Thiết kế mô hình thực tập trên động cơ 5s FE và HTĐHKK trên ô tô

LỜI CẢM ƠN

Qua những tháng năm được học tập dưới mái trường chúng em đã nhận được sự dạy
bảo, sự giúp đỡ tận tình của q thầy cơ Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí
Minh, chúng em tự tin có thể vượt qua được những chặng đường đầy khó khăn và thử thách
để đạt được mục đích học tập cuối cùng. Với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc, chúng em
xin được gởi lời cảm ơn đến:
Thầy Th.s Vũ Đình Huấn, thầy đã trực tiếp hướng dẫn đề tài, người tận tình chỉ dẫn,
quan tâm theo dõi trong suốt thời gian thực hiện đề tài từ đó chúng em đã tích lũy cho mình
những kiến thức bổ ích.
Quý thầy trong bộ môn động cơ, bộ môn điện tử ơ tơ thuộc Khoa Cơ khí Động lực
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ, hướng dẫn và chỉ
bảo nhiệt tình cho chúng em trong suốt thời gian thực hiện nghiên cứu.
Quý thầy cô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình
chỉ dạy, truyền đạt kiến thức cần thiết cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em trong
suốt thời gian học tập vừa qua.
Các bạn sinh viên các khóa, đã cùng trao đổi kiến thức và giúp đỡ chúng tôi trong suốt
thời gian học tập.
Chân thành cảm ơn quý thầy cô, nhà trường đã quan tâm và tạo điều kiện cho chúng
em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Dù chúng em đã rất cố gắng nhưng chắc hẳn không tránh khỏi sự thiếu sót, rất mong
những ý kiến đóng góp từ quý thầy cơ để luận văn được hồn thiện hơn. Sau cùng, chúng em
xin kính chúc sức khỏe q thầy cơ trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí
Minh, chúc thầy cô luôn thành công trong công việc và cuộc sống.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 07 năm 2017
Sinh viên thực hiện
Đào Nguyễn Bá Đạt – Hồ Thanh Bé

i

TĨM TẮT
.
Hệ thống điều hịa khơng khí là hệ thống tiện nghi được sử dụng phổ biến trên ô tô
hiện nay. Nhiệm vụ chính của nó giúp điều khiển nhiệt độ trong xe tạo cảm giác thoải mái
và dễ chịu cho người lái. Với nhu cầu sử dụng ô tô ngày càng lớn như hiện nay thì việc
nghiên cứu, sửa chữa hệ thống điều hịa khơng khí cũng địi hỏi những người kỹ sư, người
thợ phải trang bị các kiến thức chuyên sâu và tay nghề giỏi mới theo kịp xu hướng.
Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em tiếp cận theo hướng đi sâu tìm hiểu lý
thuyết về nguyên lý, cấu tạo của hệ thống cùng với đó là quan sát, vận hành hệ thống điều
hịa khơng khí có sẵn để từ đó rút ra kinh nghiệm và hồn thành đề tài.
Theo hướng tiếp cận đó thì chúng em sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, vận
hành mơ hình, thu thập số liệu và tham khảo sự tham vấn của giảng viên hướng dẫn. Cùng
với đó, chúng em kết hợp các phương pháp gia cơng cơ khí để thi cơng mơ hình.
Sau khi kết thúc đề tài, sản phẩm của nhóm chúng em là mơ hình HỆ THỐNG ĐIỆN
ĐỘNG CƠ 5S-FE VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ có khả năng hoạt động ổn
định theo u cầu của đề tài và đúng với nguyên lý của hệ thống trên thực tế.

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................................... i
TÓM TẮT .............................................................................................................................. ii
MỤC LỤC ............................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................................... v
DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................... x
CHƯƠNG 1 : PHẦN MỞ ĐẦU .......................................................................................... 1
1.1.

Lý do chọn đề tài ...................................................................................................... 1

1.2.

Mục đích nghiên cứu ................................................................................................ 1

1.3.

Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................... 2

1.4.

Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 2

1.5.

Giới hạn đề tài .......................................................................................................... 2

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................. 3
2.1.

Hệ thống điện động cơ Toyota 5S - FE .................................................................... 3

2.1.1.

Tổng quan hệ thống điện động cơ ..................................................................... 3

2.1.2.

Sơ đồ mạch điện động cơ ................................................................................ 19

2.2.

Hệ thống điều hịa khơng khí trên ơ tơ ................................................................... 20

2.2.1.

