LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths CAO ĐÀO NAM
LỜI NÓI ĐẦU
Giao thông là một lónh vực quan trọng trong bất cứ thời đại nào của xã hội loài
người. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kó thuật cũng như những
tiến bộ vượt bậc trong đời sống xã hội, nhu cầu về đi lại, vận chuyển của con người
cũng tăng lên rất nhiều. Nhắc đến lónh vực giao thông vận tải, người ta không thể
không nghó ngay đến lónh vực vận tải đường bộ, là loại hình giao thông được phát
triển khá sớm. Trong điều kiện ngành công nghiệp chế tạo ô tô đã phát triển và đạt
được những thành tựu to lớn cùng với việc ứng dụng các thành tựu trên lónh vực điện
tử đặc biệt là điện tử tự động hóa thì những loại ô tô được chế tạo đã được áp dụng
nhiều hệ thống, đặc biệt là hệ thống phun xăng điện tử để đảm bảo cho xe hoạt động
ngày một tốt hơn.
Để khắc phục những nhược điểm của bộ chế hòa khí, hệ thống phun xăng được ra
đời, phát triển và không ngừng được hoàn thiện hơn nhằm hướng đến mục tiêu nâng
cao công suất của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Đối với Việt Nam, là một nước đang phát triển, lónh vực giao thông vận tải đóng
vai trò mấu chốt trong sự phát triển về mọi mặt. Với mức độ phát triển của nước ta
hiện nay, giao thông vận tải đường bộ vẫn chiếm vò thế quan trọng nhất trong lónh
vực giao thông vận tải, với hình thức vận tải bằng ô tô là chủ yếu. Ôâ tô trở nên thông
dụng hơn với người Việt Nam, từ các tập đoàn vận tải lớn của hợp tác xã nhà nước,
cũng như các doanh nghiệp vận tải tư nhân đến các cơ quan, xí nghiệp, và cả những
gia đình, cá nhân đều có thể sử dụng ô tô. Với mức độ sử dụng ô tô hiện nay, cũng
như với lượng xe hơi tiêu thụ ở thò trường nước ta như hiện nay yêu cầu một lượng
lớn những kỹ thuật viên, những người hiểu biết về ô tô. Việc hiểu và nắm rõ về sử
dụng, khai thác, bảo dưỡng, sữa chữa là những yếu tố cần thiết và quan trọng đối với
những sinh viên cơ khí ô tô.
Sau năm năm nghiên cứu học tập tại trường, với sự đào tạo, hướng dẫn của các
Thầy Cô của Trường nói chung và các Thầy Cô thuộc Khoa Cơ Khí nói riêng, được
sự quan tâm giúp đỡ từ Ban Giám Hiệu nhà trường, Ban Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí,
cùng với sự dẫn dắt của Thầy chủ nhiệm. Hôm nay, chúng em đã được trang bò
những kiến thức chuyên môn nhất đònh, đủ sức tham gia vào sản xuất và góp một
1.2 Mục tiêu của đề tài 9
1.3 Mục đích của đề tài 10
1.4 Phương pháp nghiên cứu đề tài 10
1.5 Giới hạn của đề tài 11
PHẦN NỘI DUNG
Chương 1 : Giới thiệu động cơ Toyota Camry 2007 (2AZ–FE) 12
1.1 Tổng quan 12
1.2 Một vài thông số về động cơ 2AZ-FE 13
1.3 Thành phần hệ thống điều khiển động cơ 2AZ-FE 13
1.4 Sơ đồ kết cấu của hệ thống điều khiển động cơ 2AZ-FE 19
1.5 Điều khiển động cơ 19
Chương 2 : Hệ thống điều khiển điện tử 21
2.1 Mô tả hệ thống 21
2.2 Điện cực của cảm biến 23
2.3 Cảm biến lưu lượng khí nạp 26
2.4 Cảm biến nhiệt độ khí nạp và nước làm mát 28
2.5 Cảm biến vò trí bướm ga 30
2.6 Cảm biến vò trí bàn đạp ga 33
2.7 Cảm biến vò trí trục cam và trục khuỷu 33
2.8 Cảm biến oxy 35
2.9 Cảm biến tỷ lệ không khí – nhiên liệu A/F 37
2.10 Cảm biến tốc độ xe 38
2.11 Cảm biến kích nổ 38
2.12 Một số tín hiệu khác 39
Chương 3: Bộ điều khiển trung tâm (ECU) 41
