Khai thác kỹ thuật hệ thống phun xăng điện tử EFI trên xe Toyota Camry 2007

Trước đây, TCCS đã từng được sử dụng như một hệthống điều khiển động cơ chỉ cho EFI phun xăng điện tử, ESA đánh lửa sớm điện tử,ISC điều khiển tốc độ không tải, chẩn đoán...Ngày này, TCC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI TRÊN XE TOYOTA CAMRY 2007 1

1.1 Giới thiệu chung 1

1.1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống phun xăng điện tử EFI 1

1.1.2 Ưu và nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử so với bộ chế hòa khí .2 1.2 Hệ thống phun xăng điện tử EFI trên Toyota Camry 2007 2

1.2.1 Cấu tạo 2

1.2.2 Nguyên lý hoạt động 4

CHƯƠNG 2 5

PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI TRÊN XE TOYOTA CAMRY 2007 5

2.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu 5

2.1.1 Bơm nhiên liệu 5

2.1.2 Vòi phun 7

2.1.3 Bộ lọc nhiên liệu 7

2.2 Bộ phận nạp khí 8

2.2.1 Khái quát chung 8

2.2.2 Cổ họng gió 8

2.2.3 Van khí phụ 8

2.2.4 Khoang nạp khí và đường ống nạp 9

2.3 Hệ thống điều khiển điện tử 9

2.3.1 Các cảm biến và tín hiệu đầu vào 9

2.3.2 Bộ điều khiển điện tử (ECU – Electronic Control Unit) 19

CHƯƠNG 3 23

TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI TRÊN Ô TÔ CAMRY 2007 23

3.1 Giới thiệu động cơ 2GR-FE 23

3.2 Tính toán kiểm nghiệm 24

3.2.1 Tính toán nhiệt động cơ 2GR-FE 24

3.2.2 Tính toán chế độ phun 34

CHƯƠNG 4 39

4.1 Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống phun xăng điện tử EFI trên ô tô Camry 2007 39

4.1.1.Bảo dưỡng cấp một 39

4.1.2 Bảo dưỡng cấp hai 39

4.1.3 Các công việc khi bảo dưỡng kỹ thuật 39

4.2 Các hư hỏng của hệ thống phun xăng điện tử trên ô tô Camry 2007 44

4.2.1 Các hư hỏng của bộ lọc nhiên liệu 44

4.2.2 Các hư hỏng bơm cao áp 44

4.2.3 Các hư hỏng của vòi phun 44

4.2.4 Các hư hỏng của đường ống dẫn nhiên liệu 45

4.3 Giới thiệu hệ thống chẩn đoán OBD 45

4.3.1 Kiểm tra đèn báo kiểm tra động cơ 46

4.3.2 Kiểm tra DTC bằng máy chẩn đoán 47

4.3.3 Một số mã lỗi liên quan đến hệ thống EFI trên Toyota Camry 2007 47

4.3.4 Cách kiểm tra và giá trị tiêu chuẩn của các cảm biến 49

4.3.5 Xoá các mã chẩn đoán hư hỏng 54

KẾT LUẬN 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

Ngày nay ô tô được sử dụng như một phương tiện đi lại thông dụng với các hệthống, bộ phận và các trang thiết bị ngày một hoàn thiện, hiện đại hơn Việc gia tăng sửdụng xe ô tô cũng không ngừng làm tăng lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường – vấn đềgây nhức nhối hiện nay Bên cạnh đó, giá cả nhiên liệu, tiêu chuẩn khí thải của động cơ ô

tô ngày càng khắt khe buộc các kỹ sư, nhà khoa học không ngừng nghiên cứu biện phápnhằm tiết kiệm nhiên liệu cùng với giảm khí thải ở động cơ ô tô Có rất nhiều giải phápđược đưa ra, một trong số đó là sự ra đời của hệ thống phun xăng điện tử EFI Hệ thốngnày với nhiều ưu điểm, đặc biệt là khả năng nâng cao công suất suất động cơ khi đạtđược tỷ lệ không khí – nhiên liệu tối ưu nhất phù hợp với các dải tốc độ động cơ, gópphần tiết kiệm nhiên liệu, giảm lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường

Thật may mắn khi em được giao thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Khai thác

kỹ thuật hệ thống phun xăng điện tử EFI trên xe Toyota Camry 2007” Qua thời gian

thực hiện đồ án đã giúp em củng cố và mở rộng vốn kiến thức đã học, áp dụng kiến thức

đã học vào thực hành, nhất là vào việc nâng cao hiệu quả khi khai thác sử dụng hệ thốngphun xăng điện tử trên xe ô tô hiện đại

Đề tài bao gồm những nội dung chính sau:

Chương 1: Giới thiệu chung về hệ thống phun xăng điện tử EFI trên xeToyota Camry 2007

Chương 2: Phân tích kết cấu hệ thống phun xăng điện tử EFI trên xe ToyotaCamry 2007

Chương 3: Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phun xăng điện tử EFI trên ô

tô Toyota Camry 2007

Chương 4: Hướng dẫn khai thác kỹ thuật hệ thống phun xăng điện tử EFItrên ô tô Toyota Camry 2007