Tổng quan hệ thống điều hịa khơng khí trên ơ tơ ........................................... 20

2.2.2.

Chức năng ........................................................................................................ 22

2.2.3.

Cấu tạo, ngun lý hoạt động hệ thống điều hịa khơng khí ........................... 24

2.2.4.

Các thành phần chính ...................................................................................... 25

2.2.5.

Phương pháp điều khiển hệ thống ................................................................... 37

CHƯƠNG 3 : NỘI DUNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI .......................................................... 48
3.1.

Mục đích và yêu cầu ............................................................................................... 48

3.1.1.

Mục đích của mơ hình ..................................................................................... 48

3.1.2.

u cầu của mơ hình ....................................................................................... 48

3.2.

Các bước thực hiện đề tài ....................................................................................... 48

3.2.1.

Phần điện động cơ 5S - FE .............................................................................. 48

3.2.2.

Phần hệ thống điều hịa khơng khí .................................................................. 57

iii


3.3.

Kết quả ................................................................................................................... 67

CHƯƠNG 4 : PHẠM VI ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI ............................................................. 69
4.1.

Giảng dạy lý thuyết ................................................................................................ 69

4.2.

Giảng dạy thực hành............................................................................................... 69

4.2.1.

Động cơ ........................................................................................................... 69

4.2.2. Hệ thống điều hòa khơng khí .............................................................................. 72
CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ....................................................................... 85
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 86

iv


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
A/C : Air Conditioning
A/D : Analog to Digital converter
ECU : Engine Control Unit
EFI : Electronic Fuel Injection
EPR : Bộ điều hòa áp suất giàn lạnh
Hi : High
ISCV : Idle Speed Control Valve
Lo : Low
MAP : Manifold Absolute Pressure
Me : Medium
TWC : Three way catalyst
VSV : Vacuum Switching Valve

v


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1 : Cấu tạo máy khởi động ............................................................................................ 3
Hình 2.2 : Nguyên lý hoạt động của máy khởi động ................................................................ 3
Hình 2.3 : Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều kích từ ........................................................ 4
Hình 2.4 : Các kiểu đấu dây ...................................................................................................... 5
Hình 2.5 : Stator của máy phát điện xoay chiều ....................................................................... 5
Hình 2.6 : Rotor máy phát điện xoay chiều kích từ có vịng tiếp điểm .................................... 6
Hình 2.7 : Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình .................................................... 7
Hình 2.8 : Cấu tạo và nguyên lý của cảm biến áp suất đường ống nạp .................................... 7
Hình 2.9 : Mạch điện cảm biến áp suất đường ống nạp ........................................................... 8
Hình 2.10 : Sơ đồ bố trí cảm biến G và NE .............................................................................. 9
Hình 2.11 : Sơ đồ mạch điện và dạng tín hiệu xung G và NE .................................................. 9
Hình 2.12 : Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga.......................................................................... 10
Hình 2.13 : Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga ..................................................................... 10
Hình 2.14 : Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát ........................................................ 11
Hình 2.15 : Cấu tạo cảm biến nhiệt độ khí nạp....................................................................... 11
Hình 2.16 : Mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp .................................................................. 12
Hình 2.17 : Cấu tạo cảm biến oxy .......................................................................................... 12
Hình 2.18 : Mạch điện cảm biến Oxy ..................................................................................... 13
Hình 2.19 : Đồ thị biểu diễn tần số và mạch điện cảm biến kích nổ ...................................... 14
Hình 2.20 : Hệ thống đánh lửa theo chương trình có delco .................................................... 15
Hình 2.21 : Cấu tạo của bơm xăng ......................................................................................... 16
Hình 2.22 : Mạch điện điều khiển bơm xăng.......................................................................... 17
Hình 2.23 : Mạch điện điều khiển kim phun .......................................................................... 18
Hình 2.24 : Sơ đồ cơ bản mạch điều khiển quạt làm mát ....................................................... 18
Hình 2.25 : Sơ đồ mạch điện động cơ..................................................................................... 19

