hệ thống điện động cơ ô tô 3

140
* Cảm biến khí xả với thành phần Zirconium :
(Exhaust Gas Sensor,Oxyzen sensor,Air/fuel sensor)
- Nguyên lý hoạt động :

Hình 5.66 : Cảm biến oxy với thành phần Zirconium
Loại này đợc chế tạo chủ yếu từ chất zirconium dioxide (ZrO
2
) có tính chất hấp thụ
những ion âm tính.Thực chất,cảm biến oxy loại này là một pin điện có sức điện động
phụ thuộc vào nồng độ oxy trong khí thải với ZrO
2
là chất điện phân.Mặt trong ZrO
2
tiếp
xúc với không khí,mặt ngoài tiếp xúc với oxy trong khí thải.ở mỗi mặt của ZrO
2
đợc
phủ một lớp điện cực bằng platin để dẫn điện.Lớp platin này rất mỏng và xốp để oxy dễ
khuếch tán vào.
Khi khí thải chứa lợng oxy ít do hỗn hợp giàu nhiên liệu thì số ion oxy tập trung ở
điện cực tiếp xúc khí thải ít hơn số ion oxy tập trung ở điện cực tiếp xúc không khí.Sự
chênh lệch số ion này sẽ tạo một tín hiệu điện áp khoảng 600-900 mV.Ngợc lại,khi độ
chênh lệch số ion ở hai điện cực nhỏ trong trờng hợp nghèo xăng,pin oxy sẽ phát ra tín
hiệu điện áp thấp khoảng 100-400 mV.
Đặc điểm của pin oxy với ZrO
2
là nhiệt độ làm việc phải trên 400

0
C. Do đó,để giảm
thời gian chờ,ngời ta dùng loại cảm biến có điện trở tự nung bên trong.Điện trở dây
nung đợc lắp trong cảm biến và đợc cấp nguồn từ Accu :

Hình 5.67 : Mạch điện và đặc tuyến ra của cảm biến

* Cảm biến khí xả với thành phần Titania (TiO
2
)
Cảm biến này có cấu tạo tơng tự nh loại zirconium nhng thành phần nhận biết oxy
trong khí thải đợc làm từ Titanium dioxide (TiO
2
). Đặc tính của chất này là sự thay đổi
điện trở theo nồng độ oxy còn trong khí thải.



141

Hình 5.68 : Cảm biến oxy loại Titania
Khi khí thải chứa lợng oxy ít do hỗn hợp giàu nhiên liệu,phản ứng tách oxy khỏi
TiO
2
dễ xảy ra.Do đó điện trở của TiO
2
có giá trị thấp làm dòng qua điện trở tăng lên.
Nhờ vậy điện thế tại chân OX ở mức cao (600-900 mV). Khi khí thải chứa lợng oxy
nhiều do hỗn hợp nghèo,phản ứng tách oxy ra khỏi TiO
2

khó xảy ra,do đó điện trở của
TiO
2
có giá trị cao làm dòng qua điện trở giảm,điện thế tại chân OX ở mức thấp (100
400 mV).

Hình 5.69 : Đặc tuyến ra của cảm biến khí xả Titania

* Cảm biến A/F R (Air/Fuel Ratio - cảm biến thành phần hoà khí ):
- Cấu tạo :

Hình 5.70 : Cảm biến A/F R
- Hoạt động : Cảm biến A/F R có cấu trúc giống nh cảm biến oxy nhng công nghệ
chế tạo và đặc điểm hoạt động khác :
+ Cảm biến A/F R hoạt động ở nhiệt độ xấp xỉ 650
0
C,do đó cần có dây sấy bên trong.



142
+ Chiều và độ lớn dòng điện sinh ra trên phần tử ZiO
2
gần nh tỷ lệ với lợng oxy trong
dòng khí xả.Do đó dải hoạt động rộng hơn và cho rõ mức độ giàu (nghèo) của hoà khí.
Thực tế,ngời ta chế tạo sao cho dòng điện chi đợc sinh ra trên phần tử ZiO
2
khi thành
phần hoà khí thay đổi quanh tỷ lệ lý tởng 14.7/1 .

Hình 5.71 : Dòng điện đợc sinh ra trên phần tử ZiO
2

khi thành phần hoà khí thay đổi quanh tỷ lệ lý tởng 14.7/1
- Cảm biến đợc cấp nguồn 3.3 V bởi ECM nh hình vẽ :

Hình 5.72 : Mạch điện của cảm biến A/F R
ECM sẽ thăm dò sự thay đổi điện áp tại giắc A/F + để tính toán ra nồng độ oxy trong
khí xả.
+ Khi hoà khí lý tởng (A/F R = 14.7/1),không có dòng điện sinh ra trên cảm biến,do
đó đầu ra cảm biến vẫn là 3.3 V.
+ Khi hoà khí giàu,sinh ra dòng điện ngợc trên cảm biến,dẫn đến điện áp đầu ra nhỏ
hơn 3.3 V.
+ Khi hoà khí nghèo,sinh ra dòng điện thuận trên cảm biến,dẫn đến điện áp đầu ra lớn
hơn 3.3 V.

Hình 5.73 : Sơ đồ mạch và đặc tuyến đầu ra của cảm biến A/F R




143
* Cảm biến nhiệt độ nớc :
(Water temperature sensor,Engine Temperature sensor-ETS,Cooling temperature
sensor)

Hình 5.74 : Cảm biến nhiệt độ nớc
Cảm biến nhiệt độ nớc có hai chân giắc THW và E đợc nối với một điện trở nhiệt có
hệ số nhiệt điện trở âm.

Đợc lắp ở đờng nớc vào trên nắp máy.
Sự thay đổi giá trị điện trở của cảm biến làm điện áp tại chân THW gửi đến ECU thay
đổi.
ECU sẽ căn cứ vào giá trị điện áp tại chân THW để nhận biết động cơ đang lạnh hoặc
nóng.

