(Đồ án tốt nghiệp) nghiên cứu, thiết kế thiết bị giả lập tín hiệu kiểm tra hệ thống điều khiển động cơ ô tô

Mục đích thực hiện đề tài

Ngày nay ô tô là phương tiện được sử dụng rộng rãi và thông dụng, do nền công nghiệp đang phát triển mạnh nên các trang thiết bị và hệ thống trên xe cũng được cải tiến rất nhiều nhằm đảm bảo độ tin cậy đối với người tiêu dùng Thực tế hiện nay mật độ ô tô di chuyển trên đường ngày càng cao, các lỗi về điều khiển động cơ ngày càng cao Điều này đang trong tình trạng báo độngvì thế hiện nay hệ thống điều khiển động cơ ngày càng cải tiến, tiêu chuẩn về hệ thống điều khiển động cơ được kiểm tra nghiêm ngặt.

Hệ thống điều khiển động cơ có vai trò quan trọng trong quá trình hoạt động của động cơ và di chuyển ô tô, đảm bảo an toàncho người sử dụng khi lưu thông trên đường.

Ngày nay hệ thống điều khiển động cơ đang phát triển đa dạng về chủng loại và cấu tạo, để đáp ứng được yêu cầu sửa chữa tốt thì người kỹ sư phải được đào tạo một cách khoa học,bài bản có hệ thống để đáp ứng nhu cầu hiện nay Trong đó việc tham khảo tài liệu giúp người kỹ sư có cơ sở và thông sốkỹ thuật trong quá trình sửa chữa

Thực hành thực tế giúp người kỹ sư tự tin khi bước vào nghề do đó nhóm chúng em quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế thiết bị giả lập tín hiệu kiểm tra hệ thống điều khiển động cơ ô tô’’.

Mục tiêu nghiên cứu

- Tìm hiểu tổng quát về hệ thống điều khiển động cơ ô tô

- Nhóm chúng em có ý tưởng thiết kế một thiết bị có thể chuẩn đoán chính, tiết kiệm thời gian cho việc bảo dưỡng và sửa chữa ô tô

- Nghiên cứu chế tạo ra thiết bị giả lập tín hiệu kiểm tra hệ thống điều khiển

Dựa vào cơ sở những kiến thức đã được học ở trường, cộng với sự tìm tòi, học hỏi những kiến thức mới Nhóm sinh viên chúng em đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị giả lập tín hiệu kiểm tra hệ thống điều khiển điện tử ô tô để giúp việc bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống điều khiển ô tô trở nên nhẹ nhàng và nhanh chóng.

Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

- Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình.

- Đối tượng nghiên cứu: lĩnh vực công nghệ kĩ thuật ô tô Việc giao tiếp giữa con người với ô tô, nắm bắt tình trạng của độngcơ ô tô.

Phương pháp nghiên cứu

Sinh viên thực hiện: Trần Quang Tuyến GVHD: ThS Đỗ Phú Ngưu 2

Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài, chúng em đã sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: nghiên cứu tài liệu, thông tin khác nhau bằng cách phân tích chúng thành từng bộ phận để tìm hiểu sâu sắc về đối tượng

Sau đó liên kết từng nội dung đã phân tích tạo ra một hệ thống lý thuyết mới đầy đủ và chính xác hơn

- Phương pháp phân loại và hệ thống hoá lý thuyết: sắp xếp các tài liệu có tính khoa học theo từng tiêu đề, đề mục có liên quan đến đề tài nghiên cứu

- Tra cứu thông tin trên mạng Internet, các trang Webside So sánh và chọn lọc để sử dụng các thông tin có liên quan, cần thiết và đáng tin cậy.

B ố cục thuyết minh

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 3 CHẾ TẠO THIẾT BỊ

Chương 4 KẾT QUẢVÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

TỔNG QUAN

Xu hướng phát triển

Trong vòng 20 năm trở lại đây, công nghiệp ô tô đã có những sự thay đổi lớn lao Đặc biệt hệ thống điện và điện tử trên ô tô đã có những bước phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng các 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 ô tô Ngày nay chiếc ô tô là một hệ thống phức tạp bao gồm cơ khí và điện tử.Tuy nhiên có thể dễ dàng thấy rằng các thiết bị điện tử đang dần thay thế các thiết bị cơ và thuỷ lực trong các thế hệ xe hơi này.Trên hầu hết các hệ thống điện ô tô đều có mặt các bộ vi xử lí để điều khiển các quá trình của hệ thống Các hệ thống mới lần lượt ra đời và được ứng dụng rộng rãi trên các loại xe, từ các hệ thống điều khiển động cơ và hộp số cho đến các hệ thống an toàn và tiện nghi trên ô tô Điển hình như hệ thống đánh lửa điện tử đã thay cho hệ thống đánh lửa điều khiển bằng vít lửa, bộ chế hoà khí đã được thay bằng hệ thống phun xăng điện tử

Sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô gắn liền với sự phát triển của các chíp xử lý những tiến bộ của ngành công nghiệp cảm biến và những thành tựu trong lĩnh vực truyền thông.

Trên các ô tô hiện đại ngày nay, để đảm bảo an toàn cũng như tiết kiệm nhiên liệu cho động cơ thì hầu hết các động cơ đều được điều khiển hoàn toàn bằng một hệ thống điện tử, hệ thống điều khiển này gọi là hệ thống điều khiển động cơ, trong đó ECU có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến và điều khiển động cơ thông qua các bộ chấp hành được gắn trên động cơ Hệ thống này giúp xe vận hành một cách êm ái, tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải độc hại gây ô nhiễm môi trường.

Trên thế giới hiện nay, nhiều nước châu Âu hướng đến tiêu chuẩn khí thải (EURO

5, EURO 6) hạn chế gây hại ô nhiễm môi trường Chính vì lẽ đó, ECU đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc làm giảm khí thải, một cách phổ biến nhất hiện nay như là việc ô tô được trang bị thêm bộ hoá khử (TWC –Three way catalyst), bộ hoá khử này sẽ hoạt động cao nhấtở tỷ lệ hoà khí lý tưởng, thông qua cảm biến Oxy xác định phần hoà khí tức thời trong khí nạp gửi tín hiệu về ECU nhằm điều chỉnh tỷ lệ hoà khí thích hợp ở từng điều kiện nhất định.

