Đồ án KHAI THÁC HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 1NZFE

Loại tích hợp tức điều khiển cả phun xăng và đánh lửa hệ thống này cónhiều tên gọi khác nhau: Bosch đặt tên là Motronic, Toyota có tên TCCS -Toyota Computer Control System, Nissan gọi tê

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời kỳ hiện nay, với tình hình xu thế chung của thế giới thì ngành Côngnghiệp Điện- Điển tử đang rất phát triển Nghành Công nghiệp Ô tô cũng đang pháttriển như vũ bão, vấn đề sử dụng nguồn nhiên liệu thiên nhiên cũng đang tăng lên vàkéo theo đó là vấn đề ô nhiễm môi trường do khí thải của ô tô gây nên Do vấn đề đó

cả thế giới đã đặt ra những yêu cầu ngày càng khắc khe hơn đối với khí xả ô tô bằngcác tiêu chuẩn như Euro 1,2,3,4,5… Nhằm làm giảm thiểu tối đa ô nhiễm môitrường Để tồn tại thì các hãng Ô tô đã mời các nhà khoa học về hãng mình để nghiêncứu và tìm ra nhiều công nghệ lắp đặt trên động cơ đốt trong để nhằm giảm tối đamức ô nhiễm môi trường đồng thời cũng làm giảm bớt lượng nhiên liệu tiêu thụ

Do trên thế giới có rất nhiều hãng xe ô tô và nhiều công nghệ mới nên do sự hạnchế về thời gian và trình độ kiến thức của tôi còn hạn chế nên trong bài tiểu luận nàytôi xin trình bày tổng thể chung về hệ thống điện điều khiển động cơ xăng trên các xehiện đại và đi sâu tìm hiểu về hệ thống điện điều khiển động cơ 1NZ-FE

Sau khi đọc xong bài tiểu luận này kính mong qúy Thầy, Cô và các bạn nhiệttình đóng góp ý kiến để bài tiểu luận thêm hoàn chỉnh hơn

Xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Lý do chọn đề tài

Hệ thống điện – điện tử trên ô tô ngày càng được sử dụng nhiều vì những hiệuquả của nó Không chỉ tiết kiệm nhiên liệu mà còn hạn chế ô nhiễm môi trường, tínhtiện nghi, tính an toàn của hệ thống điện – điện tử mang lại Vì vậy hệ thống điệntrong động cơ được các nhà sản xuất đặc biệt chú ý quan tâm vì động cơ được cácchuyên gia đầu ngành của ô tô ví như là trái tim của xe ô tô

Để xác định chính xác những hư hỏng và kịp thời sửa chữa những hư hỏngchúng ta phải nắm rõ về mặt kết cấu, nguyên lý vận hành của hệ thống điện điềukhiển động cơ mới có thể giúp chúng ta chuẩn đoán và tiến hành sửa chữa chính xácnhững hư hỏng và giúp chúng ta cải tiến hệ thống ngày càng hoàn thiện hơn

Xuất phát từ ý tưởng đó, tôi đã tiến hành thực hiện đề tài về hệ thống điện động

cơ mà cụ thể là “ KHAI THÁC HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ FE” nhằm giúp cho người học nắm vững kiến thức chuyên môn và sáng tạo cải tiến

1NZ-hệ thống điện điều khiển động cơ

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Trên cơ sở nghiên cứu nội dung lý thuyết nhằm khảo sát và tìm hiểu kếtcấu, hoạt động, đặc điểm của hệ thống điện điều khiển động cơ được sử dụngtrên động cơ 1NZ-FE, để giúp cho sinh viên trong việc học tập, cũng nhưnhững người muốn tìm hiểu về hệ thống điện động cơ có được các kiến thức cơbản nhất về chúng Dựa vào việc nghiên cứu lý thuyết, từ đó giúp cho sinh viêntrong thực tập sửa chữa, cũng như công việc bảo dưỡng trên các hệ thống thực

tế được dễ dàng hơn

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Tham khảo tài liệu, thu thập các thông tin liên quan

Học hỏi kinh nghiệm từ thầy cô, bạn bè

Nghiên cứu các mô hình giảng dạy cũ.

Tham khảo tài liệu TOYOTA

1.4 Phạm vi nghiên cứu

Hiện nay, động cơ 1NZ-FE đang được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới Dothời gian và kinh nghiệm thực tế có hạn, tôi thực hiện đề tài chỉ nghiên cứu, giới thiệu

hệ thống điện động cơ 1NZ-FE, trình bày những đặc điểm riêng biệt về cấu tạo, các

sơ đồ mạch điện và nguyên lý hoạt động của hệ thống này

Hệ thống điện điều khiển động cơ 1NZ-FE gồm có 3 phần:

1 Các cảm biến:

Các cảm biến trên ô tô có chức năng gần như tương tự các giác quan của conngười, nhiệm vụ của chúng là thu thập các tín hiệu rồi chuyển về bộ xử lýtrung tâm (ECU) để bắt đầu quá trình làm việc và vận hành hiệu quả

2 Bộ xử lý trung tâm (ECU):

Nhiệm vụ của ECU lả tiếp nhận các thông tin từ cảm biến, xử lý thông tin sau

đó cấp nguồn cho bộ chấp hành làm việc đảm bảo hệ thống được vận hànhnhư đã lập trình sẵn trong bộ nhớ

3 Bộ chấp hành:

Là các bộ phận trực tiếp thực hiện yêu cầu từ ECU , thực hiện những điều chỉnh giúp xe vận hành

CHƯƠNG 2 TỐNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 1NZ-FE

2.1 Giới thiệu về động cơ 1NZ-FE

Hình 2.1: Động cơ 1NZ-FE.