Hình 2.26 : Tổng quan hệ thống điều hịa............................................................................... 20
Hình 2.27 : Thơng gió tự nhiên và cưỡng bức ........................................................................ 21
Hình 2.28 : Nguyên lý hoạt động bộ sưởi ấm ......................................................................... 22

vi


Hình 2.29 : Nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát ........................................................ 22
Hình 2.30 : Nguyên lý điều khiển nhiệt độ ............................................................................. 23
Hình 2.31 : Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống điều hịa khơng khí ............................ 24
Hình 2.32 : Máy nén loại piston ............................................................................................. 26
Hình 2.33 : Nguyên lý hoạt động máy nén loại piston ........................................................... 27
Hình 2.34 : Máy nén loại đĩa lắc ............................................................................................. 27
Hình 2.35 : Nguyên lý hoạt động của máy nén loại đĩa lắc .................................................... 28
Hình 2.36 : Máy nén loại trục khuỷu ...................................................................................... 29
Hình 2.37 : Ly hợp từ.............................................................................................................. 29
Hình 2.38 : Nguyên lý hoạt động của ly hợp từ...................................................................... 30
Hình 2.39 : Bộ ngưng tụ (giàn nóng) ...................................................................................... 30
Hình 2.40 : Phân bố mơi chất ở giàn nóng ............................................................................. 32
Hình 2.41 : Phân loại giàn lạnh............................................................................................... 34
Hình 2.42 : Cấu tạo (bộ bốc hơi) giàn lạnh............................................................................. 34
Hình 2.43 : Trạng thái mơi chất qua cửa sổ kính .................................................................... 37
Hình 2.44 : Kiểu điện trở ........................................................................................................ 37
Hình 2.45 : Kiểu nhiệt điện trở ............................................................................................... 38
Hình 2.46 : Loại thermostat .................................................................................................... 39
Hình 2.47 : Bộ điều chỉnh tốc độ quạt (ở vị trí Low) ............................................................. 40
Hình 2.48 : Bộ điều chỉnh tốc độ quạt (ở vị trí Medium) ....................................................... 40
Hình 2.49 : Bộ điều chỉnh tốc độ quạt (ở vị trí High) ............................................................. 41
Hình 2.50 : Các kiểu điều khiển máy nén ............................................................................... 43
Hình 2.51 : Cơng tắc áp suất kép ............................................................................................ 44

Hình 2.52 : Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ......................................................................... 45
Hình 2.53 : Quạt giàn nóng và quạt két nước mắc nối tiếp .................................................... 45
Hình 2.54 : Quạt giàn nóng và quạt két nước mắc song song ................................................ 46
Hình 2.55 : Nguyên lý điều khiển quạt giàn nóng và quạt két nước ...................................... 46
Hình 3.1 : Cảm biến MAP ...................................................................................................... 49

vii


Hình 3.2 : Thứ tự các chân cảm biến MAP ............................................................................ 49
Hình 3.3 : Giắc của cảm biến MAP ........................................................................................ 50
Hình 3.4 : Tín hiệu NE và G ................................................................................................... 50
Hình 3.5 : Thứ tự các chân của cảm biến NE và G ................................................................ 51
Hình 3.6 : Cảm biến vị trí bướm ga ........................................................................................ 51
Hình 3.7 : Thứ tự các chân của cảm biến vị trí bướm ga........................................................ 52
Hình 3. 8 : Cảm biến nhiệt độ nước làm mát .......................................................................... 52
Hình 3.9 : Cảm biến kích nổ ................................................................................................... 53
Hình 3.10 : Mạch điện cảm biến oxy ...................................................................................... 53
Hình 3.11 : Thứ tự các chân của van ISCV ............................................................................ 54
Hình 3.12 : Van ISCV ............................................................................................................. 54
Hình 3.13 : Igniter ................................................................................................................... 55
Hình 3.14 : Vị trí các chân Igniter .......................................................................................... 55
Hình 3.15 : Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ Toyota 5S - FE ......................................... 56
Hình 3.16 : Bảng điều khiển hệ thống điều hịa khơng khí .................................................... 57
Hình 3.17 : Chế độ FACE ....................................................................................................... 58
Hình 3.18 : Chế độ BI – LEVEL ............................................................................................ 58
Hình 3.19 : Chế độ FOOT....................................................................................................... 59
Hình 3.20 : Chế độ FOOT – DEF ........................................................................................... 59
Hình 3.21 : Chế độ DEF ......................................................................................................... 60
Hình 3.22 : Nguyên lý điều khiển nhiệt độ ............................................................................. 60