Chúng ta phải tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các cảm biến gắn trên động cơ xem chúng hoạt động thế nào, vị trí cũng như cấu tạo của cảm biến, thông qua đó sẽ xác định phương pháp kiểm tra các cảm biến, khắc phục các sự cố do các cảm biến gây ra.

Quá trình ra đời và phát triển của hệ thống điều khiển động cơ [2]

Vào thếkỷ 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 hiệu quả Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ này là dầu hoả nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp) Tuy nhiên, 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 năm

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 hút nên có tên gọi là K – Jetronic (K – Konstant – liên tục, J – Jetronic – phun) K – Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển các hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE – Jetronic, Mono – Jetronic, L –Jetronic, Jetronic, Motronic…

Tên tiếng Anh của K – Jetronic CIS (Continuous injection system) đặc trưng cho các hãng xe Châu Âu và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K –Jetronic với với các 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 hai loại: hệ thống L – Jetronic (lượng nhiên liệu phun được xác định bằng cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D – Jetronic (lượng nhiên liệu phun được xác định dựa vào áp suất trên đường ống nạp). Đến năm 1984, người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thống phun xăng L – Jetronic và D – Jetronic trên các xe hãng TOYOTA (dùng với động cơ 4A –ELU) Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L –Jetronic thay cho bộ chế hoà khí của xe Nissan Sunny

Song song với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình (ESA –Electronic Spark Advance) cũng được đưa vào sử dụng vào những năm đầu thập kỷ 80 Sau đó, vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS –Direct Ignitinon System) ra đời, cho phép không sử dụng delco và hệ thống này đã có mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới.

Ngày nay, gần như hầu hết tất cả ô tô đều được trang bị hệ thống điều khiển động cơ, cả động cơ xăng và động cơ 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

Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời Đó là động cơ phun xăng trực tiếp GDI (Gasoline Direct Injection) Trong tương lai gần, chắc chắn GDI sẽ được sử dụng rộng rãi.

Phân loại và ưu điểm

Các hệ thống điều tự động trên ô tô ngày nay rất đa dạng, sử dụng nhiều loại cảm biến và cơ cấu chấp hành khác nhau Chúng có cấu tạo và nguyên lý làm việc khá phức tạp, các cảm biến có dạng tín hiệu đa dạng, các cơ cấu chấp hành lại đòi hỏi dạng tín hiệu điều khiển khác nhau

Hệ thống phun nhiên liệu có thể được phân loại theo nhiều kiểu

Nếu phân biệt theo cấu tạo kim phun ta có hai loại:

- Loại CIS (Continuous Injection System): Đây là kiểu sử dụng kim phun cơ khí, gồm bốn loại cơ bản:

+ Hệ thống K – Jetronic: việc phun nhiên liệu được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí.

+ Hệ thống K –Jetronic có cảm biến khí thải: có thêm một cảm biến oxy.

+ Hệ thống KE –Jetronic: hệ thống K-Jetronic với mạch điều chỉnh áp lực phun bằng điện tử.

+ Hệ thống KE – Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng điện tử.

- Loại AFC (Air Flow Controlled Fuel Injection)

Sử dụng kim phun điều khiển bằng điện Hệ thống phun xăng với kim phun điện có thể chia làm hai loại chính:

+ D-Jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất): với lượng xăng phun được xác định bởi áp suất sau cánh bướm ga bằng cảm biến MAP (Manifold absolute pressure sensor)

+ L-Jetronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là không khí): với lượng xăng phun được tính toán dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió loại cánh trượt Sau đó có các phiên bản: LH – Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt, LU – Jetronic với cảm biến gió kiểu siêu âm…

Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC được chia làm hai loại:

- Loại TBI (Throttle Body Injection) –phun đơn điểm

Hệ thống này còn có các tên gọi khác như: SPI (single point injection), CI (central injection), Mono –Jetronic Đây là loại phun trung tâm Kim phun được bố trí phía trên cánh bướm ga và nhiên liệu được phun bằng một hay hai kim phun Nhược điểm của hệ thống này là tốc độ dịch chuyển của hòa khí tương đối thấp do nhiên liệu được phun ở vị trí xa xupap hút và khả năng thất thoát trên đường ống nạp Loại MPI (Multi Point Fuel Injection) - phun đa điểm Đây là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xylanh được bố trí gần supap hút (cách khoảng 10 – 15 mm) Ống góp hút được thiết kế sao cho đường đi của không khí từ bướm ga đến xylanh khá dài, nhờ vậy, nhiên liệu phun ra được hòa trộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc Nhiên liệu cũng không còn thất thoát trên đường ống nạp Hệ thống phun xăng đa điểm ra đời đã khắc phục được các nhược điểm cơ bản của hệ thống phun xăng đơn điểm Tùy theo cách điều khiển kim phun, hệ thống này có thể chia làm ba loại chính:

- Phun độc lập hay phun từng kim (Independent injection)

- Phun đồng loạt (Simultaneous injection)

Nếu căn cứ vào đối tượng điều khiển theo chương trình, người ta chia hệ thống điều khiển động cơ ra ba loại chính: chỉ điều khiển phun xăng (EFI – electronic fuel injection theo tiếng Anh hoặc Jetronic theo tiếng Đức), chỉ điều khiển đánh lửa (ESA – electronic spark advance) và loại tích hợp tức điều khiển cả phun xăng và đánh lửa (hệ thống này có nhiều têngọi khác nhau: Bosch đặt tên là Motronic, Toyota có tên (TCCS– Toyota Computer Control System), Nissan gọi tên là (ECCS – Electronic Concentrated Control System…) Nhờ tốc độ xử lý của CPU khá cao, các hộp điều khiển động cơ đốt trong ngày nay thường gồm cả chức năng điều khiển hộp số tự động và quạt làm mát động cơ.

