HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ XE TOYOTA VIOS

MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành điện tử thì đối với ngành Công
nghệ Ôtô cũng có sự phát triển mạnh mẽ. Việc ứng dụng linh kiện bán dẫn, thiết bị
điện tử được trang bị trên động cơ ôtô nhằm mục đích tăng công suất động cơ,
giảm được suất tiêu hao nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường.
Việc khảo sát xây dựng mô hình hệ thống nhiên liệu điều khiển điện, điện tử
trên động cơ đánh lửa cưỡng bức giúp em tìm hiểu nghiên cứu sâu hơn hệ thống
điều khiển điện, điện tử trên động cơ Ôtô. Đây cũng là lý do nhóm chúng em chọn
đề tài này làm đề tài tốt nghiệp, với mong muốn nghiên cứu thiết kế được mô hình
động cơ có hệ thống đánh lửa, phun xăng điện tử trên động cơ 1NZ-FE. Khảo sát
xây dựng được các hệ thống điện điện tử trên động cơ.
Do kiến thức của em còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu
tham khảo còn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của
em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô giáo trong bộ môn
chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Qua đây cho em gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo trong trường
đặc biệt là thầy cô giáo trong Khoa cơ Khí Giao Thông đã tận tình dạy bảo em
trong suốt hai năm học vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo “Dương Việt Dũng và thầy Dương Đình
Nghĩa” đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành đồ án này một cách tốt nhất.
Đà nẵng, ngày ....... tháng ...... năm 2013
Sinh viên thực hiện

1


MỤC ĐÍCH
Tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên có thể hướng dẫn các sinh viên chi tiết
từng bài thực hành trong suốt quá trình thực tập.
Giúp sinh viên ứng dụng ngay những kiến thức mới học vào trong thực
hành vì vậy sẽ làm cho sinh viên nhớ sâu và cặn kẽ hơn.

Tạo điều kiện cho sinh viên có cái nhìn thực tế khi làm bài thực hành trực
tiếp trên mô hình, tạo môi trường giống như khi sinh viên ra ngoài đi làm.
Thông qua những phương pháp chẩn đoán phát hiện những hư hỏng giúp
sinh viên có được những kinh nghiệm quý báu ban đầu.
Ứng dụng giảng thực hành có tính thực tế cao, giúp ích cho việc giảng dạy
và tiếp thu bài của sinh viên nhằm nâng cao hiệu quả học tập của sinh viên. Góp
phần hiện đại hóa phương tiện và phương pháp dạy thực hành trong giáo dục-đào
tạo.
Giúp sinh viên tìm hiểu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống
điện điện tử trên độngc cơ phun xăng điện tử.
Kết nối máy chẩn đoán với động cơ để xác định hư hỏng một cách chính xác
và nhanh chóng trong hệ thống đánh lửa và phun xăng điện tử trên động cơ 1NZFE nói riêng và các động cơ hiện đại nói chung.
Ý NGHĨA
Giúp sinh viên tổng hợp kiến thức được học và ứng dụng được kiến thức đó
vào trong thực tế sản xuất.
Giúp sinh viên tiếp cận nhanh kỹ thuật sửa chữa xe ô tô đời mới thông qua
mô hình.
Giúp sinh viên tự tin hơn khi ra trường khi chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế

2


Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ
TRÊN ĐỘNG CƠ XE TOYOTA VIOS
1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN
TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ
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 xupap 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 hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE –Jetronic, MonoJetronic, 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 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
còn 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 được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D-Jetronic
(lượng nhiên liệu 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 hòa 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 tiếp (DIS – direct ignition system) ra đời, cho phép không sử dụng
delco và hệ thống này đã có mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới.

3

Ngày nay, gần như tất cả các ôtô đều được trang bị hệ thống điều khiển
động cơ cả xăng và 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, công 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 trực tiếp: GDI (gasoline direct injection). Trong tương lai gần,
chắc chắn GDI sẽ được sử dụng rộng rãi.
1.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ
Hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ cưỡng bức điều khiển việc cấp
hỗn hợp khí nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh, có thể đạt được tỉ lệ khí nhiên
liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ động cơ. Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi
góc mở bướm ga.
Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng: có thể làm đậm hỗn
hợp khi nhiệt độ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc. Hiệu suất nạp hỗn hợp
không khí- nhiên liệu cao. Hệ thống phun nhiên liệu có thể được phân loại theo
nhiều kiểu. Nếu phân biệt theo cấu tạo kim phun, ta có 2 loại:
Loại CIS (Continuous Injection System)
Đây là hệ thống kiểu sử dụng kim phun cơ khí, chỉ sử dụng trên một số
động cơ, bộ phun mở liên tục, sự thay đổi áp suất đối với nhiên liệu sẽ làm thay
đổi lượng nhiên liệu được phun. Gồm bốn loại cơ bản sau:
Hệ thống K – Jetronic: Đây là hệ thống phun nhiên liệu được điều khiển
hoàn toàn bằng cơ khí và thủy lực sau đó được cải thiện thành hệ thống KE –
Jectronic với hệ thống ECM mạnh hơn. Là hệ thống phun xăng cơ bản của các
kiểu phun xăng điện tử ngày nay. Nó có các đặc điểm như không cần những cơ
cấu dẫn động của động cơ, có nghĩa là động tác điều chỉnh xăng phun ra do chính
độ chân không trong ống hút điều khiển, xăng phun ra liên tục và được xác định
tùy theo khối lượng không khí nạp. Được sử dụng cho các xe như Audi : coupe,
Quattro, 80, 90, 100, 200; xe BMW: 318, 520….
Hệ thống K – Jetronic có cảm biến khí thải: có thêm một cảm biến oxy.
Hệ thống KE – Jetronic: hệ thống K-Jetronic với mạch điều chỉnh áp lực

