KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 2AZ FE CỦA XE TOYOTA CAMRY 2.4G SẢN SUẤT NĂM 2007

Trên các ô tô hiện đại ngày nay, để đảm bảo an toàn cũng như tiết kiệm nhiên liệu cho động cơ thì hầu hết động cơ đều được điều khiển hoàn toàn bằng một hệ thống điện tử, hệ thống điều k

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 2AZ - FE CỦA XE TOYOTA CAMRY 2.4G SẢN SUẤT NĂM 2007

Họ và tên sinh viên: TRẦN VĂN THẠNH Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ Niên khóa: 2008-2012

Tháng 6/2012

KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 2AZ - FE CỦA XE

TOYOTA CAMRY 2.4G SẢN SUẤT NĂM 2007

Tác giả

TRẦN VĂN THẠNH

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

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ÔTÔ

Giáo viên hướng dẫn:

Thạc sỹ HOÀNG NGỌC DƯƠNG

Kỹ sư PHAN MINH HIẾU

Tháng 6 năm 2012

LỜI CẢM ƠN

Trải qua thời gian miệt mài học tập bốn năm qua tại trường Đại học Nông Lâm

Thành phố Hồ Chí Minh đã để lại cho em biết bao tình cảm tốt đẹp, nhất là lớp Công

Nghệ Kĩ Thuật Ôtô khóa 34 - DH08OT Nhân đây em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến:

- Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh

- Ban chủ nhiệm Khoa Cơ khí - Công nghệ

Cảm ơn các thầy cô đã tận tình truyền đạt, chỉ bảo cho em những kinh nghiệm

quý báu trong thời gian vừa qua

Em xin trân trọng gởi lời biết ơn đến thầy Th.S Hoàng Ngọc Dương và thầy KS

Phan Minh Hiếu đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình

thực hiện để em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

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

mặc dù đã cố gắng để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp nhưng vẫn không thể nào tránh

khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được nhiều hơn nữa những ý kiến đóng góp

quý báu của quý thầy cô

Xin chân thành cảm ơn

Đại học Nông Lâm TP.HCM, tháng 6 năm 2012

TRẦN VĂN THẠNH

TÓM TẮT

1- Tên khóa luận tốt nghiệp:

Khảo sát hệ thống điều khiển động cơ 2AZ-FE của xe Toyota Camry 2.4G sản suất năm 2007

2- Thời gian và địa điểm thực hiên:

- Thời gian thực hiện: từ ngày 1/4/2012 đến ngày 15/6/2012

- Địa điểm thực hiện:

Xưởng thực tập ôtô của Khoa Cơ Khí Động Lực Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh

MỤC LỤC

Trang tựa i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH SÁCH CÁC HÌNH vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG ix