Nếu phân biệt theo kỹ thuật điều khiển ta có thể chia hệ thống điều khiển động cơ làm hai loại: Analog và Digital Ở những thế hệ đầu tiên xuất hiện từ 1979 đến 1986, kỹ thuật điều khiển chủ yếu dựa trên các mạch tương tự (Analog) Ở các hệ thống này, tín hiệu đánh lửa lấy từ âm bobine được đưa về hộp điều khiển để, từ đó, hình thành xung điều khiển kim phun Sau đó, đa số các hệ thống điều khiển động cơ đều được thiết kế, chế tạo trên nền tảng của các bộ vi xử lý (digital).

1.3.2 Ưu điểm của hệ thống phun xăng

Hệ thống phun xăng điện tử được trang bị các cảm biến để nhận biết chế độ hoạt động của động cơ (các Sensors) và bộ điều khiển trung tâm (Computer) để điều khiển chế độ hoạt động của động cơ ở điều kiện tối ưu nhất Vì vậyHệ thống phun xăng có nhiều ưu điểm hơn bộ chế hòa khí là:

- Dùng áp suất làm tới xăng thành những hạt bụi sương hết sức nhỏ

- Phân phối hơi xăng đồng đều đến từng xylanhmột và giảm thiểu xu hướng kích nổ bởi hoà khí loãng hơn

- Động cơ chạy không tải êm dịu hơn

- Tiết kiệm nhiên liệu nhờ điều khiển được lượng xăng chính xác, bốc hơi tốt, phân phối xăng đồng đều

- Giảm được các khí thải độc hại nhờ hoà khí loãng

- Mômen xoắn của động cơ phát ra lớn hơn, khởi động nhanh hơn, sấy nóng máy nhanh và động cơ làm việc ổn định hơn

- Tạo ra công suất lớn hơn, khả năng tăng tốc tốt hơn do không có họng khuếch tán gây cản trở động cơ như bộ chế hoà khí

- Hệ thống đơn giản hơn bộ chế hoà khí điện tử vì không cần đến cánh bướm gió khởi động, không cần các vít hiệu chỉnh

- Gia tốc nhanh hơn nhờ xăng bốc hơi tốt hơn lại được phun vào xylanh tận nơi

- Đạt được tỉ lệ hoà khí dễ dàng

- Duy trì được hoạt động lý tưởng trên phạm vi rộng trong các điều kiện vận hành

- Giảm lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường

1.3.3 Ưu điểm của hệ thống đánh lửa ESA

- Góc ngậm điện luôn được điều chỉnh theo tốc độ động cơ và hiệu điện thế Accu, đảm bảo hiệu điện thế thứ cấp có giá trị cao ở mọi thời điểm

- Động cơ khởi động dễ dàng, cầm chừng êm dịu, tiết kiệm nhiên liệu và giảm sự độc hại của khí thải

- Góc đánh lửa sớm được điều chỉnh tối ưu cho từng chế độ hoạt động của động cơ

- Công suất và đặc tính động học của động cơ được cải thiện rõ rệt

- Có khả năng điều khiển chống kích nổ cho động cơ

- Ít bị hư hỏng, có tuổi thọ cao và không cần bảo dưỡng

Hệ thống điều khiển động cơ ô tô

Hệ thống điều khiển bao gồm: ngõ vào (Input) với chủ yếu là các cảm biến; Bộ điều khiển trng tâm ECU là bộ não của hệ thống; Ngõ ra (Output) bao gồm các cơ cấu chấp hành (Actuators) như: kim phun, đánh lửa…

Cảm biến liên tục kiểm soát tình trạng của động cơ và báo về cho bộ điều khiển ECU biết Từ đó ECU sẽ tính toán, xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành.

Chương trình điều khiển động cơ được nhà chế tạo viết và cài đặt sẵn trong bộ nhớ của ECU Tuỳ thuộc vào từng chế đọ làm việc hay tình trạng của động cơ mà ECU sẽ tính toán dựa trên chương trình sẵn có để đưa ra những tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành sao cho động cơ làm việc tối ưu.

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ [4]

1.4.1 Bộ điều khiển động cơ

- Về cơ bản, có 3 yếu tố quan trọng đảm bảo quá trình vận hành hiệu quả của xe ô tô, bao gồm: hỗn hợp hoà khí, nén tốt và đánh lửa tốt Nhằm tạo ra quy trình hoà khí và đánh lửa đúng thời điểm, phải cần đến sự hỗ trợ của hệ thống điều khiển động cơ ô tô.

- Bộ điều khiển động cơ bao gồm 3 thành phần chính, được kết nối với nhau bằng một hệ thống dây dẫn điện Thứ nhất, là các thiết bị cảm ứng đầu vào, thứ hai là các bộ phận chấp hành (thiết bị đầu ra) như kim phun, IC đánh lửa …Thứ ba là máy tính điều khiển động cơ, hay còn gọi là ECU động cơ.

Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc điều khiển động cơ

- Bộ điều khiển động cơ hoạtđộng theo nguyên lý “vòng khép kín’’ khá đơn giản, kết hợp trình tự các chức năng của 3 thành phần chính Cụ thể ECU động cơ giữ vai trò tiếp nhận và xử lý các tín hiệu cảm biến đầu vào, sau đó truyền tín hiệu này đến các bộ phận chấp hành ở đầu ra Nhờ đó, toàn bộ hệ thống động cơ sẽ được điều khiển theo quy trình nhất định và hoạt động chính xác.

1.4.2 Bộ xử lí trung tâm ECU

- ECU là viết tắt của cụm từ Electronic Control Unit nghĩa là bộ điều khiển điện tử, hay ngôn ngữ riêng của người thợ còn gọi nó là “hộp đen’’, nó như một máy tính, hay “bộ não’’ để điều khiển sự hoạt động của hệ thống Ban đầu ECU được sử dụng để điều khiển động cơ, về sau ECU được sử dụng rất nhiều trên ô tô để điều khiển cho nhiều hệ thống khác trên xe đảm bảo sự hoạt động chínhxác, hiệu quả, tăng sự tiện nghi và sự an toàn của chiếc xe

- Bộ điều khiển trung tâm ECU là một vi mạch tổ hợp cỡ lớn dùng để nhận biết tín hiệu, tính toán, lưu trữ thông tin, quyết định chức năng hoạt động và gửi các tín hiệu điều khiển thích hợp đến các cơ cấu chấp hành.

