(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Thi công mô hình động cơ Toyota 4E FE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THI CƠNG MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ TOYOTA 4E - FE

SVTH: THẠCH CHÍ CƯỜNG
MSSV: 17145266
SVTH: NGUYỄN THIÊN PHƯỚC
MSSV: 17145401
Khố : 2017
Ngành:

CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ

GVHD:

KS. NGUYỄN TẤN LỘC

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2021


LỜI CÁM ƠN
Nhận được sự phân công từ Khoa Cơ Khí Động Lực Trường Đại Học Sư
Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh và sự đồng ý của giảng viên hướng dẫn Thầy
Nguyễn Tấn Lộc, nhóm chúng em đã thực hiện đề tài “THI CƠNG MƠ HÌNH ĐỘNG
CƠ TOYOTA 4E - FE”. Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em đã nhận được rất
nhiều sự hỗ trợ, giúp đỡ tận tâm từ các quý Thầy trong Khoa Cơ Khí Động Lực và đặc
biệt là các Thầy trong Bộ Mơn Động Cơ để chúng em có thể hồn thành đồ án theo
đúng kế hoạch mà Khoa đã đề ra.

Lời nói đầu tiên, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy
từ bộ môn Động cơ, cũng như các thầy cơ trong khoa Cơ Khí Động Lực, trường Đại
học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, những người đã dìu dắt, chỉ dạy
chúng em trong suốt thời gian học tập. Quý thầy cô đã tận tình giảng dạy và truyền đạt
cho chúng em những kiến thức vơ cùng bổ ích và thiết yếu để chúng em có thể tự tin
bắt tay vào thực hiện đồ án tốt nghiệp mà Khoa đã phân công.
Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành đến Thầy Nguyễn Tấn Lộc.
Chúng em thật sự biết ơn thầy rất nhiều vì đã tận tình chỉ bảo, động viên và quan tâm
trong suốt thời gian chúng em thực hiện đề tài để chúng em có thể hồn thành đề tài
một cách hồn thiện nhất.
Trong q trình thực hiện đồ án tất nhiên sẽ khơng thể tránh khỏi những sai
sót. Vì vậy chúng em rất mong được sự góp ý của thầy cơ để đồ án của chúng em được
hồn thành một cách chính xác hơn.
Cuối cùng, chúng em xin chúc quý Thầy sức khỏe, hạnh phúc và thành công.
Sinh viên thực hiện
Thạch Chí Cường

Nguyễn Thiên Phước


TĨM TẮT
Tên đề tài nghiên cứu: THI CƠNG MƠ HÌNH ĐỘNG CƠ TOYOTA 4E - FE
1.

Nhiệm vụ nghiên cứu:
- Tìm hiểu tổng quan về động cơ TOYOTA 4E - FE
- Cải tạo, sửa chữa lại hệ thống điện điều khiển động cơ.
- Sơn, làm mới lại khung đỡ và mô hình động cơ.
- Làm sạch và bố trí hệ thống dây điện, giắc cắm.
- Biên soạn tập thuyết minh đề tài.

2.

Hướng tiếp cận:
Tiếp cận đề tài theo hướng giải quyết từ các vấn đề chính yếu, cốt lõi đến các vấn

đề thứ yếu liên quan, từ đó hồn thiện đề tài, thứ tự cụ thể như sau:
- Tiến hành thu thập và nghiên cứu tài liệu về động cơ Toyota 4E – FE và các
dòng xe tương tự.
- Vệ sinh động cơ và tiến hành vận hành thử, kiểm tra hư hỏng.
- Tiến hành kiểm tra lần cuối, vận hành thử, xử lý vấn đề phát sinh (nếu có).
- Tiến hành vệ sinh, xử lý bề mặt và sơn khung động cơ.
- Tiến hành đo kiểm, thu thập thông tin, hình ảnh cần thiết cho tập thuyết minh.
3.

