Khảo sát hệ thống nhiên liệu động cơ 1tr - Fe

o gây khó khăn khi khởi động lại động cơ. Ðiều khiển bơm nhiên liệu: Bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy. Ðiều này tránh cho nhiên liệu không bị bơm đến động cơ trong trường hợp khóa điện bật ON nhưng động cơ chưa chạy. Hiện nay có nhiều phương pháp điều khiển bơm nhiên liệu Khi động cơ đang quay khởi động. Dòng điện chạy qua cực ST2 của khóa điện đến cuộn dây máy khởi động (kí hiệu ST) và dòng diện vẫn chạy từ cực STAcủa ECU (tín hiệu STA). Khi tín hiệu STA và tín hiệu NE được truyền đến ECU, transitor công suất bật ON, dòng điện chạy đến cuộn dây mở mạch (C/OPN), rơle mở mạch bật lên, nguồn điện cấp đến bơm nhiên liệu và bơm hoạt động. Khi động cơ đã khởi động. Sau khi động cơ đã khởi động, khóa điện được trở về vị trí ON (cực IG2) từ vị trí Start cực (ST), trong khi tín hiệu NE đang phát ra (động cơ đang nổ máy), ECU giữ Tr bật ON, rơle mở mạch ON bơm nhiên liệu được duy trì hoạt động Khi động cơ ngừng. Khi động cơ ngừng, tín hiệu NE đến ECU động cơ bị tắt. Nó tắt Transistor, do đó cắt dòng điện chạy đến cuộn dây của rơle mở mạch. Kết quả là, rơle mở mạch tắt ngừng bơm nhiên liệu. Hình 5.3: Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên liệu. 1:Cầu chì dòng cao; 2,6,8,9:Cầu chì; 3,4,10:Rơ le; 5:Bơm; 7:Khóa điện; 11:Máy khởi động. 5.1.2.2. Bộ lọc nhiên liệu. Lọc nhiên liệu lọc tất cả các chất bẩn và tạp chất khác ra khỏi nhiên liệu. Nó được lắp tại phía có áp suất cao của bơm nhiên liệu. Ưu điểm của loại lọc thấm kiểu dùng giấy là giá rẻ, lọc sạch. Tuy nhiên loại lọc này cũng có nhược điểm là tuổi thọ thấp, chu kỳ thay thế trung bình khoảng 4500km. Hình 5.4: Kết cấu bộ lọc nhiên liệu. 1:Thân lọc nhiên liệu; 2:Lõi lọc; 3:Tấm lọc; 4:Cửa xăng ra; 5:Tấm đỡ; 6:Cửa xăng vào. Xăng từ bơm nhiên liệu vào cửa (6) của bộ lọc, sau đó xăng đi qua phần tử lọc (2). Lõi lọc được làm bằng giấy, độ xốp của lõi giấy khoảng 10mm. Các tạp chất có kích thước lớn hơn 10mm được giữ lại đây. Sau đó xăng đi qua tấm lọc (3) các tạp chất nhỏ hơn 10mm được giữ lại và xăng đi qua cửa ra (5) của bộ lọc là xăng tương đối sạch cung cấp quá trình nạp cho động cơ. 5.1.2.3. Bộ giảm rung động. Áp suất nhiên liệu được duy trì tại 2,55 hoặc 2,9 kg/cm2 tùy theo độ chân không đường nạp bằng bộ ổn định áp suất. Tuy nhiên vẫn có sự dao động nhỏ trong áp suất đường ống do phun nhiên liệu. Bộ giảm rung động có tác dụng hấp thụ các dao động này bằng một lớp màng. 5.1.2.4. Bộ ổn định áp suất. Bộ điều chỉnh áp suất được bắt ở cuối ống phân phối. Nhiệm vụ của bộ điều áp là duy trì và ổn định độ chênh áp trong đường ống. Bộ điều chỉnh áp suất nhiên liệu cấp đến vòi phun phụ thuộc vào áp suất trên đường ống nạp. Lượng nhiên liệu được điều khiển bằng thời gian của tín hiệu phun, nên để lượng nhiên liệu được phun ra chính xác thì mức chênh áp giữa xăng cung cấp đến vòi phun và không gian đầu vòi phun phải luôn luôn giữ ở mức 2,9 kG/cm2 và chính bộ điều chỉnh áp suất bảo đảm trách nhiệm này. Hình 5.5: Sự điều chỉnh áp suất nhiên liệu theo áp suất đường ống nạp của bộ ổn định áp suất. Hình 5.6: 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. Nguyên lý làm việc của bộ ổn định . Nhiên liệu có áp suất từ dàn ống phân phối sẽ ấn màng (4) làm mở van (3). Một phần nhiên liệu chạy ngược trở lại thùng chứa qua đường nhiên liệu trở về thùng (6). Lượng nhiên liệu trở về phụ thuộc vào độ căng của lò xo màng, áp suất nhiên liệu thay đổi tuỳ theo lượng nhiên liệu hồi. Ðộ chân không của đường ống nạp được dẫn vào buồng phía chứa lò xo làm giảm sức căng lò xo và tăng lượng nhiên liệu hồi, do đó làm giảm áp suất nhiên liệu. Nói tóm lại, khi độ chân không của đường ống nạp tăng lên (giảm áp), thì áp suất nhiên liệu chỉ giảm tương ứng với sự giảm áp suất đó. Vì vậy áp suất của nhiên liệu A và độ chân không đường nạp B được duy trì không đổi. Khi bơm nhiên liệu ngừng hoạt động, lò xo (2) ấn van (3) đóng lại. Kết quả là van một chiều bên trong nhiên liệu và van bên trong bộ điều áp duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu. 5.1.2.5. Vòi phun xăng điện từ. Vòi phun trên động cơ 1TR-FE là loại vòi phun đầu dài, trên thân vòi phun có tấm cao su cách nhiệt và giảm rung cho vòi phun, các ống dẫn nhiên liệu đến vòi phun được nối bằng các giắc nối nhanh. Vòi phun hoạt động bằng điện từ, lượng phun và thời điểm phun nhiên liệu phụ thuộc vào tín hiệu từ ECU. Vòi phun được lắp vào nắp quy lát ở gần cửa nạp của từng xy lanh qua một tấm đệm cách nhiệt và được bắt chặt vào ống phân phối xăng. Kết cấu và nguyên lý hoạt động của vòi phun. Khi cuộn dây (4) nhận được tín hiệu từ ECU, piston (7) sẽ bị kéo lên thắng được sức căng của lò xo. Do van kim và piston là cùng một khối nên van cũng bị kéo lên tách khỏi đế van của nó và nhiên liệu được phun ra. Hình 5.7: 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. Lượng phun được điều khiển bằng khoảng thời gian phát ra tín hiệu của ECU. Do độ mở của van được giữ cố định trong khoảng thời gian ECU phát tín hiệu, vậy lượng nhiên liệu phun ra chỉ phụ thuộc vào thời gian ECU phát tín hiệu. Mạch điện điều khiển vòi phun: Hiện có 2 loại vòi phun, loại có điện trở thấp1,5-3W và loại có điện trở cao13,8W, nhưng mạch điện của hai loại vòi phun này về cơ bản là giống nhau. Điện áp ắc quy được cung cấp trực tiếp đến các vòi phun qua khóa điện. Các vòi phun được mắt song song. Động cơ 1TR-FE với kiểu phun độc lập nên mỗi vòi phun của nó có một transitor điều khiển phun. Hình 5.8: Sơ đồ mạch điện điều khiển vòi phun động cơ 1TR-FE. 1:Ắc quy; 2:Cầu chì dòng cao; 3:Khóa điện; 4:Cầu chì; 5:Vòi phun. 5.1.2.6. Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu. Do yêu cầu bảo vệ môi trường ngày càng khắt khe, hơi xăng tạo ra trong trong thùng chứa trên xe hiện đại sẽ không được thải ra ngoài mà được đưa trở lại đường nạp động cơ. Hình 5.9: Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu động cơ 1TR-FE. 1:Bướm ga; 2:Van điện từ; 3:Van một chiều; 4:Thùng xăng; 5:Van chân không của nắp bình xăng; 6:Bộ lọc than hoạt tính. Hơi nhiên liệu bốc lên từ bình nhiên liệu, đi qua van một chiều (3) và đi vào bộ lọc than hoạt tính(6). Than sẽ hấp thụ hơi nhiên liệu. Lượng hơi được hấp thụ này sẽ được hút từ cửa lọc của cổ họng gió vào xy lanh để đốt cháy khi động cơ hoạt động. ECU điều khiển dòng khí bằng cách điều chỉnh độ mở của van điện từ. Van chân không (5) của nắp bình nhiên liệu được mở ra để hút không khí từ bên ngoài vào bình nhiên liệu khi trong thùng có áp suất chân không. 