Hệ thống điều khiển động cơ 2gr fse trên xe lexus rx 350 2008

MỤC LỤC
MỤC LỤC...................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH....................................................................................iv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU..................................................................................ix
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài.......................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu..................................................................................................1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu..............................................................................1
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài....................................................................1
5. Phương pháp nghiên cứu............................................................................................2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TRÊN Ô TÔ............3
1.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ........................................3
1.1.1. Lịch sử phát triển của động cơ phun xăng............................................................3
1.1.2. Ưu điểm của hệ thống phun xăng........................................................................4
1.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình và thuật tốn điều khiển.............................5
1.2.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình..................................................................5
1.2.2. Thuật tốn điều khiển lập trình............................................................................7
1.3. Tổng quan về hệ thống điện điện tử trên ô tô........................................................11
1.3.1. Hệ thống điện cơ bản trên ô tô gồm có..............................................................11
1.3.2. Các ký hiệu màu dây trên sơ đồ mạch điện........................................................16
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 2GR-FSE TRÊN XE LEXUS RX
350 2008....................................................................................................................... 18
2.1. Tổng quan động cơ 2GR-FSE trên xe Lexus RX 350 2008..................................18
2.1.1. Giới thiệu xe Lexus RX 350 2008......................................................................18
2.1.2. Động cơ 2GR-FSE.............................................................................................19
2.1.3. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển động cơ 2GR-FSE......................................20
2.2. Các cảm biến tín hiệu đầu vào trên động cơ 2GR-FSE.........................................22
2.2.1. Cảm biến vị trí trục khuỷu.................................................................................22
2.2.2. Cảm biến vị trí trục cam.....................................................................................23
2.2.3. Cảm biến Oxy....................................................................................................24
2.2.5. Cảm biến vị trí bướm ga....................................................................................27

2.2.6. Cảm biến vị trí bàn đạp ga.................................................................................29
i


2.2.7. Cảm biến kích nổ...............................................................................................30
2.2.8. Cảm biến tỷ lệ khơng khí và nhiên liệu (A/F)....................................................32
2.3. Bộ điều khiển trung tâm........................................................................................33
2.3.1. Cấu tạo............................................................................................................... 33
2.3.2. Nguyên lý hoạt động điều khiển động cơ của ECM...........................................34
2.3.3. Mạch cấp nguồn – Mạch VC – Mạch nối đất.....................................................36
2.4. Hệ thống nhiên liệu trên xe trên xe Lexus RX 350 2008.......................................38
2.4.1. Cấu tạo hệ thống phun xăng...............................................................................38
2.4.2. Hệ thống điều khiển bơm nhiên liệu và nguyên lý hoạt động............................40
2.5. Hệ thống đánh lửa.................................................................................................44
2.5.1. Cấu tạo hệ thống đánh lửa trực tiếp...................................................................44
2.5.2. Nguyên lý hoạt động hệ thống đánh lửa trực tiếp..............................................48
2.7. Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử...................................................................49
2.8. Hệ thống điều khiển góc phân phối khí thơng minh (VVT-i)................................53
2.9. Hệ thống thay đổi chiều dài hiệu dụng đường ống nạp ACIS...............................57
2.9.1. Cấu tạo hệ thống ACIS......................................................................................57
2.9.2. Hoạt động hệ thống ACIS..................................................................................58
2.10. Hệ thống phun khí...............................................................................................59
2.10.1. Bơm phun khí..................................................................................................60
2.10.2. Van chuyển mạch khơng khí............................................................................61
2.10.3. Cảm biến áp suất khơng khí.............................................................................61
2.10.4. Mạch điều khiển phun khí................................................................................63
2.11. Chức năng kiểm soát khởi động..........................................................................64
2.12. Hệ thống kiểm soát nhiên liệu bay hơi (EVAP)..................................................66
2.12.1. Chức năng của các thành phần chính...............................................................67
2.12.2. Cấu trúc và hoạt động của các thành phần.......................................................68

2.12.3. Hệ thống EVAP...............................................................................................71
CHƯƠNG 3: CHẨN ĐOÁN, SỬA CHỮA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
2GR-FSE...................................................................................................................... 74
3.1. Bố trí hệ thống điện trên xe Lexus RX 350 2008..................................................74
3.2. Hiện tượng và nguyên nhân hư hỏng....................................................................76
3.3. Kiểm tra và sửa chữa hư hỏng tín hiệu khởi động và mạch nguồn........................79
ii


