CẢI TIẾN VÀ XÂY DỰNG CÁC BÀI THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ECU TRÊN MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ TOYOTA CAMRY 98

- Sinh viên có điều kiện quan sát hệ thống điều khiển ECU trên mô hình động cơ một cách trực quan, dễ cảm nhận được hình dạng và vị trí các chi tiết lắp đặt trên mô hình hệ thống phun xă

CẢI TIẾN VÀ XÂY DỰNG CÁC BÀI THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM HỆ

THỐNG ĐIỀU KHIỂN ECU TRÊN MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ

TOYOTA CAMRY 98

Tác giả:

HỒ NGỌC HOÀNG

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành

Công nghệ kỹ thuật ô tô

Giáo viên hướng dẫn:

Thạc sỹ BÙI CÔNG HẠNH

Tháng 6 năm 2012

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập ở trường đại học Nông Lâm tp HCM đã để lại cho em

biết bao tình cảm tốt đẹp Chúng em được sự dạy dỗ đầy nhiệt huyết của thầy cô, cũng

như sự giúp đỡ từ bạn bè

Với lòng biết ơn sâu sắc em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến:

 Cha Mẹ đã sinh thành, nuôi dưỡng, dạy bảo em nên người

 Ban Giám Hiệu và Ban Chủ Nhiệm Khoa: Cơ Khí Công Nghệ

 Toàn thể quý thầy cô đã giảng dạy chúng em trong suốt quá trình học tập

 Thầy Th.S Bùi Công Hạnh đã hướng dẫn tận tình, tạo mọi điều kiện cho em

hoàn thành khóa luận này

 Tất cả các bạn giúp sức để hoàn thành tốt khóa luận này

Em nhận thức được rằng, chuyên môn và kinh nghiệm của em còn nhiều hạn chế,

mặc dù đã cố gắng để hoàn thành báo cáo nhưng vẫn không thể nào tránh khỏi những

thiếu sót Em rất mong nhận được nhiều hơn nữa những ý kiến đóng góp quý báu của

quý thầy cô

Kính chúc: Quý thầy cô sức khỏe dồi dào để dìu dắt thế hệ trẻ tương lai của đất

nước ngày càng tiến xa hơn

Xin chân thành cảm ơn

Đại học Nông Lâm tp HCM, tháng 6 năm 2012 Sinh viên: Hồ Ngọc Hoàng

TÓM TẮT

1 Tên đề tài

“Thiết kế, cải tiến và xây dựng các bài thực hành thí nghiệm hệ thống điều

khiển trên mô hình động cơ TOYOTA CAMRY 98”

2 Thời gian và địa điểm thực hiện

- Thời gian thực hiện: Từ ngày 19/03/2012 đến ngày 24/04/2012

- Địa điểm thực hiện:

Trường trung cấp nghề Củ Chi, tp HCM

Xưởng thực hành thí nghiệm ô tô khoa cơ khí trường Đại học Nông Lâm tp HCM

 Ghi tên vị trí các cực trên các cảm biến

 Gắn thêm đồng hồ báo áp suất nhiên liệu

 Ghi tên các cầu chì, relay của hệ thống

 Gắn thêm đèn báo mã code (mã hư hỏng)

- Xây dựng các bài thực hành: Giúp cho sinh viên ứng dụng ngay bài học lý thuyết vào bài học thực hành

- Sinh viên có điều kiện quan sát hệ thống điều khiển ECU trên mô hình động cơ một cách trực quan, dễ cảm nhận được hình dạng và vị trí các chi tiết lắp đặt trên mô hình hệ thống phun xăng điện tử EFI (Electronic Fuel Injection)

- Giúp sinh viên kiểm tra và đo đạc các thông số dễ dàng hơn trên mô hình động

cơ phun xăng

4 Phương pháp thực hiện

- Phương pháp lý thuyết: Tra cứu các tài liệu có liên quan

- Phương pháp thực nghiệm:

 Thiết kế sa bàn

 Dùng băng keo giấy đánh dấu vị trí các đầu dây điện

 Đi toàn bộ lại dây hệ thống điều khiển, ECU cho mô hình động

cơ

 Xây dựng các bài thực hành thí nghiệm trên mô hình động cơ

5 Kết quả

- Mô hình động cơ phun xăng TOYOTA CAMRY 98 hoạt động hoàn chỉnh (khi

đã thay thế hộp điều khiển ECU động cơ)

- Sinh viên có thể quan sát mô hình động cơ một cách trực quan, sinh động hơn

- Tiến hành thực hiện các bài thực hành trên mô hình động cơ góp phần giúp sinh viên hiểu rõ lý thuyết đã học