Trong quá trình làm đồ án, tuy hạn chế về thời gian, trình độ, kiến thức Song nhờ

sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy: Đỗ Thành Phương cùng các thầy cô trong bộ môn

Cơ điện tử ô tô - khoa Công nghệ thông tin, khoa Cơ khí, đồ án của em đã hoàn thànhđúng thời hạn Tuy nhiên đồ án này khó tránh khỏi thiếu sót, kính mong thầy cô đóng góp

ý kiến để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2020

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN

TỬ EFI TRÊN XE TOYOTA CAMRY 20071.1 Giới thiệu chung

Xu thế phát triển của các nhà sản xuất ô tô là nghiên cứu và hoàn thiện quá trìnhhình thành hỗn hợp cháy để đạt được sự cháy hết, tăng tính kinh tế nhiên liệu và giảmhàm lượng độc hại của khí xả thải ra ngoài môi trường Công nghệ phun xăng điện tử EFI(Electronic Fuel Injection) là một giải pháp cho bài toán ấy Hiện nay, hệ thống này đượccác nhà sản xuất áp dụng trên nhiều loại xe, nhất là cho các dòng xe ô tô du lịch Trướctiên, hãy bắt đầu bằng lịch sử ra đời và phát triển hệ thống này

Hệ thống phun xăng điện tử EFI là hệ thống điều khiến phun xăng của động cơ,cho phép cung cấp lượng xăng chính xác dưới sự điều khiển của ECU theo sự thay đổitốc độ động cơ và tải trọng

1.1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống phun xăng điện tử EFI

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 nhiên liệuvào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả cao (do nhiên liệu dùng trên động cơ này

là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất thấp) Tuy nhiên sau đó, sáng kiến này đượcứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức.Đến năm 1966, BOSCH đã thành công trong việc chế tạo phun xăng kiểu cơ khí Donhiên liệu được phun liên tục vào trước xupap nạp nên có tên gọi là K-Jetronic (K-Konstant – liên tục, Jetronic – phun) K-Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng dụng trêncác xe của hãng Mercedes và một số hãng khác, là nền tảng cho việc phát triển các hệthống phun xăng thế hệ sau

Đầu những năm 80, BOSCH cho ra đời hệ thống sử dụng kim phun điều khiểnbằng điện do hệ thống phun cơ khí còn có nhiều nhược điểm Có hai loại: hệ thống L-Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định nhở cảm biến lưu lượng khí nạp) và D-Jetronic(lượng nhiên liệu được xác định nhờ áp suất trên đường ống nạp)

Đến năm 1984, người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hai hệthống phun xăng trên lên các xe của hãng Toyota Đến năm 1987, Nissan dùng L-Jetronicthay cho bộ chế hòa khí của xe Nissan Sunny

Việc điều khiển EFI có thể chia làm hai loại, dựa trên sự khác nhau về phươngpháp dùng để xác định lượng nhiên liệu phun: Một loại dùng mạch điều khiển lượng

phun dựa vào thời gian cần thiết để nạp và phóng điện vào tụ điện; loại còn lại được điềukhiển bằng vi xử lý được bắt đầu sử dụng vào năm 1983.

Hệ thống phun xăng điện tử EFI của Toyota được gọi là TCCS (ToyotaComputer Controlled System) Trước đây, TCCS đã từng được sử dụng như một hệthống điều khiển động cơ chỉ cho EFI (phun xăng điện tử), ESA (đánh lửa sớm điện tử),ISC (điều khiển tốc độ không tải), chẩn đoán Ngày này, TCCS có nghĩa là một hệ thốngđiều khiển tổng hợp kết hợp các hệ thống điều khiển bởi các ECU khác nhau để đảm bảotính năng cơ bản của xe không chỉ chạy, quay vòng và dừng

1.1.2 Ưu và nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử so với bộ chế hòa khí

a, Ưu điểm

+ Có thể cấp hỗn hợp không khí – nhiên liệu đồng đều tới từng xylanh

+ Có thể đạt tỷ lệ không khí – nhiên liệu chính xác với các dải tốc độ động cơ+ Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi của bướm ga

+ Động cơ chạy không tải êm hơn

+ Cho công suất lớn hơn, khả năng tăng tốc tốt hơn do không có họng khuyếchtán gây cản trở như động cơ chế hòa khí

b, Nhược điểm

+ Cấu tạo hệ thống phức tạp, yêu cầu khắt khe về chất lượng xăng và khôngkhí, công tác bảo dưỡng, sửa chữa khó, đòi hỏi trình độ chuyên môn cao

+ Giá thành còn cao

+ Độ tin cậy phụ thuộc nhiều vào hệ thống điều khiển

Tuy nhiên, với đà phát triển hiên nay của kỹ thuật phun xăng, với sự giảm giá thànhliên tục của các linh kiện, thiết bị điện tử và nhất là với những quy định ngày càng cao vềtiêu chuẩn khí xả thì hệ thống EFI ngày càng đợc sử dụng rộng rãi trên các phương tiện

cơ giới đường bộ

1.2 Hệ thống phun xăng điện tử EFI trên Toyota Camry 2007

1.2.1 Cấu tạo

Hệ thống phun xăng điện tử EFI gồm 3 hệ thống con: hệ thống cung cấp nhiên liệu;

hệ thống nạp khí và hệ thống điều khiển điện tử

+ Hệ thống cung cấp nhiên liệu có bơm xăng điện cấp xăng có áp suất qua bầulọc theo đường ống vào các vòi phun Trên đường ống có lắp van điều chỉnh áp suất giữa