phun bằng điện tử. Hệ thống phun xăng KE-Jetronic được hãng BOSCH chế tạo
dựa trên nền tảng của hệ thống K-Jetronic và K-Jetronic với van tần số. Các nhà
thiết kế nhận thấy rằng ở hệ thống K-Jetronic với van tần số thì độ chính xác
không cao lắm do các cảm biến sử dụng để nhận biết tình trạng làm việc của động
cơ còn quá ít và việc sử dụng van tần số để hiệu chỉnh áp lực các buồng dưới,
cũng như dùng bộ điều chỉnh áp lực theo nhiệt độ để hiệu chỉnh tỷ lệ hỗn hợp để
đáp ứng các chế độ làm việc của động cơ là chưa hoàn thiện… Bởi vì các chế độ
4


làm việc của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào thời gian mở và đóng của van tần số
và sự thay đổi của áp suất điều chỉnh trên đỉnh piston. Nếu sự phối hợp cả hai yếu
tố trên là không đồng bộ thì độ tin cậy làm việc của hệ thống là không đảm bảo.
Để khắc phục nhược điểm trên cũng như dựa vào cơ sở của hệ thống K-Jetronic
với van tần số, các nhà chế tạo đã đưa ra loại KE-Jetronic. Ở hệ thống KEJetronic, tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng với các điều kiện hoạt động của động cơ dựa
vào sự thay đổi áp lực nhiên liệu của các buồng dưới của các bộ chênh lệch áp
suất, nhưng áp suất điều khiển ở trên đỉnh piston điều khiển là được giữ cố định.
Các cảm biến bố trí xung quanh động cơ của KE-Jetronic được sử dụng nhiều hơn,
tín hiệu từ các cảm biến được gửi về trung tâm điều khiển điện tử và từ đó trung
tâm điều khiển sẽ làm thay đổi áp suất trong hệ thống để đáp ứng tốt các yêu cầu
làm việc của động cơ.
Như vậy chúng ta thấy rằng ngoài việc định lượng nhiên liệu bằng cơ khí
như K- Jetronic, hệ thống điện điều khiển của KE-Jetronic sẽ điều chỉnh lại lượng
nhiên liệu cung cấp đến các kim phun dựa vào tình trạng làm việc của động cơ
theo các chế độ tải, điều kiện môi trường, nhiệt độ động cơ… Ở hệ thống KEJetronic hình dạng phễu không khí được chế tạo sao cho tỷ lệ hỗn hợp luôn ở
mức l=1 cho tất cả các chế độ hoạt động của động cơ.
Hệ thống KE – Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng điện
tử.
Loại AFC (Air Flow Controlled Fuel Injection). Sử dụng kim phun điều
khiển bằng điện. Hệ thống phun xăng với kim phun điện có thể chia làm 2 loại

chính:
D-Jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất): với lượng
xăng phun được xác định bởi áp suất sau cánh bướm ga bằng cảm biến MAP
(manifold absolute pressure sensor).
L-Jetronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là không khí): là hệ thống
phun xăng đa điểm điều khiển bằng điện tử. Xăng được phun vào cửa nạp của các
xylanh động cơ theo từng lúc chứ không phun liên tục. Quá trình phun xăng và
định lượng nhiên liệu được thực hiện theo hai tín hiệu gốc: tín hiệu về khối lượng
không khí đang nạp vào và tín hiệu về vận tốc trục khuỷu của động cơ. Chức năng
của L – Jectronic là cung cấp cho từng xylanh động cơ một lượng xăng đáp ứng
nhiều chế độ tải khác nhau của động cơ. Một hệ thống các bộ cảm biến ghi nhận
thông tin về chế độ làm việc của ôtô, về tình trạng thực tế của động cơ, chuyển
đổi các thông tin này thành tín hiệu điện . ECU sẽ xử lý, phân tích các thông tin
nhận được và tính toán chính xác lượng xăng cần phun ra. Lưu lượng phun xăng
phun ra ấn định do thời lượng mở van của béc phun xăng. Với lượng xăng phun
5