MỤC LỤC

Trang

Trang tựa i

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt iii

Mục lục v

Danh sách các hình vii

Danh sách các bảng ix

Danh sách các từ viết tắt x

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích đề tài 1

Chương 2 TỔNG QUAN 2

2.1 Tổng quan mô hình động cơ 2

2.2 Các thông số kỹ thuật về động cơ phun xăng TOYOTA CAMRY 98 3

2.3 Các loại cảm biến mô hình 4

2.4 Lịch sử phát triển hệ thống phun xăng điện tử EFI 4

2.5 Các cảm biến và vị trí lắp đặt 11

2.5.1 Cảm biến vị trí bướm ga 11

2.5.2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp và nhiệt độ nước 14

2.5.3 Cảm biến vị trí trục khuỷu và vị trí trục cam 15

2.5.4 Cảm biến áp suất tuyệt đối đường nạp ……… 18

2.5.5 Cảm biến kích nổ 19

2.5.6 Cảm biến oxy 19

2.5.7 Công tắc áp suất nhớt 21

2.5.8 Hệ thống cung cấp nhiên liệu 21

2.5.9 Công tắc nhiệt thời gian 24

2.5.10 Vòi phun xăng 25

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 26

3.1 Địa điểm thực hiện 26

3.2 Phương tiện 26

3.3 Phương pháp 26

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27

4.1 Mô tả trạng thái ban đầu của mô hình động cơ phun xăng 27

4.2 Kết quả sau khi thiết kế lắp đặt lại hệ thống 28

4.3 Xây dựng các bài thực hành trên mô hình động cơ phun xăng 30

4.3.1 An toàn khi thực hành 30

4.3.2 Tên các bài thực hành 31

Bài 1: Kiểm tra áp suất cuối kỳ nén 31

Bài 2: Kiểm tra hệ thống đánh lửa 33

Bài 3: Phương pháp cân lửa 35

Bài 4: Kiểm tra điện áp và điện trở 37

Bài 5: Kiểm tra hệ thống cung cấp nhiên liệu 39

Bài 6: Kiểm tra kim phun nhiên liệu 41

Bài 7: Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát 43

Bài 8: Kiểm tra hệ thống bôi trơn 45

Bài 9: Kiểm tra cảm biến nhiệt độ không khí nạp 46

Bài 10: Kiểm tra cảm biến vị trí cánh bướm ga 47

Bài 11: Kiểm tra cảm biến vị trí trục khuỷu và trục cam 49

Bài 12: Kiểm tra cảm biến áp suất tuyệt đối đường nạp 50

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52

5.1 Kết luận 52

5.2 Kiến nghị 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Mô hình động cơ phun xăng điện tử TOYOTA CAMRY 98 2

Hình 2.2 Sơ đồ bố trí hệ thống phun xăng đa điểm cơ bản 8

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí hệ thống phun xăng động cơ TOYOTA 3S-FE 9

Hình 2.4 Cảm biến vị trí cánh bướm ga 11

Hình 2.5 Cảm biến vị trí cánh bướm ga loại tiếp điểm 11

Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga 12

Hình 2.7 Cấu tạo, sơ đồ mạch điện và đường đặc tính của loại phần tử Hall 13

Hình 2.8 Vị trí lắp đạt nhiệt độ nước làm mát 14

Hình 2.9 Cấu tạo, sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước 14

Hình 2.10 Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước và nhiệt độ không khí nạp 15

