Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ 1NZ FE

Trong vòng 20 năm trở lại đây, công nghiệp ô tô đã có những sự thay đổi lớn lao. Đặc biệt, hệ thống điện và điện tử trên ô tô đã có bước phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng các yêu cầu: tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độ độc hại của khí thải, tăng tính an toàn và tiện nghi của ô tô. Ngày nay chiếc ô tô là một hệ thống phức hợp bao gồm cơ khí và điện tử. Trên hầu hết các hệ thống điện ô tô đều có mặt các bộ vi xử lý để điều khiển các quá trình của hệ thống. Các hệ thống mới lần lượt ra đời và được ứng dụng rộng rãi trên các loại xe, từ các hệ thống điều khiển động cơ và hộp số cho đến các hệ thống an toàn và tiện nghi trên ô tô. Điển hình như hệ thống đánh lửa điện tử đã thay cho hệ thống đánh lửa điều khiển bằng vít lửa, bộ chế hòa khí đã được thay bằng hệ thống phun xăng điện tử. Vì vậy tôi hiểu rằng điện điện tử trên ô tô là rất quan trọng và đặc biệt là hệ thống điện động cơ. Do đó tôi chọn đề tài “Nghiên cứu – khai thác hệ thống điều khiển động cơ. Thiết kế mô hình điều khiển phun xăng, đánh lửa trên động cơ 1NZFE” để tìm hiểu sâu hơn nhằm phục vụ cho công việc của tôi sau này.

Trang 1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn này là kết quả thực hiện của tôi, dưới sự hướng dẫncủa Th.S Dương Minh Thái

Các trích dẫn , số liệu, hình vẽ được trình bày trong luận văn này là hoàn toàntrung thực và chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào

Tôi xin chịu trách nhiệm đề tài luận văn của mình

Sinh viên Dương Đồng Quang

MỤC LỤC

Trang 2

Danh mục các từ viết tắt 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 7

1.1 Đặt vấn đề 7

1.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 8

1.3 Mục tiêu đề tài 9

1.4 Giới hạn của đề tài 9

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TRÊN Ô TÔ 9

2.1 Lịch sử phát triển 9

2.2 Thuật toán điều khiển lập trình và nguyên lý điều khiển động cơ 10

2.2.1 Một số khái niệm về hệ thống điều khiển tự động sử dụng trên ôtô 10

2.2.2 Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng 11

2.2.3 Thuật toán điều khiển lập trình cho ECU 12

2.3 Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ 1NZ-FE 14

2.3.1 Mô tả hệ thống 14

2.3.2 Chức năng của hệ thống điều khiển động cơ 1NZ-FE 14

2.3.3 Kết cấu của hệ thống điều khiển động cơ 1NZ-FE 15

Chương 3: NGHIÊN CỨU – KHAI THÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN ĐỘNG CƠ 1NZ-FE 17

3.1 Hệ thống các cảm biến 17

3.1.1 Cảm biến áp suất trên đường ống nạp 17

3.1.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 17

3.1.1.2 Kiểm tra 18

3.1.2 Cảm biến vị trí trục cam G2 20

3.1.3 Cảm biến vị trí trục khuỷu 21

3.1.3.1 Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động 21

3.1.3.2 Kiểm tra 22

3.1.4 Cảm biến vị trí bướm ga 24

3.1.4.2 Kiểm tra 25

3.1.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 27

Trang 3

3.1.5.2 Kiểm tra 29

3.1.6.2 Kiểm tra 32

3.1.7 Cảm biến tiếng gõ 34

3.1.7.2 Kiểm tra 35

3.1.8 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 37

3.1.8.2 Kiểm tra 39

3.1.9 Cảm biến lưu lượng khí nạp 40

3.1.9.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 40

3.1.9.2 Mạch điện cảm biến đo lưu lượng khí 41

3.2 Bộ điều khiển trung tâm (ECU) 43

3.2.1 Bộ phận và cấu trúc chung của ECU 43

3.2.2 Các thành phần và chức năng của từng bộ phận chính 43

3.2.2.1 Bộ nhớ của ECU 43

3.2.2.2 Bộ vi xử lí của ECU 44

3.2.2.3 BUS (ECU) 45

3.2.2.4 Các thiết bị phụ 45

3.2.3 Mạch cấp nguồn - Mạch VC -Mạch nối đất ECU 46

3.2.3.1 Mạch cấp nguồn 46

3.2.3.2 Mạch VC 48

3.2.3.3 Mạch nối đất 49

3.3 Hệ thống phun xăng điện tử EFI 50

3.3.1 Tổng quan về hệ thống phun xăng điện tử EFI 50

3.3.1.1 Cấu tạo hệ thống phun xăng điện tử EFI 50

3.3.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống phun xăng điện tử EFI 51

