Nghiên cứu quy trình kiểm tra, bảo dưỡng động cơ ô tô và ứng dụng với động cơ ô tô toyota 3s FE

NHIỆM VỤ VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
 Có một tài liệu, bài giảng thực hành phục vụ cho công tác giảng dạy và
học tập bằng tiếng Việt .
 Thiết kế được các bài giảng thực hành phục vụ cho việc giảng dạy trên mô
hình động cơ 3S-FE.
 Bài thực hành xây dựng phục vụ cho công tác giảng dạy và tạo điều kiện
thuận lợi cho giáo viên hướng dẫn sinh viên trong quá trình thực hành trên lớp.
 Giúp sinh viên có thể ứng dụng ngay bài học lý thuyết vào bài học thực hành.
 Giúp sinh viên dễ dàng kiểm tra tháo lắp và bảo dưỡng đo đạc các thông
số trên động cơ 3S-FE.
 Khái quát được các hệ thống trên động cơ giúp sinh viên dễ hiểu và dễ
hình dung hơn.
 Giúp sinh viên có điều kiện tiếp thu bài một cách tốt nhất.

i


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới các thầy cô trong
trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông nói chung và các thầy cô giáo
trong bộ môn Công nghệ ô tô và hệ thống cảm biến nói riêng đã giúp đỡ và tạo mọi
điều kiện tốt nhất cho em trong quãng thời gian qua.
Sau thời gian khoảng ba tháng nghiên cứu và thực hiện đề tài em đã nhận
được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình không kể thời gian của thầy Trần Trung
Dũng và các thầy cô trong bộ môn đặc biệt là thầy Bùi Văn Tùng đã cho em những
kiến thức và những tài liệu chất lượng để em nghiên cứu và hoàn thành đề tài này.
Cảm ơn những sự đóng góp ý của các bạn sinh viên trong lớp cho đề tài của
tôi và để tôi chỉnh sửa và hoàn thành tốt đề tài này.
Xin trân trọng cám ơn.
Thái nguyên,ngày

tháng 06 năm 2016

Sinh viên thực hiện đồ án

Nguyễn Văn Nam

ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng của tôi và được sự
hướng dẫn khoa học của ThS. Trần Trung Dũng. Kết quả nghiên cứu ở đồ án này
hoàn toàn trung thực chưa từng được công bố hay sử dụng ở các đồ án khác. Các
nội dung nghiên cứu số liệu hình ảnh tham khảo đều được ghi chú ở mục tài liệu
tham khảo, các số liệu sử dụng có trích dẫn và chú thích cụ thể có ghi rõ nguồn gốc.
Thái nguyên,ngày

tháng 06 năm 2016

Sinh viên thực hiện đồ án

Nguyễn Văn Nam

iii


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ..........................................................i
DANH MỤC VIẾT TẮT.........................................................................................x
LỜI CẢM ƠN .........................................................................................................ii

LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................. iii
MỤC LỤC .............................................................................................................iv
DANH MỤC HÌNH ...............................................................................................vi
LỜI MỞ ĐẦU .........................................................................................................1
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ Ô TÔ ....................................2
1.1 Tổng quan về động cơ .......................................................................................2
1.1.1 Khái niệm...................................................................................................2
1.1.2 Các bộ phận chính của động cơ ..................................................................2
1.1.3 Phân loại động cơ .......................................................................................2
1.2. Bố trí chung trên ô tô ........................................................................................4
1.2.1 Ô tô con......................................................................................................4
1.2.2 Xe khách và xe tải ......................................................................................8
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH CƠ CHẾ VẬN HÀNH CỦA ĐỘNG CƠ 3S-FE...........9
2.1 Hệ thống tín hiệu đầu vào ..................................................................................9
2.1.1 Cảm biến vị trí bướm ga ..........................................................................10
2.1.2 Cảm biến áp suất đường ống nạp MAP.....................................................11
2.1.3 Cảm biến nhiệt độ khí nạp .......................................................................13
2.1.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ..............................................................14
2.1.5 Cảm biến ô xy ..........................................................................................16
2.1.6 Cảm biến vị trí trục cam và cảm biến tốc độ động cơ................................18
2.2 Hệ thống nhiên liệu..........................................................................................20
2.2.1 Bơm nhiên liệu .........................................................................................21
2.2.2 Điều khiển bơm nhiên liệu........................................................................22
2.2.3 Lọc nhiên liệu...........................................................................................24
2.2.4 Ống phân phối ..........................................................................................24
2.2.5 Bộ điều áp ................................................................................................25
2.2.6 Vòi phun...................................................................................................27