Hình 3.23 : Nguyên lý điều khiển quạt ................................................................................... 61
Hình 3.24 : Sơ đồ mạch điện bảng điều khiển hệ thống điều hịa khơng khí ......................... 62
Hình 3.25 : Sơ đồ mạch điện Amplifier .................................................................................. 63
Hình 3.26 : Mạch điều khiển gió trong và gió ngồi .............................................................. 64
Hình 3.27 : Mạch điều khiển nóng lạnh.................................................................................. 64
Hình 3.28 : Mạch điều khiển tốc độ quạt ................................................................................ 65
Hình 3.29 : Lắp sạc gas .......................................................................................................... 66
Hình 3.30 : Bảng điều khiển mơ hình hệ thống điều hịa ....................................................... 67

viii


Hình 3.31 : Mặt phía trước mơ hình hệ thống điều hịa .......................................................... 67
Hình 3.32 : Phần động cơ........................................................................................................ 68
Hình 3.33 : Phía sau mơ hình hệ thống điều hịa .................................................................... 68
Hình 4.1 : Đồng hồ đo áp suất ................................................................................................ 72
Hình 4.2 : Kỹ thuật xả mơi chất lạnh ...................................................................................... 79
Hình 4.3: Cách lắp đồng hồ đo áp .......................................................................................... 80
Hình 4.4 : Quy trình hút chân khơng (ON) ............................................................................. 81
Hình 4.5 : Quy trình hút chân khơng (OFF) ........................................................................... 82
Hình 4.6 : Cách lắp đồng hồ để nạp môi chất ......................................................................... 82
Hình 4.7 : Nạp mơi chất ở phía cao áp ................................................................................... 83
Hình 4.8 : Nạp mơi chất ở phía thấp áp .................................................................................. 83

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.1 : Bảng giá trị điện trở tiêu chuẩn của cảm biến động cơ .................................... 69
Bảng 4.2 : Bảng giá trị điện áp tiêu chuẩn của cảm biến động cơ ..................................... 70

Bảng 4.3 : Bảng giá trị điện áp tiêu chuẩn của cảm biến điều hòa khơng khí ................... 74
Bảng 4.4 : Bảng tra giá trị điện áp các chi tiết trên hệ thống điều hòa khơng khí ơ tơ...... 76
Bảng 4.5 : Bảng giá trị điện áp ở các cực của servo motor ............................................... 78
Bảng 4.6: Các dấu hiệu cho biết lượng môi chất ............................................................... 84

x


CHƯƠNG 1 : PHẦN MỞ ĐẦU
1.1. Lý do chọn đề tài
Khi nền kinh tế ngày càng phát triển, đời sống con người ngày càng được nâng cao.
Sự đòi hỏi được cung cấp những gì tốt nhất, hiện đại nhất là một nhu cầu thiết yếu.
Do đó khơng thể chỉ dừng lại ở việc đảm bảo về độ an toàn, về tính hiệu quả kinh tế
hay tính thẩm mỹ của một chiếc xe, mà còn cần phải đảm bảo trang bị được những hệ
thống, thiết bị tiện nghi nhằm thỏa mãn nhu cầu, sở thích của người tiêu dùng. Vì thế đó
là một trong những yêu cầu hàng đầu mà buộc các nhà thiết kế, chế tạo ô tô phải đặc biệt
quan tâm, lưu ý.
Ngày nay, việc sử dụng ô tô ở Việt Nam ngày càng trở nên phổ biến, đa dạng. Các
xe được trang bị hệ thống điều hịa khơng khí chiếm một số lượng ngày càng nhiều. Điều
đó đồng nghĩa với việc nhu cầu sửa chữa hệ thống điều hịa trên ơ tơ ngày càng lớn. Vì
vậy u cầu đặt ra đối với những người thợ, người kỹ sư sửa chữa điều hịa đó là có được
những kiến thức, kỹ năng về hệ thống điều hòa tốt nhất.
Tuy nhiên, do việc học tập và nghiên cứu về hệ thống điều hòa còn hạn chế, cơ sở
vật chất kỹ thuật cho việc dạy và học cịn thiếu thốn. Vì vậy các học sinh, sinh viên chưa
tiếp xúc được nhiều về mảng đề tài này. Điều này sẽ là hạn chế về mặt kiến thức cũng
như kỹ năng khi ra trường làm việc trong môi trường nghiên cứu, sửa chữa ngày càng
khắc nghiệt.
Xuất phát từ những lý do trên, nhóm em quyết định chọn đề tài : “Thiết kế mơ hình
thực hành trên hệ thống điện động cơ 5S-FE và hệ thống điều hịa khơng khí trên ơ
tơ”.