5.2. HỆ THỐNG CUNG CẤP KHÔNG KHÍ ĐỘNG CƠ 1TR-FE. 5.2.1. Sơ đồ hệ thống cung cấp không khí. Không khí Lọc không khí Các xy lanh Đường ống nạp Cổ họng gió Ống góp nạp Cảm biến lưu lượng khí nạp Hình 5.10: Sơ đồ khối hệ thống nạp. Hệ thống nạp khí cung cấp lượng không khí cần cho sự cháy đến các xylanh động cơ. Không khí đi qua lọc gió, sau đó đến cảm biến lưu lượng khí nạp, cổ họng gió, qua ống góp nạp và các đường ống rồi đến các xylanh trong kỳ nạp. 5.2.2. Các bộ phận của hệ thống cung cấp không khí. 5.2.2.1. Lọc không khí. Lọc không khí nhằm mục đích lọc sạch không khí trước khi không khí đi vào động cơ. Nó có vai trò rất quan trọng nhằm làm giảm sự mài mòn của động cơ. Trên động cơ 1TR-FE dùng kiểu lọc thấm, lõi lọc bằng giấy. Loại này có ưu điểm giá thành không cao, dễ chế tạo. Tuy vậy nhược điểm là tuổi thọ thấp, chu kỳ thay thế ngắn. 5.2.2.2. Cổ họng gió: 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 dùng để thay đổi lượng không khí dùng trong quá trình hoạt động của động cơ, cảm biến vị trí bướm ga lắp trên trục của bướm ga nhằm nhận biết độ mở bướm ga, môtơ bướm ga để mở và đóng bướm ga, và một lò xo hồi để trả bướm ga về một trí cố định. Môtơ bướm ga ứng dụng một môtơ điện một chiều (DC) có độ nhạy tốt và ít tiêu thụ năng lượng. Hình 5.11: Kết cấu cổ họng gió. 1:Môtơ bước; 2:Bướm ga; 3:Các nam châm; 4:Các bánh răng giảm tốc; 5:IC HALL(cảm biến vị trí bướm ga). Nguyên lý làm việc: ECU động cơ điều khiển độ lớn và hướng của dòng điện chạy đến môtơ điều khiển bướm ga, làm quay hay giữ môtơ, và mở hoặc đóng bướm ga qua một cụm bánh răng giảm tốc. Góc mở bướm ga thực tế được phát hiện bằng một cảm biến vị trí bướm ga, và thông số đó được phản hồi về ECU động cơ. Khi dòng điện không chạy qua môtơ, lò xo hồi sẽ mở bướm ga đến vị trí cố định (khoảng 70). Tuy nhiên, trong chế độ không tải bướm ga có thể được đóng lại nhỏ hơn so với vị trí cố định. Khi ECU động cơ phát hiện thấy có hư hỏng, nó bật đèn báo hư hỏng trên đồng hồ táp lô đồng thời cắt nguuồn đến môtơ, nhưng do bướm ga được giữ ở góc mở khoảng 70, xe vẫn có thể chạy đến nơi an toàn. 5.2.2.3. 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 5.12: Ống góp hút và đường ống nạp 1:Ống góp hút; 2:Đường ống nạp 5.3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ ĐỘNG CƠ 1TR-FE. 5.3.1. Nguyên lý chung. Hệ thống điều khiển phun xăng điện tử trên động cơ 1TR-FE về cơ bản được chia thành ba bộ phận chính: Các cảm biến: có nhiệm vụ nhận biết các hoạt động khác nhau của động cơ và phát ra các tín hiệu gửi đến ECU hay còn gọi là nhóm tín hiệu vào. ECU: có nhiệm vụ xử lý và tính toán các thông số đầu vào từ đó phát ra các tín hiệu điều khiển đầu ra. Các cơ cấu chấp hành: Trực tiếp điều khiển lựợng phun thông qua các tín hiệu điều khiển nhận được từ ECU. 5.3.2. Sơ đồ điều khiển lượng phun. 1- Cảm biến lưu lượng khí nạp 2-Cảm biến nhiệt độ khí nạp 3- Cảm biến vị trí bướm ga 4- Cảm biến ôxy 5-Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 6- Cảm biến vị trí trục cam 7- Cảm biến vị trí trục khuỷu 8- Cảm biến kích nổ 9- Cảm biến vị trí bàn đạp ga. ECU Các Vòi phun Hình 5.13. Sơ đồ khối hệ thống phun xăng điện tử. 5.3.3. Các cảm biến. 5.3.3.1. Cảm biến lưu lượng khí nạp. Kết cấu và nguyên lý hoạt động. Hình 5.14: Kết cấu caím biãún læu læåüng khê nạp kiểu dây nóng. 1:nhiệt điện trở; 2:dây sấy platin. Nguyên lý hoạt động. Dòng điện chạy vào dây sấy làm cho nó nóng lên. Khi không khí chạy qua, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối lượng không khí nạp, bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ dây sấy không đổi, dòng điện đó sẽ tỉ lệ thuận với lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó ta xác định được lượng không khí nạp. Trong trường hợp này, dòng điện có thể chuyển thành điện áp và gửi đến ECU động cơ. Mạch điện cảm biến đo lưu lượng khí. Hình 5.15: Sơ đồ kết cấu và điều khiển của cảm biến đo lưu lượng không khí. 1:Bộ khuyếch đại; 2:Ra(nhiệt điện trở); 3:Ra(bộ sấy). Cảm biến lưu lượng khí nạp có một dây sấy được ghép vào mạch cầu. Mạch cầu này có đặc tính là các điện thế tại điểm A và B bằng nhau khi tích của điện trở theo đường chéo bằng nhau (Ra + R3)*R1=Rh*R2. Khi dây sấy (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). Khi thực hiện việc này, nhiệt độ của dây sấy 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 khí nạp bằng cách phát hiện điện áp ở điểm B. Trong hệ thống này nhiệt độ của dây sấy (Rh) được duy trì liên tục ở nhiệt độ không đổi cao hơn nhiệt độ của không khí nạp, bằng cách sử dụng nhiệt điện trở (Ra). Do đó có thể đo được khối lượng khí nạp một cách chính xác mặc dù nhiệt độ khí nạp thay đổi, ECU động cơ không cần phải hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu đối với nhiệt độ không khí nạp. Ngoài ra khi nhiệt độ không khí giảm ở các độ cao lớn, khả năng làm ngưội 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 giảm xuống, nên không cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn. Khi ECU phát hiện thấy cảm biến lưu lượng bị hỏng một mã nào đó, ECU sẽ chuyển vào chế độ dự phòng. Khi ở chế độ dự phòng, thời điểm đánh lửa được tính toán bằng ECU, dựa vào tốc độ động cơ và vị trí của bướm ga. Chế độ dự phòng tiếp tục cho đến khi hư hỏng được sửa chữa. 5.3.3.2. Cảm biến nhiệt độ khí nạp. Kết cấu và nguyên lý hoạt động. Cảm biến nhiệt độ khí nạp lắp bên trong cảm biến lưu lượng khí nạp và theo dõi nhiệt độ khí nạp. Cảm biến nhiệt độ khí nạp sử dụng một nhiệt điện trở - điện trở của nó thay đổi theo nhiệt độ khí nạp, có đặc điểm là điện trở của nó giảm khi nhiệt độ khí nạp tăng. Sự thay đổi của điện trở được thông tin gửi đến ECU dưới sự thay đổi của điện áp. Hình 5.16: Kết cấu caím biãún nhiệt độ khê nạp. 1:Nhiệt điện trở; 2:Vỏ cảm biến Mạch điện