Đồ án: Nghiên cứu – khai thác hệ thống điều khiển động cơ. Thiết kế mô hình điều khiển phun xăng, đánh lửa trên động cơ 1NZ – FE

SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan: Luận văn này là kết quả thực hiện của tôi, dưới sự hướng dẫn
của Th.S Dương Minh Thái.
Các trích dẫn , số liệu, hình vẽ được trình bày trong luận văn này là hoàn toàn
trung thực và chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào.
Tôi xin chịu trách nhiệm đề tài luận văn của mình.

Sinh viên

Dương Đồng Quang

MỤC LỤC

1


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG
Danh mục các từ viết tắt............................................................................................6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU...........................................7
1.1. Đặt vấn đề.......................................................................................................7
1.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu.............................................................8
1.3. Mục tiêu đề tài.................................................................................................9
1.4. Giới hạn của đề tài..........................................................................................9
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TRÊN Ô
TÔ............................................................................................................................. 9
2.1. Lịch sử phát triển............................................................................................9
2.2. Thuật toán điều khiển lập trình và nguyên lý điều khiển động cơ.................10
2.2.1 Một số khái niệm về hệ thống điều khiển tự động sử dụng trên ôtô.........10
2.2.2 Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng......................................................11

2.2.3 Thuật toán điều khiển lập trình cho ECU.................................................12
2.3. Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ 1NZ-FE.....................................14
2.3.1 Mô tả hệ thống........................................................................................14
2.3.2 Chức năng của hệ thống điều khiển động cơ 1NZ-FE.............................14
2.3.3 Kết cấu của hệ thống điều khiển động cơ 1NZ-FE...................................15
Chương 3: NGHIÊN CỨU – KHAI THÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN
ĐỘNG CƠ 1NZ-FE.................................................................................................17
3.1. Hệ thống các cảm biến..................................................................................17
3.1.1 Cảm biến áp suất trên đường ống nạp.....................................................17
3.1.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động............................................................17
3.1.1.2 Kiểm tra...............................................................................................18
3.1.2 Cảm biến vị trí trục cam G2.....................................................................20
3.1.3 Cảm biến vị trí trục khuỷu........................................................................21
3.1.3.1 Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động........................................21
3.1.3.2 Kiểm tra................................................................................................22
3.1.4 Cảm biến vị trí bướm ga..........................................................................24
3.1.4.1 Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động.........................................24
3.1.4.2 Kiểm tra...............................................................................................25
3.1.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát............................................................27

2


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG
3.1.5.1 Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động.........................................27
3.1.5.2 Kiểm tra................................................................................................29
3.1.6.1 Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động.........................................31
3.1.6.2 Kiểm tra................................................................................................32
3.1.7 Cảm biến tiếng gõ...................................................................................34
3.1.7.1 Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động........................................34

3.1.7.2 Kiểm tra...............................................................................................35
3.1.8 Cảm biến nhiệt độ khí nạp......................................................................37
3.1.8.1 Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động.........................................37
3.1.8.2 Kiểm tra................................................................................................39
3.1.9 Cảm biến lưu lượng khí nạp....................................................................40
3.1.9.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động............................................................40
3.1.9.2 Mạch điện cảm biến đo lưu lượng khí...................................................41
3.2. Bộ điều khiển trung tâm (ECU).....................................................................43
3.2.1 Bộ phận và cấu trúc chung của ECU......................................................43
3.2.2 Các thành phần và chức năng của từng bộ phận chính..........................43
3.2.2.1. Bộ nhớ của ECU..................................................................................43
3.2.2.2. Bộ vi xử lí của ECU.............................................................................44
3.2.2.3. BUS (ECU)..........................................................................................45
3.2.2.4 Các thiết bị phụ.....................................................................................45
3.2.3 Mạch cấp nguồn - Mạch VC -Mạch nối đất ECU...................................46
3.2.3.1. Mạch cấp nguồn..................................................................................46
3.2.3.2 Mạch VC..............................................................................................48
3.2.3.3 Mạch nối đất.......................................................................................49
3.3. Hệ thống phun xăng điện tử EFI...................................................................50
3.3.1 Tổng quan về hệ thống phun xăng điện tử EFI........................................50
3.3.1.1 Cấu tạo hệ thống phun xăng điện tử EFI..............................................50
3.3.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống phun xăng điện tử EFI.........................51
3.3.2 Kiểm tra chẩn đoán hư hỏng các chi tiết của hệ thống............................52
3.3.2.1 Kiểm tra bơm nhiên liệu........................................................................52

