Động cơ với hệ thống điều khiển điện tử chính là xu hướng phát triển của động cơ ô tô ngày nay và trong tương lai. Nó làm việc dựa trên nguyên lý: dùng các cảm biến để thu nhập các thông số trong quá trình điều khiển xe (như cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến lưu lượng khí nạp. v. v..) sau đó được mã hóa và đưa vào bộ xử lý trung tâm ECU, bộ xử lý này sẽ xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ. Do đó, việc khai thác và sử dụng động cơ hiện đại này là một tất yếu cho sự phát triển ngành công nghiệp ô tô ở Việt Nam. Hiện nay, ở nước ta có rất nhiều loại xe sử dụng hệ thống điều khiển điện tử. Trong đó, động cơ Skyactive trên xe Mazda CX5 sử dụng công nghệ này. Điều này không chỉ đáp ứng nhu cầu của người sử dụng mà còn đáp ứng về nhu cầu tiết kiệm nhiên liệu và những quy định gắt gao về khí thải và ô nhiễm môi trường. Đó cũng là lý do em chọn đề tài của mình là: “NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XĂNG TRÊN XE MAZDA CX5”. Đề tài của em bao gồm các phần sau: Chương 1: Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ xăng trên ô tô. Chương 2: Phân tích hệ thống điều khiển động cơ xăng trên xe Mazda CX5. Chương 3: Quy trình kiểm tra, chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ xăng trên xe Mazda CX5.
Khái quát hệ thống phun xăng điện tử EFI
Lịch sử phát triển của hệ thống phun xăng điện tử
Vào thế kỷ 19, kỹ sư người Pháp Stevan đã phát minh ra phương pháp phun nhiên liệu cho máy nén khí Sau đó, một kỹ sư người Đức đã thử nghiệm phun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không đạt hiệu quả Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu cho động cơ 4 thì tĩnh tại, sử dụng dầu hỏa nhưng gặp vấn đề về hiệu suất Tuy nhiên, sáng kiến này đã thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay Năm 1966, hãng BOSCH phát triển hệ thống phun xăng cơ khí K – Jetronic, trong đó nhiên liệu được phun liên tục vào trước supap hút Hệ thống này đã được ứng dụng trên các xe của Mercedes và mở đường cho các hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE – Jetronic, Mono – Jetronic, L – Jetronic và Motronic.
Hệ thống K – Jetronic, hay còn gọi là CIS (continuous injection system), là công nghệ phun nhiên liệu đặc trưng cho các hãng xe Châu Âu, bao gồm bốn loại cơ bản: K – Jetronic, K – Jetronic với cảm biến oxy, KE – Jetronic (kết hợp điều khiển điện tử), và KE – Motronic (có điều khiển góc đánh lửa sớm) Tuy nhiên, do những nhược điểm của hệ thống phun cơ khí, vào đầu những năm 80, BOSCH đã phát triển hệ thống phun điều khiển bằng điện với hai loại chính: L – Jetronic (dựa vào cảm biến lưu lượng khí nạp) và D – Jetronic (dựa vào áp suất trong ống nạp) Năm 1984, các hãng Nhật Bản đã ứng dụng công nghệ này, cụ thể là Toyota với động cơ 4A – ELU, và đến năm 1987, Nissan cũng đã chuyển sang sử dụng L – Jetronic cho xe Nissan Sunny.
Vào những năm đầu thập kỷ 80, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình (ESA – Electronic Spark Advance) được đưa vào sử dụng cùng với sự phát triển của hệ thống phun xăng Đến đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – Direct Ignition System) ra đời, cho phép loại bỏ delco và nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn trên hầu hết các xe thế hệ mới.
Ngày nay, hầu hết các ôtô đều được trang bị hệ thống điều khiển động cơ cho cả động cơ xăng và Diesel, giúp đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe về khí thải và tiết kiệm nhiên liệu Ngoài ra, công suất động cơ cũng được cải thiện đáng kể.
Trong những năm gần đây, động cơ phun xăng trực tiếp (GDI - Gasoline Direct Injection) đã xuất hiện như một thế hệ mới của công nghệ động cơ Với những ưu điểm vượt trội, GDI hứa hẹn sẽ trở thành lựa chọn phổ biến trong tương lai gần.
Ưu điểm của hệ thống phun xăng điện tử
Hệ thống phun xăng có nhiều ưu điểm hơn bộ chế hòa khí là:
Dùng áp suất làm tơi xăng thành những hạt bụi sương hết sức nhỏ.
Phân phối hơi xăng đồng đều đến từng xylanh một và giảm thiểu xu hướng kích nổ bởi hòa khí loãng hơn.
