các điện thế tại điểm A

và B bằng nhau khi tích của điện trở theo đường chéo bằng nhau

([Ra+R3]*R1=Rh*R2)

Khi dây sấy này (Rh) được làm mát bằng không khí nạp, điện trở tăng lên dẫn đến

sự hình thành độ chênh giữa các điện thế của các điểm A và B Một bộ khuyếch đại

xử lý phát hiện chênh lệch này và làm tăng điện áp đặt vào mạch này (làm tăng dòng điện chạy qua dây sấy (Rh)) Khi thực hiện việc này, nhiệt độ của dây sấy (Rh) lại tăng lên dẫn đến việc tăng tương ứng trong điện trở cho đến khi điện thế của các điểm A và B trở nên bằng nhau (các điện áp của các điểm A và B trở nên cao hơn)

Bằng cách sử dụng các đặc tính của loại mạch cầu này, cảm bíên lưu lượng khí nạp có thể

đo được khối lượng không khí nạp bằng cách phát hiện điện áp ở điểm B

Trong hệ thống này, nhiệt độ của dây sấy (Rh) được duy trì liên tục ở nhiệt độ không đổi cao hơn nhiệt độ của không khí nạp, bằng cách sử dụng nhiệt điện trở (Ra) Do đó, vì có thể đo được khối lượng khí nạp một cách chính xác mặc dù nhiệt

độ khí nạp thay đổi, ECU của động cơ không cần phải hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu đối với nhiệt độ không khí nạp

Ngoài ra, khi mật độ không khí giảm đi ở các độ cao lớn, khả năng làm nguội của không khí giảm xuống so với cùng thể tích khí nạp ở mức nước biển Do đó mức làm nguội cho dây sấy này giảm xuống Vì khối khí nạp được phát hiện cũng

sẽ giảm xuống, nên không cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn

2.3.2.2 Tín hiệu Ne và tín hiệu G

Tín hiệu Ne và G được tạo ra bởi cuộn nhận tính hiệu, sử dụng nguyên lý điện

từ, bao gồm một cảm biến vị trí trục cam hoặc cảm biến vị trí trục khuỷu, và đĩa tínhiệu ( rotor tín hiệu) Thông tin từ hai tín hiệu này được kết hợp bởi ECU động cơ

để phát hiện đầy đủ góc của trục khuỷu và tốc độ động cơ

Hai tín hiệu này không chỉ rất quan trọng đối với các hệ thống EFI mà cònquan trọng đối với cả hệ thống ESA

Cảm biến vị trí trục cam G

Trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín hiệu G2 có 4răng Khi trục cam quay, khe hở không khí giữa các vấu nhô ra trên trục cam vàcảm biến này sẽ thay đổi Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp trong cuộn nhận tínhiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G2 Tín hiệu G2 này được chuyển

đi như một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp nó vớitín hiệu NE từ cảm biến vị trí của trục khuỷu để xác định điểm chết trên kỳ nén củamỗi xi lanh để đánh lửa và phát hiện góc quay của trục khuỷu ECU động cơ dùngthông tin này để xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa

Hình 2.18: cảm biến vị trí trục khuỷu.

Hình 2.19: Sơ đồ mạch điện và tín hiệu ra của cảm biến vị trí trục cam và

vị trí trục khuỷu 2.3.2.3 Cảm biến vị trí bướm ga

Động cơ 1NZ-FE sử dụng cảm biến vị trí bướm ga có 3 chân VC, VTA, E2

mà không có dây IDL, loại tuyến tính, nó gồm một con trượt và một điện trở Mộtđầu điện trở được gắn với cực Vc (cấp nguồn 5V), đầu còn lại gắn với cực E2 củacảm biến (cấp Mass) Một đầu của con trượt trượt lên điện trở và đầu còn lại gắnvới cực VTA của cảm biến Các cực của cảm biến được nối với các chân tương ứngtrên ECU ECU cấp nguồn 5V và Mass đến cho cảm biến, đồng thời nhận tín hiệuđiện áp từ cực VTA của cảm biến, điện áp được đặt vào cực này sẽ tỉ lệ thuận với

độ mở của cánh bướm ga Sơ đồ mạch điện như sau:

Hình 2.20: Mạch điện cảm biến vị trí cánh bướm ga

Hình 2.21: Đương đặc tuyến của cảm biến vị trí bướm ga

Khi điện áp từ chân VTA gởi về ECU nằm trong khoảng 0.3 – 0.8 V, ECU sẽhiểu là bướm ga đã đóng, khi cánh bướm ga mở hoàn toàn thì điện áp gởi về là4.9V

2.3.2.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Dùng để xác định nhiệt độ động cơ, thường là một trụ rỗng có ren ngoài, bên

trong có gắn một điện trở dạng bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm (NTC – negative temperature co-efficient) Khi nhiệt độ tăng điện trở giảm và khi nhiệt độ giảm thì

điện trở tăng Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp, tín hiệu nàygiúp ECU biết được nhiệt độ của động cơ

Hình 2.22: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.

Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ Điệntrở mà Cảm biến này sử dụng có hệ số nhiệt ddienj trỏ âm nên khi nhiệt độ tăngđiện trở giảm và ngược lại Các loại cảm biến nhiệt độ hoạt động cùng nguyên lýnhưng mức hoạt động và sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ có khác nhau Sự thayđổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp được gởi đến ECU trên nền tảngcầu phân áp

Hình 2.23: Sơ đồ mạch điện cảm biến nước làm mát

Hình 2.24: Đường đặc tuyến của cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Điện áp Vc 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệtđộ) tới cảm biến rồi trở về ECU về mass, tạo thành một cầu phân áp Điện áp điểmgiữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự - số (bộ chuyển đổi A/D

Converter – analog to digital converter)

Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộbiến đổi ADC lớn Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xung vuông vàđược giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECU biết động cơ đang lạnh Khiđộng cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm, báo choECU biết là động cơ đang nóng, từ có đưa ra tín hiệu điều khiển thích hợp

2.3.2.5 Cảm biến nhiệt độ khí nạp

Cảm biến nhiệt độ khí nạp dùng để xác định nhiệt độ khí nạp Cũng giống nhưcảm biến nhiệt độ nước, nó gồm có một nhiệt điện trở có hệ số nhiệt điện trở âmđược gắn trong bộ đo gió hoặc trên đường ống nạp.

Hình 2.25: Mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp

Hình 2.26: Đường đặc tuyến của cảm biến nhiệt độ khí nạp

Cảm biến nhiệt độ khí nạp này đo nhiệt độ của không khí nạp Lượng và mật

độ không khí sẽ thay đổi theo nhiệt độ của không khí Vì vậy cho dù lượng khôngkhí được cảm biến lưu lượng khí nạp phát hiện là không thay đổi, lượng nhiên liệuphun phải được hiệu chỉnh Tuy nhiên cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy trựctiếp đo khối lượng không khí Vì vậy không cần phải hiệu chỉnh

2.3.2.6 Cảm biến kích nổ

Cảm biến kích nổ được gắn vào thân máy và truyền tín hiệu KNK tới ECUđộng cơ khi phát hiện tiếng gõ động cơ ECU động cơ nhận tín hiệu KNK và làm trễthời điểm đánh lửa để giảm tiếng gõ

Hình 2.27: mạch điện và đường đặc tuyến của cảm biến kích nổ

Cảm biến này có một phần tử áp điện, tạo ra một điện áp xoay chiều khi tiếng

gõ gây ra rung động trong thân máy và làm biến dạng phần tử này Thông thườngthì kích nổ xảy ra ở tần số khoảng 7KHz tùy theo từng động cơ, từ đó người ta sửdụng tinh thể thạch anh có kích thước với tần số riêng trùng với tần số này để xảy rahiện tượng cộng hưởng, khi đó tinh thể thạch anh sẽ chịu áp lực lớn nhất và điện áptruyền về ECU sẽ tăng lên nhanh chóng đến một mức dưới 2.5 V Lúc này ECUnhận biết có kích nổ trong động cơ và ra tín hiệu điều khiển giảm góc đánh lửa chođến khi hết kích nổ Nếu như tín hiệu điều khiển này không hoạt động, ECU sẽ bậtchức năng an toàn để tự động giảm góc đánh lửa, tránh gây tổn hại cho động cơ

2.3.2.7 Cảm biến Oxy

Cảm biến ôxy được bố trí trên đường ống thải, dùng để nhận biết nồng độ ôxy

có trong khí thải, từ đó xác định tỉ lệ nhiên liệu và không khí trong buồng đốt củađộng cơ là đậm hay nhạt so với tỉ lệ hòa khí lí thuyết, từ đó gửi tín hiệu về ECU đểECU xử lý và cho tín hiệu điều chỉnh lại tỉ lệ không khí/nhiên liệu cho phù hợp.Động cơ 1NZ-FE dùng hai cảm biến Oxy 4 chân loại Ziconium đặt trên đường ống