3.3.2 Kiểm tra chẩn đoán hư hỏng các chi tiết của hệ thống 52

3.3.2.1 Kiểm tra bơm nhiên liệu 52

Trang 4

3.3.2.2 Kiểm tra kim phun 57

3.3.2.3 Quy trình kiểm tra chẩn đoán hệ thống phun xăng 62

3.4 Hệ thống điều khiển đánh lửa điện tử 63

3.4.1 Quá trình phát triển hệ thống đánh lửa 63

3.4.1.1 Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng vít 63

3.4.1.2 Kiểu bán dẫn 65

3.4.1.3 Hệ thống đánh lửa sớm bằng điện tử ESA 65

3.4.1.4 Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) 68

3.4.2 Nguyên lý làm việc hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ 1NZ-FE 69

3.4.2.1 Nguyên lý làm việc 69

3.4.2.2 Cấu tạo 71

3.4.3 Kiểm tra, chẩn đoán hư hỏng các chi tiết của hệ thống 76

3.4.3.1 Kiểm tra IC 76

3.4.3.2 Kiểm tra cụm bobin và IC 76

3.4.3.3 Kiểm tra tín hiệu IGT 77

3.4.3.4 Kiểm tra tín hiệu IGF 80

3.4.3.5 Kiểm tra bugi 80

3.4.3.6 Kiểm tra chẩn đoán tổng thể hệ thống 83

3.4.3.7 Phương pháp cân lửa 85

3.4.4 Nguyên nhân hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 91

3.5 Một số sơ đồ mạch điện hệ thống điều khiển phun xăng – đánh lửa điện tử 93 3.6 Hệ thống điều khiển tốc độ cầm chừng 98

3.6.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển cầm chừng 98

3.6.2 Các chế độ làm việc 99

3.6.2.1 Chế độ khởi động 99

3.6.2.2 Chế độ sau khởi động 100

3.6.2.3 Chế độ hâm nóng 100

3.6.2.4 Chế độ máy lạnh 100

3.6.2.5 Theo tải máy phát 100

3.6.2.6 Tín hiệu từ hộp số tự động 100

Trang 5

3.6.3 Các loại van ISCV 100

3.6.3.1 Loại cuộn dây quay 101

3.6.3.2 Kiểu môtơ bước 102

3.6.4 Kiểm tra van ISC 103

3.6.4.1 Vị trí van ISC 104

3.6.4.2 Qui trình kiểm tra 104

3.7 Hệ thống tự chẩn đoán 106

3.7.1 Mô tả 106

3.7.2 Kiểm tra đèn báo hiệu 107

3.7.3 Phát hiện mã lỗi (TEST MODE) 107

3.7.4 Chuẩn đoán hệ thống dựa vào đèn check hoặc thiết bị đọc lỗi 107

3.7.4.1 Cách đọc lỗi trên đèn check 107

3.7.4.2 Phân tích các lỗi trên hệ thống 108

3.7.5 Phương pháp lấy và giải mã code hỏng hóc của các hãng xe ô tô khác 110 3.7.5.1 Phương pháp lấy và giải mã code hỏng hóc của ô tô HYUNDAI 110

3.7.5.2 Giải mã code hỏng hóc ô tô MITSUBISHI 112

3.7.5.3 Phương pháp lấy và giải mã code hỏng hóc của ô tô BMW 114

3.7.5.4 Phương pháp lấy và giải mã code hỏng hóc của ô tô MERCEDES 116

3.7.5.5 Phương pháp truy nhập lấy và giải mã hỏng hóc ô tô LEXUS 118

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG – ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ 1NZ-FE 121

4.1 Ý nghĩa 121

4.2 Phương án lựa chọn 121

4.3 Sử dụng mô hình 122

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 126

5.1 Kết luận 126

5.2 Hướng phát triển 126

TÀI LIỆU THAM KHẢO 127

Danh mục các từ viết tắt

ESA (Electronic Spark Advance): Đánh lửa sớm điện tử

Trang 6

ECU (Electronic Control Unit): Bộ điều khiển điện tử.

OBD (On Board Diagnosis): Hệ thống chẩn đoán

IGT: Tín hiệu đánh lửa do ECU cấp đến IC của hãng TOYOTA

IGF: Tín hiệu phản hồi đánh lửa do IC cấp đến ECU của hãng TOYOTA DIS (Direct Ignition System): Hệ thống đánh lửa trực tiếp

LED (Lighting Emision Diode): Phần tử cảm quang

EFI (Electronic Fuel Injection): Hệ thống phun xăng điện tử

VVT-i (Variable Valve Timing with intelligence): Hệ thống điều khiển van nạp nhiên liệu biến thiên thông minh

IC (Integrated Circuit): Mạch tích hợp

CPU ( Central Processing Unit ): Bộ vi xử lý trung tâm

TBĐK : Thiết bị điều khiển

ĐTĐK : Đối tượng điều khiển

GDI ( Gasoline Direct Injection ): Động cơ phun xăng trực tiếp

Trang 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Đặt vấn đề

Trong vòng 20 năm trở lại đây, công nghiệp ô tô đã có những sự thay đổi lớnlao Đặc biệt, hệ thống điện và điện tử trên ô tô đã có bước phát triển vượt bậc nhằmđáp ứng các yêu cầu: tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độ độchại của khí thải, tăng tính an toàn và tiện nghi của ô tô Ngày nay chiếc ô tô là một

hệ thống phức hợp bao gồm cơ khí và điện tử Trên hầu hết các hệ thống điện ô tôđều có mặt các bộ vi xử lý để điều khiển các quá trình của hệ thống Các hệ thốngmới lần lượt ra đời và được ứng dụng rộng rãi trên các loại xe, từ các hệ thống điềukhiển động cơ và hộp số cho đến các hệ thống an toàn và tiện nghi trên ô tô Điểnhình như hệ thống đánh lửa điện tử đã thay cho hệ thống đánh lửa điều khiển bằngvít lửa, bộ chế hòa khí đã được thay bằng hệ thống phun xăng điện tử Vì vậy tôihiểu rằng điện điện tử trên ô tô là rất quan trọng và đặc biệt là hệ thống điện động

cơ Do đó tôi chọn đề tài “Nghiên cứu – khai thác hệ thống điều khiển động cơ.