Động cơ chạy không tải êm dịu hơn.
Tiết kiệm nhiên liệu nhờ điều khiển được lượng xăng chính xác, bốc hơi tốt, phân phối xăng đồng đều.
Giảm được các khí thải độc hại nhờ hòa khí loãng.
Mômen xoắn của động cơ phát ra lớn hơn, khởi động nhanh hơn, xấy nóng máy nhanh và động cơ làm việc ổn định hơn.
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.
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.
Gia tốc nhanh hơn nhờ xăng bốc hơi tốt hơn lại được phun vào xylanh tận nơi.
Đạt được tỉ lệ hòa khí dễ dàng.
Duy trì được hoạt động lý tưởng trên phạm vi rộng trong các điều kiện vận hành.
Giảm bớt được các hệ thống chống ô nhiễm môi trường.
Thuật toán điều khiển lập trình và nguyên lý điều khiển động cơ
Một số khái niệm về hệ thống điều khiển tự động sử dụng trên ôtô 9 1.2.2 Thuật toán điều khiển lập trình cho ECU
Hệ thống điều khiển tự động
Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống không có sự tham gia trực tiếp của con người trong quá trình điều khiển
Hệ thống điều khiển vòng hở
Hệ thống này thực hiện nguyên tắc khống chế cứng, trong đó tín hiệu ra Y không cần đo lường để trở về trạng thái ban đầu Mọi thay đổi của tín hiệu ra Y không được phản ánh vào thiết bị điều khiển Tín hiệu X được đưa vào thì tín hiệu Y ra đúng như vậy, cho thấy khả năng phản hồi của hệ thống hở là không có.
Hệ thống điều khiển vòng kín
Hệ thống điều khiển có phản hồi là quá trình mà tín hiệu Y được đo lường và kết hợp với tín hiệu X để tác động lên thiết bị điều khiển, từ đó tạo ra tín hiệu U Tín hiệu U này sau đó ảnh hưởng đến đối tượng điều khiển, dẫn đến sự biến đổi của Y.
Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống hở
Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển có cơ cấu phản hồi
Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng
Điều khiển tự động trên ô tô phải đảm bảo các thông số hoạt động của hệ thống trang bị được tối ưu hóa để nâng cao tính năng và an toàn trong mọi điều kiện Khi ô tô vận hành, tốc độ, tải trọng, khí hậu và điều kiện mặt đường thường xuyên thay đổi, tạo ra sự phức tạp trong việc điều chỉnh các thông số Để đối phó với những yếu tố này, hệ thống điều khiển kín và có hồi tiếp được áp dụng, giúp tạo ra mối liên hệ trực tiếp giữa các tác động cần thiết và thông số hoạt động Điều này không chỉ loại bỏ các tác động nhiễu mà còn đảm bảo rằng giá trị của các thông số luôn đạt yêu cầu mong muốn.
Các hệ thống được điều khiển tự động trang bị trên ôtô hiện nay là những hệ thống điều khiển bằng máy tính (Computer Control System)
Cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc xác định thông tin và hoạt động của động cơ, cũng như thu thập dữ liệu về môi trường xung quanh Những thông tin này được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp và gửi về bộ vi xử lý thông qua các thiết bị giao tiếp đầu vào như khuyếch đại và bộ chuyển đổi A/D.
Bộ vi xử lý sẽ so sánh thông tin nhận được với dữ liệu trong bộ nhớ máy tính, từ đó phát tín hiệu điều khiển thích hợp Tín hiệu điều khiển U được truyền đến các thiết bị thực hiện thông qua hệ thống kiểm soát giao tiếp đầu ra, nhằm điều chỉnh các thông số hoạt động của động cơ.
Dữ liệu chứa trong bộ nhớ máy tính
Các thiết bị giao tiếp đầu vào
Thiết bị giao tiếp đầu ra Compurator
Hình 1 3: Sơ đồ nguyên lý điều khiển tự động trên ô tô
1.2.2 Thuật toán điều khiển lập trình cho ECU.
Hình 1 4: Thuật toán điều khiển động cơ
Phân loại hệ thống phun xăng
Phân loại theo điểm phun
Hệ thống phun xăng đơn điểm, hay còn gọi là phun một điểm, là công nghệ mà kim phun được lắp đặt tại cổ ống góp hút, phục vụ cho toàn bộ các xi lanh của động cơ Vị trí của kim phun nằm ngay trên bướm ga, giúp tối ưu hóa quá trình cung cấp nhiên liệu cho động cơ.
Hệ thống phun xăng đa điểm (phun đa điểm ): mỗi xy lanh của động cơ được bố trí 1 vòi phun phía trước xupáp nạp.