3.3.1. Mạch tín hiệu máy khởi động............................................................................79
3.3.2. Mạch nguồn.......................................................................................................81
3.4. Kiểm tra và sửa chữa hư hỏng cảm biến...............................................................82
3.4.1. Cảm biến vị trí trục khuỷu.................................................................................82
3.4.2. Cảm biến vị trí trục cam.....................................................................................84
3.4.3. Cảm biến lưu lượng và nhiệt độ khơng khí nạp.................................................86
3.4.4. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ..........................................................88
3.4.5. Cảm biến vị trí bướm ga....................................................................................89
3.4.6. Cảm biến vị trí bàn đạp ga.................................................................................91
3.4.7. Cảm biến kích nổ...............................................................................................93
3.4.8. Cảm biến tỷ lệ khơng khí và nhiên liệu A/F.......................................................94
3.4.9. Cảm biến oxy.....................................................................................................97
3.5. Kiểm tra sửa chữa hệ thống nhiên liệu..................................................................99
3.5.1. Kiểm tra sửa chữa mạch điều khiển bơm nhiên liệu..........................................99
3.5.2. Kiểm tra sửa chữa mạch phun nhiên liệu.........................................................101
3.6. Kiểm tra sửa chữa hệ thống đánh lửa..................................................................102
3.7. Chẩn đoán hệ thống điều khiển động cơ.............................................................103
3.7.1. Sử dụng máy chẩn đoán...................................................................................103
3.7.2. Mã lỗi hệ thống điều khiển động cơ 2GR-FSE................................................108
KẾT LUẬN................................................................................................................ 114
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................115

iii


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ.............................5
Hình 1.2: Sơ đồ các khối chức năng của hệ thống điều khiển phun xăng......................6
Hình 1.3: Thuật tốn điều khiển động cơ.....................................................................10
Hình 1.4: Hệ thống khởi động.....................................................................................11
Hình 1.5: Hệ thống nạp................................................................................................11
Hình 1.6: Hệ thống đánh lửa........................................................................................12
Hình 1.7: Hệ thống chiếu sáng, tín hiệu.......................................................................12
Hình 1.8: Hệ thống đo đạt và kiểm tra.........................................................................13
Hình 1.9: Hệ thống điều hịa khơng khí.......................................................................13
Hình 1.10: Hệ thống gạt nước rửa kính........................................................................14
Hình 1.11: Hệ thống nâng hạ kính...................................................................................
Hình 2. 1: Lexus RX 350 2008………………………………………………………..17
Hình 2. 2: Động cơ 2GR-FSE......................................................................................18
Hình 2. 3: Kết cấu chung đơng cơ................................................................................18
Hình 2. 4: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển động cơ cơ 2GR-FSE..........................20
Hình 2. 5: Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu..............................................................21
Hình 2. 6: Sơ đồ cảm biến vị trí trục khuỷu.................................................................21
Hình 2. 7: Cảm biến vị trí trục cam..............................................................................22
Hình 2. 8: vị trí cảm biến Oxy.....................................................................................23
Hình 2. 9: cấu tạo cảm biến Oxy..................................................................................23
Hình 2. 10: nguyên lý hoạt động cảm biến Oxy...........................................................24
Hình 2. 11: Sơ đồ mạch điện cảm biến oxy.................................................................24
Hình 2. 12: Cảm biến khí oxi và dải điện áp................................................................25
Hình 2. 13: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ.................................................25
Hình 2. 14: Đường đặt tính và sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát.......26

Hình 2. 15: Đường đặt tuyến cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ......................26
Hình 2. 16: Vị trí cảm biến vị trí bướm ga...................................................................27
Hình 2. 17: Cấu tạo và sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga................................27
Hình 2. 18: Cảm biến vị trí bàn đạp ga........................................................................28
Hình 2. 19: Cấu tạo và sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga.............................28
Hình 2. 20: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và vị trí bàn đạp ga................29
iv