Thành phần và chức năng của từng bộ phận 41
Chương 4: Hệ thống phun xăng điện tử EFI 43
4.1 Kết cấu của hệ thống EFI 43
4.2 Các loại EFI 44
4.3 Hệ thống nhiên liệu 44
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths CAO ĐÀO NAM
BẢNG TÓM TẮT CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Các từ viết tắt Nghóa tiếng Anh Nghóa tiếng Việt
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
DOHC Double overhead camshafl Trục cam kép đặt trên
EFI Electronic Fuel injection Hệ thống phun xăng điện tử
DIS Direct Ignition System Hệ thống đánh lửa trực tiếp
ECU Electronic Control Unit Bộ điều khiển bằng điện tử
VVT-i Variable Valve Timing with
Intelligent
Thay đổi thời điểm phối khí-
thông minh
ETCS-i Electronic Throttle Control
System-intelligent
Hệ thống điều khiển bướm ga
điện tử - thông minh
IG Ignition Đánh lửa
IDL Idle Tín hiệu cầm chừng
TWC Three way catalyst Bộ trung hòa khí xả ba thành
phần
MỤC LỤC HÌNH VẼ
5
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths CAO ĐÀO NAM
Trang
Chương 1 Giới thiệu động cơ Toyota Camry 2007
Hình 1.1 Các bộ phận trong hệ thống điều khiển động cơ 2AZ-FE 12
Hình 1.2 Hệ thống phun xăng điện tử EFI 14
Hình 1.3 Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS 15
Hình 1.4 Hệ thống điều khiển tốc độ không tải ISC 16
Hình 1.5 Chẩn đoán trên ô tô 17
6
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths CAO ĐÀO NAM
Chương 3 Bộ điều khiển trung tâm ECU
Chương 4 Hệ thống phun xăng điện tử EFI
Hình 4.1 Hệ thống phun nhiên liệu điện tử EFI 43
Hình 4.2 Các loại phun nhiên liệu EFI 44
Hình 4.3 Cấu tạo bên trong của bơm nhiên liệu 45
Hình 4.4 Sơ đồ mạch điện của vòi phun nhiên liệu của động cơ 2AZ-FE 46
Hình 4.5 Vòi phun nhiên liệu 47
Hình 4.6 Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên liệu của động cơ 2AZ-FE 48
Chương 5 Hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS
Hình 5.1 Hệ thống đánh lửa trực tiếp 51
Hình 5.2 Sơ đồ mạch điện của hệ thống đánh lửa trực tiếp 53
Hình 5.3 Trình tự đánh lửa của hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS 54
Hình 5.4 Tín hiệu IGT và IGF 55
Hình 5.5 Điều khiển góc đánh lửa 56
Chương 6 Hệ thống điều khiển tốc độ không tải ISC
Hình 6.1 Hệ thống điều khiển tốc độ không tải ISC 58
Hình 6.2 Cấu tạo của mô tơ bước 59
Hình 6.3 Nguyên tắc hoạt động của mô tơ bước 60
Chương 7 Các hệ thống điều khiển khác
Hình 7.1 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống ETCS-i 61
Hình 7.2 Cấu tạo cổ họng gió 62
Hình 7.3 Sơ đồ mạch điện bộ chấp hành bướm ga 63
Hình 7.4 Mối quan hệ của các bộ phận giữ chức năng dự phòng 65
Hình 7.5 Sơ đồ hoạt động của hệ thống VVT-i 66
Hình 7.6 Cấu tạo của bộ điều khiểnVVT-i 67
Hình 7.7 Sơ đồ mạch bên trong của van điều khiển dầu OCV 67
Hình 7.8 Cấu tạo của van OCV 68
Hình 7.9 Hoạt động ở chế độ làm sớm 68
điều khiển động cơ xe Toyota Camry 2007. Mô phỏng hoạt động của các hệ thống”.
Trong phạm vi giới hạn của Đề tài, khó mà có thể nói hết được tất cả các công việc
cần phải làm để khai thác hết tính năng về phần điều khiển động cơ xe ô tô. Tuy
nhiên, đây sẽ là nền tảng cho việc lấy cơ sở để khai thác những động cơ tương tự sau
này, làm thế nào để sử dụng một cách hiệu quả nhất, kinh tế nhất trong khoảng thời
gian lâu nhất.