Thiết kế mô hình điều khiển phun xăng, đánh lửa trên động cơ 1NZ-FE” để tìm

hiểu sâu hơn nhằm phục vụ cho công việc của tôi sau này

1.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu lý thuyết hệ thống điện động cơ trên các tài liệu của hãng Toyota, giáotrình giảng dạy của trường Đại học Giao Thông Vận Tải TP.HCM, Sư Phạm KỹThuật…

Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài em có sự dụng một số phương phápnghiên cứu sau:

- Tra cứu trong các tài liệu, giáo trình kỹ thuật, sách vở, đặc biệt là các cuốn cẩmnang khai thác, bảo dưỡng sửa chữa của chính hãng Toyota

- Nghiên cứu, tìm kiếm thông tin trên mạng Internet, các website trong và ngoàinước So sánh và chắt lọc để sử dụng những thông tin cần thiết và đáng tin cậy

- Tham khảo ý kiến của các nhà chuyên môn, các Giảng viên trong ngành cơ khí

ô tô Trong đó phải kể đến các thầy trong tổ bộ môn Cơ khí ô tô của trường ĐHGiao Thông Vận Tải TP Hồ Chí Minh, các kỹ sư, chuyên viên kỹ thuật về ô tôtại các Trung tâm bảo hành, các xưởng sửa chữa và các Garage chuyên dùng, và

cả những người có kinh nghiệm lâu năm trong việc sử dụng và bảo quản xe…

- Nghiên cứu trực tiếp trên xe và các hệ thống cụ thể trong thực tế

Trang 8

- Tổng hợp và phân tích các nguồn dữ liệu thu thập được, từ đó đưa ra nhữngđánh giá và nhận xét của riêng mình

Tìm hiểu phương pháp kiểm tra và chẩn đoán các bộ phận của hệ thống điệnđộng cơ dựa trên cơ sở lý thuyết, kiến thức được học cùng với kiến thức thựcnghiệm qua các đợt thực tập và sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn

Xây dựng một vài quy trình kiểm tra, chẩn đoán của các hư hỏng thường gặp Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển phun xăng, đánh lửa trên động cơ 1NZ-FE

1.3 Mục tiêu đề tài

Nắm vững phần lý thuyết hệ thống điện động cơ

Trình bày các quy trình kiểm tra,chẩn đoán các hư hỏng của hệ thống

Đồng thời bài báo cáo này cũng có thể trở thành tài liệu tham khảo cho các sinh viênkhóa sau

1.4 Giới hạn của đề tài

- Vì giới hạn về thời gian, đề tài chỉ nghiên cứu phần lý thuyết hệ thống điện động cơ, không nghiên cứu điện thân xe

- Có mô hình thực tế

Trang 9

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

TRÊN Ô TÔ 2.1 Lịch sử phát triển

Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp – ông Stevan – đã nghĩ ra cách phun nhiênliệu cho một máy nén khí Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiênliệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả Đầu thế kỷ 20, người Đức ápdụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trênđộng cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp) Tuy nhiên, sau đósáng kiến này đã được ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấpnhiên liệu cho máy bay ở Đức Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trongviệc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí Trong hệ thống phun xăng này, nhiênliệu được phun liên tục vào trước supap hút nên có tên gọi là K – Jetronic (K –Konstant – liên tục, Jetronic – phun) K – Jetronic được đưa vào sản xuất và ứngdụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc pháttriển các hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE – Jetronic, Mono – Jetronic, L –Jetronic, Motronic…

Tên tiếng Anh của K – Jetronic là CIS (continuous injection system) đặc trưng chocác hãng xe Châu Âu và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K – Jetronic vớicác cảm biến oxy và KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE –Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm) Do hệ thống phun cơ khí còn nhiềunhược điểm nên đầu những năm 80, BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun sử dụngkim phun điều khiển bằng điện Có hai loại: hệ thống L – Jetronic (lượng nhiên liệuphun được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D – Jetronic (lượngnhiên liệu phun được xác định dựa vào áp suất trên đường ống nạp)

Đến năm 1984, người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thốngphun xăng L – Jetronic và D – Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với động

cơ 4A – ELU) Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L– Jetronic thay cho bộ chế hoàkhí của xe Nissan Sunny

Song song với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửatheo chương trình (ESA – Electronic Spark Advance) cũng được đưa vào sử dụngvào những năm đầu thập kỷ 80 Sau đó, vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửatrực tiếp (DIS – Direct Ignition System) ra đời, cho phép không sử dụng delco và hệthống này đã có mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới

Ngày nay, gần như tất cả các ôtô đều được trang bị hệ thống điều khiển động cơ cảđộng cơ xăng và động cơ Diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được cácyêu cầu gắt gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu Thêm vào đó công suất động

cơ cũng được cải thiện rõ rệt

Trang 10

Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời Đó là động

cơ phun xăng trực tiếp GDI (Gasoline Direct Injection) Trong tương lai gần, chắcchắn GDI sẽ được sử dụng rộng rãi

2.2 Thuật toán điều khiển lập trình và nguyên lý điều khiển động cơ

2.2.1 Một số khái niệm về hệ thống điều khiển tự động sử dụng trên ôtô

 Hệ thống điều khiển vòng kín

Là hệ thống thực hiện điều khiển có phản hồi tức là tín hiệu Y được đo lường vàdẫn đến đầu vào phối hợp với tín hiệu X tác dụng lên TBĐK để tạo ra tín hiệu U sau

đó tác động vào ĐTĐK gây sự biến đổi Y

Hinh 2.1: Sơ đồ khối hệ thống hở .