Hình 2. 21: Cảm biến kích nổ......................................................................................30
Hình 2. 22: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và tần số.................................30
Hình 2. 23: Sơ đồ cảm biến kích nổ.............................................................................30
Hình 2. 24: Sơ đồ tín hiệu NNK điều chỉnh đánh lửa sớm khi xảy ra kích nổ.............31
Hình 2. 25: Cấu tạo cảm biến A/F...............................................................................31
Hình 2. 26: Sơ đồ cảm biến A/F..................................................................................32
Hình 2. 27: Sơ đồ cấu trúc chung của ECM.................................................................33
Hình 2. 28: Hoạt động điều khiển của ECM................................................................34
Hình 2. 29: Mạch nguồn điều khiển bằng ECM...........................................................35
Hình 2. 30: Mạch VC...................................................................................................36
Hình 2. 31:Sơ đồ mạch nối đất.....................................................................................36
Hình 2. 32: Cấu tạo hệ thống nhiên liệu xe..................................................................37
Hình 2. 33: Cấu tạo hệ thống nhiên liệu.......................................................................38
Hình 2. 34: Cấu tạo bơm..............................................................................................39
Hình 2. 35: Sơ đồ điều khiển bơm nhiên liệu...............................................................39
Hình 2. 36: Sơ đồ điều khiển bơm nhiên liệu BẬT/TẮT bằng ECM...........................40
Hình 2. 37: Sơ đồ điều khiển BẬT/TẮT bằng Công tắc bơm nhiên liệu.....................40
Hình 2. 38: Sơ đồ điều khiển hai tốc độ bằng điện trở ở tốc độ thấp...........................41
Hình 2. 39: Sơ đồ điều khiển hai tốc độ bằng điện trở ở tốc độ cao.............................42
Hình 2. 40: Sơ đồ BẬT/TẮT điều khiển hai tốc độ bằng ECU bơm nhiên liệu...........42
Hình 2. 41: Sơ đồ điều khiển ba tốc độ BẬT/TẮT với ECU bơm nhiên liệu...............43

Hình 2. 42: Hoạt động của Bơbin................................................................................44
Hình 2. 43: Hoạt động của IC đánh lửa........................................................................45
Hình 2. 44: Cấu tạo bugi..............................................................................................46
Hình 2. 45: Làm mát bugi bằng nước..........................................................................46
Hình 2. 46: Hệ Thống đánh lửa trực tiếp.....................................................................47
Hình 2. 47: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa trực tiếp.............................................48
Hình 2. 48: Cấu tạo cổ họng gió..................................................................................49
Hình 2. 49: Sơ đồ nguyên lý hệ thống ETCS-i.............................................................50
Hình 2. 50: Sơ đồ hệ thống ETCS-i.............................................................................51
Hình 2. 51: Hệ thống điều khiển góc phân phối khí thơng minh..................................53
Hình 2. 52: Sơ đồ điều khiển VVT-i............................................................................53
v


Hình 2. 53: Cấu tạo bộ điều khiển VVT-i....................................................................54
Hình 2. 54: Cấu tạo van điều khiển dầu phối khí trục cam OCV.................................54
Hình 2. 55: Hoạt động bộ điều khiển khi mở sớm trục cam nạp..................................55
Hình 2. 56: Hoạt động bộ điều khiển khi mở sớm trục cam xả....................................55
Hình 2. 57: Bộ điều khiển khi cam van điều khiển dầu ở vị trí trung tính....................56
Hình 2. 58: Cấu tạo van điều khiển khí nạp.................................................................56
Hình 2. 59: Cấu tạo hệ thống ACIS.............................................................................57
Hình 2. 60: Hoạt động trạng thái đóng.........................................................................57
Hình 2. 61: Hoạt động ở trạng thái mở........................................................................58
Hình 2. 62: Hệ thống phun khí.....................................................................................58
Hình 2. 63: Cấu tạo bơm phun khí...............................................................................59
Hình 2. 64: Van chuyển mạch khơng khí.....................................................................60
Hình 2. 65: Cảm biến áp suất khơng khí......................................................................60
Hình 2. 66: Bơm khơng khí bật van chuyển mạch đóng..............................................61
Hình 2. 67:Bơm khơng khí bật van chuyển mạch mở..................................................61
Hình 2. 68: Bơm khơng khí tắt van chuyển mạch đóng...............................................61