cảm biến đo lưu lượng khí. Hình 5.17: Sơ đồ điện cảm biến nhiệt độ khí nạp 1:Khối cảm biến; 2: Điện trở nhiệt; 3:ECU; 4: Điện trở giới hạn dòng. Cảm biến nhiệt độ khí nạp có một nhiệt điện trở được mắc nối tiếp với điện trở được gắn trong ECU động cơ sao cho điện áp của tín hiệu được phát hiện bỡi ECU động cơ sẽ thay đổi theo các thay đổi của nhiệt điện trở này, khi nhiệt độ của khí nạp thấp, điện trở của nhiệt điện trở lớn tạo nên một tín hiệu điện áp cao trong tín hiệu THA. 5.3.3.3. Cảm biến vị trí bướm ga. Kết cấu và nguyên lý hoạt động. Cảm biến vị trí bướm ga loại không tiếp xúc Cảm biến vị trí bướm ga sẽ chuyển sự thay đổi mật độ đường sức của từ trường thành tín hiệu điện. Hình 5.18:cảm biến vị trí bướm ga. 1:Các IC Hall; 2:Các nam châm; 3: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 trên trục của bướm ga và quay cùng trục 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 thay đổi từ thông gây ra bỡi sự thay đổi vị trí nam châm và tạo ra điện áp của hiệu ứng Hall từ các cực VTA và VTA2 theo mức thay đổi này. Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu mở bướm ga. Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga Hình 5.19: Sơ đồ điện cảm biến vị trí bướm ga 1:Các IC Hall; 2:Các nam châm Cảm biến vị trí bướm ga có 2 tín hiệu phát ra VTA và VTA2. VTA được dùng để phát hiện góc mở bướm ga và VTA2 được dùng để phát hiện hư hỏng trong VTA. Điện áp cấp vào VTA và VTA2 thay đổi từ 0-5V tỉ lệ thuận với góc mở của bướm ga. ECU thực hiện một vài phép kiểm tra để xác định đúng hoạt động của cảm biến vị trí bướm ga và VTA. ECU đánh giá góc mở bướm ga thực tế từ các tín hiệu này qua các cực VTA và VTA2, và ECU điều khiển môtơ bướm ga, nó điều khiển góc mở bướm ga đúng với đầu vào của người lái 5.3.3.4. Cảm biến ôxy. Kết cấu và nguyên lý hoạt động. Hình 5.20: Kết cấu cảm biến ôxy. 1: Nắp; 2:Phần tử Zirconia; 3:Bộ sấy; 4:Không khí; 5: Phần tử Platin. Cấu tạo của cảm biến ôxy có bộ sấy bao gồm bộ sấy (3) và một phần tử chế tạo bằng ZrO2 (đi oxyt Ziconium) gọi là Ziconia (2). Cả mặt trong và mặt ngoài của phần tử này được phủ một lớp mỏng platin. Không khí bên ngoài được dẫn vào bên trong của cảm biến, còn bên ngoài phải tiếp xúc với khí xả . Tại nhiệt độ cao (4000C ) .Nếu ôxy giữa mặt ngoài và mặt trong của phần tử ZrO2 có sự chênh lệch về nồng độ thì phần tử ZrO2 sẽ sinh ra một điện áp giá trị từ 0-1(V) và truyền về ECU. Cụ thể là khi hỗn hợp không khí nhiên liệu nhạt thì sẽ có rất nhiều ôxy trong khí xả, sự chênh lệch về nồng độ ôxy giữa bên trong và bên ngoài cảm biến là nhỏ nên điện áp do ZrO2 tạo ra là thấp (gần bằng 0V). Ngược lại nếu hỗn hợp không khí nhiên liệu đậm thì ôxy trong khí xả gần như không còn, điều đó tạo ra sự chênh lệch lớn về nồng độ ôxy giữa bên trong và bên ngoài cảm biến nên điện áp do phần tử ZrO2 là lớn (xấp xỉ 1V). Lớp Platin (phủ lên phần tử gốm) có tác dụng như một chất xúc tác và làm cho ôxy trong khí xả phản ứng tạo thành CO. Ðiều đó làm giảm lượng ôxy và tăng độ nhạy của cảm biến. ECU sử dụng tín hiệu này của cảm biến ôxy để tăng hay giảm lượng phun nhằm giữ cho tỷ lệ xăng và không khí luôn đạt gần lý tưởng ở mọi chế độ làm việc của động cơ. Mạch điện cảm biến ôxy. Trong cảm biến có một bộ sấy được gắn phía trước để vận hành bộ trung hòa khí xả ba thành phần được tối ưu. Hình 5.21: Sơ đồ mạch điện cảm biến ôxy có bộ sấy. 5.3.3.5. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát. Kết cấu và nguyên lý hoạt động. Hình 5.22: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát. 1:Điện trở; 2:Thân cảm biến; 3:Lớp cách điện; 4:Giắc cắm dây. Nguyên lý làm việc: Khi động cơ hoạt động, cảm biến nhiệt độ nước làm mát thường xuyên theo dõi và báo cho ECU biết tình hình nhiệt độ nước làm mát động cơ. Nếu nhiệt độ nước làm mát của động cơ thấp (động cơ vừa mới khởi động) thì ECU sẽ ra lệnh cho hệ thống phun thêm xăng khi động cơ còn nguội. Cũng thông tin về nhiệt độ nước làm mát, ECU sẽ thay đổi điểm đánh lửa thích hợp với nhiệt độ động cơ. Khi ECU tính toán nhiệt độ nước làm mát thấp hơn -400C hoặc lớn hơn 1400C lúc này ECU sẽ báo hỏng và ECU nhập chế độ dự phòng với nhiệt độ quy ước là 800C. Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát. ` Hình 5.23: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát. 1:Khối cảm biến; 2:Điện trở nhiệt; 3:Khối điều khiển;4:Khối điện trở giới hạn dòng. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và điện trở R được mắc nối tiếp. Khi giá trị điện trở của cảm biến thay đổi theo sự thay đổi của nhiệt độ nước làm mát, điện áp tại cực THW cũng thay đổi theo. Dựa trên tín hiệu này ECU tăng lượng phun nhiên liệu nhằm nâng cao khả năng ổn định khi động cơ nguội. 5.3.3.6. Cảm biến vị trí trục cam. Kết cấu và nguyên lý hoạt động. Hình 5.24:Cảm biến vị trí trục cam. 1:Cuộn dây; 2: Thân cảm biến ; 3: Lớp cách điện; 4: Giắc cắm. Nguyên lý làm việc: trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín hiệu G có các 3 răng. Khi trục cam quay, khe hở không khí giữa các vấu nhô ra trên trục cam và cảm biến này sẽ thay đổi. Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G. Tín hiệu G này được truyền đi như một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp nó với tín hiệu NE từ trục khuỷu để xác định điểm chết trên kì nén của mỗi xy lanh để đánh lửa và phát hiện góc quay trục khuỷu. ECU động cơ dùng thông tin này để xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa. Mạch điện cảm biến vị trí trục cam. Hình 5.25: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam. 1:Rôto tín hiệu ; 2:Cuộn dây cảm biến vị trí trục cam. 5.3.3.7. Cảm biến vị trí trục khuỷu. Kết cấu và nguyên lý hoạt động. Hình 5.26:Cảm biến vị trí trục khuỷu. 