MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.....................................................................................................................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN..........................................................................................................................................................................................................2
LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................................................................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XE TOYOTA VIOS 2007 VÀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ 1NZ-FE........4
1.1.Giới thiệu chung về Toyota Vios 2007...............................................................................................................................................................4
1.1.1 Giới thiệu chung về xe....................................................................................................................................................................................4
1.1.2 Các thông số của xe Toyota Vios 2007...........................................................................................................................................................4
1.2 Giới thiệu động cơ 1NZ-FE................................................................................................................................................................................6
1.2.1 Thông số kỹ thuật động cơ 1NZ-FE................................................................................................................................................................7
1.2.2 Tổng quan về hệ thống đánh lửa....................................................................................................................................................................8
1.3 Hệ thống đánh lửa thường.................................................................................................................................................................................9
1.3.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn............................................................................................................................................................................11
1.3.2 Loại có vít điều khiển......................................................................................................................................................................................11
1.3.3 Loại không có vít điều khiển...........................................................................................................................................................................12
1.3.4 Loại có ESA (Đánh lửa sớm bằng điện tử).....................................................................................................................................................14
1.3.5 Hệ thống đánh lửa trực tiếp............................................................................................................................................................................15
1.3.6 Hệ thống đánh lửa..........................................................................................................................................................................................19
Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh..................................................................................................................................................20
1.4. Cấu tạo hệ thống phun xăng trên ô tô..............................................................................................................................................................21
1.4.1 Khái niệm hệ thống phun xăng điện tử...........................................................................................................................................................21
1.4.2 Phân loại hệ thống phun xăng điện tử............................................................................................................................................................25
1.5 Hệ thống phun xăng điện tử..............................................................................................................................................................................28
1.5.1 Hệ thống phun xăng điện tử đa điểm loại MPI................................................................................................................................................28
1.5.2 Hệ thống phun xăng điện tử trực tiếp vào buồng đốt GDI..............................................................................................................................30
1.6 Một số hệ thống phun xăng điển hình................................................................................................................................................................31
1.6.1 Hệ thống kiểu KE-Jectronic.............................................................................................................................................................................31
1.6.2 Hệ thống kiểu ME-Motronic............................................................................................................................................................................33
1.6.3 Hệ thống kiểu MED-Motronic..........................................................................................................................................................................36
CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ TRÊN XE TOYOTA VIOS .........................................................38
2.1 Tính toán các thông số cơ bản hệ thống đánh lửa............................................................................................................................................38
2.2 Mô tả hệ thống đánh lửa....................................................................................................................................................................................42
2.3 Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống phun xăng...................................................................................................................................49
2.3.1 Đối với động cơ xăng bốn kỳ, lưu lượng không khí nạp theo khối lượng được xác định theo công thức......................................................49
2.3.2. Công thức dạng theo giây..............................................................................................................................................................................49
2.3.3. Công thức mở rộng (xét điều kiện nhiệt động – dạng nâng cao)...................................................................................................................50
2.3.4 Sơ đồ khối mạch tính toán lưu lượng khí nạp – EFI.......................................................................................................................................50
2.3.5. Mối quan hệ giữa lưu lượng khí nạp và lượng nhiên liệu..............................................................................................................................50
2.3.6. Liên hệ với Toyota Vios 2007 (động cơ 1NZ-FE)...........................................................................................................................................51
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ TRÊN XE TOYOTA VIOS............................................................52
3.1. Yêu cầu mô hình..............................................................................................................................................................................................52
3.2 Quy trình thiết kế...............................................................................................................................................................................................53
3.3 Thiết kế mô hình trên phần mềm vẽ autocad....................................................................................................................................................56
3.4 Lựa chọn dây điện............................................................................................................................................................................................60
CHƯƠNG 4. QUY TRÌNH CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP MÔ HÌNH...............................................................................................................................62
4.1 Quy trình chế tạo...............................................................................................................................................................................................62
4.2 Mô hình sau khi hoàn thiện...............................................................................................................................................................................65
CHƯƠNG 5. KHAI THÁC KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE TOYOTA VIOS..................................................................................66
5.1 Khái niệm bảo dưỡng sửa chữa ô tô................................................................................................................................................................66
5.2 Những hư hỏng của hệ thống và biểu hiện......................................................................................................................................................66
5.2 Quy trình kiểm tra và chẩn đoán......................................................................................................................................................................68
5.3 Giới thiệu một số mã lỗi, các nguyên nhân gây ra lỗi và khoanh vùng khu vực hư hỏng................................................................................83
5.4. Một số lưu ý khi sử dụng thiết bị chẩn đoán trên xe ô tô.................................................................................................................................83
KẾT LUẬN..............................................................................................................................................................................................................85
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................................................................................................................87
LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành được nội dung nghiên cứu này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể các thầy cô Trường Đại học Điện lực nói chung và các thầy cô trong Khoa Cơ khí - ô tô và Xây dựngnói riêng đã giảng dạy và giúp đỡ em trong quá trình học tập và thực hiện đồ án.
Ngoài sự cố gắng của bản thân thì em xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. ……………. đã nhiệt tình hướng dẫn và định hướng khắc phục nhưng điểm còn thiếu sót của đề tài giúp em có thể hoàn thiện được đề tài này tốt nhất có thể.
Mặc dù em đã rất cố gắng hoàn thiện đề tài một cách tốt nhất có thể nhưng do thời gian và vốn kiến thức còn hạn chế nên nội dung đồ án khó tránh khỏi sự sai sót nhất định trong công tác nghiên cứu và hoàn thiện. Em rất mong nhận được những đóng góp đến từ các thành viên hội đồng bảo vệ đồ án tốt nghiệp, các thầy cô trong và ngoài trường, các nhà chuyên môn, các bạn bè,….để đề tài này có thể hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…
Người cảm ơn
………………..
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, do nhu cầu xã hội ngày càng phát triển, kéo theo mọi hoạt động trong đời sống xã hội đều phát triển theo xu hướng hiện đại hóa nên đòi hỏi phải có những phương tiện hiện đại phục vụ cho con người. Do đó song song với sự phát triển của mọi ngành nghề thì công nghệ ôtô cũng có sự thay đổi khá lớn. Từ vấn đề đó, với những kiến thức đã học và sự hướng dẫn tận tình của Thầy: TS. …………….., em quyết định thực hiện đề tài: “Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa điện tử trên xe ô tô con”
Trong thời gian thực hiện đề tài do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Em rất mong sự giúp đỡ, ý kiến đóng góp của quý thầy cô cùng tất cả các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy : TS. ………………, cùng các Thầy Cô giáo trong bộ môn ô tô Trường Đại Học Điện Lực cùng các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày..........tháng.........năm 20…
Sinh viên thực hiện
……………….
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ XE TOYOTA VIOS 2007 VÀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ 1NZ-FE
1.1.Giới thiệu chung về Toyota Vios 2007
Giới thiệu chung về xe:
Toyota Vios là phiên bản Sedan cỡ nhỏ ra đời năm 2003 để thay thế cho dòng Somuna ở thị trường Đông Nam Á và Trung Quốc. Thế hệ Vios đầu tiên là một phần trong dự án hợp tác giữa các kỹ sư Thái Lan và những nhà thiết kế Nhật Bản của Toyota được sản xuất tại nhà máy Toyota Gateway, tỉnh Chachoengsao, Thái Lan. Với sự ra đời của Vios thế hệ thứ 2 năm 2007 Toyota bắt đầu cho dòng xe này tiến công sang thị trường khác ngoài Châu Á.
Vios phiên bản 2007 có 2 bản: Vios G số tự động, Vios E số sàn và phiên bản mới.
Để thiết kế và chế tạo mô hình phun xăng đánh lửa, nhóm lựa chọn xe Toyota Vios 2007 làm đối tượng chính của nghiên cứu này.
