Xe của hãng nào nếu gây tai nạn dễ bị lật xe nhất ạ.

Được học tập và rèn luyện tại trường Đại học Giao Thông Vận Tải Thành phố Hồ Chí Minh là niềm vinh dự và tự hào của mỗi sinh viên. Tuy ngành Cơ khí Ô Tô là ngành mới so với nhiều trường khác, cơ sở vật chất còn thiếu thốn, nhưng bù lại chúng em lại được các Thầy Cô nhiệt tình, tâm huyết giảng dạy. Đặc biệt là các thầy trong khoa Cơ khí đã trang bị cho chúng cho em một nền tảng cơ bản về kiến thức chuyên ngành để phần nào đáp ứng cho nhu cầu phát triển của xã hội. Trên nền tảng kiến thức đó, nhà trường đã khuyến khích và tạo điều kiện cho chúng em được tham gia nghiên cứu các đề tài khoa học, các hội thi tay nghề...

Sau 3 tháng làm việc vất vả dưới sự hướng dẫn tận tình của Thầy Giáo Th.S Dương Minh Thái, em và các bạn trong nhóm đã hoàn thành tốt luận văn của mình, em xin được gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến Thầy, người đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành luận văn cũng như khi Thầy giảng dạy trên lớp.

Luận văn đã hoàn thành theo đúng dự kiến. Song do khả năng còn nhiều hạn chế, thời gian thực hiện có hạn, và vì một số lí do khách quan nên chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong nhận được sự thông cảm và góp ý của các Thầy trong bộ môn và các bạn sinh viên.

Một lần nữa, em xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến các Thầy Cô đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong những năm học vừa qua, đặc biệt là Thầy Giáo Th.S Dương Minh Thái, người đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành luận văn này!











NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. .............................................................................................................................

TP HCM, ngày … tháng … năm 2013

Giảng Viên Hướng Dẫn












NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN

............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. ............................................................................................................................. .............................................................................................................................

TP HCM, ngày … tháng … năm 2013

Giảng Viên Chấm Phản Biện









MỤC LỤC

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGIÊN CỨU

1. Đặt vấn đề........................................................................................................7

2. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài .........................................................7

2.1 Nhiệm vụ của đề tài...............................................................................7

2.2 Giới hạn của đề tài.................................................................................7

3. Phương pháp nghiên cứu..................................................................................8

4. Các bước thực hiện..........................................................................................8

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

1. Lịch sử phát triển hệ thống phun xăng trên Ô Tô ...........................................9

2. Sơ lược về hệ thống phun xăng điện tử EFI...................................................13

2.1 Phân loại..............................................................................................13

2.2 Các kết cấu cơ bản của hệ thống nhiên liệu........................................16

2.2.1. Các cảm biến cho tín hiệu ngõ vào..........................................16

2.2.2. Khối điều khiển điện tử (ECU)................................................16

2.2.3. Tín hiệu ngõ ra và các cơ cấu chấp hành.................................19

2.3 Ưu nhược điểm của EFI với hệ thống dùng chế hòa khí.....................20

Chương III: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA 5S – FE

1. Giới thiệu về động cơ 5S – FE.......................................................................21

2. Hệ thống nhiên liệu động cơ Toyota 5S-Fe...................................................22

2.1 Sơ đồ tổng quát và nguyên lý hoạt động ...........................................22

2.2 Cấu tạo các bộ phận của hệ thống nhiên liệu.....................................23

2.2.1. Kim phun nhiên liệu................................................................23

2.2.2. Bơm nhiên liệu........................................................................24

2.2.3. Lọc nhiên liệu..........................................................................25

2.2.4. Ống phân phối.........................................................................26

2.2.5. Bộ điều áp...............................................................................26

2.2.6. Bộ giảm rung động .................................................................27

3. Điều khiển nhiên liệu trên động cơ Toyota 5S-FE....................................... 27

3.1 Sơ đồ mạch điện điều khiển ...............................................................27

3.2 Hệ thống cảm biến..............................................................................30

3.2.1 Cảm biến áp suất đường ống nạp MAP...................................30

3.2.2 Tín hiệu Ne và tín hiệu G.........................................................32

3.2.3 Cảm biến vị trí bướm ga..........................................................34

3.2.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.............................................35

3.2.5 Cảm biến nhiệt độ khí nạp.......................................................36

3.2.6 Cảm biến kích nổ.....................................................................37

3.2.7 Cảm biến Oxy..........................................................................37

3.2.8 Một số tín hiệu khác.................................................................40

3.3 Điều khiển lượng nhiên liệu................................................................40

3.3.1 Điều khiển lượng phun cơ bản.................................................40

3.3.2 Điều khiển lượng phun hiệu chỉnh...........................................42

3.3.2.1 Hiệu chỉnh để khởi động...............................................42

3.3.2.2 Hiệu chỉnh để hâm nóng...............................................42

3.3.2.3 Hiệu chỉnh để tăng tốc..................................................43

3.3.2.4 Hiệu chỉnh phản hồi kín................................................43

3.3.2.5 Hiệu chỉnh để tăng công suất........................................44

3.3.2.6 Hiệu chỉnh cắt nhiên liệu..............................................44

3.3.2.7 Hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp..................................45

3.3.2.8 Hiệu chỉnh theo điện áp accu........................................45

3.4 Điều khiển bơm nhiên liệu..................................................................46

3.5 Điều khiển kim phun nhiên liệu..........................................................47

3.6 Điều khiển cầm chừng và kiểm soát khí thải......................................48

3.7 Chức năng tự chẩn đoán......................................................................51







Chương IV: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ TOYOTA 5S – FE

XÂY DỰNG BÀI GIẢNG THỰC HÀNH KIỂM TRA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ TOYOTA 5S - FE

1. Giới thiệu mô hình.........................................................................................53

2. Mục đích và ý nghĩa của mô hình..................................................................53

3. Cấu tạo mô hình.............................................................................................53

4. Sơ đồ mạch điện.............................................................................................55

5. Các yêu cầu khi sử dụng................................................................................57

6. Các bài giảng thực hành.................................................................................58

6.1. Kiểm tra điện trở.................................................................................58

6.2. Kiểm tra điện áp.................................................................................60

6.3. Kiểm tra mạch cấp nguồn...................................................................62

6.4. Kiểm tra bơm xăng.............................................................................65

6.5. Kiểm tra kim phun..............................................................................61

6.6. Kiểm tra cảm biến vị trí cánh bướm ga..............................................71

6.7. Kiểm tra cảm biến áp suất đường ống nạp.........................................73

6.8. Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát.........................................75

6.9. Kiểm tra cảm biến Oxy.......................................................................77

6.10. Kiểm tra tín hiệu Ne, G......................................................................79

6.11. Kiểm tra tìm pan thông qua đèn check...............................................81

Chương V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

1. Kết luận.............................................................................................................83

2. Hướng phát triển..............................................................................................83










Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGIÊN CỨU

1. Đặt vấn đề

Hiện nay, khi mà nền công nghiệp Ô Tô đang phát triển lên đến trình độ rất cao, các kỹ sư, các nhà khoa học vẫn đang miệt mài nghiên cứu để cho ra các công nghệ mới nhằm tăng tính năng tiện lợi an toàn trong sử dụng cũng như tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện với môi trường. Trong lĩnh vực phát triển động cơ, nhiều công nghệ mới như công nghệ đánh lửa trực tiếp DIS, điều khiển van thông minh VVT-i, phun xăng trực tiếp GDI... đã được ứng dụng để thay thế cho các công nghệ trước đây. HIện nay, hệ thống phun xăng điện tử EFI là hệ thống được dùng phổ biến nhất trên Ô Tô dùng động cơ xăng. Chính vì lẽ đó, nghiên cứu về EFI có ý nghĩa rất thiết thực đối với sinh viên nghành Cơ Khí Ô Tô.

2. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài

2.1. Nhiệm vụ của đề tài

Đề tài luận văn “Nghiên cứu khai thác hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ Toyota 5S – FE ; Thiết kế mô hình động cơ Toyota 5S – FE” nhằm tạo ra một tài liệu nghiên cứu có giá trị trong học tập cũng như khai thác sửa chữa động cơ Toyota 5S - Fe được sử dụng trên các xe Toyota Camry được sảm xuất trong giai đoạn từ tháng 8/1996 đến tháng 7/2001, từ đó làm cơ sở để khai thác các động cơ khác , cũng như thiết kế nên một mô hình học tập khoa học và hợp lý, có tính trực quan cao, tạo điều kiện cho sinh viên có thêm cơ hội cọ xát thực hành trên động cơ thật, không bị bỡ ngỡ khi ra trường đi làm.

2.2. Giới hạn của đề tài

Được nghiên cứu và đầu tư kĩ lưỡng thông qua nhiều nguồn tài liệu trong và ngoài nước, các tài liệu đào tạo của hãng Toyota, các tạp chí Ô Tô trên thế giới, luận văn đã trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động, khai thác sử dụng của động cơ, tạo thuận lợi cho việc sữa chữa và cho việc nghiên cứu các động cơ khác, đồng thời thiết kế được một mô hình phục vụ học tập có ý nghĩa. Tuy nhiên với kiến thức thực tế còn khiêm tốn, chỉ dừng ở việc chế tạo mô hình trên động cơ đã có sẵn, luận văn vẫn chưa đề cập đến phần lập trình điều khiển, có đôi chỗ luận văn còn trình bày theo hướng thuần lý thuyết, có thể gây khó khăn cho những độc giả không chuyên về Ô Tô.

3. Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện luận văn, kiến thức được đúc kết từ những hướng sau:

Ø Vận dụng kiến thức đã được học về EFI ở trên lớp và trong giai đoạn thực tập.

Ø Tận dụng các giáo trình, tạp chí nghiên cứu về động cơ xăng.

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

Ø Tham khảo tài liệu Toyota Technical Training.

4. Các bước thực hiện

Ø Tham khảo tài liệu

Ø Thiết kế khung đỡ động cơ

Ø Thiết kế sa bàn và các chi tiết trên sa bàn

Ø Thiết kế mạch điện, bản vẽ, các chi tiết phụ

Ø Tiến hành đo đạc và kiểm tra thu thập các thông số

Ø Hoàn thiện mô hình

Ø Thiết kế các bài giảng dạy thực hành trên mô hình

Ø Viết thuyết minh























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

1. Lịch sử phát triển hệ thống phun xăng trên Ô Tô

Lịch sử phát triển của các hệ thống phun xăng đã kéo dài khoảng hơn 100 năm, kể từ khi bơm piston được ứng dụng vào phun nhiên liệu năm 1898 trên một số dòng sản phẩm, và đến nay, các hệ thống phun xăng tiên tiến như EFI, GDI đang được ứng dụng rộng rãi trên ô tô hiện đại.

Vào cuối thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp - ông Stevan - đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian, Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả cao vì chi phí tốn kém và trình độ công nghệ lúc bấy giờ chưa cho phép. Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp). Tuy nhiên, sau đó sáng kiến này đã được ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức vào năm 1937, khắc phục được nguy cơ đóng băng và cháy nổ của bộ chế hòa khí. Việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống phun xăng bị gián đoạn trong một khoảng thời gian dài do chiến tranh, đến năm 1955 Đức cho ứng dụng thử nghiệm hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt lên dòng xe thể thao 300 SL của hãng Daimler – Benz (GDI sau đó phát triển đến những năm 1970 rồi dừng lại và và quay trở lại thị trường từ năm 1966 bởi hãng Mitsubishi). đến 1962 người Pháp phát triển phun nhiên liệu trên ô tô Peugeot 404.. Đến năm 1973, hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí. Trong hệ thống phun xăng này, nhiên liệu được phun liên tục vào trước supap hút nên có tên gọi là K – Jetronic (K- Kontinuierlich – liên tục, Jetronic – tên thương mại của Fuel Injection – phun nhiên liệu). Hệ thống này sau này được phát triển thêm với một cảm biến oxy và van tần số, một phát triến khác là Ku – Jetronic được phát triển tại Mỹ với chế độ điều khiển theo vòng kín. K – Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và rất nhiều hãng xe khác, được biết đến với tên gọi CIS (Continous Injection System ) tại Mỹ, 1994 Porsche 911 Turbo 3.6 là chiếc xe cuối cùng sử dụng hệ thống phun xăng này.

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

Ø Được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí- thuỷ lực.