- ECU được đặt trong vỏ kim loại để giải nhiệt tốt và được bố trí ở nơi ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm Các linh kiện điện tử của ECU được sắp xếp trong một mạch in Các linh kiện công suất của tầng cuối, nơi điều khiển các cơ cấu chấp hành được gắn với khung kim loại của ECU với mục đích giải nhiệt Sự tổ hợp các chức năng trong IC (bộ tạo xung, bộ chia xung, điều khiển việc chia tần số) giúp ECU đạt độ tin cậy cao.

Hình 1.3 Cấu tạo bộ điều khiển ECU [5]

Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc cơ bản của ECU [6]

ECU cấu thành từ 3 bộ phận chính: bộ nhớ ECU, bộ vi xử lí CPU (bộ não của ECU) và đường truyền BUS.

- Bộ vi xử lí (Micoprocessor):

Từ việc tiếp nhận thông tin tín hiệu ở các cảm biến trên động cơ thông qua các bộ nhớ trong ECU, tín hiệu lập tức gửi đến bộ vi xử lí, lúc này nó có chức năng tính toán và đưa ra mệnh lệnh cho bộ phận chấp hành thích hợp Có thể nói đây là bộ phận quan trọng nhất của ECU.

Dùng để chuyển các lệnh và số liệu trong ECU Có thể hiểu nôm na rằng để thông tin có thể truyền từ bộ vi xử lý gửi đến các cơ cấu chấp hành nhanh nhất có thể.

+ Bao gồm 4 phần đảm nhiệm chức năng riêng biệt: RAM, ROM, PROM, KAM. + ROM (Read Only Memory): Dùng trữ thông tin thường trực Bộ nhớ này chỉ đọc thông tin đã được lập trình sẵn, chứ không thể ghi vào được Do đó, ROM chính là nơi cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý.

+ RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, dùng để lưu trữ thông tin mới được ghi trong bộ nhớ và xác định bởi vi xử lý RAM có thể đọc và ghi các số liệu theo địa chỉ bất kỳ.

+ PROM (Programmable Read Only Memory): Cấu trúc cơ bản giống như ROM nhưng cho phép lập trình (nạp dữ liệu) ở nơi sử dụng chứ không phải nơi sản xuất như ROM PROM cho phép sữa đổi chương trình điều khiển theo những đòi hỏi khác nhau.

+ KAM (Keep Alive Memory): KAM dùng để lưu trữ những thông tin mới (những thông tin tạm thời) cung cấp đến bộ vi xử lý KAM vẫn duy trì bộ nhớ cho dù động cơ ngưng hoạt động hoặc tắt công tắc máy Tuy nhiên, nếu tháo nguồn cung cấp từ Ắc quy đến máy tính thì bộ nhớ KAM sẽ bị mất.

1.4.3 Các tín hiệu đầu vào

Giới thiệu hệ thống điều khiển động cơ của hãng Vinfast

Các dòng xe VinFast được trang bị bộ điều khiển động cơ ô tô hiện đại, kết hợp giữa nhiều bộ phận cảm biến thực hiện từng chức năng khác nhau.

Hệ thống điều khiển động cơ ô tô Vinfast

Dung dịch nước làm mát: bao gồm nước và các chất phụ gia theo quy định của nhà sản xuất Cảm biến nước làm mát được trang bị trên các dòng xe VinFast đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tín hiệu về ECU, giúp bộ điều khiển động cơ ô tô có thể xử lý quá trình đánh lửa và phun nhiên liệu phù hợp Ngoài ra, trong quá trình sử dụng, cần đảm bảokiểm tra và thêm nước làm mátcho xe, giúp cảm biến hoạt động hiệu quả hơn.

Kiểm tra tốc độ xe thông qua đồng hồ taplo:bộ phận cảm biến tốc độ sẽ nhận biết tốc độ thực của xe khi di chuyển trên đường và truyền thông tin qua đồng hồ taplo và ECU ECU sử dụng thông tin này để điều chỉnh hệ thống ISC và tỷ lệ không khí - nhiên liệu

Các thông số khác trên màn hình thông tin lái:Hệ thống cảm biến tốc độ xe được gắn tại 4 bánh xe, giúp đo đạc chính xác tốc độ di chuyển của ô tô và truyền về cho mô- đun điều khiển trung tâm Thông tin này sẽ kích hoạt các bộ phận và hiện cảnh báo chống bó cứng phanh ABS trên màn hình Đồng thời, ECU sẽ tác động trực tiếp đến bơm ABS, tiến hànhngắt - nhả phanh liên tục để đảm bảotính năng an toàn

Hình 1.7 Bộ điều khiển động cơ ô tô Vinfast trang bị nhiều thiết bị cảm biến quan trọng [8]

Bên cạnh đó, các dòng xe VinFast còn được bố trí những bộ phận cảm biến như: cảm biến lực phanh và cảm biến bàn đạp hỗ trợ cho hệ thống phanh khẩn cấp BA, cảm biến áp suất phanh/lốp và góc lái hỗ trợ cho hệ thống cân bằng điện tử ESC, cảm biến đỗxe… nhằm mang lại sự tiện nghi, an toàn cho người ngồi trên xe

Bộ điều khiển động cơ ô tôgiống như một “cỗ máy” bắt buộc được trang bị trên mọi dòng xe Các hãng xe ngày nay luôn cố gắng đẩy mạnh cải tiến các bộ phận, trang bị thêm nhiều bộ phận cảm biến mới nhằm thu thập đầy đủ thông tin trong quá trình xe vận hành VinFast cũng là một trong những đơn vị đi đầu trong nhiệm vụ nâng cấp các tính năng vượt trội của hệ thống điều khiển trung tâm.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cảm biến

2.1.1 Định nghĩa về cảm biến

Cảm biến (Sensor) được định nghĩa là cơ cấu cảm nhận sự biến đổi các đại lượng cơ học, nhiệt học, quang học hoá học,… (gọi chung là các đại lượng hoá lý) và các đại lượng không có tính chất điện khác cần đo và biến đổi giá trị, quy luật của chúng thành các đại lượng điện có thể đo và xử lý được Các đại lượng cần đo (đại lượng hoá lý, đại lượng không có tính chất điện) gọi là đầu vào (còn gọi là yếu tố kích thích)