được tính toán dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió loại cánh trượt.
Sau đó có các phiên bản: LH – Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt, LU –
Jetronic với cảm biến gió kiểu siêu âm…
Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC được
chia làm 2 loại:
Loại TBI (Throttle Body Injection) - phun đơn điểm. Hệ thống này còn có
các tên gọi khác như: SPI (single point injection), CI (central injection), Mono –
Jetronic. Đây là loại phun trung tâm. Kim phun được bố trí phía trên cánh bướm
ga và nhiên liệu được phun bằng một hay hai kim phun. Nhược điểm của hệ thống
này là tốc độ dịch chuyển của hòa khí tương đối thấp do nhiên liệu được phun ở vị
trí xa supap hút và khả năng thất thoát trên đường ống nạp.
Loại MPI (Multi Point Fuel Injection) - phun đa điểm. Đây là hệ thống phun

nhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xylanh được bố trí gần supap hút
(cách khoảng 10 – 15 mm). Ống góp hút được thiết kế sao cho đường đi của
không khí từ bướm ga đến xylanh khá dài, nhờ vậy, nhiên liệu phun ra được hòa
trộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc. Nhiên liệu cũng không còn thất thoát trên
đường ống nạp. Hệ thống phun xăng đa điểm ra đời đã khắc phục được các nhược
điểm cơ bản của hệ thống phun xăng đơn điểm. Tùy theo cách điều khiển kim
phun, hệ thống này có thể chia làm 3 loại chính: phun độc lập hay phun từng kim
(independent injection), phun nhóm (group injection) hoặc phun đồng loạt
(simultaneous injection).
Nếu căn cứ vào đối tượng điều khiển theo chương trình, người ta chia hệ
thống điều khiển động cơ ra 3 loại chính: chỉ điều khiển phun xăng (EFI electronic fuel injection theo tiếng Anh hoặc Jetronic theo tiếng Đức), chỉ điều
khiển đánh lửa (ESA - electronic spark advance) và loại tích hợp tức điều khiển cả
phun xăng và đánh lửa (hệ thống này có nhiều tên gọi khác nhau: Bosch đặt tên là
Motronic, Toyota có tên (TCCS - Toyota Computer Control System), Nissan gọi
tên là (ECCS - Electronic Concentrated Control System…) Nhờ tốc độ xử lý của
CPU khá cao, các hộp điều khiển động cơ đốt trong ngày nay thường gồm cả chức
năng điều khiển hộp số tự động và quạt làm mát động cơ.
Nếu phân biệt theo kỹ thuật điều khiển ta có thể chia hệ thống điều khiển
động cơ làm 2 loại: analog và digital. Ở những thế hệ đầu tiên xuất hiện từ 1979
đến 1986, kỹ thuật điều khiển chủ yếu dựa trên các mạch tương tự (analog). Ở các
hệ thống này, tín hiệu đánh lửa lấy từ âm bobine được đưa về hộp điều khiển để từ
đó hình thành xung điều khiển kim phun. Sau đó, đa số các hệ thống điều khiển
động cơ đều được thiết kế, chế tạo trên nền tảng của các bộ vi xử lý (digital).

6


1.3 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XE TOYOTA VIOS
1.3.1 Động cơ:
Trên xe TOYOTA VIOS nhà sản xuất sử dụng hai kiểu động cơ mang ký

hiệu :
- 1.5G(1NZ –FE, TCCS – phun xăng đa điểm)
- 1.3E(2NZ –FE , TCCS – phun xăng đa điểm)
1.3.2 Bố trí tay lái: Tay lái thuận /tay lái nghịch.
1.3.3 Hộp số: Sử dụng hộp số thường 5 số hoặc hộp số tự động
1.3.4 Kích thước trọng lượng
Bảng 1-1: Trọng lượng và kích thước xe
Loại xe
Vios Limo
Trọng lượng toàn tải
1450 kg
Trọng lượng không tải
950 kg
Dài x rộng x cao toàn bộ
4285mm x 1700mm x 1460mm
Chiều dài cơ sở
2550 mm
Chiều rộng cơ sở
1480 mm
Khoảng sáng gầm xe
150 mm
1.3.5 Hệ thống treo:
- Trước : Sử dụng hệ thống treo độc lập McPherson với thanh cân bằng.
- Sau : Dùng thanh xoắn ETA với thanh cân bằng.
1.3.6 Hệ thống phanh:
TOYOTA VIOS được trang bị hệ thống chống hãm cứng phanh ABS kết
hợp với hệ thống hỗ trợ phanh BA và phân phối lực phanh điện tử EBD.
Kiểu phanh Trước/Sau : Đĩa/Tang trống(hoặc đĩa).
1.3.7 Quỹ đạo quay vòng:
Bán kính quay vòng tối thiểu (mm): 4900

1.3.8 Hệ thống an toàn: có trang bị túi khí (hệ thống SRS) cho tài xế và
hành khách.
1.3.9 Hệ thống chẩn đoán hư hỏng
Khi có hư hỏng trong hệ thống điện điều khiển động cơ, đèn check engine
trên bảng táp lô sẽ bật sáng. Khi này để tìm chính xác sự cố ta phải nối máy chẩn
đoán với giắc nối DLC3 (của hệ thống M –ODB) để đọc mã hư hỏng (DTC –
Diagnostic Trouble Code) mà không thể đọc trực tiếp thông qua đèn check engine
như những hệ thống chẩn đoán khác.