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

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




Hình 2.1. Hệ thống phun xăng K-Jetronic

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

Đến năm 1985, Hệ thống phun xăng KE-Jetronic được hãng BOSCH chế tạo dựa trên nền tảng của hệ thống K-Jetronic và K-Jetronic với van tần số. Các nhà thiết kế nhận thấy rằng ở hệ thống K-Jetronic với van tần số thì độ chính xác không cao lắm do các cảm biến sử dụng để nhận biết tình trạng làm việc của động cơ còn quá ít và việc sử dụng van tần số để hiệu chỉnh áp lực các buồng dưới, cũng như dùng bộ điều chỉnh áp lực theo nhiệt độ để hiệu chỉnh tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng các chế độ làm việc của động cơ là chưa hoàn thiện… Bởi vì các chế độ làm việc của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào thời gian mở và đóng của van tần số và sự thay đổi của áp suất điều chỉnh trên đỉnh piston. Nếu sự phối hợp cả hai yếu tố trên là không đồng bộ thì độ tin cậy làm việc của hệ thống là không đảm bảo.



Hình 2.2. hệ thống phun xăng KE-Jetronic

1 – Thùng xăng; 2 – Bơm xăng; 3 – Bộ tích năng; 4 – Lọc xăng; 5 – Bộ điều áp xăng; 6 – Kim phun xăng; 7 – Đường ống nạp; 8 – Kim phun xăng khởi động lạnh; 9 – Bộ định lượng và phân phối nhiên liệu; 10 – Bộ đo lưu lượng không khí; 11 – Bộ điều chỉnh áp lực bằng điện; 12 – Cảm biến Oxy; 13 – Công tắc nhiệt-thời gian; 14 – Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 15 – Delco; 16 – Van khí phụ;

17 – Công tắc vị trí bướm ga; 18 – ECU; 19 – Công tắc máy; 20 – Ắc quy.

Để khắc phục nhược điểm trên cũng như dựa vào cơ sở của hệ thống K-Jetronic với van tần số, các nhà chế tạo đã đưa ra loại KE-Jetronic. Ở hệ thống KE- Jetronic, tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng với các điều kiện hoạt động của động cơ dựa vào sự thay đổi áp lực nhiên liệu của các buồng dưới của các bộ chênh lệch áp suất, nhưng áp suất điều khiển ở trên đỉnh piston điều khiển là được giữ cố định. Các cảm biến bố trí xung quanh động cơ của KE-Jetronic được sử dụng nhiều hơn, tín hiệu từ các cảm biến được gửi về trung tâm điều khiển điện tử và từ đó trung tâm điều khiển sẽ làm thay đổi áp suất trong hệ thống để đáp ứng tốt các yêu cầu làm việc của động cơ.

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

Mặc dù K-Jetronic và KE-Jetronic ra đời đã đáp ứng được tỷ lệ hỗn hợp theo yêu cầu ứng với từng chế độ làm việc của động cơ theo hướng cải thiện đặc tính tải, tiêu hao nhiên liệu kinh tế hơn, giảm ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên vẫn còn điều khiển bằng cơ khí kết hợp điện tử. Để đạt hiệu quả cao hơn người ta đã chế tạo ra loại phun xăng hoàn toàn điều khiển bằng điện tử (EFI – Electronic Fuel Injection). Thực ra EFI được phát triển tự khá sớm bởi hãng Bosch của Đức với hai loại là D (Druck – Pressure) – Jetronic và L (Luft-air)-Jetronic, tuy nhiên sau đó hãng này lại không phát triển thêm hệ thống này trong một thời gian dài mà tập trung vào K-Jetronic và KE-Jetronic. Cùng thời gian đó, EFI được phát triển mạnh tại Nhật (bằng cách mua bản quyền) và tại Mỹ bởi hãng Bendix( dưới hình thức là một hệ thống tương tự). EFI cung cấp tỷ lệ hòa khí cho động cơ một cách tối ưu. Tùy theo chế độ hoạt động của ôtô, hệ thống này điều khiển thay đổi tỷ lệ xăng- không khí một cách chính xác. Cụ thể ở chế độ khởi động hoặc khi động cơ còn nguội , hỗn hợp khí nạp được cung cấp giàu xăng. Sau khi động cơ đã đạt nhiệt độ vận hành, hỗn hợp khí nạp sẽ nghèo xăng hơn. Ở các chế độ leo dốc hoặc tăng tốc thì hỗn hợp khí nạp lại được cung cấp giàu xăng hơn.



Hình 2.3 - Sơ đồ kết cấu cơ bản của hệ thống EFI

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

2. Sơ lược về hệ thống phun xăng điện tử EFI

2.1. Phân loại

2.1.1. Phân loại theo phương pháp xác định lượng khí nạp

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

Ø L – EFI : sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp để xác định lượng khí chạy vào đường ống nạp, có thể xác định trực tiếp khối lượng khí nạp hoặc thông qua thể tích khí nạp, cảm biến này được đặt trước cánh bướm ga.

Ø D – EFI : Sử dụng cảm biến đo áp suất chân không trong đường ống nạp (MAP sensor) để phát hiện lượng khí chạy vào đường ống nạp, cảm biến này được đặt sau cánh bướm ga.



Hình 2.4. Hệ thống L – EFI và D – EFI

2.2.2. Phân loại theo số điểm phun

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

Ø Hệ thống phun đơn điểm TBI (Throttle Body Injection) : còn gọi là SPI (Single Point Injection), CFI (Central Fuel Injection) hay Mono – Jetronic, đây là loại phun trung tâm, động cơ chỉ sử dụng một hoặc hai kim phun được bố trí trước cánh bướm ga, loại này tuy có kết cấu đơn giản nhưng đường đi của hòa khí dài nên dịch chuyển chậm và tăng khả năng thất thoát trên đường ống nạp.

Ø Hệ thống phun đa điểm MPI (Multi Fuel Injection) : Mỗi xylanh được bố trí một kim phun riêng, lắp phía trước xupap nạp, nhờ vậy đường đi của hòa khí ngắn, làm giảm thiểu khả năng thất thoát trên đường ống nạp. Đồng thời đường ống nạp cũng có thể được làm dài và uốn khúc hơn mà không sợ thất thoát nhiên liệu. Điều này giúp cho luọng khí nạp được gia tốc nhiều hơn, đạt được độ xoáy lốc tốt hơn, từ đó hòa trộn với nhiên liệu dễ dàng hơn.

2.2.3. Phân loại theo phương pháp phun

Ta có 3 phương pháp sau đây:

Phun độc lập (Independent Injection): Nhiên liệu được phun độc lập cho từng xylanh ngay trước kì nạp, như vậy trong 2 vòng quay của trục khuỷu thì mỗi xylanh đều được phun một lần.



Hình 2.5. Phun độc lập sau 2 vòng quay trục khuỷu

Phun theo nhóm (Group Injection) : Sau 2 vòng quay trục khuỷu thì nhiên liệu được phun cho mỗi nhóm xylanh một lần. Động Toyota 5S-FE dùng phương pháp này với 2 nhóm phun là nhóm máy 1&3 và nhóm máy 2&4.



Hình 2.6. Phun theo nhóm sau 2 vòng quay trục khuỷu

Phun đồng loạt (Simultaneus Injection) : Nhiên liệu được phun đồng loạt cho tất cả các xylanh sau mỗi vòng quay trục khuỷu, như vậy sau hai vòng quay trục khuỷu lượng nhiên liệu cần thiết để đốt cháy được phun làm hai lần.

Hình 2.7. Phun đồng loạt sau 2 vòng quay trục khuỷu



2.2.4. Phân loại theo kỹ thuật điều khiển

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

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

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

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

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

2.2.1. Các cảm biến cho tín hiệu ngõ vào

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

Ø Cảm biến đo gió : có thể xác định trực tiếp khối lượng (kiểu dây nhiệt) hay gián tiếp qua điện áp (kiểu trượt), qua thể tích khí nạp (kiểu Karman quang, Karma siêu âm) hoặc thông qua việc xác định áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp bằng cảm biến MAP (MAP-Maniford Absolute Pressure).

Ø Bộ tín hiệu G, Ne : Được kết hợp để xác định góc quay chuẩn của trục khuỷu và tốc độ của động cơ.

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

Ø Cảm biến nhiệt độ nước làm mát : phát hện nhiệt độ của nước làm mát.

Ø Cảm biến nhiệt độ khí nạp : phát hiện nhiệt độ của khí nạp.

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

Ø Cảm biến kích nổ : phát hiện nguy cơ kích nổ của động cơ để kịp thời giảm góc đánh lửa sớm.

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

2.2.2 Khối điều khiển điện tử (ECU)

2.2.2.1 Tổng quan

Hệ thống điều khiển động cơ bao gồm các cảm biến nhận biết liên tục tình trạng hoạt động của động cơ, một bộ ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành (kim phun, bơm xăng, bobine...). Cơ cấu chấp hành này luôn bảo đảm thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến. Hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ đem lại sự chính xác và thích ứng cần thiết để giảm tối đa chất độc hại trong khí thải cũng như đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu. Ngoài ra ECU còn giúp chẩn đoán động cơ khi có sự cố xảy ra.

Bộ điều khiển, máy tính, ECU hay hộp đen là những tên gọi khác nhau của mạch điều khiển điện tử. Nhìn chung, đó là bộ tổ hợp vi mạch và linh kiện phụ dùng để nhận biết tín hiệu, trữ thông tin, tính toán, quyết định chức năng hoạt động và gởi đi các tín hiệu điều khiển thích hợp.

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




























Hình 2.8. Tổng quan sơ đồ cấu trúc điều khiển

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

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



2.2.2.2. Cấu tạo của ECU

a). Các kiểu bộ nhớ được sử dụng trong ECU

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

ROM (Read Only Memory) : Bộ nhớ dự trữ thông tin thường trực, chỉ đọc được thông tin cài sẵn của nhà sản xuất chứ không ghi được thêm thông tin, ROM được dùng để cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý.

RAM (random access memory) : Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu trữ thông tin mới được ghi trong bộ nhớ và xác định bởi vi xử lý. RAM có thể đọc và ghi các số liệu theo địa chỉ bất kỳ. Ram có hai loại:

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

Ø Loại RAM không xóa được: vẫn duy trì bộ nhớ cho dù khi tháo nguồn cung cấp cho xe. RAM lưu trữ những thông tin về hoạt động của các cảm biến dùng cho hệ thống tự chuẩn đoán.

PROM (programmable read only memory) : Cấu trúc cơ bản giống như ROM nhưng cho phép lập trình (nạp dữ liệu) ở nơi sử dụng chứ không phải nơi sản xuất như ROM. PROM cho phép sửa đổi chương trình điều khiển theo những đòi hỏi khác nhau.

KAM (keep alive memory) : KAM dùng để lưu trữ những thông tin mới (những thông tin tạm thời) cung cấp đến bộ vi xử lý. KAM vẫn duy trì bộ nhớ cho dù động cơ ngưng hoạt động hoặc tắt công tắc máy. Tuy nhiên, nếu tháo nguồn cung cấp từ accu đến máy tính thì bộ nhớ KAM sẽ bị mất.

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

Các tín hiệu dạng tương tự (Analog) về sự thay đổi điện áp chuyển về từ các cảm biến như cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến nhiệt độ khí nạp, tín hiệu G, Ne... trước khi được đưa đến bộ vi xử lý cần phải qua bộ chuyển đổi A/D nhằm chuyển các tín hiệu sang dạng số (xung vuông) để các vi xử lý có thể hiểu được.




Hình 2.9. Bộ chuyển đổi A/D

c) Bộ ổn áp (Voltage regulator).

Điện áp mà máy phát điện và accu cung cấp là không ổn định, trong khi bộ vi xử lý và các cảm biến với những linh kiện điện tử bán dẫn phải cần điện áp ổn định mới có thể hoạt động tốt được. Vì thế cần có một bộ ổn áp cung cấp điện áp ổn định đến các thiết bị, bộ phận này, hiện nay người ta thường dùng bộ ổn áp sử dụng IC.

d) Bộ vi xử lý ( Micropprocessor )

Có thể coi bộ vi xử lý như “bộ não” của ECU, có rất nhiều họ vi điều khiển và do nhiều hãng chế tạo được sử dụng trong ECU: General Instrument, Motorola, Dallas… Nhưng đều có nhiệm vụ chung là xử lý tín hiệu gửi đến từ cảm biến và đưa đến cơ cấu chấp hành theo một chương trình đã định sẵn.

Cấu tạo chung của vi điều khiển sẽ gồm có các chân vào/ra (I/O) để nhận và truyền dữ liệu, CPU xử lý các phép toán cộng trừ nhân chia và các phép toán logic. Ram để lưu các dữ liệu xử lý tức thời, PRom bộ ghi nhờ trương chình do nhà sản xuất cài vào, cùng các đường các đường truyền dữ liệu (BUS).

2.3.3. Tín hiệu ngõ ra và các cơ cấu chấp hành

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



Hình 2.10. Transistor đóng ngắt solenoid

Các cơ cấu chấp hành thừa lệnh điều khiển của ECU trong hệ thống phun xăng bao gồm bơm xăng, các kim phun và van không tải ISC (Idle Speed Control).



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

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

Ø Phân phối hòa khí đồng đều đến từng xylanh.