3


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG
3.3.2.2 Kiểm tra kim phun.................................................................................57

3.3.2.3 Quy trình kiểm tra chẩn đoán hệ thống phun xăng...............................62
3.4. Hệ thống điều khiển đánh lửa điện tử............................................................63
3.4.1. Quá trình phát triển hệ thống đánh lửa...................................................63
3.4.1.1. Hệ thống đánh lửa điều khiển bằng vít................................................63
3.4.1.2. Kiểu bán dẫn........................................................................................65
3.4.1.3. Hệ thống đánh lửa sớm bằng điện tử ESA...........................................65
3.4.1.4. Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS)......................................................68
3.4.2. Nguyên lý làm việc hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ 1NZ-FE...69
3.4.2.1 Nguyên lý làm việc................................................................................69
3.4.2.2. Cấu tạo................................................................................................71
3.4.3 Kiểm tra, chẩn đoán hư hỏng các chi tiết của hệ thống...........................76
3.4.3.1 Kiểm tra IC...........................................................................................76
3.4.3.2 Kiểm tra cụm bobin và IC.....................................................................76
3.4.3.3 Kiểm tra tín hiệu IGT............................................................................77
3.4.3.4 Kiểm tra tín hiệu IGF............................................................................80
3.4.3.5 Kiểm tra bugi........................................................................................80
3.4.3.6 Kiểm tra chẩn đoán tổng thể hệ thống..................................................83
3.4.3.7 Phương pháp cân lửa...........................................................................85
3.4.4 Nguyên nhân hư hỏng thường gặp và cách khắc phục............................91
3.5. Một số sơ đồ mạch điện hệ thống điều khiển phun xăng – đánh lửa điện tử. 93
3.6. Hệ thống điều khiển tốc độ cầm chừng.........................................................98
3.6.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển cầm chừng.......................................98
3.6.2. Các chế độ làm việc................................................................................99
3.6.2.1 Chế độ khởi động..................................................................................99
3.6.2.2 Chế độ sau khởi động..........................................................................100
3.6.2.3 Chế độ hâm nóng................................................................................100
3.6.2.4 Chế độ máy lạnh.................................................................................100
3.6.2.5 Theo tải máy phát................................................................................100
3.6.2.6 Tín hiệu từ hộp số tự động.................................................................100

4


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG
3.6.3 Các loại van ISCV..................................................................................100
3.6.3.1. Loại cuộn dây quay............................................................................101
3.6.3.2 .Kiểu môtơ bước..................................................................................102
3.6.4 Kiểm tra van ISC...................................................................................103
3.6.4.1. Vị trí van ISC.....................................................................................104
3.6.4.2. Qui trình kiểm tra...............................................................................104
3.7. Hệ thống tự chẩn đoán.................................................................................106
3.7.1 Mô tả......................................................................................................106
3.7.2. Kiểm tra đèn báo hiệu...........................................................................107
3.7.3. Phát hiện mã lỗi (TEST MODE)...........................................................107
3.7.4. Chuẩn đoán hệ thống dựa vào đèn check hoặc thiết bị đọc lỗi.............107
3.7.4.1. Cách đọc lỗi trên đèn check...............................................................107
3.7.4.2. Phân tích các lỗi trên hệ thống..........................................................108
3.7.5 Phương pháp lấy và giải mã code hỏng hóc của các hãng xe ô tô khác.110
3.7.5.1 Phương pháp lấy và giải mã code hỏng hóc của ô tô HYUNDAI........110
3.7.5.2 Giải mã code hỏng hóc ô tô MITSUBISHI..........................................112
3.7.5.3 Phương pháp lấy và giải mã code hỏng hóc của ô tô BMW................114
3.7.5.4 Phương pháp lấy và giải mã code hỏng hóc của ô tô MERCEDES....116
3.7.5.5 Phương pháp truy nhập lấy và giải mã hỏng hóc ô tô LEXUS............118
Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG – ĐÁNH LỬA
ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ 1NZ-FE...................................................................121
4.1. Ý nghĩa...........................................................................................................121
4.2. Phương án lựa chọn.....................................................................................121
4.3. Sử dụng mô hình........................................................................................122
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI...................126
5.1. Kết luận.....................................................................................................126