Hình 2. 69: Bơm khơng khí tắt van chuyển mạch mở..................................................62
Hình 2. 70: Mạch điều khiển phun khí.........................................................................62
Hình 2. 71: Hệ thống kiểm sốt khởi động..................................................................63
Hình 2. 72: Hoạt động của hệ thống kiểm sốt khởi động...........................................64
Hình 2. 73: Cấu tạo hệ thống EVAP............................................................................65
Hình 2. 74: Bố trí các thành phần hệ thống EVAP......................................................67
Hình 2. 75: Van tiếp nhiên liệu....................................................................................68
Hình 2. 76: Đầu vào nhiên liệu và đầu vào khơng khí sạch.........................................68
Hình 2. 77: Mơ-đun bơm.............................................................................................69
Hình 2. 78: Sơ đồ điều khiển bơm...............................................................................69
Hình 2. 79: Hệ thống EVAP được điều khiển bởi ECM..............................................70
Hình 2. 80: Kiểm sốt luồng thanh lọc........................................................................71
Hình 2. 81: Phục hồi hơi nhiên liệu khi tiếp nhiên liệu................................................71
Hình 2. 82: Hơi nước thốt ra khỏi hộp và đốt cháy trong động cơ.............................72
Hình 2. 83: Hơi nước thoát ra khỏi hộp và đốt cháy trong động cơ.............................72
Y
vi


Hình 3. 1: Sơ đồ vị trí giắc trên xe Lexus RX 350 2008..............................................73
Hình 3. 2: Sơ đồ vị trí giắc trên xe Lexus RX 350 2008..............................................73
Hình 3. 3: Sơ đồ vị trí giắc trên xe Lexus RX 350 2008..............................................74
Hình 3. 4: Sơ đồ vị trí giắc trên xe Lexus RX 350 2008..............................................74
Hình 3. 5: Sơ đồ mạch khởi động................................................................................78
Hình 3. 6: Sơ đồ mạch nguồn......................................................................................80
Hình 3. 7: Giắc A38 của ECM.....................................................................................81
Hình 3. 8: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu................................................81
Hình 3. 9: Giắc cảm biến vị trí trục khuỷu (D21)........................................................82
Hình 3. 10: Hình lắp cảm biến vị trí trục khuỷu...........................................................82
Hình 3. 11: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam.................................................83

Hình 3. 12: Giắc cảm biến vị trí trục cam (C99)..........................................................83
Hình 3. 13: Hình lắp cảm biến vị trí trục cam..............................................................84
Hình 3. 14: Sơ đồ mạch điện cảm biến lưu lượng khơng khí nạp................................85
Hình 3. 15: Giắc cảm biến đo gió (D3)........................................................................85
Hình 3. 16: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ.....................87
Hình 3. 17: Giắc cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ (D11)...............................87
Hình 3. 18: Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ...................................88
Hình 3. 19: Cảm biến vị trí bướm ga...........................................................................88
Hình 3. 20: Giắc cảm biến vị trí bướm ga (D28).........................................................89
Hình 3. 21: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga..............................................90
Hình 3. 22: Giắc cảm biến vị trí bàn đạp ga (A46)......................................................90
Hình 3. 23: Sơ đồ mạch điện cảm biến kích nổ............................................................92
Hình 3. 24: Giắc cảm biến kích nổ (b1, b2).................................................................92
Hình 3. 25: Sơ đồ mạch điện cảm biến tỷ lệ không khí và nhiên liệu A/F...................93
Hình 3. 26: Giắc cảm biến A/F (D19, D20).................................................................94
Hình 3.27: Sơ đồ mạch điện cảm biến oxy..................................................................96
Hình 3. 28: Sơ đồ mạch điện cảm biến Oxy................................................................96
Hình 3. 29: Giắc cảm biến oxy (S1, D36)....................................................................96
Hình 3. 30: Giắc Bơm xăng và ECU điều khiển bơm (P11, A43)................................98
Hình 3. 31: Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên liệu.....................................................99
Hình 3. 32: Sơ đồ mạch điều khiển phun xăng..........................................................100
vii


Hình 3. 33: Giắc kim phun nhiên liệu........................................................................100
Hình 3. 34: Sơ đồ mạch điện hệ thống đánh lửa........................................................101
Hình 3. 35: Giắc bơ bin đánh lửa...............................................................................102
Hình 3. 36: Chọn chức năng chẩn đốn.....................................................................103
Hình 3. 37: Khai báo hãng xe....................................................................................103
Hình 3. 38: Chọn nơi sản xuất...................................................................................104