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

Ø Tiết kiệm nhiên liệu, giảm được các khí thải độc hại và đáp ứng được các tiêu chuẩn khắt khe về khí thải vì đảm bảo chính xác hệ số dư lượng không khí (λ ≈1).

Ø Tạo ra công suất lớn hơn, khả năng tăng tốc tốt hơn do không có họng khuếch tán gây cản trở như động cơ chế hòa khí.

Ø Hệ thống đơn giản hơn bộ chế hòa khí điện tử vì không cần đến cánh bướm gió khởi động, không cần các vít hiệu chỉnh.

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

Ø Nhiên liệu hòa trộn dễ dàng hơn, không bị thất thoát nhiên liệu trên đường ống nạp

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









Chương III: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ 5S – FE

1. Giới thiệu về động cơ 5S – FE

Động cơ phun xăng điện tử 5S-FE của Toyota được lắp trên xe Toyota Camry và Toyota celica. 5S-FE ra đời năm 1990 tại Nhật Bản và được tung ra thị trường gồm 4 thế hệ (1990-1992, 1993-2001, 1997-1999, 2000-2001) với những cải tiến, thay đổi khác nhau. Đây là động cơ 4 xilanh được bố trí thẳng hàng , đường kính D = 87,1 mm, hành trình S = 90,9 mm với thứ tự nổ là 1-3-4-2, dung tích 2164 cm3, hệ thống phân phối khí DOHC (Dual Over Head Camshaft) 16 xupap, công suất lớn nhất là 101 KW tại tại 5200 rpm, đạt mômen xoắn cực đại 199 Nm tại 4400 rpm, tỷ số nén e = 9,5.

2. Hệ thống nhiên liệu trên động cơ Toyota 5S-FE

2.1. Sơ đồ tổng quát và nguyên lý hoạt động.

Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Toyota 5S-FE

Nguyên lý hoạt động :

Xăng được bơm đưa từ thùng chứa, qua lọc xăng theo đường ống dẫn xăng đến ống phân phối. Tại một đầu của ống phân phối có gắn bộ giảm rung động để hấp thụ các xung rung động do kim phun gây ra, dầu còn lại được gắn với bộ điều áp, khi độ chênh lệch áp suất trong ống phân phối và đường ống nạp cao hơn một mức định trước thì bộ điều áp sẽ mở cho xăng chảy về thùng chứa theo đường xăng hồi, nhằm giữ cho áp suất nhiên liệu trong ống phân phối luôn cao hơn áp suất trong đường ống nạp một mức không đổi. Xăng sau đó sẽ được phun vào xylanh theo sự điều khiển của ECU.

2.2. Cấu tạo các bộ phận của hệ thống nhiên liệu động cơ Toyota 5S-FE

2.2.1. Kim phun nhiên liệu

Kim phun nhiên liệu động cơ Toyota 5S-FE (Denso 213cc) là loại kim phun có điện trở cao (điện trở tiêu chuẩn là 13,8 Ω).

Cấu tạo cụ thể của kim phun như sau:



Hình 3.2. Kết cấu kim phun

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

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

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



Hình 3.3. Một số kiểu phun

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

2.2.2. Bơm nhiên liệu

Bơm nhiên liệu có nhiệm vụ đưa nhiên liệu từ thùng chứa theo đường ống dẫn đến ống phân phối để cung cấp cho kim phun. EFI sử dụng các loại bơm xăng chạy điện, chúng có ưu điểm là có thể tạo áp suất cao hơn so với bơm cơ khí và ít gây dao động lưu lượng (áp suất) hơn. Bơm hoạt động không phụ thuộc vào dẫn động cơ khí từ động cơ nên nó bắt đầu làm việc ngay khi bật công tắc khởi động. Thường gặp 2 loại bơm xăng bằng điện: một loại được đặt ngay trong thùng xăng (ngập trong xăng) và một loại bơm đặt ngoài. Hai loại bơm này khác nhau về mặt cấu tạo và nguyên lý làm việc, nhưng có điểm chung là đều được làm mát bằng chính nhiên liệu.

Hiện nay phần lớn các động cơ ôtô sử dụng loại bơm đặt trong thùng. Đây cũng là loại được dùng cho động cơ Toyota 5S-FE, nó ít ồn hơn và gây dao động áp suất nhỏ hơn. Bơm được đặt ngập trong xăng, bao gồm một động cơ điện đặt trong một vỏ kín, phía dưới của động cơ là đĩa bơm có các cánh gạt nhiên liệu, đĩa này được lắp cố định bằng then hoa trên trục động cơ. Khi động cơ làm việc, đĩa quay và các cánh của nó gạt nhiên liệu đi từ cửa hút sang cửa đẩy. Ra khỏi bơm, nhiên liệu đi qua động cơ điện và làm mát nó. Trên đường ra của bơm có bố trí một van an toàn và một van một chiều. Khi áp suất trong bơm vượt quá áp suất giới hạn của van an toàn thì van này sẽ mở và cho xăng chảy qua nó về thùng. Van một chiều đóng ngay lại khi động cơ dừng, nhờ vậy mà luôn luôn tồn tại một áp suất dư trong hệ thống nhiên liệu cũng như cho phép tránh được hiện tượng bay hơi xăng trong hệ thống, từ đó tạo điều kiện cho việc khởi động lại được dễ dàng.

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

Hình 3.4. Cấu tạo bơm nhiên liệu

2.2.3. Lọc nhiên liệu

Lọc nhiên liệu có tác dụng lọc sạch cặn bẩn, tạp chất bảo đảm nhiên liệu sạch cung cấp cho vòi phun hoạt động, tránh hiện tượng tắc, kẹt, đóng không kín của vòi phun.

Lọc xăng được lắp với đường xăng ra của bơm. Thường được sử dụng bằng màng giấy, có cỡ lọc khoảng 10 µm.



Hình 3.5. Lọc nhiên liệu

Lọc xăng có cấu tạo cho xăng đi theo một chiều nên khi lắp phải theo đúng chiều, nếu không sẽ làm cản trở lượng xăng qua lọc. Phần tử lọc thường được làm bằng giấy, vỏ bằng thép hoặc nhựa. Sau một khoảng thời gian làm việc thì phải thay lọc mới. Thường xe chạy được từ 33.000 km đến 40.000 km thì phải thay lọc mới.

2.2.4. Ống phân phối

Ống phân phối có nhiệm vụ tiếp nhận nhiên liệu được bơm lên từ thùng, lưu trữ và sẵn sàng cung cấp cho các kim phun. Ống này thường được lắp song song và gần với đường ống nạp, ở một đầu ống gần puly có gắn một bộ điều áp, đầu còn lại được gắn một bộ giảm rung động.

2.2.5. Bộ điều áp

Bộ điều áp trên ô tô có hai loại: loại thứ nhất có tác dụng giữ cho áp suất nhiên liệu vào kim phun luôn ở một mức không đổi (khoảng 3,3 Kgf/cm2), đây là loại điều áp đặt ngay trong thùng xăng, áp suất được ấn định bởi một lò xo); loại thứ hai duy trì áp suất nhiên liệu ở mức cao hơn áp suất tương ứng trong đường ống nạp một giá trị không đổi ( khoảng 2,9 Kgf/cm2, đây là loại điều áp đặt ngoài, áp suất được ấn định bởi một lò xo và độ chân không trong đường ống nạp).

Động cơ Toyota 5S-FE sử dụng bộ điều áp loại đặt bên ngoài thùng nhiên liệu và có cấu tạo như hình dưới đây:

Hình 3.6. Bộ điều áp

Độ chênh lệch áp suất trong ống phân phối và đường ống nạp được ấn định bởi một lò xo. Tuy nhiên, áp suất trong đường ống nạp thường xuyên thay đổi theo sự đóng mở của bướm ga, nếu áp suất trong ống phân phối không thay đổi tương ứng thì lượng xăng phun ra sẽ không chính xác như ECU đã tính toán (vì ngoài tiết diện lỗ phun và khoảng thời gian phun, lượng xăng phun ra còn phụ thuộc vào độ chênh áp giữa phía bên trong và bên ngoài lỗ phun). Vì vậy người ta gắn thêm vào bộ điều áp một đường ống dẫn đến đường ống nạp, từ đó lời dụng vào sự thay đổi của độ chân không ở đây để điều chỉnh áp suất trong ống phân phối. Khi áp suất trong ống nạp giảm, độ chân không tăng sẽ hút màng của bộ điều áp lên, làm mở van cho xăng hồi về thùng, từ đó là cho áp suất trong ống phân phối giảm tương ứng. Khi áp suất ống nạp tăng trở lại, bộ điều áp sẽ đóng để cho áp suất trong ống phân phối đạt được độ tăng tương ứng, duy trì độ chênh áp một cách ổn định.



2.2.6. Bộ giảm rung động

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

Hình 3.7. Cấu tạo và hoạt động của bộ giảm rung động



3. Điều khiển hệ thống nhiên liệu trên động cơ Toyota 5S-FE

3.1. Sơ đồ mạch điện điều khiển

Hình 3.8 dưới đây là sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ 5S-FE sử dụng trên xe Toyota Camry (1996-2001) và cũng chính là mạch điện tham khảo cho việc thiết kế mô hình :






Thứ tự các chân ECU trong thực tế và ý nghĩa của chúng :

3.2. Hệ thống cảm biến

3.2.1. Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP Sensor)

Cảm biến áp suất đường ống nạp được dùng cho hệ thống EFI kiểu D để cảm nhận áp suất đường ống nạp. Đây là một trong những cảm biến quan trọng nhất trong EFI kiểu D.




Hình 3.9. Cấu tạo, sơ đồ mạch điện và đường đặc tuyến của cảm biến MAP

Loại cảm biến này dựa trên nguyên lý cầu Wheatstone. Mạch cầu Wheatstone được sử dụng trong thiết bị nhằm tạo ra một điện áp phù hợp với sự thay đổi điện trở.

MAP sử dụng một chíp silicon kết hợp với một buồng chân không được duy trì ở độ chân không định trước. Hai mặt của chíp được phủ thạch anh để tạo thành điện trở áp điện. 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. Vì vậy, không cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn vì áp suất của đường ống nạp có thể đo được chính xác ngay cả khi độ cao này thay đổi.

Khi áp suất đường ống nạp thay đổi, giá trị của điện trở áp điện sẽ thay đổi. Các điện trở áp điện được nối thành cầu Wheatstone. Khi màng ngăn không bị biến dạng (tương ứng với trường hợp động cơ chưa hoạt động hoặc tải lớn), tất cả bốn điện trở áp điện đều có giá trị bằng nhau và lúc đó không có sự chênh lệch điện áp giữa 2 đầu cầu. Khi áp suất đường ống nạp giảm, màng silicon bị biến dạng dẫn đến giá trị điện trở áp điện cũng bị thay đổi và làm mất cân bằng cầu Wheastone. Kết quả là giữa 2 đầu cầu sẽ có sự chênh lệch điện áp và tín hiệu này được khuếch đại để điều khiển mở transistor ở ngõ ra của cảm biến. Độ mở của transistor phụ thuộc vào áp suất đường ống nạp dẫn tới sự thay đổi điện áp báo về ECU. Tín hiệu điện áp này gọi là tín hiệu PIM.

Cảm biến MAP sử dụng trong động cơ 5S-FE là loại cảm biến có điện áp thấp khi bướm ga đóng hoàn toàn và điện áp cao nhất khi động cơ chưa nổ hay bướm ga mở hoàn toàn. Vì lúc động cơ chưa nổ hay bướm ga mở lớn nhất, vi mạch silicon chưa bị biến dạng, lúc đó điện áp so sánh trên hai cầu của cảm biến bằng nhau, Transistor trong mạch không dẫn, điện áp trên chân PIM của cảm biến lúc này xấp xỉ 3.9V. Khi áp suất đường ống nạp giảm lúc này cầu so sánh trong cảm biến mất ổn định làm cho vi điều khiển trong cảm biến mở dần transistor ở trạng thái khuếch đại làm điện áp trên chân PIM của cảm biến giảm dần.

3.2.2. Tín hiệu Ne và tín hiệu G

Tín hiệu Ne và G được tạo ra bởi cuộn nhận tính hiệu, sử dụng nguyên lý điện từ, bao gồm một cảm biến vị trí trục cam hoặc cảm biến vị trí trục khuỷu, và đĩa tín hiệu ( rotor tín hiệu). Thông tin từ hai tín hiệu này được kết hợp bởi ECU động cơ để phát hiện đầy đủ góc của trục khuỷu và tốc độ động cơ.