Phân loại theo phương pháp điều khiển kim phun
Phun xăng điện tử là hệ thống được trang bị cảm biến để theo dõi chế độ hoạt động của động cơ, cùng với bộ điều khiển trung tâm nhằm điều chỉnh hoạt động của động cơ ở điều kiện tối ưu nhất.
Phun xăng thủy lực là hệ thống sử dụng áp lực từ gió hoặc nhiên liệu để điều khiển các bộ phận di động Hệ thống này áp dụng cảm biến cánh bướm gió và bộ phân phối nhiên liệu nhằm kiểm soát lượng xăng phun vào động cơ Nhiều loại xe hiện đại được trang bị công nghệ phun xăng thủy lực này.
Phun xăng cơ khí: Được điều khiển bằng cần ga, bơm cơ khí và bộ điều tốc để kiểm soát số lượng nhiên liệu phun vào động cơ.
Phân loại theo thời điểm phun xăng
Hệ thống phun xăng gián đoạn, hay còn gọi là hệ thống phun xăng biến điệu, hoạt động bằng cách đóng mở kim phun một cách độc lập mà không phụ thuộc vào xupáp Loại hệ thống này phun xăng vào động cơ khi các xupáp mở hoặc đóng, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ.
Hệ thống phun xăng đồng loạt là phương pháp phun xăng vào động cơ ngay trước hoặc khi xupáp nạp mở ra, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động Phương pháp này được áp dụng cho hệ thống phun dầu, mang lại hiệu quả cao trong việc cung cấp nhiên liệu cho động cơ.
Hệ thống phun xăng liên tục phun nhiên liệu vào ống góp hút liên tục trong suốt quá trình động cơ hoạt động Khi động cơ chạy, kim phun luôn phun một lượng xăng nhất định vào trong, với tỷ lệ hòa khí được điều chỉnh thông qua áp suất nhiên liệu tại các kim phun Nhờ đó, lưu lượng nhiên liệu phun ra cũng được điều chỉnh tương ứng, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu cho động cơ.
Phân loại theo mối quan hệ giữa các kim phun
Hệ thống phun theo nhóm đơn chia các kim phun thành hai nhóm bằng nhau, với cơ chế phun luân phiên Mỗi nhóm thực hiện phun một lần trong mỗi vòng quay của cốt máy.
Phun theo nhóm đôi: Hệ thống này, các kim phun cũng được chia thành 2 nhóm bằng nhau và phun luân phiên
Hệ thống phun đồng loạt cho phép tất cả các kim phun hoạt động cùng lúc trong mỗi vòng quay của cốt máy Với thiết kế nối song song, ECU chỉ cần phát ra một mệnh lệnh để điều khiển đồng thời việc đóng mở của tất cả các kim phun.
Phun theo thứ tự: Hệ thống này, mỗi kim phun một lần, cái này phun xong tới cái kế tiếp.
Nguyên lý hoạt động
Hệ thống EFI sử dụng nhiều loại cảm biến để theo dõi tình trạng động cơ và điều kiện hoạt động của xe ECU động cơ sẽ tính toán lượng nhiên liệu phun tối ưu và điều khiển các vòi phun để đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất.
Hình 1 5: Kết cấu cơ bản của EFI
ECU động cơ: ECU này tính thời gian phun nhiên liệu tối ưu dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến.
Cảm biến lưu lượng khí nạp, hay còn gọi là cảm biến áp suất đường ống nạp, có chức năng quan trọng trong việc phát hiện khối lượng không khí nạp hoặc áp suất trong ống nạp.
Cảm biến vị trí trục khuỷu: Cảm biến này phát hiện góc quay trục khuỷu và tốc độ của động cơ.
Cảm biến vị trí trục cam: Cảm biến này phát hiện góc quay chuẩn và thời điểm của trục cam.
Cảm biến nhiệt độ nước: Cảm biến này phát hiện nhiệt độ của nước làm mát.
Cảm biến vị trí bướm ga: Cảm biến này phát hiện góc mở của bướm ga.
Cảm biến oxy: Cảm biến này phát hiện nồng độ của oxy trong khí xả.
PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XĂNG TRÊN XE MAZDA CX 5
Giới thiệu về động cơ lắp trên Mazda CX 5
2.1.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ Mazda CX-5
Hệ thống điều khiển động cơ bao gồm các công nghệ như SKYACTIV-G, SKYACTIV-CNG và SKYACTIV-X, đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển các tính năng cơ bản của động cơ, chức năng chẩn đoán hữu ích cho việc sửa chữa, cũng như chức năng dự phòng và an toàn khi có sự cố trong hệ thống Bên cạnh đó, còn có các thiết bị điều khiển phụ như hệ thống cắt số truyền tăng, hệ thống điều khiển khí nạp và hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu, tất cả đều được điều khiển bởi ECU động cơ.