7


1.3.10 Hệ thống kiểm soát khí thải
Trên xe TOYOTA VIOS, để giảm thiểu đến mức thấp nhất lượng khí CO –
HC – NOx thải ra từ động cơ, nhà sản xuất trang bị bộ lọc khí xả 3 thành phần
TWC (Three Way Catalist) được bố trí trên đoạn trước của đường ống thải đồng
thời kết hợp với hệ thống điều khiển nhiên liệu mạch kín của TCCS để tỉ lệ xăng –
khí luôn đạt đến giá trị lý tưởng nhằm làm tăng hiệu quả lọc của bộ TWC. Bên
cạnh đó nhà sản xuất còn trang bị hệ thống EVAP( hệ thống kiểm soát nhiên liệu
bay hơi từ bình xăng) để tiết kiệm nhiên liệu và tránh cho hơi xăng bốc hơi ra môi
trường từ bình chứa nhiên liệu.
1.3.11 Các cảm biến
- Cảm biến Ôxy: trang bị 2 cảm biến Ôxy cho hệ thống điều khiển nhiên
liệu mạch kín, cảm biến 1 đặt trước bộ lọc khí xả 3 thành phần TWC và cảm biến
2 đặt sau TWC.
- Cảm biến áp suất dầu trợ lực lái.
- Cảm biến vị trí trục khuỷu kết hợp với cảm biến tốc độ động cơ: loại cảm
biến điện từ 34 răng (có 1 răng khuyết) được bố trí tại puly trục khuỷu.
- Cảm biến vị trí trục cam: loại điện từ 3 răng không đều (bố trí trên nữa
đường tròn) đặt tại trục cam nạp.

- Cảm biến lưu lượng khí :MAF sensor (cảm biến khối lượng không khí ).
- Cảm biến tốc độ xe: đặt tại trục thứ cấp hộp số.
- Cảm biến vị trí bướm ga: kiểu tuyến tính, 3 chân (Vc,VTA,E).
Và thêm nhiều cảm biến khác.
1.3.12 Hệ thống nâng hạ kính và khóa cửa
Hệ thống nâng hạ kính điều khiển bằng điện và hệ thống khoá cửa trung tâm
(Lock Center).
1.4. TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ XE TOYOTA VIOS (1NZ – FE)
1.4.1 Đặc điểm và thông số cơ bản của động cơ
Động cơ 1NZ-FE được lắp trên xe Toyota Vios. Xe Toyota Vios là loại xe
du lịch 5 chỗ ngồi với ba loại Vios Limo, Vios 1.5E (sử dụng hộp số thường
C50) và Vios 1.5G (sử dụng hộp số tự động U340E). Khả năng giảm xóc, chống
rung tốt, hệ thống điều khiển phanh điện tử ABS, hệ thống lái trợ lực điện tạo
cảm giác thoải mái và êm dịu cho mọi hành khách trong xe trên mọi nẻo
đường.
Động cơ 1NZ-FE là động cơ xăng không chì thế hệ Z có 4 xylanh thẳng
hàng, dung tích xylanh 1.5 liter, trục cam kép DOHC 16 xupáp dẫn động bằng
xích, hệ thống van nạp thông minh VVT-i (Variable Valve Timing-intelligent),
hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS (Direct Ignition System) được sử dụng trong
8


động cơ này để đạt được hiệu suất cao, êm, tiết kiệm nhiên liệu và thải sạch
hơn.
9

1
2

3

8
4

5

6
7

Hình 1-1 Mặt cắt dọc động cơ 1NZ-FE
1-Vỏ bộ xoay cam ; 2-Cánh xoay ; 3-Bánh xích dẫn động trục cam ; 4-Puly dẫn
động bơm nước ; 5-Bánh xích đầu trục khuỷu ; 6-Rôto cảm biến vị trí trục
khuỷu ;7-Vít xả dầu ; 8- Bánh đà ; 9-Bộ đánh lửa trực tiếp.
1
2
3

14

4

13

5

12

11
6
10

9

7

8

Hình 1-2 Mặt cắt ngang động cơ 1NZ-FE
1-Trục cam ; 2-Xupap ; 3-Piston ; 4-Ống góp thải ; 5-Xylanh ;6-Thân máy ;7-Lưới
lọc ; 8-Cacte ; 9-Bầu lọc dầu ; 10-Thanh truyền ; 11-Van hằng nhiệt ; 12-Thước
thăm dầu ; 13-Buồng nạp ; 14-Nắp máy.
9


Bảng 1.2 : Đặc tính kỹ thuật của động cơ 1NZ-FE
Số xy lanh và cách bố trí
4 xylanh, thẳng hàng
DOHC 16-xupáp
Cơ cấu phân phối khí
(thay đổi góc phối khí VVTI)
Dẫn động xích
Hệ thống nhiên liệu
SFI
Hệ thống đánh lửa
DIS
3
Dung tích [cm ]
1497
Đường kính x hành trình [mm]
75.0 x 84.7
Tỷ số nén