áp suất xăng ở đầu vòi phun là 2.3 – 2.6 kg/cm2 ở vòng quay không tải và 2.7 – 3.1kg/cm2

ở vòng quay định mức Từ van điều chỉnh áp suất có đường dẫn xăng thừa về thùng Các

vòi phun được điều khiển phun theo quy luật đồng thời phun một lượng xăng xác địnhvào đường ống nạp không khí tuy theo tín hiệu từ ECU Các vòi phun hoạt động đồngthời, mỗi chu kỳ động cơ phun hai lần, mỗi lần một nửa liều phun.

+ Hệ thống dẫn không khí nạp gồm: Bầu lọc gió, hộp bướm ga và cụm đườngống nạp có nhiệm vụ cung cấp không khí nạp vào buồng cháy

+ Hệ thống điều khiển điện tử với ECU và cá cảm biến có chức năng tiếp nhận

và xử lý các tín hiệu từ các cảm biến cung cấp tới ECU xử lý các thông số và đưa ra cácphản hồi để hệ thống vận hành đạt hiệu quả nhất

12

11 10

8 7

13

15

9 6

4

14

ECU

18 19 17

20 3

5

1 2

Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng điện tử EFI.

1 Bình xăng; 2 Bơm xăng; 3 Lọc xăng; 4 Lọc than hoạt tính; 5 Lọc không khí; 6.Van điện từ; 7 Cảm biến lưu lượng khí nạp; 8.Motor bước; 9 Cảm biến vị trí bướm ga; 10.Bướm ga; 11 Ống góp nạp; 12 Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 13 Bộ ổn định

áp suất; 14 Cảm biến vị trí trục cam; 15 Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu; 16 Ống phân phối nhiên liệu; 17 Vòi phun; 18 Cảm biến tiếng gõ; 19 Cảm biến nhiệt độ nước làm

mát; 20 Cảm biến vị trí trục khuỷu; 21 Cảm biến Oxy.

1.2.2 Nguyên lý hoạt động

Nhiên liệu được hút từ bình nhiên liệu bằng bơm nhiên liệu kiểu cánh gạt qua bìnhlọc nhiêu liệu để lọc sách các tạp chất sau đó tới bộ giảm rung, bộ phận này có nhiệm vụhấp thụ các dao động nhỏ của nhiên liệu sự phun nhiện liệu gây ra Sau đó qua ống phânphối, ở cuối ống phân phối có bộ ổn định áp suất nhằm điều khiển áp suất của dòng nhiênliệu và giữ cho nó luôn ổn định

Tiếp đến nhiên liệu được đưa tới vòi phun dưới sự điều khiển của ECU vòi phun sẽ

mở ra nhiên liệu được phun vào buồng cháy để động cơ hoạt động Nhiên liệu thừa sẽđược đưa theo đường hồi trở về bình nhiên liệu Các vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào ốngnạp tùy theo các tín hiệu phun của ECU Các tín hiệu phun của ECU sẽ được quyết địnhsau khi đã nhận được các tín hiệu từ các cảm biến và nhiên liệu sẽ được ECU điều chỉnhphù hợp với tình trạng hoạt động của động cơ

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ

EFI TRÊN XE TOYOTA CAMRY 2007

Hệ thống phun xăng điện tử bao gồm 3 hệ thống con: hệ thống cung cấp nhiên liệu;

hệ thống nạp khí và hệ thống điều khiển điện tử Chương 1 đã trình bày về cấu tạo vànguyên lý chung của hệ thống, chương 2 này sẽ trình bày đặc điểm kết cấu, chức năng vànguyên lý hoạt động của những thành phần, thiết bị quan trọng của mỗi hệ thống con

2.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu

2.1.1 Bơm nhiên liệu

Bơm nhiên liệu có nhiệm vụ cung cấp xăng cho vòi phun với lưu lượng và áp suấtquy định

đi Van an toàn có nhiệm vụ giới hạn áp suất xăng Van một chiều tránh xăng chảy ngược

về bình chứa Bơm được nhúng hẳn trong bình chứa xăng của xe và hoạt động không cầnbảo dưỡng

Một rơle của bơm do bộ điều khiển trung tâm chỉ huy cho phép khởi động hay ngắtbơm một cách thích hợp Bơm chỉ hoạt động khi động cơ khởi động làm việc Vì lý do antoàn bơm sẽ ngừng hoạt động khi động cơ dừng ngay cả khi khóa điện vẫn ở vị trí mở

Hình 2.1 Cấu tạo bơm nhiên liệu.

1 Bulong van cố định; 2 Van một chiều; 3 Đầu nối đường nhiên liệu ra; 4 Trục bơm; 5 Van an toàn; 6 Đầu tiếp xúc; 7 Chổi than; 8 Rotor; 9 Stator; 10 Bạc trục; 11 Cánh bơm; 12 Đầu nối đường nhiên liệu vào; 13 Lưới lọc; 14 Đường nhiên liệu vào;

15 Đường nhiên liệu ra.

sự giảm đột ngột lượng khí nạp Nó cũng có tác dụng ngăn chặn sự phát tia lửa tại tiếpđiểm

Hình 2.2 Cấu tạo vòi phun.