Hình 2.11 Vi trí lắp đạt cảm biến vị trí trục khuỷu và vị trí trục cam 15

Hình 2.12 Kết cấu, sơ đồ và đường đặc tính cảm biến vị trí trục cam 16

Hình 2.13 Kết cấu, sơ đồ và đường đặc tính cảm biến vị trí trục khuỷu 17

Hình 2.14 Vị trí lắp đạt cảm biến áp suất tuyệt đối đường nạp 18

Hình 2.15 Cấu tạo cảm biến áp suất đường ống nạp 18

Hình 2.16 Kết cấu cảm biến kích nổ 19

Hình 2.17 Đường đặc tính của cảm biến kích nổ 19

Hình 2.18 Cấu tạo của cảm biến oxy 20

Hình 2.19 Sơ đồ và đường đặc tính cảm biến oxy 20

Hình 2.20 Công tắc áp suất nhớt 21

Hình 2.21 Vị trí lắp đặt công tắc áp suất nhớt 21

Hình 2.22 Bơm nhiên liệu 22

Hinh 2.23 Sơ đồ mạch điều khiển bơm xăng bằng ECU 22

Hình 2.24 Bộ dập dao động 23

Hình 2.25 Lọc nhiên liệu 23

Hình 2.26 Cấu tạo và hoạt động của bộ điều áp 24

Hình 2.27 Công tắc nhiệt thời gian 24

Hình 2.28 Vòi phun của hệ thống nhiên liệu EFI đa điểm 25

Hình 2.29 Vòi phun xăng kiểu điện từ 25

Hình 4.1 Mô hình động cơ phun xăng trước khi cải tiến 27

Hình 4.2 Mô hình động cơ phun xăng sau khi thực hiện cải tiến 28

Hình 4.3 Hộp điều khiển ECU động cơ sau khi được cải tiến 28

Hình 4.4 Đồng hồ áp suất nhiên liệu 29

Hình 4.5 Đèn báo mã lổi 29

Hình 4.6 Kiểm tra áp suất cuối kỳ nén 32

Hình 4.7 Kiểm tra khe hở bugi 34

Hình 4.8 Vị trí cân lửa trục khuỷu 36

Hình 4.9 Dấu chuẩn của nhà chế tạo 36

Hình 4.10 Vị trí kiểm tra điện áp 37

Hình 4.11 Sơ đồ mạch điện bơm xăng 40

Hình 4.12 Đồng hồ đo áp suất nhiên liệu 41

Hình 4.13 Kiểm tra điện trở kim phun 42

Hình 4.14 Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát 44

Hình 4.15 Kiểm tra que thăm nhớt 45

Hình 4.16 Công tắc đèn báo áp suất nhớt 45

Hình 4.17 Kiểm tra áp suất nhớt động cơ 46

Hình 4.18 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 47

Hình 4.19 Kiểm tra cảm biến vị trí cánh bướm ga 48

Hình 4.20 Vị trí cảm biến vị trí trục khuỷu và trục cam 49

Hình 4.21 Kiểm tra cảm biến áp suất tuyệt đối không khí nạp 51

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của động cơ trên mô hình 3

Bảng 2.2 Các cảm biến trên mô hình động cơ 4

Bảng 4.1 Giá trị đo áp suất cuối kỳ nén 32

Bảng 4.2 Kết quả kiểm tra khe hở bugi 34

Bảng 4.3 Kết quả kiểm tra điện áp 38

Bảng 4.4 Kết quả kiểm tra điện trở 39

Bảng 4.5 Kết quả đo điện trở kim phun 43

Bảng 4.6 Giá trị tiêu chuẩn của cảm biến vị trí bướm ga 48

Bảng 4.7 Giá trị tiêu chuẩn của cảm biến vị trí trục khuỷu và trục cam 50

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

ECU: Engine Control Unit

ECM: Engine Control Modul

CAN: Control Area Network

DOHC: Double Over Head Camshafts

ESA: Electronic Spark Advance

EFI: Electronic Fuel Injection

MAP: Manifold Absolute Pressure

FI: Fuel Injection

EFI: Electronic Fuel Injection

A/F: Air/Fuel

SPI: Single Point Injection

BPI: BiPoint Injection

MPI: MultiPoint Injection

GDI: Gasonline Direct Injection

TPS: Throttle position Sensor

IATS: Intake air temperature sensor

ECTS: Engine Coolant Temperature Sensor

CKPS: Crankshaft Position Sensor

CMPS: Camshaft Position Sensor

KS: Knock Sensor

HO2S: Heated Oxygen Sensor

TPS: Throttle Position Sensor

TDC: Top Dead Centre

Ngày nay, hầu hết các ô tô đều được trang bị động cơ với hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử Vì vậy, chương trình giảng dạy về chuyên ngành công nghệ ô tô có nhiều đổi mới, phần lớn chương trình là học tập, nghiên cứu về hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử, giảm bớt thời lượng nghiên cứu về bộ chế hòa khí

Sau bốn năm học tập, nghiên cứu về chuyên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô, tôi rất thích thú với chuyên đề về hệ thống phun xăng điện tử Vì vậy, tôi quyết định chọn mảng này để thực hiện khóa luận cuối khóa học Qua đó củng cố kiến thức và phần nào đóng góp tài liệu tham khảo cho các sinh viên tham khảo học tập

1.2 Mục đích đề tài

Theo sự hướng dẫn của thầy Th.s Bùi Công Hạnh thực hiện thiết kế và cải tiến mô hình động cơ Toyota Camry 98 tại xưởng thực hành công nghệ ô tô trường trung cấp nghề Củ Chi, tp HCM

- Giúp sinh viên dễ quan sát hệ thống điều khiển ECU động cơ, vị trí các cảm biến, cầu chì, relay, thuận tiện cho việc đo điện thế và điện trở các chi tiết trên

mô hình động cơ khi thực hiện các bài thực hành thí nghiệm

- Xây dựng các bài thực hành hệ thống điều khiển EFI trên mô hình động cơ

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan mô hình động cơ

Hình 2.1 Mô hình động cơ phun xăng điện tử TOYOTA CAMRY 98

2.2 Các thông số kỹ thuật về động cơ phun xăng TOYOTA CAMRY 98

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của động cơ trên mô hình

Điện thế cung cấp cuộn đánh lửa 12 (V)

Góc đánh lửa sớm ban đầu 100 ± 20/750 (rpm)

Áp suất hệ thống nhiên liệu 2.7 - 3.1 (bar)

Áp suất dầu bôi trơn 2.5 - 5.0/3000 (bar/rpm)

Điện thế ra của máy phát điện 70/14/2500 (A/V/rpm)