5.2. Hướng phát triển.......................................................................................126
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................127
Danh mục các từ viết tắt
ESA (Electronic Spark Advance): Đánh lửa sớm điện tử.

5


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG
ECU (Electronic Control Unit): Bộ điều khiển điện tử.
OBD (On Board Diagnosis): Hệ thống chẩn đoán.
IGT: Tín hiệu đánh lửa do ECU cấp đến IC của hãng TOYOTA.
IGF: Tín hiệu phản hồi đánh lửa do IC cấp đến ECU của hãng TOYOTA.
DIS (Direct Ignition System): Hệ thống đánh lửa trực tiếp.
LED (Lighting Emision Diode): Phần tử cảm quang.
EFI (Electronic Fuel Injection): Hệ thống phun xăng điện tử.
VVT-i (Variable Valve Timing with intelligence): Hệ thống điều khiển van nạp
nhiên liệu biến thiên thông minh.
IC (Integrated Circuit): Mạch tích hợp.
CPU ( Central Processing Unit ): Bộ vi xử lý trung tâm.
TBĐK : Thiết bị điều khiển.
ĐTĐK : Đối tượng điều khiển.
GDI ( Gasoline Direct Injection ): Động cơ phun xăng trực tiếp.

6


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Đặt vấn đề

Trong vòng 20 năm trở lại đây, công nghiệp ô tô đã có những sự thay đổi lớn
lao. Đặc biệt, hệ thống điện và điện tử trên ô tô đã có bước phát triển vượt bậc nhằm
đáp ứng các yêu cầu: tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độ độc
hại của khí thải, tăng tính an toàn và tiện nghi của ô tô. Ngày nay chiếc ô tô là một
hệ thống phức hợp bao gồm cơ khí và điện tử. Trên hầu hết các hệ thống điện ô tô
đều có mặt các bộ vi xử lý để điều khiển các quá trình của hệ thống. Các hệ thống
mới lần lượt ra đời và được ứng dụng rộng rãi trên các loại xe, từ các hệ thống điều
khiển động cơ và hộp số cho đến các hệ thống an toàn và tiện nghi trên ô tô. Điển
hình như hệ thống đánh lửa điện tử đã thay cho hệ thống đánh lửa điều khiển bằng
vít lửa, bộ chế hòa khí đã được thay bằng hệ thống phun xăng điện tử. Vì vậy tôi
hiểu rằng điện điện tử trên ô tô là rất quan trọng và đặc biệt là hệ thống điện động
cơ. Do đó tôi chọn đề tài “Nghiên cứu – khai thác hệ thống điều khiển động cơ.
Thiết kế mô hình điều khiển phun xăng, đánh lửa trên động cơ 1NZ-FE” để tìm
hiểu sâu hơn nhằm phục vụ cho công việc của tôi sau này.
1.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu lý thuyết hệ thống điện động cơ trên các tài liệu của hãng Toyota, giáo
trình giảng dạy của trường Đại học Giao Thông Vận Tải TP.HCM, Sư Phạm Kỹ
Thuật….
Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài em có sự dụng một số phương pháp
nghiên cứu sau:
-

Tra cứu trong các tài liệu, giáo trình kỹ thuật, sách vở, đặc biệt là các cuốn cẩm
nang khai thác, bảo dưỡng sửa chữa của chính hãng Toyota.

-

Nghiên cứu, tìm kiếm thông tin trên mạng Internet, các website trong và ngoài
nước. So sánh và chắt lọc để sử dụng những thông tin cần thiết và đáng tin cậy.