Các cảm biến có vai trò xác định thông tin và hoạt động của động cơ cũng như các thông tin về môi trường bên ngoài có liên quan đến sự hoạt động của động cơ, những thông tin này ở dạng các tín hiệu điện áp (Electric Signal) được cảm biến gửi về bộ vi xử lí thông qua thiết bị giao tiếp đầu vào (khuếch đại, chuyển đổi A/D…)

- Cảm biến trục khuỷu (NE): có chức năng kiểm soát số vòng quay của trục khuỷu và truyền thông tin đến ECU ECU tận dụng thông tin này để xác định vị trí tương đối của trục khuỷu, điều chỉnh thời điểm đánh lửa và phun nhiên liệu một cách phù hợp Mặt khác, bộ xử lí trung tâm cũng sử dụng thông tin này để điều chỉnh quá trình đóng mở của mô- tơ.

- Cảm biến trục cam (G): Cung cấp thông tin về thời điểm đóng-mở của xupap cho ECU nhằm điều chỉnh thời điểm đánh lửa và phun nhiên liệu phù hợp

- Cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF): ECU sử dụng thông tin về lượng khí nạp đi vào động cơ từ bộ phận cảm biến để điều chỉnh hỗn hợp nhiên liệu nếu cần thiết.

- Cảm biến áp suất chân không (MAP):

- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW): Kiểm soát nhiệt độ của động cơ và truyền thông báo đến ECU ECU sẽ sử dụng thông tin này để điều chỉnh các chức năng như kiểm soát lượng khí thải, đánh lửa, phun nhiên liệu.

- Cảm biến nhiệt độ khí nạp (THA):

- Cảm biến vị trí bướm ga (TPS): Thu thập thông tin về độ mở của bướm ga và truyền tín hiệu về bộ xử lí trung tâm

- Cảm biến vị trí bàn đạp ga (APS)

- Cảm biến oxi (OXY): Giữ vai trò theo dõi lượng Oxy có trong khí thải và truyền tín hiệu về ECU Tiếp đến ECU sử dụng thông tin này để điều chỉnh lượng tỷ lệ Oxy trong nhiên liệu Nhờ có bộ phận cảm biến ô xy, lượng khí thải thoát ra bên ngoài sẽ được giảm thiểu và hạn chế tình trạng tiêu tốn nhiên liệu khi xe di chuyển.

- Cảm biến tiếng gõ (KNK): Theo dõi rung động khi có hiện tượng kích nổ xảy ra ECU sử dụng thông tin này và điều chỉnh quá trình đánh lửa, nhằm hạn chế hiện tượng kích nổ ngay bên trong động cơ.

- Cảm biến tốc độ xe (VSS): Kiểm soát tốc độ xe và truyền thông tin về ECU, làm cơ sở để ECU điều chỉnh khoá biến mô của hộp số tự động.

Các cảm biến nói chung được phân loại theo các tiêu chí khác nhau:

- Theo nguyên lí biến đổi đầu vào –đầu ra, có các kiểu: Nhiệt –điện, quang –điện, từ - điện, hoá –điện.

- Theo dạng kích thích có các kiểu:

+ Âm thanh: Biên pha; phân cực; phổ; tốc độ truyền song;…

+ Điện: Điện tích, dòng điện, điện thế, điện áp, điện trường (biên, pha, phân cực, phổ), điện dẫn, hằng số điện môi…

+Từ: Từ trường (biên, pha, phân cực, phổ); từ thông, cường độ từ trường, dộ từ thẩm,…

+ Quang: Biên, pha, phân cực, phổ, tốc độ truyền, hệ số phát xạ, khúc xạ, hệ số hấp thụ, hệ số bức xạ…

+ Cơ học: Vị trí, lực, áp suất, gia tốc, vận tốc, tốc độ quay, ứng suất, tốc độ cứng, mômen, khối lượng, tỷ trọng, vận tốc lưu chất, độ nhớt…

+ Nhiệt: Nhiệt độ, thông nhiệt, nhiệt dung, tỷ nhiệt…

+ Bức xạ: Kiểu bức xạ, năng lượng bức xạ, cường độ bức xạ…

- Theo tính năng và đặc tính có các kiểu theo: Độ nhạy, độ chính xác, độ phân dải, độ chọn lọc, độ tuyến tính, công suất tiêu thụ, dải tần, độ trễ, khả năng quá tải, tốc độ đápứng, độ ổn định, tuổi thọ, điều kiện môi trường sử dụng, kích thước và trọng lượng.

- Tuy nhiên để dễ dàng hơn, các cảm biến trên ô tô có thể được phân chia thành 3 kiểu:

+ Kiểu chỉ thị/ hành động

+ Kiểu tín hiệu liên tục

+ Kiểu tín hiệu dạng xung

2.2 Cơ cấu chấp hành của động cơ

2 2.1 Định nghĩa và khái niệm về cơ cấu chấp hành

Cơ cấu chấp hành (CCCH – Actuator) trong hệ thống cơ – điện tử ô tô là những thiết bị điện hoặc thiết bị điện tử nhận lệnh hoặc tín hiệu điều khiển từ lái xe (qua các công tắcđiều khiển) hoặc từ các hộp điều khiển, các ECU dưới dạng điện áp, dòng điện hoặc các xung điện để thực hiện một chức năng đã được định sẵn

2.2.2 Hệ thống chẩn đoán (OBD)

OBD (On –Board Diagnostics), hay còn gọi là hệ thống chẩn đoán lỗi OBD, được trang bị trên ô tô để theo dõi và điều chỉnh một số hoạt động của phương tiện Hệ thống này thu thập thông tin từ mạng lưới các cảm biến gắn cố định quanh xe, phát hiện lỗi hư hỏng và cảnh báo tới người lái nhằm kịp thời đưa ra phương án xử lý.