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

Bộ tạo tín hiệu G của động cơ Toyota 5S-FE sử dụng chính bánh đai phối khí của trục cam làm rotor, trên đó có 4 vấu răng được làm lồi ra, 4 vấu này nằm ở mép bên trong của bánh đai khi nhìn từ hướng puly trục khuỷu đi vào. Cảm biến vị trí trục cam được lắp gần bánh đai cam sao cho đầu cảm biến sẽ lần lượt đối diện với 4 vấu răng này khi trục cam động cơ được quay. Việc đến gần và dịch ra xa cuộn dây cảm ứng của 4 vấu răng (khe hở giữa các vấu và cuộn dây thay đổi) làm cho từ thông biến đổi, tạo ra một sức điện động biến thiên, sinh ra tín hiệu G. Tín hiệu G được ECU sử dụng để kết hợp với tín hiệu Ne để xác định góc chuẩn của trục khuỷu, căn cứ vào đó cùng với tín hiệu PIM để điều khiển phun xăng và góc đánh lửa sớm cơ bản.





Hình 3.10. Sơ đồ mạch điện và tín hiệu ra của cảm biến vị trí trục cam và

vị trí trục khuỷu

Bộ tạo tín hiệu Ne được dặt gần puly trục khuỷu , cũng hoạt động với nguyên lý tương tự như ở trục cam, đĩa rotor của bộ này là một bánh rưng gắn liền với bánh răng phối khí cam của trục khuỷu, rotor này được làm từ một bánh răng có 36 răng nhưng có 4 răng được đắp thành một răng lớn, như vậy rotor có 33 răng nếu tính cả răng lớn . Răng lớn này dùng để xác định góc của trục khuỷu. Động cơ 5S-FE dùng tín hiệu này để tham chiếu chính, khi không có tín hiệu G truyền về thì ECU vẫn cho phép động cơ nổ.



3.2.3. Cảm biến vị trí bướm ga

Động cơ 5S-FE sử dụng cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính, nó gồm một con trượt và một điện trở. Một đầu điện trở được gắn với cực Vc (cấp nguồn 5V), đầu còn lại gắn với cực E2 của cảm biến (cấp Mass). Một đầu của con trượt trượt lên điện trở và đầu còn lại gắn với cực VTA của cảm biến. Các cực của cảm biến được nối với các chân tương ứng trên ECU. ECU cấp nguồn 5V và Mass đến cho cảm biến, đồng thời nhận tín hiệu điện áp từ cực VTA của cảm biến, điện áp được đặt vào cực này sẽ tỉ lệ thuận với độ mở của cánh bướm ga. Sơ đồ mạch điện như sau:

Hình 3.11. Mạch điện cảm biến vị trí cánh bướm ga



Hình 3.12. Đương đặc tuyến của cảm biến vị trí bướm ga



Khi điện áp từ chân VTA gởi về ECU nằm trong khoảng 0.3 – 0.8 V, ECU sẽ hiểu là bướm ga đã đóng, khi cánh bướm ga mở hoàn toàn thì điện áp gởi về là 4.9 V.







3.2.4. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Dùng để xác định nhiệt độ động cơ, thường là một trụ rỗng có ren ngoài, bên trong có gắn một điện trở dạng bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm (NTC – negative temperature co-efficient).

Nguyên lý:

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

Hình 3.13. Sơ đồ mạch điện cảm biến nước làm mát



Hình 3.14. Đường đặc tuyến của cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Điện áp Vc 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt độ) tới cảm biến rồi trở về ECU về mass, tạo thành một cầu phân áp. Điện áp điểm giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự - số (bộ chuyển đổi A/D Converter – analog to digital converter).

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

3.2.5. Cảm biến nhiệt độ khí nạp

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



Hình 3.15. Mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp



Hình 3.16. Đường đặc tuyến của cảm biến nhiệt độ khí nạp

Hàm lượng Oxy trong không khí sẽ thay đổi theo nhiệt độ của không khí. Ngoại trừ cảm biến dây sấy trong hệ thống LH-Jetronic, cho dù lượng không khí được cảm biến lưu lượng khí nạp xác định là không đổi, lượng nhiên liệu phun phải được hiệu chỉnh nếu nhiệt độ khí nạp thay đổi. Động cơ 5S-FE cũng sử dụng cảm biến này để xác định nhiệt độ khí nạp, trong đó ECU xem nhiệt độ 20oC là mức chuẩn, nếu nhiệt độ khí nạp lớn hơn 20oC thì ECU sẽ điều khiển giảm lượng xăng phun; nếu nhiệt độ khí nạp nhỏ hơn 20oC thì ECU sẽ điều khiển tăng lượng xăng phun. Với phương pháp này, tỉ lệ hỗn hợp sẽ được đảm bảo theo nhiệt độ môi trường.

3.2.6. Cảm biến kích nổ

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



Hình 3.17. mạch điện và đường đặc tuyến của cảm biến kích nổ

Cảm biến này có một phần tử áp điện, tạo ra một điện áp xoay chiều khi tiếng gõ gây ra rung động trong thân máy và làm biến dạng phần tử này. Thông thường thì kích nổ xảy ra ở tần số khoảng 7KHz tùy theo từng động cơ, từ đó người ta sử dụng tinh thể thạch anh có kích thước với tần số riêng trùng với tần số này để xẩy ra hiện tượng cộng hưởng, khi đó tinh thể thạch anh sẽ chịu áp lực lớn nhất và điện áp truyền về ECU sẽ tăng lên nhanh chóng đến một mức dưới 2.5 V. Lúc này ECU nhận biết có kích nổ trong động cơ và ra tín hiệu điều khiển giảm góc đánh lửa cho đến khi hết kích nổ. Nếu như tín hiệu điều khiển này không hoạt động, ECU sẽ bật chức năng an toàn để tự động giảm góc đánh lửa, tránh gây tổn hại cho động cơ.


3.2.7. Cảm biến Oxy

Cảm biến ôxy được bố trí trên đường ống thải, dùng để nhận biết nồng độ ôxy có trong khí thải, từ đó xác định tỉ lệ nhiên liệu và không khí trong buồng đốt của động cơ là đậm hay nhạt so với tỉ lệ hòa khí lí thuyết, từ đó gửi tín hiệu về ECU để ECU xử lý và cho tín hiệu điều chỉnh lại tỉ lệ không khí/nhiên liệu cho phù hợp. Động cơ 5S-FE dùng một cảm biến Oxy 4 chân loại Ziconium đặt trên đường ống xả phía gần với buồng đốt động cơ để làm công việc này.



Hình 3.18. Cấu tạo cảm biến Oxy

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

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

Khi hỗn hợp không khí - nhiên liệu nghèo, chỉ có một chênh lệch nhỏ về nồng độ của oxy giữa bên trong và bên ngoài của phần tử zirconi. Do đó, phần tử zirconi sẽ chỉ tạo ra một điện áp thấp (0,1÷0,4V). Ngược lại, khi hỗn hợp không khí - nhiên liệu giàu, hầu như không có oxy trong khí xả. Vì vậy, có sự khác biệt lớn về nồng độ oxy giữa bên trong và bên ngoài của cảm biến này để phần từ zirconi tạo ra một điện áp tương đối lớn (0,6÷1 V). Tín hiệu điện áp này khi đi vào ECU sẽ đi qua mạch so sánh, nếu lớn hơn 0,45 V thì được xem là ở mức cao (hòa khí giàu), nếu nhỏ hơn 0,45 V thì được xem là thấp(hòa khí nghèo).Căn cứ vào tín hiệu (gọi là tín hiệu OX) này , ECU động cơ sẽ tăng hoặc giảm lượng phun nhiên liệu để duy trì tỷ lệ không khí - nhiên liệu trung bình ở tỷ lệ không khí - nhiên liệu lý thuyết.




Hình 3.19. Mạch điện cảm biến Oxy

Hình 3.20. Đường đặc tuyến của cảm biến Oxy







3.2.8. Một số tín hiệu khác

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

Ø Tín hiệu khởi động STA

Ø Tín hiệu điều hòa (ACA, ACC..)

Ø Tín hiệu phụ tải ELS

3.3. Điều khiển lượng nhiên liệu

3.3.1. Điều khiển lượng phun cơ bản

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

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

2C8H18 + 25O2 → 16CO2 + 18H2O

Để đốt cháy 1g ốctan và sản sinh ra nước và cacbondiôxít thì cần đến 15g không khí. Trên thực tế, nhiên liệu không phải là ốctan thuần chất mà là ôctan và các HC khác nhau. Vì vậy, tỷ lệ hỗn hợp không khí-nhiên liệu lí tưởng là 14,7:1.

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

Dưới đây là sơ đồ khối điều khiển lượng phun của động cơ Toyota 5S-Fe :




Hình 3.21. Sơ đồ điều khiển lượng phun

3.3.2. Điều khiển ượng phun hiệu chỉnh

Gồm có các kiểu hiệu chỉnh sau đây :

Ø Hiệu chỉnh để khởi động

Ø Hiệu chỉnh để hâm nóng

Ø Hiệu chỉnh để tăng tốc

Ø Hiệu chỉnh phản hồi kín

Ø Hiệu chỉnh để tăng công suất

Ø Hiệu chỉnh cắt nhiên liệu

Ø Hiệu chỉnh theo điện áp accu



3.3.2.1. Hiệu chỉnh để khởi động

ECU không thể tính được thời gian phun cơ bản bằng lượng không khí nạp vì tốc độ của động cơ thấp và sự thay đổi của lượng không khí nạp rất lớn trong lúc khởi động. Vì lý do này, thời gian phun nhiên liệu lúc khởi động được xác định bằng nhiệt độ nước làm mát.

Nhiệt độ của nước làm mát được bộ cảm biến nhiệt độ nước phát hiện. Nhiệt độ nước càng thấp thì việc bốc hơi nhiên liệu càng kém. Do đó, phải làm cho hỗn hợp không khí - nhiên liệu đậm hơn bằng cách kéo dài thời gian phun.

ECU động cơ xác định rằng động cơ đang được khởi động khi tốc độ của động cơ là 400 vòng/phút hoặc thấp hơn.

Ngoài ra, khi tốc độ của động cơ đột ngột giảm xuống dưới 400 vòng/phút do tải trọng đặt lên động cơ đột ngột tăng lên, tính trễ sẽ được sử dụng để ngăn không cho ECU động cơ xác định rằng động cơ đã nổ máy đang được khởi động lại, trừ khi tốc độ động cơ hạ xuống dưới 200 vòng/phút.

3.3.2.2. Hiệu chỉnh để hâm nóng

Lượng phun nhiên liệu được tăng lên vì sự bay hơi của nhiên liệu kém trong khi động cơ còn lạnh. Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, thời gian phun nhiên liệu được tăng lên để làm cho hỗn hợp không khí - nhiên liệu đậm hơn nhằm đạt được khả năng làm việc trong thời gian động cơ còn nguội, lúc này ECU cũng điều khiển van ISC cho gió vào nhiều hơn. Vì vậy khi mới khởi thì tốc độ cầm chừng của động cơ sẽ lớn (1000÷1200 rpm), đến khi động cơ đạt được nhiệt độ vận hành thì tốc độ cầm chừng sẽ trở lại bình thường (600÷700rpm đối với động cơ 5S-FE). Việc hiệu chỉnh tối đa dài gấp đôi nhiệt độ bình thường.

3.3.2.3. Hiệu chỉnh để tăng tốc

Trong khi bắt đầu tăng tốc, tỷ lệ không khí - nhiên liệu trở nên nhạt hơn, lúc này sẽ có một độ trễ do việc không cung cấp kịp nhiên liệu khi lượng khí nạp thay đổi nhanh chóng. Vì vậy, thời gian phun được kéo dài để tăng khối lượng phun nhiên liệu dựa vào không khí nạp để tránh cho hỗn hợp không khí - nhiên liệu trở nên nhạt, nhằm cải thiện tính năng tăng tốc của động cơ.

Việc tăng tốc được xác định bằng tốc độ thay đổi góc mở bướm ga. ECU căn cứ trực tiếp vào tín hiệu VTA để thực hiện sự hiệu chỉnh này. Việc hiệu chỉnh trong lúc tăng tốc tăng lên mạnh khi bắt đầu tăng tốc và sau đó giảm dần cho đến khi việc tăng này kết thúc. Hơn nữa, việc tăng tốc càng nhanh thì lượng phun nhiên liệu càng lớn.

3.3.2.4. Hiệu chỉnh phản hồi kín

Khi có các dao động không lớn về tải trọng của động cơ hoặc tốc độ của động cơ, như là khi chạy không tải hoặc chạy ở tốc độ không đổi sau khi được hâm nóng (>60oC), thì ECU sẽ chuyển sang chế độ hồi tiếp. Lúc này lượng nhiên liệu phun ra được ECU điều chìn dựa trên tín hiệu gởi về từ cảm biến Oxy. Cảm biến oxy phát hiện nồng độ của oxy trong khí xả để xác định xem thời gian phun nhiên liệu hiện tại có phải là tỷ lệ không khí - nhiên liệu lý thuyết hay không.