Hình 5.75 : Đặc tính của nhiệt điện trở của cảm biến nhiệt độ nớc

Hình 5.76 : Mạch của cảm biến nhiệt độ nớc
* Cảm biến nhiệt độ khí nạp :
(Air temperature sensor - ATS)
Có cấu tạo và đặc tính giống nh cảm biến nhiệt độ khí nạp.

Hình 5.77 : Sơ đồ mạch điện
Các vị trí lắp ghép của cảm biến nhiệt độ khí nạp :




144

Lắp trong cảm biến gió loại dây nóng Lắp trong cảm biến gió loại cánh gạt

Lắp trong cảm biến gió Karman Lắp sau hộp lọc gió

* Cảm biến chân ga loại tuyến tính :
(Pedal position sensor)
Cảm biến này đợc lắp đặt rất chính xác vào cụm bớm ga. Cấu tạo và hoạt động của
cảm biến này giống với cảm biến vị trí bớm ga loại tuyến tính.

Hình 5.78 : Cảm biến chân ga loại tuyến tính
Trong các tín hiệu từ cảm biến này gửi tới ECU,một tín hiệu là VPA truyền điện áp thay
đổi tuyến tính với góc đạp chân ga.Tín hiệu thứ hai (VPA2) là tín hiệu bù của tín hiệu
VPA.




145

H×nh 5.79 : M¹ch cña c¶m biÕn ch©n ga lo¹i tuyÕn tÝnh



H×nh 5.80 : §Æc tuyÕn ra cña c¶m biÕn ch©n ga lo¹i tuyÕn tÝnh

* C¶m biÕn ch©n ga lo¹i Hall :
CÊu t¹o vµ ho¹t ®éng cña c¶m biÕn nµy gièng nh− c¶m biÕn b−ím ga lo¹i Hall.

H×nh 5.81 : C¶m biÕn ch©n ga lo¹i Hall

H×nh 5.82 : §Æc tuyÕn ra cña c¶m biÕn ch©n ga lo¹i Hall

* C¶m biÕn tèc ®é «t« :



146
Cảm biến tốc độ ôtô dùng để báo tốc độ thực của xe.Cảm biến này truyền tín hiệu SPD
đến ECU để điều khiển phun xăng,điều khiển số tự động điện tử (nếu có),điều khiển hệ

thống treo,lái tự động
Có 4 loại cảm biến tốc độ ôtô :
- Loại công tắc lỡi gà :

Hình 5.83 : Cảm biến tốc độ ôtô loại công tắc lỡi gà
Cảm biến này là đồng hồ loại kim lắp trong bảng đồng hồ táp lô và có một nam châm do
cáp đồng hồ tốc độ làm quay nh thể hiện trong hình minh hoạ.Lực từ trờng của các
nam châm mở và đóng các tiếp điểm lỡi gà này theo vòng quay của nam châm.Công
tắc lỡi gà đóng và mở bốn lần trong mỗi vòng quay của cáp đồng hồ tốc độ tạo ra
chuỗi xung vuông 5 V hoặc 12 V.
- Loại cảm biến từ điện :
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động giống nh cảm biến đánh lửa loại từ điện.

Hình 5.84 : Cảm biến tốc độ ôtô loại từ điện
Cảm biến này đợc lắp vào hộp số,cánh phát xung đợc gắn vào trục thứ cấp của hộp số
và phát hiện tốc độ quay của trục thứ cấp hộp số.
- Loại cảm biến quang điện :
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động giống nh cảm biến đánh lửa loại quang điện

Hình 5.85 : Cảm biến tốc độ ôtô loại quang điện



147
Cảm biến này đợc đặt trong đồng hồ táp lô và có cánh phát xung đợc xẻ 20 khe.Cả ba
loại cảm biến trên đây đều đợc ứng dụng trong các xe đời cũ.
- Cảm biến tốc độ ôtô loại MRE :

Hình 5.86 : Cảm biến tốc độ ôtô loại MRE
Cảm biến này đợc lắp trong hộp số hoặc hộp số phụ,và đợc dẫn động bởi trục thứ

cấp. Bao gồm một mạch tích hợp HIC có một MRE và các vòng từ tính. MRE là một
mạch cầu có bốn cuộn dây.Khi vòng từ tính qoay,từ thông biến thiên qua các cuộn dây
này, sẽ cảm ứng ra các suất điện động làm cho điện thế tại các điểm giữa của hai nhánh
thay đổi.Một bộ so sánh khuếch đại sẽ căn cứ vào sự chênh lệch điện áp tại 2 điểm giữa
này (điểm 2 và 4) sẽ tạo ra các xung vuông để điều khiển một bóng công suất. Tần số
của xung này bằng số cực của các nam châm gắn vào vòng từ tính. Có hai loại vòng từ
tính,loại 20 cực và loại 4 cực.


Hình 5.87 : Nguyên lý của cảm biến loại MRE
Các mạch ra của cảm biến gồm có loại điện áp và loại biến trở


Loại điện áp Loại biến trở
Hình 5.88 : Sơ đồ mạch của cảm biến MRE



148

5.3.1.5. Khèi chÈn ®o¸n sù cè :
Với hệ thống điều khiển phun phức tạp và tinh vi, khi xảy ra sự cố kỹ thuật (máy
không nổ được, không chạy chậm được, không kéo tải được, tốc độ tăng được…)
không dễ phát hiện được sự cố kỹ thuật xảy ra. Để giúp người sử dụng xe, thợ sửa
chữa nhanh chóng phát hiện hư hỏng trong hệ thống phun xăng, ECU được trang bò
hệ thống tự chẩn đoán. Nó sẽ ghi lại toàn bộ những sự cố ở đa số các bộ phận quan
trọng trong hệ thống và làm sáng đèn kiểm tra (check engine lamp), thông báo cho lái
xe biết hệ thống có sự cố. Khi thấy đèn báo hiệu sự cố sáng, tài xế sẽ ngừng xe để
chẩn đoán. Cách chẩn đoán của mỗi hãng khác nhau, ở đây chỉ giới thiệu hệ thống
chẩn đoán trên loại xe TOYOTA.