Hướng giải quyết vấn đề:
Ưu tiên tự nghiên cứu để tìm hướng giải quyết trước và tham khảo sự chấp thuận

từ giảng viên. Trường hợp không thể tự giải quyết, tham khảo ý kiến và xin hướng giải
quyết từ giảng viên hướng dẫn.
4.

Kết quả đạt được:
- Sản phẩm: Mơ hình động cơ Toyota 4E - FE, tập thuyết minh đề tài nhằm phục
vụ cho mục đích giảng dạy.
- Kiến thức: Hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý các hệ thống điều khiển trên động cơ
Toyota 4E - FE.

2

- Kỹ năng: Kỹ năng chuyên môn về thi công, sửa chữa hệ thống điều khiển động
cơ, các bài học kinh nghiệm trong việc sửa chữa động cơ. Các kỹ năng liên
quan về sử dụng cơng cụ đúng mục đích, kỹ năng quản lý sắp xếp thời gian, kỹ
năng giải quyết vấn đề, kỹ năng làm việc nhóm.

3


MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN ................................................................................................................ 1
TÓM TẮT ...................................................................................................................... 2
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................... 7
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................. 8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ....................................................................................... 10
1.1.

Lý do chọn đề tài: ........................................................................................................... 10

1.2.

Giới hạn đề tài .................................................................................................................. 10

1.3.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu............................................................................. 11

1.3.1.

Mục tiêu nghiên cứu: .............................................................................. 11

1.3.2.

Nhiệm vụ nghiên cứu: ............................................................................. 11

1.3.3.

Đối tượng nghiên cứu: ............................................................................ 11

1.3.4.

Phạm vi nghiên cứu: ............................................................................... 11

1.3.5.

Phương pháp nghiên cứu: ...................................................................... 11

1.3.6.

Kế hoạch nghiên cứu: ............................................................................. 11

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................... 13
2.1.

Giới thiệu chung .............................................................................................................. 13

2.1.1.

Giới thiệu chung về động cơ TOYOTA 4E – FE: ................................ 13

2.2.

Các hệ thống điều khiển trên động cơ TOYOTA 4E – FE: ............................ 14

2.3.

Sơ đồ chân, chức năng các cực của ECU động cơ TOYOTA 4E – FE ....... 15

2.4.

Các tín hiệu đầu vào của hệ thống điều khiển ..................................................... 17

2.4.1.

Cảm biến chân không MAP ................................................................... 18

2.4.2.

Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính TPS....................................... 21

4


2.4.3.

Cảm biến vị trí trục khuỷu Ne ............................................................... 23

2.4.4.

Cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp THA ................................................ 26

2.4.5.

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát THW ................................................ 27

2.4.6.

Cảm biến oxy ........................................................................................... 30

2.5.

Hệ thống các cơ cấu chấp hành ................................................................................. 32

2.5.1.

Hệ thống cung cấp nguồn cho ECU động cơ ........................................ 32

2.5.2.

Hệ thống khởi động ................................................................................. 33

2.5.3.

Hệ thống phun nhiên liệu điện tử (EFI) ................................................ 34

2.5.3.1.

Bơm nhiên liệu ..................................................................................... 34

2.5.3.2.

Lọc nhiên liệu ....................................................................................... 40

2.5.3.3.

Bộ dập dao động. .................................................................................. 40

2.5.3.4.

Bộ điều áp ............................................................................................. 41

2.5.3.5.

Kim phun .............................................................................................. 42

2.5.3.

Hệ thống đánh lửa dùng bộ chia điện (DELCO).................................. 44

2.5.3.1.

Mạch điện nguồn cung cấp cho ECU. ................................................ 45

2.5.3.2.

Cảm biến Ne ......................................................................................... 45

2.5.3.3.

Tín hiệu IGT ......................................................................................... 46

2.5.3.4.

Sơ đồ hệ thống đánh lửa trên động cơ ............................................... 46

2.5.4.

Hệ thống điều khiển tốc độ cầm chừng ................................................. 47

2.5.5.