-

Tham khảo ý kiến của các nhà chuyên môn, các Giảng viên trong ngành cơ khí
ô tô. Trong đó phải kể đến các thầy trong tổ bộ môn Cơ khí ô tô của trường ĐH
Giao Thông Vận Tải TP. Hồ Chí Minh, các kỹ sư, chuyên viên kỹ thuật về ô tô
tại các Trung tâm bảo hành, các xưởng sửa chữa và các Garage chuyên dùng, và
cả những người có kinh nghiệm lâu năm trong việc sử dụng và bảo quản xe…

-

Nghiên cứu trực tiếp trên xe và các hệ thống cụ thể trong thực tế.

7


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG
-

Tổng hợp và phân tích các nguồn dữ liệu thu thập được, từ đó đưa ra những

đánh giá và nhận xét của riêng mình.
Tìm hiểu phương pháp kiểm tra và chẩn đoán các bộ phận của hệ thống điện
động cơ dựa trên cơ sở lý thuyết, kiến thức được học cùng với kiến thức thực
nghiệm qua các đợt thực tập và sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn.
Xây dựng một vài quy trình kiểm tra, chẩn đoán của các hư hỏng thường gặp.
Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển phun xăng, đánh lửa trên động cơ 1NZFE.
1.3. Mục tiêu đề tài
Nắm vững phần lý thuyết hệ thống điện động cơ.
Trình bày các quy trình kiểm tra,chẩn đoán các hư hỏng của hệ thống.
Đồng thời bài báo cáo này cũng có thể trở thành tài liệu tham khảo cho các sinh viên

khóa sau.
1.4. Giới hạn của đề tài
- Vì giới hạn về thời gian, đề tài chỉ nghiên cứu phần lý thuyết hệ thống điện
động cơ, không nghiên cứu điện thân xe.
-

Có mô hình thực tế.

8


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
TRÊN Ô TÔ
2.1. Lịch sử phát triển
Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp – ông Stevan – đã nghĩ ra cách phun nhiên
liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên
liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả. Đầu thế kỷ 20, người Đức áp
dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên
động cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp). Tuy nhiên, sau đó
sáng kiến này đã được ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp
nhiên liệu cho máy bay ở Đức. Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trong
việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí. Trong hệ thống phun xăng này, nhiên
liệu được phun liên tục vào trước supap hút nên có tên gọi là K – Jetronic (K –
Konstant – liên tục, Jetronic – phun). K – Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng
dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát
triển các hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE – Jetronic, Mono – Jetronic, L –
Jetronic, Motronic…
Tên tiếng Anh của K – Jetronic là CIS (continuous injection system) đặc trưng cho
các hãng xe Châu Âu và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K – Jetronic với

các cảm biến oxy và KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE –
Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm). Do hệ thống phun cơ khí 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
phun được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D – Jetronic (lượng
nhiên liệu phun được xác định dựa vào áp suất trên đường ống nạp).
Đến năm 1984, người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thống
phun xăng L – Jetronic và D – Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với động
cơ 4A – ELU). Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L– Jetronic thay cho bộ chế hoà
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.
Ngày nay, gần như tất cả các ôtô đều được trang bị hệ thống điều khiển động cơ cả
động cơ xăng và động cơ Diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được các
yêu cầu gắt gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu. Thêm vào đó công suất động
cơ cũng được cải thiện rõ rệt.

9


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG
Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời. Đó là động
cơ phun xăng trực tiếp GDI (Gasoline Direct Injection). Trong tương lai gần, chắc
chắn GDI sẽ được sử dụng rộng rãi.
2.2. Thuật toán điều khiển lập trình và nguyên lý điều khiển động cơ
2.2.1 Một số khái niệm về hệ thống điều khiển tự động sử dụng trên ôtô

 Hệ thống điều khiển tự động
Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống không có sự tham gia trực tiếp của con
người trong quá trình điều khiển.

