Chương 1: Tổng quan về đề tài Chương 2: Các cảm biến của hệ thống điều khiển động cơ 2GD-FTV trên Toyota Hilux 2021 Chương 3: Hệ thống nhiên liệu Common Rail trên động cơ 2GD-FTV Chương 4: Hệ thống điều khiển động cơ Chương 5: Kết Luận 2 CHƯƠNG 2: CÁC CẢM BIẾN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 2GD- FTV TRÊN XE TOYOTA HILUX 2021 Động cơ 2GD-FTV trên xe Toyota Hilux 2021 được trang bị một số cảm biến: - Cảm biến vị trí trục khuỷu - Cảm biến vị trí trục cam - Cảm biến nhiệt độ nước làm mát - Cảm biến tỉ lệ nhiên liệu không khí - Cảm biến vị trí bàn đạp ga - Cảm biến vị trí bướm ga - Cảm biến lưu lượng khí nạp - Cảm biến áp suất trên đường ống nạp 2. Cảm biến vị trí trục khuỷu 2. Chức năng Cảm biến trục khuỷu có nhiệm vụ đo tín hiệu tốc độ và xác định vị trí của trục khuỷu sau đó gửi về ECU và từ đó ECU sẽ sử dụng dữ liệu này để tính toán thời điểm phun nhiên liệu, góc đánh lửa cho các xi-lanh. Cảm biến vị trí trục khuỷu loại Hall được gắn vào thân máy gần trục khuỷu của động cơ 2GD-FTV trên xe Hilux 2021.1:Minh hoạ cảm biến vị trí trục khuỷu và roto cảm biến vị trí trục khuỷu 3 2.
Cấu tạo Cảm biến gồm có: Có 1 nam châm vĩnh cữu và IC Hall được đặt trong cảm biến. Một đĩa răng kích từ 34 răng được gắn trên trục khuỷu.2: Cấu tạo cảm biến vi trí trục khuỷu 2. Nguyên lý hoạt động Trước tiên ta cần làm quen với khái niệm hiệu ứng Hall. Hãy tưởng tượng rằng bạn có một tấm bán dẫn N và một nam châm vĩnh cửu.
Đặt thanh nam châm cách tấm bán dẫn (tấm Hall ) một khoảng không đổi sao cho từ trường đi qua tấm bán dẫn có phương vuông góc. Ta cho dòng điện I qua tấm Hall và dịch chuyển thanh nam châm lại gần tấm Hall. Trong tấm Hall, các hạt điện tích đang dịch chuyển với vận tốc V trong từ trường B sẽ bị tác dụng bởi lực Lorentz làm chệch hướng lên phần trên của tấm Hall. Do sự chênh lệch điện áp ở 2 phần của tấm Hall, từ đó tạo ra được một hiệu điện thế Hall.
Điện áp hai đầu trên và dưới của tấm Hall được đo bằng đồng hồ. Lúc này ta sẽ thấy một giá trị hiệu điện thế Hall UH.3: Nguyên lý hoạt động của hiệu ứng Hall Sau khi đã hiểu về hiệu ứng Hall ta sẽ đến với nguyên lý hoạt động của cảm biến vị trí trục khuỷu được trang bị trên động cơ 2GD-FTV với xe Hilux 2021. Nó bao gồm phần tử Hall được đặt trong nam châm vĩnh cữu và IC xử lý tín hiệu. Khi trục khuỷu động cơ quay đồng thời làm rotor cảm biến cũng quay, từng răng của rotor đi qua cảm biến vị trí trục khuỷu tạo ra xung tín hiệu.
Xung tín hiệu này sẽ được gửi đến PCM. Răng của rotor dùng để khép từ cho nam châm. - Khi có nguồn cấp đến IC Hall và từ trường nam châm qua phần tử Hall, dây tín hiệu của cảm biến vị trí trục khuỷu được IC khuếch đại tín hiệu gửi đến PCM ở mức điện áp cao. - Ngược lại khi không có từ trường tác động đến phần tử Hall, điện áp được gửi đến cho PCM ở mức điện áp thấp 0V.