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 thị 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

Hình 2.1 Cấu tạo của hệ thống OBD

- Bộ điều khiển trung tâm ECU

ECU nằm ở trung tâm của hệ thống OBD, có nhiệm vụ thu thập các thông tin từ mạng lưới cảm biến trong xe, sau đó sử dụng các dữ liệu này để giám sát và điều khiển các bộ phận của xe.

Các th ông số giá trị của các cảm biến

Bảng 2.1 Giá trị điện ápcủa các cảm biến

Tên Cảm biến Giá trị điện áp

1 Cảm biến trục khuỷu (NE) Loại từ: Xung sin từ 0.5-4.5V

Loại Hall: Xung vuông từ 0V-5V

2 Cảm biến trục cam (G) Loại từ: Xung sin từ 0.5-4.5V

Loại Hall: Xung vuông từ 0V-5V

3 Cảm biến lưu lượng khí nạp (MAF) VG: 0.98-5V

4 Cảm biến áp suất chân không (MAP)

Khi ON khoá công tắc: 2.5V-4.5V Khi nổ máy cầm chừng: 1.2V-1.8V PIM: 1.2V-4.5V

5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (ECT) THW: 0.3V-4.7V

6 Cảm biến nhiệt độ khí nạp (ATS) THA: 0.3V-4.3V

7 Cảm biến vị trí bướm ga (TPS) VTA1: 0.3V-0.8V

8 Cảm biến vị trí bàn đạp ga (APS) VPA1: 0.8V-3.5V

Loại Ziconium: 0.1-0.9V Loại Titanium: 0.1-5V Loại Wideband (A/F): 2.2V-4.2V

10 Cảm biến tiếng gõ (KNK) Điện áp 0V hoặc 2.5V khi có tiếng gõ

11 Cảm biến tốc độ xe (VSS) Điện áp đưa ra xung: 2V/DIV

Cảm biến vị trí trục khuỷu (NE)

Cảm biến vị trí trục khuỷu có nhiệm vụ đo tốc độ của trục khuỷu, vị trí trục khuỷu gửi về cho ECU và ECU sử dụng tín hiệu đó để tính toán góc đánh lửa sớm cơ bản, thời gian phun nhiên liệu cơ bản cho động cơ.

2.4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cảm biến bao gồm một cuộn dây nhận tín hiệu, một nam châm vĩnh cửu, một roto

(33 răng nhỏ và 1 răng lớn) tạo tín hiệu Roto cảm biến được gắn ở đầu trục khuỷu Khi trục khuỷu quay khe hở không khí giữa các răng trên roto tín hiệu và cảm biến trục khuỷu sẽ thay đổi Sự thay đổi khe hở tạo ra điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này sinh ra tín hiệu NE.

Roto tạo tín hiệu kích hoạt cuộn nhận tín hiệu 34 lần trong mỗi vòng quay trục khuỷu Từ tín hiệu này, ECU nhận biết tốc độ động cơ cũng như sự thay đổi từng 10 độ một của góc quay trục khuỷu.

Hình 2.9 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu

1 Roto tín hiệu 2 Cuộn dây cảm biến vị trí trục khuỷu

- Loại cảm biến từ: có điện trở 400Ω-1500Ω tùy từng hãng Loại cảm biến này tạo ra xung hình sin Xung từ 0,5-4,5V

- Loại Hall: Tạo ra xung hình vuông 0V và 5V Loạicảm biến này vẫn suất xung 0V và 5V

- Đối với các xe đời thấp có bộ chia điện, cảm biến nằm trong delco

- Đối với các thế hệ động cơ đánh lửa trực tiếp cảm biến nằm ở đầu máy, đuôi bánh đà hoặc giữa lock máy

Hình 2.10 Vị trí đặt cảm biếntrục khuỷu

2.4.5 Cách kiểm tra cảm biến

- Đối với loại điện từ:

+ Kiểm tra cuộn dây điện từ

+ Kiểm tra khe hở đầu cảm biến tới vành tạo xung: 0.3mm-0.5mm đồi với lại nằm trong delco, 0.5mm-0.15mm đốivới loại nằm ở đầu, đuôi hay giữa lock máy. + Kiểm tra xung tín hiệu đầu ra theo thông số kỹ thuật.

+ Đo chân dương (12V hoặc 5V), mát 0V, signal 5V.

+ Sử dụng đồng hồ Osiloscope đo chân Signal khi đề máy tạo ra xung vuông như thông số kỹ thuật.

Cảm biến vị trí trục cam (G)

- Cảm biến vị trí trục cam tạo ra tín hiệu G, ECU dựa vào tín hiệu G để xác định thời điểm phun và đánh lửa tương ứng với kỳ nén của từng xylanh.

- Một tín hiệu điện AC được tạo ra phù hợp với tốc độ trục cam Khi trục cam quay nhanh hơn, tần số AC được tạo ra cũng tăng Công dụng của cảm biến này là để ECU xác định thời điểm đánh lửa và thời điểm phun.

- Cảm biến vị trí trục cam tạo ra tín hiệu G, ECU dựa vào tín hiệu này để nhận biết góc của trục khuỷu tiêu chuẩn từ đó xác định thời điểm phun và thời điểm đánh lửa tương ứng với điểm chết trên cuối kỳ nén.

Hình 2.11 Cấu tạo cảm biến trục cam

- Cảm biến bao gồm một cuộn dây nhận tín hiệu, một nam châm vĩnh cửu, một roto (1 răng) tạo tín hiệu.

- Khi trục cam quay khe hở không khí giữa phần nhô ra trên roto cảm biến và cảm biến trục cam sẽ thay đổi Sự thay đổi khe hở tạo ra điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này sinh ra tín hiệu G Tín hiệu G được chuyển đi như một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU.

- Roto tạo tín hiệu kích hoạt cuộn nhận tín hiệu G một lần trong mỗi vòng quay trục cam Từ tín hiệu này, ECU nhận biết khi nào piston số 1 ở điểm chết trên cuối kỳ nén

Hình 2.12 Sơ đồ mạch điện cảm biến trục cam

- Dạng sóng của loại cảm biến từ có dang sóng hình sin, điện áp từ 0.5V-4.5V

- Dạng sóng của cảm biến loại Hall có dạng xung vuông, điệp áp từ 0V-5V

- Nằm trên nắp dàn cò hay nằm ngang bên cạnh so với nắp dàn cò.