Hệ thống chẩn đoán (OBD) .................................................................... 50

CHƯƠNG 3. THI CƠNG MƠ HÌNH ........................................................................ 53
3.1.

Quy trình nghiên cứu, thi cơng mơ hình ................................................................ 53

3.1.1.
3.2.

Các bước thực hiện đề tài ....................................................................... 53

Các yêu cầu khi sử dụng mơ hình ............................................................................. 60
5


CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .................................................................. 61
4.1.

Kết luận: ............................................................................................................................. 61

4.2.

Đề nghị:............................................................................................................................... 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 62

6


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ECU: Electronic Control Unit
MAP: Manifold Absolute Pressure Sensor
TPS: Throttle Position Sensor
KNK: Knock Sensor
OBD: On-Board Diagnostic
DOHC: Double Overhead Camshaft
EFI: Electronic Fuel Injection
MIL: Malfunction Indicator Lamp
ISC: Idle Speed Control
ISCV: Idle Speed Control Valve
NSW: Neutral Switch

7


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1: Động cơ TOYOTA 4E – FE...........................................................................14

Hình 2.2: Các tín hiệu đầu vào và đầu ra của ECU động cơ........................................15
Hình 2.3: Sơ đồ vị trí giắc cắm thực tế động cơ 4E – FE..............................................15
Hình 2.4: Sơ đồ vị trí giắc cắm ECU động cơ 4E – FE.................................................16
Hình 2.5: Cảm biến chân khơng MAP trên mơ hình.....................................................19
Hình 2.6: Cấu tạo cảm biến MAP..................................................................................19
Hình 2.7: Hình dạng màng silicon thay đổi theo áp suất..............................................20
Hình 2.8: Mạch điện cảm biến MAP.............................................................................20
Hình 2.9: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và áp suất đường ống nạp….....21
Hình 2.10: Cảm biến vị trí bướm ga trên động cơ........................................................22
Hình 2.11: Sơ đồ mạch điện đường đặc tính cảm biến vị trí bướm ga..........................22
Hình 2.12: Cảm biến vị trí trục khuỷu trên động cơ......................................................24
Hình 2.13: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu Ne...........................................25
Hình 2.14: Tín hiệu cảm biển Ne dạng xung.................................................................25
Hình 2.15: Cảm biến nhiệt độ khí nạp trên mơ hình.....................................................26
Hình 2.16: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp................................................27
Hình 2.17: Vị trí của cảm biến nhiệt độ nước làm mát trên động cơ............................28
Hình 2.18: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát....................................................29
Hình 2.19: Mạch điện cảm biến và đường đặc tuyến nhiệt độ nước làm mát...............29
Hình 2.20: Cảm biến oxy...............................................................................................30
Hình 2.21: Đặc tính và sơ đồ mạch điện cảm biến oxy.................................................31
Hình 2.22: Hệ thống cung cấp nguồn cho ECU............................................................32
Hình 2.23: Sơ đồ mạch khởi động.................................................................................33
Hình 2.24: Cấu tạo bơm xăng........................................................................................35
Hình 2.25: Mạch điện điều khiển bơm xăng..................................................................37
Hình 2.26: Mạch điều khiển bơm xăng khi động cơ đang nổ........................................38
8


Hình 2.27: Mạch điện điều khiển bơm xăng khi động cơ tắt máy.................................39
Hình 2.28: Lọc nhiên liệu..............................................................................................40