X

ĐTĐKTBĐK

X1

Cơ cấu so sánh

YH(s)

Hình:2.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển có cơ cấu phản hồi

Trang 11

2.2.2 Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng

 Một trong những vấn đề chủ yếu mà điều khiển tự động trên ô tô phải giải

quyết là điều khiển các thông số ra của các hệ thống trang bị trên xe sao cho đảm

bảo tính năng và sự an toàn của ô tô là tốt nhất trong mọi điều kiện hoạt động Đối

với ôtô khi vận hành luôn có sự thay đổi về tốc độ, tải trọng, khí hậu môi trường,

điều kiện mặt đường … Vì cần phải điều khiển các thông số ra cho những hệ thống

trên ô tô khá đa dạng và phức tạp, ngoài ra các hệ thống này còn chịu ảnh hưởng của

những tác động bên ngoài Do vậy, điều khiển tự động trên ôtô thường áp dụng hệ

thống điều khiển kín và có hồi tiếp Sự áp dụng loại hệ thống này tạo được mối liên

hệ trực tiếp giữa những tác động cần thiết để điều khiển hệ thống với các thông số

hoạt động của hệ thống đồng thời loại bỏ những tác động nhiễu đến thông số này

đảm bảo cho giá trị của chúng luôn phù hợp với giá trị mà ta mong muốn

 Các hệ thống được điều khiển tự động trang bị trên ôtô hiện nay là những hệ

thống điều khiển bằng máy tính (Computer Control System)

 Các cảm biến có vai trò xác định thông tin và hoạt động của động cơ cũng

như các thông tin về môi trường ngoài có liên quan đến sự hoạt động của động cơ,

những thông tin này ở dạng các tín hiệu địên áp (Electric Signals) được cảm biến

gửi về bộ vi xử lý thông qua thiết bị giao tiếp đầu vào (khuyếch đại, chuyển đổi A/D

…)

 Bộ vi xử lý sẽ so sánh những thông tin này so với những thông tin trong bộ

nhớ máy tính để từ đó phát ra tín hiệu điều khiển thích hợp Tín hiệu điều khiển U

được gửi đến các thiết bị thực hiện thông qua các thiết bị kiểm soát giao tiếp đầu ra

để tác động điều khiển các thông số hoạt động của động cơ

2.2.3 Thuật toán điều khiển lập trình cho ECU.

Compurator

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý điều khiển tự động trên ô tô

Thiết

bị giaotiếpđầu ra

Bộđiềukhiển

Hệ thống cần điềukhiển

Các thiết bịgiao tiếp đầuvào

Các cảm biến

Thiếtbịthựchiện

Trang 13

Hình 2.6 Sơ đồ các bộ phận trong hệ thống điều khiển động cơ 1NZ -FE

2.3.2 Chức năng của hệ thống điều khiển động cơ 1NZ-FE

Ngày nay với sự ra đời và phát triển mạnh của khoa học - công nghệ tự độngđiều khiển đã làm cơ sở và nền tảng cho việc thiết lập các hệ thống điều khiển theochương trình trên động cơ 1NZ-FE đã giải quyết được các vấn đề hiện đang đặt ranhư: công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, khí thải…

Trang 14

EFI (phun xăng điện tử)ESA (đánh lửa sớm điện tử)ISC (điều khiển tốc độ không tải)Chức năng chẩn đoán