Chương 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích của đề tài 2

Chương 2: TỔNG QUAN 3

2.1 Lịch sử phát triển của hệ thống điều khiển 3

2.2 Thông số kỹ thuật của động cơ 4

2.3 Sơ đồ điều khiển 5

2.4 Sơ đồ cấu tạo của các cảm biến trên động cơ 6

2.4.1 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến nhiệt độ khí nạp 6

2.4.2 Cảm biến lưu lượng khí nạp 7

2.4.3 Cảm biến vị trí bướm ga 9

2.4.4 Cảm biến vị trí trục khuỷu 11

2.4.5 Cảm biến vị trí trục cam 11

2.4.6 Cảm biến kích nổ 12

2.4.7 Cảm biến tỉ lệ không khí – nhiên liệu 13

2.4.8 Cảm biến ôxy 13

2.4.9 Van VVT-i 15

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 20

3.1 Thời gian và địa điểm thực hiện 20

3.2 Phương tiện 20

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22

4.1 Vị trí lắp đặt các cảm biến trên động cơ 22

4.2 Kí hiệu màu dây 23

4.3 Kí hiệu các chân 23

4.4 Sơ đồ kí hiệu các chân của ECM 24

4.5 Xây dựng các bài kiểm tra khảo sát các cảm biến 26

Bài 1: Kiểm tra mạch cấp nguồn ECU động cơ 26

Bài 2: Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ 27

Bài 3: Kiểm tra cảm biến ôxy 28

Bài 4: Kiểm tra cảm biến vị trí bướm ga 34

Bài 5: Kiểm tra cảm biến vị trí trục cam 36

Bài 6: Kiểm tra cảm biến vị trí trục khuỷu 37

Bài 7: Kiểm tra cảm biến lưu lượng khí nạp 38

Bài 8: Kiểm tra cảm biến tốc độ xe 41

Bài 9: Kiểm tra cảm biến nhiệt độ khí nạp 41

Bài 10: Kiểm tra hoạt động của van VVT-i 42

Bài 11: Kiểm tra mạch vòi phun nhiên liệu 43

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 46

5.1 Kết luận 46

5.2 Đề nghị 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

ECU: Engine Control Unit

MAF: Mass Air Flow

TCCS: Toyota Computer Control System

VVT-I: Variable Valve Timing - intelligent

ECM: Engine Control Module

CKP: Crank Shafp Position

CMP: Cam Shafp Position

A/F: Air/Flow

EGR: Exhaust Temperature Recirculation

EFI: Electronic Fuel Injection

OCV: Oil Control Valve

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Sơ đồ điều khiển động cơ 5

Hình 2.2: Sơ đồ cấu tạo cảm biến nhiệt độ không khí nạp 6

Hình 2.3: Sơ đồ cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát 6

Hình 2.4: Sơ đồ cấu tạo cảm biến lưu lượng khí nạp 7

Hình 2.5: Sơ đồ mạch điện bên trong của cảm biến lưu lượng khí nạp 8

Hình 2.6: Sơ đồ mạch điện bên trong của cảm biến lưu lượng khí nạp 9

Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga 9

Hình 2.8: Kết cấu, sơ đồ và đường đặc tính cảm biến vị trí trục khuỷu 10

Hình 2.9: Kết cấu, sơ đồ và đường đặc tính cảm biến vị trí trục cam 11

Hình 2.10: Cảm biến kích nổ 12

Hình 2.11: Cấu tạo cảm biến kích nổ 12

Hình 2.12: Đường đặc tính cảm biến kích nổ 12

Hình 2.13: Kết cấu, sơ đồ và đường đặc tính cảm biến tỉ lệ không khí – nhiên liệu 13 Hình 2.14: Kết cấu cảm biến ôxy 14

Hình 2.15: Sơ đồ và đường đặc tính cảm biến ôxy 14

Hình 2.16: Sơ đồ đường đi áp suất dầu phối khí trục cam tại thời điểm làm muộn 15 Hình 2.17: Sơ đồ đường đi áp suất dầu phối khí trục cam tại thời điểm làm muộn 16 Hình 2.18: Sơ đồ đường đi áp suất dầu phối khí trục cam tại thời điểm làm sớm 16

Hình 2.19: Cấu tạo của hệ thống VVT-i 17

Hình 2.20: Nguyên lý làm sớm 18

hình 2.21: Nguyên lý làm muộn 18

Hình 2.22: Nguyên lý giữ thời điểm phối khí 19

Hình 3.1: Động cơ 2 AZ – FE 20

Hình 4.1: Sơ đồ vị trí lắp đặt các cảm biến trên xe 22

Hình 4.2: Sơ đồ các cực của ECM 24

Hình 4.3: Đo điện trở cảm biến A/F 28

Hinh 4.4: Đo điện áp cảm biến A/F 29

Hình 4.5: Đo điện áp cảm biến vị trí bướm ga 35

Hình 4.6: Đo diện áp cảm biến lưu lượng khí nạp 39

Hình 4.7: Đo điện áp ra của cảm biến lưu lượng khí nạp 40

Hình 4.8: Đo điện trở của van dầu OCV 43 Hình 4.9: Đo điện trở của kim phun 44

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Ký hiệu màu dây và giải thích 23

Bảng 4.2: Các ký hiệu và mã chân của ECM 25

Bảng 4.3: Điện trở kiểm tra dây điện và giắc nối cảm biến nhiệt độ nước 27

Bảng 4.4: Điện áp tiêu chuẩn 28

Bảng 4.5: Điện trở tiêu chuẩn cảm biến nhiệt độ nước làm mát 28

Bảng 4.6: Điện trở tiêu chuẩn cảm biến ôxy 29

Bảng 4.7: Điện áp tiêu chuẩn 29

Bảng 4.8: Điện trở tiêu chuẩn của rơle EFI 30

Bảng 4.9: Điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra hở mạch) cảm biến ôxy 30

Bảng 4.10: Điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra ngắn mạch) cảm biến ôxy 30

Bảng 4.11: Điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra hở mạch) của cảm biến A/F – ECM 30

Bảng 4.12: Điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra ngắn mạch) của cảm biến A/F – ECM 31