2.3 Các loại cảm biến trên mô hình động cơ

Bảng 2.2 Các cảm biến trên mô hình động cơ

Cảm biến lưu lượng khí nạp MAP áp suất tuyệt đối đường nạp 1

Cảm biến nhiệt độ nước làm

mát

Nhiệt điên trở

1

2.4 Lịch sử phát triển hệ thống phun xăng điện tử EFI ( Electronic Fuel

Injection)

Hệ thống phun xăng đã được phát minh từ lâu, nhưng vào thời kỳ đó công nghệ chế tạo còn rất kém, nên nó không được sử dụng trong thực tế Ngày nay, nhờ vào các thành tựu về kinh tế, kỹ thuật đã giúp cho các hãng chế tạo hoàn thiện và phát triển hệ thống phun xăng

Vào cuối thế kỹ 19, một kỹ sư người Pháp ông Stévaan đã nghĩ ra cách phân phối nhiên liệu khi dùng một máy nén khí Sau một thời gian người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng đốt, nhưng việc này không đạt được hiệu quả cao

Đến năm 1887 người Mỹ đã có đóng góp to lớn trong việc triển khai hệ thống phun xăng vào sản xuất động cơ tỉnh tại Đầu thế kỹ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun xăng trên động cơ 4 kỳ tỉnh tại và sau đó được áp dụng cho hệ thống nhiên liệu cho máy bay của Đức

Từ đó hệ thống phun xăng được áp dụng trên các loại ô tô ở Đức và nó đã thay dần động cơ sử dụng bộ chế hoà khí Công ty Bosch đã áp dụng hệ thống phun xăng trên

mô tô 2 kỳ, bằng cách cung cấp nhiên liệu ở một áp lực cao

Hãng Bosch đã sử dụng phương pháp phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt nên giá thành chế tạo cao và hiệu quả lại thấp Với kỹ thuật này nó đã được ứng dụng trong thế chiến thứ hai

Việc nghiên cứu và ứng dụng hệ thống phun xăng đã bị gián đoạn trong một thời gian dài Đến năm 1962, người Pháp triển khai nó trên ô tô Peugoet 404 Họ điều khiển sự phân phối nhiên liệu bằng cơ khí nên hiệu quả không cao và công nghệ vẫn chưa đáp ứng tốt được Đến năm 1966 người Đức đã đưa thế giới tiến bộ bằng kỹ thuật

áp dụng trong điều khiển

Năm 1973, các kỹ sư người Đức đã đưa ra hệ thống phun xăng kiểu cơ khí gọi là K-Jetronic Loại này được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên hãng xe Mercedes.Vào năm 1981 hệ thống K-Jetronic được cải tiến thành hệ thống KE-Jetronic, nó được sản xuất hàng loạt vào năm 1984 và nó được trang bị trên các xe của Hãng Mercedes

Dù đã có nhiều thành công lớn khi ứng dụng hệ thống K-Jetronic và KE-Jetronic trên ô

tô Nhưng kiểu này có khuyết điểm là bảo dưỡng sửa chữa khó và giá thành chế tạo rất cao Do vậy các kỹ sư đã không ngừng nghiên cứu và chế tạo thành công các hệ thống phun xăng điện tử (L-Jetronic, Mono-Jetronic và Motronic)

Người Mỹ đã theo người Đức cho chế tạo K-Jetronic dùng trên các xe của Hãng

GM, Chrysler Ngoài ra họ còn ứng dụng hệ thống phun xăng điện tử trên các xe Cadilac

Đến năm 1984, người Nhật mới thật sự ứng dụng hệ thống phun xăng trên các xe của hãng Toyota Sau đó các hãng khác như Nissan của Nhật mới ứng dụng hệ thống phun xăng điện tử thay cho bộ chế hoà khí

Ngày nay, hệ thống phun xăng được phát triển mạnh mẽ và ứng dụng hầu hết trên các xe du lịch Một kiểu hệ thống phun xăng khác đang chế tạo và thử nghiệm, đó là kiểu phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt

Hệ thống EFI là hệ thống phun xăng điện tử (Electronic Fuel Injection), bằng cách kiểm tra lượng không khí nạp vào động cơ từ đó định ra lượng nhiên liệu cung cấp qua các kim phun theo đúng tỉ lệ lý thuyết (A/F = 14.7/1) Ngoài ra, trên động cơ người ta còn bố trí các cảm biến khác để hiệu chỉnh phun cho chính xác khi trạng thái làm việc của động cơ thay đổi Hệ thống EFI có các đặc điểm sau:

 Nhiên liệu được cung cấp bằng một bơm điện

 Nhiên liệu sử dụng là xăng

 Nhiên liệu phun nhờ sự mở của các van kim phun Bên trong các kim phun

có các van được điều khiển đóng mở bằng một cuộn solenoid khi có dòng điện đi qua nó