- Ởnhững động cơ mới người ta sử dụng 2 cảm biến trục cam hút và trục cam xả.

Hình 2.13 Vị trí đặt cảm biến trục cam

2.5.5 Cách k iểm tra cảm biến

- Đối với cảm biến loại từ:

+ Kiểm tra khe hở nằm trong khoảng 0.5mm-1.5mm

+ Kiểm tra tín hiệu củacảm biến bằng đồng hồ đo VOM.

+ Bật on chìa: chân dương 12V (hoặc 5V), mát 0V, signal 5V.

+ Sử dụng đồng hồ osiloscope đo tín hiệu xung vuông như phần thông số kỹ thuật.

Cảm biến lưu lượng khí nạp, màng nhiệt (MAF)

Cảm biến MAF có chức năng đo khối lượng khí nạp qua cửa hút và truyền tín hiệu về ECU để điều chỉnh lượng nhiên liệu phun đạt tỉ lệ chuẩn và điều chỉnh góc đánh lửa phù hợp.

Khi cảm biến lưu lượng khí nạp gặp vấn đề động cơ sẽ chạy không êm, không đều hoặc không chạy được, công suất động cơ kém, xe chạy tốn nhiên liệu hơn, chết máy

Hình 2.14 Cấu tạo cảm biến lưu lượng khí nạp Dòng điện chạy vào dây sấy làm cho nó nóng lên Khi không khí chạy qua dây này, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối lượng không khí nạp Bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ dây sấy không đổi, dòng điện sẽ tỉ lệ thuận với khối lượng không khí nạp vào Sau đó có thể đo khối lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó, dòng điện đó được biến đổi thành giá trị điện áp, sau đó được truyền về ECU động cơ từ cực VG.

- Tín hiệu đầu ra của cảm biến giá trị của nó phụ thuộc vào khối lượng của khí nạp vào qua cảm biến.

- Khi động cơ dừng, điện áp đầu ra của cảm biến là 0.98V-1.02V

- Khi hoạt động điện áp tăng từ: 1V-5V

2.6.4 Các chân của cảm biến

1 THA: Tín hiệu cảm biến đo nhiệt độ khí nạp

2 E2: Cực mát của cảm biến đo nhiệt độ khí nạp

3 B: Điện áp 12V cấp cho cảm biến

4 E2G: Cực mát của cảm biến

5 VG: Tín hiệu cảm biến

2.6.5 Vị trí của cảm biến

Cảm biến đo lưu lượng khí nạp (MAF) có vị trí nằm phí sau bầu lọc gió, và phí trước bướm ga

Hình 2.15 Vị trí đặt cảm biến MAF

Khi động cơ không hoạt động, bạn có thể dựa nào thông số của phần 4 để kiểm tra, có nghĩa khi động cơ dừng hoạt động điện áp đầu ra của cảm biến là 0.98V-1.02V Cấp nguồn cho cảm biến, dùng miệng thổi qua nó và đo điện áp phát ra , hoặc cho động cơ nổ máy, ga lên và đo điện áp thay đổi

Cảm biến chân không (MAP)

- Xác định lưu lượng khí nạp bằng cách đo độ chân không trong đường ống nạp

2.7.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt đông

Cảm biến dạng phần tử điện áp, gồm một màng silicon có bề dày rìa mép khoảng 0.25mm và ở trung tâm dày khoảng 0.025mm kết hợp với buồng chân không và 1 con

IC Một mặt của màng silicon tiếp xúc với độ chân không trong đường ống nạp, một mặt khác được bố trí ở trong buồng chân không được duy trì một áp thấp cố định trước trong cảm biến.

Hình 2.16 Cấu tạo của cảm biến

- Khi áp suất trong đường ống nạp thay đổi làm cho màng silicon biến dạng, điện trở của nó sẽ thay đổi Khi điện trở thay đổi thì tín hiệu IC gửi về ECU thay đổi theo áp suất trong đường ống nạp Điện áp ECU cung cấp cho IC không đổi là 5V, khi áp suất trong đường ống nạp càng lớn thì tín hiệu điện áp từ cực PIM gửi về ECU càng cao và ngược lại.

Hình 2.17 Sơ đồ mạch điện cảm biến

- Khi ON chìa khóa (Áp suất họng nạp khoảng 100Kpa)

- Điện áp đầu ra khoảng: 2.5V - 4.5V

- Khi nổ máy cầm chừng (Áp suất khoảng 35-55Kpa)

- Điện áp đầu ra khoảng: 1.2V-1.8V

(Ga lên Áp suất càng tăng thì điện áp ra càng cao)

2.7.4 Các chân của của biến

Cảm biến chân không MAP thường sẽ có 3 chân:

- Cực VC của ECM cung cấpđiện áp 5V cho cảmbiến.

- Cực PIM gửi tín hiệuđiện áp về ECM

- Cực E2 của ECM nối mass cho cảm biến

- Cảm biến MAP được bắt chặt trên cổ nạp sau bướm ga.

- Lắp chặt bên ngoài và được nối với ống hơi chân không tới.

Hình 2.18 Vị trí đặtcảm biến MAP

- Cấp nguồn 5V cho cảm biến, kiểm tra điện áp chân tín hiệu signal khi chưa nổ máy sấp xỉ 3.8V.

- Nổ máy điện áp chân tín hiệu signal khoảng 1.6-1.8V Lên ga để xem chân tín hiêu signal thay đổi.

Cảm biến nhiệt độ không khí nạp (ATS)

- Cảm biến nhiệt độ không khí nạp để xác định nhiệt độ không khí khi nạp vào động cơ.

- ECU nhận tín hiệu cảm biến nhiệt động không khí nạp để thực hiện hiệu chỉnh:

- Hiệu chỉnh thời gian phun theo nhiệt độ khí nạp: khi nhiệt độ không khí nạp thấp mật độ không khí sẽ đặc hơn, nhiệt độ khí nạp cao mật độ không khí sẽ thưa hơn: + Nếu nhiệt độ không khí thấp ECU sẽ tăng thời gian phun nhiên liệu.