 Hệ thống điều khiển vòng hở
Là hệ thống thực hiện nguyên tắc khống chế cứng. Tức là tín hiệu ra Y không
cần đo lường để đưa trở về ban đầu. Mọi sự thay đổi của tín hiệu ra Y không phản
ánh vào TBĐK. Tín hiệu X đặt vào như thế nào thì tín hiệu Y ra như thế ấy, khả
năng phản hồi của hệ thống hở không có.

 Hệ thống điều khiển vòng kín
Là hệ thống thực hiện điều khiển có phản hồi tức là tín hiệu Y được đo lường và
dẫn đến đầu vào phối hợp với tín hiệu X tác dụng lên TBĐK để tạo ra tín hiệu U sau
đó tác động vào ĐTĐK gây sự biến đổi Y.

2.2.2 Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng

10


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG
 Một trong những vấn đề chủ yếu mà điều khiển tự động trên ô tô phải giải
quyết là điều khiển các thông số ra của các hệ thống trang bị trên xe sao cho đảm
bảo tính năng và sự an toàn của ô tô là tốt nhất trong mọi điều kiện hoạt động. Đối
với ôtô khi vận hành luôn có sự thay đổi về tốc độ, tải trọng, khí hậu môi trường,
điều kiện mặt đường … Vì cần phải điều khiển các thông số ra cho những hệ thống
trên ô tô khá đa dạng và phức tạp, ngoài ra các hệ thống này còn chịu ảnh hưởng của
những tác động bên ngoài. Do vậy, điều khiển tự động trên ôtô thường áp dụng hệ
thống điều khiển kín và có hồi tiếp. Sự áp dụng loại hệ thống này tạo được mối liên
hệ trực tiếp giữa những tác động cần thiết để điều khiển hệ thống với các thông số

hoạt động của hệ thống đồng thời loại bỏ những tác động nhiễu đến thông số này
đảm bảo cho giá trị của chúng luôn phù hợp với giá trị mà ta mong muốn.
 Các hệ thống được điều khiển tự động trang bị trên ôtô hiện nay là những hệ
thống điều khiển bằng máy tính (Computer Control System).

 Các cảm biến có vai trò xác định thông tin và hoạt động của động cơ cũng
như các thông tin về môi trường ngoài có liên quan đến sự hoạt động của động cơ,
những thông tin này ở dạng các tín hiệu địên áp (Electric Signals) được cảm biến
gửi về bộ vi xử lý thông qua thiết bị giao tiếp đầu vào (khuyếch đại, chuyển đổi A/D
…)
 Bộ vi xử lý sẽ so sánh những thông tin này so với những thông tin trong bộ
nhớ máy tính để từ đó phát ra tín hiệu điều khiển thích hợp. Tín hiệu điều khiển U
được gửi đến các thiết bị thực hiện thông qua các thiết bị kiểm soát giao tiếp đầu ra
để tác động điều khiển các thông số hoạt động của động cơ.
2.2.3 Thuật toán điều khiển lập trình cho ECU.

11


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG

Hình 2.5 Thuật toán điều khiển động cơ
12


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG
2.
3. Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ 1NZ-FE
2.3.1 Mô tả hệ thống
Các chức năng của hệ thống điều khiển động cơ bao gồm EFI, ESA,ISC,

ETCS-i, VVT-i,…chúng điều khiển các tính năng cơ bản của động cơ, chức năng
chẩn đoán, rất hữu ích khi sửa chữa, chức năng dự phòng và an toàn chỉ hoạt động
khi có trục trặc trong các hệ thống điều khiển này. Ngoài ra, còn có các thiết bị điều
khiển phụ trên động cơ như hệ thống điều khiển cắt số truyền tăng, hệ thống điều
khiển khí nạp, hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu v.v. Các chức năng này đều được
điều khiển bằng ECU động cơ.