Động cơ 1NZ-FE là động cơ xăng không chì thế hệ Z có 4 xylanh thẳnghàng, dung tích xylanh 1.5 l, trục cam kép DOHC 16 xupáp dẫn động bằngxích, hệ thống van nạp thông minh VVT-i, hệ thống đánh lửa trực tiếp DISđược sử dụng trong động cơ này để đạt được hiệu suất cao, êm, tiết kiệmnhiên liệu và thải sạch hơn

Bảng 2.a: Đặc tính kỹ thuật của động cơ 1NZ-FE

Thời điểm phối

Bảng 2.b: Thông số bảo dưỡng

Dung tích nước làm mát 6,3 (lít)

Các cảm biến:

1 Cảm biến khối lượng không khí nạp (Mass air flow meter): loại dây nhiệt

3 Cảm biến vị trí bướm ga (Throttle Position Sensor): kiểu phần tử Hall

2.2.1.1 Nếu phân biệt theo cấu tạo kim phun, ta có 2 loại:

Loại CIS (continuous injection system):

Đây là kiểu sử dụng kim phun cơ khí, gồm 4 loại cơ bản:

Hệ thống K – Jetronic: việc phun nhiên liệu được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí

Hệ thống K – Jetronic có cảm biến khí thải: có thêm một cảm biến oxy

Hệ thống KE – Jetronic: hệ thống K-Jetronic với mạch điều chỉnh áp lựcphun bằng điện tử

Hệ thống KE – Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng điện tử

Loại AFC (air flow controlled fuel injection):

Sử dụng kim phun điều khiển bằng điện Hệ thống phun xăng với kim phun điện

có thể chia làm 2 loại chính:

D-Jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất): với lượng xăngphun được xác định bởi áp suất sau cánh bướm ga bằng cảm biến MAP (manifoldabsolute pressure sensor)

L-Jetronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là không khí): với lượng xăngphun được tính toán dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió loại cánh trượt.Sau đó có các phiên bản: LH – Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt, LU – Jetronicvới cảm biến gió kiểu siêu âm…

2.2.1.2 Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC được chia làm 2 loại:

Loại TBI (Throttle Body Injection) - phun đơn điểm:

Hệ thống này còn có các tên gọi khác như: SPI (single point injection), CI(central injection), Mono – Jetronic Đây là loại phun trung tâm Kim phunđược bố trí phía trên cánh bướm ga và nhiên liệu được phun bằng một hay haikim phun Nhược điểm của hệ thống này là tốc độ dịch chuyển của hòa khítương đối thấp do nhiên liệu được phun ở vị trí xa supap hút và khả năng thấtthoát trên đường ống nạp

Loại MPI (Multi Point Fuel Injection) - phun đa điểm:

Đây là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từngxylanh được bố trí gần supap hút (cách khoảng 10 – 15 mm) Ống góp hútđược thiết kế sao cho đường đi của không khí từ bướm ga đến xylanh khádài, nhờ vậy, nhiên liệu phun ra được hòa trộn tốt với không khí nhờ xoáylốc Nhiên liệu cũng không còn thất thoát trên đường ống nạp Hệ thốngphun xăng đa điểm ra đời đã khắc phục được các nhược điểm cơ bản của hệthống phun xăng đơn điểm Tùy theo cách điều khiển kim phun, hệ thốngnày có thể chia làm 3 loại chính: phun độc lập hay phun từng kim

(independent injection), phun nhóm (group injection) hoặc phun đồng loạt(simultaneous injection).

2.2.1.3 Nếu căn cứ vào đối tượng điều khiển theo chương trình, người ta chia

hệ thống điều khiển động cơ ra 3 loại chính:

Chỉ điều khiển phun xăng (EFI - electronic fuel injection theo tiếng Anh hoặcJetronic theo tiếng Đức)

Chỉ điều khiển đánh lửa (ESA - electronic spark advance)

Loại tích hợp tức điều khiển cả phun xăng và đánh lửa (hệ thống này cónhiều tên gọi khác nhau: Bosch đặt tên là Motronic, Toyota có tên (TCCS -Toyota Computer Control System), Nissan gọi tên là (ECCS - ElectronicConcentrated Control System…) Nhờ tốc độ xử lý của CPU khá cao, các hộpđiều khiển động cơ đốt trong ngày nay thường gồm cả chức năng điều khiểnhộp số tự động và quạt làm mát động cơ