iv

2.3 Bộ điều khiển trung tâm...................................................................................32
2.3.1 Cấu tạo .....................................................................................................32
2.3.2 Chức năng ................................................................................................33
2.3.3 Phương pháp phun và thời điểm phun.......................................................34
2.3.4 Điều khiển lượng phun .............................................................................35
2.4 Điều khiển cầm chừng và kiểm soát khí thải....................................................44
2.4.1 Chế độ khởi động .....................................................................................45
2.4.2 Chế độ sau khởi động ...............................................................................45
2.4.3 Tín hiệu từ hộp số tự động ........................................................................45
2.4.4 Động cơ 3S- FE sữ dụng van ISC Kiểu van xoay ....................................46
2.5 Chức năng tự chuẩn đoán.................................................................................47
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG BÀI GIẢNG THỰC HÀNH KIỂM TRA VÀ BẢO
DƯỠNG TRÊN ĐỘNG CƠ 3S-FE .......................................................................49
3.1 Giới thiệu về modul 3S-FE ..............................................................................49
3.2 Xây dựng các bài thực hành kiểm tra và bảo dưỡng trên động cơ 3S-FE..........53
KẾT LUẬN...........................................................................................................83
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................84

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Động cơ 4 thì ...........................................................................................3
Hình 1.2 Động cơ 2 thì ...........................................................................................3
Hình 1.3 Các dạng xy lanh động cơ ........................................................................4
Hình 1.4 Xe sedan ..................................................................................................4
Hình 1.5 Các cách bố trí động cơ ............................................................................5
Hình 1.6 Hệ dẫn động cầu trước với động cơ đặt trước ...........................................6
Hình 1.7 Hệ dẫn động cầu sau ................................................................................6

Hình 1.8 Hệ dẫn động 4 bánh .................................................................................7
Hình 1.9 Động cơ đặt giữa và dẫn động cầu sau .....................................................8
Hình 1.10 Động cơ đặt sau và dẫn động cầu sau .....................................................8
Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống phun xăng trên động cơ 3S-FE ..........................9
Hình 2.2 Cảm biến cánh bướm ga loại biến trở .....................................................10
Hình 2.3 Mạch điện cảm biến vị trí cánh bướm ga loại biến trở ............................10
Hình 2.4 Cảm biến áp suất tuyệt đối đường ống nạp .............................................11
Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý cảm biến MAP .............................................................12
Hình 2.6 Sơ đồ mạch điện cảm biến MAP ............................................................12
Hình 2.7 Đường đặc tuyến của MAP sensor .........................................................12
Hình 2.8 Cảm biến nhiệt độ khí nạp ......................................................................13
Hình 2.9 Mạch điện của cảm biến nhiệt độ khí nạp ...............................................14
Hình 2.10 Mạch điện của cảm biến nhiệt độ nước làm mát ...................................14
Hình 2.11 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ..........................................................15
Hình 2.12 Mạch điện cảm biến nước làm mát .......................................................15
Hình 2.13 Đường đặc tuyến của cảm biến nước làm mát ......................................16
Hình 2.14 Cấu tạo cảm biến khí xả. .......................................................................16
Hình 2.15 Sơ đồ nguyên lý của cảm biến và mạch điện của cảm biến khí xả ........17
Hình 2.16 Quan hệ giữa tỷ lệ hoà khí và tín hiệu điện áp của cảm biến .................18
Hình 2.17 Cảm biến tốc độ trục cam .....................................................................18
Hình 2.18 Cảm biến tốc độ trục khủy ...................................................................19

vi


Hình 2.19 Sơ đồ khối hệ thống nhiên liệu của hệ thống phun xăng điện tử trên động
cơ 3S-FE ..............................................................................................................20
Hình 2.20 Kết cấu bơm nhiên liệu ........................................................................21
Hình 2.21 Sơ đồ mạch điện điều khiển bơm xăng ................................................22
Hình 2.22 Mạch điều khiển tốc độ bơm xăng ........................................................23