1:Cuộn dây; 2: Thân cảm biến ; 3: Lớp cách điện; 4: Giắc cắm. Đĩa tạo tín hiệu NE được làm liền với puly trục khuỷu và có 36 răng, thiếu 2 răng (thiếu 2 răng vì ứng với từng tín hiệu được tạo ra do sự chuyển động quay của một răng ta sẽ xác định được 100 của góc quay trục khuỷu và xác định được góc đánh lửa sớm của động cơ). Chuyển động quay của đĩa tạo tín hiệu sẽ làm làm thay đổi khe hở không khí giữa các răng của đĩa và cuộn nhận tín hiệu NE, điều đó tạo ra tín hiệu NE. ECU sẽ xác định khoảng thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản dựa vào tín hiệu này. Khi răng càng ra xa cực nam châm thì khe hở không khí càng lớn, nên từ trở cao, do đó từ trường yếu đi. Tại vị trí đối diện, khe hở nhỏ, nên từ trường mạnh, tức là có nhiều đường sức từ cắt, trong cuộn dây sẽ xuất hiện một dòng điện xoay chiều, đường sức qua nó càng nhiều, thì dòng điện phát sinh càng lớn. Tín hiệu sinh ra thay đổi theo vị trí của răng, và nó được ECU đọc xung điện thế sinh ra, nhờ đó mà ECU nhận biết vị trí trục khuỷu và tốc động cơ. Loại tín hiệu NE này có thể nhận biết được cả tốc độ động cơ và góc quay trục khuỷu tại vị trí răng thiếu của đĩa tạo tín hiệu, nhưng không xác định được điểm chết trên của kỳ nén hay kỳ thải. Mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu. Hình 5.27: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu. 1:Rôto tín hiệu ; 2:Cuộn dây cảm biến vị trí trục cam. 5.3.3.8. Cảm biến tiếng gõ: Kết cấu và nguyên lý hoạt động. Cảm biến tiếng gõ trong động cơ 1TR-FE là loại phẳng (không cộng hưởng) có cấu tạo để phát hiện rung động trong phạm vi từ 6- 15khz. Bên trong cảm biến có một điện trở phát hiện hở mạch. Hình 5.28: Kết cấu cảm biến tếng gõ. 1:Thân cảm biến; 2:Phần tử áp điện; 3: Điện trở phát hiện hở mạch Cảm biến tiếng gõ 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. Cảm biến này có một phần tử áp điện tạo ra một điện áp AC khi tiếng gõ gây ra rung động trong thân máy và làm biến dạng phần tử này. Mạch điện cảm biến tếng gõ. Hình 5.29: Sơ đồ mạch điện cảm biến tiếng gõ. 1:phần tử áp điện; 2:điện trở. 5.3.3.9. Cảm biến vị trí bàn đạp ga: Kết cấu và nguyên lý hoạt động. Hình 5.30: Kết cấu cảm biến vị trí bàn đạp ga. 1:Mạch IC Hall; 2:Nam châm. Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga loại phần tử Hall: có cấu tạo và nguyên lý hoạt động về cơ bản giống như cảm biến vị trí bướm ga loại phàn tử Hall. Cảm biến vị trí bàn đạp chân 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 trên trục của bàn đạp chân ga và quay cùng trục bàn đạp chân ga. Khi đạp chân ga 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 thay đổi từ thông gây ra bỡi sự thay đổi vị trí nam châm và tạo ra điện áp của hiệu ứng Hall từ các cực VPA và VPA2 theo mức thay đổi này. Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu đạp chân ga. Mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga. Hình 5.31: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga. 1: Mạch IC Hall; 2: Nam châm. Trong cảm biến vị trí bàn đạp ga, điện áp được cấp đến cực VPA và VPA2 của ECU, thay đổi từ 0-5V tỷ lệ với góc của bàn đạp ga. VPA là tín hiệu chỉ ra góc mở bàn đạp thực tế và dùng để điều khiển động cơ. VPA2 thường được dùng để phát hiện các hư hỏng của cảm biến. ECU kiểm soát góc bàn đạp ga từ tín hiệu VPA và VPA2 phát ra và điều khiển môtơ bướm ga theo các tín hiệu này. 5.3.4. Hệ thống điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit). Bộ điều khiển điện tử đảm nhiện nhiều chức năng khác nhau tùy theo từng loại của nhà chế tạo. Chung nhất là bộ tổng hợp vi mạch và bộ phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, lưu trử thông tin, tính toán, quyết định chức năng hoạt động và gửi các tín hiệu đi thích hợp. Những bộ phận phụ hỗ trợ cho nó là các bộ ổn áp, điện trở hạn chế dòng. Vì lí do này bộ điều khiển có nhiều tên gọi khác nhau tùy theo nhà chế tạo. Trong đồ án này ta thường dùng ECU để chỉ chung cho bộ điều khiển điện tử. 5.3.4.1. Chức năng hoạt động cơ bản. Bộ điều khiển ECU hoạt động theo dạng tín hiệu số nhị phân điện áp cao biểu hiện cho số1, điện áp thấp biểu hiện cho số 0 trong hệ số nhị phân có hai số 0 và 1. Mỗi một số hạng 0 hoặc 1 gọi là 1 bít. Một dãy 8 bít sẽ tương đương 1byte hoặc một từ (word). Byte này được dùng biểu hiện cho một lệnh hoặc một mẫu thông tin. Một mạch tổ hợp (IC) tạo byte và trữ byte đó. Số byte mà IC có thể chứa là có giới hạn khoảng 64 kilobyte hoặc 256 kilobyte. Mạch tổ hợp IC còn gọi là con chíp IC, vì hình dạng của nó. IC có chức năng tính toán và tạo ra quyết định gọi là bộ vi xử lý (microprosessor). Bộ vi xử lý có thể là loại 8 bít, 16 bít hay cao hơn, số bít càng cao thì việc tính toán càng nhanh. Thông tin gửi đến bộ vi xử lý từ một con IC thường được gọi là bộ nhớ. Trong bộ nhớ chia ra làm nhiều loại: ROM: (read only memory): dùng trữ thông tin thường trực, bộ nhớ này chỉ đọc thông tin từ đó ra chứ không ghi vào được. Thông tin của nó đã được cài đặt sẵn, ROM cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý. PROM (programable Read Only Memory): cơ bản giống ROM ngoài ra trang bị thêm nhiều công dụng khác. RAM (Random Access Memory): bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên trữ thông tin. Bộ vi xử lý có thể nhập bội duy nhỏ cho RAM. RAM có hai loại: Loại RAM xoá được: bộ nhớ mất khi mất nguồn Loại RAM không xoá được: giữ duy trì bộ nhớ dù khi tháo nguồn. Ngoài bộ nhớ, bộ vi xử lý ECU còn có một đồng hồ để tạo ra xung ổn định và chính xác. Các bộ phận phụ: Ngoài bộ nhớ, vi xử lý và đồng hồ, ECU còn trang bị thêm các mạch giao tiếp giữa đầu vào và đầu ra gồm: Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành số còn gọi là bộ chuyển đổi A/D (Anlog to Digital). Bộ đếm (counter). Bộ nhớ trung gian (Buffer). Bộ khuyếch đại. Bộ ổn áp. Bộ chuyển đổi A/D (Anlog to digital converter) Dùng chuyển đổi các tín hiệu tương tự từ đầu vào thay đổi điện trở như trong các cảm biến nhiệt độ, cảm biến lưu lượng, cảm biến vị trí bướm ga thành các tín hiệu số để bộ vi xử lý hiểu được. Ngoài ra còn dùng một điện trở hạn chế dòng giúp bộ chuyển đổi A/D đo điện áp rơi trên cảm biến. Hình 5.32: Sơ đồ mạch chuyển đổi A/D. Bộ đếm (counter). Dùng để đếm xung. Ví dụ như từ cảm biến vị trí trục khuỷu rồi gửi lượng đếm về bộ xử lý. Hình 5.33: Sơ đồ mạch điện bộ đếm. Bộ nhớ trung gian (Buffer) Chuyển tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu sóng vuông dạng số. Nó không gửi lượng đếm như trong bộ đếm. Bộ phận chính là một transtor sẽ đóng mở theo cực tính của tín hiệu xoay chiều. Hình 5.34: Sơ đồ bộ nhớ trung