Hình 2.6 Sơ đồ các bộ phận trong hệ thống điều khiển động cơ 1NZ -FE
2.3.2 Chức năng của hệ thống điều khiển động cơ 1NZ-FE
Ngày nay với sự ra đời và phát triển mạnh của khoa học - công nghệ tự động
điều khiển đã làm cơ sở và nền tảng cho việc thiết lập các hệ thống điều khiển theo
chương trình trên động cơ 1NZ-FE đã giải quyết được các vấn đề hiện đang đặt ra
như: công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, khí thải…

13


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG

EFI (phun xăng điện tử)
ESA (đánh lửa sớm điện tử)

Hệ thống điều khiển
động cơ

ISC (điều khiển tốc độ không tải)
Chức năng chẩn đoán
Chức năng an toàn
Chức năng dự phòng
Các hệ thống điều khiển khác

2.3.3 Kết cấu của hệ thống điều khiển động cơ 1NZ-FE

Hình 2.7. Tổng quan sơ đồ cấu trúc điều khiển

14


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG

15


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG

4
3
2
1

#4

OC V-

#3

OC V+

S IL

+B
#2

Van VVT

WFSE

#1

FC

Kim phun

TC

W

PS

E2

THW

Cô
ng tắ
c á
p suấ
t
dầ
u trợ lực lá

i
TACH
K NK

CB nhiệ
t độnướ
c
CF

P RG

CB kích nổ

FAN
NE-

Van E VAP

2

S PD

3

VTA

1

VC

NE+
CB vòtrí trục khuỷ
u

STP

ACMG

G2+

CB vòtrí bướ
m ga

2

1

RSD

CB vòtrí trục cam

HTL2

ACI

Van ISC

THR

3

1
5

Bộđo gió
kiể
u dây nhiệ
t

4
2
3

THA
EVG
VG

K NK
STA

ALT

EC

OXL2

PS

S PD

Đồ
ng hồtá
p lô

STP

CT đèn phanh

ALT

Má
y phá
t

STA

Tín hiệ
u đề

CF

Relay quạt 1

FAN

Relay quạt 2

OXL1
4
2

CB Ô
xy 1

3
1

OXL1
HTL1
HTL1

VG

EVG

E 03
4
2

CB Ô
xy 2

3
1

OXL2
HTL2

E1

+B
#1
5
1

3

M

2

Bơm xă
ng

Relay bơm

#2

FC

5

2

#3

BATT

1

RSD
E 02

Bôbin và
IC đá
nh lử
a

HP
THR
ACMG
ACI

HT điều hò
a
khô
ng khí

E2
WFSE

IGT3

THA

IGT4

VTA

TACH

IGF

TC
S IL

Đồ
ng hồtá
p lô

P RG
#4

HP
OC V-

E 01

W
Đè
n bá
o lỗ
i

13
7

Giắ
c
DLC3

16

OC V+
15A EFI

G2+

Relay EFI

IG2

VC

IGT2 THW

15A EFI
3

IGT1

IGT1
IGT2
IGT3
IGT4
IGF

NE+

Hộ

p ECU

NE-

EC
E 03
E 02
E 01

Sơ đồmạch điệ
n điề
u khiể
n độ
ng cơ xe Toyota Vios
(Độ
ng
16cơ 1NZ - SFI)

9
15
5
1


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG
Chương 3: NGHIÊN CỨU – KHAI THÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN
ĐỘNG CƠ 1NZ-FE
3.1. Hệ thống các cảm biến
3.1.1 Cảm biến áp suất trên đường ống nạp
3.1.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

 Cấu tạo
Cảm biến bao gồm một chip Silic kết hợp với buồng chân không và một con
IC. Một mặt của màng silic bố trí tiếp xúc với độ chân không trong đường ống nạp
và mặt khác của nó bố trí ở trong buồng chân không được duy trì một áp thấp cố
định trước nằm trong cảm biến.

Hình 3.1: Cấu tạo cảm biến MAP.

 Hoạt động
Nguyên lý đo của cảm biến là dựa vào độ chênh lệch áp suất trong buồng chân
không của cảm biến và áp suất trong đường ống nạp. Khi áp suất trong đường ống
nạp thay đổi sẽ làm cho hình dạng của màng silic thay đổi theo và trị số điện trở của
nó sẽ thay đổi. Sự dao động của tín hiệu điện trở này sẽ được chuyển thành một tín
hiệu điện áp gửi đến ECU động cơ ở cực PIM.

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý cảm biến MAP.

17


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG

Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và áp suất đường ống nạp của
cảm biến MAP.