Chức năng an toànChức năng dự phòngCác hệ thống điều khiển khác

2.3.3 Kết cấu của hệ thống điều khiển động cơ 1NZ-FE

Hình 2.7 Tổng quan sơ đồ cấu trúc điều khiển

Hệ thống điều

khiển động cơ

Điều khiển cầm chừng

BỘ PHẬN CHẤP HÀNH TÍN HIỆU VÀO

Hệ thống đánh lửa

Hệ thống chẩn đoán

E C U

Hệ thống nhiên liệu

Các cảm biến khác Điện áp accu Cảm biến oxy

Tín hiệu khởi động

Vị trí bướm ga Nhiệt độ khí nạp

Nhiệt độ nước làm mát

Lưu lượng gió (MAP) Tín hiệu G, Ne

Trang 15

SPD Đồng hồ táp lô STP CT đèn phanh

IGT1 IGT2 IGT3 IGT4

HP THR ACMG ACI

SIL TC WFSE

CB kích nổ

CB vị trí trục cam

CB vị trí trục khuỷu

Kim phun 1 2 3 4

2 3

1

Van VVT

Công tắc áp suất dầu trợ lực lái PS

+B

15A EFI

BATT FC

P RG

THW E2

Relay quạt 1 CF

Tín hiệu đề STA

Máy phát ALT

Đèn báo lỗi

Van EVAP

2

3 1

5

Relay EFI Relay bơm

HTL1

OXL2 HTL2

OXL1

CB Ôxy 1

CB Ôxy 2

THA VG EVG 4

3

2 5

1 Bộ đo gió

kiểu dây nhiệt

VTA

CB vị trí bướm ga

OXL2

EC PS

SPD

STP ACMG

HTL2

THR

TC

SIL +B

FC W

TACH

HT điều hòa không khí

Bô bin và

IC đánh lửa

NE+

KNK

NE-RSD Van ISC

Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ xe Toyota Vios

Hộp ECU

Giắc DLC3

15A EFI 1 5 15 9

16 7 13

IG2

W

FAN CF

E1 E03

Trang 16

Chương 3: NGHIÊN CỨU – KHAI THÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN

ĐỘNG CƠ 1NZ-FE 3.1 Hệ thống các cảm biến

3.1.1 Cảm biến áp suất trên đường ống nạp

3.1.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

 Cấu tạo

Cảm biến bao gồm một chip Silic kết hợp với buồng chân không và một con

IC Một mặt của màng silic bố trí tiếp xúc với độ chân không trong đường ống nạp

và mặt khác của nó bố trí ở trong buồng chân không được duy trì một áp thấp cốđịnh trước nằm trong cảm biến

Hình 3.1: Cấu tạo cảm biến MAP.

 Hoạt động

Nguyên lý đo của cảm biến là dựa vào độ chênh lệch áp suất trong buồng chânkhông của cảm biến và áp suất trong đường ống nạp Khi áp suất trong đường ốngnạp thay đổi sẽ làm cho hình dạng của màng silic thay đổi theo và trị số điện trở của

nó sẽ thay đổi Sự dao động của tín hiệu điện trở này sẽ được chuyển thành một tínhiệu điện áp gửi đến ECU động cơ ở cực PIM

Trang 17

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý cảm biến MAP.

Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và áp suất đường ống nạp của

Trang 18

Hình 3.5: Hình dáng và vị trí cảm biến MAP.

 Qui trình kiểm tra

 Kiểm tra điện áp nguồn cấp cho cảm biến

Bước 1: Tắt khóa điện OFF

Bước 2: Tháo giắc nối cảm biến MAP

Bước 3: Bật khóa điện sang vị trí ON

Bước 4: Dùng Vôn kế đo điện áp giữa cực VC và E2 trên giắc cảm biến MAP

Điện áp chuẩn: 4.5 ÷ 5.5V.

Hình 3.6: Kiểm tra điện áp nguồn cấp cho cảm biến

 Kiểm tra điện áp ra của cảm biến MAP

Bước 1: Nối lại giắc cảm biến

Bước 2: Tháo ống chân không ra khỏi đường ống nạp

đường ống nạp.

Trang 19

Bước 3: Bật khóa điện sang vị trí ON.

Bước 4: Dùng Vôn kế đo và ghi lại điện áp giữa chân PIM – E2 của cảm biếnMAP dưới áp suất khí quyển

Điện áp chuẩn: 3.3V ÷ 3.9V.

Hình 3.8: Kiểm tra điện áp ra cảm biến.

Bước 5: Dùng bơm chân không cầm tay tạo chân không cho cảm biến MAP theo cấp số cộng từ 100mmHg đến khi độ chân không đạt đến 500mmHg

xi lanh để đánh lửa và phát hiện góc quay của trục khuỷu ECU động cơ dùng thôngtin này để xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa

Trang 20

 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cảm biến bao gồm một cuộn dây nhận tín hiệu, một nam châm vĩnh cửu, mộtroto (32 răng nhỏ và 1 răng lớn) tạo tín hiệu Roto cảm biến được gắn ở đầu trụckhuỷu

Khi trục khuỷu quay khe hở không khí giữa các răng trên roto tín hiệu và cảmbiến trục khuỷu sẽ thay đổi Sự thay đổi khe hở tạo ra điện áp trong cuộn nhận tínhiệu được gắn vào cảm biến này sinh ra tín hiệu NE

Roto tạo tín hiệu kích hoạt cuộn nhận tín hiệu 33 lần trong mỗi vòng quaytrục khuỷu Từ tín hiệu này, ECU nhận biết tốc độ động cơ cũng như sự thay đổitừng 10 một của góc quay trục khuỷu

Hình 3.10 Cấu tạo

cảm biến vị trí

trục khuỷu.

Trang 21

 Kiểm tra điện trở cảm biến

Bước 2: Tháo giắc cảm biến

Bước 3: Dùng Ohm kế đo điện trở giữa 2 cực cảm biến như hình vẽ rồi so sánhvới bảng giá trị sau

Trang 22

Hình 3.14: Kiểm tra điện trở cảm biến

 Kiểm tra khe hở không khí của roto cảm biến và lõi thép từ

Bước 1: Tháo nắp đậy puly đầu trục khuỷu

Bước 2: Dùng bộ lá cỡ đo không nhiễm từ (đồng hoặc nhựa) đo khe hở giữaroto tạo tín hiệu và chỗ nhô ra của cuộn dây

Giá trị tiêu chuẩn khe hở là: 0.2-0.4mm.