Các thông số của xe Toyota Vios 2007:
Toyota Vios 2007 là mẫu xe sedan hạng B được Toyota ra mắt tại thị trường Việt Nam vào mùa hè năm 2007. Phiên bản số tự động của Vios 2007 được trang bị động cơ 1.5L, 4 xi lanh, sản sinh công suất 107 mã lực và mô-men xoắn 140 Nm, kết hợp với hộp số tự động 4 cấp.
Thiết kế phía sau được bố trí cụm đèn sau kết hợp với đường viền trang trí biển số mạ crôm phối hợp với thiết kế cản sau tạo dáng vẻ mạnh mẽ và rộng rãi cho xe. Vios 2007 thể thao năng động hơn với vành hợp kim 15 inch với lốp mỏng
Thông số đặc trưng xe Vios 2007 như bảng 1.1.
1.2 Giới thiệu động cơ 1NZ-FE
* Đặc điểm chung động cơ 1NZ-FE:
Động cơ 1NZ-FE là động cơ xăng, 4 kỳ, có 4 xy lanh bố trí thẳng hàng, dung tích công tác là 1496 cm3, thứ tự nổ 1 - 3 - 4 - 2 cho công suất tối đa 106 mã lực tại 6000 vòng/phút, mô-men xoắn tối đa 139 Nm tại 4200 vòng/phút. Động cơ được lắp trên xe Toyota Vios 2007, các hệ thống trong động cơ đều được điều khiển điện tử bằng ECU động cơ.
Với hệ thống VVT-i điều khiển phối khí thông minh, hệ thống điều khiển đánh lửa trực tiếp DIS, hệ thống phun xăng điện tử EFI và hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh ETCS-i được sử dụng trên động cơ này cho hiệu suất cao, yên tĩnh, tiết kiệm nhiên liệu và khí thải sạch. Mặt cắt dọc và mặt cắt ngang của động cơ 1NZ-FE được trình bày lần lượt trên Hình 2.3a và Hình 2.3b.
1.2.1 Thông số kỹ thuật động cơ 1NZ-FE
Thông số kỹ thuật của động cơ 1NZ-FE trên xe Vios 2007 được trình bày trong bảng 1.2.
1.2.2 Tổng quan về hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa có nhiệm vụ biến dòng điện một chiều có hiệu điện thế thấp (12V hoặc 24V) thành các xung điện cao thế (15000 - 40000V). Các xung điện thế cao này sẽ được phân bố đến bugi của các xy lanh đúng thời điểm để tạo ra tia lửa điện cao thế đốt cháy hòa khí. Trong một số trường hợp thì hệ thống đánh lửa còn dùng để hỗ trợ khởi động, tạo điều kiện động cơ khởi động được dễ dàng ở nhiệt độ thấp. Một hệ thống đánh lửa tốt phải thoả mãn các yêu cầu sau:
- Hệ thống đánh lửa phải sinh ra dòng thứ cấp đủ lớn để phóng điện qua khe hở bugi trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ.
- Tia lửa bugi phải đủ năng lượng và thời gian phóng để sự cháy bắt đầu.
- Góc đánh lửa sớm phải đúng trong mọi chế độ hoạt động của động cơ.
- Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ cao và độ rung xóc lớn.
- Sự mài mòn điện cực bugi phải nằm trong khoảng cho phép.
- Độ tin cậy làm việc của hệ thống đánh lửa phải tương ứng với độ tin cậy làm việc của động cơ.
- Kết cấu đơn giản, bảo dưỡng sửa chữa dễ dàng, giá thành rẻ...
- Hệ thống đánh lửa thường (Hệ thống đánh lửa cơ khí).
- Hệ thống đánh lửa bán dẫn:
+ Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển: vít điều khiển có cấu tạo giống như trong hệ thống đánh lửa thường nhưng chỉ làm nhiệm vụ điều khiển đóng mở transistor.
+ Hệ thống đánh lửa bán dẫn không có vít: transistor công suất được điều khiển bằng một cảm biến đánh lửa, bao gồm: cảm biến điện từ (loại nam châm đứng yên, loại nam châm quay), cảm biến quang, cảm biến Hall.
1.3 Hệ thống đánh lửa thường
Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa thường được trình bày như sau.
1.3.1 Hệ thống đánh lửa bán dẫn
Hệ thống đánh lửa bán dẫn có ưu thế là tạo được tia lửa mạnh ở điện cực của bugi, đáp ứng tốt ở các chế độ làm việc của động cơ, tuổi thọ cao… Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn, các linh kiện điện tử được tổ hợp thành một mạch được gọi là igniter, có nhiệm vụ đóng ngắt mạch sơ cấp nhờ vít hoặc nhờ tín hiệu từ cảm biến. Hệ thống đánh lửa bán dẫn được chia thành các loại chính sau: Loại có vít điều khiển, loại không có vít điều khiển, loại có ESA (Đánh lửa sớm bằng điện tử).
1.3.2 Loại có vít điều khiển
Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển hiện nay rất ít được sản xuất. Tuy nhiên, ở Việt Nam vẫn còn nhiều loại xe cũ trước kia có trang bị hệ thống này.
Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn loại có vít điều khiển, cuộn sơ cấp W1 của bô-bin được mắc nối tiếp với transistor T, còn tiếp điểm K được nối với cực gốc của transistor T. Do có transistor T nên điều kiện làm việc của tiếp điểm được cải thiện rất rõ, bởi vì dòng qua tiếp điểm chỉ là dòng điều khiển cho transistor nên thường không lớn hơn 1A. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển được trình bày như sau.
1.3.3 Loại không có vít điều khiển
Trong hệ thống đánh lửa bán dẫn không có vít điều khiển, tín hiệu từ cảm biến trong bộ phát tín hiệu được đặt trong bộ chia điện thay thế cho cam và tiếp điểm, nó sinh ra một điện áp, mở transistor đánh lửa để ngắt dòng điện sơ cấp trong cuộn dây đánh lửa. Bao gồm các bộ phận sau:
- Bộ phận phát tín hiệu: Bộ phận phát tín hiệu bật transistor nguồn trong bộ đánh lửa để ngắt dòng điện sơ cấp cuộn đánh lửa tại thời điểm đánh lửa đúng. Thường sử dụng tín hiệu từ các cảm biến điện từ, cảm biến quang, cảm biến Hall…
1.3.4 Loại có ESA (Đánh lửa sớm bằng điện tử)
Trong hệ thống đánh lửa sớm điện tử giá trị thời điểm đánh lửa tối ưu được ESA lưu trong ECU động cơ cho từng chế độ hoạt động của động cơ. Hệ thống này cảm nhận các chế độ hoạt động của động cơ… từ tín hiệu từ các cảm biến khác nhau, sau đó lựa chọn thời điểm đánh lửa tối ưu cho chế độ hiện tại, gửi tín hiệu ngắt dòng sơ cấp tới IC đánh lửa để điều khiển thời điểm đánh lửa. Do vậy, việc điều khiển được chính xác hơn ở mọi chế độ hoạt động của động cơ. Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn có ESA được trình bày trên Hình 1.8.
1.3.5 Hệ thống đánh lửa trực tiếp
Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS - direct ignition system) hay còn gọi là hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện (DLI - distributorless ignition) được phát triển từ giữa thập kỷ 80, trên các loại xe sang trọng và ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên các loại xe khác nhau.
Thay vì sử dụng bộ chia điện, hệ thống này sử dụng cuộn đánh lửa đa bội để cung cấp điện cao áp trực tiếp cho bugi. Thời điểm đánh lửa được điều khiển bởi ESA của ECU động cơ. Hiện nay, hệ thống đánh lửa này được sử dụng rộng rãi vì có độ chính xác cao và không cần phải đặt lại thời điểm đánh lửa, cải thiện tiết kiệm nhiên liệu và tăng công suất phát ra.