Trong mạng điện của xe có bố trí những giắc hở (được đậy nắp bảo vệ) được gọi là
giắc kiểm tra (check connector). Đối với hầu hết các xe TOYOTA, cách thao tác gồm
2 bước:
− Normal mode: để tìm chẩn đoán hư hỏng ở các bộ phận xe.
− Test mode: Dùng để xoá bộ nhớ cũ (code cũ) và nạp lại từ đầu
(code mới) sau khi đã sửa chữa hư hỏng.
* Normal mode: Phải đáp ứng các điều kiện sau:
− Hiệu điện thế accu bằng hoặc lớn hơn 11V.
− Cánh bướm ga đóng hoàn toàn (công tắc ở cảm biến vò trí bướm ga đóng).
− Tay số ở vò trí N.
− Ngắt tất cả các công tắc tải điện khác.
− Bật công tắc về vò trí ON (không nổ máy).
Dùng đoạn dây điện nối tắt 2 đầu của giắc kiểm tra: lỗ E1 và TE1. Khi đó đèn
check engine chớp theo những nhòp phụ thuộc vào tình trạng của hệ thống. Nếu tình
trạng bình thường thì đèn chớp đều đặn 2 lần/giây (với loại xe dùng cảm biến đo gió
cánh trượt, khoảng cách giữa những lần đèn sáng và đèn tắt khác nhau).
Nếu xe có sự cố ở bộ phận nào của hệ thống phun xăng thì báo sự cố sẽ chớp theo
những chuỗi khác nhau, mỗi chuỗi chớp ứng với một mã số hư hỏng.
Ví dụ: Đối với loại phun xăng có cảm biến đo gió cánh trượt, đèn sáng trong 0,5s,
nghỉ 1,5s và chớp sáng tiếp 2 lần với khoảng sáng 0,5s, khoảng nghỉ 0,5s sẽ là mã số
12. Nếu nháy sáng 3 lần liền, nghỉ 1,5s và chớp sáng 1 lần sẽ là mã 31.

4.5 4.52.5
1.50.5
0.5
12 31



149

Hình 5.89. Dạng mã lỗi trong hệ thống tự chẩn đoán

Nếu trong hệ thống chỉ có một sự cố thì các mã này sẽ lặp lại sau khoảng
nghỉ 4,5s. Nếu có nhiều sự cố thì hệ thống chẩn đoán sẽ phát lần lượt các mã
số sự cố từ thấp đến cao. Khoảng nghỉ giữa sự cố này với sự cố kia là 2,5s. Sau
khi phát hết lần lượt các mã sự cố, đèn sẽ tắt 4,5s và lại lần lượt phát lại các
mã số cho đến khi nào ta rút giây nối tắt lỗ E1 và TE1 ở giắc kiểm tra ra. Để
không bò nhầm lẫn, tốt nhất nên ghi lại chuỗi mã sự cố vài lần.
* Bảng mã chẩn đoán
Số
mã
Nhòp đèn báo Thuộc hệ



Bình thường
12

Tín hiệu (G và NE)
13

Tín hiệu NE
14

Đánh lửa (IGT)
15

Tín hiệu (IGF)

17

Tín hiệu (G)
21

Cảm biến Oxy
22

Cảm biến nhiệt độ nước
làm mát
24

Cảm biến nhiệt độ khí nạp
25

Hoà khí nghèo
26

Hoà khí giàu
27

Cảm biến Oxy thứ hai
31

Cảm biến đo gió

150
41

Cảm biến vò trí bướm ga
42

Cảm biến tốc độ xe
43

Tín hiệu khởi động
51

Điều hoà nhiệt độ
52

Cảm biến kích nổ số một
55

Cảm biến kích nổ số hai
71

Cảm biến van EGR

Căn cứ vào mã sự cố và bảng mã ta có thể tìm pan khắc phục.
Từ năm 1995 trở lại đây, để thống nhất hóa các hệ thống các tiêu chuẩn, hệ thống
OBD-II (on – board – diagnosis) đã ra đời. Việc chẩn đoán có thể không thông qua
đèn check engine mà qua máy quét mã lỗi (code scanner). Cùng với mã lỗi, các dữ
liệu về thông số làm việc của động cơ như nhiệt độ nước làm mát, tốc độ động cơ,
góc đánh lửa sớm… cũng được đọc qua đường TE 2. Khi thực hiện thao tác chẩn
đoán thì trên màn hình máy quét sẽ báo luôn các mã sự cố như ở hình vẽ.

Hình 5.90. Hệ thống tự chẩn đoán bằng máy quét
* Test mode: phải thỏa mãn các điều kiện sau:
− Hiệu điện thế accu bằng 11V hoặc lớn hơn.
− Công tắc cảm biến vò trí bướm ga đóng.
− Tay số ở vò trí N.
− Tất cả các công tắc phụ tải khác phải tắt.