Bảng 4.13: Điện trở tiêu chuẩn cảm biến HO2 31

Bảng 4.14: Điện áp tiêu chuẩn cảm biến HO2 31

Bảng 4.15: Điện trở tiêu chuẩn kiểm tra rơle EFI 32

Bảng 4.16: Điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra hở mạch) cầu chì EFI số 3 33

Bảng 4.17: Điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra ngắn mạch) cầu chì EFI số 3 33

Bảng 4.18: Điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra hở mạch) cảm biến ôxy – ECM 33

Bảng 4.19: Điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra ngắn mạch) cảm biến ôxy – ECM 33

Bảng 4.20: Điện trở tiêu chuẩn của cảm biến vị trí bướm ga 34

Bảng 4.21: Điện áp tiêu chuẩn cảm biến vị trí bướm ga 34

Bảng 4.22: Điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra hở mạch) cảm biến vị trí bướm ga 36

Bảng 4.23: Điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra ngắn mạch) cảm biến vị trí bướm ga 36

Bảng 4.24: Điện trở tiêu chuẩn cảm biến vị trí trục cam 36

Bảng 4.25: Điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra hở mạch) cảm biến vị trí trục cam 37

Bảng 4.26: Điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra ngắn mạch) cảm biến vị trí trục cam 37

Bảng 4.27: Điện trở tiêu chuẩn cảm biến vị trí trục khuỷu 37

Bảng 4.28: Điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra hở mạch) cảm biến vị trí trục khuỷu 38

Bảng 4.29: Điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra ngắn mạch) cảm biến vị trí trục khuỷu 38

Bảng 4.30: Điện áp tiêu chuẩn điện áp nguồn của cảm biến lưu lượng khí nạp 39 bảng 4.31: Điện áp tiêu chuẩn (kiểm tra điện áp ra) cảm biến lưu lượng khí nạp 39 Bảng 4.32: Điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra hở mạch) cảm biến lưu lượng khí nạp 40 Bảng 4.33: Điện trở tiêu chuẩn (kiểm tra ngắn mạch) cảm biến lưu lượng khí nạp 40 Bảng 4.34: Điện trở tiêu chuẩn (Kiểm tra dây điện và giắc nối) cảm biến tốc độ xe.41 Bảng 4.35: Điện trở tiêu chuẩn kiểm tra dây điện và giắc nối cảm biến nhiệt độ khí

nạp 42

Bảng 4.36: Điện áp tiêu chuẩn Kiểm tra ECM (điện áp #10, #20, #30, #40) 43 Bảng 4.37: Điện trở tiêu chuẩn kiểm tra dây điện và giắc nối (ECM – vòi phun) 45

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1.Đặt vấn đề:

Bước vào thế kỷ 21, công nghệ ô tô đã đạt được những thành tựu đáng kể, các thế

hệ ô tô mới là một tổ hợp các công nghệ hiện đại nhất trong lĩnh vực chế tạo công cụ

và điện tử, có thể dễ dàng thấy rằng các thiết bị điện tử đang dần thay thế các thiết bị

cơ và thủy lực trong các thế hệ xe hơi thế hệ này, không chỉ tăng mức độ an toàn khi di chuyển trên xe mà còn tiện nghi cho người điều khiển

Sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô gắn liền với sự phát triển của các chíp xử

lý những tiến bộ của ngành công nghiệp cảm biến và những thành tựu trong lĩnh vực truyền thông

Trên các ô tô hiện đại ngày nay, để đảm bảo an toàn cũng như tiết kiệm nhiên liệu cho động cơ thì hầu hết động cơ đều được điều khiển hoàn toàn bằng một hệ thống điện tử, hệ thống điều khiển này gọi là hệ thống điều khiển động cơ, trong đó ECU có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến và điều khiển động cơ thông qua các cảm biến

đó được gắn trên động cơ Hệ thống này giúp xe vận hành một cách êm ái, tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường

Chúng ta phải tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các cảm biến gắn trên động cơ xem chúng hoạt động như thế nào, vị trí cũng như cấu tạo của các cảm biến, thông qua

đó sẽ xác định phương pháp kiểm tra các cảm biến, khắc phục các sự cố do các cảm biến gây ra

1.2 Mục đích của đề tài:

Dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Th.S Hoàng Ngọc Dương và thầy KS Phan

Minh Hiếu đã giúp tôi thực hiện khóa luận: “Khảo sát hệ thống điều khiển động cơ

2AZ-FE của xe Toyota Camry 2.4G sản suất năm 2007” với mục đích:

- Tìm hiểu hệ thống điều khiển động cơ 2AZ-FE của xe Toyota Camry 2.4G sản suất năm 2007