2.1.1.2. Chức năng của hệ thống điều khiển động cơ
Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và công nghệ tự động điều khiển đã tạo nền tảng vững chắc cho việc thiết lập các hệ thống điều khiển theo chương trình.
Hình 2 1: Sơ đồ các bộ phận trong hệ thống điều khiển động cơ
Mazda cx-5 trên động cơ SKYACTIV đã giải quyết được các vấn đề hiện đang đặt ra như: công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, khí thải…
EFI (phun xăng điện tử) ESA (đánh lửa sớm điện tử) ISC (điều khiển tốc độ không tải) Chức năng chẩn đoán
Chức năng an toàn Chức năng dự phòng Các hệ thống điều khiển khác
2.1.1.3 Kết cấu của hệ thống điều khiển động cơ
Nhiệt độ nước làm mát Nhiệt độ khí nạp
Tín hiệu khởi động Cảm biến oxy Điện áp accu
TÍN HIỆU VÀO BỘ PHẬN CHẤP HÀNH Điều khiển cầm chừng
Hệ thống điều khiển động cơ
Hình 2 2: Tổng quan sơ đồ cấu trúc điều khiển
Mazda CX-5 mới được trang bị động cơ SKYACTIV-G 2.0, với động cơ xăng 4 kỳ 1.997 lít và hệ thống 4 xy lanh thẳng hàng bố trí nằm ngang, giúp tối ưu hóa hiệu suất vận hành và tiết kiệm nhiên liệu Động cơ này không chỉ tăng độ bền mà còn giảm thiểu ô nhiễm, đáp ứng tiêu chuẩn khí thải Euro 4 Công suất cực đại đạt 113 mã lực tại 6.200 vòng/phút và mô-men xoắn tối đa 194 Nm tại 4.100 vòng/phút Hệ thống đánh lửa được trang bị bộ chia điện điều khiển điện tử thông minh.
Hình 2 4: Thông số hệ thống đánh lửa Mazda CX5
2.1.2 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng điện tử
Hình 2 5: Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng điện tử
1 Thùng xăng; 2 Bơm xăng; 3 Lọc xăng; 4 Kim phun; 5 Bộ điều áp; 6 Cảm biến vị trí bướm ga; 7 Cảm biến lưu lượng khí nạp; 8 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát;
9 Cảm biến trục khủy; 10 Cảm biến oxy; 11 Cổ xả; 12 Lọc không khí; 13 Cảm biến nhiệt độ không khí; 14 Bướm ga.
Hệ thống nhiên liệu
Hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ có vai trò quan trọng trong việc cung cấp một lượng nhiên liệu chính xác, đúng thời điểm và phù hợp với các chế độ hoạt động của động cơ vào buồng cháy.
Hệ thống nhiên liệu bao gồm các thành phần chính như thùng nhiên liệu, bơm nhiên liệu, lọc nhiên liệu, đường ống, bộ dao động, ống phân phối, kim phun, kim phun khởi động và bộ điều áp, tất cả đều đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nhiên liệu cho động cơ.
Hình 2 6: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu
1 Tín hiệu từ cảm biến lưu lượng khí nạp; 2 Tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga; 3.Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam; 4 Tín hiệu từ cảm biến oxy; 5 Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 6 Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khủy; 7 Tín hiệu từ cảm biến túi khí; 8 Bình chứa nhiên liệu; 9 Bơm xăng; 10 Bộ lọc xăng; 11 Bộ điều áp; 12 Bộ giảm rung; 13 Ống phân phối; 14 Vòi phun nhiên liệu.
Nhiên liệu được bơm từ thùng chứa và đưa qua lọc nhiên liệu đến các vòi phun chính với áp suất cao Bộ giảm rung động giúp hấp thụ dao động áp suất do quá trình phun nhiên liệu Các vòi phun, điều khiển bởi tín hiệu từ ECU, sẽ phun nhiên liệu vào đường ống nạp Trên xe Mazda CX-5, hệ thống nhiên liệu không có đường hồi, với bộ điều áp, lọc nhiên liệu và bơm nhiên liệu được lắp thành mô-đun trong bình xăng Vòi phun được thiết kế với 12 lỗ để đảm bảo nhiên liệu được phun ra dưới dạng sương.
Bơm nhiên liệu được sử dụng để cung cấp nhiên liệu với áp suất cao cho hệ thống vòi phun, chúng thường là các bơm điều khiển điện.