1.2. Mục đích nghiên cứu
Đề tài: “Thiết kế mơ hình thực hành trên hệ thống điện động cơ 5S-FE và hệ
thống điều hịa khơng khí trên ơ tơ” được thực hiện nhằm mục đích :
-

Tìm hiểu chung về hệ thống điện động cơ ơ tơ nhằm củng cố nâng cao kiến

thức cho người học.
-

Tìm hiểu về hệ thống điều hịa trên ơ tơ như cấu tạo, nguyên lý hoạt động,

phương pháp điều khiển điều hòa.

1


-

Nâng cao về khả năng tìm hiểu, phân tích một số sơ đồ mạch điện động cơ,

điều hòa của một số hãng xe tiêu biểu.
-

Chẩn đoán và sửa chữa những hư hỏng thường gặp trong điện động cơ và hệ

thống điều hịa khơng khí ơ tơ.
1.3. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điện động cơ 5S – FE và hệ thống điều hịa khơng
khí trên ơ tơ.

1.4. Phương pháp nghiên cứu
 Phân tích tổng hợp lý thuyết.
-

Nghiên cứu các tài liệu, các sách hướng dẫn về hệ thống điều hịa trên xe ơ tơ.

-

Nghiên cứu trên các phần mềm: Autodata, Ondemand 5.

-

Tra cứu trên internet, sách báo.

 Quan sát, thực tập sửa chữa tại xưởng.
1.5. Giới hạn đề tài
Do điều kiện và thời gian có hạn, cũng như kiến thức còn hạn chế nên đề tài của em
mới chỉ nghiên cứu và làm trên mơ hình có sẵn.
Mặt khác, do sự không đồng bộ giữa các thiết bị trên mơ hình nên em chưa tiếp cận
được với hệ thống điều hịa tự động trên ơ tơ.

2


CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Hệ thống điện động cơ Toyota 5S - FE
2.1.1. Tổng quan hệ thống điện động cơ
Hệ thống khởi động

2.1.1.1.

 Cấu tạo:

Hình 2.1 : Cấu tạo máy khởi động
 Nguyên lý:

Hình 2.2 : Nguyên lý hoạt động của máy khởi động
Khi bật công tắc ở vị trí ST thì dịng điện sẽ rẽ thành 2 nhánh:
(+)

Wg

mass

Wh

Wst

Brush

Wrotor

mass

3


Dòng qua cuộn giữ và hút sẽ tạo ra lực từ để hút lõi thép đi vào bên trong. Lực hút
sẽ đẩy bánh răng của máy khởi động về phía bánh đà, đồng thời đẩy lá đồng nối tắt cọc
(+) ắc quy xuống máy khởi động. Lúc này, hai đầu cuộn hút đẳng thế và sẽ khơng có
dịng đi qua mà chỉ có dịng qua cuộn giữ.

Do lõi thép đi vào bên trong mạch từ khiến từ trở giảm nên lực từ tác dụng lên lõi
thép tăng lên. Vì thế, chỉ cần một cuộn Wg vẫn giữ được lõi thép.
Khi động cơ đã nổ, tài xế trả công tắc về vị trí ON, mạch hở nhưng do qn tính,
dịng điện vẫn cịn. Do đó hai bánh răng cịn dính và dòng vẫn qua lá đồng. Như vậy,
dòng sẽ đi từ:
(+)

Wh

Wg

mass.

Lúc này, hai cuộn dây mắc nối tiếp nên dòng như nhau, dịng trong cuộn giữ khơng
đổi chiều, cịn dịng qua cuộn hút ngược với chiều ban đầu. Vì vậy, từ trường hai cuộn
triệt tiêu nhau. Kết quả là, dưới tác động của lực lò xo, bánh răng và lá đồng trở về vị trí
ban đầu.[1]
2.1.1.2.

Hệ thống cung cấp điện

Máy phát điện xoay chiều là nguồn năng lượng chính trên ơ tơ. Nó có nhiệm vụ
cung cấp điện cho các phụ tải và nạp điện cho ắc quy.

Hình 2.3 : Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều kích từ

4


Máy phát điện có 3 phần chính là stator, rotor và bộ chỉnh lưu.

Stator: gồm khối thép từ được lắp ghép bằng các lá thép ghép lại với nhau, phía
trong có xẻ rãnh đều để xếp các cuộn dây phần ứng. Cuộn dây stator có 3 pha mắc theo
kiểu hình sao, hoặc theo kiểu hình tam giác.