151
− Dùng đoạn dây điện nối tắt chân E
1
và TE
2
của TDCL (Toyota diagnostic
communication line) hoặc check connector. Sau đó, bật công tắc sang ON,
quan sát đèn check engine chớp, tắt cho biết đang hoạt động ở chế độ test
mode.
Khởi động động cơ lúc này bộ nhớ RAM sẽ xóa hết các mã chẩn đoán và ghi vào
bộ nhớ các mã chẩn đoán mới. Nếu hệ thống chẩn đoán nhận biết động cơ vẫn còn bò
hư hỏng thì đèn check engine vẫn sáng. Muốn tìm lại mã sự cố chúng ta thực hiện lại
các bước ở Normal mode và, sau khi khắc phục sự cố, phải xóa bộ nhớ. Nếu không
xóa, nó sẽ giữ nguyên các mã cũ và khi có sự cố mới ta sẽ nhận được thông tin sai.
Có thể tiến hành xóa bộ nhớ bằng cách đơn giản sau: tháo cầu chì chính của hệ
thống phun xăng ra ít nhất là 10s, sau đó lắp lại. Nếu không biết cầu chì đó ở đâu thì
có thể tháo cọc accu ra khoảng 15s.
Chức năng fail-safe
Khi có sự cố kỹ thuật trong hệ thống phun xăng khi xe đang hoạt động (mất tín hiệu
từ cảm biến) việc điều khiển ổn đònh xe trở nên khó khăn hơn. Vì thế, chức năng

fail-safe được thiết kế để ECU lấy các dữ liệu tiêu chuẩn trong bộ nhớ tiếp tục điều
khiển động cơ hoạt động hoặc ngừng động cơ nếu các sự cố nguy hiểm được nhận
biết.

Tín hiệu mất Hiện tượng Chức năng fail-safe
Tín hiệu đánh
lửa của (IGF)
Hư hỏng ở hệ thống đánh lửa và
việc đánh lửa không thể xảy ra
(tín hiệu IGF không gởi đến
ECU)
Ngừng phun nhiên liệu

Tín hiệu từ
cảm biến áp
suất đường
ống nạp
(MAP sensor)
Nếu mất tín hiệu từ cảm biến
này, lượng xăng phun cơ bản
không được tính và kết quả là
động cơ bò chết máy hoặc khó
khởi động.
Nếu nối tắt cực T và
E
1
ECU sẽ lấy giá trò
tiêu chuẩn (30 kPa) để
thay thế cho tín hiệu
này.

Tín hiệu đo
gió
Nếu mất tín hiệu này ECU
không thể nhận biết lượng gió
nạp để tính lượng xăng phun cơ
bản, kết quả là động cơ bò chết
máy hay khó khởi động.
Giá trò chuẩn được lấy
từ tín hiệu cầm chừng
cho việc tín lượng
xăng phun và thời
điểm đánh lửa
Tín hiệu vò trí
cánh bướm ga
Nếu mất tín hiệu này ECU
không thể nhận biết vò trí bướm
ga mở hay đóng hoàn toàn. Điều
này sẽ làm động cơ chết máy
hay chạy không êm.
ECU sẽ lấy giá trò tiêu
chuẩn trong bộ nhớ để
thay thế cho tín hiệu
này
Tín hiệu cảm
biến nhiệt độ
Mất tín hiệu này ECU sẽ hiểu
rằng nhiệt độ nước < - 50
o
C hay
ECU sẽ lấy giá trò

chuẩn trong bộ nhớ tùy



152
nước và cảm
biến nhiệt độ
khí nạp
>139
o
C. Điều này sẽ làm tỉ lệ
hoà khí trở nên quá giàu hay quá
nghèo. Kết quả là động cơ bò
chết máy hoặc chạy không êm.
thuộc vào loại động cơ
với nhiệt độ nước:
89
o
C và nhiệt độ khí
nạp là 20
o
C
Tín hiệu từ
cảm biến oxy
Nếu vỏ bọc ngoài của cảm biến
oxy bò đóng bẩn, ECU không thể
nhận biết hàm lượng oxy tập
trung ở khí thải vì thế nó không
thể duy trì tỉ lệ hòa khí ở mức tối
ưu.

Không thực hiện việc
hiệu chỉnh hồi tiếp tỉ
lệ hòa khí

Tín hiệu từ
cảm biến kích
nổ
Nếu mất tín hiệu này, ECU
không thể nhận biết khi động cơ
bò kích nổ vì thế nó sẽ không
điều chỉnh giảm góc đánh lửa
sớm
Điều chỉnh thời điểm
đánh lửa trễ tối đa
Cảm biến áp
suất khí trời
Nếu mất tín hiệu từ cảm biến
này, ECU sẽ hiểu rằng áp suất
khí trời luôn ở giá trò tối đa hay
tối thiểu. Điều này làm hòa khí
quá nghèo hay quá giàu
Lấy giá trò áp suất khí
trời ở mức tiêu chuẩn
là 101 kPa (60mmHg)
thay thế cho tín hiệu
này
Tín hiệu điều
khiển hộp số
tự động
Nếu có hư hỏng trong ECU điều

khiển hợp số, hợp số hoạt động
không tốt
Không hiệu chỉnh góc
đánh lửa theo sức kéo
Tín hiệu từ
áp suất tăng
áp động cơ
Nếu có sự tăng bất thường trong
áp suất động cơ hoặc lượng gió
nạp, có thể làm hư hỏng động cơ
Ngừng cung cấp nhiên
liệu cho động cơ.

Chức năng Back-up
Chức năng Back-up được thiết kế để khi có sự cố kỹ thuật ở ECU, Back-up IC trong
ECU sẽ lấy toàn bộ dữ liệu lưu trữ để duy trì hoạt động động cơ trong thời gian ngắn.

Hình 5.91. Chức năng back-up
ECU sẽ hoạt động ở chức năng Back-up trong các điều kiện sau:



153
ECU không gởi tín hiệu điều khiển đánh lửa (IGT).
Mất tín hiệu từ cảm biến áp suất đường ống nạp (PIM).
Lúc này Back-up IC sẽ lấy tín hiệu dự trữ để điều khiển thời điểm đánh lửa và thời
điểm phun nhiên liệu duy trì hoạt động động cơ. Dữ liệu lưu trữ này phù hợp với tín
hiệu khởi động và tín hiệu từ công tắc cầm chừng, đồng thời đèn Check-engine sẽ
báo sáng thông báo cho tài xế.