+ Các bô-bin đôi phải được gắn vào bugi của 2 xy lanh song hành. Đối với động cơ 4 xylanh có thứ tự thì nổ: 1-3-4-2, ta sử dụng hai bô-bin. Bô-bin thứ nhất có hai đầu của cuộn thứ cấp được nối trực tiếp với bugi số 1 và số 4 còn bô- bin thứ hai nối với bugi số 2 và số 3. Phân phối điện áp cao được thực hiện như sau: giả sử điện áp thứ cấp xuất hiện ở bugi số 1 và 4, ta có:
Utc = U1+U4
Trong đó:
Utc : Hiệu điện thế của cuộn thứ cấp
U1 và U4 : Hiệu điện thế đặt vào khe hở của bugi số 1 và số 4 R1 và R4 - điện trở của khe hở bugi số 1 và số 4
- Loại 3: Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng một bô-bin cho 4 xylanh. Sơ đồ hệ thống được trình bày trên Hình 1.11.
+ Trong sơ đồ Hình 1.11. bô-bin có hai cuộn sơ cấp và một cuộn thứ cấp được nối với các bugi qua các đi-ốt cao áp. Do hai cuộn sơ cấp quấn ngược chiều nhau nên khi ECU điều khiển mở lần lượt transistor T1 và T2, điện áp trên cuộn thứ cấp sẽ đổi dấu. Tùy theo dấu của xung cao áp, tia lửa sẽ xuất hiện bugi tương ứng qua các đi-ốt cao áp theo chiều thuận. Ví dụ: nếu cuộn thứ cấp có xung dương, tia lửa sẽ xuất hiện ở số 1 hoặc số 4.
+ Đi-ốt D5 và D6 dùng để ngăn chặn ảnh hưởng từ giữa hai cuộn sơ cấp (lúc T1 hoặc T2 đóng) nhưng chúng làm tăng công suất tiêu hao trên igniter.
+ Nhược điểm của hệ thống đánh lửa trực tiếp loại 2 và 3 là chiều đánh lửa trên hai bugi cùng cặp ngược nhau dẫn đến hiệu điện thế đánh lửa chênh nhau khoảng 1,5 đến 2 kV.
1.3.6 Hệ thống đánh lửa
Động cơ 1NZ-FE được trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng điện tử (DIS). Sơ đồ hệ thống đánh lửa động cơ 1NZ-FE được trình bày như Hình 1.12.
Hệ thống đánh lửa trực tiếp không sử dụng bộ chia điện giúp cho thời điểm đánh lửa được chính xác hơn, giảm sự sụt thế điện áp và có độ tin cậy cao. Ở mỗi xy lanh được trang bị một bô-bin đơn. Khi ngắt dòng chạy qua cuộn sơ cấp thì sẽ tạo ra điện áp cao ở cuộn thứ cấp tác động đến bugi và tạo ra tia lửa điện.
ECU sẽ luân phiên bật và tắt transistor làm cho dòng sơ cấp ngắt đóng luân phiên nhau và cho phép dòng điện tạo ra tia lửa đốt cháy trong các xy lanh theo thứ tự nổ của động cơ.
Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh ETCS-i (Electronic Throttle Control System - intelligent) trên động cơ 1NZ-FE sử dụng ECU để điều khiển bằng điện góc mở của bướm ga, được trình bày trong Hình 1.13.
Các chế độ điều khiển cơ bản:
- Điều khiển chế độ thường: Đây là chế độ điều khiển cơ bản để duy trì sự cân bằng giữa tính dễ vận hành và chuyển động êm.
- Điều khiển chế độ công suất cao: Ở chế độ này, bướm ga mở lớn hơn so với chế độ bình thường. Do đó, chế độ này mang lại cảm giác động cơ đáp ứng nhanh với thao tác đạp ga và xe vận hành mạnh mẽ hơn so với chế độ thường. Chế độ này chỉ có ở một số kiểu xe.
- Điều khiển chế độ đường tuyết, trơn trượt: Chế độ điều khiển này giữ cho góc mở bướm ga nhỏ hơn so với chế độ bình thường để tránh trượt khi lái xe trên đường trơn trượt
1.4. Cấu tạo hệ thống phun xăng trên ô tô
1.4.1 Khái niệm hệ thống phun xăng điện tử
a. Khái niệm
Hệ thống phun xăng điện tử (EFI) là hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ ô tô bằng cách sử dụng các kim phun điện tử thay vì bộ chế hòa khí truyền thống. Hệ thống này được điều khiển bởi bộ điều khiển động cơ điện tử (ECU) để đảm bảo tỷ lệ hòa khí tối ưu cho động cơ hoạt động hiệu quả và tiết kiệm nhiên liệu.
Cấu tạo chính của hệ thống phun xăng điện tử:
- Bộ cảm biến: Thu thập dữ liệu về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đốt cháy nhiên liệu như lượng khí nạp, nhiệt độ động cơ, áp suất khí nạp, hàm lượng oxy trong khí thải,...
- Bộ điều khiển động cơ điện tử (ECU): Nhận dữ liệu từ các cảm biến, xử lý và tính toán lượng nhiên liệu cần thiết cho động cơ dựa trên các điều kiện hoạt động.
- Bơm nhiên liệu: Cung cấp nhiên liệu cho hệ thống với áp suất cao.
b. Yêu cầu của hệ thống phun xăng điện tử:
- Hệ thống cung cấp nhiên liệu phải tạo được hỗn hợp giữa không khí và nhiên liệu có chất lượng tốt, nhiên liệu phải được hoà trộn đồng đều với toàn bộ lượng khí có trong buồng cháy (hỗn hợp cháy phải đồng nhất làm cho nhiên liệu cháy tốt nhất trong mọi chế độ làm việc của động cơ).
- Cần phải đảm bảo tỉ lệ hòa trộn giữa không khí và nhiên liệu phù hợp với mọi chế độ làm việc của động cơ. Nếu chế độ làm việc của động cơ thay đổi thì không những phải thay đổi số lượng mà cần phải thay đổi thành phần hỗn hợp không khí nhiên liệu nạp vào động cơ.
- Phần lớn nhiên liệu trong hỗn hợp ở dạng hơi xăng, phần còn lại được xé tơi ở dạng hạt có kích thước rất nhỏ. Vì hơi xăng sẽ giúp cho quá trình cháy được tốt, động cơ dễ khởi động.
- Thành phần hỗn hợp cháy phải phù hợp với sự ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất môi trường, các chế độ làm việc và nhiệt độ của động cơ.
- Lượng khí thải phải được kiểm tra để hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun vào cho chính xác.
1.4.2 Phân loại hệ thống phun xăng điện tử
1.4.2.1 Phân loại theo phương án bố trí vòi phun
- Hệ thống phun xăng đơn điểm:
Hệ thống phun xăng (HTPX) vào đường ống nạp sử dụng một vòi phun trung tâm đặt trước bướm ga, phun xăng vào đường ống nạp, sau đó hỗn hợp xăng- không khí được phụ vào các xi lanh.
- Hệ thống phun xăng đa điểm:
Hệ thống phun xăng đa điểm: Hệ thống này dùng nhiều vòi phun để phun xăng vào các cổ hút của động cơ (phía trước xupap nạp), nhờ vậy lượng nhiên liệu cung cấp vào các xy lanh được đồng đều và góp phần giảm lượng tiêu hao nhiên liệu hơn hệ thống phun xăng đơn điểm.
1.4.2.2 Phân loại theo thời điểm phun xăng
- Hệ thống phun xăng gián đoạn: Đóng mở kim phun một cách độc lập, không phụ thuộc vào xupáp. Loại này phun xăng vào động cơ khi các xupáp mở ra hay đóng lại. Hệ thống phun xăng gián đoạn còn có tên là hệ thống phun xăng biến điệu.