Hình 2.23 Lọc nhiên liệu ......................................................................................24
Hình 2.24 Dàn phân phối ......................................................................................24
Hình 2.25 Cấu tạo bộ điều áp xăng .......................................................................25
Hình 2.26 Đặc tính hoạt động của bộ điều áp .......................................................26
Hình 2.27 Kết cấu bộ điều áp ................................................................................26
Hình 2.28 Cấu tạo vòi phun .................................................................................27
Hình 2.29 Xung điều khiển kim phun chạy ở từng chế độ .....................................28
Hình 2.30 Mạch điện kim phun có điện trở thấp ..................................................29
Hình 2.31a Các cách mắc điện trở phụ cho kim phun có điện trở thấp ..................30
Hình 2.31b Đồ thị biểu thị sự ảnh hưởng của độ tự cảm L ....................................30
Hình 2.32a Sơ đồ tín hiệu điều khiển dòng điện ...................................................31
Hình 2.32b Mạch điện điều khiển kim phun bằng dòng .......................................32
Hình 2.33 Bộ điều khiển trung tâm ECU ..............................................................34
Hình 2.34 Phương pháp phun độc lập ...................................................................34
Hình 2.35 Phương pháp phun theo nhóm ..............................................................35
Hình 2.36 Phương pháp phun theo nhóm ..............................................................35
Hình 2.37 Phương pháp phun xăng .......................................................................35
Hình 2.38 Sơ đồ ECU điều khiển lượng phun .......................................................36
Hình 2.39 Làm đậm để khởi động .........................................................................37
Hình 2.40 Hiệu chỉnh làm đậm .............................................................................38
Hình 2.41 Làm đậm để hâm nóng động cơ ...........................................................38
Hình 2.42 Làm đậm hâm nóng động cơ ................................................................39
Hình 2.43 Hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ không khí-nhiên liệu ....................................39
Hình 2.44 Làm đậm để tăng tốc ............................................................................41
Hình 2.45 Cắt nhiên liệu .......................................................................................42

vii


Hình 2.46 Đồ thị biểu diễn sự cắt nhiên liệu .........................................................42

Hình 2.47 Làm đậm để tăng công suất ..................................................................43
Hình 2.48 Hiệu chỉnh nhiệt độ khí nạp .................................................................44
Hình 2.49 Hiệu chỉnh điện áp và tín hiệu phun .....................................................44
Hình 2.50 Tín hiệu từ hộp số tự động ...................................................................45
Hình 2.51 Cấu tạo van điều khiển cầm chừng kiểu van xoay ................................46
Hình 2.52 Mạch điện điều khiển cầm chừng dùng van xoay .................................47
Hình 3.1 Mô hình động cơ 3S-FE ..........................................................................49
Hình 3.2 Động cơ nhìn từ phía trên........................................................................50
Hình 3.3 Động cơ nhìn từ bên trái .........................................................................51
Hình 3.4 Động cơ nhìn từ bên phải ........................................................................52
Hình 3.5 Động cơ nhìn từ phía sau ........................................................................52
Hình 3.6 Máy G-SCAN. .......................................................................................53
Hình 3.7 Bộ dụng cụ tháo lắp chuyên dụng của phòng thực hành ..........................58
Hình 3.8 Đánh dấu ghi tên tất cả các hệ thống trên động cơ..................................60
Hình 3.9 Tháo nắp đậy mặt trước .........................................................................60
Hình 3.10 Nối lỏng bánh căng đai và đánh dâu cân cam .......................................61
Hình 3.11 Tháo đai ốc và pu li trục khuỷu ............................................................61
Hình 3.12 Tháo miếng chận đai ............................................................................62
Hình 3.13 Tháo bộ chia điện..................................................................................62
Hình 3.14 Tháo Ống góp thải ................................................................................63
Hình 3.15 Sử dụng dụng cụ để tháo trục cam.........................................................64
Hình 3.16 Tháo nắp máy động cơ ..........................................................................64
Hình 3.17 Tháo thân máy ......................................................................................65
Hình 3.18 Nắp máy thi tháo rời hết vít..................................................................65
Hình 3.19 Các chi tiết máy tháo ra được sắp xếp theo thứ tự ................................66
Hình 3.20 Tiến hành làm sạch và bảo dưỡng các chi tiết tháo lắp. .........................66
Hình 3.21 Các ốc vít chốt trên thanh truyền...........................................................67
Hình 3.22 Dùng búa tách gắp đầu to ra khỏi thanh truyền .....................................67
Hình 3.23 Dùng các dụng cụ chuyên dụng để vệ sinh bảo dưỡng xy lanh ..............68