Hình 3. 39: Chọn cổng kết nối...................................................................................104
Hình 3. 40: Chọn hệ thống cần kiểm tra....................................................................105
Hình 3. 41: Chọn mục kiểm tra động cơ và hộp số....................................................105
Hình 3. 42: Chọn phân tích mã DTC.........................................................................106
Hình 3. 43: Màn hình phân tích mã lỗi......................................................................106

viii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Ký hiệu màu dây trên sơ đồ mạch điện...............................................................
Bảng 2: Thông số kỷ thuật của động cơ....................................................................19Y
Bảng 3.1: Hiện tượng và nguyên nhân hư hỏng...........................................................75
Bảng 3.2: Đọc giá trị....................................................................................................79

ix


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trên ô tô mọi hệ thống đều có quan hệ mật thiết với nhau và đều có tính quan
trọng khơng thể thiếu. Nhưng quan trọng nhất, thể hiện được sức mạnh của xe và đảm
bảo tính bảo vệ mơi trường là khối động cơ.
Các hãng xe không ngừng cải tiến động cơ để đạt được công suất tối đa, tiết kiệm
nhiên liệu và không gây ô nhiễm môi trường. Hãng Lexus là một trong những hãng rất
được ưa chuộng tại thị trường Việt Nam, đang cho ra những sản phẩm ô tô với khối
động cơ đảm bảo các tính chất đó.
Để vận hành được xe và động cơ làm việc tối ưu ở mọi chế độ tải khác nhau, mọi
điều kiện hoạt động thì cần có hệ thống điều khiển động cơ. Hệ thống này có vai trị
phát hiện được điều kiện hoạt động của xe tự động điều khiển động cơ qua hệ thống

phun xăng và đánh lửa. Đây là hệ thống rất thơng minh và rất quan trọng trên xe, do đó
đề tài tác giả chọn là “Nghiên cứu hệ thống điều khiển động cơ 2GR-FSE lắp trên xe
Lexus RX 350 2008”.
2. Mục đích nghiên cứu
Giới thiệu tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ.
Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ 2GRFSE lắp trên xe Lexus RX 350 2008.
Tìm hiểu hiện tượng, nguyên nhân và cách chẩn đoán, bảo dưỡng, kiểm tra, sửa
chữa hệ thống điều khiển động cơ 2GR-FSE lắp trên xe Lexus RX 350 2008.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: hệ thống điều khiển động cơ 2GR-FSE lắp trên xe Lexus RX
350 2008.
Phạm vi nghiên cứu: Đề tài này chỉ nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động,
chẩn đoán, bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống điều khiển động cơ 2GR-FSE trên xe
Lexus RX 350 2008.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài giúp cho sinh viên năm cuối có thể củng cố kiến thức, tổng hợp và nâng
cao kiến thức chuyên ngành, cũng như những kiến thức ngoài thực tế xã hội, đề tài còn
giúp cho sinh viên nâng cao khả năng tự tìm tịi, sáng tạo. Đề tài “Nghiên cứu hệ thống
điều khiển động cơ 2GR-FSE lắp trên xe Lexus RX 350 2008” Giúp cho tác giả tìm hiểu
1


sâu hơn về hệ thống điều khiển động cơ. Những kết quả thu được sau khi hồn thành
có thể làm tài liệu giúp cho việc chuẩn đoán và sửa chữa hệ thống điều khiển động cơ.
5. Phương pháp nghiên cứu
Đối với đề tài “Nghiên cứu hệ thống điều khiển động cơ 2GR-FSE lắp trên xe
Lexus RX 350 2008” do điều kiện nghiên cứu có hạng để hồn thành chúng tơi đã kết
hợp nhiều phương pháp nghiên cứu. Trong đó chủ yếu là phương pháp tham khảo tài
liệu, thu thập các thông tin liên quan, học hỏi kinh nghiệm ta thầy cơ bạn bè…từ đó
đúc kết thành.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
TRÊN Ô TÔ
1.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ
1.1.1. Lịch sử phát triển của động cơ phun xăng
Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp – ông Stevan – đã nghĩ ra cách phun nhiên
liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên
liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả. 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 supap hút nên có tên gọi là K – Jetronic (K – Konstant – liên tục,
Jetronic – phun). 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 các hệ thống phun xăng
thế hệ sau như KE – Jetronic, Mono – Jetronic, L – Jetronic, Motronic…
Tên tiếng Anh của K – Jetronic là CIS (continuous injection system) đặc trưng
cho các hãng xe Châu Âu và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K – Jetronic với
các cảm biến oxy và KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE –
Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm). Do hệ thống phun cơ khí cịn 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 phun
được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D – Jetronic (lượng nhiên liệu
phun 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 và D – 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 hồ khí của
xe Nissan Sunny.
Song song với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh
lửa theo chương trình (ESA – Electronic Spark Advance) cũng được đưa vào sử dụng
vào những năm đầu thập kỷ 80. Sau đó, vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực
3