- Xây dựng các bài thực hành: giúp sinh viên ứng dụng ngay bài học lý thuyết và bài thực hành

- Giúp sinh viên kiểm tra và đo đạc các thông số của hệ thống điều khiển động cơ 2AZ-FE của xe Toyota Camry 2.4G sản xuất năm 2007

- Phục vụ cho công việc kiểm tra và sửa chữa sau này

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Lịch sử phát triển của hệ thống điều khiển động cơ:

Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp ông Stevan đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu vào một máy nén khí Sau đó một thời gian một người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả nên không được thực hiện 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 Đến năm 1966, 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 súpap hút nên có tên gọi là K-Jetronic K-Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác

là nền tảng cho việc phát triển cho hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE-Jetronic, Mono-Jetronic, L-Jetronic, Motronic…

Do hệ thống phun cơ khí còn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80, BOSCH

đã cho ra đời hệ thống phun sử dụng kim phun điều khiển bằng điện Có hai loại: hệ thống L-Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp)

và D-Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định dựa vào áp suất trên đường ống nạp) Đến năm 1984 người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thống phun xăng L-Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với động cơ 4A-ELU) Đến năm 1987 hãng Nissan dùng L-Jetronic thay cho bộ chế hòa khí của xe nissan SUNNY

Song song với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống đánh lửa theo

chương trình (ESA-Electronic Spark Advance) cũng được đưa vào sử dụng vào những

năm đầu của thế kỷ 80 Sau đó vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp

(DIS-Direct Ignition System) ra đời cho phép không sử dụng Delco và hệ thống này đã

có mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới

Ngày nay, gần như tất cả các ôtô đều được trang bị hệ thống điều khiển động cơ

cả xăng và diesel theo chương trình chúng giúp động cơ đáp ứng được các yêu cầu gắt

gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu Thêm vào đó, công suất động cơ cũng được

cải thiện rõ rệt

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

là động cơ phun xăng trực tiếp: GDI (gasoline direct injection) Trong tương lai gần,

chắc chắn GDI sẽ được sử dụng rộng rãi

2.2 Thông số kỹ thuật của động cơ:

Loại động cơ 2AZ-FE

Momen xoắn tối đa 224 Nm tại 4000 v/p

Thời điểm xúpap Nạp mở

2.3 Sơ đồ điều khiển:

Hình 2.1: Sơ đồ điều khiển động cơ

2.4 Sơ đồ cấu tạo của các cảm biến sử dụng trên động cơ

2.4.1 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến nhiệt độ khí nạp:

Cảm biến nhiệt độ nước đo nhiệt độ của nước làm mát trong động cơ Cảm biến nhiệt độ khí nạp đo nhiệt độ của không khí nạp

Hình 2.2: Sơ đồ cấu tạo cảm biến nhiệt độ không khí nạp

Cảm biến nhiệt độ nước và cảm biến nhiệt độ khí nạp đã được gắn các nhiệt điện trở bên trong, mà nhiệt độ càng thấp, trị số điện trở càng lớn, ngược lại, nhiệt độ càng cao, trị số điện trở càng thấp Và sự thay đổi về giá trị điện trở của nhiệt điện trở này được sử dụng để phát hiện các thay đổi về nhiệt độ của nước làm mát và không khí nạp

Hình 2.3: Sơ đồ cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Như được thể hiện trong hình minh họa, điện trở được gắn trong ECU động cơ và nhiệt điện trở trong cảm biến này được mắc nối tiếp trong mạch điện sao cho điện áp của tín hiệu được phát hiện bởi ECU động cơ sẽ thay đổi theo các thay đổi của nhiệt điện trở này Khi nhiệt độ của nước làm mát hoặc khí nạp thấp, điện trở của nhiệt điện trở sẽ lớn, tạo nên một điện áp cao trong các tín hiệu THW và THA

a Cảm biến nhiệt độ nước:

Cảm biến nhiệt độ nước đo nhiệt độ của nước làm mát động cơ Khi nhiệt độ của nước làm mát động cơ thấp, phải tăng tốc độ chạy không tải, tăng thời gian phun, góc đánh lửa sớm, v.v nhằm cải thiện khả năng làm việc và để hâm nóng Vì vậy, cảm biến nhiệt độ nước không thể thiếu được đối với hệ thống điều khiển động cơ