Xe Toyota Camry 2007
2. Mục tiêu của đề tài
9
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths CAO ĐÀO NAM
Như đã trình bày ở phần trên, mục tiêu của Đề tài này là làm thế nào để chúng ta
có thể có một cái nhìn khái quát về các công việc có thể tiến hành để khai thác có
hiệu quả nhất hệ thống điều khiển động cơ Toyota Camry 2007, cụ thể hơn ở đây là
động cơ 2AZ-FE.
Qua tìm hiểu, ta có thể nắm được tổng quan về kết cấu các bộ phận của hệ thống
điều khiển động cơ 2AZ-FE của Toyota Camry, nắm được nguyên lý làm việc của
từng hệ thống trên động cơ. Từ đó ta có thể so sánh, rút ra các kết luận và ưu nhược
điểm của động cơ 2AZ-FE.
Nhờ những hiểu biết này, những người kỹ sư về ô tô có thể đưa ra những lời
khuyên cho người sử dụng cần phải làm như thế nào để sử dụng, khai thác hệ thống
điều khiển động cơ Toyota Camry 2AZ-FE một cách hiệu quả nhất, trong thời gian
lâu nhất với tính kinh tế và năng suất cao nhất. Cuối cùng, nắm vững và khai thác
hiệu quả động cơ Toyota Camry 2AZ-FE, chúng ta sẽ có thể khai thác tốt các loại
động cơ mới hơn, được ra đời sau này và có các hệ thống tiên tiến hơn. Khai thác và
sử dụng tốt động cơ 2AZ-FE cũng là một cách để chúng ta bảo vệ môi trường sống
của chính chúng ta, bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
3. Mục đích của đề tài
Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài này, bản thân sinh viên nhận thấy đây
là một cơ hội rất lớn để có thể củng cố các kiến thức mà mình đã được học. Ngoài ra,
sinh viên còn có thể biết thêm những kiến thức thực tế mà trong nhà trường khó có
11
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths CAO ĐÀO NAM
PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG 1 :GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ TOYOTA CAMRY 2007
1.1 Tổng quan
Động cơ 2AZ-FE được sử dụng trên xe Camry 2007 của Toyota. Tính đến hiện tại,
hơn 10 triệu chiếc Camry tới tay khách hàng kể từ năm khai sinh 1983 và hầu hết
trong số đó được bán tại Mỹ.
Tính năng, chất lượng và độ an toàn cao có thể sẽ là bí quyết giúp nó kéo dài
thành công trên đất Mỹ.
Hình 1.1 Các bộ phận trong hệ thống điều khiển động cơ 2AZ-FE
12
CỤM VAN ĐIỀU KHIỂN DẦU PHỐI KHÍ TRỤC CAM
VÒI PHUN NHIÊN LIỆU
CẢM BIẾN TIẾNG GÕ
CẢM BIẾN VỊ TRÍ TRỤC CAM
CỔ HỌNG GIÓ
CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ
NƯỚC LÀM MÁT
CẢM BIẾN ÔXY
CÓ BỘ SẤY
CÔNG TẮC VỊ TRÍ ĐỖ XE TRUNG GIAN
CUỘN ĐÁNH LỬA
CẢM BIẾN TỶ LỆ KHÍ-NHIÊN LIỆU
CẢM BIẾN VỊ TRÍ TRỤC KHUỶU
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths CAO ĐÀO NAM
2AZ-FE là loại động cơ sử dụng nhiên liệu là xăng, tổng dung tích công tác là 2362
cc (tương đương gần 2.4 lít).
Giải thích về ký hiệu động cơ 2AZ-FE
Một ký hiệu động cơ của Toyota bao gồm 3 thành phần như sau:
khối lượng phun nhiên liệu để đạt được tỷ lệ không khí-nhiên liệu theo lý thuyết,
nhằm đảm bảo công suất, mức tiêu thụ nhiên liệu và mức khí xả thích hợp trong
cùng một lúc.