gian. Bộ khuếch đại (Amplifier) Dùng để khuyếch đại tín hiệu từ các cảm biến gửi đến rồi sau đó gửi đến bộ xử lý để tính toán. Hình 5.35: Sơ đồ mạch bộ khuyếch đại. Bộ ổn áp (voltage regulator): Hạ điện áp xuống 5volt mục đích để tín hiệu báo được chính xác. Hình 5.36: Bộ ổn áp. Giao tiếp ngõ ra: Tín hiệu điều khiển từ bộ vi xử lý đưa đến các transitor công suất điều khiển rơle, solenoid môtơ. Các transitor này có thể được bố trí bên trong hoặc bên ngoài ECU. Hình 5.37: Giao tiếp ngõ ra. 5.3.4.2. Chức năng thực tế. ECU có hai chức năng chính: Điều khiển thời điểm phun: được quyết định theo thời điểm đánh lửa. Điều khiển lượng xăng phun: tức là xác định thời điểm phun, thời gian này quyết định theo: Tín hiệu phun cơ bản: được xác định theo tín hiệu tốc độ động cơ và tín hiệu lượng gió nạp. Tín hiệu hiệu chỉnh: được xác định từ các cảm biến (nhiệt độ, vị trí, mức độ tải, thành phần khí thải và từ các điều kiện của động cơ như: điện áp bình). 5.3.4.3. Các bộ phận của ECU. ECU được đặt trong vỏ kim loại để tránh nước văng. Nó được đặt ở nơi ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Các linh kiện điện tử của ECU được sắp xếp trong một mạch kín. Các linh kiện công suất của tầng cuối bắt liền với một khung kim loại của ECU mục đích để tản nhiệt tốt. Vì dùng IC và linh kiện tổ hợp nên ECU rất gọn, sự tổ hợp các nhóm chức năng trong IC (bộ tạo xung, bộ chia xung, bộ dao động đa hài điều khiển việc chia tần số) giúp ECU đạt độ tin cậy cao. Một đầu ghim đa chấu dùng nối ECU với hệ thống điện trên xe, với kim phun và các cảm biến. 5.3.4.4. Các thông số hoạt động của ECU. Các thông số chính. Là tốc độ động cơ và lượng gió nạp. Các thông số này là thước đo trực tiếp tình trạng tải của động cơ. Các thông số thích nghi Điều kiện hoạt động của động cơ luôn thay đổi thì tỷ lệ hoà khí phải thích ứng theo. Chúng ta sẽ đề cập đến các điều kiện hoạt động sau: Khởi động. Làm ấm. Thích ứng tải. Đối với khởi động và làm ấm ECU sẽ tính toán xử lý các tín hiệu của cảm biến nhiệt độ động cơ. Đối với tình trạng thay đổi tải thì mức tải không tải, một phần tải, toàn tải được chuyển tín hiêu đến ECU nhờ cảm biến vị trí bướm ga. Các thông số chính xác. Để đạt được chế độ vận hành tối ưu ECU xem thêm các yếu tố ảnh hưởng: Trạng thái chuyển tiếp khi gia tốc. Sự giới hạn tốc độ tối đa. Sự giảm tốc. Những yếu tố này được xác định từ các cảm biến đã nêu, nó có quan hệ và tác động tín hiệu điều khiển đến kim phun một cách tương ứng. ECU sẽ tính toán các thông số thay đổi cùng với nhau, mục đích cung cấp cho động cơ một lượng xăng cần thiết theo từng thời điểm. 5.3.4.5. Xử lý thông tin và tạo xung phun. Xung tín hiệu từ hệ thống đánh lửa được xử lý trong bộ ECU. Tín hiệu được gửi đến cực B của từng transitor công suất trong igniter theo thứ tự thì nổ và thời điểm đánh lửa của động cơ Điểm bắt đầu của xung đúng với thời điểm phun của kim. Hai vòng quay trục khuỷu mỗi kim phun sẽ phun một lần. Thời gian phun phụ thuộc vào lượng không khí và tốc độ động cơ. Thời gian phun cơ bản đựơc tạo ra nhờ bộ dao động đa hài điều khiển chia tần số, gọi là bộ DSM. DSM nhận thông tin tốc độ (n) từ bộ chia tần, cùng với tín hiệu gió vào Vs. DSM chuyển tín hiệu điện áp thành các xung điều khiển dạng chữ nhật mục đích để điều khiển lượng phun theo chu kỳ định sẵn. Thời gian phun cơ bản: tp quyết định theo lượng gió nạp và tốc độ động cơ. Có hai trường hợp phun như sau: Trường hợp 1: tốc độ động cơ n tăng khi lượng gió vào Q không đổi. Áp lực khí nạp giảm làm xylanh thiếu không khí, lúc này cần xăng ít nên thời gian tp ngắn. Trường hợp 2: công suất động cơ tăng hay tương ứng lượng khí nạp tính theo phút tăng trong khi đó tốc độ động cơ không đổi thì xylanh được nạp khí nhiều hơn, xăng càng nhiều hơn thời gian tp dài hơn. Khi vận hành bình thường, tốc độ động cơ và công suất thường thay đổi cùng lúc. Vì vậy DSM tính toán liên tục thời gian phun cơ bản tp. Ở tốc độ cao công suất động cơ cao (mức toàn tải) thời gian tp dài hơn, lượng xăng phun nhiều hơn. Thời gian phun hiệu chỉnh theo tình trạng hoạt động: Hình 5.38: Sơ đồ bộ xử lý và tạo xung. Thời gian phun được tính toán trong tần nhân của bộ ECU theo sơ đồ trên ta thấy: từ thời gian phun cơ bản tp tần nhân thu thập các thông tin về các điều kiện hoạt động của động cơ như chạy nóng, toàn tải... từ đó tính ra một hệ số hiệu chỉnh k. Tích số giữa k và tp ta dược thời gian hiệu chỉnh theo tình trạng hoạt động gọi là tm. Thời gian tm cộng thời gian tp kết quả thời gian phun dài ra, hỗn hợp giàu lên. Do đó thời gian tm được xem như thông số làm giàu hỗn hợp. Ví dụ khi khởi động lạnh, kim phun sẽ phun xăng nhiều hơn gấp hai đến ba lần so với lúc quá trình động cơ đã nóng lên. Thời gian hiệu chỉnh theo điện áp bình: Thời gian phụ thuộc rất nhiều vào điện thế bình. Điện áp bình càng thấp thì xăng phun càng ít vì do sự kích phun trễ. Đối với bình điện có điện áp thấp như trường hợp sau khi khởi động thì cần được bù một lượng thích hợp ts được gọi là thời gian phun tính trước, mục đích để động cơ nhận đúng lượng xăng cần thiết. ts- gọi là thông số bù điện áp hay còn gọi là thông số đáp ứng trễ phụ thuộc vào điện áp. Xung phun: Thời gian phun tổng cộng của kim phun t1 = tp + tm + ts, t1 được đưa đến tần ra, được khuyếch đại và ra điều khiển kích mở kim phun. Tần ra của ECU cung cấp dòng cho các kim cùng lúc. Ở động cơ 4 xylanh cần phải có 4 tần ra và 4 tần này hoạt động thống nhất nhau. 5.3.4.6. Điều khiển thời điểm phun. Mỗi kim phun được phun một lần cho mỗi chu kỳ làm việc của động cơ. Việc phun được định theo thời điểm đánh lửa và thứ tự đánh lửa. Tín hiệu đánh lửa sơ cấp cũng được sử dụng để xác định thời điểm phun. ECU sẽ nhận tín hiệu đánh lửa sơ cấp và biến đổi nó thành một xung. Ở động cơ 4 xy lanh có một tín hiệu phun cho mỗi 1 lần tín hiệu đánh lửa. Hình 5.39: Sơ đồ tín hiệu phun.. 5.3.4.7. Điều khiển lượng phun. Từ tín hiệu sơ cấp đánh lửa của các cuộn dây, ECU tính ra được tốc độ động cơ. Tín hiệu tốc độ và tín hiệu gió nạp từ bộ đo gió sẽ tính ra đựơc lượng phun cơ bản. Lượng phun cơ bản = K: hệ số. Nếu tốc độ động cơ không đổi. Lượng phun cơ bản sẽ tăng theo