- Hệ thống phun xăng đồng loạt: Là phun xăng vào động cơ ngay trước khi xu páp nạp mở ra hoặc khi xupáp nạp mở ra.
1.5 Hệ thống phun xăng điện tử
Hiện nay có 2 loại cấu trúc hệ thống phun xăng điển hình đó là hệ thống phun xăng đa điểm trên đường ống nạp kiểu MPI và hệ thống phun xăng trực tiếp vào buồng đốt GDI.
1.5.1 Hệ thống phun xăng điện tử đa điểm loại MPI
Trên hình 1.17 giới thiệu cấu trúc hệ thống phun xăng điện tử đa điểm MPI. Ở hệ thống phun xăng này các vòi phun được gắn trên đường ống nạp (trước xu páp nạp).
Hệ thống cung cấp nhiên liệu bao gồm: Thùng nhiên liệu, bơm xăng, van điều áp, bộ giảm rung động, ống phân phối nhiên liệu và các vòi phun nhiên liệu. Hệ thống điều khiển: Điều khiển phun nhiên liệu với điện áp kim phun 12V. Hệ thống đánh lửa có thể là delco với các dòng xe trước năm 1990 sử dụng phổ biến, hiện nay đa số đánh lửa trực tiếp bằng bô bin điều khiển từ ECU động cơ.
1.5.2 Hệ thống phun xăng điện tử trực tiếp vào buồng đốt GDI
Trên hình 1.18. giới thiệu cấu trúc hệ thống phun xăng điện tử phun trực tiếp vào buồng đốt (GDI). Các vòi phun được gắn trực tiếp vào buồng đốt của động cơ.
Đối với loại này hệ thống cung cấp nhiên liệu ngoài bơm xăng vận chuyển nhiên liệu, còn có thêm một bơm cao áp nhiên liệu để tạo ra áp suất cao cho phun nhiên liệu vào trong xi lanh động cơ ở cuối kỳ nén. Trên ống phân phối nhiên liệu có thêm cảm biến đo áp suất nhiên liệu cao áp. Hệ thống điều khiển có thêm EDU bộ khếch đại điện áp nhằm tạo ra điện áp cao để điều khiển vòi phun nhiên liệu.
1.6 Một số hệ thống phun xăng điển hình
1.6.1 Hệ thống kiểu KE-Jectronic
Đến năm 1985, Hệ thống phun xăng KE-Jetronic được hãng BOSCH chế tạo dựa trên nền tảng của hệ thống 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…
1.6.2 Hệ thống kiểu ME-Motronic
Hệ thống phun xăng ME Motronic là một hệ thống phun xăng điện tử đa điểm, được điều khiển bằng điện tử. Hệ thống này được sử dụng phổ biến trên các động cơ ô tô từ những năm 1980 đến nay.
Hệ thống ME Motronic hoạt động dựa trên nguyên tắc sử dụng các cảm biến điện tử để thu thập dữ liệu về tình trạng hoạt động của động cơ, sau đó ECU (bộ xử lý trung tâm) sẽ xử lý dữ liệu này và đưa ra tín hiệu điều khiển phù hợp cho các bộ phận khác trong hệ thống. Các bộ phận chính của hệ thống bao gồm:
- Bộ chia điện: Cung cấp tia lửa điện cho bugi ở đúng thời điểm.
- Cảm biến lưu lượng khí nạp: Đo lượng khí nạp đi vào động cơ.
- Cảm biến nhiệt độ khí nạp: Đo nhiệt độ khí nạp.
- Cảm biến áp suất khí nạp: Đo áp suất khí nạp.
- Cảm biến vị trí bướm ga: Xác định vị trí của bướm ga.
1.6.3 Hệ thống kiểu MED-Motronic
Hệ thống phun xăng MED như hình 1.31.
* Nguyên lý hoạt động:
Hệ thống phun xăng MED Motronic (Motronic MED) là hệ thống phun xăng điện tử (EFI) được phát triển bởi Bosch cho động cơ xăng. Đây là phiên bản nâng cấp của hệ thống Motronic trước đây, với nhiều cải tiến về hiệu suất, độ tin cậy và khả năng kiểm soát khí thải.
Hệ thống MED Motronic sử dụng một bộ điều khiển động cơ điện tử (ECU) để điều khiển lượng nhiên liệu và thời điểm đánh lửa cho động cơ. ECU nhận dữ liệu từ nhiều cảm biến khác nhau, bao gồm cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF), cảm biến vị trí bướm ga (TPS), cảm biến oxy (O2), cảm biến nhiệt độ động cơ (ECT) và cảm biến tốc độ động cơ (RPM). Dựa trên dữ liệu này, ECU tính toán lượng nhiên liệu cần thiết và thời điểm đánh lửa tối ưu cho từng điều kiện hoạt động của động cơ.
CHƯƠNG 2
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ TRÊN XE TOYOTA VIOS
2.1 Tính toán các thông số cơ bản hệ thống đánh lửa
- Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m là hiệu điện thế ở hai đầu cuộn dây thứ cấp khi tách dây cao áp ra khỏi bugi. Hiệu điện thế cực đại U2m phải lớn để có khả năng tạo được tia lửa điện giữa hai điện cực của bugi đặc biệt lúc khởi động.
- Hiệu điện thế thứ cấp là tại đó quá trình đánh lửa được xảy ra được gọi là hiệu điện thế đánh lửa (Udl). Hiệu điện thế đánh lửa là 1 hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, theo định luật Pashen Udl
uⅆl=k Pδ/T (2.1)
Trong đó:
P: Áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa (7-12kg/cm2)
δ: Khe hở bugi (chọn bugi điện cực platin có =0.1cm)
T: Nhiệt độ ở điện cực trung tâm của bugi tại thời điểm đánh lửa (250-300 )
K: Hằng số phụ thuộc vào thành phần của hỗn hợp hòa khí (K=5.103 theo hóa học)
Vậy: Udl =5.103 7.0,1/250=14 (V)
- Hệ số dự trữ Kdt là tỷ số giữa hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m và hiệu điện thế đánh lửa Udl:
Kdt = U2m / Udl (2.2)
- Đối với hệ thống đánh lửa thường do U2m thấp nên Kdl thường nhỏ hơn 1,5. Trên những động cơ xăng hiện đại với hệ thống đánh lửa từ hệ số dự trữ có khả năng tăng cao ( Kdt =1,5-2,0) đáp ứng được việc tăng tỷ số nén, tăng số vòng quay và tăng khe hở bugi.
~> U2m = Kdt.Udl = 1,5. 14 = 21 (V)
~> Wdt = 0,02.9,442/2= 0,8911 (J) = 891,1 (mJ)
Ta có công thức: T = 9549.P/n
P: Công suất cực đại 107 /6000 (hp/rpm) theo bảng số liệu xe
T: Mô-men xoắc cực đại 144 /4,200 (Nm/rpm) theo bảng số liệu xe
n: là số vòng quay trục khuỷu động cơ
n = 9549.P/T = 9549 . (107∕6000)/(144∕4,200) = 4967 (vòng/phút)
Chu kỳ đánh lửa: là thời gian giữa hai lần xuất hiện tia lửa
T=1/f= td + tm=0,006 s
Trong đó:
tđ: Thời gian công suất dẫn
tm: Thời gian công suất ngắt
Tần số đánh lửa f tỷ lệ thuận với quay trục khuỷu động cơ và số vòng quay xylanh. Khi tăng số vòng quay của động cơ và số xylanh, tần số đánh lửa f tăng và do đó chu kỳ đánh lửa T giảm xuống. Vì vậy, khi thiết kế cần chú ý đến 2 thông số chu kỳ và tần số đánh lửa để đảm bảo ở số vòng quay cao nhất của động cơ tia lửa vẫn mạnh.
Góc đánh lửa sớm là góc quay của trục khuỷu động cơ từ thời điểm xuất hiện tia lửa điện tại bugi cho đến khi piston lên đến điểm chết trên.