1 Thân; 2 Giắc cắm; 3 Gioăng chữ O; 4 Cuộn dây; 5 Cuộn dây; 6 Lò xo; 7 Lõi

từ; 8 Đệm cao su; 9 Van kim.

2.1.3 Bộ lọc nhiên liệu

Bộ lọc nhiên liệu khử bụi bẩn và các tạp chất trong nhiên liệu được bơm lên bởibơm nhiên liệu

Hoạt động:

+ Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, van nhiệt co lại và van chắn đợc mở bằng lò xo

A Nó sẽ cho phép không khí đi qua van khí phụ, bỏ qua bướm ga vào trong khoang nạpkhí

+ Khi nhiệt độ nước làm mát tăng lên, van nhiệt giãn nở làm lò xo B đẩy lò xo A,van chắn đóng dần lại, hạ thấp tốc độ động cơ cho đến khi nó đóng hẳn lại

+ Khi nhiệt độ nước làm mát đạt 80, van chắn sẽ đóng lại và tốc độ động cơ sẽ trởlại bình thường Khi nhiệt độ nước làm mát tăng cao hơn, van nhiệt sẽ giãn nở nhiều hơn

Nó nén lò xo B lại, là tăng lực lò xo và giữ cho van chắn đóng chặt

2.2 Bộ phận nạp khí

2.2.1 Khái quát chung

Không khí từ lọc gió sẽ đi qua cảm biến đo lưu lượng gió và đẩy mở tấm đo giótrước khi đi vào khoang nạp khí Lượng khí nạp đi vào khoang nạp được xác định bằng

độ mở bướm ga Từ khoang nạp khí, không khí sẽ được phân phối đến từng đường ốngnạp và hút vào trong buồng cháy Khi động cơ còn lạnh, van khí phụ mở cho phép khôngkhí đi vào khoang nạp khí để tăng tốc độ không tải của động cơ cả khi bướm ga còn đóng

2.2.2 Cổ họng gió

Cổ họng gió bao gồm bướm ga, một khoang khí phụ, một cảm biến vị trí bướm

ga Bướm ga điều khiển lượng khi nạp trong quá trình động cơ hoạt động bình thường.Khoang khí phụ cho phép một lượng khí nhỏ đi qua khi chạy không tải, cảm biến vị tríbướm ga được lắp trên trục của bướm ga để nhận biết góc mở bướm ga

Vít điều chỉnh tốc độ không tải: Khi động cơ chạy không tải, bướm ga sẽ đónghoàn toàn thì dòng không khí nạp sẽ đi qua khoang khí phụ vào trong khoang nạp khí.Tốc độ chạy không tải của động cơ có thể được điều chỉnh bằng việc điều chỉnh lượngkhí nạp đi qua khoang khí phụ: Khi xoay vít chỉnh tốc độ không tải sẽ làm tăng hoặcgiảm dòng không khí nạp vào động cơ thì tốc độ chạy không tải của động cơ cũng sẽ tănghoặc giảm theo

2.2.3 Van khí phụ

Van khí phụ loại sáp được tạo nên bởi một van nhiệt, một van chắn, lò xo A và

lò xo B Van nhiệt được điền đầy bởi sáp giãn nở nhiệt, sáp này giản nở và co lại phụthuộc vào sự thay đổi của nhiệt độ nước làm mát

- Hoạt động:

+ Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, van nhiệt co lại và van chắn được mở bằng lò

xo A

Nó sẽ cho phép không khí đi qua van khí phụ, bỏ qua bướm ga vào trong khoangnạp khí.

+ Khi nhiệt độ nước làm mát tăng lên, van nhiệt giãn nở làm lò xo B đẩy lò xo

A,

van chắn đóng dần lại, hạ thấp tốc độ động cơ cho đến khi nó đóng hẳn lại

Khi nhiệt độ nước làm mát đạt 800C, van chắn sẽ đóng lại và tốc độ động cơ sẽ trởlại bình thường Khi nhiệt độ nước làm mát tăng cao hơn, van nhiệt sẽ giãn nở nhiều hơn

Nó nén lò xo B lại, làm tăng lực lò xo và giữ cho van chắn đóng chặt

2.2.4 Khoang nạp khí và đường ống nạp

Do không khí hút vào trong các xylanh bị ngắt quãng nên sẽ xảy ra rung độngtrong khí nạp Rung động này sẽ làm cho tấm đo của cảm biến đo lưu lượng không khírung động, sẽ làm cho kết quả đo không thể đo chính xác lượng khí nạp Vì vậy, mộtkhoang nạp khí có thể tích lớn được dùng để giảm rung động không khí nạp

2.3 Hệ thống điều khiển điện tử

Hệ thống điều khiển phun xăng điện tử bao gồm: các ngõ vào (inputs) chủ yếu

là tín hiệu từ các cảm biến và một số tín hiệu khác; ECU (electronic control unit) là bộnão của hệ thống; ngõ ra (outputs) là các cơ cấu chấp hành (actuators)

2.3.1 Các cảm biến và tín hiệu đầu vào

2.3.1.1 Cảm biến lưu lượng (khối lượng) đường ống nạp

Cảm biến lưu lượng khí nạp là một trong những cảm biến quan trọng nhất vì nóđược sử dụng trong EFI kiểu L để phát hiện khối lượng hoặc thể tích không khí nạp Tínhiệu về khối lượng hoặc thể tích của không khí nạp được dùng để tính thời gian phun cơbản và góc đánh lửa sớm cơ bản

a, Cấu tạo

Hình 2.3 Biểu diễn bên ngoài và cấu tạo của cảm biến lưu lượng khí nạp.