 Các kim phun được điều khiển từ bộ điều khiển điện tử, gọi tắt là ECU (Engine Control Unit) ECU điều khiển khiển các kim phun bằng xung điện dạng xung vuông, có độ rộng xung thay đổi Dựa vào độ rộng của xung này các kim phun sẽ mở với thời gian dài hay ngắn, từ đó định lượng nhiên liệu phun nhiều hay ít

 ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến để xác định tình trạng hoạt động của động

cơ, điều kiện môi trường, từ đó điều khiển thời gian phun nhiên liệu

 Ngày nay, ECU (Engine Control Unit) động cơ không chỉ có chức năng điều khiển phun nhiên liệu mà nó còn điều khiển thời điểm đánh lửa sớm, tốc độ cầm chừng, chẩn đoán, quạt làm mát, thời điểm mở của supap, đường ống nạp, bướm ga, hệ thống chống ô nhiểm…

Hệ thống EFI được chia làm 3 loại chính:

 Hệ thống phun xăng đơn điểm (Single Point Injection - SPI): Hệ thống này chỉ dùng một vòi phun trung tâm duy nhất thay thế cho bộ chế hoà khí Vòi phun nhiên liệu được đặt ngay trước bướm ga và tạo thành hổn hợp hòa khí trên đường nạp Hệ thống có cấu tạo khá đơn giản, chi phí chế tạo rẻ, thường chỉ xuất hiện ở những xe nhỏ

 Hệ thống phun xăng hai điểm (BiPoint Injection - BPI): Được nâng cấp từ hệ thống phun nhiên liệu đơn điểm Hệ thống này sử dụng thêm một vòi phun đặt sau bướm ga nhằm tăng cường nhiên liệu cho hỗn hợp Thông thường hệ thống BPI ít được sử dụng do không cải thiện nhiều so với SPI

 Hệ thống phun xăng đa điểm (MultiPoint Injection - MPI): Mỗi xylanh được trang bị một vòi phun riêng biệt đặt ngay trước supap nạp Hệ thống vòi phun được lấy tín hiệu từ góc quay trục khuỷu để xác định thời điểm phun chính xác

Hệ thống GDI (Gasonline Direct Injection) sử dụng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào trong buồng cháy với áp suất lớn Hệ thống GDI thì phải tới tận năm 1996, hãng Mitsubishi mới chính thức sử dụng trên mẫu xe Galant Legnum Đây là một bước đột

phá trong lịch sử phát triển hệ thống nhiên liệu cho động cơ đốt trong Cho dù ý tưởng

sử dụng vòi phun nhiên liệu trực tiếp vào trong buồng cháy cho động cơ xăng đã có từ rất lâu nhưng do quá nhiều yếu tố chủ quan và khách quan khiến cho nhiều hãng tên tuổi phải “lùi bước” Với việc lắp một vòi phun nhiên liệu bên trong xylanh (giống động cơ diesel) với áp suất phun cao, nhà sản xuất hoàn toàn có thể đẩy tỉ số nén của động cơ lên cao, giúp hỗn hợp không khí - nhiên liệu “tơi” hơn Quá trình cháy diễn ra

“hoàn hảo”, hiệu suất động cơ cao hơn, công suất lớn hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn

Hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí về cơ bản chỉ có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, giá thành thấp hơn so với hệ thống phun xăng điện tử Nhưng bên cạnh

đó bộ chế hòa khí lại tồn tại nhiều khuyết điểm như:

- Tiêu hao nhiều nhiên liệu

- Tỷ lệ hỗn hợp không khí và nhiên liệu không được tối ưu với các chế độ tải trọng khác nhau

- Tỷ lệ hỗn hợp hòa khí không đáp ứng kịp thời theo góc mở bướm ga

- Các xylanh trên cùng một động cơ nhận được tỷ lệ hỗn hợp hòa khí không bằng nhau

- Xăng cháy không hết, sản sinh ra khí độc như HC, CO và ngược lại nếu hỗn hợp quá nghèo sẽ sinh ra khí độc NOx

Sự ra đời của hệ thống phun xăng điện tử đã giải quyết được các vấn đề trên

Ƣu điểm: của hệ thống phun xăng đa điểm so với hệ thống sử dụng bộ chế hòa khí là

 Hỗn hợp nhiên liệu đồng nhất giữa các xylanh động cơ

 Kiểm soát được chính xác tỉ lệ không khí/ nhiên liệu (A/F) ở từng chế độ hoạt động của động cơ

 Cải thiện momen động cơ và đáp ứng nhanh của bướm ga

 Tiết kiệm nhiên liệu và cải thiện việc kiểm soát khí thải

 Cải thiện khả năng khởi động và hoạt động ở nhiệt độ thấp

 Hệ thống có ít các bộ phận cơ khí và giảm thiểu các điều chỉnh phức tạp

Trong khóa luận này chủ yếu tìm hiểu về hệ thống phun xăng đa điểm

Hình 2.2 Sơ đồ bố trí hệ thống phun xăng đa điểm cơ bản

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí hệ thống phun xăng động cơ TOYOTA 3S-FE

Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển phun xăng điện tử

Điều khiển chẩn đoán mã lỗi

 Loại tiếp điểm

Hình 2.5 Cảm biến vị trí cánh bướm ga loại tiếp điểm

Gồm một cần xoay đồng trục với cánh bướm ga, cam dẩn hướng xoay theo cần, tiếp điểm di động di chuyển dọc theo rảnh của cam dẩn hướng, tiếp điểm cầm chừng (IDL), tiếp điểm toàn tải (PSW)

Hoạt động: Khi cánh bướm ga đóng (mở nhỏ hơn 50 ) thì tiếp điểm di động sẻ tiếp xúc với tiếp điểm cầm chừng và gửi tín hiệu điện thế thông báo cho ECU biết động cơ

Cảm biến

vị trí cánh bướm

ga

đang hoạt động ở chế độ cầm chừng, khi cánh bướm ga mở ở vị trí 500 - 700 so với vị trí đóng hoàn toàn thì tiếp điểm di động tiếp xúc với tiếp điểm toàn tải và gửi tín hiệu điện thế để ECU biết tình trạng tải lớn của động cơ

Loại tuyến tính

Như trình bày trong hình minh họa, cảm biến này gồm có 2 con trượt và một điện trở, các tiếp điểm cho các tín hiệu IDL và VTA được cung cấp ở các đầu của mỗi tiếp điểm

Khi tiếp điểm này trượt dọc theo điện trở đồng thời với góc mở bướm ga, điện áp này được đặt vào cực VTA theo tỷ lệ thuận với góc mở của bướm ga

Khi bướm ga được đóng lại hoàn toàn, tiếp điểm của tín hiệu IDL được nối với các cực IDL và E2

- Các cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính hiện nay có các kiểu không có tiếp điểm IDL hoặc các kiểu có tiếp điểm IDL nhưng nó không được nối với ECU động cơ Các kiểu này dùng tín hiệu VTA để thực hiện việc điều khiển đã nhớ

và phát hiện trạng thái chạy không tải

- Một số kiểu sử dụng tín hiệu ra hai hệ thống (VTA1, VTA2) để tăng độ tin cậy

Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga

Hình 2.7 Cấu tạo, sơ đồ mạch điện và đường đặc tính của loại

phần tử Hall

 Loại phần tử Hall

Cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall gồm có các mạch IC Hall làm bằng các phần tử Hall và các nam châm quay quanh chúng Các nam châm được lắp ở trên trục bướm ga và quay cùng với bướm ga

Khi bướm ga mở, các nam châm quay cùng một lúc và các nam châm này thay đổi vị trí của chúng Vào lúc đó, IC Hall phát hiện sự thay đổi từ thông gây ra bởi sự thay đổi của vị trí nam châm và tạo ra điện áp ra của hiệu ứng Hall từ các cực VTA1 và VTA2 theo mức thay đổi này Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu

mở bướm ga

2.5.2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp (Intake air temperature sensor – IATS) và nhiệt

độ nước (Engine Coolant Temperature Sensor - ECTS)

Hình 2.8 Vị trí lắp đạt nhiệt độ nước làm mát

Hình 2.9 Cấu tạo, sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước

Cảm biến nhiệt độ nước và cảm biến nhiệt độ khí nạp đã được gắn các nhiệt điện trở bên trong, khi mà nhiệt độ càng thấp thì trị số điện trở càng lớn Ngược lại, nhiệt

độ càng cao thì trị số điện trở càng thấp Và sự thay đổi về giá trị điện trở của nhiệt điện trở này được sử dụng để phát hiện các thay đổi về nhiệt độ của nước làm mát và không khí nạp

Cảm biến nhiệt

độ nước làm mát ( THW )

Hình 2.10 Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước và nhiệt độ không khí nạp

2.5.3 Cảm biến vị trí trục khuỷu (Crankshaft Position Sensor - CKPS), vị trí trục cam (Camshaft Position Sensor - CMPS)

Hình 2.11 Vi trí lắp đạt cảm biến vị trí trục khuỷu và vị trí trục cam

Cảm biến vị trí trục khuỷu

(NE)

Cảm biến vị trí trục cam (G)

A Cảm biến vị trí trục cam (bộ tạo tín hiệu G)

Hình 2.12 Kết cấu, sơ đồ và đường đặc tính cảm biến vị trí trục cam

Trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín hiệu G có các răng Số răng là 1, 3 hoặc một số khác tuỳ theo kiểu động cơ (trong hình vẽ có 3 răng) Khi trục cam quay, khe hở không khí giữa các răng trên trục cam và cảm biến này sẽ thay đổi

Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G Tín hiệu G này được chuyển đi như một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp nó với tín hiệu NE từ cảm biến vị trí của trục khuỷu để xác định TDC (điểm chết trên) kỳ nén của mỗi xi lanh để đánh lửa và phát hiện góc quay của trục khuỷu ECU động cơ dùng thông tin này để xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa

B Cảm biến vị trí của trục khuỷu (bộ tạo tín hiệu NE)

Hình 2.13 Kết cấu, sơ đồ và đường đặc tính cảm biến vị trí trục khuỷu

Tín hiệu NE được ECU động cơ sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu và tốc độ của động cơ ECU động cơ dùng tín hiệu NE và tín hiệu G để tính toán thời gian phun

cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản

Đối với tín hiệu G, tín hiệu NE được tạo ra bởi khe không khí giữa cảm biến vị trí trục khuỷu và các răng trên chu vi của roto tín hiệu NE được lắp trên trục khuỷu Hình minh họa trình bày một bộ tạo tín hiệu có 34 răng ở chu vi của rôto tín hiệu NE

và một khu vực có 2 răng khuyết Khu vực có 2 răng khuyết này có thể được sử dụng

để phát hiện góc của trục khuỷu, nhưng nó không thể xác định xem đó là TDC của chu

kỳ nén hoặc TDC của kỳ xả ECU động cơ kết hợp tín hiệu NE và tín hiệu G để xác định đầy đủ và chính xác góc của trục khuỷu Ngoài loại này, một số bộ phát tín hiệu

có 12, 24 hoặc một răng khác, nhưng độ chính xác của việc phát hiện góc của trục khuỷu sẽ thay đổi theo số răng Ví dụ: Loại có 12 răng có độ chính xác về phát hiện

góc của trục khuỷu là 30°CA

2.5.4 Cảm biến áp suất tuyệt đối đường nạp (Manifold Absolute Pressure Sensor

- MAP)

Hình 2.14 Vị trí lắp đạt cảm biến áp suất tuyệt đối đường nạp

Cảm biến áp suất đường ống nạp được dùng cho hệ thống EFI để cảm nhận áp suất đường ống nạp

Như trình bày ở hình minh họa, một chíp silic kết hợp với một buồng chân không được duy trì ở độ chân không định trước, được gắn vào bộ cảm biến này Một phía của chíp này được lộ ra với áp suất của đường ống nạp và phía bên kia thông với buồng chân không bên trong

Một thay đổi về áp suất của đường ống nạp sẽ làm cho hình dạng của chip silic này thay đổi, và trị số điện trở của chíp này dao động theo mức biến dạng này

Hình 2.15 Cấu tạo cảm biến áp suất đường ống nạp

MAP

Tín hiệu điện áp, mà IC biến đổi từ sự dao động của giá trị điện trở này gọi là tín

hiệu PIM ECM sử dụng tín hiệu này để thêm hoặc bớt lượng nhiên liệu phun

2.5.5 Cảm biến kích nổ (Knock Sensor - KS)

Cảm biến kích nổ thường được chế tạo bằng vật liệu áp điện (Piezoelectric) để chuyển đổi rung động (hay tiếng kích nổ) của động cơ thành tín hiệu điện áp rất nhỏ cung cấp cho ECU Nó được lắp trên thân xylanh hoặc nắp máy để cảm nhận xung kích nổ phát sinh trong động cơ và gửi tín hiệu này đến ECU động cơ, làm trễ thời điểm đánh lửa nhằm ngăn chặn hiện tượng kích nổ

Hình 2.16 Kết cấu cảm biến kích nổ

Thành phần áp điện trong cảm biến kích nổ được chế tạo bằng tinh thể thạch anh,

là vật liệu khi có áp lực sẽ sinh ra điện áp Rung động của động cơ truyền qua cảm biến đến vòng thép nặng Lực quán tính của vòng thép tác dụng một lực lên phần tử áp điện Phần tử áp điện sẽ sinh ra một sức điện động tỷ lệ với cường độ rung động của động cơ Tín hiệu điện áp này có giá trị nhỏ hơn 2.4 V Nhờ tín hiệu này, ECU động

cơ nhận biết hiện tượng kích nổ và điều chỉnh giảm góc đánh lửa cho đến khi không còn kích nổ ECU động cơ có thể điều chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại

Hình 2.17 Đường đặc tính của cảm biến kích nổ

2.5.6 Cảm biến oxy (Heated Oxygen Sensor-HO 2 S)

Cảm biến oxy phát hiện nồng độ oxy trong khí xả là giàu hơn hay nghèo hơn tỷ lệ không khí/nhiên liệu (A/F) theo lý thuyết Cảm biến này chủ yếu được lắp trong đường ống xả, nhưng vị trí lắp và số lượng khác nhau tuỳ theo kiểu động cơ Cảm biến oxy

loại đun nóng được lắp ở hai vị trí phía trước và sau của bộ chuyển đổi xúc tác (Catalytic Converter) Cảm biến có lắp một bộ đun nóng để cảm biến hoạt động lúc động cơ còn nguội