Bơm nhiên liệu là loại bơm cánh gạt được đặt trong thùng xăng, giúp giảm tiếng ồn và rung động so với bơm trên đường ống Nhờ vào nhiên liệu, bơm được làm mát và bôi trơn các chi tiết bên trong, giảm thiểu nguy cơ thiếu nhiên liệu khi xe phanh hoặc tăng tốc, tránh tình trạng xăng dồn về một phía.
Hình 2 7: Kết cấu của bơm xăng điện
1 Van một chiều; 2 Van an toàn; 3 Chổi than; 4 Rôto; 5 Stato; 6,8 Vỏ bơm;7.
Cánh bơm; 9 Đĩa bơm; 10 Cửa vào; 11 Cửa ra.
Bơm Rôto (4) hoạt động bằng cách quay cánh bơm (7), giúp gạt nhiên liệu từ cửa vào (10) đến cửa ra (11), tạo ra độ chân không để hút nhiên liệu và áp suất để đẩy nhiên liệu đi Van an toàn (2) sẽ mở khi áp suất vượt quá giới hạn cho phép khoảng 6 kg/cm2 Van một chiều (1) giữ vai trò quan trọng khi động cơ ngừng hoạt động, kết hợp với bộ ổn định áp suất để duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu, giúp dễ dàng khởi động lại động cơ Nếu không có áp suất dư, nhiên liệu có thể bị hoá hơi ở nhiệt độ cao, gây khó khăn trong việc khởi động lại.
2.2.2 Bộ ổn định áp suất
Bộ điều chỉnh áp suất, hay còn gọi là bộ điều áp, được lắp đặt ở cuối ống phân phối với nhiệm vụ chính là duy trì và ổn định độ chênh áp suất trong hệ thống ống dẫn.
Hình 2 8: Kết cấu bộ ổn định áp suất
1 Khoang thông với đường nạp khí; 2 Lò xo; 3.Van; 4 Màng;5 Khoang thông với dàn ống xăng; 6 Ðường xăng hồi về thùng xăng.
Bộ điều áp này có chức năng điều chỉnh áp suất nhiên liệu vào vòi phun ở mức 324 kPa (3.3 kgf/cm2) và duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu, đồng thời đảm bảo hoạt động hiệu quả của van một chiều trong bơm nhiên liệu.
Nguyên lý làm việc của bộ ổn định.
Nhiên liệu từ dàn ống phân phối tạo áp suất ấn màng (4), mở van (3) và một phần nhiên liệu sẽ trở về thùng chứa qua đường nhiên liệu (6) Lượng nhiên liệu hồi phụ thuộc vào độ căng của lò xo màng, với áp suất nhiên liệu thay đổi theo lượng nhiên liệu hồi Độ chân không trong đường ống nạp dẫn vào buồng chứa lò xo làm giảm sức căng lò xo, tăng lượng nhiên liệu hồi và giảm áp suất nhiên liệu Khi độ chân không tăng (giảm áp), áp suất nhiên liệu giảm tương ứng Khi bơm nhiên liệu ngừng hoạt động, lò xo (2) đóng van (3), duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu nhờ van một chiều bên trong nhiên liệu và van trong bộ điều áp.
Hình 2 9: Bộ giảm rung động
Bộ giảm rung động hoạt động bằng cách hấp thụ các dao động áp suất của nhiên liệu thông qua một lớp màng Những rung động này được tạo ra bởi quá trình phun nhiên liệu và sự nén của bơm nhiên liệu.
Lọc nhiên liệu là thiết bị giúp loại bỏ tất cả các chất bẩn và tạp chất có trong nhiên liệu, được lắp đặt ở phía áp suất cao của bơm nhiên liệu Lọc thấm kiểu giấy có ưu điểm là giá thành rẻ và khả năng lọc sạch hiệu quả Tuy nhiên, loại lọc này cũng tồn tại nhược điểm là tuổi thọ ngắn, với chu kỳ thay thế trung bình khoảng 4500km.
Bộ lọc nhiên liệu ô tô thường được đặt dưới gầm xe, nắp capo hoặc trong bình nhiên liệu Hiện nay, bộ lọc được chế tạo từ giấy tiêu chuẩn kết hợp giữa giấy xen-lu-lô, sợi tổng hợp, sợi thủy tinh và đồng Nhiệm vụ chính của bộ lọc nhiên liệu là bảo vệ hệ thống bơm phun và các động cơ khác khỏi bụi bẩn, nước và các chất cặn có hại trong nhiên liệu.