viii


Hình 3.24 Xy lanh được tháo ra quan sát để lần lượt đúng quy định và đợi kiểm tra
và bảo dưỡng. ........................................................................................................69
Hình 3.25 Trục khủy và các chốt được lấy ra được sắp xếp theo thứ tự .................69
Hình 3.26 Gắp và bạc lót trên dưới .......................................................................70
Hình 3.27 Quy trình kiểm tra hệ thống đánh lửa ...................................................71
Hình 3.28 Hệ thống đánh lửa . ...............................................................................71
Hình 3.29 Kiểm tra tia lửa ...................................................................................72
Hình 3.30 Kiểm tra giắc nối ..................................................................................72
Hình 3.31 Kiểm tra dây cao áp .............................................................................73
Hình 3.32 Kiểm tra cuộn sơ cấp ............................................................................73
Hình 3.33 Kiểm tra cuộn thứ cấp ..........................................................................74
Hình 3.34 Sơ đồ thử bobine ..................................................................................75
Hình 3.35 Sơ đồ chân giắc IC ...............................................................................76
Hình 3.36 Sơ đồ phương pháp thử IC ...................................................................76
Hình 3.37 Góc đánh lửa sớm hơn khi tăng ga .......................................................77
Hình 3.38 Tín hiệu IGT .........................................................................................77
Hình 3.39 Các thời điểm đánh lửa ........................................................................78
Hình 3.40 Sơ đồ mạch của góc đánh lửa sớm .......................................................79
Hình 3.41 Dụng cụ kiểm tra thời điểm đánh lửa. ...................................................79
Hình 3.42 Sử dụng dụng cụ đo để kiểm tra thời điểm đánh lửa..............................80
Hình 3.43 Kiểm tra Bugi. ......................................................................................81
Hình 3.44 Cảm biến vị trí cam và sơ đồ khối hệ thống DLI ...................................82
Hình 3.45 Các kiểu đánh lửa..................................................................................82

ix

DANH MỤC VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

ECU

Electronic Control Unit

Bộ điều khiển trung tâm

FWD

Front Wheel Drive

Hệ thống dẫn động cầu trước

EFI

Electronic Fuel Injection

Hệ thống phun xăng điện tử

AWD

All Wheel Drive

Dẫn động toàn bộ các bánh

CAN

Cotroller Area Network

Điều khiển dữ liệu theo vùng.

RWD

Rear Wheel Drive

Hệ dẫn động cầu sau

NTC

Negative Temperature Coefficient Hệ số nhiệt độ âm

4WD

Four Wheel Drive

Hệ dẫn động 4 bánh.

ADC

Analog to Digital Converter

Bộ chuyển đổi

MAP

Manifold Absolute Pressure

Cảm biến áp suất

AFR

Air Fuel Ratio

Tỷ lệ không khí và nhiên liệu

DOHC

Double Overhead Camshafts

Hai trục cam phía trên xy lanh.

x


LỜI MỞ ĐẦU
Động cơ 3S-FE là một mẫu động cơ phổ biến trên dòng xe hạng trung, và nó
cũng được ứng dụng trên nhiều dòng xe khác nhau từ những năm 1987 trở lại đây.
Hiện các dòng xe cùng kích thước đang được sử dụng hiện nay, được sử dụng với
nhiều động cơ với tên gọi khác nhau nhưng cấu trúc hoạt động và bản chất của nó
cơ bản đều giống như động cơ 3S-FE vì vậy cũng có thể nói động cơ 3S-FE là một
động cơ mẫu.
Module này không chỉ để thực hành theo phương thức đấu nối đo đạc mà còn
hỗ trợ cho việc sinh viên thực hành tháo lắp và kiểm tra động cơ. Nhằm giúp cho
sinh viên hiểu sâu hơn về động cơ này và nó cũng giúp cho sinh viên có thêm được