5.3.2. Phun x¨ng ®iƯn tư trùc tiÕp :
S¬ ®å tỉng qu¸t hƯ thèng :

Hình 5.92. Hệ thống phun xăng điện tử trực tiếp

Hình 5.93. Sơ đồ tổng quát hệ thống
HƯ thèng phun x¨ng trùc tiÕp cã c¸c khèi chøc n¨ng vµ nguyªn lý ho¹t ®éng t−¬ng tù
nh− hƯ thèng phun x¨ng ®iƯn tư gi¸n tiÕp.

5.4. HƯ thèng nhiªn liƯu Diesel ®iƯn tư :
5.4.1. HƯ thèng diesel dïng b¬m cao ¸p ®iỊu khiĨn ®iƯn tư (VE-EDC):
5.4.1.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu diesel VE-EDC:



154
Hệ thống nhiên liệu diesel điều khiển điện tử dùng bơm cao áp phân phối
khiểu VE (VE EDC) tương tự như ở hệ thống diesel điều khiển cơ khí, nhiên liệu cao
áp được tạo ra từ bơm và được đưa đến từng kim phun nhờ ống cao áp nhưng việc
điều khiển thời điểm và lưu lượng phun được ECU quyết đònh thông qua việc điều
khiển hai van điện từ là TCV – timing control valve và SPV – spill valve.

Hình 5.94. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu VE – EDC.

Hình 5.95. VÞ trí các bộ phận của hệ thống trên ô tô
5.4.1.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của bơm VE-EDC:
a. Bơm tiếp vận:
- Cấu tạo:

155


Hình 5.96. Cấu tạo bơm tiếp vận.
- Nguyên tắc ho¹t động:
Bơm này thuộc loại bơm cánh gạt có bốn cánh và một rotor. Khi trục dẫn động
quay làm roto quay, các cánh gạt dưới tác dụng của lực ly tâm ép sát vào vách buồng
áp suất và ép nhiên liệu tới thân bơm. Khi bơm cấp liệu quay sẽ hút nhiên liệu từ
thùng chứa, qua bộ lọc nhiên liệu đi vào trong thân bơm với một áp suất được giới
hạn bởi van điều khiển.
b. Cảm biến tốc độ:


Hình 5.97. Tín hiệu phát ra của cảm biến
Cảm biến này được lắp trên bơm cao áp bao gồm một roto ép dính với trục dẫn
động và một cảm biến (là một cuộn dây). Khi roto quay các xung tín hiệu đươc tạo ra
trong cảm biến dưới dạng các xung điện áp hình sin và được gởi về ECU. §iƯn trë
cn d©y ë 20
0
C kho¶ng 205-255Ω.
c. Đóa cam và vành lăn:



Hình 5.98. Đóa cam và vành lăn.
Đóa cam được nối với piston bơm và được dẫn động bởi trục dẫn động. Khi
rotor quay các vấu cam trên đóa cam tỳ lên con lăn làm cho piston bơm chuyển

156
động vừa quay vừa tònh tiến tạo áp suất cao cho nhiên liệu, số vấu cam bằng với số
xy lanh động cơ.
d. Piston bơm:
- Cấu tạo:

Hình 5.99. Cấu tạo piston bơm.
Piston bơm có bốn rãnh hút, một cửa phân phối và được bắt chặt với đóa cam.
Piston và đóa cam tỳ chặt lên mặt con lăn nhờ lò xo piston bơm. Số rãnh hút bằng với
số xy lanh động cơ (động cơ có bốn xy lanh nên có bốn rãnh hút). Khi đóa cam quay
một vòng thì piston cũng quay một vòng và tònh tiến 4 lần, mỗi lần tònh tiến ứng với
một lần phun của một kim phun.
- Nguyên tắc hoạt động:



Hình 5.100. Nguyên tắc hoạt động của piston bơm
Giai đoạn nạp: Van SPV đóng do tác dụng của lò xo van, piston bơm dòch
chuyển về phía trái, cửa nạp được mở và nhiên liệu từ trong thân bơm được hút vào
xi lanh bơm.
Giai đoạn phun: ECU sẽ gửi tín hiệu đến van SPV, SPV vẫn ở trạng thái
đóng, piston bơm bắt đầu dòch chuyển sang phải, nhiên liệu bắt đầu bò nén và nhiên
liệu được đưa đến các kim phun qua ống phân phối.
Giai đoạn kết thúc phun: ECU ngắt tín hiệu gửi tới van SPV, van SPV mở, áp
suất nhiên liệu trong xi lanh bơm giảm xuống, quá trình phun kết thúc.
5.4.1.3. Bộ chấp hành:
a. Van điều khiển lượng phun (SPV):
Điện trở của cuộn dây ở 20

0
C khoảng 1-2Ω. Có 2 loại van điều khiển SPV:



157
- Loại thông thường: Được sử dụng trong loại bơm piston hướng trục
- Loại trực tiếp: Được sử dụng trong loại bơm piston hướng kính.

Hình 5.101. Hai loại van điều khiển lượng nhiên liệu.
b. Van SPV thông thường:


Hình 5.102. Cấu tạo van SCV thông thường
Thời kỳ nạp: Trong thời kỳ nạp, piston di chuyển về bên trái hút nhiên liệu
vào buồng bơm. Lúc này ECU chưa gửi tín hiệu đến van SCV
Lổ B mở nhưng van chính vẫn đóng.