tiếp (DIS – Direct Ignition System) ra đời, cho phép khơng 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 động cơ xăng và động cơ Diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được các
yêu cầu gắt gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu. Thêm vào đó cơng suất động cơ
cũng được cải thiện rõ rệt.
Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã 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.
1.1.2. Ưu điểm của hệ thống phun xăng
Khởi động động cơ dễ dàng và nhanh chóng: Trong quá trình khởi động lượng
nhiên liệu phun cơ bản căn cứ vào tín hiệu khởi động STA từ cơng tắc máy và cảm biến
nhiệt độ nước làm mát. Lượng phun hiệu chỉnh thêm nhiên liệu được lấy từ cảm biến
nhiệt độ khơng khí nạp và điện áp của ắc quy.
Thời điểm đánh lửa sớm điều khiển tối ưu ứng với chế độ khởi động.
Van ISC mở tối đa để khởi động dễ dàng.
Hỗn hợp khơng khí nhiên liệu của các xy lanh được phân phối đồng đều.
Tỉ lệ hỗn hợp được đáp ứng tối ưu ở mọi chế độ làm việc của động cơ.
Do không sử dụng độ chân không để hút nhiên liệu như bộ chế hịa khí. Do vậy
người ta tăng đường kính và chiều dài của đường ống nạp để làm giảm sức cản và tận
dụng quán tính lớn của dịng khí để nạp đầy. Ngồi ra, người ta còn dùng các phương
án như thay đổi chiều dài đường ống nạp hoặc dùng hai đường óng nạp cho mỗi xy

lanh để tăng hiệu quả nạp cho động cơ.
Ở chế độ cầm chừng nhanh, tốc độ cầm chừng của động cơ được điều khiển từ
van khơng khí hoặc van điều khiển tốc độ cầm chừng, nên tốc độ cầm chừng nhanh
thay đổi đều và rất ổn định theo nhiệt độ của nước làm mát.
Nhiên liệu được cung cấp qua kim phun ở dạng sương dưới một góc độ phun hợp
lý nên sự hình thành hỗn hợp đạt hiệu quả cao hơn bộ chế hịa khí.
Điều khiển cắt nhiên liệu khi giảm tốc nhằm tiết kiệm được nhiên liệu và giải
quyết được vấn đề ơ nhiễm mơi trường.
Lượng khí thải được kiểm tra để hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun cho chính xác.

4


Từ các ưu điểm trên nên ở động cơ phun xăng người ta nâng cao được công suất,
hiệu suất, tỉ số nén của động cơ và giải quyết được phần lớn vấn đề ô nhiễm môi sinh.
1.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình và thuật tốn điều khiển
1.2.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình
Hệ thống điều khiển bao gồm:
- Ngõ vào (Inputs) với chủ yếu là các cảm biến.
- Hộp ECM (Engine Control Module) là bộ não của hệ thống.
- Ngõ ra (Outputs) là các cơ cấu chấp hành (Actuators) như kim phun, bobine,
van điều khiển cầm chừng,…

Hình 1. 1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ

5


Hình 1. 2 : Sơ đồ các khối chức năng của hệ thống điều khiển phun xăng
Một trong những vấn đề chủ yếu mà điều khiển tự động trên ô tô phải giải quyết