2.4.2 Cảm biến lưu lượng khí nạp:

Trên động cơ sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy

Hình 2.4: Sơ đồ cấu tạo cảm biến lưu lượng khí nạp

Cảm biến lưu lượng khí nạp là một cảm biến đo lượng không khí đi qua bướm ga ECM sử dụng thông tin này để xác định thời gian phun nhiên liệu và để cung cấp được

tỷ lệ không khí – nhiên liệu thích hợp

Bên trong cảm biến MAF, có một dây sấy bằng platin được sấy nóng và tiếp xúc với dòng khí nạp Bằng cách cấp một dòng điện nhất định đến bộ sấy ECM sấy nóng nó đến một nhiệt độ nhất định, dòng không khí đi qua làm nguội cả dây sấy và nhiệt điện

trở bên trong, ảnh hưởng đến điện trở của chúng Để duy trì một giá trị dòng điện không đổi ECM thay đổi điện áp cấp đến những bộ phận này trong cảm biến MAF

Độ lớn của điện áp tỷ lệ thuận với dòng không khí qua cảm biến, ECM dùng nó để tính toán lượng không khí nạp

Mạch này có cấu tạo sao cho dây sấy platin và cảm biến nhiệt độ tạo thành một mạch cầu và transistor nguồn được điều khiển sao cho điện thế tại A và B luôn luôn bằng nhau để duy trì nhiệt độ định trước

Hình 2.5: Sơ đồ mạch điện bên trong của cảm biến lưu lượng khí nạp

Khi dây sấy này (Rh) được làm mát bằng không khí nạp, điện trở tăng lên dẫn đến

sự hình thành độ chênh giữa các điện thế của các điểm A và B Một bộ khuyếch đại xử

lý phát hiện chênh lệch này và làm tăng điện áp đặt vào mạch này (làm tăng dòng điện chạy qua dây sấy (Rh)) Khi thực hiện việc này, nhiệt độ của dây sấy (Rh) lại tăng lên dẫn đến việc tăng tương ứng trong điện trở cho đến khi điện thế của các điểm A và B trở nên bằng nhau (các điện áp của các điểm A và B trở nên cao hơn) Bằng cách sử dụng các đặc tính của loại mạch cầu này, cảm biến lưu lượng khí nạp có thể đo được khối lượng không khí nạp bằng cách phát hiện điện áp ở điểm B

Hình 2.6: Sơ đồ mạch điện bên trong của cảm biến lưu lượng khí nạp

Trong hệ thống này, nhiệt độ của dây sấy (Rh) được duy trì liên tục ở nhiệt độ không đổi cao hơn nhiệt độ của không khí nạp, bằng cách sử dụng nhiệt điện trở (Ra)

Do đó, vì có thể đo được khối lượng khí nạp một cách chính xác mặc dù nhiệt độ khí nạp thay đổi, ECU của động cơ không cần phải hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu đối với nhiệt độ không khí nạp Ngoài ra, khi mật độ không khí giảm đi ở các độ cao lớn, khả năng làm nguội của không khí giảm xuống so với cùng thể tích khí nạp ở mức nước biển Do đó mức làm nguội cho dây sấy này giảm xuống Vì khối khí nạp được phát hiện cũng sẽ giảm xuống, nên không cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn

2.4.3 Cảm biến vị trí bướm ga:

Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga

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

bướm ga và quay cùng với bướm ga.Khi bướm ga mở, các nam châm quay cùng một lúc, và các nam châm này thay đổi vị trí của chúng Vào lúc đó, IC Hall phát hiện sự thay đổi từ thông gây ra bởi sự thay đổi của vị trí nam châm và tạo ra điện áp ra của hiệu ứng Hall từ các cực VTA1 và VTA2 theo mức thay đổi này Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu mở bướm ga Cảm biến này không chỉ phát hiện chính xác độ mở của bướm ga mà còn sử dụng phương pháp không tiếp điểm và có cấu tạo đơn giản, vì thế nó không dễ bị hỏng Ngoài ra, để duy trì độ tin cậy của cảm biến này, nó phát ra các tín hiệu từ hai hệ thống có các tính chất khác nhau

Các cảm biến vị trí bướm ga có hai mạch cảm biến mà mỗi phát đi một tín hiệu, VTA1 và VTA2

VTA1 được sử dụng để phát hiện góc mở của bướm ga và VTA2 được sử dụng để phát hiện hư hỏng của VTA1 Điện áp tín hiệu cảm biến này thay đổi trong khoảng từ 0V đến 5V, tương ứng với góc mở của van tiết lưu, và chúng được truyền đến cực VTA của ECM