Hình 2 10: Kết cấu bộ lọc nhiên liệu
1 Thân lọc nhiên liệu; 2 Lõi lọc; 3 Tấm lọc; 4 Cửa xăng ra; 5 Tấm đỡ;
Xăng được bơm vào cửa (6) của bộ lọc và đi qua lõi lọc (2) làm bằng giấy với độ xốp khoảng 10 micromet Các tạp chất lớn hơn 10 micromet sẽ bị giữ lại, trong khi xăng tiếp tục đi qua tấm lọc (3) để loại bỏ các tạp chất nhỏ hơn Cuối cùng, xăng sạch sẽ thoát ra từ cửa ra (5) của bộ lọc, sẵn sàng cho quá trình nạp vào động cơ.
Vòi phun là một loại vòi hoạt động bằng điện tử, nó phun nhiên liệu phụ thuộc vào tín hiệu điện tử ECU.
Hình 2 11: Kết cấu vòi phun nhiên liệu
1 Thân vòi phun; 2 Giắc cắm; 3 Đầu vào; 4 Gioăng chữ O; 5 Cuộn dây;
6 Lò xo; 7 Piston; 8 Đệm cao su; 9 Van kim.
Vòi phun hoạt động dựa trên nguyên lý cuộn dây nhận tín hiệu từ ECU, khiến piston được kéo lên để vượt qua sức căng của lò xo Khi piston di chuyển, van kim cũng được kéo lên cùng một khối, tách rời khỏi đế van, cho phép nhiên liệu được phun ra.
Hệ thống nhiên liệu động cơ SKYACTIV-G 2.0 được trang bị vòi phun 12 lỗ nằm trong đường ống nạp trước xupap nạp, với khả năng điều khiển theo thứ tự công tác của động cơ Mỗi vòi phun bao gồm thân vòi và kim phun trong ống từ, trong đó thân vòi chứa cuộn dây điều khiển kim phun Khi không có điện, lò xo sẽ đẩy kim phun về vị trí ban đầu, trong khi khi có điện, kim phun sẽ được nâng lên để phun nhiên liệu vào cửa nạp.
Hệ thống nạp khí
Không khí từ lọc gió đi vào khoang nạp khí, nơi lượng khí này được điều chỉnh bởi độ mở của bướm ga Góc mở bướm ga được kiểm soát bằng mô tơ điều khiển, hoạt động dựa trên tín hiệu điện tử từ ECU của động cơ Từ khoang nạp khí, không khí được phân phối đến từng đường ống nạp và được hút vào các xylanh.
Lọc không khí có vai trò quan trọng trong việc làm sạch không khí trước khi vào động cơ, giúp giảm mài mòn cho động cơ Động cơ SKYACTIV-G 2.0 sử dụng kiểu lọc thấm với lõi lọc bằng giấy, mang lại lợi ích về chi phí và dễ sản xuất Tuy nhiên, loại lọc này có nhược điểm là tuổi thọ ngắn và chu kỳ thay thế thường xuyên.
Các bộ phận tạo thành gồm: bướm ga, môtơ điều khiển bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga và các bộ phận khác.
Bướm ga là bộ phận quan trọng trong động cơ, giúp điều chỉnh lượng không khí vào Cảm biến vị trí bướm ga được lắp trên trục để nhận biết độ mở của bướm ga, trong khi môtơ bướm ga có nhiệm vụ mở và đóng bướm ga Để đảm bảo bướm ga trở về vị trí cố định, một lò xo hồi được sử dụng Môtơ bướm ga thường là môtơ điện một chiều (DC), nổi bật với độ nhạy cao và tiêu thụ năng lượng thấp.
Hình 2 12: Kết cấu cổ họng gió
1 Các bánh răng giảm tốc; 2 Lò xo hồi bướm ga; 3 Cảm biến vị trí bướm ga;
4 Bướm ga; 5 Môtơ điều khiển bướm ga.
ECU động cơ điều khiển dòng điện đến môtơ bướm ga, giúp mở hoặc đóng bướm ga thông qua cụm bánh răng giảm tốc Cảm biến vị trí bướm ga cung cấp thông tin về góc mở thực tế cho ECU Khi không có dòng điện, lò xo hồi mở bướm ga ở vị trí cố định khoảng 7 độ, nhưng trong chế độ không tải, bướm ga có thể đóng lại nhỏ hơn Nếu ECU phát hiện hư hỏng, đèn báo lỗi sẽ sáng trên đồng hồ táp lô và nguồn cấp cho môtơ sẽ bị cắt, nhưng bướm ga vẫn giữ ở góc mở khoảng 7 độ, cho phép xe hoạt động an toàn.
2.3.3 Ống góp hút và đường ống nạp: Ống góp hút và đường ống nạp được chế tạo bằng nhựa nhằm mục đích giảm trọng lượng và sự truyền nhiệt đến nắp qui lát.