các kỹ năng kinh nghiệm cho việc tháo lắp.
Hiện tại trên phòng thí nghiệm thực hành ô tô gồm 4 module thực hành trong đó
có module thực hành về động cơ 3S-FE chưa có tài liệu để hướng dẫn sinh viên thực
hành một cách chính thống bằng tiếng Việt ( hiện tại chỉ có tài liệu hướng dẫn thực
hành bằng tiếng Nhật ). Vì vậy là lớp sinh viên đầu tiên và cũng là trách nhiệm của
anh, chị đi trước nên em muốn khi ra trường có một điều gì đó đóng góp cho bộ môn
và giúp cho các em khóa sau có được một tài liệu thực hành dễ hiểu và thực tế nhất
chính vì thế đề tài “ Nghiên cứu quy trình kiểm tra, bảo dưỡng động cơ ô tô và ứng
dụng với động cơ ô tô Toyota 3S-FE” đã được em chọn làm đề tài tốt nghiệp .
Đồ án gồm 3 chương chính:
Chương 1: Giới thiệu chung về động cơ ô tô.
Chương 2: Phân tích cơ chế vận hành của động cơ 3S-FE
Chương 3: Xây dựng bài giảng thực hành kiểm tra và bảo dưỡng trên
động cơ 3S-FE.
Đồ án được hoàn thành đúng tiến độ nhờ sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của
thầy Trần Trung Dũng và các thầy cô trong bộ môn đã tạo điều kiện tốt nhất để em
hoàn thành đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn.

1


CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ Ô TÔ
1.1. Tổng quan về động cơ
1.1.1 Khái niệm
Động cơ là nguồn động lực phát ra năng lượng để ô tô hoạt động. Động cơ
thường dùng trên ô tô là động cơ đốt trong kiểu piston (động cơ biến nhiệt năng
thành cơ năng).
1.1.2 Các bộ phận chính của động cơ
-Thân vỏ động cơ.

-Cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền
-Cơ cấu phối khí
-Hệ thống cung cấp nhiên liệu
-Hệ thống làm mát
-Hệ thống bôi trơn
-Hệ thống điện.
1.1.3 Phân loại động cơ
Tuỳ theo cách phân loại ta có các loại động cơ sau.
- Theo nguyên liệu sử dụng, có các loại:
Động cơ xăng, động cơ Diesel, động cơ gas.
- Theo chu trình làm việc có các loại :
Động cơ 4 kỳ, động cơ 2 kỳ.

2


Hình 1.1 Động cơ 4 thì [7]

Hình 1.2 Động cơ 2 thì [7]
- Theo số xy lanh có các loại :
3 xy lanh, 4 xy lanh, 5 xy lanh, 6 xy lanh, 8 xy lanh…
- Ngoài ra còn nhiều cách phân loại khác … bố trí xi lanh động cơ ta có động
cơ thẳng hàng đứng, hình chữ V.

3


Hình 1.3 Các dạng xy lanh động cơ [7]
1.2. Bố trí chung trên ô tô
Bố trí động cơ.

+ Vị trí đặt động cơ: Đặt trước, đặt giữa đặt sau ô tô.
+ Bố trí: Ngang, dọc ô tô.
1.2.1 Ô tô con

Hình 1.4 Xe Sedan [7]

4


1.Động cơ đặt trước cầu trước chủ động- động cơ đặt ngang.
2.Động cơ đặt trước- cầu sau chủ động, động cơ đặt dọc.
3.Động cơ đặt sau cầu sau chủ động.
4.Động cơ đặt trước hai cầu chủ động.

Hình 1.5 Các cách bố trí động cơ [1]
Chú thích (1) Cầu chủ động. (2) Động cơ. (3) Vô lăng.
Vị trí động cơ và các cách dẫn động
Việc bố trí vị trí của động cơ trên thân xe có ý nghĩa rất quan trọng, nó ảnh
hưởng tới cấu trúc của xe. Mỗi hệ dẫn động cầu trước, cầu sau, 4 bánh và toàn bộ
các bánh có ưu và nhược điểm riêng. Tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng và tùy vào
từng loại xe mà các hãng có cách áp dụng thích hợp. Chẳng hạn xe địa hình thường
là dẫn động 4 bánh còn sedan đa số sử dụng hệ dẫn động cầu trước.
 Dẫn động cầu trước FWD (Front Wheel Drive)