10.5 : 1
Công suất tối đa
79kW @ 6000v/p
Moment xoắn tối đa
139N.m @ 4200v/p
Mở
-70 ~ 330 BTDC
Thời điểm phối Nạp
Đóng 520 ~ 120 ABDC
Mở
420 BBDC
khí
Xả
Đóng 20 ATDC
Thứ tự nổ
1-3-4-2
Trị số Octan nhiên liệu
90 hoặc hơn

Góc phối khí động cơ 1NZ-FE:

Hình 1 - 3. Phạm vi thay đổi góc đóng mở xu páp thông minh
trên động cơ 1NZ-FE

10


Bảng 1.3: Thông số bảo dưỡng:
Thông số
Chỉ số (km)

Nhớt máy
5.000
Lọc nhớt
10.000
Lọc xăng
40.000
Lọc gió
40.000
Bugi (loại thường)
40.000
Dây curoa
80.000
Ban đầu
4,2 (lít)
Dung tích nhớt Có thay lọc nhớt
3,6 (lít)
Không thay lọc nhớt 3,4 (lít)
Dung tích nước làm mát
6,3 (lít)
Tỉ trọng accu
1,25-1,27
- Các cảm biến:
1. Cảm biến khối lượng không khí nạp (Mass air flow meter): loại dây nhiệt.
2. Cảm biến nhiệt độ khí nạp (Intake air temperature sensor).
3. Cảm biến vị trí bướm ga (Throttle Position Sensor): kiểu phần tử Hall
4. Cảm biến vị trí trục khuỷu (Crankshaft Position Sensor)
5. Cảm biến vị trí trục cam (Camshaft Position Sensor)
6. Cảm biến kích nổ.
7. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
8. Cảm biến áp suất dầu trợ lực lái

- Cơ cấu chấp hành:
1. Cụm IC-BOBINE
2. Các kim phun
3. Van điều khiển tốc độ không tải
4. Rơle mở mạch
5. Hệ thống điều khiển thay đổi góc phối khí thông minh (VVT-i)
6. Hệ thống tự chuẩn đoán hư hỏng

11


1.4.2. Đặc điểm kết cấu các cụm chi tiết chính của động cơ
1.4.2.1. Nhóm thân máy –nắp máy

Hình 1-4 Nắp máy
1-Đường nạp; 2-Đường thải
Nắp máy được đúc bằng hợp kim nhôm nhẹ, các trục cam đều được phân bố
trên đầu nắp máy. Lắp đặt kim phun trong cửa nạp khí của nắp máy kết quả là sự
tiếp xúc của nhiên liệu đập vào thành cửa nạp được tối thiếu hoá và tính kinh tế
nhiên liệu được nâng cao. Áo nước được lắp đặt giữa cửa xả và lỗ bu gi trên nắp
máy để giữ nhiệt độ đồng đều cho thành buồng cháy, điều này nâng cao chất
lượng làm mát cho buồng cháy và khu vực xung quanh bu gi.
Thân máy được làm bằng hợp kim nhôm mà mục đích của việc này là giảm
khối lượng cho động cơ. Bơm nước xoáy lốc và đường hút đến bơm được cung
cấp đến thân máy. Đặt tâm trục khuỷu lệch với đường tâm lỗ xi lanh, đường tâm
của xi lanh được dịch chuyển 12 mm về phía đường nạp. Như vậy, tác dụng của
lực ngang khi áp suất khí thể lớn nhất sẽ giảm. Sử dụng ống lót xi lanh thành
mỏng, khoảng cách giữa hai xi lanh là 8 mm nên chiều dài động cơ ngắn hơn.

Hình 1-5 Thân máy

1- Đường tâm trục khuỷu; 2- Đường tâm các xi lanh; A- Phía đầu động cơ;
B- Phía đường thải; C- Phía đường hút
12


1.4.2.2.Cơ cấu trục khuỷu-thanh truyền-piston
* Trục khuỷu.
Trục khuỷu của động cơ 1NZ-FE được chế tạo gồm một khối liền, vật liệu
chế tạo bằng thép cacbon, các bề mặt gia công đạt độ bóng cao, có 5 cổ trục và 4
cổ biên, má có dạng hình ôvan. Đường kính và bề rộng của chốt khuỷu và cổ trục
chính được giảm để giảm khối lượng, bên trong có đường dầu đi bôi trơn các bạc
lót và cổ trục.