Góc đánh lửa sớm ảnh hưởng rất lớn đến công suất, tính kinh tế và độ ô nhiễm của khí thải động cơ. Góc đánh lửa sớm tối ưu phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố:
Utc= f( Pbđ, tbd, p, twt, tmt, n, No....) (2.3)
Trong đó:
Pbđ: Áp suất trong buồng đốt tại thời điểm đánh lửa
tbđ: Nhiệt độ đốt
P: Áp suất trên đường ống nạp
twt: Nhiệt độ làm mát động cơ
tmt: Nhiệt độ môi trường
n: Số vòng quay động cơ
No: Chỉ số octan của xăng
Thông thường tia lửa điện bao gồm hai thành phần là thành phần điện dung và thành phần điện cảm. Năng lượng của tia lửa được tính theo công thức:
WP = WC + WL (2.4)
Trong đó:
Điện dung mạch sơ cấp : C1 = [F]
Điện dung mạch thứ cấp : C2 = [F]
~> WP = 568,5 (mJ)
- WP: Năng lượng của tia lửa
- WC: Năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện dung
- WL: Năng lượng của thành phần tia lửa có tính điện cảm
- C2: Điện dung ký sinh của mạch thứ cấp của bugi (F)
- Udl: Hiệu điện thế đánh lửa
- L2: Độ tự cảm của mạch thứ cấp (H)
- i2: Cường độ dòng điện mạch thứ cấp (A)
Độ tự cảm cuộn sơ cấp: L1 = 0.018[H]
Điện trở mạch sơ cấp : R1 = 0,5 [Ω]
Điện dung mạch sơ cấp : C1 = 0,25.10-6 [F]
Điện dung mạch thứ cấp : C2 = 10-10 [F]
Thời gian Transistor công suất bật (góc ngậm điện ởchế độ tải định mức): t = 0,02[s]
Thay vào ta có: Utc=9,44.√(0,018/(0,25.10-6.1^2/502 +〖10〗^(-10) )).0,8=71644,6 (V)
Hiệu điện thế thứ cấp Utc = 71644,6 (V) suy ra đảm bảo sinh ra tia lửa điện.
Tùy thuộc vào loại hệ thống đánh lửa mà tăng lượng tia lửa có đủ hai thành phần hoặc chỉ có một thành phần điện cảm hoặc điện dung. Thời gian phóng điện giũa hai điện cực của bugi tùy thuộc vào loại hệ thống đánh lửa. Tuy nhiên hệ thống phóng điện đủ dài để đốt cháy được hòa khí ở mọi chế độ hoạt động của động cơ.
2.2 Mô tả hệ thống đánh lửa
* Mô tả:
Là hệ thống đánh lửa trực tiếp(DIS) bôbin và IC đánh lửa được lắp đặt trực tiếp ở đầu bugi tạo thành cụm chi tiết, do có kết cấu như vậy nên ở hệ thống đánh lửa không có dây cao áp vì vậy giảm được tổn thất năng lượng và tăng khả năng chống nhiễu.
Hệ thống có một số ưu điểm:
+ Góc đánh lửa sớm được điều khiển tối ưu cho từng chế độ hoạt động của động cơ.
+ Góc ngậm điện luôn luôn được điều chỉnh theo tốc độ động cơ và theo tín hiệu điện áp của động cơ, đảm bảo cho điện áp thứ cấp có giá trị cao ở mọi thời điểm.
+ Động cơ điều khiển dễ dàng, cầm chừng êm dịu, tiết kiệm nhiên liệu, giảm khí thải cacbon.
* Nguyên lý hoạt động
ECU động cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến khác nhau và xác định thời điểm đánh lửa tối ưu. ECU động cơ gửi tín hiệu đánh lửa IGT đến cuộn đánh lửa có IC đánh lửa, tín hiệu đánh lửa IGT được gửi đến IC đánh lửa theo thứ tự đánh lửa của động cơ (1-3-4-2). Cuộn đánh lửa, với dòng sơ cấp được ngắt đột ngột sẽ sinh ra dòng điện cao áp. Tín hiệu IGF được gửi đến ECU động cơ khi dòng sơ cấp vượt quá một trị số đã định. Dòng cao áp phát ra từ cuộn thứ cấp sẽ được dẫn đến bugi và gây đánh lửa.
- Bộ điều khiển ECU.
- Vai trò:
ECU nhận các tín hiệu từ các cảm biến và tinh toan thời điểm đánh lửa tối ưu theo các tình trạng của động cơ và truyền tín hiệu IGT(tín hiệu đánh lửa) tới IC đánh lửa.
- Một số chế độ điều khiển ECU:
* Điều khiển góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh:
- Hiệu chỉnh để hâm nóng.
+ Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, góc đánh lửa sớm hơn để cải thiện khả năng làm việc. Góc đánh lửa sớm lên xấp xỉ 15 độ
- Hiệu chỉnh khi quá nhiệt độ.
Khi nhiệt độ của nước làm mát quá cao thời điểm đánh lửa được làm muộn đi để tránh tiếng gõ và quá nóng. Góc làm muộn được hiệu chỉnh tối đa là 5 độ.
- Các hiệu chỉnh khác.
+ Hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ không khí nhiên liệu: trong lúc hiêu chỉnh, tốc độ động cơ sẽ thay đổi theo lượng không khí nhiên liệu. Để duy trì tốc độ không tải ổn định, thời điểm đánh lửa được làm sớm lên hay muộn đi tùy theo lượng phun nhiên liệu.
+ Việc hiệu chỉnh này không được thực hiện khi xe đang chạy.
+ Hiệu chỉnh chuyển tiếp: khi thay đổi tốc độ thời điểm đánh lửa được làm sớm lên hay muộn đi theo sự tăng tốc.
2.3 Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống phun xăng
2.3.1 Đối với động cơ xăng bốn kỳ, lưu lượng không khí nạp theo khối lượng được xác định theo công thức:
Gk= (Vh⋅n⋅ηv⋅ρk)/2
Trong đó:
Gk: Lưu lượng không khí nạp (kg/phút)
Vh: Dung tích công tác của động cơ (m³)
n: Tốc độ quay trục khuỷu (vòng/phút)
ηv: Hệ số nạp của động cơ (0,75 ÷ 0,9 đối với động cơ xăng)
ρk: Khối lượng riêng của không khí (kg/m³), thường lấy ρk=1,2" " kg/m3
Hệ số 1/2 xuất hiện trong công thức là do động cơ làm việc theo chu trình bốn kỳ, tức là cứ hai vòng quay trục khuỷu mới thực hiện một lần nạp khí.
2.3.4. Sơ đồ khối mạch tính toán lưu lượng khí nạp - EFI
(Dùng cho thuyết minh và vẽ hình trong đồ án)
Tốc độ động cơ (CKP) ─┐
├──► ECU ───► Tính Gk ───► Tính Gnl ───► Điều khiển kim phun
* Giải thích sơ đồ:
- Cảm biến CKP cung cấp tín hiệu tốc độ quay trục khuỷu
- Cảm biến MAF/MAP phản ánh lượng hoặc áp suất khí nạp
- ECU sử dụng các tín hiệu này để:
+ Tính lưu lượng khí nạp
+ Suy ra lưu lượng nhiên liệu
+ Xác định thời gian phun cho kim phun
2.3.5. Mối quan hệ giữa lưu lượng khí nạp và lượng nhiên liệu
Sau khi xác định lưu lượng khí nạp, lượng nhiên liệu được tính theo:
Gnl=Gk/AFR
Trong đó:
AFR=14,7: Đối với động cơ xăng
Gnl: Lưu lượng nhiên liệu (kg/phút)
Đây là bước trung gian bắt buộc trong tính toán hệ thống EFI.