5


Hình 1.6 Hệ dẫn động cầu trước với động cơ đặt trước [1]
Chú thích (1) Cầu chủ động. (2) Động cơ. (3) Vô lăng
Gần như tất cả các xe ngày nay đều sử dụng hệ dẫn động cầu trước. Những

năm đầu thế kỷ 20, kiểu FWD thuộc loại "hiếm có khó tìm" nhưng giờ đây, nó được
trang bị trên khoảng 70% số xe mới xuất xưởng. Như vậy, rõ ràng đã có một cuộc
dịch chuyển ngoạn mục trong ngành công nghiệp ô tô khi từ hệ dẫn động cầu sau
chuyển hết sang dẫn động cầu trước.
Nguyên nhân chính nằm ở chỗ các xe hiện đại đều có động cơ đặt trước thay
vì đặt sau như trước kia. Vì vậy, để loại bỏ cơ cấu truyền động từ trước ra sau vốn
"lằng nhằng" và tiêu hao nhiều năng lượng, truyền công suất tới ngay bánh trước là
giải pháp khả thi nhất. Ngoài ra, áp dụng FWD đồng nghĩa với việc các nhà sản
xuất có thể giảm bớt các chi tiết, hạ thấp chi phí. Đồng thời, khối lượng xe giảm đi
cũng khiến nó "ăn" ít xăng hơn.
Ưu điểm quan trọng nữa của hệ dẫn động FWD là do động cơ đặt phía trên
trục trước nên trọng lượng của nó được truyền thẳng xuống bánh dẫn động khiến độ
bám đường tăng lên, giúp xe hoạt động tốt ở các mặt đường trơn trượt.
 Hệ dẫn động cầu sau RWD (Rear Wheel Drive)

Hình 1.7 Hệ dẫn động cầu sau [1]
Chú thích (1) Cầu chủ động. (2) Động cơ. (3) Vô lăng

6


Rõ ràng hai kiểu FWD và RWD có những ưu nhược điểm trái ngược nhau.
Với RWD, xe tăng tốc tốt hơn. Hai bánh trước được giải thoát khỏi nhiệm vụ dẫn
động và chỉ tập trung vào việc dẫn hướng (bánh lái). Tuy nhiên, ưu điểm này không
làm RWD trội hơn so với FWD. Thời kỳ đầu, sử dụng RWD xe phải có trục truyền
động và một bộ vi sai để truyền công suất từ động cơ xuống trục sau. Thiết bị này
làm tăng giá thành sản xuất và cùng với đó, trọng lượng xe tăng lên. Vì vậy, RWD
thực tế là không hiệu quả hơn FWD. Ngoài ra, khi đi xe dẫn động cầu sau mà không
có hệ thống kiểm soát độ bám đường, tài xế rất dễ mất lái ở các đoạn đường trơn
trượt hay mắc kẹt xuống rãnh, mương, ổ gà.

 Dẫn động 4 bánh (4WD Four Wheel Drive) và toàn bộ các bánh (AWD
All Wheel Drive)

Hình 1.8 Hệ dẫn động 4 bánh [1]
Chú thích (1) Cầu chủ động. (2) Động cơ. (3) Vô lăng
Hai hệ dẫn động giới thiệu ở trên chỉ sử dụng một nửa số bánh để dẫn động.
Và tất nhiên, sẽ có người đặt ra câu hỏi tại sao không sử dụng cả 4 bánh. Đáp lại,
ngành công nghiệp ô tô có câu trả lời rất sớm khi mà hãng xe Hà Lan Spyker trình
làng hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian (full-time) từ năm 1903 tại triển lãm
xe hơi Paris.
Trước hết, cần phải nói rõ rằng tại sao lại có sự khác biệt giữa dẫn động bánh
4WD và dẫn động tất cả các bánh AWD. Thuật ngữ 4WD hình thành trên cơ sở
dùng để chỉ kiểu dẫn động 4 bánh thời kỳ đầu của hãng xe địa hình Jeep và xe tải.
Nó ám chỉ các xe có chế độ chọn dẫn động 2 bánh hoặc 4 bánh bằng công tắc gắn
trong xe.

7


Trên các mẫu xe sử dụng 4WD thường có chế độ "low - thấp" và "high - cao".
Khi chọn "low", hệ truyền động cấp nhiều mô-men xoắn hơn để đi trên các đoạn đường
gồ ghề hay trèo đèo. Còn chế độ "high" sử dụng trên các đoạn đường trơn trượt. 4WD
còn sử dụng bộ khoá vi sai trung tâm nhằm tránh những chênh lệch không cần thiết
giữa bánh bên trái và bên phải khi đi trên địa hình không bằng phẳng.
1.2.2 Xe khách và xe tải
Với các dòng xe cỡ lớn tuy có đôi chút điều chỉnh do đặc thù là xe có kích
thước lớn, dài và yêu cầu về trọng tải có khác nên vị trí đặt động cơ cũng có khác.