Hình 1-6. Kết cấu trục khuỷu động cơ 1NZ-FE
1. Vành răng cảm biến vị trí trục khuỷu; 2, Lỗ dầu bôi trơn;
3,4,5,6,8. Cổ trục khuỷu 1,2,3,4,5. ; 7. Cổ khuỷu; 9. Má khuỷu.
* Thanh truyền.
Thanh truyền được đúc bằng thép hợp kim . Tiết diện thanh truyền của động
cơ 1NZ-FE có dạng chữ I. Đầu nhỏ thanh truyền có dạng hình trụ rỗng và được
lắp tự do với chốt piston. Đầu to thanh truyền được cắt thành hai nửa phần trên nối
liền với thân phần dưới là nắp đầu to thanh truyền và lắp với nhau bằng bulông
thanh truyền, mặt phẳng lắp ghép vuông góc với đường tâm trục thân thanh
truyền. Bulông thanh truyền là loại bulông chỉ chịu lực kéo, có mặt gia công đạt
độ chính xác cao để định vị.

Hình 1-7. Kết cấu thanh truyền động cơ 1NZ-FE
1-Thân thanh truyền; 2-Bu lông thanh truyền; 3-Nắp đầu to.
13

* Piston
Piston được làm bằng hợp kim nhôm có kết cấu đặc biệt đỉnh piston vát
hình nón cụt. Rãnh piston trên cùng có tráng lớp ôxit axit, phần đuôi piston có
tráng nhựa.
Sécmăng: có 3 Sécmăng loại có ứng suất thấp, secmăng khí số 1 được xử lý
PVD tăng khả năng chịu nhiệt, secmăng khí số 2 được mạ crôm và Sécmăng dầu.

Hình 1-8. Kết cấu piston động cơ 1NZ-FE
1.4.2.3. Cơ cấu phân phối khí.

Hình 1-9 Sơ đồ bố trí cơ cấu phân phối khí
1-Tay căng xích; 2-Thiết bị kéo căng; 3- Bộ điều khiển phối khí (VVT-i); 4Xích dẫn động trục cam; 5-Trục cam nạp; 6-Trục cam thải; 7-Bộ phận dẫn hướng
xích
Thông thường thời điểm phối khí được cố định nhưng ở động cơ 1NZ-FE
sử dụng hệ thống thay đổi thời điểm phối khí thông minh (VVT-i), hệ thống này
sử dụng áp suất dầu thủy lực để xoay trục cam nạp và làm thay đổi thời điểm phối
khí. Điều này làm tăng công suất động cơ, cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và làm
giảm khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường.
14


Ở mỗi xylanh có hai xúpap nạp và hai xúpap thải, các xúpap được đóng mở
trực tiếp bởi hai trục cam. Các trục cam được dẫn động bằng xích, bước xích là 8
mm điều này giúp cho không gian bố trí được gọn hơn. Để làm được điều này vật
liệu được dùng để chế tạo xích có tính chịu mài mòn rất cao luôn đảm bảo độ tin
cậy, xích được bôi trơn bằng dầu bôi trơn động cơ thông qua một vòi phun.
Thiết bị kéo căng, tay căng xích và bộ phận dẫn hướng xích được thiết lập
để giảm bớt tiếng ồn động cơ, giảm bớt tổn thất do ma sát.
Thân xúpap được thiết kế nhỏ, vừa giảm bớt trở lực trên đường nạp, thải và
giảm khối lượng.

Hình 1-10 Sơ đồ dẫn động xúpap
1-Xúpap; 2-Con đội; 3-Vấu cam
Bảng 1- 4: Thông số kỹ thuật
Hạng mục
Xupap nạp
Xupap thải
Đường kính mặt
30,5
25,5
nấm(mm)
Đường kính thân(mm)
5
5

1.4.2.4. Hệ thống bôi trơn.
15


Hình 1-11 Sơ đồ hệ thống bôi trơn
Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa đầu đến bôi trơn các bề mặt ma sát, làm
giảm tổn thất ma sát, làm mát ổ trục, tẩy rửa các bề mặt ma sát và bao kín khe hỡ
giữa piston với xylanh, giữa xecmăng với piston, ngoài ra trong động cơ 1NZ-FE
dầu bôi trơn còn tham gia điều khiển thời điểm trục cam. Loại dầu bôi trơn sử
dụng trên động cơ 1NZ-FE là loại dầu API SM, SL, hay ILSAC.
Dầu bôi trơn từ cacte được lưu thông qua vỉ lọc, bơm dầu, bầu lọc dầu rồi
đến đường ống dẫn dầu chính, sau đó dầu sẽ đi bôi trơn các bộ phận công tác như
sơ đồ.
Hệ thống bôi trơn gồm có: bơm dầu, bầu lọc dầu, cácte dầu, các đường
ống... dầu sẽ từ cácte được hút bằng bơm dầu, qua lọc dầu, vào các đường dầu dọc

thân máy vào trục khuỷu, lên trục cam, từ trục khuỷu vào các bạc biên, theo các lỗ
phun lên thành xylanh, từ trục cam vào các bạc trục cam, rồi theo các đường dẫn
dầu tự chảy về cácte.