2.2.1.4 Nếu phân biệt theo kỹ thuật điều khiển ta có thể chia hệ thống điều khiển động cơ làm 2 loại: analog và digital.

Ở những thế hệ đầu tiên xuất hiện từ 1979 đến 1986, kỹ thuật điều khiển chủ yếudựa trên các mạch tương tự (analog) Ở các hệ thống này, tín hiệu đánh lửa lấy từ âmbobine được đưa về hộp điều khiển để, từ đó, hình thành xung điều khiển kim phun.Sau đó, đa số các hệ thống điều khiển động cơ đều được thiết kế, chế tạo trên nền tảngcủa các bộ vi xử lý (digital)

2.2.2 Đặc điểm

Ưu điểm hơn hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí thì hệ thống phunxăng bằng điện tử sẽ cung cấp lượng nhiên liệu đồng đều, chính xác đến từngxilanh của động cơ và phù hợp với từng chế độ tải khác nhau của động cơ.Đồng thời nhờ có ECM kết hợp với các cảm biến sẽ đáp ứng kiệp thời lượngxăng phun ra khi góc mở của bướm ga thay đổi đột ngột Do nhiên liệu đượcphun vào nên việc thất thoát nhiên liệu trên đường ống nạp sẽ giảm nên làmtăng hiệu suất nạp, nhiên liệu sẽ được cắt ngay sau khi giảm tốc

2.2.3 Cấu tạo

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu trên động cơ 1NZ-FE

1: Bình Xăng; 2: Bơm xăng điện; 3: Cụm ống của đồng hồ đo xăng và bơm; 4: Lọc Xăng; 5: Bộ lọc than hoạt tính; 6: Lọc không khí; 7: Cảm biến lưu lượng khí nạp; 8: Van điện từ; 9: Môtơ bước; 10: Bướm ga; 11: Cảm biến vị trí bướm ga; 12: Ống góp nạp; 13: Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 14: Bộ ổn định áp suất; 15: Cảm biến vị trí trục cam; 16: Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu;17: Ống phân phối nhiên liệu; 18: Vòi phun; 19: Cảm biến tiếng gõ; 20: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 21: Cảm biến

vị trí trục khuỷu; 22: Cảm biến oxy.

2.2.4 Nguyên lý làm việc

Một bơm nhiên liệu cung cấp đủ nhiên liệu dưới áp suất không đổi đến cácvòi phun Các vòi phun sẽ phun một lượng nhiên liệu định trước vào đườngống nạp theo các tín hiệu từ ECU động cơ ECU nhận các tín hiệu từ nhiều cảmbiến thông báo về sự thay đổi các chế độ hoạt động của động cơ ECU sử dụngcác tín hiệu này để xác định khoảng thời gian cần thiết nhằm đạt được hòa khí

với tỉ lệ tối ưu phù hợp với từng điều kiện hoạt động của động cơ Khi nhiênliệu được phun ra, áp suất nhiên liệu bị thay đổi một chút Mỗi vòi phun đượclắp ở phía trước của xú páp nạp Lượng nhiên liệu phun ra được điều khiểnbằng độ dài khoảng thời gian dòng điện chạy qua vòi phun.

2.3 Hệ thống đánh lửa

2.3.1 Đặc điểm

Động cơ 1NZ-FE được trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp hay còn gọi là

hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện được phát triển từ những năm giữathập kỉ 80, trên các loại xe sang trọng So với các hệ thống đánh lửa thôngthường, thì hệ thống này có ưu điểm là:

- Không sử dụng dây cao áp nên giảm được sự mất mát năng lượng, giảm điệndung ký sinh và giảm nhiễu vô tuyến trên mạch thứ cấp

- Không sử dụng bộ chia điện nên không có khe hở giữa mỏ quẹt và dây cao áp

- Bỏ được các chi tiết cơ khí dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu tốt như mỏquẹt, chổi than, nắp delco…

- Loại bỏ được những hư hỏng thường gặp do hiện tượng phóng điện trên mạchcao áp và giảm chi phí bảo dưỡng

- Nhờ sử dụng mỗi bugie-một bôbine tương ứng nên kích thước mỗibôbine, IC đánh lửa sẽ nhỏ gọn hơn, tần số hoạt động ít hơn nên nên bôbin

ít bị nóng hơn

Quá trình điều khiển góc đánh lửa được thực hiện bởi hệ thống đánhlửa sớm điện tử (ESA) là một hệ thống điều khiển thời điểm đánh bằngECU So với các hệ thống đánh lửa trước đó, hệ thống đánh lửa với cơ cấuđiều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử (ESA) có những ưu điểm hơnhẳn Do vậy, ngày nay hệ thống đánh lửa với cấu điều khiển góc đánh lửasớm bằng điện tử kết hợp với hệ thống phun xăng đã thay thế hoàn toàn hệthống đánh lửa thông thường, giải quyết yêu cầu ngày càng khắt khe vềnồng độ khí thải độc hại