2.3.6. Liên hệ với Toyota Vios 2007 (động cơ 1NZ-FE)
Áp dụng công thức cho Toyota Vios 2007:
- Vh = 1.497.l=0.001497 m3
- ηv = 0.85
- ρk=1.2" kg/m3
Gk=(0.001497×6000×0.85×1.2)/2≈4.58 kg/phut
Giá trị này được sử dụng tiếp để:
- Tính lưu lượng nhiên liệu
- Tính lưu lượng kim phun
- Tính thời gian phun và duty cycle
CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ TRÊN XE TOYOTA VIOS
3.1. Yêu cầu mô hình
* Yêu cầu về kỹ thuật và chức năng (Toyota Vios 2007G):
- Giữ nguyên hệ thống gốc: Sử dụng đầy đủ các cảm biến (MAF/MAP, CKP, CMP, ECT, TPS, O_2), bộ điều khiển (ECU), kim phun, và bô bin đánh lửa của dòng xe Vios 2007.
- Hoạt động ổn định: Mô hình phải khởi động được, nổ máy ổn định, và giả lập được các chế độ hoạt động (khởi động, cầm chừng, tăng tốc, tải cao).
- Hệ thống đánh lửa: Bô bin tạo tia lửa điện tốt, đúng thứ tự nổ (1-3-4-2).
* Yêu cầu về thiết kế và cấu tạo (Trực quan và thực hành):
- Bố trí trực quan: Các linh kiện sắp xếp gọn gàng, có sơ đồ nguyên lý (sơ đồ mạch điện) được in trên bảng điều khiển.
- Khả năng đo đạc (Pan): Có các đầu giắc cắm (jack cắm) để đo điện áp, xung tín hiệu của cảm biến/cơ cấu chấp hành bằng đồng hồ VOM hoặc máy chẩn đoán.
- Tạo pan (Pan Simulation): Có bộ hộp công tắc tạo pan (lỗi giả) như mất tín hiệu cảm biến, hở mạch kim phun để huấn luyện tư duy chẩn đoán.
- Kết nối chẩn đoán: Tích hợp giắc OBDII để sử dụng máy chẩn đoán lỗi.
3.2 Quy trình thiết kế
* Nghiên cứu và Thiết kế:
- Thu thập tài liệu: Nghiên cứu sơ đồ mạch điện hệ thống EFI-ESA của Toyota Vios 2007 (động cơ 1NZ-FE).
- Thiết kế sơ đồ mô hình: Bố trí các bộ phận (ECU, bơm xăng, kim phun, bugi, các cảm biến: MAP, IAT, ECT, CKP, CMP, TPS, O2) lên khung giá để trực quan, dễ đo đạc.
- Thiết kế khung đỡ: Dùng sắt hộp, sắt v6 hoặc nhôm định hình để chế tạo khung cố định các bộ phận, có bánh xe di chuyển.
* Thu thập linh kiện (Tháo dỡ từ xe thực tế):
- ECU và cảm biến: Cần bộ ECU, dây điện chính (harness) và bộ cảm biến nguyên bản của Vios 2007.
- Hệ thống nhiên liệu: Bơm xăng, lọc xăng, thùng chứa, đường ống dẫn, dàn kim phun.
- Hệ thống đánh lửa: Mobin đánh lửa (trực tiếp - COP), bugi.
- Động cơ mô phỏng: Dùng động cơ thật đã qua sử dụng hoặc các bộ phận rời, hoặc dùng mô tơ điện kéo trục khuỷu/trục cam để giả lập tín hiệu.
* Đấu nối hệ thống điện (Wiring):
- Đấu nối dây điện từ cảm biến về ECU theo sơ đồ mạch điện Vios 2007.
- Thiết lập bảng đo kiểm (Test point) để thuận tiện cho việc đo điện áp, xung tín hiệu của kim phun, mobin bằng đồng hồ VOM, OSC.
* Kết quả mong đợi:
- Mô hình hoạt động ổn định, có khả năng phun xăng và đánh lửa đúng trình tự.
- Mô phỏng được các tình huống hư hỏng (ví dụ: rút giắc cảm biến) để học viên chẩn đoán lỗi.
3.3 Tổng quan mô hình trên phần mềm vẽ autocad
Mô hình được thiết kế với kết cấu khung đứng liền tủ, đảm bảo độ cứng vững, an toàn và tính thẩm mỹ trong quá trình sử dụng. Phần khung chính có kích thước mặt trước 1200 × 1050 mm, tạo không gian rộng để bố trí đầy đủ các cụm thiết bị của hệ thống điều khiển động cơ. Chiều sâu tổng thể của mô hình là 500 mm, đảm bảo đủ khoảng không cho việc lắp đặt thiết bị, đi dây và bảo trì.
3.3 Thiết kế mô hình trên phần mềm vẽ autocad
Trong đồ án này, mô hình được thiết kế và bố trí trên bảng lắp đặt có kích thước tổng thể 1200 × 1050 mm, nhằm mô phỏng trực quan hệ thống điều khiển động cơ ô tô. Trên bảng mô hình, đồng hồ taplo được bố trí ở vị trí phía trên, tương ứng với vị trí thực tế trên xe, giúp người học dễ dàng quan sát các thông số làm việc của động cơ. Hộp ECU điều khiển động cơ được đặt tại khu vực trung tâm, đảm bảo khoảng cách hợp lý với các thiết bị ngoại vi, thuận tiện cho việc đấu nối, kiểm tra và phân tích tín hiệu.
Trong mô hình cả cụm chi tiết được thiết kế từ bên trái qua bắt đầu từ bobin đánh lửa được bố trí ở khu vực phía trên, mô phỏng vị trí và chức năng tạo điện áp cao cho hệ thống đánh lửa. Tiếp theo là cảm biến trục cam và cảm biến tốc độ động cơ, được sắp xếp theo trình từ tín hiệu đầu vào gửi về ECU, giúp người đọc dễ dàng nhận biết mối quan hệ giữa góc quay trục cam, tốc độ động cơ và thời điểm đánh lửa - phun nhiên liệu.
Trong mô hình hệ thống điều khiển đánh lửa điện tử, các cảm biến và cơ cấu chấp hành được bố trí tập trung ở khu vực bên phải bảng lắp đặt có kích thước 1200 × 1050 mm, nhằm tối ưu không gian và thuận tiện cho quá trình quan sát, thực hành. Họng ga điện được đặt ở vị trí phía trên, mô phỏng bộ phận điều khiển lượng khí nạp vào động cơ. Bên dưới là cảm biến lưu lượng khí nạp và cảm biến nhiệt độ nước làm mát, đảm nhiệm chức năng cung cấp tín hiệu về lượng khí và trạng thái nhiệt của động cơ cho ECU. Tiếp theo là van điều khiển thời điểm phối khí VVT-i, thể hiện vai trò điều chỉnh góc phối khí nhằm nâng cao hiệu suất và giảm khí thải.
Mô hình được thiết kế đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật về độ chính xác, an toàn và tính ổn định khi vận hành. Các bộ phận được bố trí chắc chắn, hệ thống dây dẫn dễ tháo lắp , thuận tiện cho việc sửa chữa, kiểm tra và thực hành. Việc tích hợp khóa điện và giắc chẩn đoán OBD II cho phép mô phỏng đầy đủ các chế độ làm việc của hệ thống, đồng thời hỗ trợ công tác kiểm tra và chẩn đoán lỗi.
3.4 Lựa chọn dây điện
Đối với mạch nguồn và mạch công suất (nguồn cấp cho ECU, bobin đánh lửa, rơ le và cầu chì), sử dụng dây điện lõi đồng mềm, tiết diện từ 1.0 đến 1.5 mm², có lớp cách điện chịu nhiệt và chịu dầu. Việc lựa chọn tiết diện này đảm bảo dây dẫn chịu được dòng điện lớn khi bobin đánh lửa hoạt động, hạn chế hiện tượng sụt áp và quá nhiệt trong quá trình làm việc.
