MỞ ĐẦU Từ khi kỹ thuật điện tử phát triển, đặc biệt là kỹ thuật số, hệ thống phun xăng điện tử được áp dụng rộng rãi và trên qui mô lớn. Các loại ôtô hiện đại ngày nay thường được trang bị hệ thông phun xăng và đánh lửa điện tử. Mục đích của việc ứng dụng kỹ thuật điện tử dé điều khiển động co đốt trong thông qua các cảm biến là cung cấp nhiên liệu chính xác và thích nghĩ cần thiết để giảm lượng khí thải và lượng tiêu hao nhiên liệu. Cung cấp khả năng vận hành tối ưu cho các chế độ hoạt động khác nhau và cung cấp khả năng tự chân đoán khi có hư hỏng xảy ra.
Chính vì vậy mà kết câu của hệ thống điều khién động cơ mà cụ thé là hệ thống các cảm biến có nhiều phức tạp, mới lạ. Hơn nữa, thị trường Việt Nam hiện nay ôtô hiện đại được sử dụng phổ biến nên Việc tìm hiểu đề có kiến thức về các cảm biến trên hệ thong điều khiển động cơ là cần thiết cho mỗi chúng ta. Được sự đồng ý của ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí - Công Nghệ trường Đại Học Nông Lâm TP. HCM, em tên Phạm Đức Toàn là sinh viên lớp CK28A thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu, tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các cảm biến trên hệ thống điều khiến động cơ TOYOTA 2S”.
Dé thực hiện đề tài này em được sự hướng dẫn tận tâm của thầy Trần Mạnh Quí và thầy Phan Minh Nhật. Song thời gian và kiến thức em có hạn nên luận văn không sao tránh được sai sót. Rất mong quý thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến thêm để kiến thức em ngày cảng hoàn thiện hơn, em xin chân thành cảm ơn. Đại Học Nông Lam TP HCM, ngay tháng năm 2006 Sinh viên thực hiện sÏÏØ» 3.
MỤC ĐÍCH LUẬN VĂN Trong vòng 20 năm trở lại đây ngành công nghiệp ôtô đã có sự thay đổi lớn lao. Đặc biệt, hệ thống điện tử trên ôtô đã có bước phát trién vượt bậc nhằm đáp ứng 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 ôtô. Qua những tài liệu nghiên cứu về hệ thống điều khiển động cơ ôtô và những phương pháp kiểm tra đánh giá hệ thống điều khiển động cơ em đã thực hiện luận văn này. Mục đích của em trong luận văn này là: — Tìm hiểu, nam vững cầu tạo, nguyên lý hoạt động và vị trí của các cảm biến trên hệ thống điều khiển động cơ ôtô nói chung và trên hệ thống điều khiển động cơ Toyota-2S.
— Tìm hiểu cách kiểm tra các cảm biến bằng đèn kiểm tra động cơ trên động cơ Toyota-2S. — Chân đoán các hu hong của các cảm biên va cách khac phục. — Tiên hành đo kiêm tra các giá tri điện trở và giá trị điện áp của các cảm biên trên động cơ Toyota-2S. — Đưa ra nhận xét, thảo luận, kết luận và đề nghị.
TRA CUU TAI LIEU 4. Khái quát về hệ thống điều khiến lập trình cho động cơ ôtô: 4. Lich 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 nên không được thực hiện.
Đầu thé kỷ 20, người Đức áp dụng hệ hồng phun nhiên liệu trong động cơ 4 thi tinh 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 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 nên có tên gọi là K — Jettronic (K-Konstant-lién tục, Jettronic-phun).
K-Jetronic được đưa vào san xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển cho 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 Sytem) đặc trưng cho các hãng xe châu Âu và có 4 loại co 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 2 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 đườngống nạp). Đến 1984 người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thống phun xăng L-Jetroic và D-Jetronic trên các xe của hãng TOYOTA. 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 ky 80, sau đó vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS-Direct Ignition Sytem) ra đời, cho phép không sử dụng bộ chia điện và hệ thông này đã có mặt trên hầu hết các xe thé hệ mới. Ngày nay, gần như tất cả các ô tô đều được trang bị hệ thống điều khiến điện tử động cơ 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. Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ trên động cơ Toyota-2S. ThS | 15 24 | 17 16 18 11 ut) \ 13 Nii i hi VSV fu } Maa &- 4 8 dE 7 10} : | — củ ị 6 O š + ss 1 2 Hình 1: Sơ đồ hệ thống điều khiển động co trên động cơ TOYOTA-2S. Công tắc đánh lửa.
Công tắc khởi động trung gian. Cảm biến tốc độ. Đèn “CHECK ENGINE”. Cảm biến nhiệt độ nước.
Công tắc nhiệt thời gian. Bộ tích năng. Cảm biến nhiệt độ khí nạp. Cảm biến vị trí bướm ga.
Vòi phun khởi động lạnh. Bình chứa nhiên liệu. Van không khí. Lọc nhiên liệu.
Lọc không khí. Bộ chia điện. Cực kiểm tra. Cảm biến áp suất.