Cảm biến lưu lượng khí nạp gồm một dây sấy và một nhiệt điện trở được sử dụngnhư một cảm biến, được lắp vào khu vực phát hiện lượng khí nạp.

b, Nguyên lý hoạt động

Dòng điện chạy vào dây sấy làm cho nó nóng lên, khi không khí chạy quanh dâysấy này, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối không khí nạp Bằng cách điềuchỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ của dây sấy không đổi, dòngđiện đó sẽ tỷ lệ thuận với khối không khí nạp Dòng điện này được biến đổi thành mộtđiện áp, sau đó được truyền đến ECU động cơ từ cực VG

Hình 2.5 Mạch điện của cảm biến nhiệt độ khí nạp.

Thể tích và nồng độ không khí sẽ thay đổi theo nhiệt độ Vì vậy lượng phunnhiên liệu sẽ thay đổi theo nhiệt độ ECU lấy nhiệt độ 20oC làm chuẩn, khi nhiệt độ khínạp vào cao hơn, nó sẽ giảm lượng phun nhiên liệu và tăng lượng phun khi nhiệt độ thấp

Vì thế sẽ đảm bảo được tỷ lệ không khí – nhiên liệu thích hợp mà không bị ảnh hưởngbởi nhiệt độ môi trường

2.3.1.3 Cảm biến vị trí bướm ga

Cảm biến vị trí bướm ga được lắp trên cổ họng gió Cảm biến này biến đổi góc mởbướm ga thành điện áp, được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu mở bướm ga (VTA).Tín hiệu cầm chừng (IDL) dùng để điều khiển phun nhiên liệu khi tăng tốc và giảmtốc cũng như hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa

Tín hiệu toàn tải (PSW) dùng để tăng lượng xăng phun ở chế độ toàn tải để tăngcông suất động cơ

a, Cấu tạo

Hình 2.6 Cảm biến vị trí bướm ga.

1 Vị trí bướm ga mở hoàn toàn; 2 Con trượt tiếp điểm; 3 Điện trở; 4 Vị trí bướm

ga đóng hoàn toàn; 5 Dây điện; 6 Lớp cách điện; 7 Giắc cắm; 8 Thân cảm biến; 9.

Trục bướm ga

b, Nguyên lý hoạt động

Tõ R¬ le chÝnh

IDL TL PSW

IDL TL PSW

R

ECU C¶m biÕn vÞ trÝ b ím ga

Hình 2.7 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga.

Từ sơ đồ mạch điện, hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga được diễn ra như sau:

- Điện áp ắc quy sẽ đi qua một điện trở nằm trong ECU, sau đó cấp đến cực TL củacảm biến vị trí bướm ga

- Tại chế độ không tải, điện áp cấp đến cực IDL của ECU đi qua các tiếp điểm vàcực IDL của cảm biến vị trí bướm ga Khi bướm ga mở lớn hơn 50o hay 60o so với vị tríđóng, điện áp được cấp đến cực PSW của cảm biến vị trí bướm ga

- Tiếp điểm không tải: khi bướm ga ở vị trí đóng tiếp điểm động và tiếp điểm không

tải tiếp xúc với nhau báo cho ECU biết động cơ ở chế độ không tải Tín hiệu này cũngdùng cho việc cắt nhiên liệu khi giảm tốc

- Tiếp điểm trợ tải: khi bướm ga mở một góc khoảng 50o hay 60o từ vị trí đóng, tiếpđiểm động và tiếp điểm trợ tải tiếp xúc với nhau và xác định chế độ đầy tải

- Tiếp điểm không tiếp xúc: Trong tất cả các thời gian còn lại tiếp điểm sẽ không

tiếp xúc

2.3.1.4 Cảm biến vị trí trục khuỷu

Cảm biến vị trí trục khuỷu (bộ tạo tín hiệu NE) dùng để phát hiện góc của trụckhuỷu và tốc độ của động cơ ECU sử dụng tín hiệu này cùng với tín hiệu G được gửi về

từ cảm biến vị trí trục cam để tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tối ưu và lượng nhiên liệu

sẽ phun vào từng xylanh Cảm biến này cũng được dùng vào mục đích điều khiển tốc độcầm chừng hoặc cắt nhiên liệu ở chế độ cầm chừng cưỡng bức

NE+

NE-Hình 2.9 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu.