Đối với mạch tín hiệu cảm biến như cảm biến trục cam, cảm biến tốc độ động cơ, tín hiệu khóa điện và các tín hiệu điều khiển từ ECU, sử dụng dây điện có tiết diện nhỏ hơn, khoảng 0.3 đến 0.5 mm². Loại dây này đảm bảo truyền tín hiệu ổn định, giảm nhiễu và giúp bố trí dây gọn gàng, dễ quan sát trên mô hình.
CHƯƠNG 4
QUY TRÌNH CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP MÔ HÌNH
4.1 Quy trình chế tạo
Khung giá đỡ mô hình được lắp ráp từ các thanh thép hộp theo kích thước đã được thiết kế sẵn nhằm đảm bảo độ cứng vững và ổn định trong quá trình làm việc. Trước khi lắp ráp, các chi tiết được cắt đúng kích thước, làm sạch bề mặt và kiểm tra độ thẳng.
4.2 Quy trình lắp đặt
Các bộ phận của mô hình hệ thống được bố trí tập trung trên mặt bảng điều khiển theo nguyên tắc gọn gàng, khoa học và thuận tiện cho việc quan sát cũng như đấu nối. Các bobin đánh lửa và bugi được lắp đặt theo hàng ngang phía trên bảng, cố định chắc chắn bằng giá đỡ kim loại, đảm bảo khoảng cách đồng đều giữa các phần tử và an toàn trong quá trình vận hành. Phía dưới mỗi bobin là các cổng đấu dây được ký hiệu rõ ràng, giúp việc kết nối điện và kiểm tra tín hiệu được thực hiện dễ dàng.
Mô hình được bố trí khoa học trên mặt panel phẳng theo nguyên tắc trực quan hóa hệ thống, giúp tối ưu hóa quá trình học tập và đo kiểm. Các linh kiện thực tế như họng ga điện tử, cụm cảm biến (MAF, Oxy, kích nổ) và van VVT-i được sắp xếp ở khu vực trung tâm, đi kèm hệ thống giắc cắm tín hiệu mã hóa màu để thuận tiện cho việc sử dụng thiết bị đo (VOM, Oscilloscope).
4.3 Mô hình sau khi hoàn thiện
Mô hình tạo pan hệ thống đánh lửa và phun xăng điện tử của xe Toyota vios gồm các bộ phận sau : 1 hộp ECU , 4 kim phun , 4 bobine đánh lửa trực tiếp , 1 cảm biến trục cam , 1 cảm biến trục khủyu , 6 rơ le , 6 cầu chì , 1 đồng hồ tap lô , 1 cảm biến kích nổ ,1 cảm biến lưu lượng khí nạp, 1 cảm biến oxy , 1 cảm biến nhiệt độ nước , 1 họng ga điện , 1 van VVTi, 1 bơm ,1 ổ khóa ,1 hộp điều chỉnh tốc độ đánh lửa.
CHƯƠNG 5
KHAI THÁC KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE TOYOTA VIOS
5.1 Khái niệm bảo dưỡng sửa chữa ô tô.
Bảo dưỡng kỹ thuật ô tô là những hoạt động hoặc những biện pháp kỹ thuật có xu hướng làm giảm cường độ hao mòn chi tiết, phòng ngừa hỏng hóc và kịp thời phát hiện các hư hỏng nhằm duy trì tình trạng kỹ thuật tốt của ô tô trong quá trình sử dụng.
Sửa chữa ô tô là những hoạt động hoặc những biện pháp kỹ thuật có xu hướng khắc phục hư hỏng nhằm khôi phục khả năng làm việc của chi tiết, tổng thành.
5.2 Những hư hỏng của hệ thống và biểu hiện.
* Hư hỏng bộ đánh lửa có IC và bôbin:
Động cơ bị nổ ngược: khi bộ bin bị hư hỏng thì thời điểm đánh lửa sẽ lệch và nhiên liệu không bị đốt hết. Lượng nhiên liệu này sẽ đi ra ngoài theo đường ống xả. Nếu đường ống xả đang nông và có điều kiện thích hợp thì lượng nhiên liệu này có thể bị bốc cháy và gây ra hiện tượng nổ ngược.
+ Dấu hiệu của hiện tượng này là có tiếng nổ trên đường ống xả, động cơ có khói màu đen khi xả có mùi nhiên liệu và hao xăng.
+ Động cơ bị bỏ máy: lúc này, động cơ sẽ bị giảm công suất do đó một hoặc hai máy bị mất lửa khiến tốc độ động cơ không đồng đều khiến cho xe chạy có cảm giác rung giật nhất là khi tăng tốc.
+ Xe chạy bị chết máy đột ngột: đây là hiện tượng thường hay gặp do tia lửa không hoạt động nên hỗn hợp nhiên liệu không cháy và công suất hoạt động của động cơ sẽ không cao.
* Hư hỏng ECU.
- Dấu hiệu.
+ Động cơ chập chờn hoặc bị tắt đột ngột do tín hiệu kém.
+ Đèn báo lỗi động cơ phát sáng.
+ Các vấn đề về hiệu suất(giảm tải, tăng tốc kém).
+ Tốn nhiên liệu, xe khó khởi động hoặc không khởi động được.
* Hư hỏng bugi:
Khi sử dụng lâu ngày bugi có thể gặp một số hư hỏng. Những sự cố xảy ra ở bugi thường gặp như: bể đầu xứ bugi, bị mòn điện cực, bị cháy điện cực, đánh lửa không đúng trung tâm, bị muội than bám vào làm giảm khả năng đánh lửa,…
5.3 Quy trình kiểm tra và chẩn đoán
* Kiểm tra hệ thống đánh lửa ngay trên xe.
+ Mục đích: để kiểm tra xem có đánh lửa không.
+ Quy trình kiểm tra:
- Bước 1: tháo nắp đạy nắp quy lát.
- Bước 3: tháo 4 bu lông và cuộn đánh lửa.
- Bước 6: ngắt 4 giắc nối vòi phun nhiên liệu.
- Bước 7: tiếp mát cho bugi.
- Bước 8: quan sát xem có tia lửa phát ra ở đầu điện cực của bugi hay không.
Chú ý:
+ Nối mát cho bugi khi kiểm tra.
+ Thay cuộn đánh lửa khi nó đã bị va đập.
+ Không được quay khởi động động cơ lâu hơn 2 giây.
- Làm sạch các bugi. Nếu điện cực bị bám muội các bon ướt, hãy làm sạch bugi bằng máy làm sạch sau đó làm khô nó.
Lưu ý:
Chỉ dùng máy làm sạch bugi khi điện cực đã sạch dầu. Nếu điện cực có bám dầu, thì dùng xăng để làm sạch dầu trước khi dùng máy làm sạch.
* Khai thác hệ thống đánh lửa bằng thiết bị chuẩn đoán:
- Cách kết nối và lựa chọn chương trinh chẩn đoan.
Kết nối tới ô tô.
+ Nối cáp chính tới giắc kết nối DLC trên đầu của máy. Đẩy những cái lẫy trên cả hai mặt của giắc kết nối cho đến khi nghe tiếng click
+ Thực hiện sự kết nối sau khi kiểm tra vị trí của giắc cắm và thông số kỹ thuật của xe được chẩn đoán.
* Khai thác hệ thống đánh lửa trên xe vios bằng thiết bị carman scan:
+ Khi động cơ hoạt động không bình thường, có hiện tượng rung giật, ta phán đoán có hư hỏng trong hệ thống đánh lửa. Ta sử dụng máy chẩn đoán để thu hẹp phạm vi tìm kiếm và xác định lỗi.
+ Khi kết nối được với đối tượng chẩn đoán ta có bảng menu sau hiện ra. Ta chọn biểu tượng VEHICLE DIAGNOSIS.