Nếu ECU động cơ xác định từ các tín hiệu của cảm biến oxy rằng tỷ lệ không khí - nhiên liệu đậm hơn tỷ lệ không khí - nhiên liệu lý thuyết, nó sẽ rút ngắn thời gian phun để làm cho hỗn hợp không khí - nhiên liệu nhạt hơn. Ngược lại, nếu nó xác định rằng tỷ lệ không khí - nhiên liệu là nạt, nó sẽ kéo dài thời gian phun để làm cho hỗn hợp không khí - nhiên liệu đậm hơn.

Hoạt động của việc điều khiển phản hồi nhằm duy trì tỷ lệ không khí - nhiên liệu trung bình ở tỷ lệ không khí - nhiên liệu lý thuyết bằng cách liên tiếp thực hiện các hiệu chỉnh nhỏ. (Điều này được gọi là một hoạt động "vòng khép kín"). Việc điều khiển kín này còn tạo ra hàm lượng các chất đọc trong khí thải phù hợp để tạo điều kiện cho bộ xử lí khí thải hoạt động tốt. Tuy nhiên, Để ngăn chặn việc bộ trung hoà khí xả quá nóng và để bảo đảm động cơ hoạt động tốt, sự phản hồi tỷ lệ không khí - nhiên liệu không xảy ra trong các điều kiện sau đây (hoạt động vòng-hở):

Ø Trong khi khởi động động cơ

Ø Trong khi làm đậm sau khởi động

Ø Trong khi làm đậm để tăng công suất

Ø Khi nhiệt độ nước làm mát ở dưới mức xác định

Ø Khi sự cắt nhiên liệu xảy ra



3.3.2.5. Hiệu chỉnh để tăng công suất

Khi bắt đầu hoạt động ở chế độ tải lớn, động cơ cần tăng công suất để kéo tải, lúc này nhiên liệu sẽ được phun nhiều hơn để đảm bảo động cơ hoạt động tốt. Các tải trọng lớn được xác định bằng độ mở của cảm biến vị trí bướm ga, tốc độ của động cơ, và lượng không khí nạp (PIM).

Lượng không khí nạp (PIM) càng lớn hoặc tốc độ của động cơ càng lớn, thì tỷ lệ của lượng tăng này càng lớn. Ngoài ra, mức này được tiếp tục tăng khi góc mở của bướm ga đạt đến một giá trị nào đó hoặc lớn hơn.

Việc hiệu chỉnh mức độ tăng này xấp xỉ từ 10% đến 30%.

3.3.2.6. Hiệu chỉnh cắt nhiên liệu

Trong thời gian giảm tốc, hoạt động phun nhiên liệu bị ngắt theo trạng thái giảm tốc để giảm các khí xả độc hại và tăng hiệu ứng hãm của động cơ. Trạng thái giảm tốc được xác định từ độ mở bướm ga và tốc độ của động cơ. Khi bướm ga được đóng lại và tốc độ của động cơ cao thì ECU hiểu là xe đang giảm tốc. Việc phun nhiên liệu sẽ lại tiếp tục khi tốc độ của động cơ giảm xuống đến tốc độ được xác định hoặc bướm ga mở ra trở lại.

Tốc độ cắt nhiên liệu của động cơ và tốc độ của động cơ để tiếp tục phun nhiên liệu sẽ tăng lên khi nhiệt độ nước làm nguội thấp. Ngoài ra tốc độ cắt nhiên liệu của động cơ và tốc độ của động cơ để tiếp tục phun nhiên liệu tăng lên khi công tắc của máy điều hòa bật mở để tránh cho tốc độ của động cơ bị giảm và chết máy.

3.3.2.7. Hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp

Tỷ trọng của không khí thay đổi theo nhiệt độ nó. Vì vậy, phải thực hiện việc hiệu chỉnh để làm tăng hoặc giảm lượng nhiên liệu theo nhiệt độ của không khí nạp để tối ưu hóa tỷ lệ hòa khí cần thiết cho các điều kiện hoạt động của động cơ.

Nhiệt độ của không khí nạp được phát hiện bởi cảm biến nhiệt độ khí nạp. ECU động cơ được đặt nhiệt độ chuẩn của không khí nạp là 20°C (68°F). Mức hiệu chỉnh này được xác định khi nhiệt độ tăng lên cao hơn hoặc giảm xuống thấp hơn nhiệt độ này. Khi nhiệt độ của không khí nạp thấp, lượng này được tăng lên vì tỷ trọng của không khí cao. Khi nhiệt độ này cao, mức này được giảm xuống vì tỷ trọng của không khí thấp. Việc hiệu chỉnh mức tăng/giảm xấp xỉ 10%.

3.3.2.8. Hiệu chỉnh theo điện áp accu

Có một mức trễ nhỏ giữa thời gian khi ECU động cơ truyền một tín hiệu bơm đến vòi phun, và thời gian khi vòi phun thực sự phun nhiên liệu. Nếu điện áp của ắc quy bị giảm mạnh, thì độ trễ này sẽ dài hơn.

Có nghĩa là thời gian vòi phun phun nhiên liệu ngắn hơn thời gian được ECU động cơ tính toán. Điều này làm cho tỷ lệ của không khí trở nên cao hơn (hòa khí nhạt hơn) so với tỷ lệ hỗn hợp mà động cơ yêu cầu.

Vì vậy ECU động cơ điều chỉnh tỷ lệ này bằng cách làm cho thời gian phun của vòi phun dài hơn theo độ sụt điện áp của ắc quy.

3.4. Điều khiển bơm nhiên liệu

Bơm nhiên liệu trên động cơ Toyota 5S-FE được ECU điều khiển theo mạch sau



Hình 3.22. Mạch điện điều khiển bơm nhiên liệu

Khi khóa điện được bật ON, relay EFI và relay mở mạch được bật ON, sẽ có một dòng qua 2 relay đến bơm, làm bơm quay. Relay mở mạch được bật là nhờ ECU ấp mass cho dòng từ công tắc (IG) đến cuôn dây của nó. Lúc này nếu ta chỉ bật khóa điện nhưng không cho nổ máy, ECU sẽ cho transistor mở trong khoảng 2 giây rồi tắt. Nếu lúc này ta nổ máy thì sẽ có tín hiệu STA gởi đến ECU, ECU sẽ biết là ta muốn khởi động mở transistor làm cho bơm quay. Trong khoảng tích tắc đó, nếu có tín hiệu Ne truyền đến ECU sẽ điều khiển cho transistor tiếp tục dẫn, làm bơm quay, khởi động động cơ. Nếu như động cơ tiếp tục hoạt động thì ECU sẽ duy trì sự mở của transistor này. Nếu như động cơ đang hoạt động mà chết máy ECU sẽ ngắt transistor do không còn nhận được tín hiệu Ne, làm bơm xăng ngừng quay.

3.5. Điều khiển kim phun nhiên liệu

Trong quá trình hoạt động của động cơ, ECU liên tục nhận được những tín hiệu đầu vào từ các cảm biến. Qua đó, ECU sẽ tính ra thời gian mở kim phun. Quá trình mở và đóng của kim phun diễn ra ngắt quãng. ECU gởi tín hiệu đến kim phun trong bao lâu phụ thuộc vào độ rộng xung. Hình đưới cho thấy độ rộng xung thay đổi tuỳ theo chế độ làm việc của động cơ. Giả sử cánh bướm ga mở lớn khi tăng tốc thì cần nhiều nhiên liệu hơn. Do đó ECU sẽ tăng chiều dài xung. Điều này có nghĩa là ty kim sẽ giữ lâu hơn trong mỗi lần phun để cung cấp thêm một lượng nhiên liệu.



Hình 3.23. Xung điều khiển kim phun ứng với từng chế độ làm việc của động cơ

Khi dòng điện đi qua cuộn dây của kim phun sẽ tạo một lực từ đủ mạnh để thắng sức căng lò xo, thắng lực trọng trường của ty kim và thắng áp lực của nhiên liệu đè lên kim, kim sẽ được nhích khỏi bệ khoảng 0.1 mm làm nhiên liệu được phun ra khỏi kim phun.

Về phương pháp điều khiển kim phun, ta có hai phương pháp:

Ø ĐIều khiển kim phu bằng áp ( điện áp )

Ø ĐIều khiển kim phu bằng dòng (dòng điện)

Kim phun của động cơ Toyota 5S-FE là loại kim phun điện trở cao và được điều khiển bằng điện áp theo mạch sau :



Hình 3.24. Mạch điện điều khiển kim phun theo điện áp(động cơ 5S-FE)

Điện áp được cấp trực tiếp lên một đầu các kim phun, đầu còn lại nối với ECU qua chân #10 (kim số 1 và 3) và chân #20 (kim số 2 và 4). ECU sau khi xử lý các tín hiệu truyền về từ các cảm biến sẽ xác định được thời điểm phun cũng như lượng xăng cần phun (độ dài xung nhấc kim). Trong 2 vòng quay của trục khuỷu, ECU sẽ điều khiển cho mỗi transistor nối với các chân #10 và #20 dẫn một lần vào trước kì nạp của máy số 1 (chân #10) và máy số 4 (chân #20). Theo đó xăng được phun lần lượt theo hai nhóm là nhóm máy 1&3 và nhóm máy 2&4. Ở mạch này ta dùng kim phun điện trở cao nên không cần mắc điện trở phụ, độ trễ của kim phun sẽ được ECU bù trừ bằng cách tăng độ dài của xung phun.








3.6. Điều khiển cầm chừng và kiểm soát khí thải

3.6.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển cầm chừng.

Hệ thống ISC ( Idle Speed Control - điều khiển tốc độ không tải) sử dụng một mạch đi tắt qua bướm ga, và lượng không khí hút từ mạch đi tắt này được điều khiển bởi ISCV (Idle Speed Control valve - Van điều chỉnh tốc độ không tải).

Van ISC dùng tín hiệu từ ECU động cơ để điều khiển động cơ ở tốc độ không tải tối ưu tại mọi thời điểm. Hệ thống ISC gồm có van ISCV, ECU động cơ, các cảm biến và công tắc khác nhau.



Hình 3.25. Hệ thống điều khiển cầm chừng trên động cơ Toyota 5S-FE




Hình 3.26. Van ISC sử dụng trên động cơ Toyota 5S-FE

ISCV loại cuộn dây quay dùng trên động cơ 5S-FE nhận được các tín hiệu hiệu dụng từ ECU động cơ và cấp điện vào 2 cuộn dây để thay đổi mức mở của van và điều khiển lượng không khí nạp.

Dây lưỡng kim trong ISCV tương ứng với nhiệt độ của nước làm mát động cơ để duy trì độ mở thích hợp của van đối với động cơ ở trạng thái hâm nóng, đây cũng chính là cơ cấu an toàn dự phòng khi các bộ phân được đều khiển bằng điện của van này bị hỏng.

Một tấm chặn cũng được lắp vào để ngăn chặn van khỏi bị kẹt khi mở hoặc đóng hoàn toàn, ngăn không cho tốc đọ cầm chừng quá thấp hoặc quá cao khi có sự cố về điện nào đó xảy ra.

3.6.2. Các chế độ làm việc.

a). Chế độ khởi động

Khi động cơ ngưng hoạt động, tức không có tín hiệu tốc độ động cơ gởi đến ECU thì van điều khiển mở hoàn toàn, giúp động cơ khởi động lại dễ dàng.

b). Chế độ sau khởi động

Nhờ thiết lập trạng thái khởi động ban đầu, việc khởi động dễ dàng và lượng gió phụ vào nhiều hơn. Tuy nhiên, khi động cơ đã nổ (tốc độ tăng) nếu van vẫn mở lớn hoàn toàn thì tốc độ động cơ sẽ tăng quá cao. Vì vậy, khi động cơ đạt được một tốc độ nhất định (phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát), ECU gởi tín hiệu đến van điều khiển cầm chừng để đóng từ vị trí mở hoàn toàn đến vị trí được ấn định theo nhiệt độ nước làm mát.

c). Chế độ hâm nóng.