- Đĩa tạo tín hiệu NE được làm liền với puly trục khuỷu có 34 răng, khuyết 2 răng(sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu nhưng không thể xác định đó là TDC của chu

kỳ nén hoặc TDC của kỳ xả) Chuyển động quay của đĩa tín hiệu làm thay đổi khe hởkhông khí giữa các răng của đĩa và cảm biến Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp trongcuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu NE ECU động cơ cần kếthợp tín hiệu NE của cảm biến trục khuỷu và tín hiệu G của cảm biến vị trí trục cam đểxác định TDC kỳ nén của mỗi xy 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

2.3.1.5 Cảm biến vị trí trục cam

Cảm biến vị trí trục cam tạo và gửi tín hiệu góc chuẩn của trục khủyu đến ECUđộng cơ, báo cho ECU biết vị trí TDC hoặc trước TDC của piston giúp ECU xác địnhthời điểm đánh lửa và cả thời điểm phun nhiên liệu

5 1

NE-G2

ECU

Hình 2.11 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam.

1 Cuộn dây; 5 Đĩa tín hiệu.

Cảm biến vị trí trục cam tạo ra tín hiệu G cùng nguyên lý như tín hiệu NE

2.3.1.6 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát dùng để xác định nhiệt độ nước làm mát của động

cơ qua đó xác định được nhiệt độ động cơ

a, Cấu tạo

Hình 2.12 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.

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

Hình 2.13 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát.

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát được gắn điện trở nhiệt bên trong Nó được làmbằng vật liệu bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm Khi nhiệt độ tăng điện trở giảm vàngược lại Sự thay đổi về giá trị điện trở làm thay đổi giá trị điện áp được gửi đến ECUtrên nền tảng cầu phân áp

2.3.1.7 Cảm biến Oxy

Cảm biến Oxy phát hiện xem nồng độ oxy trong khí xả giàu hơn hay nghèo hơn tỷ

lệ không khí – nhiên liệu lý thuyết Nó phát ra một tín hiệu điện áp gửi về ECU để điềuchỉnh tỉ lệ hòa khí thích hợp trong một điều kiện làm việc nhất định Cảm biến Oxy chủyếu được lắp trong đường ống xả nhưng vị trí lắp và số lượng lắp tùy theo kiểu động cơ

a, Cấu tạo

Hình 2.14 Cấu tạo của cảm biến Oxy.

b, Nguyên lý hoạt động

E2

C¶m biÕn Oxy

OX

0.45 V 5 V

ECU

Hình 2.15 Mạch điện của cảm biến Oxy loại Zirconium.

Khi nồng độ oxy trên bề mặt trong của phần tử ZrO2 chênh lệch so với bề mặt bênngoài tại nhiệt độ cao, phần tử ZrO2 sẽ sinh ra một điện áp Khi hỗn hợp không khí nhiênliệu nhạt (có nhiều Oxy trong khí xả) có sự chênh lệch nhỏ giữa nồng độ oxy bên trong

và bên ngoài cảm biến Do đó điện áp do ZrO2 sinh ra thấp (Gần bằng 0V) Ngược lại,khi hỗn hợp không khí - nhiên liệu đậm, Oxy trong khí xả gần như không còn sẽ làm cho

có sự chênh lệch lớn về nồng độ Oxy ở bên trong và bên ngoài cảm biến và điện áp dophần tử ZrO2 tạo ra lớn (khoảng1V) ECU sử dụng tín hiệu điện áp này để tăng hay giảmlượng phun nhằm giữ cho tỷ lệ không khí - nhiên liệu luôn đạt gần tỷ lệ lý thuyết

2.3.1.8 Cảm biến kích nổ

Cảm biến kích nổ được gắn trên thân xylanh hoặc nắp máy để cảm nhận xung kích

nổ phát sinh trong động cơ và gửi tín hiệu này tới ECU làm trễ thừi điểm đánh lửa nhằmngăn chặn hiện tượng kích nổ

a, Cấu tạo

1

Hình 2.16 Cảm biến kích nổ.

1 Thân cảm biến; 2 Phần tử áp điện; 3 Điện trở phát hiện hở mạch

Cảm biến kích nổ được chế tạo bằng vật liệu áp điện Thành phần áp điện trong cảmbiến kích nổ được chế tạo bằng tinh thể thạch anh, là vật liệu khi có áp lực sẽ sinh ra điệnáp

b, Nguyên lý hoạt động

32

EKNKKNK1

5VECU

Hình 2.17 Mạch điện cảm biến kích nổ.

Phần tử áp điện được thiết kế có kích thước với tần số riêng trùng với tần số rungcủa động cơ để khi có hiện tượng kích nổ xảy ra sẽ sinh ra hiệu ứng cộng hưởng (f=7kHz) Như vậy, khi có kích nổ, tinh thể thạch anh sẽ chịu áp lực lớn nhất và sinh ra mộtđiện áp Tín hiệu điện áp này có giá trị nhỏ hơn 2.4 V Nhờ tín hiệu này, ECU nhận biếtđược hiện tượng kích nổ và điều chỉnh giảm góc đánh lửa cho đến khi không còn kích nổ.ECU sau đó có thể chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại

2.3.1.9 Tín hiệu máy khởi động

Tín hiệu máy khởi động (STA) dùng để phát hiện xem có phải động cơ đang quaykhởi động không Vai trò chính của tín hiệu này là để được sự chấp thuận của ECU động

cơ nhằm tăng lượng phun nhiên liệu trong khi động cơ đang quay khởi động

Máy khởi

động

Hỡnh 2.18 Mạch điện tớn hiệu mỏy khởi động.