Hình 2.29: Cấu tạo kim phun.........................................................................................42
Hình 2.30: Biểu đồ thời điểm phun theo nhóm của động cơ.........................................43
Hình 2.31: Sơ đồ mạch điện kim phun của mơ hình…..................................................43
Hình 2.32: Mạch điện nguồn cung cấp cho ECU động cơ............................................45
Hình 2.33: Sơ đồ hệ thống đánh lửa trên động cơ........................................................46
Hình 2.34: Bướm ga và van ISC của động cơ...............................................................47
Hình 2.35: Van ISC........................................................................................................48
Hình 2.36: Cấu tạo van ISC...........................................................................................48
Hình 2.37: Sơ đồ mạch điện hệ thống điều khiển tốc độ cầm chừng.............................49
Hình 2.38: Đèn check engine trên tableau....................................................................50
Hình 2.39: Đầu giắc chẩn đốn.....................................................................................51
Hình 2.40: So sánh mã lỗi và mã bình thường..............................................................52
Hình 3.1: Bảng điện của mơ hình..................................................................................53
Hình 3.2: Tháo gỡ các chi tiết trên bảng điện...............................................................53
Hình 3.3: Hệ thống điều hịa khơng khí của mơ hình....................................................54
Hình 3.4: Khung đỡ và động cơ khi chưa được sơn mới...............................................55
Hình 3.5: Động cơ 4E – FE đã tháo rã.........................................................................55
Hình 3.6: Làm sạch bề mặt sơn cũ................................................................................56
Hình 3.7: Hàn bánh xe...................................................................................................56
Hình 3.8: Khung mơ hình sau khi sơn...........................................................................57
Hình 3.9: Vệ sinh động cơ.............................................................................................58
Hình 3.10: Vệ sinh các chi tiết của động cơ..................................................................58
Hình 3.11: Sơn mới động cơ..........................................................................................59
Hình 3.12: Hồn thiện mơ hình động cơ.......................................................................59

9


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài:

Ngành công nghiệp ơ tơ khơng chỉ giữ một vị trí quan trọng trong việc thúc đẩy
nền kinh tế quốc dân phát triển thông qua đáp ứng nhu cầu giao thông vận tải, góp
phần phát triển sản xuất và kinh doanh thương mại mà còn là một ngành kinh tế mang
lại lợi nhuận rất cao nhờ sản xuất ra những sản phẩm có giá trị vượt trội.
Xuất phát từ chủ trương mới của Nhà nước về nâng cao chất lượng giáo dục,
đổi mới phương pháp dạy và học. Việc giảng dạy cần có những mơ hình minh họa, vật
thật để tăng khả năng truyền đạt và kích thích tính tự học của sinh viên. Trường đại
học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM luôn chú trọng đến việc trang bị đồ dùng dạy học,
đặc biệt là những đồ dùng tự thiết kế. Việc thiết kế chế tạo đồ dùng dạy học ngồi mục
đích tiết kiệm kinh phí cho nhà trường cịn giúp phát huy tính sáng tạo, sự đam mê
nghiên cứu khoa học của giáo viên và sinh viên trong trường.
Việc chế tạo mơ hình động cơ phục vụ cho việc giảng dạy được sự quan tâm
rất lớn của khoa Cơ Khí Động Lực đặc biệt là bộ mô Động Cơ. Các sản phẩm mơ hình
động cơ trong phân xưởng Động Cơ rất nhiều, tuy nhiên mơ hình động cơ phun xăng
và đánh lửa trực tiếp thì chưa được phổ biến.
Xuất phát từ những u cầu đó, đề tài “THIẾT KẾ THI CƠNG MƠ HÌNH
ĐỘNG CƠ TOYOTA 4E - FE” đã được thực hiện. Đề tài không những cung cấp cho
sinh viên điều kiện tiếp xúc với thực tế động cơ Toyota 4E - FE mà còn giúp sinh viên
trang bị thêm kiến thức về những hệ thống điều khiển điện tử được sử dụng trên ô tô
như: hệ thống nhiên liệu, hệ thống đánh lửa, vị trí, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của
các cảm biến,...
1.2. Giới hạn đề tài
-

Tìm hiểu thông số, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của động cơ 4E - FE.

-

Tháo rã, làm mới, làm sạch các chi tiết trên động cơ.