Hình 5.103.a. T. kỳ nạp, b. T. kỳ phun c. T.kỳ chuẩn bò dứt phun d. Dứt phun
Thời kỳ phun: Đến cuối quá trình nạp ECU sẽ gửi tín hiệu đến van SCV, van
chính vẫn ở trạng thái đóng. Sau đó piston bắt đầu đi lên nén nhiên liệu, nhiên liệu
được đưa đến kim phun. Nếu áp suất nhiên liệu đủ lớn nén được lò xo van kim thì
nhiên liệu sẽ được phun vào động cơ.



158
Chuẩn bò dứt phun: Khi ECU ngắt tín hiệu, dòng điện trong cuộn dây bò ngắt,

van phụ mở lổ B. Do lỗ B lớn hơn lổ C nên áp suất nhiên liệu trong van chính sẽ nhỏ
hơn bên ngoài nên van chính sẽ bò mở ra.
Dứt phun: Khi van chính mở, nhiên liệu trong xi1anh bơm hồi về trong thân
bơm làm cho áp suất nhiên liệu trong xilanh bơm giảm xuống, van cao áp sẽ đóng
lại. Quá trình phun chấm dứt. Sau đó van chính sẽ bò đóng lại do tác dụng của lò xo
van.
c. SPV hoạt động trực tiếp:
Cấu tạo chính gồm: Cuộn dây, van điện từ và lò xo. So với van SPV thông
thường loại này có nhiều ưu điểm hơn là có độ nhạy cao hơn. Khi piston bơm cao áp
đi xuống, nhiên liệu sẽ được nạp vào xy lanh bơm. Lúc này van SPV vẫn đang đóng
do tác dụng của lò xo van. Khi piston chuẩn bò đi lên nén dầu thì ECU đã gửi tín hiệu
điện đến van SPV.



Hình 5.104. Cấu tạo SPV hoạt động gián tiếp
* Khi có tín hiệu điều khiển từ ECU

Hình 5.105. Khi có tín hiệu điều khiển từ ECU
Khi piston bơm đi lên, dầu trong xylanh bơm bò nén lại. Lúc này van SPV vẫn
đang đóng do tác dụng của lực tạo ra bởi dòng điện chạy trong cuộn dây. Áp suất
nhiên liệu tăng, van cao áp mở ra, dầu được đưa đến kim phun. Nếu áp suất dầu đủ
lớn, van kim sẽ nhấc lên và quá trình phun bắt đầu.




159

Hình 5.106. Khi ngắt tín hiệu điều khiển từ ECU

* Khi ECU ngắt tín hiệu điều khiển:
Khi ECU ngắt tín hiệu, lực từ trong cuộn dây không còn nữa, với tác dụng của
áp lực dầu van được đẩy lên và mở đường dầu hồi về thân bơm. Áp lực nhiên liệu
trong buồng bơm giảm xuống, quá trình phun kết thúc.
d. Van điều khiển thời điểm phun (TCV):
- Cấu tạo van TCV:
Cấu tạo chính của van TCV gồm : Lõi stator, lò xo và lõi chuyển động. Van
được lắp trên bơm cao áp, gần bộ đònh thời của bơm. Van có vò trí lắp như hình bên
dưới. Điện trở của cuộn dây ở 20
0
C là 10-14Ω.

Hình5.107. Cấu tạo van TCV
Trong van có hai đường thông với hai buồng của piston đònh thời.
- Nguyên lý hoạt động cđa van TCV:
Khi ECU cấp điện cho cuộn dây, dưới tác dụng của lực từ, lõi bò hút về bên
phải mở đường dầu thông giữa hai buồng áp lực của bộ đònh thời. Khi ECU ngừng
cung cấp điện, dưới tác dụng của lực lò xo lõi dòch chuyển về bên trái đóng đường
dầu thông giữa hai buồng áp lực.



160


Hình 5.108. Sơ đồ nguyên lý hoạt động.
Khi tín hiệu ON ngắn, van TCV mở ít hơn nên áp lực dầu trong buồng bên phải
lớn hơn. Bộ phun dầu sớm sẽ làm vòng chứa con lăn xoay ngược chiều quay piston
bơm làm piston bò đội lên sớm hơn. Điểm phun được điều khiển sớm hơn.

Hình 5.109.a Điều khiển phun sớm hơn.
Khi tín hiệu ON dài, van TCV mở nhiều hơn nên áp lực dầu trong buồng bên
phải nhỏ hơn. Bộ phun dầu sớm sẽ làm vòng chứa con lăn xoay cùng chiều quay
piston bơm làm piston bò đội lên muộn hơn. Điểm phun được điều khiển muộn hơn.

Hình 5.109.b. Điều khiển phun muộn hơn.


5.4.2. HƯ thèng nhiªn liƯu víi èng ph©n phèi Common Rail System (CRS):
5.4.2.1. CÊu t¹o :
Mét hƯ thèng CRS bao gåm :
- ECU
- Kim phun (injector)
- C¶m biÕn tèc ®é trơc khủu (crankshaft speed sensor)
- C¶m biÕn tèc ®é trơc cam ( camshaft speed sensor)



161
- Cảm biến chân ga (accelerator pedal sensor)
- Cảm biến áp suất tăng áp ( boost pressure sensor)
- Cảm biến áp suất rail (rail pressure sensor)
- Cảm biến nhiệt độ nớc làm mát
- Cảm biến đo gió ( air mass sensor)


Hình 5.110 : Cấu tạo hệ thống CRS
1- Cảm biến gió; 2 ECU; 3 Bơm áp cao ; 4 ống rail; 5 kim phun; 6 Cảm biến
tốc độ trục khuỷu; 7 Cảm biến nhiệt độ nớc làm mát; 8 Bộ lọc nhiên liệu; 9 Cảm
biến chân ga

5.4.2.2 : Đặc tính phun :
a. Đặc tính phun của hệ thống phun dầu kiểu cũ :
Với hệ thống phun kiểu cũ dùng bơm phân phối hay bơm thẳng hàng,việc phun nhiên
liệu chỉ có một giai đoạn gọi là giai đoạn phun chính,không có phun mồi và phun kết
thúc.