Ở giai đoạn này, để giúp động cơ nhanh chóng đạt được nhiệt độ vận hành, song song với việc ECU điều khiển phun thêm nhiên liệu, van ISC cũng được điều khiển mở rộng cho dòng khí nạp đi qua nhiều hơn, làm cho ga cầm chừng lúc này lớn hơn bìn thường, động cơ sẽ nhanh chóng đạt được nhiệt độ làm việc.

d). Chế độ máy lạnh

Khi động cơ đang hoạt động, nếu ta bật điều hoà nhiệt độ, do tải của máy nén lớn sẽ làm tốc độ cầm chừng động cơ tụt xuống. Nếu sự chênh lệch tốc độ thật sự của động cơ và tốc độ ổn định của bộ nhớ lớn hơn 20 v/p thì ECU sẽ gởi tín hiệu điều khiển đến van ISC để tăng lượng khí nạp nhằm mục đích tăng tốc độ động cơ khoảng 100 v/p. Ở những xe có trang bị ly hợp máy lạnh điều khiển bằng ECU, khi bật công tắc máy lạnh ECU sẽ gởi tín hiệu tới van điều khiển trước để tăng tốc độ cầm chừng sau đó đến ly hợp máy nén để tránh tình trạng động cơ đang chạy bị khựng đột ngột.

e). Theo tải máy phát

Khi bật các phụ tải điện công suất lớn trên xe, tải động cơ sẽ tăng do lực cản của máy phát lớn. Để tốc độ cầm chừng ổn định trong trường hợp này, ECU sẽ bù thêm nếu thấy tải của máy phát tăng.Tình trạng tải được báo về ECU qua chân ELS, chân nay lấy tín hiệu từ công tắc đèn và hệ thống xông kính .

f). Tín hiệu từ hộp số tự động

Khi tay số ở vị trí “R”, “P” hoặc “D”, một tín hiệu điện áp được gửi về ECU để điều khiển mở thêm van ISC cho một lượng khí phụ vào làm tăng tốc độ cầm chừng.

3.7. Chức năng tự chẩn đoán

Với hệ thống phun cực kỳ phức tạp và tinh vi, khi xảy ra sự cố kỹ thuật (máy không nổ được, không chạy chậm được, không kéo tải được, không tăng tốc được...) không dễ phát hiện được sự cố xảy ra. Để giúp người sử dụng xe, thợ sửa chữa nhanh chóng phát hiện hư hỏng trong hệ thống phun xăng, ECU được trang bị hệ thống tự chuẩn đoán. Nó sẽ ghi lại toàn bộ các sự cố ở đa số các bộ phận quan trọng trong hệ thống và làm sáng đèn kiểm tra, thông báo cho lái xe biết hệ thống có sự cố. Trong mạng điện của xe có bố trí những giắc hở (được đậy nắp bảo vệ) được gọi là giắc kiểm tra. Đối với hầu hết các xe Toyota các thao tác gồm 2 bước:

Normal mode: Để tìm chuẩn đoán hư hỏng ở các bộ phận xe

Test mode: Dùng để xóa bộ nhớ cũ và nạp lại từ đầu sau khi đã sửa chữa hư hỏng

Normal mode phải đáp ứng các điều kiện sau:

Ø Hiệu điện thế ắc quy bằng hoặc lớn hơn 11V

Ø Cánh bướm ga đóng hoàn toàn (công tắc cảm biến vị trí bướm ga đóng)

Ø Tay số ở vị trí N

Ø Ngắt tất cả các công tắc tải điện khác

Ø Bật công tắc về vị trí ON (không nổ máy)

Dùng đoạn dây điện nối tắt hai đầu của dây kiểm tra: cực E1 và TE1. Khi đó đèn check chớp theo những nhịp phụ thuộc vào tình trạng của hệ thống

Ø Test mode phải thỏa mãn các điều kiện sau:

Ø Hiệu điện thế của ắc quy bằng hoặc lớn hơn 11

Ø Công tắc của cảm biến vị trí bướm ga đóng

Ø Tay số ở vị trí N

Dùng đoạn dây điện nối các cực E1 và TE2 sau đó bật công tắc sang ON quan sát đèn check chớp, tắt cho biết dạng hoạt động ở chế độ test mode. Chế độ này nhạy hơn chế độ normal mode, có thể phát hiện thêm các lỗi về mạch khởi động, điều hòa, tín hiệu công tắc số trung gian và tất cả các lỗi mà chế độ normal test có thể phát hiện ra. Sau khi khắc phục sự cố, phải xóa bộ nhớ. Nếu không xóa, nó sẽ giữ nguyên các mã cũ và khi sự cố mới ta sẽ nhận được thông tin sai. Có thể tiến hành xóa bộ nhớ bằng cách đơn giản sau: tháo cầu chì EFI của hệ thống phun xăng ra ít nhất là 10 giây sau đó lắp lại. Nếu không biết cầu trì ở đâu thì có thể tháo ắc quy ra khoảng 15 giây.





Chương IV: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ TOYOTA 5S – FE

XÂY DỰNG BÀI GIẢNG THỰC HÀNH KIỂM TRA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ TOYOTA 5S – FE

1. Giới thiệu mô hình

Mô hình động cơ được thiết kế lắp đặt dựa trên cơ sở là động cơ Toyota 5S-FE sử dụng trên xe Toyota camry 2001 phân phối tại thị trường Châu Á. Đây là phiên bản cuối cùng của động cơ 5S-FE sử dụng trên xe Camry, trước khi nó được thay thế bởi động cơ 2AZ-FE.

2. Mục đích và ý nghĩa của mô hình

Đây là mô hình còn hoạt động rất tốt, được thiết kế chi tiết và hợp lý, nhằm tạo nên cho các bạn sinh viên có được một mô hình học tập mang tính trực quan, thực tế cao. Mô hình không chỉ giúp cho các sinh viên có điều kiện cọ xát, thực hành quan sát, tìm tòi, củng cố lý thuyết trên lớp mà còn góp phần nâng cao tay nghề của sinh viên, để sau khi ra trường có thể hòa nhập với công việc thực tế một cách nhanh nhất. Mô hình cũng được thiết kế theo hướng tạo thuận lợi cho việc giảng dạy của các giảng viên, góp phần nâng cao chất lượng dạy và học.

3. Cấu tạo mô hình

Về cơ bản thì mô hình gồm hai phần chính là phần sa bàn và phần động cơ được gắn trên khung tự chế.

Phần sa bàn được bố trí các bộ phận sau:

Ø Bảng taplo hiển thị tất cả các thông số của động cơ



Hình 4.1. bố trí bảng taplo trên sa bàn

Ø Chìa khóa điện để khởi động

Ø Relay EFI, relay Bơm, relay khởi động và các cầu chì

Ø Hộp ECU và các giắc nối với các chân của ECU để tiện kiểm tra.



Hình 4.2. Bố trí các giác ghim trên sa bàn

Phần động cơ được bố trí trên một khung làm bằng thép tròn đường kính 35mm kết hợp với thép chữ V, phía dưới có gắn 4 bánh xe để di chuyển. Chân máy được hàn chắc chắn lên khung, khi động cơ hoạt động thì khung không bị rung . Trên khung cũng thiết kế các giã đỡ, bắt vít để giữ các bộ phận khác của động cơ như: két nước, cơ cấu tăng giảm ga bằng tay... ngoài khung còn được thiết kế chỗ để ắc quy, bơm xăng và các dụng cụ phục cụ công tác giảng dạy.

Hình 4.3. Động cơ và khung khi chưa đi dây điện



Hình 4.4. Mô hình sau khi hoàn thành nhìn từ phía trước



Hình 4.5. Mô hình sau khi hoàn thành nhìn từ trên xuống

4. Sơ đồ mạch điện

Hình 4.6 dưới đây là sơ đồ mạch điện mà mô hình sử dụng :






5. Các yêu cầu và hướng dẫn khi sử dụng.

Ø Trước hết ta phải nắm vững nguyên lý hoạt động, chức năng của từng bộ phận trên mô hình .

Ø Biết sơ đồ kết cấu, mạch điện tổng quát của mô hình.

Ø Mô hình sử dụng nguồn điện một chiều 12-14V dùng ắc quy (Không được gắn nhầm cực).

Ø Trước khi vận hành cần kiểm tra điều kiện an toàn, đặt biệt khi sử dụng ECU, hạn chế tháo ECU ra vì dễ làm hỏng.

Ø kiểm tra sự rò rỉ trên ống nhiên liệu để tránh hỏa hoạn.

Các bước thực hiện khi khởi động mô hình:

Ø Đặt mô hình ở nơi cách xa nguồn lửa để tránh nguy cơ hỏa hoạn.

Ø Kiểm tra các hư hỏng có thể phát hiện bằng mắt như đứt dây điện, rò rỉ nhiên liệu...

Ø Kiểm tra mức nhiên liệu của động cơ xem còn đủ dùng hay không.

Ø Gắn ắc quy vào cho đúng các cực.

Ø Bật công tắc máy ở vị trí IG. Khi công tắc máy ở vị trí IG thì đèn check phải sáng.

Ø Bật công tắc máy đến vị trí START để đề động cơ, động cơ nổ, đèn check sẽ tắt nếu như động cơ không có lỗi.





















6. Các bài giảng thực hành

6.1 Kiểm tra điện trở

Trường Đại Học GTVT TP HCM

Khoa Cơ Khí

Tên modul

Thực hành động cơ xăng

Số tiết

Phiếu thực hành

Kiểm tra điện trở

a). Chuẩn bị dụng cụ

Dùng đồng hồ VOM

b). An toàn

Ø Kiểm tra các giắc cắm, cầu chì

Ø Bật công tắc máy ở vị trí OFF hoặc có thể tháo hẳn cọc âm accu

Ø Xoay núm xoay thang đo của đồng hồ VOM kế đến thang đo phù hợp

c). Mục đích

Ø Đo được các giá trị điện trở của các loại cảm biến, cuộn dây ở trạng thái không hoạt động

Ø Nếu như giá trị đo không phù hợp với tiêu chuẩn ấn định ta phải sửa chửa hoặc thay thế

d). Các bước thực hiện

1/ Đấu dây: Khi đo điện trở ta mắc Ohm kế với hai đầu của vật cần đo điện trở

2/ Ghi lại giá trị điện trở vừa đo và so sánh với giá trị tiêu chuẩn của nhà chế tạo :








Đấu nối

Điều kiện

Giá trị điện trở đo được

Giá trị điện trở tiêu chuẩn( W)

VTA - E2

Bướm ga mở hoàn toàn


2000 - 10000

Bướm ga đóng hoàn toàn


200 - 5700

THA - E2

Nhiệt độ không khí nạp 20oC


2000 -3000

Nhiệt độ không khí nạp 800C


200 -400

THW - E2

Nhiệt độ nước ở 20oC


2000 -3000

Nhiệt độ nước ở 80oC


200 ¸400

VC – E2



250¸590

e). Kết luận



.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................



































6.2. Kiểm tra điện áp

Trường Đại Học GTVT TP HCM

Khoa Cơ Khí

Tên modul

Thực hành động cơ xăng

Số tiết

Phiếu thực hành

Kiểm tra điện áp


a). Chuẩn bị dụng cụ

Ø Đồng hồ VOM , động cơ hoạt động tốt

Ø Chỉnh đồng hồ VOM ở thang đo V-DC

Ø Điện áp accu phải trên 12V

b). An toàn

Ø Không được mắc sai các cực accu

Ø Khi có hiện tượng bất thường xảy ra, phải ngắt nguồn điện kịp thời

Ø Sử dụng đồng hồ đo phải đúng thang đo

c). Mục đích

Ø Luyện tập cho học viên phương pháp kiểm tra giá trị điện áp các chi tiết trên động cơ

Ø Giúp học viên xác định được các giá trị điện áp của các cảm biến. Từ đó có cơ sở tiến hành tìm pan cho hệ thống điện động cơ

d) Các bước tiến hành

Ø Mắc vôn kế song song với mạch cần đo điện áp

Ø Ghi lại giá trị điện áp vừa đo rồi so sánh với tiêu chuẩn

Bảng điện áp tiêu chuẩn :

Đầu nối

Điều kiện

Điện áp (V)

BATT - E1

Luôn luôn

12-14

+B - E1



Công tắc bật ON


Công tắc bật ON

12 -14

VC - E2

4,5 – 5,5

PIM - E2

3,3 – 3,9

THA - E2

Công tắc ON

Nhiệt độ khí nạp 20oC

0,5 – 3,4

THW - E2

Nhiệt độ nước làm mát 80oC

0,2 – 1,0

STA -E1

Quay khởi động

³ 6,0

IGT-E1

Công tắc ON

0

Quay khởi động hay không tải

Xung vuông

VTA - E2

Công tắc ON

Bướm ga đóng hoàn toàn

0,3 – 1,0

Bướm ga mở hoàn toàn

3,2 – 4,9

IGF - E1

Công tắc bật ON

4,5 – 5,5

Không tải

Xung vuông

#10 - E01

#20 - E01



Công tắc bật ON

12-14

Không tải

Xung vuông

TACH - E1

Không tải

Xung sin

G - NE–

Không tải

Xung sin



NE– - NE+

Không tải

Xung sin



FC – E1

Công tắc bật ON

12-14



Không tải

0-3,0




e). Kết luận



.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................