Từ sơ đồ mạch cú thể thấy, tớn hiệu STA là một điện ỏp giống như điện ỏp cấp đếnmỏy khởi động

2.3.1.10 Tớn hiệu A/C

Tớn hiệu A/C phỏt hiện xem ly hợp từ tớnh của mỏy điều hũa khụng khớ cú bật ONkhụng Tớn hiệu A/C này được dựng để điều chỉnh thời điểm đỏnh lửa và tốc độ cầmchừng (ISCV)

ECU

Ly hợp từ A/C

A/C

Hỡnh 2.19 Mạch điện tớn hiệu điều hũa A/C.

2.3.2 Bộ điều khiển điện tử (ECU – Electronic Control Unit)

2.3.2.1 Cấu tạo

Hình 2.20 Cấu tạo ECU.

a, Bộ nhớ : Bộ nhớ trong ECU chia ra làm 4 loại:

+ ROM (Read Only Memory): Dùng để lưu trữ thông tin thường trực Bộ nhớ nàychỉ đọc thông tin từ đó ra chứ không thể ghi vào được Thông tin của nó đã được cài đặtsắc ROM cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý và được lắp cố định trên mạch in

+ RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu trữthông tin mới được ghi trong bộ nhớ và xác định bởi vi xử lý RAM có thể đọc và ghi các

số liệu theo địa chỉ bất kỳ

+ PROM (Programmable Read Only Memory): Cấu trúc cơ bản giống như ROMnhưng cho phép lập trình (nạp dữ liệu) ở nơi sử dụng chứ không phải nơi sản xuất nhưROM PROM cho phép sửa đổi chương trình điều khiển theo những đòi hỏi khác nhau

+ KAM (Keep Alive Memory): Dùng để lưu trũ những thông tin mới (tạm thời)cung cấp đến bộ vi xử lý KAM vẫn duy trì bộ nhớ cho dù động cơ ngưng hoạt động hoặctắt công tắc máy Tuy nhiên, nếu tháo nguồn cung cấp từ ắc quy tới ECU thì bộ nhớKAM sẽ bị mất

b, Bộ vi xử lý (microprocessor)

Bộ vi xử lý có chức năng phân tích tính toán dữ liệu điều khiển đầu ra dung mã nhịphân để điều khiển, đưa ra tín hiệu đầu ra đạt hiệu quả cao nhất Nó là “bộ não” củaECU.

Hình 2.21 Sơ đồ khối của các hệ thống trong ECU với microprocessor.

c, Đường truyền – BUS

Chuyển các lệnh và số liệu trong máy tính theo 2 chiều

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

Dùng để chuyển các tín hiệu tương tự từ đầu vào với sự thay đổi điện áp trên cáccảm biến nhiệt độ, bộ đo gió, cảm biến bướm ga thành các tín hiệu số để bộ vi xử lýhiểu được

e, Bộ đếm (Counter)

Dùng để đếm xung, ví dụ như từ cảm biến vị trí piston rồi gửi lượng đếm về bộ vi

xử lý

f, Bộ nhớ trung gian (Buffer)

Dùng để chuyển tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu sóng vuông dạng số Nókhông giữ lượng đếm như trong bộ đếm Bộ phận chính là một transistor sẽ đóng mở theocực của tín hiệu xoay chiều

g, Bộ khuyếch đại (Amplifier)

Một số cảm biến có tín hiệu rất nhỏ nên ECU thường có các bộ khuyếch đại

2.3.2.2 Cấu trúc ECU

Hình 2.22 Cấu trúc ECU.

Bộ phận chủ yếu của nó là bộ vi xử lý hay còn gọi là CPU (Control ProcessingUnit), CPU lựa chọn các lệnh và xử lý số liệu từ bộ nhớ ROM và RAM chứa các chươngtrình, dữ liệu và ngõ vào/ra (I/O) điều khiển nhanh số liệu từ các cảm biến và chuyển dữliệu đã xử lý đến các cơ cấu thực hiện

2.3.2.3 Chức năng của ECU

Trong hệ thống phun xăng điện tử EFI, ECU có hai chức năng chính:

- Điều khiển thời điểm phun xăng: quyết định khi nào thì từng vòi phun sẽ phunnhiên liệu vào xy lanh (quyết định bằng tín hiệu đánh lửa sơ cấp (IG))

- Điều khiển lượng phun xăng: quyết định lượng nhiên liệu sẽ phun vào cácxylanh Điều này được xác định bằng tín hiệu phun cơ bản, lần lượt được xác định bằngtín hiệu tốc độ động cơ và tín hiệu lượng khí nạp; các tín hiệu hiệu chỉnh lượng phun.Ngoài ra còn có một mạch khuyếch đại để kích hoạt các vòi phun

a, Điều khiển thời điểm phun

Hình 2.23 Tín hiệu đánh lửa và tín hiệu phun.