là điều khiển các thông số ra của các hệ thống trang bị trên xe sao cho đảm bảo tính
năng và sự an tồn của ơ tơ là tốt nhất trong mọi điều kiện hoạt động. Đối với ơtơ khi
vận hành ln có sự thay đổi về tốc độ, tải trọng, khí hậu mơi trường, điều kiện mặt
đường … Vì cần phải điều khiển các thơng số ra cho những hệ thống trên ô tô khá đa
dạng và phức tạp, ngồi ra các hệ thống này cịn chịu ảnh hưởng của những tác động
bên ngoài. Do vậy, điều khiển tự động trên ôtô thường áp dụng hệ thống điều khiển
kín và có hồi tiếp. Sự áp dụng loại hệ thống này tạo được mối liên hệ trực tiếp giữa
những tác động cần thiết để điều khiển hệ thống với các thông số hoạt động của hệ
thống đồng thời loại bỏ những tác động nhiễu đến thông số này đảm bảo cho giá trịcủa
chúng luôn phù hợp với giá trị mà ta mong muốn.
Các cảm biến có vai trị xác định thơng tin và hoạt động của động cơ cũng như
các thơng tin về mơi trường ngồi có liên quan đến sự hoạt động của động cơ, những
thông tin này ở dạng các tín hiệu địên áp (Electric Signals) được cảm biến gửi về bộ vi
xử lý thông qua thiết bị giao tiếp đầu vào (khuyếch đại, chuyển đổi A/D …)
Bộ vi xử lý sẽ so sánh những thông tin này so với những thông tin trong bộ nhớ
máy tính để từ đó phát ra tín hiệu điều khiển thích hợp. Tín hiệu điều khiển được gửi
6


đến các thiết bị thực hiện thông qua các thiết bị kiểm soát giao tiếp đầu ra để tác động
điều khiển các thông số hoạt động của động cơ.
1.2.2. Thuật tốn điều khiển lập trình
Thuật tốn điều khiển lập trình cho động cơ được nhà chế tạo viết và cài đặt sẵn
trong CPU. Tùy thuộc vào từng chế độ làm việc hay tình trạng động cơ, mà ECM tính
tốn dựa trên lập trình có sẵn đó để đưa ra những tín hiệu điều khiển sao cho động cơ
làm việc tối ưu.
Điều khiển phun xăng.
Việc lưa chọn thuật toán điều khiển phun xăng phụ thuộc vào các yếu tố mà nhà
chế tạo ưu tiên như:
Điều khiển chống ơ nhiễm

Việc hịa trộn hỗn hợp có thể thực hiện bằng hai cách phun trên đường ống nạp
hoặc phun trong xy lanh (GDI). Nếu đủ thời gian, hỗn hợp hịa khí sẽ phân bố đồng
nhất trong xy lanh với tỉ lệ thay đổi trong khoảng 0.9 < λ <1.3 đối với động cơ phun
trực tiếp GDI với tỉ lệ hịa khí rất nghèo λ > 1.3 cũng phải tạo ra vùng hỗn hợp tương
đối giàu ở vùng gần bougie trong buồng cháy.
Các chất độc trong khí thải như: CO, HC, NOX phụ thuộc mạnh vào tỉ lệ
hịa khí:
λ < 1: Tăng lượng HC và CO.
λ = 1: Có đủ 3 chất CO, HC, NOX để phản ứng với nhau trong bộ xúc tác. Sau
bộ xúc tác có rất ít chất độc.
λ ≈ 1: Lượng NOx sẽ đạt giá trị cực đại do nhiệt độ buồng cháy cao và còn
thừa oxy.
λ > 1.1: Giảm NOx và nhiệt độ buồng cháy, tăng hàm lượng HC do thỉnh
thoảng không cháy được hỗn hợp.
λ > 1.5: Chế độ đốt nghèo với khí độc thấp trừ NOX
Hàm lượng O2 cịn trong ống thải có thể được dùng để xác định tỉ lệ λ nếu λ ≥ 1
thông qua cảm biến oxy.
Công suất động cơ
- Hỗn hợp giàu λ < 1: Cơng suất dung tích xy lanh đạt cực đại nhờ lượng nhiên
liệu tăng. Sử dụng phổ biến ở chế độ tải lớn trước 1970. Ngày nay chỉ được dùng trong
chế độ làm nóng động cơ. Hàm lượng chất độc trong khí thải cao.
7


- Hỗn hợp lý tưởng λ = 1: Công suất tương đối cao. Được sử dụng để tăng hiệu
suất của bộ xúc tác.
- Hỗn hợp tương đối nghèo 1 < λ < 1.5: hiệu suất tốt nhờ tăng lượng khí nạp
nhưng hàm lượng NOX tăng. Sử dụng ở chế độ tải nhỏ trước 1980.
- Hỗn hợp nghèo λ > 1.5: hiệu suất rất cao nhưng hàm lượng NOX vẫn còn lớn,
vì vậy phải có bộ xúc tác cho NOX.