16


Hình 1-12. Hệ thống bôi trơn động cơ 1NZ-FE
1.4.2.5. Hệ thống làm mát.
Hệ thống làm mát được thiết kế để giữ các chi tiết trong động cơ ở nhiệt độ
ổn định, thích hợp mọi điều kiện làm việc của động cơ. Động cơ 1NZ-FE có hệ
thống làm mát bằng nước kiểu kín, tuần hoàn theo áp suất cưỡng bức trong đó
bơm nước tạo áp lực đẩy nước lưu thông vòng quanh động cơ. Hệ thống bao gồm:
áo nước xi lanh, nắp máy, két nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió và các
đường ống dẫn nước. Nếu nhiệt độ nước làm mát vượt quá nhiệt độ cho phép thì
van hằng nhiệt sẽ mở để lưu thông nước làm mát đi qua két nước để giải nhiệt
bằng gió. Hệ thống làm mát sử dụng nước làm mát siêu bền chính hiệu toyota
SLLC ( là dung dịch pha sẵn 50% chất làm mát và 50% nước sạch)

Hình 1-13 Sơ đồ hệ thống làm mát
1- Van hằng nhiệt; 2- Bơm; 3- Nắp máy; 4- Thân máy; 5- Giàn sưởi;
6- Van tiết lưu; 7- Két nước.
Nguyên lý hoạt động: Nước từ bình chứa nước, qua két làm mát, được dẫn
vào bơm nước, đi vào làm mát động cơ. Trong thời gian chạy ấm máy, nhiệt độ
động cơ nhỏ hơn nhiệt độ làm việc của van hằng nhiệt (80 o ÷ 84o) thì nước từ bơm
nước đi vào thân máy, nắp máy đến giàn sưởi rồi về lại bơm, trên đường ống đến
giàn sưởi có nhánh rẽ tới van tiết lưu, van này có tác dụng điều tiết lưu lượng nước
17

nóng qua giàn sưởi để sưởi ấm trong xe. Khi nhiệt độ động cơ lớn hơn nhiệt độ
làm việc của van hằng nhiệt thì van sẽ mở ra cho nước từ động cơ qua két làm
mát, tại đây nước sẽ được làm mát bằng gió rồi về lại bơm. Như vậy nước sẽ được
tuần hoàn cưỡng bức trong quá trình làm việc của động cơ.

Hình 1 - 14. Bố trí hệ thống làm mát động cơ 1NZ-FE
1.4.2.6. Hệ thống đánh lửa

Hình 1-15 Sơ đồ hệ thống đánh lửa
Động cơ 1NZ-FE trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng điện
tử. Hệ thống đánh lửa trực tiếp không sử dụng bộ chia điện giúp cho thời điểm
đánh lửa được chính xác, giảm sự sụt thế điện áp và có độ tin cậy cao. Ở mỗi
xylanh được trang bị một bôbin đơn. Khi ngắt dòng điện sơ cấp chạy qua bên sơ
cấp của cuộn dây đánh lửa sẽ tạo ra điện áp cao ở bên thứ cấp. Vì thế điện áp cao
tạo ra sẽ tác động lên bugi sinh ra tia lửa điện. ECM sẽ luân phiên bật và tắt các
transitor nguồn bên trong cuộn dây đánh lửa làm cho các dòng điện sơ cấp ngắt
luân phiên nhau và cho phép dòng điện đốt cháy các xi lanh theo trình tự nỗ của
động cơ. ECM sẽ xác định cuộn dây đánh lửa nào sẽ được điều khiển bằng các tín
hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu và cảm biến góc quay trục khuỷu. Ngoài ra nó
18


còn dò tìm vị trí của trục cam để tạo ra sự đánh lửa vào thời điểm thích hợp nhất
ứng với tình trạng hoạt động của động cơ.
1.4.2.7. Hệ thống nhiên liệu.
14
13

12

ECU

11
10
9

1 2 3 4 5 6 7

8

Hình 1-16 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu
1- Tín hiệu từ cảm biến lưu lượng khí nạp;2- Tín hiệu từ cảm biến vị trí
bướm ga; 3- Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam; 4- Tín hiệu từ cảm biến oxy; 5Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 6- Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục
khuỷu; 7- Tín hiệu từ cảm biến túi khí ;8-Bình chứa nhiên liệu; 9- Bơm xăng;10Bộ lọc xăng;11- Bộ điều áp; 12- Bộ giảm rung; 13- Ống phân phối; 14- Vòi phun
nhiêu liệu.
Hệ thống nhiên liệu động cơ 1NZ-FE đóng vai trò rất quan trọng, nó không
đơn thuần là hệ thống phun nhiên liệu độc lập, mà nó còn liên kết với các hệ thống
đó là hệ thống điều khiển điện tử (ECU), hệ thống đánh lửa điện tử, điều khiển tốc
độ động cơ, tạo ra sự tối ưu hoá cho quá trình hoạt động của động cơ. Kim phun
12 lỗ được sử dụng để nâng cao tính phun sương của nhiên liệu, điều khiển cắt
nhiên liệu khi túi khí hoạt động. Đường ống dẫn nhiên liệu với các giắc đấu nối
nhanh để nâng cao khả năng sửa chữa. Bình xăng làm bằng chất dẻo sáu lớp với
bốn loại vật liệu có bộ lọc than hoạt tính trong bình.
Lượng không khí nạp được lọc sạch khi đi qua lọc không khí và được đo
bởi cảm biến lưu lượng không khí. Tỷ lệ hoà trộn được ECU tính toán và hoà trộn
theo tỷ lệ phù hợp nhất. Có cảm biến oxy ở đường ống thải để cảm nhận lượng
oxy dư, điều khiển lượng phun nhiên liệu vào tốt hơn.