Tín hiệu của cảm biến vị trí trục khuỷu (NE) qua IC là dạng tín hiệu ON-OFF, nên tín hiệu qua cảm biến là dạng xung vuông. Kiểm tra Hình 2.4: Sơ đồ dây cảm biến vị trí trục khuỷu Hình 2.5: Sơ đồ chân của cảm bién vị trí trục khuỷu. Ý nghĩa các chân: - Ne+: Tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu (+) - Ne- : Tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu (-) - Vc: Điện áp nguồn 5V ➢ Kiểm tra bằng dụng cụ đo xung: - Bật chìa khoá ở vị trí ON, sử dụng đồng hồ VOM đo điện áp Vc - Ne- để đảm bảo có nguồn 5V cấp cho cảm biến. - Dùng máy đo xung để quan sát tín hiệu dạng xung, so sánh xung theo tiêu chuẩn nhà sản suất.1: Các điều kiện đo xung cảm biến vị trí trục khuỷu bằng dụng cụ đo xung Đo giữa các chân Điều kiện Dạng sóng Chạy NE+ – NE- Dạng sóng tương ứng với dạng sóng trong hình.
không tải Hình 2.6: Dạng xung của cảm biến vị trí trục khuỷu 2. Cảm biến vị trí trục cam 2. Chức năng Cảm biến vị trí trục cam xác định vị trí của trục cam gửi tín hiêu về ECU. Từ đó ECU xác định điểm chết trên của xi lanh số 1 hoặc các máy khác và đồng thời xác định thời điểm đánh lửa (cho động cơ xăng) hoặc thời điểm phun nhiên liệu (động cơ phun dầu điện tử Common rail).
Trên động cơ 2GD-FTV trên xe Toyota HIlux 2021, cảm biến vị trí trục cam được lắp ở phía đầu trục cam.7: Cảm biến vị trí trục cam 7 2. Cấu tạo cảm biến gồm: 1 nam châm vĩnh cữu và IC Hall được đặt trong cảm biến, được đặt gần đĩa tạo xung. Nguyên lý hoạt động Tương tự như cảm biến vị trí trục khuỷu, khi các răng trên bộ tạo xung đi qua cảm biến, từ trường giảm đột ngột từ đó tạo ra một xung vuông. Khi trục khuỷu quay truyền động lên trục cam, trục cam quay đồng thời rotor cảm biến vị trí trục cam cũng quay.
Vì vậy, khi bộ tạo xung quay, mỗi chu kỳ cảm biến sẽ quét được số xung ứng với số răng trên bộ tạo xung. Kiểm tra Hình 2.8: Sơ đồ dây cảm biến vị trí trục cam Hình 2.9: Sơ đồ các chân cảm biến vị trí trục cam 8 Ý nghĩa: - G2- : Tín hiệu cảm biến vị trí trục cam (-) - G2+: Tín hiệu cảm biến vị trí trục cam (+) - VCG: Điện áp nguồn 5V • Kiểm tra bằng dụng cụ đo xung - Bật chìa khoá ở vị trí ON, sử dụng đồng hồ VOM đo điện áp chân Vc-Ne- để đảm bảo có nguồn 5V cấp cho cảm biến. - Dùng máy đo xung để quan sát tín hiệu dạng xung, so sánh xung theo tiêu chuẩn nhà sản suất.2: Các điều kiện đo xung cảm biến vị trí trục cam bằng dụng cụ đo xung Đo giữa Điều kiện Dạng sóng các chân G2+ – G2- Chạy không tải Dạng sóng tương ứng với dạng sóng trong hình.10: Dạng xung cảm biến vị trí trục cam 9 2. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Hình 2.11: Cảm biến vị trí nước làm mát 2.
Chức năng Cảm biến nhiệt độ nước làm mát được đặt ở đường dẫn nước làm mát động cơ và tiếp xúc với nước làm mát. Nó đo nhiệt độ nước làm mát của động cơ và gửi tín hiệu đến ECU để xác định thời điểm phun, lượng phun và tốc độ cầm chừng dựa trên nhiệt độ nước làm mát. Tín hiệu này cũng được sử dụng để kiểm soát quạt làm mát động cơ, hệ thống điều hòa không khí và chuyển số trên hộp số tự động ở một số loại xe. Cấu tạo Một nhiệt điện trở sử dụng hệ số nhiệt điện trở âm NTC (Negative Temperature Coefficient), nhiệt độ nước tỉ lệ nghịch với điện trở cảm biến, có nghĩa là khi nhiệt độ nước tăng lên, điện trở của cảm biến sẽ giảm xuống và ngược lại.12: Cấu tạo và sơ đồ mạch điện nước làm mát 2.