2.3.2 Cấu tạo

Hình 2.3: Sơ đồ cấu tạo hệ thống đánh lửa trực tiếp

Sơ đồ hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử cóthể chia thành ba phần: tín hiệu vào (tốc độ động cơ, vị trí piston, tín hiệu tải, vị tríbướm ga, nhiệt độ nước làm mát, điện áp ắcquy, tín hiệu kích nổ), ECU và tín hiệu từECU để điều khiển IC đánh lửa

2.3.3 Nguyên lý hoạt động

ECU sẽ căn cứ theo số liệu lưu trong bộ nhớ và các số liệu do các cảm biến theodõi hoạt động của động cơ gửi về, ECU tính toán và gửi tín hiệu điều khiển IGT (thờiđiểm đánh lửa) đến IC đánh lửa để đánh lửa tại thời điểm chính xác Khi có tín hiệuđánh lửa IGT từ ECU thì đồng thời sức điện động xoay chiều tạo ra khi dòng điệntrong cuộn sơ cấp bị ngắt sẽ làm cho mạch điện này gửi một tín hiệu IGF đến ECU,tín hiệu này được dùng để xác nhận việc đánh lửa đã diễn ra và được dùng cho mụcđích chuẩn đoán và chức năng an toàn Do được điều khiển bằng vi sử lý nên ESAluôn đảm bảo được thời điểm đánh lửa tối ưu, cũng như tính kinh tế nhiên liệu vàcông suất ra của động cơ đều được duy trì ở mức tối ưu

Để có thể xác định chính xác thời điểm đánh lửa cho từng xilanh của động cơ theothứ tự nổ thì ECU cần phải nhận được các tín hiệu cần thiết từ cảm biến như: tốc độ động

cơ, vị trí cốt máy (vị trí piston), lượng gió nạp, nhiệt độ động cơ… Số tín hiệu vào càngnhiều thì việc xác định góc đánh lửa sớm tối ưu càng chính xác Trong đó, tín hiệu tốc độđộng cơ, vị trí piston và tín hiệu tải là những tín hiệu quan trọng nhất.

2.4 Mạch điện trên động cơ 1NZ-FE

2.4.1 Mạch điện hệ thống nhiên liệu

Hình 2.4: Mạch điện hệ thống nhiên liệu

Khi khởi động động cơ hoặc động cơ đã làm việc thì ECM sẽ nhận tínhiệu từ 2 cảm biến : vị trí trục khuỷu và vị trí trục cam để xác định vị trí củapiston và thời kỳ cuối nén Lúc này ECM sẽ gửi các tín hiệu điện từ

#1,#2,#3,#4 đến các chân #10,#20,#30,#40 tương ứng với xilanh nào đang tớicuối kỳ nén.Lúc này các chân INJ1, INJ2,INJ3,INJ4 sẽ được cấp điện đến cácvòi phun tương ướng vói xilanh đó

Các chân COM1 và COM là chân nối mass của vòi phun

Chân INJF là chân gửi tín hiệu đã phun nhiên liệu về hộp ECM để ECMchuẩn bị cho lần phun xilanh kế tiếp

2.4.2 Mạch điện hệ thống đánh lửa

Hình 2.5: Mạch điện hệ thống đánh lửa

Nguyên lý hoạt động:

Khi khóa điện (ON) sang vị trí IG2, động cơ chưa khởi động: Thì lúc này sẽ

có dòng điện đi từ (+) Accu đến cầu chì Main rồi đến cầu chì AM2 đến (5) rồi đến(6), sau đó đến cuộn dây điều khiển của rơle IG2 rồi đến mass Lúc này làm chorơle IG2 đóng lại Lúc này sẽ có dòng điện chính đi từ cầu chì AM2 đến rơle Sau

đó đến các chân +B của 4 cụm bôbin IC tích hợp để cấp nguồn 4 Cụm bôbin IC cóchân GND là chân mass

Khi khóa điện (ON) và động cơ động cơ được khởi động và làm việc: Thì lúcnày ECM sẽ nhận tín hiệu từ 2 cảm biến chính là : Cảm biến vị trí trục khuỷu và cảmbiến vị trí trục cam từ các chân (NE+) và (G2+) để nhận biết được kỳ nổ và vị trí củapiston.Lúc này tương ứng với xilanh nào đang ở thời kỳ cuối nén đầu nổ thì ECM sẽgửi tín hiệu đánh lửa IGT đến Bôbin IC của xilanh đó để tạo ra tia lửa ở bugi

Sau khi đánh lửa xong thì một tín hiệu IGF được gửi về ECM qua chân IGF1 đểxác nhận với ECM rằng đã đánh lửa xong để ECM điều khiển phun xăng

CHƯƠNG 3

HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 1NZ-FE

3.1 Nhiệm vụ, cấu tạo và nguyên lý làm việc của các cảm biến

3.1.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu

3.1.1.1 Nhiệm vụ

Tín hiệu NE được ECM động cơ sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu

và tốc độ của động cơ ECM động cơ dùng tín hiệu NE và tín hiệu G để tínhtoán thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản

3.1.1.2 Cấu tạo

Hình 3.1: Cảm biến vị trí trục khuỷu

Hình trên trình bày một bộ tạo tín hiệu có 34 răng ở chu vi của rôto tínhiệu NE và một khu vực có 2 răng khuyết Khu vực có 2 răng khuyết này cóthể được sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu, nhưng nó không thể xácđịnh xem đó là TDC của chu kỳ nén hoặc TDC của kỳ xả

3.1.1.3 Sơ đồ mạch điện

Hình 3.2: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu

3.1.1.4 Nguyên lý làm việc

Khi trục khuỷu quay thì cảm bến vị trí trục khuỷu sẽ phát ra tín hiệu điện

áp tại chân NE+ Tín hiệu này sẽ được gửi về ECM Lúc này ECM sẽ xử l ý vàbiết được tốc độ động cơ và điểm chết trên của máy số 1

3.1.2 Cảm biến vị trí trục cam

3.1.2.1 Nhiệm vụ

Tín hiệu G này là thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECM động cơ, kếthợp nó với tín hiệu NE từ cảm biến vị trí của trục khuỷu để xác định TDC (điểm chếttrên) kỳ nén của mỗi xi lanh để đánh lửa và phát hiện góc quay của trục khuỷu ECMđộng cơ dùng thông tin này để xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa

3.1.2.4 Nguyên lý làm việc

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 nhậntín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G Tín hiệu này sẽ được gửi

về ECM thông qua chân G2 Lúc này tín hiệu này kết hợp với tín hiệu NE đểECM biết được chính xác tốc độ, thời kỳ nén của từng xilanh

3.1.3 Cảm biến lưu lượng khí nạp

Như thể hiện trong hình minh họa, dòng điện chạy vào dây nhiệt (bộ sấy) làm cho

nó nóng lên Khi không khí chạy quanh dây này được làm nguội tương ứng với khốikhông khí nạp Bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây nhiệtnày để giữ cho nhiệt

độ của dây nhiệt 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 nhiệt, dòng điện này được biến đổi thành mộtđiện áp, sau đó được truyền đến ECM động cơ từ cực VG.

Cảm biến nhiệt độ khí nạp có gắn một nhiệt điện trở bên trong Khi nhiệt độcàng thấp thì điện trở của nó càng lớn và ngược lại Sự thay đổi về giá trị điện trởcủa nhiệt điện trở này được sử dụng để phát hiện các thay đổi về nhiệt độ củakhông khí nạp Điện trở được gắn trong ECM động cơ và nhiệt điện trở trong cảmbiến này tạo ra một cầu phân áp, tín hiệu điện áp ở giữa cầu là tín hiệu vào ECM.Khi nhiệt độ của khí nạp thấp, điện trở của nhiệt điện trở sẽ lớn, tạo nên một điện

áp cao trong các tín hiệu THA

3.1.3.4 Sơ đồ mạch điện

Hình 3.6: Sơ đồ mạch điện cảm biến lưu lượng khí nạp

3.1.4 Cảm biến vị trí bướm ga

3.1.4.1 Nhiệm vụ

Cảm biến được lắp vào một đầu trục bướm ga Chức năng của cảm biến này

là chuyển đổi góc mở lớn, bé khác nhau của bướm ga thành tín hiệu điện áp gửi

về ECM qua tín hiệu mở bướm ga VTA1 và VTA2

Chân VCTA là chân cấp nguồn cho cảm biến.

Chân ETA là chân mass của cảm biến về ECM

3.1.5.3 Sơ đồ mạch điện

Hình 3.10: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga

3.1.5.4 Nguyên lý làm việc

Khi đạp bàn đạp ga sẽ làm cho nam châm xoay làm cho phần tử Hall phát ra điện

áp và gửi tín hiệu điện áp này về ECM thông qua 2 chân tín hiệu VPA và VPA2

Nếu đạp lớn chân ga thì điện áp gửi đến ECM lớn lúc này ECM sẽ điều khiểnlượng mô tơ bướm ga xoay nhiều làm cho bướm ga mở lớn ngược lại sẽ ít hơn

Chân VCPAvà VCP2 là chân cấp nguồn cho cảm biến

Chân EPA và EPA2 là chân mass của cảm biến về ECM

3.1.6 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

3.1.6.1 Nhiệm vụ

Cảm biến này lắp đặt ngập vào trong áo nước của động cơ, có công dụngtheo dõi nhiệt độ nước của động cơ và báo về ECM

3.1.6.2 Cấu tạo

Hình 3.11: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

1-Điện trở; 2-Thân cảm biến; 3-Chất cách điện; 4-Giắc cắm

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát là một trụ rỗng có ren ngoài, bên trong

có gắn một điện trở dạng bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm Ở động cơ làmmát bằng nước, cảm biến được gắn ở thân máy, gần bọng nước làm mát Trongmột số trường hợp cảm biến được lắp trên nắp máy