19

1.4.2.8. Hệ thống xả.
Hệ thống xả gồm: ống góp xả và ống xả nối với nhau bằng khớp cầu. Trên
ống xả có các bộ trung hòa khí xả để làm cho các chất độc hại CO (cacbon oxit),
HC (Hiđrô cacbon) và NOx (Nitơ ôxit) phản ứng với các chất vô hại (H 2O, CO2,
N2) khi luồng khí xả đi qua, với các chất xúc tác platin, pladini, iridi, rodi. Để khí
xả ra ngoài môi trường không độc hại đối với sức khỏe con người.

Hình 1-17. Sơ đồ hệ thống xả động cơ 1NZ-FE
1-Bộ trung hòa khí xả; 2-Bộ tiêu âm.
1.4.2.9. Hệ thống khởi động.
Hệ thống khởi động sử dụng trên động cơ là hệ thống khởi động điện được
điều khiển bằng ECU. Ngay khi công tắc điện xoay sang vị trí Start, chức năng
điều khiển máy khởi động sẽ điều khiển mô tơ khởi động mà không cần giữ tay ở
vị trí Start. Khi ECU nhận được tín hiệu khởi động từ chìa khoá điện, hệ thống sẽ
theo dõi tín hiệu tốc độ động cơ (Ne) để vận hành máy khởi động tới khi động cơ
được xác định đã khởi động. Khi tốc độ động cơ đạt tới 500 v/p, hệ thống sẽ đánh
giá là động cơ đã khởi động thành công.
3

4
ACCR

STSW
STAR

5

2

STA
1
6

M

a
7

Hình 1-18 Sơ đồ điều khiển máy khởi động
20


1- Ắc quy; 2- Máy khởi động; 3- Công tắc khoá điện; 4- Rơ le cắt dòng;
5- Công tắc đề số không; 6- ECU động cơ; 7- Rơ le máy khởi động;
a-Tín hiệu tốc độ động cơ và tín hiệu nước làm mát
1.5. SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN TỔNG THỂ VÀ KÍ HIỆU CHÂN ECU CỦA
ĐỘNG CƠ TOYOTA VIOS (1NZ-FE)
1.5.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ 1NZ - FE

Hình 1.19 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ
Về mặt điều khiển điện tử, vai trò của ECU trên động cơ 1NZ-FE có tác
dụng nhận các tín hiệu từ các cảm biến bướm ga, tốc độ động cơ, cảm biến vị trí
pít tông, lượng không khí nạp vào... phù hợp với các điều kiện lái xe, dựa trên các
tín hiện này và các công tắc khác nhau, ECU chuyển các tín hiệu để vận hành các
bộ chấp hành. Đối với hệ thống EFI-fuel của động cơ 1NZ-FE, ECU có tác dụng
điều khiển xác định lượng phun nhiên liệu, định thời điểm phun nhiên liệu, điều
khiển đánh lửa và góc đánh lửa hợp lý, đồng thời điều khiển động cơ hoạt động tốt
ở các chế độ khác như không tải, tăng tốc, toàn tải bằng cách điều khiển qua van
ISC và cơ cấu điều khiển góc đóng mở xu páp hợp lý.

21


1.5.2. Sơ đồ mạch điện

BATT

22


23


24


TT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

13
14
15
16
17
18
19

Hình 1 - 20 Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ 1NZ-FE
1.5.3 Ký hiệu chân ECU động cơ 1NZ-FE
Bảng 1 – 5: Kỹ hiệu chân ECU động cơ 1NZ-FE
Ký hiệu chân ECU
Mô tả
BATT
Nguồn cung cấp cho bộ nhớ lỗi của ECU (12V)
FC
Điều khiển bơm xăng
W
Đến đèn CHECK ENGINE
+B
Nguồn (+) chính của ECU
E1
Nguồn (-) chính của ECU
E01, E02
Nguồn (-) của cơ cấu chấp hành
E2
Nguồn (-) của cảm biến
STP
Tín hiệu từ công tắc đèn phanh
STA

Tín hiệu từ máy khởi động
OXL1, OXL2
Tín hiệu từ cảm biến oxy có sấy
HTL1, HTL2
Đến bộ sấy cảm biến oxy
PS
Tín hiệu từ cảm biến áp suất dầu trợ lực lái
SPD
Tín hiệu tốc độ từ bảng đồng hòa taplo
VC
Nguồn cung cấp cho các cảm biến (5V)
VG
Tín hiệu từ cảm biến khối lượng khí nạp
NSW
Đến công tắc khởi động số trung gian
THW
Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát
G+, GTín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam
NE+, NETín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu
25