6.3. Kiểm tra mạch cấp nguồn

Trường Đại Học GTVT TP HCM

Khoa Cơ Khí

Tên modul

Thực hành động cơ xăng

Số tiết

Phiếu thực hành

Kiểm tra mạch cấp nguồn


a). Chuẩn bị dụng cụ

Ø Đồng hồ VOM

Ø Những phụ kiện khác dùng để sửa chửa, thay thế như: dây dẫn giắc cắm..

b). An toàn

Ø Không được lắp sai các đầu dây cáp âm và dương accu

Ø Sử dụng đồng hồ đo phải đúng thang đo

Ø Kiểm tra lại các đầu nối để tránh chập mạch, chạm mass

c). Mục đích

Ø Luyện tập cho các học viên phương pháp kiểm tra mạch cấp nguồn

Ø Xác định những hư hỏng của mạch điện, kiểm tra khả năng hoạt động của rơle, công tắc khởi động

d). Sơ đồ mạch điện



Hình 4.7. Sơ đồ mạch điện cấp nguồn ECU





e). Các bước thực hiện

1/ Kiểm tra điện áp giữa các điện cực

Ø Chuẩn bị: Bật công tắc sang vị trí ON

Ø Kiểm tra: Dùng vôn kế đo điện áp giửa cực +B và E1 của ECU động cơ, đem giá trị đo được so sánh với giá trị tiêu chuẩn từ 9-14V là đạt

2/ Kiểm tra hở mạch hay ngắn mạch trong dây điện và giắc nối cực E1 và mass động cơ

Ø Dùng vôn kế kiểm tra thông mạch giữa cực E1 của ECU động cơ và mass động cơ

Ø Nếu không thông mạch ta kiểm tra lại các giắc cắm, mối nối để tiến hành sửa chửa hoặc thay mới

3/ Kiểm tra rơle chính



Hình 4.8. Cấu tạo và mạch điện của relay EFI

Ø Tháo rơle chính ra khỏi động cơ

Ø Dùng vôn kế kiểm tra rơle chính của động cơ

Ø Kiểm tra giá trị điện trở giữa cực 1 và 3 hình vẽ

Ø Kiểm tra sự thông mạch giữa cực 2 và 4

Kiểm tra hoạt động của rơle chính

Ø Cấp điện cho cực 1và 3

Ø Dùng vôn kế kiểm tra sự thông mạch giữa cực 2 và 4

4/ Kiểm tra công tắc

Ø Ngắt các giắc nối của công tắc điện

Ø Kiểm tra sự thông mạch giữa các cực ở từng vị trí khác nhau

Ø Nếu kiểm tra không đảm bảo yêu cầu ở bảng trên thì thay công tắc mới


Bảng kiểm tra điện trở công tắc :

Vị trí

IG

ST

OFF

∞

∞

ON

0Ω

∞

STA

0Ω

0Ω

f ). Kết Luận

.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................




































6.4. Kiểm tra bơm xăng

Trường Đại Học GTVT TP HCM

Khoa Cơ Khí

Tên modul

Thực hành động cơ xăng

Số tiết

Phiếu thực hành

Kiểm tra bơm xăng

a). Chuẩn bị

Ø Các dụng cụ cần thiết như: VOM, kềm, tuavit, accu, chìa khóa, vòng miệng tương ứng

Ø Đồng hồ đo áp suất nhiên liệu

Ø Cân lực từ 300-1200 kg/cm

Ø Giẻ mềm, khay chứa và 4 đệm mới cho đầu nối vào kim phun

b). An toàn

Ø Khi kiểm tra bơm xăng không được đặt gần những nơi sinh ra tia lửa

Ø Không được nối sai các đầu dây nối của accu

Ø Khi dùng đồng hồ đo không được để sai thang đo

c). Mục đích

Luyện tập phương pháp kiểm tra bơm nhiên liệu, rơle bơm, kiểm tra mạch điện và kiểm tra áp suất nhiên liệu, phát hiện hư hỏng của bơm xăng và rơle bơm, trên cơ sở đó tìm ra hướng khắc phục

d). Sơ đồ mạch điện



Hình 4.9. Sơ đồ mạch điện điều khiển bơm xăng

e). Các bước thực hiện

1/ Kiểm tra relay bơm

Kiểm tra tương tự relay EFI

2/ Kiểm tra điện áp cực FC

Ø Bật công tắc sang vị trí ON

Ø Đo điện áp cực FC của ECU động cơ với mass thân xe rồi so sánh với giá trị tiêu chuẩn Điện áp chuẩn từ 9-14 Vôn

Ø Cấp điện accu trực tiếp vào bơm xem bơm có hoạt động hay không (Chỉ được kiểm tra trong thời gian ngắn)

4/ Kiểm tra hoạt động bơm nhiên liệu

Cho bơm xăng hoạt động, nhưng không được khởi động động cơ. Dùng tay kiểm tra sự chuyển động của nhiên liệu ở đường ra của lọc nhiên liệu:

Ø Bật công tắc máy đến vị trí ON

Ø Dùng dây ngắn nối cực +Bvà Fp của giắc nằm trên sa bàn

Nếu chúng ta không cảm thấy áp suất nhiên liệu khi bơm hoạt động thì ta tiến hành các bước sau :

Ø Tắc công tắc

Ø Tháo dây nối giữa cực +B và Fp

Ø Nếu không có áp suất nhiên liệu thì kiểm tra xem nguồn accu có cấp điện đến giắc bơm nhiên liệu không

Ø Nếu là 12 V: Kiểm tra bơm và mạch nối đất. Điện trở của bơm là 0.5-3Ω.

Ø Nếu là 0V: Kiểm tra reaye bơm và mạch điều khiển bơm

5/ Kiểm tra áp suất nhiên liệu

Các bước tiến hành:



Hình 4.10. Kiểm tra áp suất bơm

Ø Kiểm tra điện áp accu phải lớn hơn 12V

Ø Tháo cáp ra khỏi cực âm accu

Ø Xả từ từ nhiên liệu trong ống phân phối ra

Ø Lắp đồng hồ đo áp suất vào bộ lọc nhiên liệu với đệm mới và bulông đầu nối (mômen siết:180Kg.cm)

Ø Làm sạch xăng phun rò rỉ

Ø Nối cực âm của accu vào

Ø Dùng dây dẫn nối cực +B và FP của giắc trên sa bàn

Ø Bật công tắc điện sang vị trí ON nhưng không khởi động

Ø Đọc áp suất nhiên liệu trên đồng hồ đo

Ø Áp suất nhiên liệu tiêu chuẩn 3,1-3,47Kg/cm

Ø Tháo dây nối giữa +Bvà Fp của giắc nằm trên sa bàn

Ø Khởi động cơ và vận hành ở tốc độ không tải

Ø Đo áp suất nhiên liệu khi động cơ khởi động ở tốc độ không tải (Áp suất từ 3,1-3,47 Kg/cm)

Ø Nếu áp suất vượt quá giá trị tiêu chuẩn nguyên nhân có thể do đường ống dẫn nhiên liệu và kim phun bị nghẹt, bộ điều áp bị hỏng

Ø Nếu áp suất thấp hơn giá trị cho phép nguyên nhân có thể do đường ống bị rò, lọc hoặc bơm bị hỏng…

Ø Tắc máy kiểm tra áp suất nhiên liệu giữ trong khoảng trên khoảng 5 phút sau khi tắc máy. Nếu áp suất nhiên liệu giảm xuống nhanh chóng có thể do: van một chiều bị hỏng hoặc bộ điều áp gị hỏng

Ø Sau khi kiểm tra áp suất nhiên liệu, tháo dây cáp accu, tháo dây nối giữa cực +B và FP

Ø Kiểm tra rò rỉ nhiên liệu

g). Kết luận

.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................













































6.5. Kiểm tra kim phun

Trường Đại Học GTVT TP HCM

Khoa Cơ Khí

Tên modul

Thực hành động cơ xăng

Số tiết

Phiếu thực hành

Kiểm tra kim phun


a). Chuẩn Bị

Ø Accu, VOM, ống nghiệm có chia độ, bộ dây nối kiểm tra của Toyota

Ø Dụng cụ (khóa vòng miệng, tuýp, kềm)

Ø Yêu cầu áp lực nhiên liệu phải đúng

b). An Toàn

Ø Xăng có khả năng bắt cháy cao vì vậy nghiêm cấm hút thuốc và sử dụng tia lửa điện.

Ø Các vòi phun để càng xa accu càng tốt.

Ø Chuẩn bị bình chữa cháy.

c). Mục Đích

Ø Luyện tập phương pháp kiểm tra hoạt động của kim phun

Ø Xác định lượng phun, kiểm tra rò rỉ của kim phun

d). Sơ Đồ Mạch Điện



Hình 4.11. Sơ đồ mạch điện điều khiển kim phun



e). Các bước thực hiện

Ø Rút giắc ghim kim phun.

Ø Đo điện trở kim phun. Điện trở tiêu chuẩn phải là 13,8Ω

Ø Kiểm tra hoạt động của kim phun bằng cách cấp điện 12v vào hai chân kim phun và nhịp mass. Nếu có tiếng lách tách thì kim phun còn hoạt động.

Ø Dựa vào sơ đồ mạch điện đo thông mạch giữa 1 chân giắc kim phun với #10 hoặc #20 yêu cầu điện trở phải là 0Ω.

Ø Bật khóa IG đo điện áp chân kim phun với mass. Yêu cầu điện áp tiêu chuẩn phải là 12v hoặc bằng điện áp accu hiện tại. Nếu không có phải kiểm tra lại mạch cung cấp nguồn.

Ø Nếu như khi lấy các kim phun ra ngoài để thử bằng điện áp 12V đều cho kết quả tốt nhưng động cơ chỉ nổ khoảng 3 giây rồi tắt máy thì nên kiểm tra tín hiệu hồi IGF.

Ø Cuối cùng ta kiểm tra xem kim phun có bị rò rĩ ở các lố phun không.

f). Kết luận.

.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................

























6.6. Kiểm tra cảm biến vị trí cánh bướm ga

Trường Đại Học GTVT TP HCM

Khoa Cơ Khí

Tên modul

Thực hành động cơ xăng

Số tiết

Phiếu thực hành

Kiểm tra cảm biến vị trí cánh bướm ga


a). Chuẩn bị

Ø Đồng hô đo: Dùng đồng hồ VOM.

Ø Các dụng cụ tháo lắp cần thiết: chìa khóa, vòng miệng, tuavít, kềm…

b). An toàn

Ø Khi có hiện tượng bất thường xảy ra ta phải ngắt điện kịp thời.

Ø Cẩn thận trong việc kiểm tra, vì cần có độ chính xác cao khi điều chỉnh tiếp điểm của cảm biến.

Ø Sử dụng đồng hồ VOM đúng ở vị trí thang cần đo.

c). Mục đích

Ø Luyện tập phương pháp kiểm tra cảm biến vị trí cánh bướm ga.

Ø Kiểm tra xem cảm biến và mạch tín hiệu cảm biến có còn hoạt động tốt hay không, từ đó có cơ sở để tiến hành khắc phục sửa chửa.

d). Sơ đồ mạch điện

Hình 4.12. Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga

e). Các bước thực hiện

Ø Tháo giắc nối cảm biến vị trí bướm ga.

Ø Xác định vị trí các chân bằng đồng hồ VOM :

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

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

Sau khi xác định được vị trí các chân, ta tiến hành đo điện áp giữa chân VTA và E2 rồi đem so sánh với bảng sau:

Vị trí cánh bướm ga

Đóng hoàn toàn

Mở hoàn toàn

VTA

0,3÷0,8V

3,2÷4,9 V



f ). Kết luận.

.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................























6.7. Kiểm tra cảm biến áp suất đường ống nạp

Trường Đại Học GTVT TP HCM

Khoa Cơ Khí

Tên modul

Thực hành động cơ xăng

Số tiết

Phiếu thực hành

Kiểm tra cảm biến áp suất đường ống nạp


a). Chuẩn bị

Ø Đồng hồ VOM

Ø Bơm chân không và đồng hồ đo áp suất chân không

Ø Bộ nguồn 5v hoặc nguồn từ ECU

Ø Dây đẫn điện, giắc ghim và các dụng cụ khác.

b). Mục đích

Ø Kiểm tra được sự hoạt động của cảm biến

Ø Biết được cách kiểm tra một cảm biến MAP

c). An toàn

Ø Phải xác định chính xác các chân cảm biến theo tài liệu của nhà sản xuất

Ø Khi cấp nguồn cảm biến phải cẩn thận tránh để chạm chập.

d). Sơ đồ mạch điện



Hình 4.13. Mạch điện cả biến MAP

e). Các bước thực hiện

Cảm biến MAP sử dụng trong mô hình là của công ty DENSO sản xuất lắp đặt cho xe toyota. Tra tài liệu sản xuất tìm được thứ tự chân cảm biến như sau.



Hình 4.14. Thứ tự các chân cảm biến MAP

Ø Để ống chân không thông với không khí, đo điện áp giữa chân PIM và E2 rồi so sánh với giá trị chuẩn là 3,3÷3,9 Vôn.

Ø Nối đường ống chân không với bơm chân không.

Ø Đo điện áp giữa chân PIM với E2 ứng với các giá trị của độ chân không trên đồng hồ.