Khi bướm ga đóng, điện áp phát ra của cảm biến sẽ giảm, khi bướm ga mở điện áp phát ra của cảm biến sẽ tăng, ECM tính toán góc mở của bướm ga theo những tín hiệu này và điều khiển bộ chấp hành bướm ga để đáp ứng yếu cầu làm việc của động cơ Những tín hiệu này được sử dụng trong các tính toán như hiệu chỉnh tỉ lệ không khí nhiên liệu, điều chỉnh tăng công suất và điều chỉnh cắt nhiên liệu

2.4.4 Cảm biến vị trí trục khuỷu:

Hình 2.8: Kết cấu, sơ đồ và đường đặc tính cảm biến vị trí trục khuỷu

Hệ thống cảm biến vị trí trục khuỷu bao gồm đĩa tín hiệu cảm biến CKP và cuộn nhận tín hiệu Đĩa tín hiệu có 34 răng và được lắp trên trục khuỷu Cuộn nhận tín hiệu được làm từ cuộn dây đồng, một lõi sắt và một nam châm

Đĩa tín hiệu cảm biến quay và khi từng răng của nó đi qua cuộn dây tín hiệu, một xung tín hiệu được tạo ra Cuộn nhận tín hiệu sinh ra 34 tín hiệu ứng với một vòng quay của động cơ ECM nhận biết vị trí của trục khuỷu và tốc độ động cơ dựa vào các tín hiệu này Dùng những tính toán này để điều khiển thời gian phun nhiên liệu và thời điểm đánh lửa

2.4.5 Cảm biến vị trí trục cam:

Hình 2.9: Kết cấu, sơ đồ và đường đặc tính cảm biến vị trí trục cam

Cảm biến vị trí trục cam (CMP) bao gồm một nam châm, lõi thép được cuốn bằng dây đồng và được lắp trên nắp qui láp Khi trục cam quay, 3 răng trên trục cam sẽ đi qua cảm biến (CMP) Điều này làm kích hoạt từ trường trong cảm biến và sinh ra một điện áp trong cuộn dây đồng Trục cam quay cùng với chuyển động quay của trục khuỷu Khi trục khuỷu quay hai vòng, sẽ sinh ra điện áp 3 lần trong cảm biến CMP Điện áp sinh ra trong cảm biến tác dụng như một tín hiệu cho phép ECM xác định được vị trí của trục cam Tín hiệu này được dùng để điều khiển thời điểm đánh lửa, thời điểm phun nhiên liệu và điều khiển hệ thống VVT-i

2.4.6 Cảm biến kích nổ:

Hình 2.10: Cảm biến kích nổ

Nó được gắn trên thân xy lanh để cảm nhận xung kích nổ phát sinh trong động cơ

và gởi tín hiệu này đến ECU động cơ làm trễ thời điểm đánh lửa nhằm ngăn chặn hiện tượng kích nổ

Hình 2.11: Cấu tạo cảm biến kích nổ

Thành phần áp điện trong cảm biến được chế tạo bằng tinh thể thạch anh, là vật liệu khi có áp lực sẽ sinh ra điện áp, phần tử áp điện được thiết kế có kích thước và tần

số riêng trùng với tần số rung của động cơ Khi có hiện tượng kích nổ để xảy ra hiện tượng cộng hưởng (f = 6kHz – 15kHz) Như vậy khi có hiện tượng kích nổ, tinh thể thạch anh sẽ chịu áp lực lớn nhất và sinh ra một điện áp Tín hiệu điện áp này có giá trị nhỏ hơn 2,4V Nhờ tín hiệu này ECU nhận biết hiện tượng kích nổ và điều chỉnh giảm góc đánh lửa cho đến khi không còn hiện tượng kích nổ ECU động cơ có thể điều chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại

2.4.7 Cảm biến tỉ lệ không khí – nhiên liệu:

ECM sử dụng các thông tin từ cảm biến A/F để điều chỉnh tỉ lệ A/F và duy trì nó ở gần mức lý tưởng Việc này sẽ tối ưu hóa khả năng của bộ trung hòa khí xả ba thành phần để lọc khí xả

Cảm biến A/F sẽ xác định lượng ôxy trong khí xả và truyền tín hiệu đến ECM Mặt bên trong của phần tử cảm biến được tiếp xúc với không khí bên ngoài Mặt bên ngoài của cảm biến tiếp xúc với khí xả, các phần tử cảm biến được làm bằng bạch kim (platin) có phủ chất zirconia và có chứa phần tử sấy tích hợp Phần tử zircinia sẽ sinh

ra một điện áp nhỏ khi có một sự chênh lệch lớn trong nồng độ ôxy giữa khí xả và không khí bên ngoài Lớp mạ bạch kim khuyếch đại điện áp này