 Kiểm tra dạng xung của tín hiệu

Bước 1: Nối các dây cáp của động cơ tới Accu

Bước 2: Nối đầu kết nối của máy chẩn đoán OBDII tới giắc chẩn đoán trên động cơ

Bước 3: Khởi động động cơ và điều chỉnh máy chẩn đoán OBDII ở chế độ đoxung

Bước 4: Dạng xung được thể hiện như trên hình vẽ

Trang 23

Hình 3.15: Dạng xung tín hiệu NE.

3.1.4 Cảm biến vị trí bướm ga

3.1.4.1 Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động

 Chức năng

Cảm biến vị trí bướm ga xác định góc mở bướm ga

Cảm biến bao gồm một con trượt, một điện trở và các tiếp điểm cho tín hiệuVTA được cung cấp tại các đầu của mỗi tiếp điểm

Một điện áp không đổi 5V được cấp cho cực VC từ ECU động cơ Khi tiếpđiểm trượt dọc theo điện trở tương ứng với góc mở bướm ga thì làm cho điện trởthay đổi dẫn đến điện áp ra thay đổi theo Điện áp này được đưa đến chân VTA củaECU động cơ

Hình 3.16: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga.

Trang 24

Hình 3.17: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và độ mở bướm ga.

3.1.4.2 Kiểm tra

 Vị trí cảm biến

Cảm biến vị trí bướm ga được lắp trên trục của bướm ga

Hình 3.19: Hình dáng và vị trí cảm biến vị trí bướm ga.

 Kiểm tra điện trở cảm biến:

Bước 2: Tháo giắc nối cảm biến vị trí bướm ga

Bước 3: Xác định vị trí các chân bằng đồng hồ VOM

Trang 25

- Tiến hành đo điện trở của từng chân với các chân còn lại trong khi xoaybướm ga, khi đó sẽ có một cặp chân không thay đổi giá trị điện trở khi xoaybướm ga là cặp VC-E2.

- Ta đã xác định được chân còn lại là VTA, tiếp tục lấy chân này để đo điệntrở với hai chân còn lại, vừa đo vừa xoay cho bướm ga mở rộng hơn, khi đóđiện trở cặp VTA-E2 sẽ tăng, điện trở cặp VTA-VC sẽ giảm, từ đó ta xácđịnh được cả ba chân

Bước 4: Xoay trục cảm biến, đồng thời dùng Ohm kế kiểm tra điện trở cảm biến

Vị trí chân Góc mở bướm ga Điện trở (Ω)

VTA – E2 Mở hoàn toàn 2000 ÷ 10200VTA – E2 Đóng hoàn toàn 200 ÷ 5700

Điện trở đo giữa VTA – E2 hoặc VTA – VC sẽ bị thay đổi liên tục khi xoay trục bướm ga

Hình 3.20: Kiểm tra điện trở cảm biến vị trí bướm ga.

 Kiểm tra điện áp nguồn cấp cho cảm biến

Bước 2: Dùng Vôn kế đo điện áp giữa cực VC và E2 trên giắc cảm biến

Điện áp chuẩn: 4.5 ÷ 5.5V.

 Kiểm tra điện áp ra của cảm biến

Bước 1: Bật khóa sang OFF

Trang 26

Bước 2: Nối lại giắc cảm biến.

Bước 4: Xoay cánh bướm ga, đồng thời dùng Vôn kế đo và ghi lại điện áp ragiữa 2 cực VTA và E2 của cảm biến

Vị trí chân Góc mở bướm ga Điện áp (V)VTA – E2 Mở hoàn toàn 3.2 ÷ 4.2VTA – E2 Đóng hoàn toàn 0.5 ÷ 1.2Điện áp tại chân VTA thay đổi liên tục khi ta xoay trục bướm ga

3.1.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

3.1.5.1 Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động

 Chức năng

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát xác định nhiệt độ nước làm mát của động cơ

Cảm biến bao gồm một điện trở nhiệt có trị số nhiệt điện trở âm Khi nhiệt độnước làm mát tăng thì điện trở giảm dẫn đến điện áp gửi về ECU động cơ giảm,ECU điều khiển giảm lượng nhiên liệu phun và ngược lại sẽ gia tăng lượng nhiênliệu phun khi nhiệt độ nước làm mát giảm

Trang 27

Hình 3.21: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ

Hình 3.22: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở của cảm biến

nhiệt độ nước làm mát động cơ.

Hình 3.23: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt nước làm mát.

Điện áp 5V từ ECU cung cấp qua điện trở cố định R đến cực THW để cungcấp cho cảm biến Khi nhiệt độ nước làm mát thay đổi thì điện trở của cảm biếnnhiệt độ nước làm mát thay đổi theo Điện áp tại cực THW cũng thay đổi theo sựthay đổi đó và ECU sẽ dùng tín hiệu này để xác định nhiệt độ nước làm mát

3.1.5.2 Kiểm tra

 Vị trí cảm biến

Trang 28

Hình 3.24: Hình dáng và vị trí cảm biến nhiệt độ nước làm mát.