lượng khí nạp vào. Nếu lượng khí nạp không đổi, tốc độ động cơ tăng, lượng phun cơ bản giảm. Từ lượng phun cơ bản ECU tính toán thêm từ tín hiệu các cảm biến để hiệu chỉnh để cho ra lượng phun thực tế. Sự hiệu chỉnh là theo các chế độ làm việc của động cơ. 5.3.4.8. Các chế độ làm việc. Làm đậm trong và sau khi khởi động. Quá trình làm đậm này sẽ tăng lượng phun phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát (lượng phun sẽ lớn khi nhiệt độ nước làm mát thấp) để nâng cao khả năng khởi động và cải thiện tính ổn định hoạt động trong một khoảng thời gian nhất định sau khi động cơ đã khởi động. Lượng phun sẽ giảm dần đến lượng phun cơ bản. Hình 5.40: Đồ thị làm đậm trong và sau khi khởi động. Chạy ấm máy. Trong suất quá trình làm ấm, động cơ nhận thêm nhiều xăng hơn, quá trình làm ấm sẽ tiếp theo sau quá trình khởi động lạnh. Trong quá trình này động cơ cần một lượng hỗn hợp tương đối giàu xăng, vì khi đó vách thành xylanh còn lạnh và xăng còn ngưng tụ chưa bay hơi hết. Quá trình cấp xăng chạy ấm máy được chia thành hai thời kỳ: Thời kỳ đầu: việc làm giàu xăng khi chạy ấm máy sẽ phụ thuộc vào thời gian được gọi là làm giàu xăng khi khởi động, thời kỳ này được kéo dài 30s và tuỳ thuộc động cơ mà cung cấp thêm khoảng 30 - 60 % lượng xăng. Thời kỳ sau: động cơ cần hỗn hợp loãng hơn, phần này được điều khiển theo nhiệt độ động cơ. Đồ thị cho ta liên hệ giữa đường cong làm giàu xăng lý tưởng tính theo thời gian khởi động 200C. Hình 5.41: Đồ thị làm giàu xăng. Khi động cơ đạt đến nhiệt độ hoạt động bình thường thì cảm biến nhiệt độ gửi nhiệt độ đến ECU, từ đó ECU sẽ ngừng quá trình chạy ấm máy. Thích ứng theo điều kiện tải: Các mức tải khác nhau sẽ cần thành phần hỗn hợp khác nhau, đường cong về lượng xăng cần thiết được xác định từ đường cong của bộ đo gió trong từng điều kiện hoạt động của từng động cơ riêng. Không tải: Khi không tải vì hỗn hợp xăng - không khí quá loãng có thể dẫn đến không tải không ổn định hoặc thậm chí động cơ không nổ. Vì vậy cần phải có hỗn hợp giàu xăng cho điều kiện này. Một phần tải: Một phần thời gian động cơ sẽ hoạt động ở chế độ một phần tải. ECU sẽ lập trình đường cong lượng xăng cần thiết và quyết định lượng xăng cung cấp. Đường cong được thiết lập sao cho ở chế độ một phần tải sẽ lợi xăng nhất. Toàn tải: Động cơ phát ra công suất cực đại, tín hiệu toàn tải được cảm biến vị trí bướm ga gửi đến ECU, mức độ giàu xăng được định sẵn chương trình trong ECU. Tăng tốc: Khi ECU nhận thấy xe đang tăng tốc bằng tín hiệu từ các cảm biến, nó tăng lượng phun để nâng cao tính năng tăng tốc. Giá trị hiệu chỉnh ban đầu được xác định bằng nhiệt độ nước làm mát và mức độ tăng tốc. Lượng phun tăng dần tính từ thời điểm này. Thích ứng theo nhiệt độ khí nạp Lượng xăng phun sẽ thích hợp với nhiệt độ gió. Lượng gió cần thiết cho quá trình cháy sẽ tuỳ thuộc vào nhiệt độ gió hút vào, không khí lạnh sẽ đặc hơn, điều này có nghĩa là với cùng một vị trí cánh bướm ga thì hệ số dung tích gió trong xylanh sẽ giảm, khi nhiệt độ tăng, thông tin ghi nhận nhờ cảm biến nhiệt độ không khí nạp tại bộ đo gió gửi về ECU. ECU xem nhiệt độ ở 200C là mức chuẩn. Nếu nhiệt độ nhỏ hơn 200c lượng xăng phun tăng. Nếu nhiệt độ lớn hơn 200c lượng xăng phun giảm. Giới hạn tốc độ động cơ. Thực hiện nhờ một mạch giới hạn trong ECU. Tín hiệu tốc độ động cơ được so sánh với một giới hạn cố định. Nếu vượt quá ECU điều khiển việc hạn chế phun hoặc ngưng phun. Việc này đảm bảo an toàn cho động cơ. Giảm tốc. Khi ECU động cơ nhận thấy động cơ đang giảm tốc, nó giảm lượng phun để tránh cho hỗn hợp quá đậm trong khi giảm tốc. Các tín hiệu điều khiển: lượng khí nạp, tốc độ động cơ, vị trí bướm ga, nhiệt độ nước làm mát. Điều khiển tốc độ không tải: Khi động cơ chạy ở tốc độ không tải ECU nhận được các tín hiệu từ các cảm biến khi đó ECU tự động điều khiển bướm ga đến vị trí tối ưu nhất. Tại vị trí này động cơ nổ với tốc độ thấp nhất và lượng nhiên liệu phun vào thấp. 6. TÍNH TOÁN LƯỢNG PHUN. Lượng phun nhiên liệu cung cấp cho động cơ được kiểm soát bỡi thời gian phun tinj là thời gian kim phun mở. Như vậy lượng nhiên liệu phun vào một xy lanh động cơ phụ thuộc vào lượng không khí. mf = = [6.1] Trong đó: ma: khối lượng không khí m’a: lưu lượng không khí Z: Số xy lanh Lst=14,66 Lượng nhiên liệu phun ra mf tỉ lệ với thời gian mở kim phun tinf và độ chênh lệch áp suất ∆P trên kim và dưới kim (áp suất đường ống nạp). Trong trường hợp phun trực tiếp, áp suất dưới kim là áp suất trong buồng cháy. mf = [6.2] Trong đó: : tỉ trọng nhiên liệu : tiết diện lỗ kim Ở kiểu phun trên đường ống nạp ∆P ≈ 5bar. Trong động cơ phun trực tiếp ∆P ≈ 400bar đối với động cơ xăng và ∆P ≈ 2000bar đối với động cơ Diesel. Thời gian phun ở một chế độ hoạt động nào đó của động cơ là: tinj [6.3] Ở một chế độ hoạt động mà động cơ hoạt động với tỉ lệ hòa khí lựu chọn lượng xăng phun: t0 [6.4] Ở những chế độ khác với , thời gian phun sẽ là: tinj [6.5] Thời gian phun theo một chu trình cháy phụ thuộc vào các thông số sau: Lưu lượng không khí nạp tính bằng khối lượng m’a: ta có thể đo trực tiếp (trong L-EFI) hoặc gián tiếp (trong D-EFI). Ngoại trừ hệ thống phun nhiên liệu với cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt, các hệ thống phun nhiên liệu khác phải kết hợp với cảm biến nhiệt độ khí nạp và áp suất khí trời để xác định lưu lượng khí nạp. Lượng không khí theo kì ma: được tính toán và nạp vào EEPROM theo chương trình đã lập trước. Tỉ lệ hòa khí lựa chọn : tùy theo kiểu động cơ, chẳng hạn tỉ lệ lý tưởng. Một bảng giá trị có thể chứa các giá trị =f(m’,n) cũng có thể đưa vào EEPROM. Tỉ lệ hòa khí thực tế : phụ thuộc vào các thông số như nhiệt độ động cơ trong quá trình làm nóng hoặc hiệu chỉnh để tăng đặc tính động học (tăng tốc, giảm tốc, tải lớn,không tải). Trong động cơ Diesel, luôn > 1,3. Điện áp Ắcquy: ảnh hưởng đến thời điểm nhất kim phun. Vì vậy, để bù trừ thời gian phun sẽ phải cộng thêm một khoảng thời gian tùy theo điện áp ắc quy: tinj + Trong D-Jetronic (sử dụng cảm biến áp suất) lượng khí nạp tính bằng khối lượng có thể suy ra từ áp suất đường ống nạp pm hoặc góc mở bướm ga . Lưu lượng không khí nạp vào