xả phía gần với buồng đốt động cơ để làm công việc này

Hình 2.28: Cấu tạo cảm biến Oxy

Cảm biến oxy có một phần tử làm bằng ziconi ôxit (ZrO2), đây là một loạigốm Bên trong và bên ngoài của phần tử này được bọc bằng một lớp platin mỏng.Không khí chung quanh được dẫn vào bên trong còn phía ngoài của cảm biến lộ raphía khí thải Ở nhiệt độ cao (400°C [752°F] hay cao hơn), phần tử zirconi tạo ramột điện áp do sự chênh lệch lớn giữa các nồng độ của ôxy ở phía trong và phíangoài của phần tử zirconi này Vì ở nhiệt độ này cảm biến mới hoạt động được nênngười ta dùng một điện trở dây sấy đặt vào mặt trong lớp ziconi để giúp nó hoạtđộng nhanh hơn, giảm được thời gian chờ Dây sấy này được cấp nguồn B+ và đượcđiều khiển bởi ECU thông qua cực HT.

Ngoài ra, platin tác động như một chất xúc tác để gây ra phản ứng hóa họcgiữa oxy và cácbon monoxit (CO) trong khí xả Vì vậy, điều này sẽ làm giảm lượngoxy và tăng tính nhạy cảm của cảm biến

Khi hỗn hợp không khí - nhiên liệu nghèo, chỉ có một chênh lệch nhỏ về nồng

độ của oxy giữa bên trong và bên ngoài của phần tử zirconi Do đó, phần tử zirconi

sẽ chỉ tạo ra một điện áp thấp (0,1÷0,4V) Ngược lại, khi hỗn hợp không khí - nhiênliệu giàu, hầu như không có oxy trong khí xả Vì vậy, có sự khác biệt lớn về nồng

độ oxy giữa bên trong và bên ngoài của cảm biến này để phần từ zirconi tạo ra mộtđiện áp tương đối lớn (0,6÷1 V) Tín hiệu điện áp này khi đi vào ECU sẽ đi quamạch so sánh, nếu lớn hơn 0,45 V thì được xem là ở mức cao (hòa khí giàu), nếunhỏ hơn 0,45 V thì được xem là thấp(hòa khí nghèo).Căn cứ vào tín hiệu (gọi là tínhiệu OX) này , ECU động cơ sẽ tăng hoặc giảm lượng phun nhiên liệu để duy trì tỷ

lệ không khí - nhiên liệu trung bình ở tỷ lệ không khí - nhiên liệu lý thuyết

Hình 2.29: Mạch điện cảm biến Oxy

Hình 2.30: Đường đặc tuyến của cảm biến Oxy 2.3.2.8 Một số tín hiệu khác

Ngoài các tín hiệu từ các cảm biến ở trên, để hiệu chỉnh chính xác tỉ lệ hòa khíthích hợp cho từng trạng thái hoạt động của động cơ, ECU còn sử dụng thêm một sótín hiệu khác như:

Tín hiệu khởi động STA

Tín hiệu điều hòa (ACA, ACC )

Tín hiệu phụ tải ELS

2.3.3 Điều khiển lượng nhiên liệu

2.3.3.1 Điều khiển lượng phun cơ bản

Tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu lí tưởng là tỷ lệ của lượng nhiên liệu vàkhông khí (chứa ôxy) tối thiểu cần thiết để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu

Xăng là hỗn hợp của một số dạng hyđrôcacbon, trong đó chủ yếu là ốctan(C8H18), phản ứng chấy của nó như sau:

2C8H18 + 25O2 → 16CO2 + 18H2O

Để đốt cháy 1g ốctan và sản sinh ra nước và cacbondiôxít thì cần đến 15gkhông khí Trên thực tế, nhiên liệu không phải là ốctan thuần chất mà là ôctan vàcác HC khác nhau Vì vậy, tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu lí tưởng là 14,7:1.ECU căn cứ vào lượng khí nạp và tốc độ của động cơ để xác định lượng phun

cơ bản nhằm tạo ra hòa khí có tỉ lệ không khí – nhiên liệu ngang bằng với tỉ lệ tỉ lệkhông khí – nhiên liệu lí tưởng Tuy nhiên, để đạt được tỉ lệ hòa khí lí tưởng và giúpđộng cơ có thể vận hành một cách hợp lí ở tất cả các chế độ làm việc, ECU còn phảixác định thêm một lượng phun hiệu chỉnh ứng với từng trạng thái của động cơ vàcủa xe Từ đó ta thấy lượng phun thực tế chính là sự kết hợp giữa lượng phun cơbản và lượng phun hiệu chỉnh của ECU

Dưới đây là sơ đồ khối điều khiển lượng phun của động cơ Toyota 1NZ-Fe :