Hình 1.9 Động cơ đặt giữa và dẫn động cầu sau [1]
Chú thích (1) Cầu chủ động. (2) Động cơ

Hình 1.10 Động cơ đặt sau và dẫn động cầu sau [1]
Chú thích (1) Cầu chủ động. (2) Động cơ

8


CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH CƠ CHẾ VẬN HÀNH CỦA ĐỘNG CƠ 3S-FE
2.1 Hệ thống tín hiệu đầu vào

Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống phun xăng trên động cơ 3S-FE [4]
Bao gồm các loại cảm biến sau: Cảm biến MAP ( cảm biến áp suất đường
ống nạp), Cảm biến nhiệt độ khí nạp, Cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến
oxy, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến vị trí trục cam, cảm biến vị trí trục khủy, tín
hiệu khởi động động cơ.
Các cảm biến nhận biết lượng khí nạp, tốc độ động cơ, tải của động cơ, nhiệt
độ của nước làm mát và khí nạp, sự tăng tốc giảm tốc và gửi các tín hiệu này đến
ECU. ECU sau đó sẽ xác định khoảng thời gian phun chính xác và gửi mộttín hiệu
đến các kim phun. Các kim phun sẽ phun nhiên liệu vào đường ống nạp phụ thuộc
vào tín hiệu này.

9


2.1.1. Cảm biến vị trí bướm ga [4]
Hệ thống phun xăng của động cơ 3S-FE sử dụng cảm biến vị trí bướm ga
loại biến trở.

Hình 2.2 Cảm biến cánh bướm ga loại biến trở [4]

Loại này có cấu tạo gồm hai con trượt, ở đầu mỗi con trượt được thiết kế có
các tiếp điểm cho tín hiệu cầm chừng và tín hiệu góc mở cánh bướm ga, có cấu tạo
như hình 2.2
Mạch điện

Hình 2.3 Mạch điện cảm biến vị trí cánh bướm ga loại biến trở [4]
Một điện áp không đổi 5V từ ECU cung cấp đến cực VC. Khi cánh bướm ga
mở, con trượt trượt dọc theo điện trở và tạo ra điện áp tăng dần ở cực VTA tương
ứng với góc mở cánh bướm ga. Khi cánh bướm ga đóng hoàn toàn, tiếp điểm cầm
chừng nối cực IDL với cực E2.

10


2.1.2. Cảm biến áp suất đường ống nạp MAP
Loại cảm biến này dựa trên nguyên lý cầu Wheatstone. Mạch cầu
Wheatstone được sử dụng trong thiết bị nhằm tạo ra một điện áp phù hợp với sự
thay đổi điện trở.
Cảm biến bao gồm một tấm silicon nhỏ (hay gọi là màng ngăn), dày hơn ở
hai mép ngoài và mỏng ở giữa. Hai mép được làm kín cùng với mặt trong của tấm
silicon tạo thành buồng chân không trong cảm biến. Mặt ngoài tấm silicon tiếp xúc
với áp suất đường ống nạp. Hai mặt của tấm silicon được phủ thạch anh để tạo
thành điện trở áp điện.

Hình 2.4 Cảm biến áp suất tuyệt đối đường ống nạp [4]
Khi áp suất đường ống nạp thay đổi, giá trị của điện trở áp điện cũng thay
đổi. Các điện trở áp điện được nối thành cầu Wheatstone. Khi màng ngăn không bị
biến dạng, tương ứng với trường hợp động cơ chưa hoạt động hoặc tải lớn, tất cả
bốn điện trở áp điện đều có giá trị bằng nhau và lúc đó không có sự chênh lệch điện
áp giữa hai đầu cầu. Khi áp suất đường ống nạp giảm, màng silicon bị biến dạng

dẫn đến giá trị điện trở áp điện thay đổi và làm mất cân bằng cầu Wheatstone. Kết
quả là giữa hai đầu cầu có sự chênh lệch điện áp và tín hiệu này được khuếch đại để
điều khiển mở transistor ở ngỏ ra của cảm biến. Độ mở của transistor phụ thuộc vào
áp suất đường ống nạp dẫn tới sự thay đổi điện áp báo về ECU.