162

Hình 5.111 : Đặc tính phun dầu thờng
Dựa vào ý tởng của bơm phân phối sử dụng kim phun điện,các cải tiến đã đợc thực
hiện theo hớng đa vào giai đoạn phun kết thúc.Trong hệ thống cũ,việc tạo ra áp suất
và cung cấp lợng nhiên liệu diễn ra song song với nhau bởi cam và piston bơm cao
áp.Điều này tạo ra các tác động xấu đến đờng đặc tính phun nh sau :
- áp suất phun tăng đồng thời với tốc độ và lợng nhiên liệu đợc phun
- suốt quá trình phun,áp suất phun tăng lên và lại giảm xuống theo áp lực đóng của ty
kim ở cuối quá trình phun
Hậu quả là :
- khi phun với lợng dầu ít thì áp suất phun cũng nhỏ và ngợc lại
- áp suất đỉnh cao gấp đôi áp suất phun trung bình
Để quá trình cháy hiệu quả,đờng cong mức độ phun nhiên liệu thực tế có dạng tam
giác.
áp suất đỉnh quyết định tải trọng đặt lên các thành phần của bơm và các thiết bị dẫn
động.ở hệ thống nhiên liệu cũ,nó còn ảnh hởng đến tỉ lệ hỗn hợp A/F trong buồng
cháy.
b. Đặc tính phun của hệ thống CRS :
So với đặc điểm của hệ thống nhiên liệu cũ thì các yêu cầu sau đã đợc thực hiện dựa
vào đờng đặc tính phun lý tởng :
- Lợng nhiên liệu và áp suất nhiên liệu phun độc lập với nhau trong từng điều kiện

hoạt động của động cơ (cho phép dễ đạt đơc tỉ lệ hỗn hợp A/F lý tởng)
- Lúc bắt đầu phun,lợng nhiên liệu phun ra chỉ cần một lợng nhỏ
Các yêu cầu trên đã đợc thoả mãn bởi hệ thống CRS,với đặc điểm phun 2 lần : phun
mồi (phun thí điểm) và phun chính

Hình 5.112 : Đờng đặc tính phun của hệ thống CRS
Hệ thống CRS là một hệ thống thiết kế theo module,có các thành phần :



163
- Kim phun điều khiển bằng van điện từ đợc gắn vào nắp máy
- ống Rail
- Bơm áp cao
Các thiết bị sau cũng cần cho sự hoạt động của hệ thống :
- ECU
- Cảm biến tốc độ trục khuỷu
- Cảm biến tốc độ trục cam
Đối với xe du lịch,bơm có piston hớng tâm (radial-piston pump) đợc sử dụng nh là
bơm áp cao để tạo ra áp suất.áp suất đợc tạo ra độc lập với quá trình phun. Tốc độ của
bơm áp cao phụ thuộc vào tốc độ động cơ và ta không thể thay đổi tỉ số truyền. So với
hệ thống phun cũ,việc phân phối nhiên liệu trên thực tế xảy ra đồng bộ,có nghĩa là
không những bơm áp cao trong hệ thống CRS nhỏ hơn mà còn hệ thống truyền động
cũng chịu tải trọng ít hơn.
Về cơ bản,kim phun đợc nối với ống rail,bằng một đờng ống ngắn,kết hợp với đầu
phun và solenoid đợc cấp điện qua ECU. Khi van solenoid không đợc cấp điện thì
kim ngng phun. Nhờ áp suất phun không đổi,lợng nhiên liệu phun ra sẽ tỷ lệ với độ
dài của xung điều khiển solenoid. Yêu cầu,mở nhanh van solenoid đợc đáp ứng bằng
việc sử dụng đienẹ áp cao và dòng lớn. Thời điểm phun đợc điều khiển bằng hệ thống
điều khiển góc phun sớm. Hệ thống này dùng một cảm biến trên trục khuỷu để nhận

biết tốc độ động cơ và cảm biến trên trục cam để nhận biết kỳ hoạt động.
* Phun mồi ( pilot injection) :
Phun mồi có thể diễn ra sớm đến 90
0
BTDC. Nếu thời điểm bắt đầu phun xuất hiện
nhỏ hơn 40
0
BTDC,nhiên liệu có thể bám vào bề mặt của piston và thành xylanh và làm
loãng dầu bôi trơn.
Trong giai đoạn phun mồi,một lợng nhỏ nhiên liệu (1-4 mm
3
) đợc phun vào
xylanh. Kết quả là quá trình cháy đợc cải thiện và đạt đợc một số hiệu quả sau :
- áp suất cuối quá trình nén tăng một ít nhờ vào giai đoạn phun mồi và nhiên liệu
cháy một phần. Điều này giúp giảm thời gian cháy trễ,sự tăng đột ngột của áp
suất khí cháy và áp suất cực đại (quá trình cháy êm dịu hơn).
- Kết quả là giảm tiếng ồn của động cơ,giảm tiêu hao nhiên liệu và trong nhiều
trờng hợp giảm đợc độ độc hại của khí thải. Quá trình phun mồi đóng vai trò
gián tiếp trong việc làm tăng công suất động cơ.
* Phun chính ( main injection) :
Công suất đầu ra của động cơ xuất phát từ giai đoạn phun chính tiếp theo giai đoạn
phun mồi. Điều này có nghĩa là giai đoạn phun chính giúp tăng lực kéo động cơ. Với hệ
thống CRS,áp suất phun vẫn giữ không đổi trong suốt quá trình phun
5.4.2.3. Chức năng chống ô nhiễm :
a. Thành phần hỗn hợp và tác động đến quá trình cháy :
So với động cơ xăng,động cơ diesel đốt nhiên liệu khó bay hơi hơn (nhiệt độ sôi cao),
nên việc hoà trộn hỗn hợp hoà khí không chỉ diễn ra trong giai đoạn phun và bắt đầu
cháy,mà còn trong suốt quá trình cháy. Kết quả là hỗn hợp kém đồng nhất. động cơ
diesel luôn luôn hoạt động ở chế độ nghèo. Mức tiêu hao nhiên liệu,muội than,CO và
HC sẽ tăng nếu không đốt cháy ở chế độ hợp lý.