Hình 3.4: Sơ đồ

mạch điện cảm biến MAP.

3.1.1.2 Kiểm tra

 Vị trí cảm biến
Cảm biến MAP được lắp trên đường ống nạp của động cơ

Hình 3.5: Hình dáng và vị trí cảm biến MAP.

18


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG
 Qui trình kiểm tra
 Kiểm tra điện áp nguồn cấp cho cảm biến
Bước 1: Tắt khóa điện OFF.
Bước 2: Tháo giắc nối cảm biến MAP.
Bước 3: Bật khóa điện sang vị trí ON.
Bước 4: Dùng Vôn kế đo điện áp giữa cực VC và E2 trên giắc cảm biến MAP.
Điện áp chuẩn: 4.5 ÷ 5.5V.

Hình 3.6: Kiểm tra điện áp nguồn cấp cho cảm biến

 Kiểm tra điện áp ra của cảm biến MAP
Bước 1: Nối lại giắc cảm biến.
Bước 2: Tháo ống chân không ra khỏi đường ống nạp.

Hình 3.7: Tháo ống chân không ra khỏi đường ống nạp.
Bước 3: Bật khóa điện sang vị trí ON.
Bước 4: Dùng Vôn kế đo và ghi lại điện áp giữa chân PIM – E2 của cảm biến
MAP dưới áp suất khí quyển.

19

SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG
Điện áp chuẩn: 3.3V ÷ 3.9V.

Hình 3.8: Kiểm tra điện áp ra cảm biến.
Bước 5: Dùng bơm chân không cầm tay tạo chân không cho cảm biến MAP
theo cấp số cộng từ 100mmHg đến khi độ chân không đạt đến 500mmHg.
 Điện áp chuẩn:
Độ chân
không(mmHg)

100

200

300

400

500

Điện áp (V)

0,3 – 0,5

0,7 – 0,9

1,1 – 1,3

1,5 – 1,7

1,9 – 2,1

3.1.2 Cảm biến vị trí trục cam G2
Trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín hiệu G2 có 4
răng. Khi trục cam quay, khe hở không khí giữa các vấu nhô ra trên trục cam và cảm
biến này sẽ thay đổi. Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp trong cuộn nhận tín hiệu
được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G2. Tín hiệu G2 này được chuyển đi
như một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp nó với tín
hiệu NE từ cảm biến vị trí của trục khuỷu để xác định điểm chết trên kỳ nén của mỗi
xi lanh để đánh lửa và phát hiện góc quay của trục khuỷu. ECU động cơ dùng thông
tin này để xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa.

20


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG

TÍN
Compurator
X HIỆU VÀO

TBĐK

BỘ PHẬN CHẤP
Y HÀNH

U

ĐTĐK

Hình 3.9:

U

Nhiệt độ khí nạp

3.1.3 Cảm
trí trục

G(s)

X1 Các thiết bị

biến vị trí
cam.

E
C
U

Vị trí bướm ga
Tín hiệu khởi
động

giao tiếp đầu
vào

H(s)

Y

Hệ thống đánh lửa

Các cảm
biến

Hệ thống cần điều
khiển

Dữ liệuTín hiệu G, Ne
chứa
Thiết
Thiết
trong Lưu lượng gióHinh 2.1:Bộ
bị
giao hở.
Sơ đồ khối hệ thống
bị
bộ nhớ (MAP)
điều
tiếp
Hệ thống
thựcnhiên liệu
Cơ cấu so sánh khiển
máy
đầu ra
Nhiệt độ nước
hiện

tính làm mát

Cảm
trục

Điều khiển cầm chừng

biến vị
Hình:2.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển có cơ cấu phản hồi khuỷu
Cảm biến oxy
Hệ thống
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý điều khiển tự động
trên ôchẩn
tô đoán
3.1.3.1 Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Điện áp accu

 Chức năng

Các cảm biến
khác

Cảm biến vị trí trục khuỷu tạo ra tín hiệu NE, ECU dựa vào tín hiệu NE để tính
toán góc đánh lửa và lượng phun nhiên liệu tối ưu cho từng xylanh.