Hình 2.4 : Các kiểu đấu dây
Rotor: bao gồm trục 5 và ở phía cuối trục có lắp các vịng tiếp điện 4, cịn ở giữa có
lắp 2 chùm cực hình móng 1 và 2. Giữa 2 chùm cực là cuộn dây kích thích được quấn
trên ống thép dẫn từ 6. Các đầu dây kích thích được hàn vào các vịng tiếp điện.

Hình 2.5 : Stator của máy phát điện xoay chiều

5


Khi có dịng điện một chiều đi qua cuộn dây kích thích thì cuộn dây và ống thép dẫn
từ trở thành một nam châm điện mà hai đầu ống thép là hai cực từ khác dấu. Dưới ảnh
hưởng của các từ cực, các móng trở thành các cực của rotor.

Hình 2.6 : Rotor máy phát điện xoay chiều kích từ có vịng tiếp điểm
Bộ chỉnh lưu: Để biến đổi dịng điện xoay chiều của máy phát sang dòng điện một
chiều, ta dùng bộ chỉnh lưu 6 diode, 8 diode hoặc 14 diode. [1]
2.1.1.3.

Hệ thống điều khiển động cơ

Hệ thống phun xăng điện tử được điều khiển từ ECU thông qua các tín hiệu gửi đến
từ các cảm biến. Khi người lái đạp bàn đạp ga, tín hiệu từ cảm biến bướm ga được gửi
đến ECU, ECU nhận được yêu cầu này và thực hiện thao tác chọn lựa thành phần hịa
khí. Đồng thời với việc nhận dạng tín hiệu lưu lượng khí nạp thực đi vào xylanh của
động cơ, nhiệt độ khí nạp , nhiệt độ nước làm mát động cơ, tốc độ động cơ, dựa vào dữ

liệu trong bộ nhớ, ECU xác định thời gian điều khiển mở kim phun hợp lý theo u cầu
thành phần hịa khí. Tín hiệu của cảm biến Oxy dùng để điều chỉnh

bằng 1 chỉ được

ECU tiếp nhận khi động cơ chạy ở tốc độ ổn định và khơng có sự biến đổi đột ngột tín
hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga trong quá trình gia tốc.

6


Hình 2.7 : Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình
 Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP Sensor)
Vị trí: lắp ngay sau khơng gian của bướm ga

Hình 2.8 : Cấu tạo và nguyên lý của cảm biến áp suất đường ống nạp

7


Nguyên lý hoạt động: Cảm biến áp suất đường ống nạp hoạt động dựa trên nguyên
lý cầu Wheatstone. Ở trạng thái tĩnh: khi động cơ chưa làm việc áp suất không thay đổi
màng ngăn không bị biến dạng tất cả 4 điện trở điện áp đều có giá trị bằng nhau lúc đó
khơng có điện áp giữa 2 đầu cầu. Khi làm việc: khi áp suất đường ống nạp giảm, màng
silicon bị biến dạng dẫn đến giá trị điện trở điện áp thay đổi và làm mất cân bằng cầu
wheatstone. Kết quả là giữa 2 đầu cầu có sự chênh lệch điện áp và tín hiệu này được
khuếch đại để mở transistor ở ngõ ra của cảm biến. Độ mở transistor phụ thuộc vào áp
suất đường ống nạp dẫn đến sự thay đổi điện áp báo về ECU.[2]

Hình 2.9 : Mạch điện cảm biến áp suất đường ống nạp

 Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston
Cảm biến vị trí piston (cịn gọi là tín hiệu G) báo cho ECU biết vị trí điểm chết trên
hoặc trước điểm chết trên của piston. Công dụng của cảm biến này là để ECU xác định
thời điểm đánh lửa và cả thời điểm phun.
Cảm biến tốc độ động cơ (còn gọi là tín hiệu NE) dùng để báo tốc độ động cơ sử
dụng trong q trình tính tốn hoặc tìm góc đánh lửa tối ưu và lượng nhiên liệu sẽ phun
cho từng xylanh. Cảm biến này cũng được sử dụng vào mục đích điều khiển tốc độ
khơng tải hoặc cắt nhiên liệu ở chế độ khơng tải cưỡng bức.
Vị trí: Có nhiều cách bố trí cảm biến G và NE trên động cơ: trong delco, trên bánh
đà, hoặc trên bánh răng cam.
Cấu tạo của cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston:
Bộ phận chính của cảm biến là một cuộn cảm ứng, một nam châm vĩnh cửu và một
rotor dùng để khép mạch từ có số răng tùy thuộc vào từng loại động cơ.