-

Thay thế, bổ sung những chi tiết trên động cơ còn thiếu.
10


-

Hồn thiện mơ hình và kiểm tra hoạt động của động cơ.

1.3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
1.3.1.

Mục tiêu nghiên cứu:

- Nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho giáo
viên hướng dẫn sinh viên trong quá trình thực tập.
- Giúp cho sinh viên ứng dụng ngay bài học lý thuyết vào bài học thực hành.
- Sinh viên có điều kiện khảo sát mơ hình một cách trực quan, dễ cảm nhận
được hình dạng và vị trí các chi tiết lắp đặt trên động cơ Toyota 4E - FE.
- Giúp sinh viên kiểm tra và đo đạc các thông số của hệ thống nhiên liệu, hệ
thống đánh lửa trực tiếp…
- Góp phần hiện đại hóa phương tiện và phương pháp dạy thực hành trong
giáo dục - đào tạo.
1.3.2.

Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Thi công mơ hình động cơ Toyota 4E – FE.
- Đạt được kiến thức cơ bản về hệ thống điều khiển động cơ.

1.3.3.

Đối tượng nghiên cứu:

- Động cơ Toyota 4E – FE
1.3.4.

Phạm vi nghiên cứu:

- Nghiên cứu trong phạm vi giảng dạy của sinh viên.
- Nghiên cứu từ các tài liệu, giáo trình đang được dùng làm phương tiện
giảng dạy cho sinh viên.
- Quy mô nghiên cứu đề tài trên cơ sở khai thác các trang thiết bị hiện đại có
trong nhà trường và khai thác bên ngoài để hoàn thành đề tài.
1.3.5.

Phương pháp nghiên cứu:

Để hoàn thành mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, nhóm đã kết hợp nhiều
phương pháp nghiên cứu: phương pháp nghiên cứu lý thuyết, thu thập tài liệu,
học hỏi kinh nghiệm từ thầy cô, bạn bè, nghiên cứu các mơ hình giảng dạy cũ…
1.3.6.

Kế hoạch nghiên cứu:

Kế hoạch thực hiện đề tài của nhóm được chia thành 2 giai đoạn:
11


❖

Giai đoạn 1:

-

Nghiên cứu tài liệu, xác định nhiệm vụ, đối tượng và mục tiêu nghiên cứu.

-

Chuẩn bị dụng cụ và các thiết bị cần thiết.

-

Thiết kế mơ hình.

-

Thi cơng mơ hình.
❖

Giai đoạn 2:

-

Hồn chỉnh tập thuyết minh.

-

Hồn thiện đề tài.

12


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu chung
2.1.1.

Giới thiệu chung về động cơ TOYOTA 4E – FE:

Động cơ Toyota 4E – FE là động cơ xăng hút khí tự nhiên 4 kỳ 4 xy-lanh
thẳng hàng (I4) dung tích 1.3L (1331cc) thuộc dòng động cơ E. Động cơ được sản xuất
năm 1989 và ngừng sản xuất sau năm 1999.
Động cơ Toyota 4E – FE có khối đúc bằng gang và nắp máy bằng nhôm với
trục cam kép (DOHC) và bốn xupap trên trên mỗi xy lanh (tổng cộng 16 xupap). Tỷ số
nén 9.6 : 1. Đường kính xy-lanh 74.00mm, hành trình của piston 77.4mm. Động cơ sử
dụng hệ thống phun xăng điện tử và hệ thống đánh lửa với bộ chia điện (delco).
Động cơ sản sinh ra công suất cực đại 99 HP tại 6600 vòng/phút và đạt momen
xoắn cực đại 117 Nm tại 4000 vòng/phút.
Ý nghĩa của tên động cơ Toyota 4E – FE:
4 – Động cơ thế hệ thứ tư
E – Thuộc dòng động cơ E của Toyota
F – Sử dụng trục cam đôi tiết kiệm nhiên liệu
E – Phun nhiên liệu đa điểm