Việc phun nhiên liệu vào từng xylanh diễn ra 2 lần trong mỗi một chu kỳ của động

cơ Do đó, mỗi vòng quay của trục khuỷu có một lần phun nhiên liệu

Việc phun nhiên liệu được sắp xếp để diễn ra cùng với việc đánh lửa Ở động cơ 6

xy lanh, 1 lần phun diễn ra trong mỗi 3 lần đánh lửa

Tín hiệu đánh lửa sơ cấp cũng được sử dụng để xác định thời điểm phun ECU nhậnbiết tín hiệu đánh lửa sơ cấp và biến nó thành một xung Ở động cơ 6 xylanh, có một tínhiệu phun cho mỗi 3 lần tín hiệu đánh lửa

b, Điều khiển lượng phun

Hình 2.24 Sơ đồ điều khiển lượng phun.

ECU tạo ra một tín hiệu tốc độ động cơ (vòng/phút) bằng tín hiệu sơ cấp (IG) từ cực

sơ cấp của cuộn dây đánh lửa ECU sẽ tạo ra một tín hiệu phun cơ bản Sau đó, bằng cácmạch hiệu chỉnh phun khác nhau, nó hiệu chỉnh tín hiệu phun cơ bản phụ thuộc vào cáctín hiệu từ từng cảm biến, do đó, xác định lượng phun thực tế Tín hiệu phun này sau đóđược khuếch đại để kích hoạt các vòi phun

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG PHUN XĂNG

ĐIỆN TỬ EFI TRÊN Ô TÔ CAMRY 20073.1 Giới thiệu động cơ 2GR-FE

- Động cơ xăng kiểu 2GR-FE là động cơ phun xăng điều khiển điện tử kiểu phun

đa điểm , 4 kỳ 6 xy lanh được xếp thành hình chữ V , có hai trục cam đặt trên nắp máy,

24 xupáp Dung tích công tác là 3500 cm3, thứ tự nổ 1-5-3-6-2-4 Tất cả các cụm, chi tiếtcần được bảo dưỡng, điều chỉnh thường xuyên nên đều được bố trí tại các vị trí dễ thaotác Động cơ cùng với hộp số và hộp số phụ được lắp thành cụm động lực đặt dọc xe

- Xy lanh được đúc liền với thân máy bằng gang, không có ống lót rời, nhờ đó làmtăng độ cứng vững, gọn kết cấu, giảm trọng lượng xylanh Bên dưới động cơ được chebởi các te chứa dầu Các te này gồm hai phần: phần trên bằng hợp kim nhôm, phần dướilàm bằng tôn dập

- Động cơ có hai trục cam trên một nắp máy Mỗi xylanh có 4 xupáp, hai nạp vàhai thải Trục cam trên nắp máy cho phép làm giảm khối lượng các chi tiết trung gianchuyển động tịnh tiến (Không có đũa đẩy, cò mổ ) đảm bảo hoạt động ổn định cho cơcấu phân phối khí ngay cả tại số vòng quay cao Trục cam được dẫn động bằng xích từtrục khuỷu Trên hộp xích cam làm bằng hợp kim nhôm có lắp bơm nước dẫn động bằngdây đai và bơm dầu Ngoài ra phía sau hộp xích cam còn có lắp bơm dầu trợ lực tay láiđược dẫn động từ đầu trục khuỷu qua bánh răng dẫn động bơm dầu động cơ

Hình 3.1 Khoang động cơ

3.2 Tính toán kiểm nghiệm

3.2.1 Tính toán nhiệt động cơ 2GR-FE

- Các thông số của động cơ cho trước

Công suất có ích của động cơ : Ne = 157KW

+ Góc đóng muộn xupáp nạp : 40o sau ĐCD

+ Góc mở sớm xupáp thải : 40o trước ĐCT

+ Góc đóng muộn xupáp nạp : 5o sau ĐCD

- Các thông số của chu trình công tác

+ Áp suất môi trường xung quanh : 0,1 MN/m2

+ Nhiệt độ môi trường xung quanh : 300oK

+ Hệ số dư lượng không khí :  = 1

+ Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm z : z = 0,88

+ Hệ số lợi dụng nhiệt tại điểm b : b = 0,9 MN/m2

08872,020300

3001

08872,0

115,0117,106,19

108872

,0

115,0970

20300

0,053 1

970 053 , 0 17 , 1 20 300

+ Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của sản phẩm cháy:

+ Tỉ nhiệt mol đẳng tích trung bình của hỗn hợp:

m cv'= m cv+ γrm cv}}} over {1+ {γ } rsub { r }} = {{ a } ^ {' }} rsub { v } + {{b } ^ { '}} rsub { v } T (kJ / kmol đô )¿

¿ ¿

¿002

,0053

,01

003,0053,0002,01

b b b





+ Chỉ số nén đa biến trung bình n1:

Chỉ số nén đa biến trung bình phụ thuộc vào rất nhiều thông số kết cấu và thông sốvận hành như kích thước xilanh, loại buồng cháy, số vòng quay, phụ tải, trạng thái nhiệtcủa động cơ, Tuy nhiên n1 tăng giảm theo qui luật sau:

Tất cả những nhân tố làm cho môi chất mất nhiệt sẽ khiến cho n1 giảm Giả thiếtquá trình nén là đoạn nhiệt ta có thể xác định n1 bằng phương trình sau:

314,8

1 1

2

M

M M

M M