11


Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý cảm biến MAP [4]

Hình 2.6 Sơ đồ mạch điện cảm biến MAP [4]

Hình 2.7 Đường đặc tuyến của MAP sensor [4]

12


Cảm biến MAP sử dụng trong động cơ 3S-FE là loại cảm biến có điện áp
thấp transistor trong mạch không dẫn điện áp trên chân PIM của cảm biến lúc này
xấp xỉ 3.6v. Khi áp suất đường ống nạp giảm lúc này cầu so sánh trong cảm biến
mất ổn định làm cho vi điều khiển trong cảm biến mở dần transistor ở trạng thái
khuếch đại. Điện áp trên chân PIM của cảm biến giảm dần.
2.1.3 Cảm biến nhiệt độ khí nạp [4]
Cảm biến nhiệt độ khí nạp dùng để xác định nhiệt độ khí nạp. Cũng giống
như cảm biến nhiệt độ nước, nó gồm có một điện trở được gắn trong bộ đo gió hoặc
trên đường ống nạp.
Tỉ trọng của không khí thay đổi theo nhiệt độ. Nếu nhiệt độ không khí cao,
hàm lượng oxy trong không khí thấp. Khi nhiệt độ không khí thấp, hàm lượng oxy
trong không khí tăng. Trong các hệ thống điều khiển phun xăng (trừ loại LHJetronic với cảm biến đo gió loại dây nhiệt) lưu lượng không khí được đo bởi các bộ
đo gió khác nhau chủ yếu được tính bằng thể tích. Vì vậy, khối lượng không khí sẽ

phụ thuộc vào nhiệt độ của khí nạp. Đối với các hệ thống phun xăng nêu trên (đo
o
lưu lượng bằng thể tích), ECU xem nhiệt độ 20 C là mức chuẩn, nếu nhiệt độ khí
o
nạp lớn hơn 20 C thì ECU sẽ điều khiển giảm lượng xăng phun nếu nhiệt độ khí
nạp nhỏ hơn 20oC thì ECU sẽ điều khiển tăng lượng xăng phun. Với phương pháp
này, tỉ lệ hỗn hợp sẽ được đảm bảo theo nhiệt độ môi trường.

Hình 2.8 Cảm biến nhiệt độ khí nạp [4]

13


Hình 2.9 Mạch điện của cảm biến nhiệt độ khí nạp [4]
Cảm biến nhiệt độ khí nạp sử dụng loại điện trở có hệ số nhiệt điện trở âm.
Điện trở cao khi nhiệt độ thấp và ngược lại. Khi nhiệt độ thấp điện áp gửi về ECU
thấp và ngược lại.
2.1.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Dùng để xác định nhiệt độ động cơ, có cấu tạo là một điện trở nhiệt
(thermistor) hay là một diode.
Nguyên lý:
Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ. Nó
được làm bằng vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm (NTC –negative
temperature co-efficient). Khi nhiệt độ tăng điện trở giảm và ngược lại. Các loại
cảm biến nhiệt độ hoạt động cùng nguyên lý nhưng mức hoạt động và sự thay đổi
điện trở theo nhiệt độ có khác nhau. Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá
trị điện áp được gởi đến ECU trên nền tảng cầu phân áp.[4]

Hình 2.10 Mạch điện của cảm biến nhiệt độ nước làm mát [4]

14


Trên sơ đồ ta có. Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị
không đổi theo nhiệt độ) tới cảm biến rồi trở về ECU về mass. Như vậy điện trở
chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp. Điện áp điểm
giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự - số (bộ chuyển đổi ADC –
analog to digital converter).
Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến
bộ biến đổi ADC lớn. Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xung vuông
và được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECU biết động cơ đang lạnh. Khi
động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm, báo cho
ECU biết là động cơ đang nóng.
 Cấu tạo
Thường là trụ rỗng có ren ngoài, bên trong có gắn một điện trở dạng bán dẫn
có hệ số nhiệt điện trở âm.

Hình 2.11 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát [4]
1. Đầu ghim. 2. Vỏ. 3. Điện trở (NTC)
Ở động cơ làm mát bằng nước, cảm biến được gắn ở thân máy, gần bọng
nước làm mát. Trong một số trường hợp, cảm biến được lắp trên nắp máy

Hình 2.12 Mạch điện cảm biến nước làm mát [4]

15