3.1.6.3 Sơ đồ mạch điện

Hình 3.12: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát

3.1.6.4 Nguyên lý hoạt động

Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ

Nó được làm từ vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm (khi nhiệt độtăng thì điện trở giảm) Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện

áp được gửi đến ECU trên nền tảng cầu phân áp

Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt độ)tới cảm biến về ECU rồi về mass Như vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảmbiến tạo thành một cầu phân áp Điện áp điểm giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổitín hiệu tương tự-số ( bộ chuyển đổi A/D) Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trởcảm biến cao và điện áp gửi đến bộ biến đổi A/D lớn Tín hiệu điện áp được chuyểnthành một dãy xung vuông và được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECUbiết động cơ đang lạnh Khi động cơ nóng giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theođiện áp giảm, ECU biết là động cơ nóng

3.1.7 Cảm biến oxy

3.1.7.1 Nhiệm vụ

Để chống ô nhiễm, trên các xe có trang bị bộ hoá khử (TWC – three way catalyst) Bộhoá khử sẽ hoạt động với hiệu suất cao nhất ở tỷ lệ hoà khí lý tưởng (α=1) Cảm biến oxyđược sử dụng để xác định thành phần hoà khí tức thời của động cơ đang hoạt động

3.1.7.4 Nguyên lý làm việc

Nguyên lý hoạt động của cảm biến ôxy căn cứ trên sự so sánh lượng ôxyxót trong khí thải với lượng ôxy trong không khí

sự chênh lệch về nồng độ ôxy giữa mặt trong và ngoài ống sự thì giữa haiđiên cực sẽ có một điện áp Nếu lượng ôxy trong khí thải ít (do hỗn hợp giàuxăng) thì tín hiệu điện tạo ra khoảng 600 -900 mV, còn ngược lại trong khíthải nhiều ôxy ( do hỗn hợp nghèo xăng ) thì ống sứ sẽ phát tín hiệu tương đốithấp ( khoảng 100 – 400mV)

Do đó để giảm thời gian chờ hoạt động thì trên cảm biến còn bố trí phần tửnung nóng thực chất là một điện trở để giúp cho cảm biến nhanh chóng đạt đếnnhiệt độ làm việc

Do hệ thống kiểm soát khí xả có bộ xúc tác nên bố trí 2 cảm biến oxy 1 vàoxy 2 được lắp trước và sau bộ xúc tác

Chân EKNK là chân mass của cảm biến đưa về ECM.

3.2 Bộ điều khiển trung tâm (ECU)

3.2.1 Nhiệm vụ

ECM tiếp nhận tín hiêu từ các cảm biến, xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu điềukhiển đến cơ cấu chấp hành Cơ cấu chấp hành luôn đảm bảo thừa lệnh ECM và đápứng các tín hiệu phân hội từ các cảm biến Họat động của hệ thống điều khiển động

cơ đem lai sự chính xác và thích ứng cần thiết để giảm tối đa chất độc hại trong khíthải cũng như lượng tiêu hao nhiên liệu ECM cũng đảm bảo công suất tối đa ở cácchế độ họat động của động cơ và giúp chẩn đoán động cơ khi có sự cố xảy ra

Điều khiển động cơ bao gồm hệ thống điều khiển xăng, lửa, tốc độ cầmchừng, quạt làm mát, góc phối cam, ga tự động (cruise control)…

3.2.2 Cấu tạo

ECU là một hộp kim loại hoặc nhựa trong có chứa các linh kiện điện tử được sắpxếp, bố trí trên những mạch in Bên ngoài có bố trí giắc cắm giúp ECU liên hệ với cácvòi phun, các cảm biến,… ECU có thể chia ra thành các phần sau :

Bộ nhớ ROM: là nơi chứa các chương trình đã cài đặt sẵn, chỉ cho phép đọccác thông số cần thiết, không cho phép ghi hay sửa chữa.

Bộ nhớ RAM: là nơi tiếp nhận, lưu trữ, phân tích, so sánh các thống số thu đượcvới thông số cài đặt sẵn trong bộ nhớ ROM Qua đó sẽ chọn ra một tín hiệu phù hợp

để điều khiển các vòi phun hoặc đưa ra các tín hiệu cảnh báo sự cố

Các mạch vào/ ra: Dùng để chuẩn hoá tín hiệu, lọc, khuếch đại tín hiệu,đưa tín hiệu ra ngoài

Bộ biến đổi tín hiệu: Dùng để biến đổi tín hiệu thu được thành các xung.Các cực của ECU được đánh dấu theo thứ tự nhất định Thông thường ổgiắc cắm chia thành hai hàng cực

Hình 3.17: ECU

3.2.3 Nguyên lý làm việc

Hình 3.18: Nguyên lý làm việc của ECU

Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng của hệ thống điều khiển động cơ theochương trình được mô tả trên Hệ thống điều khiển bao gồm: ngõ vào (inputs) với chủyếu là các cảm biến, hộp ECU là bộ não của hệ thống có thể có hoặc không có bộ vi

xử lý, ngõ ra (outputs) là các cơ cấu chấp hành (actuators) như kim phun, bobine, vanđiều khiển cầm chừng