Độ chân không (mmHg)

100

200

300

400

500

Độ sụt áp (v)

0,3-0,5

0,7-0,9

1,1-1,3

1,5-1,7

1,9-2,1


Ø Đo điện áp giữa chân VC và chân E2 rồi so sánh với điện áp tiêu chuẩn là 4,5 – 5.5 v

Ø Kiểm tra thông mạch các dây dẫn từ cảm biến tới ECU, nếu có hư hỏng thì phải thay dây mới.

f ). Kết luận.

.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................







6.8. Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Trường Đại Học GTVT TP HCM

Khoa Cơ Khí

Tên modul

Thực hành động cơ xăng

Số tiết

Phiếu thực hành

Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát


a). Chuẩn bị

Ø Các dụng cụ dùng để đo kiểm: Đồng hồ đo VOM, nhiệt kế

Ø Nước nóng dùng để kiểm tra trạng thái của cảm biến.

Ø Tháo các giắc nối dây của cảm biến nhiệt độ nước làm mát

b). An toàn

Ø Không được lắp sai các đầu dây cáp accu

Ø Phải tắc công tắc máy trước khi tháo giắc ra khỏi cảm biến.

Ø Khi kiểm tra ở trạng thái công tắc máy đang ở vị trí ON thì phải cẩn thận tránh gây ra chạm mass.

c). Mục đích

Ø Luyện tập phương pháp kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát.

Ø Kiểm tra khả năng hoạt động của cảm biến nhiệt độ nước làm mát.

d). Sơ đồ mạch điện

HÌnh 4.15. Mạch điện cảm biến nước làm mát

e). Các bước thực hiện

Ø Dùng VOM kiểm tra thông mạch: Kiểm tra các mối nối, giắc cắm, tiếp điểm, có đảm bảo tiếp xúc tốt hay không, nếu không tiến hành sửa chửa.

Ø Bật công tắc sang vị trí ON.

Ø Đo điện áp giữa các cực THW và E2 của giắc nối dây ECU động cơ rồi so sánh với bảng giá trị chuẩn.

Nhiệt độ nước làm mát

Điện áp

Động cơ nguội 20oC

0,5¸3,4V

Động cơ nguội 80oC

0,2¸1V

Ø Tháo giắc nối và cảm biến nhiệt độ nước làm mát ra ngoài.

Ø Ngâm cảm biến trong nước nóng để kiểm tra.

Ø Đo điện trở giữa các cực THW với E2 rồi đem giá trị đo được so sánh với giá trị tiêu chuẩn.

Nhiệt độ nước làm mát

Điện trở kW

Động cơ nguội -20oC

10 - 20

Động cơ nguội 0oC

4 - 7

Động cơ nguội 20oC

2- 3

Động cơ nguội 40oC

0,9 ¸1,3

Động cơ nguội 60oC

0,4 – 0,7

Động cơ nguội 80oC

0,2¸0,4

f ). Kết luận.

.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................















6.9. Kiểm tra cảm biến Oxy.

Trường Đại Học GTVT TP HCM

Khoa Cơ Khí

Tên modul

Thực hành động cơ xăng

Số tiết

Phiếu thực hành

Kiểm tra cảm biến Oxy


a). Chuẩn bị

Ø Đồng hồ VOM

Ø Các dụng cụ tháo lắp cần thiết: khóa, kềm, tua vít...

b). An toàn

Ø Trước khi tháo giắc ghim ra khỏi cảm biến để kiểm tra thì phải tắt công tắc máy trước

Ø Sử dụng đồng hồ đúng loại, đúng thang đo

Ø Khi có hiện tượng chập mạch phải tắt công tắc máy kịp thời

Ø Tháo lắp cảm biến phải cẩn thận, không được làm trờn ren.

c). Mục đích

Ø Kiểm tra xem cảm biến hư hỏng không

Ø Kiểm tra tín hiệu từ cảm biến về ECU có tốt không

Ø Sau khi phát hiện hư hỏng có thể tiến hành sửa chữa hoặc thay thế.

d). Sơ đồ mạch điện



Hình 4.17.. mạch điện cảm biến Oxy

e). Các bước thực hiện

Ø Kiểm tra lại các mối nối, giắc cắm

Ø Dùng VOM đo thông mạch các đoạn dây truyền tín hiệu giữa cảm biến với ECU, nếu không thông mạch thì phải tiến hành thay thế.

Ø Kiểm tra bộ sấy bằng cách đo điện trở hai chân B+ và HT.

Ø Dùng đồng hồ VOM đo điện áp giữa chân OX và E1 trên sa bàn :

§ Cho động cơ chạy không tải trong khoảng 15 phút, tín hiệu điện áp thu được phải dao động quanh mức 0,15 V.

§ Tăng tốc độ động cơ lên tốc độ khoảng 2500 rpm, tín hiệu điện áp tiêu chuẩn sẽ là 0,3 hoặc lớn hơn một tí (bé hơn 1)

f ). Kết luận.

.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................






























6.10. Kiểm tra tín hiệu Ne, G

Trường Đại Học GTVT TP HCM

Khoa Cơ Khí

Tên modul

Thực hành động cơ xăng

Số tiết

Phiếu thực hành

Kiểm tra tín hiệu Ne, G


a). Chuẩn Bị Dụng Cụ

Ø Những dụng cụ cần thiết như: bộ khóa vòng miệng, bộ tuýp và cần siết, các loại kềm, căn lá...

Ø Đồng hồ VOM

b). An Toàn

Ø Sử dụng đồng hồ đo phải đúng loại, đúng ở vị trí thang đo cần đo.

Ø Không được lắp sai cọc âm và cọc dương của accu.

Ø Kiểm tra mạch điện chính xác trước khi khởi động để tránh trường hợp chập và gây cháy ECU.

c). Mục Đích

Luyện tập phương pháp kiểm tra tín hiệu NE và G, các khe hở của rotor và lõi thép cuộn dây cảm biến, kiểm tra mạch điện.

d). Sơ đồ mạch điện



Hình 4.17. Mạch tín hiệu G, Ne

e). Các bước thực hiện

Kiểm tra thông mạch từ các đầu ra NE+, NE- và G đến các chân tương ứng của ECU.

Tháo giắc nối của cảm biến.

Dùng đồng hồ VOM đo điện trở giữa các cực và so sánh với giá trị chuẩn :


Tín hiệu

Điều kiện

Điện trở ( Ω )

Cặp NE+, Ne _

Động cơ lạnh (-10 đến 500c)

185 - 275

Động cơ nóng ( 50 đến 1000c)

240 - 325

Cặp G, NE-

Động cơ lạnh (-10 đến 500c)

370 - 550

Động cơ nóng ( 50 đến 1000c)

475 - 650


f ). Kết luận.

.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................
























6.11. Kiểm tra tìm pan thông qua đèn check

Trường Đại Học GTVT TP HCM

Khoa Cơ Khí

Tên modul

Thực hành động cơ xăng

Số tiết

Phiếu thực hành

Kiểm tra tìm pan thông qua đèn check


a). CHUẨN BỊ DỤNG CỤ.

Accu, đồng hồ VOM, dây kiểm tra.

b). AN TOÀN.

Ø Khi có hiện tượng bất thường xảy ra ta phải ngắt nguồn accu kịp thời.

Ø Thực hiện quá trình kiểm tra phải đúng theo hướng dẫn.

c). MỤC ĐÍCH.

Ø Luyện tập phương pháp chuẩn đoán hư hỏng qua hệ thống tự chuẩn đoán.

Ø Tìm được các hư hỏng thông qua mã chuẩn đoán.

d). CÁC BƯỚC THỰC HIỆN.

Quá trình tìm pan được thực hiện thông qua đèn báo kiểm tra động cơ (check engine lamp).

Kiểm tra bằng đèn check :

Ø Đèn báo kiểm tra động cơ sẽ phát sáng lên khi bật công tắc sang vị trí ON và không khởi động động cơ.

Ø Khi động cơ đã khởi động thì đèn báo kiểm tra động cơ phải tắt. Nếu đèn vẫn sáng thì có nghĩa là hệ thống tự chuẩn đoán đã tìm thấy hư hỏng hay sự bất bình thường trong hệ thống.

Các điều kiện chuẩn bị cho việc tìm mã lỗi bằng tay:

Ø Hiệu điện thế ắc quy bằng hoặc lớn hơn 11V

Ø Cánh bướm ga đóng hoàn toàn

Ø Tay số ở vị trí N

Ø Ngắt tất cả các công tắc tải điện khác

Ø Bật công tắc về vị trí ON (không nổ máy)

Các bước thực hiện:

Ø Nối cực TE1 và E1 trên giắc chẩn đoán với nhau (cấp mass cho TE1)

Ø Đọc mã chuẩn đoán hư hỏng do đèn check báo.

Cách đọc mã chuẩn đoán hư hỏng:

ØMã bình thường đèn sáng và tắt liên tục 2 lần trong 1 giây.

ØMã hư hỏng: Đèn sẽ nháy số lần bằng với từng số đơn vị trong mã lỗi, Thời gian đèn chớp giữa chữ số đầu tiên và chữ số thứ hai trong cùng một mã lỗi cách nhau 1,5 giây.Thời gian đèn chớp giữa mã thứ nhất và mã tiếp theo cách nhau 2,5 giây.

Ví dụ: mã 24 thì đèn sẽ nháy 2 lần kề nhau, chờ 1,5s nữa sẽ nháy tiếp 4 lần kề nhau.

Ø Khi có nhiều mã lỗi, đèn sẽ báo từ mã lỗi có kí hiệu số nhỏ hơn.

Ø Sau khi phát hiện mã lỗi, ta tiến hành khác phuc, sau khi khắc phục thì ta có thể xóa mã lỗi bằng cách rút cầu chì EFI hoặc tháo cọc âm ắc quy.

Ø Việc chẩn đoán bằng tay cũng có thể thực hiện ở một chế độ khác là Test mode, nó cũng cần các điều kiện ban đầu như trên, ngoại trừ việc ta phải nối cực TE2 với E1 rồi mới bật công tức máy ON.
























Chương V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

1. Kết luận

Qua việc thực hiện luận văn, chúng em đã nắm bắt được một khối lượng khá lớn các kiến thức chuyên ngành. Sự kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thiết kế lắp đặt mô hình càng giúp chúng em hiểu sâu hơn về các kiến thức lý thuyết mà chúng em đã được nghiên cứu qua sách vở.

Thông qua mô hình, các kiến thức lý thuyết về hệ thống được khẳng định và thể hiện một cách trực quan. Do đó mô hình của chúng em có thể sử dụng cho việc giảng dạy và học tập rất tốt. Tạo điều kiện cho các sinh viên khóa sau có thể tiếp cận thực tế ngay trên mô hình.

Ngoài ra, việc thực hiện luận văn còn giúp em nâng cao các kỹ năng tìm kiếm thông tin trên mạng, đặc biệt là các website của nước ngoài, khả năng đọc hiểu các tài liệu tiếng Anh cũng được cải thiện rất nhiều.

Bên cạnh đó, luận văn cũng giúp em nhận ra rằng vốn kiến thức của mình còn rất hạn chế, chưa đủ kiến thức lập trình để có thể tự thiết kế các mạch điều khiển, luận văn cũng có thể còn những sai sót nhất định, kính mong các Thầy và các bạn cho ý kiến đóng góp để luận văn của em được hoàn thiện hơn!

2. Hướng phát triển

Từ các kiến thức thu được sau 5 năm học tập tại trường, em nhận thấy trình độ chuyên môn của mình tập trung vào phần ứng dụng, khai thác sửa chữa và mô phỏng bằng đồ họa..chưa đủ kiến thức về lập trình vi điều khiển. Vì vậy sau khi ra trường em sẽ cố gắng cũng cố phát triển các kiến thức đã được học, đồng thời học hỏi thêm về mảng lập trình, điều khiển tự động trên ô tô để có thể đưa các lĩnh vực này vào trong các bài luận văn, nghiên cứu của mình sau này.

Một lần nữa em xin được gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến các Thầy, Cô trong trường Đại Học Giao Thông Vận Tải TP HCM nói chung, đặc biệt là các Thầy trong khoa Cơ Khí đã đào tạo em trở thành một kỹ sư có chuyên môn, sau này có thể đóng góp sức mình cho xã hội, phát triển đất nước.


Tài liệu tham khảo :

1. Cẩm Nang Sửa Chữa Động Cơ Toyota 5S-FE –Toyota Motor Vietnam.

2. Trang Bị Điện và Điện Tử Trên Ô Tô Hiện Đại – PGS-TS Đỗ Văn Dũng –Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP HCM – 2004.

3. Toyota Technical Training Program.

4. Các Website tham khảo:

www.en.wikipedia.org

www.autoshop101.com

www.buzzdocument.com

www.autozone.com

www.toyodiy.com