ECU
1
2
3
4
5
6
7
8
Hình 1.2 Hệ thống phun xăng điện tử EFI
1-Cảm biếnvò trí bướm ga, 2-Cảm biến lưu lượng khí nạp, 3-IC và bugi đánh lửa, 4- Cảm biến vò trí
trục cam, 5-Cảm biến ôxy, 6-Cảm biến vò trí trục khuỷu, 7-Cảm biến nhiệt độ nước làm mát,
8-Vòi phun
Ở các thời điểm khác, như trong thời gian hâm nóng, tăng tốc, giảm tốc hoặc các
điều kiện làm việc với tải trọng cao, ECU động cơ phát hiện các điều kiện đó bằng
các cảm biến khác nhau và sau đó hiệu chỉnh khối lượng phun nhiên liệu nhằm đảm
bảo một hỗn hợp không khí-nhiên liệu thích hợp nhất ở mọi thời điểm.
b.Hệ thống DIS (đánh lửa trực tiếp)
14
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths CAO ĐÀO NAM
Hệ thống DIS phát hiện các điều kiện của động cơ căn cứ vào các tín hiệu do các
cảm biến khác nhau cung cấp, và điều khiển các bugi đánh lửa ở thời điểm thích
hợp.
Căn cứ vào tốc độ và tải trọng của động cơ, DIS điều khiển chính xác thời điểm
đánh lửa lửa để động cơ tăng công suất, làm sạch khí xả và ngăn chặn kích nổ một
cách hiệu quả.
ECU
9
Hình 1.4 Hệ thống điều khiển tốc độ không tải ISC
1- Cảm biến vò trí bướm ga, 2- Máy khởi động, 3-Công tắc vò trí đỗ xe trung gian, 4-Cảm biến tốc độ
xe, 5-Phụ tải điện, 6-Điều hòa nhiệt độ, 7- Cảm biến nước làm mát, 8-Cảm biến vò trí trục khuỷ,
9- Mô tơ điều khiển mở bướm ga
d.Hệ thống chẩn đoán
ECU động cơ có một hệ thống chẩn đoán. ECU luôn luôn giám sát các tín hiệu
đang được chuyển vào từ các cảm biến khác nhau. Nếu nó phát hiện một sự cố với
một tín hiệu vào, ECU sẽ ghi sự cố đó dưới dạng của những DTC (Mã chẩn đoán hư
hỏng) và làm sáng MIL (Đèn báo hư hỏng). Nếu cần ECU có thể truyền tín hiệu của
các DTC này bằng cách nhấp nháy đèn MIL hoặc hiển thò các DTC hoặc các dữ liệu
khác trên màn hình của máy chẩn đoán cầm tay.
Các chức năng chẩn đoán phát ra các DTC và các dữ liệu về một sự cố trên một
máy chẩn đoán có dạng tiên tiến và hoàn chỉnh cao của hệ thống điện tử.
16
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths CAO ĐÀO NAM
Hình 1.5 Chẩn đoán trên ô tô
e.Các hệ thống điều khiển khác
Ở trên động cơ, ECU động cơ còn có thể điều khiển các hệ thống điều khiển khác
như VVT-i (thời điểm phối khí thay đổi thông minh), ETCS-i (hệ thống điều khiển
bướm ga điện tử thông minh), hệ thống điều khiển điều hòa không khí, điều khiển
quạt làm mát, hệ thống điều khiển khí nạp và một số hệ thống phụ khác …
1
ECU
2
3
4
5
6
Hình 1.6 Hệ thống điều khiển thay đổi phối khí thông minh VVT-i
Vòi phun No.3
Vòi phun No.4
c
DIS
IC đánh lửa
Các bugi
Rơle mở mạch
Bộ sấy cảm biến oxy
ISC (Van điều khiển tốc độ
không tải)
Đèn báo kiểm tra động cơ
Ắc quy
Rơle EFI chính
VG
G
NE
THW
VTA
STA
SPD
OX
NSW
A/C
KNK
T
BATT
#10
#30
IGT
IGF
nghệ, nó đã làm nền tảng cho việc ra đời của các hệ thống điều khiển động cơ xe
Toyota Camry (2AZ-FE) nhằm giải quyết được các vấn đề như công suất, suất tiêu
hao nhiên liệu và đặc biệt là sự ô nhiễm không khí do khí thải động cơ thải ra.
c.Tiêu chí đặt ra
• Chống ô nhiễm môi trường.
• Tính kinh tế nhiên liệu.
• Tăng công suất động cơ.
20
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths CAO ĐÀO NAM
CHƯƠNG 2
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ
2.1 Mô tả
Hệ thống điều khiển động cơ gồm các cảm biến, ECU động cơ, và các bộ chấp
hành. Chương này giải thích các cảm biến (các tín hiệu), sơ đồ mạch điện và và các
điện áp cực của cảm biến.