Hình 2.18 Cấu tạo của cảm biến oxy

Cảm biến oxy có một phần tử dẫn thuần oxy được chế tạo từ hỗn hợp oxit của zirconium (Zr) và yttrium (Y) rồi bên trong và bên ngoài của phần tử này được bọc bằng một lớp platinum mỏng Không khí xung quanh được dẫn vào bên trong của cảm biến này, và phía ngoài của cảm biến lộ ra phía khí thải Ở nhiệt độ cao (400 °C [752°F] hay cao hơn), phần tử zirconi tạo ra một sức điện động giữa hai điện cực phalatium sức điện động này thay đổi với lượng oxy chứa trong khí xả

Hình 2.19 Sơ đồ và đường đặc tính cảm biến oxy

Đặc tính này thay đổi đột ngột điện thế ra gần với tỷ số lý thuyết không khí/nhiên liệu (A/F = 14.7) Đặc tính này được sử dụng để phát hiện mật độ oxy trong khí xả

Tín hiệu chuyển đến ECU cho phép đánh giá hỗn hợp nhiên liệu và không khí nạp giàu hay nghèo so với tỷ lệ A/F lí thuyết

Điện thế ra của HO2S thay đổi từ: 0.1 - 0.9 phụ thuộc vào nồng độ oxy trong khí thải Khi hổn hợp đậm thì điện thế ra lớn hơn 0.45 (V), hỗn hợp nghèo thì điện thế ra nhỏ hơn 0.45 (V)

2.5.7 Công tắc áp suất nhớt (Oil Pressure Switch)

Hình 2.20 Công tắc áp suất nhớt Hình 2.21 Vị trí lắp đặt công tắc áp suất nhớt

Là một công tắc thường đóng, thay đổi vị trí tiếp điểm khi có áp lực nhớt, công tắc được nối với đèn báo áp suất nhớt để báo sự hoạt động của hệ thống bôi trơn

Đèn báo áp suất nhớt sáng khi hệ thống bôi trơn không có áp lực khi động cơ không làm việc, áp suất dầu bôi trơn không đủ hoặc hệ thống bôi trơn có hư hỏng Khi động cơ làm việc thì đèn báo áp suất nhớt phải tắt

2.5.8 Hệ thống cung cấp nhiên liệu

a Bơm nhiên liệu

Bơm nhiên liệu có nhiệm vụ hút nhiên liệu từ thùng xăng và cung cấp dưới một áp suất nhất định đến hệ thống cung cấp nhiên liệu

Bơm nhiên liệu là bơm dùng bi gạt được dẫn động nhờ roto động cơ điện Đĩa roto được ráp lệch tâm trong vỏ bơm Quanh chu vi đĩa có các hốc lõm chứa bi gạt Khi roto quay, lực ly tâm sẽ ấn các bi gạt vào vách vỏ bơm để bao kín và bơm xăng đi từ lỗ hút ra lỗ thoát

Hình 2.22 Bơm nhiên liệu

Áp suất nhiên liệu do bơm cung cấp rất lớn khoảng: 6,5 - 7,8 (kg/cm2), nhưng áp suất nhiên liệu trong hệ thống khoảng: 2 - 3 (kg/cm2) do sự khống chế áp suất của bộ điều áp

Hinh 2.23 Sơ đồ mạch điều khiển bơm xăng bằng ECU

b Bộ giảm rung động (bộ dập dao động )

Bộ giảm rung này dùng một màng ngăn để hấp thụ một lượng nhỏ xung của áp suất nhiên liệu sinh ra bởi việc phun nhiên liệu và độ nén của bơm nhiên liệu Một số kiểu động cơ không có bộ giảm rung

Hình 2.24 Bộ dập dao động

c Lọc nhiên liệu

Lọc nhiên liệu có nhiệm vụ lọc sạch các cặn bẩn có trong nhiên liệu, để đảm bảo

sự làm việc chính xác của bộ định lượng và phân phối nhiên liệu tới các kim phun

Lọc nhiên liệu được bố trí giữa bơm xăng và bộ phân phối nhiên liệu

Cấu trúc của lọc nhiên liệu gồm một lõi lọc bằng giấy xếp chồng lên nhau làm cho

nhiên liệu chỉ đi qua khe hở này và một đĩa tròn để giữ lọc

Dòng nhiên liệu sau khi qua bộ lọc được dẫn đến bộ định lượng phân phối nhiên

Bộ điều áp có chức năng duy trì áp suất ổn định trên đường ống phân phối nhiên

liệu đến kim phun Nhiên liệu có áp suất từ đường ống phân phối đi vào bộ điều áp tác

dụng lên màng làm mở van bi, nhiên liệu qua van bi trở về thùng chứa làm giảm áp

suất của đường phân phối cho đến một áp suất quy định màng đi xuống đóng nhỏ van

bi hạn chế lượng nhiên liệu trở về thùng Áp thấp trên đường ống nạp được nối với

buồng trên của màng Khi độ chân không trên đường ống nạp giảm thì áp suất nhiên