13


Hình 2.1: Động cơ Toyota 4E - FE
2.2. Các hệ thống điều khiển trên động cơ TOYOTA 4E – FE:
Hệ thống điều khiển điện tử sử dụng trên động cơ 4E - FE có chức năng chính

là điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu, điều khiển tốc độ cầm chừng, bơm nhiên
liệu, hệ thống đánh lửa, chẩn đoán…
Hệ thống điều khiển điện tử sử dụng trên động cơ 4E - FE cũng như trên các
động cơ khác trên ô tơ đều có ngun lí hoạt động chung: ECU nhận tín hiệu từ các
cảm biến, ECU sẽ so sánh tín hiệu này với tiêu chuẩn nhà sản xuất đã cài đặt, rồi đưa
ra tín hiệu điều khiển đến các bộ phận chấp hành.

14


Hình 2.2: Các tín hiệu đầu vào và đầu ra của ECU động cơ
2.3. Sơ đồ chân, chức năng các cực của ECU động cơ TOYOTA 4E – FE
❖

Các giắc cắm từ ECU

Hình 2.3: Sơ đồ vị trí giắc cắm thực tế động cơ 4E – FE

15


Hình 2.4: Sơ đồ vị trí giắc cắm ECU động cơ 4E – FE
❖

Tên các đầu dây ra từ ECU động cơ:

Ký hiệu

Tên gọi

Vị trí chân trên
giắc ECU

Nguồn cung cấp cho ECU

1 (B)

Nguồn cung cấp thường xuyên cho ECU

10 (B)

E2

Mát cảm biến

3 (A)

E01

Mát các bộ chấp hành

26 (A)

STA

Tín hiệu máy khởi động

24 (A)

IGT

Tín hiệu thời điểm đánh lửa

19 (A)

IGF

Tín hiệu hồi tiếp đánh lửa

20 (A)

#10

Tín hiệu kim phun #10

25 (A)

#20

Tín hiệu kim phun #20

12 (A)

NE

Tín hiệu số vịng quay động cơ

22 (A)

NE-

Cực âm tín hiệu số vịng quay động cơ

9 (A)

VCC

Điện áp 5V khơng đổi

5 (A)

VTA

Tín hiệu độ mở bướm ga

4 (A)

+B
BATT

16


PIM

Tín hiệu áp suất đường ống nạp

17 (A)

THA

Tín hiệu cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp

18 (A)

THW

Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát

16 (A)

OX

Tín hiệu cảm biến oxy

23 (A)

VF

Điện áp phản hồi của cảm biến ôxy

8 (B)

FC

Điều khiển bơm nhiên liệu

12 (B)

RSC

Đóng van cuộn dây quay van ISC

14 (A)

RSO

Mở van cuộn dây quay van ISC

1 (A)

TE1

Cực kiểm tra mã lỗi

15 (A)

TE2

Cực kiểm tra mã lỗi

2 (A)

ELS1

Tín hiệu phụ tải điện 1

7 (A)

ELS2

Tín hiệu phụ tải điện 2

14 (A)

ELS3

Tín hiệu phụ tải điện 3

13 (A)

ELS4

Tín hiệu phụ tải điện 4

15 (A)

NSW

Cơng tắc khởi động trung gian

16 (A)

KNK

Tín hiệu cảm biến tiếng gõ

10 (A)

W

2.4.

Đèn check engine

2(B)

Các tín hiệu đầu vào của hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển điện tử trên ơ tơ có rất nhiều cảm biến, cảm biến giúp

ECU nhận biết các trạng thái làm việc của động cơ. Trong số đó có nhiều cảm biến
quyết định trực tiếp đến chế độ làm việc, ảnh hưởng đến công suất động cơ phát ra, sự
tiêu hao nhiên liệu như: cảm biến vị trí trục khuỷu NE, cảm biến vị trí trục cam G, cảm

17


biến kích nổ, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp, cảm biến oxy… Một
số cảm biến chính được sử dụng trên ĐỘNG CƠ 4E - FE.
➢