 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cảm biến bao gồm một cuộn dây nhận tín hiệu, một nam châm vĩnh cửu, một
roto (32 răng nhỏ và 1 răng lớn) tạo tín hiệu. Roto cảm biến được gắn ở đầu trục
khuỷu.
Khi trục khuỷu quay khe hở không khí giữa các răng trên roto tín hiệu và cảm

biến trục khuỷu sẽ thay đổi. Sự thay đổi khe hở tạo ra điện áp trong cuộn nhận tín
hiệu được gắn vào cảm biến này sinh ra tín hiệu NE.
Roto tạo tín hiệu kích hoạt cuộn nhận tín hiệu 33 lần trong mỗi vòng quay
trục khuỷu. Từ tín hiệu này, ECU nhận biết tốc độ động cơ cũng như sự thay đổi
từng 10 một của góc quay trục khuỷu.

21


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG
Hình 3.10 Cấu tạo cảm biến vị trí trục
khuỷu.

Hình 3.11: Dạng sóng tín hiệu NE

Hình 3.12: Sơ đồ mạch cảm biến vị trí trục khuỷu
3.1.3.2 Kiểm tra

 Vị trí cảm biến
Cảm biến vị trí trục khuỷu được bố trí gần puly đầu trục khuỷu.

Hình 3.13: Hình dáng và vị trí cảm biến vị trí trục khuỷu.

 Qui trình kiểm tra
 Kiểm tra điện trở cảm biến

22


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG

Bước 1: Bật khóa điện sang vị trí ON.
Bước 2: Tháo giắc cảm biến.
Bước 3: Dùng Ohm kế đo điện trở giữa 2 cực cảm biến như hình vẽ rồi so sánh
với bảng giá trị sau
Điều kiện

Điện trở (Ω)

Động cơ lạnh (-10 ÷ 50C)

985 ÷ 1600

Động cơ nóng (50 ÷ 100C)

1265 ÷ 1890

Hình 3.14: Kiểm tra điện trở cảm biến vị trí trục khuỷu.

 Kiểm tra khe hở không khí của roto cảm biến và lõi thép từ
Bước 1: Tháo nắp đậy puly đầu trục khuỷu.
Bước 2: Dùng bộ lá cỡ đo không nhiễm từ (đồng hoặc nhựa) đo khe hở giữa
roto tạo tín hiệu và chỗ nhô ra của cuộn dây.
Giá trị tiêu chuẩn khe hở là: 0.2-0.4mm.

 Kiểm tra dạng xung của tín hiệu
Bước 1: Nối các dây cáp của động cơ tới Accu.
Bước 2: Nối đầu kết nối của máy chẩn đoán OBDII tới giắc chẩn đoán trên
động cơ.
Bước 3: Khởi động động cơ và điều chỉnh máy chẩn đoán OBDII ở chế độ đo
xung.

Bước 4: Dạng xung được thể hiện như trên hình vẽ.

23


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG

Hình 3.15: Dạng xung tín hiệu NE.

3.1.4 Cảm biến vị trí bướm ga
3.1.4.1 Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động

 Chức năng
Cảm biến vị trí bướm ga xác định góc mở bướm ga.

 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cảm biến bao gồm một con trượt, một điện trở và các tiếp điểm cho tín hiệu
VTA được cung cấp tại các đầu của mỗi tiếp điểm.
Một điện áp không đổi 5V được cấp cho cực VC từ ECU động cơ. Khi tiếp
điểm trượt dọc theo điện trở tương ứng với góc mở bướm ga thì làm cho điện trở
thay đổi dẫn đến điện áp ra thay đổi theo. Điện áp này được đưa đến chân VTA của
ECU động cơ.

Hình 3.16: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga.

24


SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG

Hình 3.17: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và độ mở bướm ga.

Hình 3.18: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga.
3.1.4.2 Kiểm tra

 Vị trí cảm biến
Cảm biến vị trí bướm ga được lắp trên trục của bướm ga

Hình 3.19: Hình dáng và vị trí cảm biến vị trí bướm ga.

25