 Kiểm tra điện trở của cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Bước 1: Nung nóng cảm biến và kiểm tra trị số điện trở thay đổi theo nhiệt

độ nước làm mát

Bước 2: So sánh nhiệt độ nước làm mát đo được theo nhiệt độ nước làm mát

Hình 3.25: Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát

 Kiểm tra sự thay đổi điện áp

Trang 29

Hình 3.26: Mạch cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Bước 1: Cấp nguồn cho ECU

Bước 2: Dùng biến trở 20 kΩ thay thế cho cảm biến nhiệt độ nước làm mát.Bước 3: Kiểm tra điện áp tại cực THW và E2 khi biến trở thay đổi

Cảm biến oxy có một phần tử làm bằng Dioxit Zirconia (ZrO2), một loại gốm.Phần tử này được phủ cả bên trong và bên ngoài một lớp mỏng platin Không khíbên ngoài được dẫn vào bên trong cảm biến, còn bên ngoài của nó tiếp xúc với khíthải Bộ sấy để nung nóng cảm biến oxy nhanh chóng khi xe chạy ở tốc độ cầmchừng ,tải nhẹ

Trang 30

Hình 3.27: Cấu tạo cảm biến oxy

Nếu nồng độ oxy trên bề mặt bên trong của phần tử Zirconia chênh lệch lớn sovới bề mặt bên ngoài tại nhiệt độ cao (400 ̊ C hoặc cao hơn), phần tử Zirconia sẽ tạo

ra một điện áp (tín hiệu OX) gửi đến ECU động cơ để báo về nồng độ oxy trong khí

xả tại mọi thời điểm

Khi tỷ lệ không khí – nhiên liệu là nhạt, sẽ có nhiều oxy trong khí thải nên chỉ

có sự chênh lệch nhỏ về nồng độ giữa bên trong và bên ngoài của phần tử cảm biến

Vì vậy, điện áp do nó tạo ra nhỏ (gần bằng 0V) Ngược lại, nếu tỷ lệ không khí –nhiên liệu là đậm, oxy trong khí thải gần như biến mất nên tạo ra sự chênh lệch lớn

về nồng độ bên trong và bên ngoài phần tử cảm biến Vì vậy, điện áp tạo ra tươngđối lớn (xấp xỉ 1V)

Hình 3.28: Đặc tính của cảm biến.

Trang 31

Hình 3.29: Sơ đồ mạch điện cảm biến oxy.

3.1.6.2 Kiểm tra

Cảm biến oxy được lắp trên đường ống thải

Hình 3.30: Hình dáng và vị trí cảm biến nhiệt độ khí nạp.

 Kiểm tra điện trở bộ sấy của cảm biến

Bước 2: Tháo giắc nối cảm biến oxy

Bước 3: Dùng Ohm kế đo giá trị điện trở giữa hai cực +B và HT ở nhiệt độ

200C như hình vẽ

Điện trở: 11 ÷ 16Ω.

Trang 32

Hình 3.31: Đo điện trở bộ sấy cảm biến.

 Kiểm tra điện áp ra cảm biến oxy

Bước 1: Hâm nóng động cơ ở nhiệt độ hoạt động bình thường

Bước 2: Khi động cơ hoạt động ở số vòng quay nhanh ở 2500 vòng/phút, dùngVôn kế đo điện áp giữa hai cực OX và E1

Điện áp: 0.45V hoặc cao hơn một chút (<1)

Hình 3.32: Kiểm tra điện áp cảm biến oxy.

 Kiểm tra xung điện cảm biến oxy

Với động cơ hoạt động ở 2500 vòng/phút tiến hành kiểm tra dạng sóng giữahai cực OX và E1 bằng máy chẩn đoán cầm tay

Trang 33

Cảm biến này bao gồm một phần tử áp điện, nó sẽ tạo ra điện áp khi bị biếndạng do rung động của thân máy khi có tiếng gõ

Hình 3.34: Cấu tạo cảm biến tiếng gõ

Phần tử áp điện trong cảm biến kích nổ có tần số hoạt động hòa hợp với tần sốkích nổ động cơ Do tiếng gõ động cơ có tần số xấp xỉ 7 kHz nên điện áp do cảmbiến tiếng gõ phát ra sẽ đạt mức cao nhất tại tần số này

Có hai loại cảm biến tiếng gõ Một loại tạo ra tần số cao trong dải tần số hẹpcủa rung động, còn loại kia tạo ra tần số cao trong dải tần số rộng

Hình 3.35: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và tần số.

Trang 34

ECU nhận biết được kích nổ bằng cách đo điện áp tín hiệu KNK so với mứcđiện áp chuẩn Khi nhận thấy có kích nổ, ECU điều khiển giảm góc đánh lửa sớmcho đến khi không còn kích nổ Sau đó nó điều khiển thời gian đánh lửa sớm trở lại.

Hình 3.36: Tín hiệu cảm biến tiếng gõ.

Hình 3.37: Sơ đồ mạch điện cảm biến tiếng gõ.

3.1.7.2 Kiểm tra

Cảm biến tiếng gõ được lắp trên thân động cơ

Hình 3.38: Hình dáng và vị trí cảm biến tiếng gõ.

Trang 35

 Kiểm tra điện trở của cảm biến

Bước 1: Tháo giắc nối cảm biến

Bước 2: Dùng Ohm kế đo điện trở giữa cực cảm biến và vỏ cảm biến như hình

vẽ Điện trở : 1 MΩ hoặc cao hơn.

Hình 3.39: Kiểm tra cảm biến.