Cảm biến A/F hoạt động hiệu quả hơn khi được sấy nóng Khi nhiệt độ khí xả thấp cảm biến không thể tạo ra đủ tín điện áp khi không được sấy bổ trợ ECM điều chỉnh bộ sấy bằng cách sử dụng chu kỳ hiệu dụng tiếp cận để điều chỉnh dòng điện trung bình trong phần tử bộ sấy cảm biến

Nếu dòng điện đi qua bộ sấy nằm ngoài phạm vi bình thường, tín hiệu được truyền bởi cảm biến A/F trở nên không chính xác, kết quả là ECM không thể hiệu chỉnh tỉ lệ không khí nhiên liệu chính xác được

Hình 2.13: Kết cấu, sơ đồ và đường đặc tính cảm biến tỉ lệ không khí – nhiên liệu 2.4.8 Cảm biến ôxy:

Cảm biến ôxy được lắp ở phía sau của bộ trung hòa khí xả ba thành phần để phát hiện nồng độ ôxy trong khí xả, vì cảm biến này được tích hợp với bộ sấy để làm

nóng cảm biến, cho phép nó có thể phát hiện nồng độ ôxy ngay cả khi lượng khí nạp là thấp (nhiệt độ khí xả thấp)

Hình 2.14: Kết cấu cảm biến ôxy

Cảm biến ôxy 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 của cảm biến này, và phía ngoài của cảm biến lộ ra phía khí thải Ở nhiệt độ cao (400°C [752°F] hay cao hơn), phần tử zirconi tạo ra một điện áp như là do sự chênh lệch lớn giữa các nồng độ của ôxy ở phía trong

và phía ngoài của phần tử zirconi này

Hình 2.15: Sơ đồ và đường đặc tính cảm biến ôxy

Ngoài ra, platin tác động như một chất xúc tác để gây ra phản ứng hóa học giữa ôxy và cácbon monoxit (CO) trong khí xả Vì vậy, điều này sẽ làm giảm lượng ôxy và tăng tính nhạy cảm của cảm biến Khi hỗn hợp không khí - nhiên liệu nghèo, phải có ôxy trong khí xả sao cho chỉ có một chênh lệch nhỏ về nồng độ của ôxy giữa bên

áp thấp (gần 0V) Ngược lại, khi hỗn hợp không khí - nhiên liệu giàu, hầu như không

có ôxy trong khí xả Vì vậy, có sự khác biệt lớn về nồng độ ôxy giữa bên trong và bên ngoài của cảm biến này để phần từ zirconi tạo ra một điện áp tương đối lớn (xấp xỉ 1V) Căn cứ vào tín hiệu OX do cảm biến này truyền đến, 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 Một số cảm biến ôxy zirconi có các bộ sấy để sấy nóng phần từ zirconi Bộ sấy này cũng được ECU động cơ điều khiển Khi lượng không khí nạp thấp (nói khác đi, khi nhiệt độ khí xả thấp), dòng điện được truyền đến

bộ sấy để làm nóng cảm biến này

2.4.9 Van VVT-i:

Thông thường, thời điểm phân phối khí được cố định, những hệ thống VVT-i sử dụng áp suất thủy lực để làm quay trục cam nạp và thay đổi thời điểm phối khí Điều này có thể làm tăng công suất, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và giảm khí xả gây ô nhiễm

Hình 2.16: Sơ đồ đường đi áp suất dầu phối khí trục cam tại thời điểm làm muộn

Như trong hình minh họa, hệ thống này được thiết kế để điều khiển thời điểm

khuỷu để đạt được thời điểm phối khí tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ dựa trên tín hiệu từ các cảm biến

Thời điểm phối khí được điều khiển như sau

Khi nhiệt độ thấp, khi tốc độ thấp ở tải nhẹ, hay khi tải nhẹ

Hình 2.17: Sơ đồ đường đi áp suất dầu phối khí trục cam tại thời điểm làm muộn

Thời điểm phối khí của trục cam nạp được làm muộn trở lại và độ trùng lặp xúpap giảm đi để giảm khí xả chạy ngược trở lại phía nạp Điều này làm ổn định chế độ không tải và cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và tính khởi động

Khi tải trung bình, hay khi tốc độ thấp và trung bình ở tải nặng

Hình 2.18: Sơ đồ đường đi áp suất dầu phối khí trục cam tại thời điểm làm sớm

Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xúpap tăng lên để tăng EGR nội bộ và giảm mất mát do bơm Điều này cải thiện ô nhiễm khí xả và tính kinh tế nhiên liệu