xy lanh cũng phụ thuộc vào các thay đổi áp suất trên đường ống nạp P’m. = f(pm , p’m , n) [6.6] Lượng khí nạp trong một chu trình: Hệ số nạp tương đối (=) ở tốc độ thấp có thể được tăng nhờ cộng hưởng âm trên đường ống nạp đến mỗi xy lanh, các cộng hưởng phát xuất từ việc đóng mở xupap. Dạng hình học của ống nạp được thiết kế cho tốc độ thấp, sao cho áp suất cực đại cho cộng hưởng xảy ra ở xupap hút đúng khi nó mở. Như vậy, có nhiều không khí đi vào buồng đốt và tăng hệ số nạp cũng như công suất động cơ. Tần số cộng hưởng thường nằm giữa 2000(vòng/phút) và 3000(vòng/phút). Tần số càng thấp thì kích thước ống nạp càng lớn. Tần số dao động của dòng khí là Fp = [6.7] Do không khí đi vào xy lanh một lần trong 2 vòng quay. Khối lượng khí nạp theo xy lanh có thể được tính trong một chu trình: ma = [6.8] tb – ta = = Suy ra: ma = [6.9] 7. CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ CHẨN ĐOÁN. 7.1. KHÁI QUÁT. ECU động cơ được trang bị hệ thống chẩn đoán có cả chế độ bình thường và cả chế độ kiểm tra. Chế độ bình thường là chế độ gọi lấy mã hư hỏng ra khỏi bộ nhớ ECU động cơ bằng cách dùng đèn báo hư hỏng. Các loại đèn chớp là biểu hiện của mã hư hỏng và nó được giải mã thành các con số hiển thị nhấp nháy để cho người điều khiển phát hiện và biết động cơ đang bị hư hỏng ở bộ phận nào. Trong chế độ bình thường, ECU theo dõi hầu hết các cảm biến và bật sáng đèn kiểm tra động cơ “CHECK ENGINE” khi nó phát hiện ra hư hỏng trong một cảm biến nào đó hay mạch của chúng. Khi đó ECU động cơ sẽ lưu mã hư hỏng đó vào bộ nhớ của nó. Thông tin này sẽ được giữ lại trong bộ nhớ khi ta tắt khoá điện. Để đọc mã chẩn đoán bằng đèn “CHECK ENGINE” ta thự chiện các bước sau: Bật khóa điện lên vị trí “ON”. Nhưng không khởi động động cơ. Dùng dây kiểm tra chẩn đoán nối tắt cực TC và CG của giắc DLC3 Đọc mã chẩn đoán chỉ thị bỡi số lần nhấp nháy của đèn báo “CHECK ENGINE”. Chế độ kiểm tra là chế độ gọi lấy mã hư hỏng ra khỏi bộ nhớ ECU động cơ bằng cách dùng máy chẩn đoán. Khi nối dây vào giắc chẩn đoán, màn hình thiết bị sẽ hiển thị lên các con số hay chữ đọc. Vì thế việc chẩn đoán hư hỏng sẽ diễn ra một cách nhanh chóng và chính xác. Chế độ kiểm tra dùng để khắc phục hư hỏng của hệ thống điều khiển động cơ. Chế độ kiểm tra được kích hoạt bởi một qui trình định trước. 7.2. NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN. Giá trị của tín hiệu thông báo đến ECU động cơ là bình thường nếu tín hiệu đầu vào và đầu ra được cố định. Khi tín hiệu của một mạch nào đó không bình thường so với giá trị cố định của hệ thống thì mạch đó sẽ được coi là bị hư hỏng. Khi đèn báo sự cố “CHECK ENGINE” được bật sáng thì trong hệ thống có sự hư hỏng xuất hiện. Khi hư hỏng được sửa chữa, hệ thống trở lại bình thường và mã lỗi đã được xóa thì đèn báo sự cố sẽ tắt. Nếu có hai hay nhiều hư hỏng xảy ra cùng một lúc thì mã hư hỏng sẽ hiển thị theo thứ tự từ mã nhỏ nhất. 7.3. MÃ CHẨN ĐOÁN. Mã chẩn đoán hư hỏng khi dùng máy chẩn đoán để kiểm tra được thể hiện ở bảng sau: Bảng 7.1. Bảng mã DTC. Số mã DTC Hạng mục phát hiện Khu vực nghi ngờ Đèn báo P0010/39 Mạch bộ chấp hành vị trí trục cam “A” (thân máy 1) - Hở hay ngắn mạch van điều khiển dầu. - Van điều khiển dầu. - ECU. Sáng lên P0011/59 Vị trí trục cam “A”, thời điểm phối khí quá sớm (thân máy 1) - Thời điểm phối khí. - Van điều khiển dầu. - Lọc van OCV. - Cụm bánh răng phối khí trục cam. - ECU P0012/59 Vị trí trục cam “A”, thời điểm phối khí quá muộn hay tính năng của hệ thống. (thân máy 1) - Thời điểm phối khí. - Van điều khiển dầu. - Lọc van OCV. - Cụm bánh răng phối khí trục cam. - ECU P0016/18 Tương quan vị trí trục cam, trục khuỷu (cảm biến 1 thân máy A) - Hệ thống cơ khí (xích cam bị nhảy răng hay xích bị giãn) - ECU P0100/31 Hỏng mạch lưu lượng khí nạp. - Hở hay ngắn mạch trong mạch cảm biến lưu lượng khí nạp(MAF) - Cảm biến MAF - ECU Sáng lên P0102/31 Mạch lưu lượng hay khối lượng khí nạp- tín hiệu vào thấp - Hở mạch trong mạch cảm biến MAF - Ngắn mạch trong mạch nối mát - Cảm biến MAF - ECU Sáng lên P0103/31 Mạch lưu lượng hay khối lượng khí nạp- tín hiệu vào cao - Ngắn mạch trong mạch cảm biến MAF (mạch +B) - Cảm biến MAF - ECU Sáng lên P0110/24 Mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp - Hở hay ngắn mạch trong mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp (IAT) - Cảm biến IAT - ECU P0112/24 Mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp - tín hiệu vào thấp - Ngắn mạch trong mạch cảm biến IAT - Cảm biến IAT - ECU P0113/24 Mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp - tín hiệu vào cao - Hở mạch trong mạch cảm biến IAT - Cảm biến IAT - ECU P0115/22 Mạch nhiệt độ nước làm mát động cơ - Hở hay ngắn mạch trong mạch cảm biến nhiệt độ nước làm mát (ECT) - Cảm biến ECT - ECU Sáng lên P0117/22 Mạch nhiệt độ nước làm mát - tín hiệu vào thấp - Ngắn mạch trong mạch cảm biến ECT - Cảm biến ECT - ECU Sáng lên P0118 Mạch nhiệt độ nước làm mát - tín hiệu vào cao - Hở mạch trong mạch cảm biến ECT - Cảm biến ECT - ECU Sáng lên P0120/41 Mạch cảm biến vị trí bàn đạp ga / công tắc “A” - Cảm biến vị trí bướm ga(TP) - ECU Sáng lên P0121/41 Cảm biến vị trí bàn đạp ga / công tắc “A” tính năng / phạm vi - Cảm biến vị trí bướm ga(TP) Sáng lên P0122/41 Mạch cảm biến vị trí bàn đạp / công tắc “A” tín hiệu thấp - Cảm biến TP - Ngắn mạch trong mạch VTA1 - Hở mạch VC - ECU Sáng lên P0123/41 Mạch cảm biến vị trí bàn đạp / công tắc “A” tín hiệu cao - Cảm biến TP - Ngắn mạch trong mạch VTA1 - Hở mạch E2 Ngắn mạch giữa mạch Vc và VTA1 - ECU Sáng lên P1030/21 Hỏng mạch cảm biến ôxy(A/F) (thân máy 1 cảm biến 1) - Hở hay ngắn mạch trong cảm bién ôxy (cảm biến 1) - Cảm bién ôxy (cảm biến 1) - ECU Sáng lên P0220/41 Mạch cảm biến vị trí bàn đạp / bướm ga / công tắc “B” - Cảm biến TP - ECU Sáng lên P0222/41 Mạch cảm biến vị trí bàn đạp / bướm ga / công tắc “B” tín hiệu thấp - Cảm biến TP - Ngắn mạch trong mạch VTA2 - Hở mạch VC - ECU Sáng lên P0223/41 Mạch cảm biến vị trí bàn đạp / bướm ga / công tắc “B” tín hiệu cao - Cảm biến TP - Hở mạch trong mạch VTA2 - Ngắn mạch giữa mạch VC và VTA2 - ECU Sáng lên P0327/52 Mạch cảm biến tiếng gõ 1 