8


Hình 2.10 : Sơ đồ bố trí cảm biến G và NE
Nguyên lý hoạt động của cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston dựa trên hiện
tượng cảm ứng điện từ.
Ở trạng thái tĩnh: khi tốc độ động cơ bằng khơng rotor khơng quay nên khơng có từ
thơng xuất hiện trong mạch . Tín hiệu là một đường thẳng
Khi làm việc: Khi đỉnh răng của rotor không nằm đối diện cực từ, thì từ thơng đi
qua cuộn dây cảm ứng sẽ có giá trị thấp vì khe hở khơng khí lớn nên có từ trở cao. Khi
một đỉnh răng đến gần cực từ của cuộn dây, khe hở khơng khí giảm dần khiến từ thơng
tăng nhanh. Như vậy nhờ sự biến thiên từ thông, trên cuộn dây sẽ xuất hiện một sức điện
động cảm ứng. Khi đỉnh răng của rotor đối diện với cực từ của cuộn dây, từ thông đạt giá
trị cực đại nhưng điện áp ở hai đầu cuộn dây bằng không. Khi đỉnh răng rotor di chuyển
ra khỏi cực từ, thì khe hở khơng khí tăng dần làm từ thông sinh ra giảm theo chiều ngược
lại. Tín hiệu có dạng:

Hình 2.11 : Sơ đồ mạch điện và dạng tín hiệu xung G và NE

9


 Cảm biến vị trí bướm ga
Vị trí: được lắp ở trên trục cánh bướm ga.
Cấu tạo:

Hình 2.12 : Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga
Nguyên lý hoạt động: Một điện áp không đổi 5V từ ECU cung cấp đến cực VC .
Khi cánh bướm ga mở làm con trượt sẽ trượt dọc theo điện trở mức điện áp tại chân
giữa (VTA) tăng dần ứng với góc mở cánh bướm ga, giá trị này không cố định tại mức
nào do đó để tín hiệu này có thể sử dụng để điều khiển phun thì tín hiệu phải đi qua một
bộ chuyển đổi A/D để tín hiệu trở thành giá trị số. Khi khơng làm việc: cánh bướm ga
đóng hồn tồn tiếp điểm cầm chừng nối cực IDL với E2.[2]

Hình 2.13 : Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga

10


 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và nhiệt độ khí nạp
Mục đích của cảm biến nhiệt độ nước và nhiệt độ khí nạp là báo cho ECU biết giá
trị nhiệt độ của động cơ và của khí nạp vào để ECU hiệu chỉnh lại lượng nhiên liệu phun
và góc đánh lửa cho phù hợp.


Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Vị trí: gắn trên đường nước ra khỏi động cơ.

Hình 2.14 : Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Nguyên lý làm việc: Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi nhiệt độ theo
điện trở. Sự thay đổi giá trị của điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp được gửi tới ECU.
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 chuyển thành tín số 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 động cơ đang nóng.[2]


Cảm biến nhiệt độ khí nạp
Vị trí: được gắn ngay trên đường ống nạp ngay sau bộ lọc khí
Cấu tạo:

Hình 2.15 : Cấu tạo cảm biến nhiệt độ khí nạp

11


Hình 2.16 : Mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp
Nguyên lý hoạt động : cũng giống như cảm biến nhiệt độ nước làm mát nó gồm có
một điện trở gắn trên bộ đo gió hoặc trên đường ống nạp. Hoạt động dựa vào sự thay đổi
của tỷ trọng không khí theo nhiệt độ.
 Cảm biến oxy
Mục đích của cảm biến Oxy là đo liên tục nồng độ khí xả và hiệu chỉnh liên tục
lượng xăng phun ra tuỳ theo kết quả đo, thơng qua ECU.
Vị trí: được lắp trên đường ống thải ngay sau bộ hóa khử ( TWC ) .