Các chức năng của ECU động cơ được chia thành điều khiển EFI, điều khiển DIS,
điều khiển ISC, chức năng chẩn đoán, các chức năng an toàn, dự phòng và các chức
năng khác.
Hình 2.1Hệ thống điều khiển điện tử của động cơ
Mạch nguồn
Mạch nguồn là các mạch điện cung cấp điện cho ECU của động cơ. Các mạch điện
này bao gồm khoá điện, rơle chính EFI v.v.
Khi bật khóa điện ON, điện áp dương ắc quy được cấp đến cực IGSW của ECU.
Tín hệu ra từ cực MREL của ECU làm cho dòng điện chạy đến cuộn dây, đóng các
tiếp điểm của hộp đầu nối khoang động cơ (Rơle EFI) và cấp nguồn đến một trong
các cực +B hay +B2 của ECU.
21
ECU
Cảm biến
Cảm biến
BATT
+B,+B2
VC
R
Hình 2.3 Sơ đồ mạch ra VC
22
Khóa điện
Ắc quy
Cầu chì EFI
Rơle EFI
Cảm biến vò trí bướm ga, cảm
biến vò trí bàn đạp ga ….
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ,
Cảm biến nhiệt độ khí nạp .,
Mạch điện áp
không đổi 5V
Bộ vi xử
lý
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths CAO ĐÀO NAM
Khi mạch VC bò ngắn mạch, bộ vi xử lí trong ECU và các cảm biến được cấp
nguồn qua mạch VC bò vô hiệu hóa vì điện áp nguồn không cấp được cho mạch VC.
Dưới điều kiện này, hệ thống không khởi động được và đèn MILL sẽ không sáng
thậm chí nếu hệ thống bò hư hỏng (Dưới điều kiện bình thường, MILL sáng lên trong
vài giây khi lần đầu tiên chuyển lên vò trí ON. Đèn MILL tắt khi động cơ nổ máy) .
Thí dụ : Mạch ra VC của cảm biến vò trí bướm ga và cảm biến vò trí bàn đạp ga.
VC
VTA
VTA2
E2
mà ECU động cơ có thể phát hiện. Có nhiều loại tín hiệu cảm biến, nhưng có 5 loại
phương pháp chính để biến đổi thông tin thành điện áp. Hiểu đặc tính của các loại
này để có thể xác đònh trong khi đo điện áp ở cực có chính xác hay không.
a. Dùng điện áp VC (VTA , VPA)
Một điện áp không đổi 5V(Điện áp VC) để điều khiển bộ vi xử lý ở bên trong ECU
động cơ bằng điện áp của ắc quy. Điện áp không đổi này, được cung cấp như nguồn
23
Cảm biến vò
trí bướm ga
Cảm biến
vò trí bàn
đạp ga
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: Ths CAO ĐÀO NAM
điện cho cảm biến, là điện áp cực VC. Sau đó cảm biến này thay góc mở bướm ga đã
được phát hiện bằng điện áp thay đổi giữa 0 và 5V để truyền tín hiệu đi.
IC Hall
VTA1
VTA2
VC
ECU
E2
Hình 2.5 Cảm biến vò trí bướm ga dùng điện áp VC
b. Dùng một nhiệt điện trở
Giá trò điện trở của nhiệt điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Vì vậy các nhiệt điện trở
được sử dụng trong các thiết bò như cảm biến nhiệt độ nước và cảm biến nhiệt độ khí
nạp, để phát hiện các thay đổi của nhiệt độ.
THW
ETHW
5V
d. Sử dụng nguồn điện khác cho ECU động cơ
ECU động cơ xác đònh xem một thiết bò khác đang hoạt động hay không bằng cách
phát hiện điện áp được đặt vào khi một thiết bò điện khác đang hoạt động.
ECU
Hình 2.7 Mạch điện của đèn phanh
Hình minh họa: khi công tắc bật ON, điện áp 12V của ắc quy được đặt vào cực ECU
động cơ, và khi công tắc này bò ngắt OFF, điện áp sẽ là 0V.
25
Bộ vi xử lý
Ắc quy
Đèn
phanh
Công tắc đèn
phanh
Copyright: Tài liệu đại học ©