+ Lựa chọn chức năng chẩn đoán theo mã lỗi (DIAGNOSTIC TROUBLE CODES). Máy sẽ quét các mã lỗi và đưa ra màn hình chờ.
- Khi kết nối được với đối tượng chẩn đoán ta có bảng menu sau hiện ra. Ta chọn biểu tượng VEHICLE DIAGNOSIS.
+ Khi lựa chọn biểu tượng VEHICLE DIAGNOSIS để chẩn đoán sẽ cho ra các lựa chọn sau.
+ Lựa chọn chức năng chẩn đoán theo mã lỗi (DIAGNOSTIC TROUBLE CODES). Máy sẽ quét các mã lỗi và đưa ra màn hình chờ.
+ Mã lỗi trên cho ta biết, không có tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu.
+ Ta kết luận động cơ không khởi động được là do không có tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu.
+ Tiến hành kiểm tra sửa chữa và thay thế.
+ Xoay đầu cáp đến khi nó được giữ chặt với chân kết nối.
+ Khi truy cập vào chức năng đo xung của máy menu lựa chọn của chức năng đo xung xuất hiện.
+ Trong bảng menu ta chọn chức căng cài đặt tự động (Auto setup) máy sẽ cài dặt các thông số tự động cho sự thể hiện tín hiệu xung đo được bảng lựa chọn các xung cần đo trong hệ thống 4 tín hiệu xung.
5.4. Một số lưu ý khi sử dụng thiết bị chẩn đoán trên xe ô tô.
* Các bước cơ bản xác định lỗi động cơ bằng thiết bị chuẩn đoán khi vào Garage:
- Bước 1: Thợ sửa chữa kiểm tra trạng thái làm việc của ô tô, xác định khu vực đó bằng cảm quan và kinh nghiệm ,quan sát sự chỉ thị của các đèn cảnh báo bất thường trên bảng đồng hồ chính + Bước 2: Xác định chủng loại , thế hệ xe , năm sản xuất, xác định , lựa chọn thiết bị chuẩn đoán cho phù hợp.
- Bước 3: Kết nối thiết bị chuẩn đoán với xe ( chú ý : không được rút cáp điện ắc quy trước khi xác định lỗi ), đọc ngay các lỗi đang lưu trong ECU, in hoặc lưu ra file hoặc ghi chép các lỗi ra giấy, xóa mã lỗi lưu trong ECU .
- Bước 5: Dừng xe , tắt máy , bật khóa sang điện sang nấc “ On” và đọc ngay các lỗi đang lưu trong ECU, các lỗi này sẽ là lỗi hiện hành cần sửa chữa, các lỗi không thể hiển thị trở lại có thể chỉ là lỗi ảo do lần sửa chữa trước đó chưa có hoặc do người thợ đã vô tình rút 1 giắc nối nào đó ra rồi cắm trở lại.
- Bước 6: Sửa chữa hoặc thay thế xong phần chi tiết bị hỏng , dung thiết bị xóa mã lỗi lưu trong ECU lần nữa và reset ECU trở về trạng thái ban đầu.
* Việc đọc lỗi không thành công có thể do một số lý do sau:
- Trường hợp 1: Thiết bị chuẩn đoán và ô tô không kết nối được với nhau do giao thức không phù hợp , cài đặt sai , cổng kết nối , tốc độ đường truyền không đúng
- Trường hợp 2: ECU trên xe bị cháy do đứt mạch hoặc nổ IC .
- Trường hợp 5: Do thao tác của người sử dụng đã mở chương trình đồng thời nhiều lần ( biểu hiện trên thanh công việc (taskbar ) có đến 3 hoặc 4 cửa sổ chương trình)
- Trường hợp 6: Trong trường hợp thiết bị sử dụng USB-COM có thể việc cài đặt cổng USB- COM “ảo” không đúng và chưa phù hợp .
Chú ý:
+ Khi có đèn check trên xe báo sáng phải mang xe đến garage kiểm tra và sửa chữa ngay.
KẾT LUẬN
Ngày nay, ô tô trở thành loại phương tiện không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của mỗi chúng ta. Kể từ khi chiếc xe ô tô đầu tiên ra đời, theo thời gian để đáp nhu cầu cuộc sống của con người những chiếc xe ô tô ra đời sau này ngày một tiện nghi hơn, hoàn thiện hơn, và hiện đại hơn. Một trong những hệ thống hiện đại trên ô tô và ngày càng phát triển là hệ thống đánh lửa, đây là một hệ thống mang tính hiện đại và công nghệ cao góp phần vào sự phát triển mạnh mẽ và không thể thiếu của công nghệ ô tô hiện đại. Trong đề tài này em đi sâu tìm hiểu về tính năng hoạt động của hệ thống đánh lửa trực tiếp, các nguyên lý làm việc của cảm biến góp phần trực tiếp vào sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ ô tô được ứng dụng thực tế trên ô tô ngày nay
Phần đầu đồ án trình bày được rõ ràng đặc điểm, kết cấu chung của hệ thống đánh lửa động cơ, các loại hệ thống đánh lửa hiện đại và giới thiệu sơ qua thông số kỹ thuật, loại động cơ cũng như các công nghệ thông minh được ứng dụng trên xe Toyota Vios. Phần trung tâm của đồ án đưa ra các tính toán thông số cơ bản một cách chính xác, chọn lựa các thông tin có độ chính xác cao thông qua đó tiến hành lựa chọn và thiết kế các bộ phận, chi tiết một cách có liên kết nhằm tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh. Từ đó tìm hiểu hiệu năng làm việc cũng như tìm ra các hư hỏng gặp phải của hệ thống DIS nói riêng và hệ thống đánh lửa nói chung nhằm đưa ra các biện pháp nhận biết chúng cũng như phương pháp tự kiểm tra và bảo dưỡng sơ bộ.
Qua quá trình nghiên cứu, tính toán và tìm hiểu đồ án, tôi đã nắm rõ được kết cấu của hệ thống và xác định được quy trình công nghệ, cấu tạo cũng như cách làm việc của mỗi chi tiết của hệ thống đánh lửa ứng dụng trên xe Toyota Vios. Kết quả của đồ án này có thể được dùng làm tài liệu chuyên sâu để áp dụng trên các dòng xe ở trong các nghiên cứu và thực tế khác sau này và trong các nhà xưởng chuyên đê sửa chữa ô tô.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Ths.Từ Đức Tường, Giáo Trình Động Cơ Đốt Trong, Nhà xuất bản GIAO THÔNG VẬN TẢI.
[2]. (Bosch Professional Automotive Information) Konrad Reif (eds.) - Gasoline Engine Management_ Systems and Components-Vieweg+Teubner Verlag
[3]. Tm-2019-3-91 Approach of calculating the automotive gasoline injector electromagnetic parameters
[4]. FuelSystem4GasolineEMS
[5]. PGS.TS Đỗ Văn Dũng, Điện Động Cơ.
[6]. https://www.denso.com/global/en/products-and-services/automotive-service-parts- accessories/plug/iridiumtt/productlist.html?fbclid=IwAR1HkfGV1cVRmDTuULHDiBG-XAg0ilwxhQlxkUDnptlkXJfTVSV1PMQkFzc
[7]. https://xemtailieu.com/tai-lieu/nghien-cuu-va-che-tao-xe-tu-hanh-van-chuyen-hang-hoa
[8]. http://vinhthien.com/he-thong-danh-lua-som-dien-tu.html
[9]. https://muabanoto24h.net/ecu-la-gi-trong-o-to-cau-tao-va-nguyen-ly-lam-viec-cua-ecu.
[10]. https://www.otofun.net/threads/tim-hieu-them-ve-moment-xoan-cuc-dai-va-cong-suat-lon-nhat-cua-dong-co.625907.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"