Cảm biến chân khơng MAP

➢

Cảm biến vị trí bướm ga TPS

➢

Cảm biến vị trí trục khuỷu NE

➢

Cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp THA

➢

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát THW

➢

Cảm biến kích nổ

2.4.1. Cảm biến chân khơng MAP
❖

Chức năng

Cảm biến chân khơng hay cịn gọi là cảm biến áp suất trong đường ống nạp
MAP (Manifold Air Pressure). Đây là cảm biến xác định lưu lượng khí nạp bằng cách
kiểm tra độ chân không trong đường ống nạp. Cảm biến được bố trí bên ngồi đường
ống nạp, cấu trúc của nó gọn nhẹ, khơng làm cản trở chuyển động dịng khơng khí nạp
như các cảm biến khác.
Bằng cách gắn một IC vào cảm biến, cảm biến áp suất đường ống nạp cảm
nhận biết được áp suất đường ống nạp bằng tín hiệu PIM. Sau đó ECU xác định được
thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản trên cơ sở của tín hiệu PIM.

18


Hình 2.5: Cảm biến chân khơng MAP trên mơ hình.

❖

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cảm biến gồm một màng silicon có bề dày ở ngồi rìa mép khoảng 0.25mm và
ở trung tâm khoảng 0.025mm, kết hợp với buồng chân khơng và một IC. Một mặt của
màng silicon bố trí tiếp xúc với độ chân không trong đường ống nạp và mặt khác của
nó bố trí ở trong buồng chân khơng được duy trì một áp thấp cố định trước nằm trong
cảm biến.

Hình 2.6: Cấu tạo cảm biến MAP
19


Nguyên lý đo của cảm biến dựa vào mối quan hệ giữa độ chân không trong
đường ống nạp và lưu lượng khơng khí nạp. Khi lượng khơng khí nạp giảm thì độ chân
khơng trong đường ống nạp tăng và ngược lại. Độ chân không trong đường ống nạp
được chuyển thành tín hiệu điện áp nhờ một IC bố trí bên trong cảm biến và gởi về
ECU để xác định lưu lượng khơng khí nạp.

Hình 2.7: Hình dạng màng silicon thay đổi theo áp suất
Khi áp suất trong đường ống nạp thay đổi sẽ làm cho hình dạng của màng
silicon thay đổi theo và trị số điện trở của nó sẽ thay đổi. Khi điện trở thay đổi thì tín
hiệu điện áp từ IC gửi về ECU thay đổi theo áp suất trong đường ống nạp. Điện áp từ
ECU luôn cung cấp cho IC không đổi là 5 vôn. Khi áp suất trong đường ống nạp càng
lớn thì tín hiệu điện áp từ chân PIM gởi về ECU càng cao và ngược lại.

Các cực của cảm biến
VC: Nguồn 5V cấp từ ECU
PIM: Điện áp tín hiệu xác định lưu

lượng khơng khí nạp
E2: Mass cảm biến

Hình 2.8: Mạch điện cảm biến MAP
20


Hình 2.9: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và áp suất đường ống nạp
Tín hiệu điện áp của cảm biến là cao nhất khi áp suất trong đường ống nạp là
lớn nhất (công tắc máy ON, động cơ OFF hoặc khi bướm ga được mở rộng một cách
đột ngột). Tín hiệu điện áp là thấp nhất khi cánh bướm ga đóng hoặc giảm tốc.
2.4.2.
❖

Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính TPS
Chức năng

Cảm biến vị trí bướm ga được lắp trên trục cánh bướm ga. Cảm biến vị trí
bướm ga biến đổi góc mở bướm ga thành điện áp, được truyền đến ECU động cơ bằng
tín hiệu độ mở bớm ga (VTA).
ECU sử dụng thơng tin vị trí cánh bướm ga để biết:
-

Chế độ làm việc của động cơ: cầm chừng, bướm ga mở một phần, bướm
ga mở rộng.