Hình 2.17 : Cấu tạo cảm biến oxy
Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý đo dựa trên sự so sánh hàm lượng oxy trong khơng
khí chuẩn và khí xả. Khi có sự chênh lệch về lượng oxy thì trên hai bề mặt ống xứ xuất

12


hiện điện áp, giá trị điện áp phụ thuộc mức độ chênh lệch hàm lượng oxy với điều kiện
cảm biến đã được nung nóng đến nhiệt độ nhất định.
Khi Oxy < 0,9 điện áp trên hai cực > 0,8V
Khi Oxy > 1,1 điện áp trên hai cực < 0,2V
Cảm biến Oxy chỉ hoạt động có hiệu quả khi nhiệt độ của cảm biến >2500 oC.
Thông thường các cảm biến Oxy hiện nay được trang bị thêm một sợi đốt nằm bên
trong cảm biến nhằm rút ngắn thời gian sấy nóng khi động cơ mới khởi động.

Hình 2.18 : Mạch điện cảm biến Oxy
 Cảm biến kích nổ
Cảm biến kích nổ được chế tạo bằng vật liệu áp điện. Nó được gắn trên thân xylanh
hoặc trên nắp máy để cảm nhận xung kích nổ phát sinh trong động cơ và gửi tín hiệu về
ECU để giảm thời điểm đánh lửa sớm nhằm ngăn chặn hiện tượng kích nổ.
Thành phần áp điện trong cảm biến kích nổ được chế tạo bằng tinh thể thạch anh
(piezoelement). Phần tử áp điện được thiết kế có kích thước với tần số riêng trùng với tần
số rung động của động cơ khi có hiện tượng kích nổ để xảy ra hiện tượng cộng hưởng (f
= 7kHz). Như vậy, khi có kích nổ tinh thể thạch anh sẽ chịu áp lực lớn nhất và sinh ra
một điện áp. Tín hiệu điện áp này có giá trị nhỏ hơn 2,4V. ECU nhận biết tín hiệu này và
điều khiển để giảm góc đánh cho đến khi khơng cịn hiện tượng kích nổ. Sau đó ECU có
thể điều chỉnh góc đánh lửa sớm trở lại.[2]

13

Hình 2.19 : Đồ thị biểu diễn tần số và mạch điện cảm biến kích nổ
 Hệ thống ISC ( Điều khiển tốc độ khơng tải)
Hệ thống ISC có một mạch đi tắt qua bướm ga và lượng khơng khí hút từ mạch
đi tắt này được điều khiển bới ISCV (Van điều chỉnh tốc độ khơng tải).
Van ISC dùng tín hiệu từ ECU động cơ để điều khiển động cơ ở tốc độ không tải
tối ưu tại mọi thời điểm. Hệ thống ISC gồm van ISCV, ECU động cơ, các cảm biến
và công tắc khác nhau.
Các chức năng của hệ thống ISC:
 Điều khiển khởi động
Mạch đi tắt được mở ra nhằm cải thiện khả năng khởi động.
 Điều khiển hâm nóng
Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, tốc độ chạy không tải được tăng lên để động
cơ chạy được êm. Khi nhiệt độ nước làm mát tăng lên, tốc độ chạy không tải
giảm xuống.
 Điều khiển phản hồi
-

Khi bật A/C

-

Khi bật các đèn pha

-

Khi cần chuyển số được chuyển từ N đến D hoặc từ D đến N khi dừng
xe

Trong các trường hợp trên, nếu tăng hoặc thay đổi tải trọng, tốc độ chạy

không tải sẽ tăng lên hoặc ngăn không cho thay đổi.

14


2.1.1.4.

Hệ thống đánh lửa

Việc điều khiển góc đánh lửa sớm và góc ngậm điện sẽ được máy tính đảm nhiệm.
Các thông số như tốc độ động cơ, tải, nhiệt độ được các cảm biến mã hóa tín hiệu đưa
vào ECU xử lý và tính tốn để đưa ra góc đánh lửa sớm tối ưu theo từng chế độ hoạt
động của động cơ. Hệ thống đánh lửa được dùng trên động cơ là hệ thống đánh lửa với
cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử kết hợp với hệ thống phun xăng có
delco.
Để có thể xác định chính xác thời điểm đánh lửa cho từng xylanh của động cơ theo
thứ tự nổ, ECU cần phải nhận được các tín hiệu cần thiết như: tốc độ động cơ, vị trí
piston lượng gió nạp, tốc độ động cơ, nhiệt độ động cơ... Số tín hiệu càng nhiều thì việc
xác định góc đánh lửa sớm tối ưu càng chính xác.

Hình 2.20 : Hệ thống đánh lửa theo chương trình có delco

15