Lượng nhiên liệu tổng cộng được phun ra phụ thuộc vào các thơng số sau:
+ Lưu lượng khí nạp theo thời gian.
+ Góc mở bướm ga.
+ Tốc độ động cơ.
+ Nhiệt độ động cơ.
+ Nhiệt độ môi trường.
+ Điện áp ắc quy.
Chức năng chính của điều khiển phun xăng.
+ Kiểm sốt lượng xăng phun theo thời gian theo lượng khí nạp để đạt tỉ lệ
mong muốn.
+ Tăng lượng nhiên liệu ở chế độ làm nóng sau khởi động lạnh.
+ Tăng lượng khí nạp lẫn nhiên liệu (tăng hỗn hợp) cho động cơ nguội vì ma
sát lớn.
+ Bù lượng nhiên liệu bám trên ống nạp.
+ Cắt nhiên liệu khi giảm tốc hoặc tốc độ quá cao
+ Hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp và áp suất khí trời đối với L – Jetronic.
+ Điều chỉnh tốc độ cầm chừng.
+ Điều chỉnh λ.
+ Điều chỉnh lưu hồi khí thải.
Phun gián đoạn
So với kiểu phun liên tục (K – Jectronic), phun gián đoạn tiết kiệm nhiên liệu
hơn nhờ độ chính xác cao hơn. Cơng suất động cơ thay đổi trong khoảng lớn. Tỉ lệ
công suất động cơ toàn tải và cầm chừng.
Ở một chế độ hoạt động cố định, lượng xăng phun ra theo thời gian tỉ lệ với công
suất hiệu dụng của động cơ.

8


Nếu phun gián đoạn, trong mỗi chu kỳ, một lượng nhiên liệu nào đó được phun

ra. Số lần phun trên giây sẽ tỉ lệ thuận với tốc độ động cơ.
Thời gian phun
Lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ được kiểm soát bởi thời gian phun là
thời gian kim phun mở.
Lượng nhiên liệu phun tỉ lệ với thời gian mở kim phun và độ chênh lệnh áp suất
trên kim và dưới kim (áp suất trong đường ống nạp). Trong trường hợp phun trực tiếp,
áp suất dưới kim là áp suất buồng cháy.
Thời gian mở kim phun
Một yếu tố quan trọng trong điều khiển phun xăng là phải xác định được khối
lượng khơng khí đi vào xy lanh. Lượng xăng tương ứng sé được tính tốn để bảo đảm
tỉ lệ hịa khí mong muốn. Trên thực tế, chúng ta khơng thể đo chính xác khối lượng
khơng khí đi vào từng xy lanh. Vì vậy, khi điều khiển động cơ phun xăng, người ta
thường dựa trên lưu lượng khơng khí đi qua đường ống nạp tính bằng khối lượng.
Có phương pháp để xác định khối lượng khơng khí: Trong phương pháp trực
tiếp, khối lượng khơng khí được đo bằng cảm biến dây nhiệt. Trong phương pháp gián
tiếp, người ta sử dụng cảm biến đo thể tích khơng khí (dùng cảm biến đo gió loại cánh
trượt, cảm biến Karman…) hoặc cảm biến đo áp suất trên đường ống nạp (MAP
sensor), sau đó phối hợp với cảm biến đo nhiệt độ khí nạp và cảm biến đo tốc độ động
cơ để tính tốn khối lượng khơng khí. Phần tính tốn được cài sẵn trong bộ nhớ.
Trong trường hợp động cơ với cảm biến đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp,
có sử dụng hệ thống lưu hồi khí thải (EGR – exhaust gas recirculation), một phần khí
thải sẽ quay lại đường ống nạp khi nhiệt độ động cơ cao.
Trình tự tính tốn và tìm kiếm các thơng số tối ưu của động cơ được mơ tả trên
lược đồ thuật tốn điều khiển sau.

9


Hình 1. 3: Thuật tốn điều khiển động cơ
10

1.3. Tổng quan về hệ thống điện điện tử trên ô tô

Hình 1. 4: Mối liên hệ giữa các chi tiết trong hệ thống ECT
1.3.1. Hệ thống điện cơ bản trên ơ tơ gồm có

Hình 1. 5: Các bộ phận trong hệ thống điều khiển ô tô
11