-

Trạng thái tải động cơ và kiểm sốt khí thải.

-

Sự hiệu chỉnh tỉ lệ hịa khí.

-

Hiệu chỉnh sự tăng công suất.
21


-

Điều khiển cắt nhiên liệu.

Hình 2.10: Cảm biến vị trí bướm ga trên động cơ
❖

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Cảm biến vị trí bướm ga sử dụng trên động cơ 4E-FE là loại tuyến tính xác
định vị trí mở của bướm ga một cách liên tục theo quy luật đường thẳng, giúp cho việc
nhận biết góc mở của bướm ga được chính xác hơn.

Hình 2.11: Sơ đồ mạch điện đường đặc tính cảm biến vị trí bướm ga
22


Bên trong cảm biến vị trí bướm ga là một điện trở và một con trượt, nguồn
điện áp 5V từ ECU cung cấp vào hai đầu của điện trở, con trượt di chuyển trên điện trở
theo góc mở của cánh bướm ga. Khi con trượt di chuyển tín hiệu điện áp ra sẽ thay đổi.

Con trượt càng ở gần vị trí VC thì điện áp ra càng cao. Tín hiệu điện áp VTA từ con
trượt gửi về ECU để xác định độ mở của cánh bướm ga.
Cảm biến vị trí bướm ga được bố trí trên thân bướm ga và chuyển đổi
góc quay của cánh bướm ga thành tín hiệu điện áp. Khi bướm ga mở, tín hiệu điện áp
tăng lên.
Tại tốc độ cầm chừng, điện áp trên dây tín hiệu nằm trong khoảng 0.45 - 0.65
V. Từ tín hiệu này, ECM biết được bướm ga đang đóng. Tại thời điểm bướm ga mở
rộng, tín hiệu điện áp nằm trong khoảng 3.5 – 4.7 V.
2.4.3.

Cảm biến vị trí trục khuỷu Ne

Động cơ Toyota 4E – FE sử dụng hệ thống đánh lửa dùng bộ chia điện (delco),
cảm biến Ne được bố trí nằm bên trong bộ chia điện.
❖

Chức năng

-

Điều khiển góc đánh lửa sớm: khi số vịng quay của động cơ càng cao, để
đảm bảo hỗn hợp nhiên liệu đủ thời gian cháy phải tăng góc đánh lửa
sớm.

-

Điều khiển lượng nhiên liệu phun: khi số vòng quay càng nhanh, lượng
nhiên liệu phun sẽ giảm để giới hạn số vòng quay của động cơ.

-

Điều khiển tốc độ cầm chừng: kết hợp với cảm biến vị trí bướm ga, ECU
xác định động cơ hoạt động ở tốc độ cầm chừng. Từ đó ECU điều khiển
ổn định tốc độ cầm chừng đã được cài đặt trước trong bộ nhớ ECU.

-

Điều khiển bơm nhiên liệu: ECU nhận tín hiệu Ne để điều khiển dịng
điện chạy qua cuộn dây của bơm xăng.

23


Hình 2.12: Cảm biến vị trí trục khuỷu trên động cơ
❖

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cảm biến vị trí trục khuỷu Ne của động cơ Toyota 4E – FE thuộc loại cảm
biến điện từ nằm bên trong bộ chia điện (delco).
Cấu tạo: một khung từ, một đầu khung từ lắp với một nam châm vĩnh cửu, đầu
còn lại lắp với cuộn dây. Trên trục của delco lắp một rotor cảm biến, quay cùng với tốc
độ của trục delco.
Khi rotor đứng yên từ thông của nam châm vĩnh cửu qua cuộn dây không đổi
nên sức điện động sinh ra trong cuộn dây bằng không.
Khi rotor chuyển động khe hở từ thay đổi, nên từ thông qua cuộng dây cũng
thay đổi tạo ra một sức điện động xoay chiều trong cuộn dây và tín hiệu này được

24