Hình 2 13: Ống góp hút và đường ống nạp
1 Ống góp nạp; 2 Đường ống nạp; 3 Buồng tích áp
Hệ thống đánh lửa
Hình 2 14: Hệ thống đánh lửa trực tiếp.
Hệ thống đánh lửa trực tiếp bao gồm các bộ phận sau đây:
Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKPS): Phát hiện góc quay trục khuỷu (tốc độ động cơ)
Cảm biến vị trí của trục cam (CMPS): Nhận biết xy lanh, kỳ và theo dõi định thời của trục cam
Cảm biến vị trí bướm ga (TPS): Phát hiện góc mở của bướm ga
Cảm biến nhiệt độ lưu lượng khí nạp (IATS): Phát hiện lượng không khí nạp.
- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ (ECTS): Phát hiện nhiệt độ nước làm mát động cơ
Bô bin và IC đánh lửa: Đóng và ngắt dòng điện trong cuộn sơ cấp vào thời điểm tối ưu Gửi các tín hiệu IGF đến ECU động cơ
ECU động cơ phát tín hiệu IGT dựa trên thông tin từ các cảm biến khác nhau, sau đó truyền tín hiệu này đến bô bin có IC đánh lửa.
Bugi: Phát ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp hòa khí.
2.4.1 Các cảm biến chính sử dụng cho hệ thống đánh lửa
2.4.1.1 Cảm biến biến trục cơ
Cảm biến vị trí trục khuỷu là một trong những cảm biến quan trọng nhất trên động cơ, thường làm việc cùng với cảm biến trục cam để ECU xác định vị trí piston và xupap, từ đó tính toán thời điểm đánh lửa và lượng nhiên liệu phun hợp lý Cảm biến này thường được lắp gần puly trục khuỷu, phía trên bánh đà hoặc trục khuỷu Khi cảm biến vị trí trục khuỷu bị lỗi, động cơ có thể gặp hiện tượng đánh lửa sai thời điểm, rung lắc hoặc thậm chí ngừng hoạt động.
2.4.1.2 Cảm biến vị trí trục cam
Cảm biến vị trí trục cam là thiết bị quan trọng giúp xác định vị trí của trục cam và cung cấp thông tin cho bộ xử lý trung tâm, từ đó tính toán thời điểm phun nhiên liệu tối ưu Cảm biến này hoạt động cùng với cảm biến vị trí trục khuỷu để đảm bảo động cơ có thời điểm phun xăng và đánh lửa hiệu quả Thông thường, cảm biến vị trí trục cam được lắp đặt ở đỉnh xy lanh hoặc nắp hộp chứa trục cam Khi cảm biến này gặp sự cố, động cơ có thể gặp phải nhiều vấn đề như khó khởi động, chết máy đột ngột, bỏ máy hoặc không tăng tốc được, kèm theo đèn CHECK ENGINE sáng.
Cảm biến vị trí trục cam là một đĩa tín hiệu G với số răng khác nhau tùy theo kiểu động cơ, thường là 1, 3 hoặc nhiều hơn Khi trục cam quay, khe hở không khí giữa các vấu trên trục cam và cảm biến thay đổi, tạo ra điện áp trong cuộn dây nhận tín hiệu gắn vào cảm biến Tín hiệu G này cung cấp thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu tới ECU động cơ, kết hợp với tín hiệu NE từ cảm biến vị trí trục khuỷu để xác định TDC (điểm chết trên) của mỗi xylanh, từ đó điều chỉnh thời gian phun và thời điểm đánh lửa.
Hình 2 15: Cảm biến vị trí trục cam
Khi trục cam quay, khe hở không khí giữa các vấu trên trục cam và cảm biến sẽ thay đổi, tạo ra điện áp trong cuộn nhận tín hiệu gắn vào cảm biến Sự thay đổi này sinh ra tín hiệu G, được truyền đến ECU động cơ như thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu.
Cảm biến vị trí trục khuỷu được sử dụng để xác định TDC (điểm chết trên) trong kỳ nén của mỗi xi lanh, từ đó điều chỉnh thời điểm đánh lửa và phát hiện góc quay của trục khuỷu ECU động cơ dựa vào thông tin này để xác định thời gian phun nhiên liệu và thời điểm đánh lửa chính xác.
Hình 2 16: Dạng sóng tín hiệu của cảm biến vị trí trục cam.
Hình 1: Tín hiệu sóng vuông nên trơn tru và không có bất kỳ sự biến dạng.