Ngoài ra, cùng lúc đó thời điểm đóng xúpap nạp được đẩy sớm lên để giảm hiện tượng quay ngược khí nạp lại đường nạp và cải thiên hiệu quả nạp

Khi tốc độ cao và tải nặng

Thời điểm phối khí được làm sớm lên và độ trùng lặp xúpap tăng lên để tăng EGR nội bộ và giảm mất mát do bơm Điều này cải thiện ô nhiễm khí xả và tính kinh tế

Ngoài ra cùng lúc đó thời điểm xúpap nạp được đẩy sớm lên để giảm hiện tượng quay ngược khí nạp lại đường nạp và cải thiện hiệu quả nạp

Hình 2.19: Cấu tạo của hệ thống VVT-i

Ngoài ra điều khiển phản hồi được sử dụng để giữ thời điểm phối khí xúpap nạp thực tế ở đứng thời điểm tính toán bằng cảm biến vị trí trục cam

Cấu tạo

Bộ chấp hành của hệ thống VVT-i bao gồm bộ điều khiển VVT-i dùng để xoay trục cam nạp, áp suất dầu dùng làm lực xoay cho bộ điều khiển VVT-i, và van điều khiển dầu phân phối trục cam để điều khiển đường đi của dầu

1 Bộ điều khiển VVT-i

Bộ điều khiển bao gồm một vỏ được dẫn động bởi xích cam và các cánh gạt được

cố định trên trục cam nạp Áp suất dầu gửi từ phía làm sớm hay làm muộn trục cam nạp sẽ xoay các cánh gạt của bộ điều khiển VVT-i theo hướng chu vi để thay đổi liên tục thời điểm phối khí của trục cam nạp

Khi động cơ ngừng, trục cam nạp chuyển động đến trạng thái muộn nhất để duy trì khả năng khởi động Khi áp suất dầu không đến bộ điều khiển VVT-i ngay lập tức sau khi động cơ khởi động, chốt hãm sẽ hãm các cơ cấu hoạt động của bộ điều khiển VVT-i để tránh tiếng gõ

2 Van điều khiển dầu phối khí trục cam

Van điều khiển dầu phối khí trục cam hoạt động theo sự điều khiển từ ECM động

cơ để điều khiển vị trí của van ống và phân phối áp suất dầu cấp đến bộ điều khiển VVT-i đến phía làm sớm hay làm muộn Khi động cơ ngừng hoạt động, thời điểm phối khí xúpap nạp được giữ ở góc muộn tối đa

Hoạt động:

Van điều khiển dầu phối khí trục cam chọn đường dầu đến bộ điều khiển VVT-i tương ứng với độ lớn dòng điện từ ECU động cơ Bộ điều khiển VVT-i quay trục cam nạp tương ứng với vị trí nơi mà đặt áp suất đầu vào, để làm sớm, làm muộn hoặc duy trì thời điểm phối khí

ECU động cơ tính toán thời điểm đóng mở xúpap tối ưu dưới các điều kiện hoạt động khác nhau theo tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt độ nước làm mát để điều khiển van điều khiển dầu phối khí trục cam Hơn nửa, ECU dùng các tín hiệu từ các cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu để tính toán thời điểm phối khí thực tế và thực hiện điều khiển phản hồi để đạt được thời điểm phối khí chuẩn

Làm sớm thời điểm phối khí

khi van điều khiển dầu phối khí trục cam được đặt ở vị trí như trên hình vẽ bằng ECU động cơ, áp suất dầu tác động lên khoang cánh gạt phía làm sớm thời điểm phối khí để quay trục cam nạp về chiều làm sớm thời điểm phối khí

Hình 2.20: Nguyên lý làm sớm Hình 2.21: Nguyên lý làm muộn

Làm muộn thời điểm phối khí

Khi ECU đặt van điều khiển thời điểm phối khí trục cam ở vị trí như chỉ ra trong hình vẽ, áp suất dầu tác dụng lên khoang cánh gạt phía làm muộn thời điểm phối khí

để làm quay trục cam nạp theo chiều quay làm muộn thời điểm phối khí

Giữ

ECU động cơ tính toán góc phối khí chuẩn theo tình trạng vận hành Sau khi đặt thời điểm phối khí chuẩn, van điều khiển dầu phối khí trục cam duy trì đường dầu đóng như được chỉ ra trên hình vẽ, để giữ thời điểm phối khí hiện tại

Hình 2.22: Nguyên lý giữ thời điểm phối khí