Cảm biến oxy. Cau trúc hệ thống điều khiến lập trình: Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng của hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình được mô tả trên hình. Hệ thống điều khiển bao gồm: ngõ vào (input) với chủ yếu là các cảm biến; hộp ECU - Electronic Control Unit là bộ não của hệ thong; ngõ ra (output) là các cơ cầu chấp hành (actuators) như: kim phun, bôbin, van điêu khiên câm chừng. « {4x Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển động cơ: TÍN HIỆU VÀO CƠ CÁU CHÁP HÀNH P — ? P PIM IGT : = TÍN HIEU ÁP SUAT KHÍ NAP = IC DANH LUA TÍN HIEU TOC ĐỘ ĐỘNG CƠ | SPD TỪ TÍN HIỆU ĐÁNH LỬA P ———- - CUÔN DÂY ĐÁNH LỬA TÍN HIỆU TỪ CẢM BIEN THW NHIỆT ĐỘ NƯỚC — : eae : BO CHIA DIEN TIN HIEU TU MAY KHOI STA ĐỘNG (KHOA ĐIỆN) CÁC BUGI TÍN HIỆU TỪ CẢM BIÉN THA NHIỆT ĐỘ KHÍ NẠP : R 5 : FC DIEU KHIEN BOM NHIÊN _ TIN HIEU KHONG TAI IDL E LIEU (RO LE MỞ MACH) (CAM BIEN VỊ TRÍ BƯỚM GA) i ‘ TIN HIEU CONG TAC TRO PSW - - - - TAI (CAM BIEN VỊ TRÍ BUGM U W ĐEN BẢO KIEM TRA ĐỌNG GA) CƠ TÍN HIỆU GÓC TRỤC KHUYU |_G.NE VÀ TÍN HIỆU TÓC ĐỘ ĐỘNG CƠ (TỪ BỘ CHIA ĐIỆN) BATT ACCU ; : Ox CAM BIEN OXY - - TE1,TE2 GIAC KIEM TRA He - ¬ n ¬ A/C ROLE EFI CHÍNH DIEU HOA KHÔNG KHÍ Hình 2: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiến động cơ.
Cau tao và nguyên lý hoạt động của các loại cảm biến trên động cơ TOYOTA-2S. Cảm biến áp suất trên đường ống nạp: (MAP-Manifold Absolute Pressure sensor). Khác với L-Jetronic, trên hệ thống phun xăng loại D-Jetronic luợng khí nạp đi vào xi lanh được xác định gián tiếp (phải tính lại) thông qua cảm biến đoáp suất tuyệt đối trên đường ống 6 nạp. Khi tải thay đổi, áp suất tuyệt đối trong đường 6ống nạp sẽ thay đổi va MAP sensor sẽ chuyên thành tín hiệu điện thế báo về ECU dé tính ra lượng không khí đi vào xy lanh.
Sau đó, dựa vào giá trị này ECU sẽ điều khiến thời gian mở kim phun và thời điểm đánh lửa. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Loại cảm biến này dựa trên nguyên lý cầu Wheatstone. Mạch cầu Wheatstone được sử dụng trong thiệt bị nhăm tao ra một điện thê phù hợp với sự thay đôi điện trở. Cảm biến gồm một tam silicon nhỏ (hay gọi là màn ngăn) day hon ở hai mép ngoài (khoảng 0,25mm) và mỏng ở giữa (khoảng 0,025mm).
Hai mép được làm kín cùng với mặt trong của tắm silicon tạo thành buông chân không trong cảm biến. Mặt ngoài tâm silicon tiếp xúc với áp suất đườngông nạp. Hai mặt của tam silicon được phủ thạch anh dé tao thành điện trở áp điện (Piezoresistor). = 16= Khi áp suất đườngống nạp thay đối, giá trị của điện trở áp điện sẽ thay đồi.
Các điện trở áp điện được nối thành cầu Wheatstone. Khi màng ngăn không bị biến dạng (tương ứng với trường hợp động cơ chưa hoạt động hoặc tải lớn), tất cả bốn điện trở áp điện đều có giá trị bằng nhau và lúc đó không có sự chênh lệch điện áp giữa hai đầu cầu. Khi áp suất đường ống nạp giảm, màng silicon bị biến dạng dẫn đến giá trị điện trở áp điện cũng bị thay đổi và làm mất cân bằng cầu Wheatstone. Kết quả là giữa hai đầu cầu sẽ có sự chênh lệch điện áp và tín hiệu này được khuếch đại để điều khiển mở transistor ở ngõ ra của cảm biến có cực C treo.
Độ mở của transistor phụ thuộc vào áp suất đường ống nạp dẫn tới sự thay đổi điện áp báo về ECU. > [Al 4 4 Hình 4: Hoạt động của cảm biến áp suất sau đường ống nạp. Khí nạp vào khi độ chân không nho-khi bướm ga mở rộng. ©) = Khí nạp vào khi độ chân không lớn-ứng với chế độ cầm chừng.
Buong chân không. Sơ đồ mạch điện của cảm biên áp suât: Cảm biên áp suât ` Hình 5: Mạch điện cảm biến áp suất đường ống nạp. Đường đặc tuyến: (vy) Điện áp ngõ ra (PIM) 44 20 60 100 kPa Hình 6: Đường đặc tuyến của MAP sensor.