Tỷ lệ hoà khí đợc quyết định dựa vào các thông số :
- áp suất phun;
- Thời gian phun
- Kết cấu lỗ tia
- Thời điểm phun
- Vận tốc dòng khí nạp
- Khối lợng không khí nạp



164
Tất cả các đại lợng trên đều ảnh hởng đến mức độ tiêu hao nhiên liệu và nồng độ
khí thải. Nhiệt độ quá trình cháy cao và lợng oxy nhiều sẽ làm tăng lợng NO
x
. Muội
than sinh ra khi hỗn hợp quá nghèo.
b. Hệ thống tuần hoàn khí xả (EGR) :
Khi không có EGR,khí NO
x
sinh ra vợt mức quy định về khí thải,ngợc lại thì muội
than sinh ra sẽ nằm trong giới hạn. EGR là một phơng pháp để giảm lợng NO
x
sinh ra
mà không làm tăng nhanhlợng khói đen. Điều này có thể thực hiện rất hiệu quả với hệ
thống CRS với tỷ lệ hoà khí mong muốn dạt đợc nhờ vào áp suất phun cao. Với
EGR,một phần của khí thải đợc đa vào đờng ống nạp ở chế độ tải nhỏ của động cơ.
Điều này không chỉ làm giảm lợng oxy mà còn làm giảm quá tình cháy và nhiệt độ cực
đại,kết quả là làm giảm lợng NO
x
. Nừu có quá nhiều khí thải đợc nạp lại (quá 40%

thể tích khí nạp),thì khói đen,CO,và HC sẽ sinh ra nhiều cũng nh tiều hao nhiên liệu sẽ
tăng vì thiếu oxy.
c. ảnh hởng của việc phun nhiên liệu :
Thời điểm phun,đờng đặc tính phun,sự tán nhuyễn của nhiên liệu cũng ảnh hởng
đến tiêu hao nhiên liệu và nồng độ khí thải.
- Thời điểm phun :
Nhờ vào nhiệt độ quá trình thấp hơn,phun nhiên liệu trễ làm giảm lợng NO
x
. Nhng
nếu phun quá trễ thì lợng HC sẽ tăng và tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn,và khói đen sinh
ra cả ở chế độ tải lớn. Nếu thời điểm phun lệch đi chỉ 1
0
khỏi giá trị lý tởng thì lợng
NO
x
có thể tăng lên 5%. Ngợc lại,thời điểm phun sớm lệch sớm hơn 2
0
thì có thể làm
cho áp suất đỉnh tăng lên 10 bar, trễ đi 2
0
có thể làm tăng nhiệt độ khí thải thêm 20
0
C.
Với các yếu tốc cực kỳ nhạy cảm nêu trên, ECU cần phải điều chỉnh thời điểm phun
chính xác tối đa.
- Đờng đặc tính phun :
Đờng đặc tính phun quy định sự thay đổi lợng nhiên liệu đợc phun vào trong suốt
một chu kỳ phun (từ lúc bắt đầu phun đến lúc dứt phun). Đờng đặc tính phun quyết
định lợng nhiên liệu phun ra trong suốt giai đoạn chý trễ (giữa thời điểm bắt đầu phun
và bắt đầu cháy ). Hơn nữa nó cũng ảnh hởng đến sự phân phối của nhiên liệu trong

buồng đốt và có tác dụng tận dụng hiệu quả của dòng khí nạp. Đờng đặc tính phun
phải có độ dốc tăng từ từ để nhiên liệu phun ra trong quá trình cháy trễ đợc giữ ở mức
thấp nhất. Nhiên liệu diesel bốc cháy tức thì,ngay khi quá trình cháy bắt đầu gây ra
tiếng ồn và sự tạo thành NO
x
. Đờng đặc tính phun phải có đỉnh không quá nhon để
ngăn ngừa hiện tợng nhiên liệu không đợc tán nhuyễn-yếu tố dẫn đến lợng HC
cao,khói đen,và tăng hao nhiên liệu suốt giai đoạn cháy cuối cùng của quá trình cháy.
- Sự tán nhuyễn nhiên liệu :
Nhiên liệu đợc tán nhuyễn tốt thúc đẩy hiệu quả hoà trộn giữa không khí và nhiên
liệu. Nó đóng góp vào việc giảm lợng HC và khói đen trong khí thải. Với áp suất phun
cao và hình dạng hình học tối u của lỗ tia kim phun giúp cho sự tán nhuyễn nhiên liệu
tốt hơn. Để ngăn ngừa muội than,lợng nhiên liệu phun ra phải đợc tính dựa vào lợng
khí nạp vào. điều này đòi hỏi lợng khí phải nhiều hơn ít nhất từ 10-40%.
5.4.2.4. Cấu tạo và hoạt động của các chi tiết trong hệ thống CRS :
a. Tổng quát hệ thống nhiên liệu :
Hệ thống nhiên liệu CRS bao gồm 2 vùng : vùng nhiên liệu áp suất thấp và vùng nhiên
liệu áp suất cao.