đầu vào thấp (thân máy 1 hay cảm biến đơn) - Ngắn mạch trong mạch cảm biến tiếng gõ. - Cảm biến tiếng gõ - ECU Sáng lên P0328/52 Mạch cảm biến tiếng gõ 1 đầu vào cao (thân máy 1 hay cảm biến đơn) - Hở mạch trong mạch cảm biến tiếng gõ. - Cảm biến tiếng gõ - ECU Sáng lên P0335/13 Mạch cảm biến vị trí trục khuỷu “A”. - Hở hay ngắn mạch trong cảm biến vị trí trục khuỷu(CKP) - Cảm biến CKP - Đĩa tín hiệu cảm biến CKP - ECU. Sáng lên P0339/13 Mạch cảm biến vị trí trục khuỷu “A” chập chờn. - Giống như DTC P0335/13 P0340/12 Hư hỏng mạch cảm biến vị trí trục cam. - Hở hay ngắn mạch trong cảm biến vị trí trục cam. - Cảm biến vị trí trục cam. - Bánh răng phối khí trục cam. - Nhảy răng xích cam. - ECU Sáng lên P0341/12 Tính năng / phạm vi hoạt động của mạch “A” cảm biến vị trí trục cam (thân máy 1 hay cảm biến đơn) - Giống như DTC P0340/12 Sáng lên P0351/14 Mạch sơ cấp/ thứ cấp của cuộn đánh lửa “A” - Hệ thống đánh lửa. - Hở hay ngắn mạch trong mạch IGF1 hay IGT giữa cuộn dây đánh lửa và ECU. - Các cuộn đánh lửa. - ECU. Sáng lên P0352/15 Mạch sơ cấp/ thứ cấp của cuộn đánh lửa “B” - Giống như DTC P0351/14 Sáng lên P0353/15 Mạch sơ cấp/ thứ cấp của cuộn đánh lửa “C” - Giống như DTC P0351/14 Sáng lên P0354/15 Mạch sơ cấp/ thứ cấp của cuộn đánh lửa “C” - Giống như DTC P0351/14 Sáng lên P0500/42 Hỏng cảm biến tốc độ xe. - Hở hay ngắn mạch trong mạch trong cảm biến tốc độ xe. - Cảm biến tốc độ xe. - Đồng hồ táp lô. - ECU Sáng lên P0504/51 Tương quan công tắc phanh “A”/“B” - Ngắn mạch trong mạch tín hiệu công tắc đèn phanh. - Cầu chì Stop - Công tắc đèn phanh. - ECU. P0604/89 Lỗi bộ nhớ Ram điều khiển bên trong. - ECU Sáng lên P2127/19 Mạch cảm biến vị trí bàn đạp / bướm ga / công tắc “E”– tín hiệu thấp. - Cảm biến APP - Hở mạch VCP2 - Hở hay ngắn mạch trong mạch VPA2 - ECU Sáng lên P2128/19 Mạch cảm biến vị trí bàn đạp / bướm ga / công tắc “E”– tín hiệu cao. - Cảm biến APP - Hở mạch EPA2 - ECU Sáng lên P2135/41 Mối liên hệ điện áp của cảm biến vị trí bàn đạp / bướm ga / công tắc A/B - Ngắn mạch giữa các mạch VTA1 và VTA2 - Cảm biến TP (lắp trong cổ họng gió) - ECU Sáng lên P2138/19 Sự tương quan giữa điện áp của cảm biến vị trí bàn đạp / bướm ga / công tắc “D”/“E” - Ngắn mạch giữa các mạch VPA và VPA2 - Cảm biến APP - ECU Sáng lên 7.4. KIỂM TRA VÀ XÓA MÃ CHẨN ĐOÁN. 7.4.1. Kiểm tra đèn báo “CHECK ENGINE”. Đèn báo kiểm tra động cơ sẽ sáng lên khi bật khoá điện đến vị trí ON và động cơ không chạy. Khi động cơ chạy thì đèn báo kiểm tra động cơ phải tắt. Nếu đèn này vẫn còn sáng thì hệ thống chẩn đoán đã tìm thấy hư hỏng hay sự bất bình thường trong hệ thống. 7.4.2. Phát mã chẩn đoán hư hỏng. 7.4.2.1. Chế độ bình thường. - Các điều kiện ban đầu: + Điện áp ắc quy bằng 11V hoặc cao hơn. + Hộp số ở vị trí N (tay số không). + Tất cả các hệ thống phụ phải tắt (điều hoà...). - Bật khoá điện đến vị trí ON. - Dùng dây kiểm tra chẩn đoán (SST) nối tắt các cực TC và CG của giắc DLC3 - Đọc mã chẩn đoán hư hỏng bằng số lần nháy của đèn báo kiểm tra động cơ. 7.4.2.2. Chế độ kiểm tra. Để phát mã chẩn đoán hư hỏng ta thực hiện theo các bước sau: - Điều kiện ban đầu. + Điện áp ắc quy 11V hay cao hơn. + Bướm ga đóng hoàn toàn. + Hộp số ở vị trí N. + Tắt tất cả các trang thiết bị phụ. - Nối máy chẩn đoán với giắc DLC3. - Bật khoá điện đến vị trí ON và bật máy chẩn đoán ON. - Vào các menu sau: Powertrain / Engine and ECT / DTC - Kiểm tra và ghi lại mã DTC - Sau khi kiểm tra xong, tháo máy chẩn đoán ra khỏi DLC3. 7.4.3. Xoá các mã chẩn đoán hư hỏng. Sau khi sửa chữa hư hỏng, mã chẩn đoán hư hỏng vẫn còn lưu lại trong bộ nhớ ECU của động cơ, vì vậy cần phải xoá bỏ bằng cách tháo cầu chì “STOP” (15A) hay EFI (15A) trong vòng 10 giây hay lâu hơn tuỳ theo nhiệt độ môi trường (nhiệt độ càng thấp, thời gian càng lâu) khi khoá điện tắt. Sau khi xoá mã, chạy thử xe để kiểm tra đèn báo kiểm tra động cơ báo hiệu mã bình thường. Nếu mã hư hỏng như trước vẫn còn xuất hiện, tức là hư hỏng vẫn chưa được sửa chữa hoàn chỉnh. 8. KẾT LUẬN. Sau 15 tuần làm đồ án với đề tài “Khảo sát hệ thống phun xăng điện tử động cơ 1TR-FE” em đã cơ bản hoàn thành với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Ts. Trần Thanh Hải Tùng, đến nay em đã hoàn thành nhiệm vụ khảo sát đề tài tốt nghiệp được giao. Trong đề tài này em đi sâu tìm hiểu tính năng hoạt động của hệ thống phun xăng hiện đại, các nguyên lý làm việc của các loại cảm biến... Phần đầu đồ án trình bày khái quát chung về hệ thống nhiên liệu dùng trên động cơ xăng từ cổ đển đến hiện đại, đi sâu phân tích những ưu nhược điểm của động cơ xăng dùng bộ chế hoà khí và động cơ xăng dùng hệ thống phun xăng điện tử hiện đại. Phần trung tâm của đồ án trình bày các hệ thống trên động cơ 1TR-FE, đi sâu tìm hiểu phần hệ thống nhiên liệu bao gồm các thiết bị điện tử, các thiết bị chính cung cấp nhiên liệu, không khí nạp. Đồng thời tính toán các thông số nhiệt động cơ 1TR-FE, tính toán chế độ phun của động cơ phun xăng, tìm hiểu các hư hỏng của hệ thống EFI, các mã chẩn đoán hư hỏng. Tuy nhiên do thời gian hạn chế, nhiều phần chưa được trang bị trong thời gian học tập tại trường, tài liệu tham khảo hạn chế và chưa cập nhật đủ nên cần phải hoàn thiện thêm. Qua đề tài này đã bổ sung cho em thêm nhiều kiến thức chuyên nghành động cơ đốt trong và đặc biệt là hệ thống phun xăng điều khiển bằng điện tử hiện đại. Qua thời gian làm đồ án tốt nghiệp em cũng nâng cao được những kiến thức về công nghệ thông tin: Word, Excel, CAD phục vụ cho công tác sau này. Đồng thời qua đó bản thân em cần phải cố gắng học hỏi tìm tòi hơn nữa để đáp ứng yêu cầu của người cán bộ kỹ thuật ngành động lực. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong ngành động lực Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS- Trần Thanh Hải Tùng, đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Tất Tiến. Nguyên lý động cơ đốt trong. Nhà xuất bản giáo dục 2000 2. Tài liệu đào tạo TOYOTA tập 5. Hệ thống phun xăng điện tử (EFI). 3. Cẩm nang sửa chữa xe INNOVA tập 1. 4. Cẩm nang sửa chữa xe INNOVA tập 2. 5. PGS-TS Đỗ Văn Dũng. Trang bị điện & điện tử trên ô tô hiện đại Nhà xuất bản Đại học quốc gia TP. HCM