Hình 2, 3: Các CMPS giảm (tăng) cạnh là xảy ra trùng hợp với 3 -5 răng của CKP từ một tín hiệu dài hơn (thiếu răng).
Cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga (TPS) là một thiết bị quan trọng, bao gồm một biến trở có điện trở thay đổi theo góc mở của bướm ga và ba chân kết nối (chân nguồn, chân mát và chân tín hiệu) Khi tăng tốc, điện trở của TPS ở mức 5V sẽ giảm, dẫn đến điện áp đầu ra tăng Ngược lại, trong quá trình giảm tốc, điện trở TPS sẽ tăng và điện áp đầu ra sẽ giảm.
Hình 2 17: Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga.
Điện áp ổn định 5V từ ECU được cung cấp đến cực VC Khi bướm ga mở, con trượt di chuyển dọc theo điện trở, tạo ra điện áp VTA tăng dần tương ứng với góc mở bướm ga Khi bướm ga đóng hoàn toàn, tiếp điểm cầm chừng kết nối cực IDL với cực E2.
Khi góc mở bướm ga thay đổi, cảm biến vị trí bướm ga (TPS) nhận điện áp 5V từ ECM, dẫn đến điện áp đầu ra tăng theo góc mở Điện áp TPS dao động từ 0,2 ~ 0,8V khi bướm ga đóng đến 4,3 ~ 4,8V khi bướm ga mở rộng ECM xác định các điều kiện hoạt động như không tải, tải trung bình, và tăng tốc/dừng lại dựa vào tín hiệu từ TPS Để điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu và đánh lửa, ECM còn sử dụng tín hiệu từ cảm biến áp suất tuyệt đối đường ống nạp (MAPS) kết hợp với TPS.
Bảng 2: Giá trị của cảm biến vị trí bướm ga.
Góc mở bướm ga Điện áp ra (V)
Chi tiết Giá trị Điện trở cảm biến (㏀) 1.6~ 2.4
Cảm biến lưu lượng khí nạp
Cảm biến nhiệt độ khí đo nhiệt độ không khí nạp, ảnh hưởng đến lượng và mật độ không khí Mặc dù cảm biến lưu lượng khí nạp phát hiện lượng không khí không thay đổi, nhưng cần hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun Tuy nhiên, cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy trực tiếp đo khối lượng không khí, do đó không cần phải hiệu chỉnh.
Cảm biến lưu lượng khí nạp là thiết bị gọn nhẹ, được lắp đặt ở đường không khí với kiểu dáng cắm phích, giúp không khí nạp đi qua khu vực phát hiện một cách hiệu quả.
Hình 2 18: Cảm biến lưu lượng khí nạp
Cảm biến nhiệt điện trở, được lắp đặt trong khu vực phát hiện, bao gồm một dây nóng và giúp đo trực tiếp khối lượng không khí nạp Điều này không chỉ tăng độ chính xác trong việc phát hiện mà còn giảm thiểu sức cản của không khí nạp Hơn nữa, thiết kế không có các cơ cấu đặc biệt mang lại độ bền tuyệt vời cho cảm biến này.
Hình 2 19: Mạch điện của cảm biến lưu lượng khí nạp.
Tỷ trọng không khí thay đổi theo nhiệt độ, với hàm lượng ôxy giảm khi nhiệt độ cao và tăng khi nhiệt độ thấp Trong các hệ thống điều khiển phun xăng, lưu lượng không khí được đo bằng thể tích qua các bộ đo gió, do đó khối lượng không khí phụ thuộc vào nhiệt độ của khí nạp ECU động cơ sẽ xem xét nhiệt độ này để điều chỉnh hoạt động.
Nhiệt độ chuẩn của khí nạp là 20 o C, khi nhiệt độ này cao hơn, ECU động cơ sẽ giảm lượng xăng phun, ngược lại, nếu thấp hơn 20 o C, ECU sẽ tăng lượng xăng phun Phương pháp này giúp đảm bảo tỷ lệ hòa khí phù hợp với nhiệt độ môi trường Đây là đặc tính quan trọng của cảm biến lưu lượng khí nạp.
Bảng 3: Thông số đặc tính của cảm biến lưu lượng khí nạp
Cảm biến nước làm mát
Cảm biến nhiệt độ nước là thiết bị quan trọng trong hệ thống điều khiển động cơ, giúp đo nhiệt độ của nước làm mát Khi nhiệt độ nước thấp, cần tăng tốc độ chạy không tải, kéo dài thời gian phun và điều chỉnh góc đánh lửa sớm để cải thiện hiệu suất làm việc và hâm nóng động cơ.
Hình 2 20: Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ.
1 Đầu giắc; 2 Vỏ; 3 Điện trở