 Kiểm tra dạng xung cảm biến

Bước 1: Khởi động và để động cơ hoạt động ở số vòng quay 4000 vòng/phút.Bước 2: Dùng đồng hồ đo xung đo dạng sóng giữa KNK và mass trên ECU

Bước 3: Tần số rung động của cảm biến là 7.6 kHz.

Trang 36

Cảm biến bao gồm một điện trở nhiệt có trị số nhiệt điện trở âm Khi nhiệt độ khínạp tăng thì điện trở giảm dẫn đến điện áp gửi về ECU động cơ giảm, ECU điềukhiển giảm lượng nhiên liệu phun và ngược lại sẽ gia tăng lượng nhiên liệu phunkhi nhiệt độ khí nạp giảm

Hình 3.41: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ khí nạp

Hình 3.42: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở của cảm biến

nhiệt độ khí nạp

Trang 37

Hình 3.43: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp

Điện áp 5V từ ECU cung cấp qua điện trở cố định R đến cực THA để cungcấp cho cảm biến Khi nhiệt độ khí nạp thay đổi thì điện trở của cảm biến nhiệt độkhí nạp thay đổi theo Điện áp tại cực THA cũng thay đổi theo sự thay đổi đó vàECU sẽ dùng tín hiệu này để xác định nhiệt độ khí nạp

3.1.8.2 Kiểm tra

Cảm biến nhiệt độ khí nạp lắp bên trong cảm biến lưu lượng khí nạp

Hình 3.44: Hình dáng và vị trí cảm biến nhiệt độ khí nạp.

 Kiểm tra điện trở cảm biến

Bước 1: Tắt khóa điện

Bước 2: Tháo giắc nối cảm biến nhiệt độ khí nạp

Bước 3: Dùng Ohm kế đo và ghi lại điện trở giữa cực THA và E2 rồi so sánh với bảng giá trị sau:

Trang 38

Hình 3.45: Đo điện trở cảm biến.

 Kiểm tra điện áp cảm biến

Bước 1: Nối lại giắc cảm biến

Bước 3: Dùng Vôn kế đo và ghi lại điện áp của cảm biến rồi so sánh với bảng giá trị:

áp cảm biến.

3.1.9 Cảm biến lưu lượng khí nạp

3.1.9.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Nhiệt độ khí nạp ( º C ) Điện áp ( V )

Trang 39

Hình 3.47: Cấu tạo cảm biến lưu lượng kiểu dây nóng Nguyên lý hoạt động: Dòng điện chạy vào dây sấy làm cho nó nóng lên Khi

không khí chạy qua, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối lượng không khí nạp, bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ dây sấy không đổi, dòng điện đó sẽ tỉ lệ thuận với lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó ta xác định được lượng không khí nạp Trong trường hợp này, dòng điện có thể chuyển thành điện áp và gửi đến ECU động cơ

3.1.9.2 Mạch điện cảm biến đo lưu lượng khí

Hình 3.48: Sơ đồ kết cấu và điều khiển của cảm biến đo lưu lượng không khí

1 Bộ khuyếch đại, 2 Ra(nhiệt điện trở), 3 Ra(bộ sấy).

Cảm biến lưu lượng khí nạp có một dây sấy được ghép vào mạch cầu Mạchcầu này có đặc tính là các điện thế tại điểm A và B bằng nhau khi tích của điện trởtheo đường chéo bằng nhau (Ra + R3)*R1=Rh*R2

Khi dây sấy (Rh) được làm mát bằng không khí nạp, điện trở giảm dẫn đến sựhình thành độ chênh giữa các điện thế của các điểm A và B Một bộ khuyếch đại xử

Trang 40

lý phát hiện chênh lệch này và làm tăng điện áp đặt vào mạch này (làm tăng dòngđiện chạy qua dây sấy) Khi thực hiện việc này, nhiệt độ của dây sấy lại tăng lêndẫn 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 biến lưu lượng khí nạp có thể đođược khối lượng 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 độkhông đổi cao hơn nhiệt độ của không khí nạp, bằng cách sử dụng nhiệt điện trở(Ra) Do đó có thể đo được khối lượng khí nạp một cách chính xác mặc dù nhiệt độkhí nạp thay đổi, ECU động cơ không cần phải hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệuđối với nhiệt độ không khí nạp

Ngoài ra khi nhiệt độ không khí giảm ở các độ cao lớn, khả năng làm ngưộicủa không khí giảm xuống so với cùng thể tích khí nạp ở mức nước biển Do đómức làm nguội cho dây sấy này giảm xuống Vì khối khí nạp được phát hiện cũnggiảm xuống, nên không cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn

Khi ECU phát hiện thấy cảm biến lưu lượng bị hỏng một mã nào đó, ECU sẽchuyển vào chế độ dự phòng Khi ở chế độ dự phòng, thời điểm đánh lửa được tínhtoán bằng ECU, dựa vào tốc độ động cơ và vị trí của bướm ga Chế độ dự phòngtiếp tục cho đến khi hư hỏng được sửa chữa

3.2 Bộ điều khiển trung tâm (ECU)

Mỗi hệ thống điều khiển trên ôtô được trang bị một bộ phận điều khiển điện tửECU(Electronic Control Unit) hay còn gọi ECM(Electronic Control Module)

3.2.1 Bộ phận và cấu trúc chung của ECU

Định dạng
Số trang	134
Dung lượng	11,34 MB