Nguyên lý hoạt động Điện áp 5V được truyền tới cảm biến bằng một điện trở chuẩn có giá trị không đổi. Sau đó, nó được truyền về ECU và sau đó về mát. Như vậy nhiệt điện trở và điện trở chuẩn trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp. Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự-số (bộ chuyển đổi ADC – Analog to Digital Converter) nhận được điện áp điểm giữa cầu.
Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp lớn sẽ được gửi về bộ biến đổi ADC. Bộ vi xử lý chuyển đổi tín hiệu điện áp thành tín hiệu dạng xung. Sau đó, bộ vi xử lý giải mã tín hiệu này để thông báo cho ECU biết rằng động cơ đang lạnh. Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp giảm, báo cho ECU biết là động cơ đang nóng.13: Mạch điện cảm biến nước làm mát 11 Hình 2.14: Đường đặc tuyến của cảm biến nước làm mát 2.
Kiểm tra: Hình 2.15: Sơ đồ các chân cảm biến vị trí nước làm mát • Kiểm tra điện trở - Dùng đồng hồ VOM đo giá trị điện trở của hai chân cảm biến (THW-E2), so sánh giá trị theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất.3: Giá trị điện trở của nước làm mát Đo giữa các chân Điều kiện Giá trị 200C (680F) 2.326 Thận trọng: • Không đặt tay vào nước ấm trong quá trình kiểm tra. • Chạm vào nước nóng có thể dẫn đến bỏng. • Khi kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ trong nước, không để nước tiếp xúc với các cực. Sau khi hoàn thành kiểm tra, làm khô cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ.
Cảm biến tỷ lệ nhiên liệu không khí Hình 2.16: Cảm biến tỷ lệ nhiên liệu không khí A/F 2. Chức năng Cảm biến A/F cũng có thể gọi là cảm biến phạm vi rộng hay cảm biến tỉ lệ rộng vì khả năng phát hiện tỉ lệ A/F của cảm biến này trên phạm vi rộng hơn so với cảm biến O2, vì vậy ECM có thể kiểm soát chính xác hơn việc phun nhiên liệu và giảm phát thải. Cấu tạo Hình 2.17: Cấu tạo cảm biến A/F Cấu tạo cảm biến bao gồm: điện cực platin, điện cực rắn, bộ sấy nóng, lớp phủ. Nguyên lý hoạt động Khi hỗn hợp A/F giàu, nồng độ O2 trong khí thải rất thấp, tạo dòng âm, mạch sẽ tạo ra tín hiệu điện áp dưới 3.
Khi hỗn hợp A/F nghèo, nồng độ O2 trong khí thải cao, tạo dòng dương, mạch sẽ tạo ra tín hiệu điện áp trên 3. Cảm biến A/F sẽ làm việc tốt ở nhiệt độ 650°C (1200℉).18: Mạch cảm biến tỉ lệ A/F 14 Hình 2.19: Đặc tuyến của cảm biến A/F Khi hỗn hợp A/F giàu (nồng độ O2 trong khí thải thấp), cảm biến tạo dòng điện âm (A/F-). Khi hỗn hợp A/F nghèo (nồng độ O2 nhiều hơn), cảm biến tạo dòng điện dương (A/F+). Tại điểm tỉ lệ A/F lý tưởng, không có dòng điện nào được tạo ra.
Từ đó, ECU biết chính xác mức độ hỗn hợp A/F là giàu hay nghèo và có thể điều chỉnh hỗn hợp nhiên liệu nhanh hơn nhiều so với hệ thống điều khiển nhiên liệu sử dụng cảm biến O2. Do đó, không có chu kỳ giàu/ nghèo nào như ở cảm biến O2 loại cơ bản. Thay vào đó, tín hiệu điện áp cảm biến A/F thường xuyên liên tục thay đổi ở mức 3. Kiểm tra Hình 2.