ECU tiếp nhận các tín hiệu từ các cảm biến sau đó so sánh với các thông số đãcài đặt sẵn rồi đưa ra tín hiệu điều khiển lượng nhiên liệu phun ra thông qua điềukhiển vòi phun và đồng thời điều khiển thời điểm đánh lửa và nhiều hệ thống khácnhư khởi động thông minh, nạp thông minh…

Điều khiển lượng nhiên liệu: Trong mỗi thì hút của động cơ nếu khối lượngkhông khí nạp vào càng nhiều thì thời lượng phun xăng phải càng được kéo dài Đểđáp ứng điều này ECU thu nhận thêm về chế độ tải trọng khác nhau của động cơ nhưkhởi động lạnh, toàn tải, sưởi nóng sau khi đã khởi động… Căn cứ vào các thông tinnày ECU tính toán thời lượng phun xăng bổ xung thêm

Ví dụ: Khi động cơ hoạt động ở thời tiết lạnh hay khi chạy ở chế toàn tải thì thờilượng phun lớn hơn từ 3 tới 4 lần thời lượng phun cơ bản

3.3 Nhiệm vụ, cấu tạo và nguyên lý làm việc của các cơ cấu chấp hành

3.3.1 Cơ cấu chấp hành hệ thống cung cấp xăng

3.3.1.1 Bơm xăng

1/ Nhiệm vụ

Bơm nhiên liệu được lắp trong bình nhiên liệu và được kết hợp với

bộ lọc nhiên liệu, bộ điều áp, bộ đo nhiên liệu,… Cánh bơm được mô

tơ quay để nén nhiên liệu Van một chiều đóng lại khi bơm nhiên liệudừng để duy trì áp suất trong đường ống nhiên liệu và làm cho việc khởiđộng động cơ dễ dàng hơn Nếu không có áp suất, dễ xảy ra hiện tượngkhoá hơi ở nhiệt độ cao, làm cho việc khởi động lại khó khăn Van antoàn mở ra khi áp suất ở phía cửa ra trở nên quá cao, nhằm ngăn chặn ápsuất nhiên liệu trở nên quá cao này

Khi bật công tắc máy sang vị trí IG

Nếu chân FC được bộ xử lýcủa ECM cho tiếp mass thì rơlay bơm đóng lạilúc này sẽ có dòng điện cấp cho bơm làm cho bơm nhiên liệu hoạt động nhiênliệu sẽ được cung cấp đến ống phân phối

Nếu chân FC không được ECM cho tiếp mass thì rơlay bơm ngắt lúc nàykhông có dòng cấp cho bơm nên bơm nhiên liệu sẽ không hoạt động nhiên liệu

sẽ không được cung cấp đến ống phân phối

3.3.1.2 Kim phun

1/ Nhiệm vụ

Kim phun phun nhiên liệu vào các cửa nạp của các xi lanh theo tín hiệu từECM động cơ Các tín hiệu từ ECM động cơ làm cho dòng điện chạy vào cuộndây điện từ, làm cho piston bơm bị kéo, mở van để phun nhiên liệu Vì hànhtrình của piston bơm không thay đổi, lượng phun nhiên liệu được điều chỉnh tạithời điểm dòng điện chạy vào cuộn điện từ này

2/ Cấu tạo

Hình 3.21: Cấu tạo kim phun

1-Lọc xăng; 2- đầu nối điện; 3-cuộn dây kích từ; 4-Lõi từ tính; 5-kim phun; 6-đầu

kim phun (réton); 7-dàn phân phối xăng.

3/ Sơ đồ mạch điện

Hình 3.22: Sơ đồ mạch điện kim phun

4/ Nguyên lý làm việc

Đối với mạch điện trên ta thấy các kim phun được cấp nguồn sau chân IG của công tắc máy.Lúc này ECU sẽ nhận các tín hiệu từ các cảm biến đển để điềukhiển các chân #10, #20, #30, #40 tiếp mass để phun nhiên liệu vào trong đườngống nạp ứng với kỳ nạp của từng xilanh động cơ

Phun độc lập (theo trình tự)

Nhiên liệu được phun độc lập cho từng xi lanh mỗi lần sau 2 vòng quay của trục khuỷu

Hình 3.23: Quá trình phun độc lập

Điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu

ECU động cơ làm thay đổi lượng phun nhiên liệu bằng cách thay đổi thời gianphun của kim phun Thời gian phun nhiên liệu thực tế được xác định bằng 2 mục sau

1 Thời gian phun nhiên liệu cơ bản được xác định bằng lượng khí nạp và tốc độ động cơ

2 Các thời gian phun hiệu chỉnh khác nhau được xác định bằng các cảm biến khácnhau Thời gian phun mà ECM động cơ cuối cùng truyền vào kim phun được bổ sungcác hiệu chỉnh thời gian phun cơ bản Có các hiệu chỉnh sau:

+ Làm đậm để tăng công suất

3.3.2.4 Nguyên lý làm việc

Khi trục khuỷu quay Lúc này 2 cảm biến vị trí trục khuỷu và trục cam sẽ gửi 2 tínhiệu NE+ và G2 về ECM Lúc này ECM sẽ xác định xy lanh của máy số mấy tới thời kỳcuối nén - đầu nổ ECM sẽ gửi tín hiệu IGT tương ứng với xi lanh đó đến cụm bobin và

IC Kích cho IC làm việc.Lúc này bugi tương ứng với máy đó đánh lửa

Sau khi đánh lửa IC đánh lửa truyền một tín hiệu khẳng định (IGF) cho ECM phù hợpvới cường độ của dòng sơ cấp Tín hiệu khẳng định (IGF) được phát ra khi dòng sơ cấp đạtđến một trị số đã được ấn định IF1 Khi dòng sơ cấp vượt quá trị số qui định IF2 thì hệ thống

sẽ xác định rằng lượng dòng cần thiết đã chạy qua và cho phát tín hiệu IGF để trở về điệnthế ban đầu (Dạng sóng của tín hiệu IGF thay đổi theo từng kiểu động cơ)

Nếu ECU không nhận được tín hiệu IGF, nó sẽ quyết định rằng đã có sai sót trong hệthống đánh lửa Để ngăn ngừa sự quá nhiệt, ECU sẽ cho ngừng phun nhiên liệu và lưu giữ

sự sai sót này trong chức năng chẩn đoán Tuy nhiên, ECU động cơ không thể phát hiệncác sai sót trong mạch thứ cấp vì nó chỉ kiểm soát mạch sơ cấp để nhận tín hiệu IGF

Trong một số kiểu động cơ, tín hiệu IGF được xác định thông qua điện thế sơ cấp

3.3.3 Cơ cấu phân phối khí VVT-i

3.3.3.1 Nhiệm vụ

Hệ thống VVT-i hoạt động theo nguyên lý điện – thủy lực Cơ cấu này tối ưu hóa gócphối khí của trục cam nạp dựa trên chế độ làm việc của động cơ phối hợp với các thông sốđiều khiển chủ động

3.3.3.2 Cấu tạo

Hình 3.26: Cơ cấu phân phối khí VVT-i

Hình 3.27: Cấu tạo van điều khiển dầu

tế Trên cơ sở các yếu tố chủ động, hiệu chỉnh và thực tế, ECU sẽ tổng hợp được lệnh phốikhí tối ưu cho buồng đốt Lệnh này được tính toán trong vài phần nghìn giây và quyết địnhđóng (mở) các van điện của hệ thống thủy lực Áp lực dầu sẽ tác động thay đổi vị trí bộđiều khiển phối khí, mở các xu-páp nạp đúng mức cần thiết vào thời điểm thích hợp Nhưvậy, thay cho hệ thống cam kiểu cũ với độ mở xu-páp không đổi, VVT-i đã điều chỉnh vôcấp hoạt động của các van nạp Độ mở và thời điểm mở biến thiên theo sự phối hợp cácthông số về lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga, tốc độ và nhiệt độ động cơ

3.3.3.5 Thuật toán điều khiển thời gian đóng mở xupap

Hình 3.29: Sơ đồ cơ cấu điều khiển hệ thống VVT-i

Để thay đổi hành trình xupáp, người ta chế tạo trên trục cam 2 loại vấu cam, mộtloại vấu cam ứng với tốc độ thấp và vấu cam tốc độ cao cho mỗi xilanh

Cơ cấu chuyển vấu cam được lắp bên trong cò mổ giữa xupáp và vấu cam Ápsuất dầu từ van điều khiển dầu của VVT-i đến lỗ dầu trong cò mổ và áp suất này đẩychốt hãm bên dưới chốt đệm Nó cố định chốt đệm và ấn khớp cam tốc độ cao

Hình 3.30: Hoạt động của VVT-i

Khi áp suất dầu ngừng tác dụng, chốt hãm được trả về bằng lực của lò xo vàchốt đệm được tự do Điều này làm cho chốt đệm có thể di chuyển tự do theohướng thẳng đứng và vô hiệu hóa vấu cam tốc độ cao.

Trục cam nạp và xả có các vấu cam với 2 hành trình khác nhau cho từng xylanh, vàECU động cơ chuyển những vấu cam này thành vấu cam hoạt động bằng áp suất dầu

Khi tốc độ thấp và trung bình (tốc độ động cơ dưới 6000 vòng/phút).

Hình 3.31: VVT-i hoạt động ở tốc độ thấp

Như trong hình minh họa ở trên, van điều khiển dầu mở phía xả Do đó, ápsuất dầu không tác dụng lên cơ cấu chuyển vấu cam

Hình 3.32: Chốt chặn

Áp suất dầu không tác dụng lên chốt chặn Do đó, chốt chặn bị đẩy bằng lò

xo hồi theo hướng nhả khóa Như vậy, chốt đệm sẽ lặp lại chuyển động tịnh tiến

vô hiệu hóa Nó sẽ dẫn động xupáp bằng cam tốc độ thấp và trung bình