+ Nếu nhiệt độ không khí cao ECU sẽ giảm thời gian phun nhiên liệu.

- Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ không khí nạp: khi nhiêt độ không khí nạp thấp thì thời gian màng lửa cháy lan ra trong buồng đốt sẽ chậm hơn khi nhiệt độ khí nạp cao:

+ Nếu nhiệt độ thấp thì ECU sẽ hiệu chỉnh tăng góc đánh lửa sớm.

+ Nếu nhiệt độ cao thì ECU sẽ hiệu chỉnh giảm góc đánh lửa sớm.

- Cảm biến bao gồm một điện trở nhiệt có trị số nhiệt điện trở âm Khi nhiệt độ khí nạp tăng thì điện trở giảm dẫn đến điện áp gửi về ECU động cơ giảm, ECU điều khiển giảm lượng nhiên liệu phun và ngược lại sẽ gia tăng lượng nhiên liệu phun khi nhiệt độ khí nạp giảm

Hình 2.19 Cấu tạo của cảm biến THA

- Điện áp 5V từ ECU cung cấp qua điện trở cốđịnh R đến cực THA để cung cấp cho cảm biến Khi nhiệt độ khí nạp thay đổi thì điện trở của cảm biến nhiệt độ khí nạp thay đổi theo Điện áp tại cực THA cũng thay đổi theo sựthay đổi đó và ECU sẽ dùng tín hiệu này đểxác định nhiệt độ khí nạp

Hình 2.20 Sơ đồ mạch điện cảm biến THA

- Khi ở 25độ C, giá trị điện trở của cảm biến nhiệt độ khí nạp xấp xỉ 1kΩ-

Bảng 2.2 Thông số điện ápcảm biến THA

Cực Nhiệt độ (độ C) Điện trở (Kilo ôm) Điện áp (V)

- Cảm biến khí nạp có 2 dây:

+ 1 dây cấp nguồn 5V từ ECU

- Cảm biến nhiệt độ khí nạp được bố trí sau lọc gió hoặc trên đường ống nạp nếu động cơ sử dụng cảm biến chân không.

- Cảm biến nhiệt độ khí nạp bố trí trong bộ đo gió nếu là đo gió kiểu nhiệt, van trược hoặc Karman

- Vị trí cảm biến được gắn nằm chung với cảm biến MAF và MAP

Hình 2.21 Vị trí đặtcảm biến MAP

- Đo bằng cách dùng máy sấy tóc hơ vào cảm biến, lấy đồng hồ đo sự thay đổi điện trở của cảm biến.

+ Nếu kim đồng hồ đo có sự thay đổi, chứng tỏ cảm biến đang hoạt động tốt.+ Nếu kim đồng hồ không có sự thay đổi thì có thể cảm biến đã bị hư hỏng.

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (ECT)

- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát hay được ký hiệu là THW, TW, ETC, CTS Cảm biến được dùng để đo nhiệt độ nước làm mát, ECU nhận tín hiệu này để thực hiện điều chỉnh:

+ Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm: ECU sẽ thực hiện tăng góc đánh lửa sớm, khi nhiệt độ động cơ tăng cao ECU sẽ điều khiển giảm góc đánh lửa.

+ Hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu: khi nhiệt độ động cơ thấp ECU sẽ tăng thời gian phun nhiên liệu để là đậm, động cơ hoạt động ở nhiệt độ cao ECU sẽ giảm thời gian phun nhiên liệu.

+ Hiệu chỉnh quạt làm mát: khi nhiệt độ nước làm mát sấp xỉ 87-93 độ C, ECU điều khiển quạt quayở tốc độ thấp, khi nhiệt độ nước làm mát sấp sỉ 95-98 độ C ECU điều khiển quạt quay ở tốc độ cao.

+ Điều khiển tốc độ không tải: khi mới khởi động động cơ, nhiệt độ động cơ thấp, ECU sẽ hiệu chỉnh van không tải (hoặc bướm ga điện tử) mở rộng ra để chạy ở tốc độ không tải nhanh để làm nóng động cơ.

+ Điều khiển chuyển số: nếu nhiệt độ nước làm mát còn thấp ECU điều khiển hộp số tự động sẽ không điều khiển chuyển lên hộp số tăng truyền OD.

+ Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát còn được dùng để điều khiển hệ thống khí xả (EGR), trạng thái hệ thống phun nhiên liệu (Open loop – Close loop), ngắthệ thống điều hòa A/C khi nhiệt độ nước làm mát quá cao.

- Cấu tạo cảm biến ETC có dạng trụ rỗng với ren ngoài, bên trong là chất bán dẫn có trị số nhiệt điện trở âm.

Hình 2.22 Cấu tạo của cảm biếnnhiệt độ nước làm mát

- Đầu đo của cảm biến nhiệt độ nước làm mát được tiếp xúc trực tiếp với nước làm mát của động cơ Cảm biến bao gồm một điện trở nhiệt có trị số nhiệt điện trở âm Khi nhiệt độ nước làm mát tăng thì điện trở giảm dẫn đến điện áp gửi về ECU động cơ giảm, ECU điều khiển giảm lượng nhiên liệu phun và ngược lại sẽ gia tăng lượng nhiên liệu phun khi nhiệt độ nước làm mát tăng.

- Điện áp 5V (điện trở này không đổi theo nhiệt độ) qua điện trở chuẩn đến cảm biến rồi trở về ECU về Mass

Hình 2.23 Sơ đồ mạch điện cảm biến

Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Nhiệt độ nước làm mát (độ C) Điện trở cảm biến (Kilô Ôm) Điện áp tại cực THW

2.9.4 Các chân của cảm biến

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát thướng có 2 dây Một số xe bố trí một điện trở để báo nhiệt độ nước làm mát lên taplo chung với cảm biến nhiệt độ nước làm mát nên có loại 3 hoặc 4 dây.

2.9.5 Vị trí của cảm biến

Cảm niến nhiệt độ nước làm mát thường được bố trí nằm trên lock máy hoặc nằm trên đường ống nước làm mát.

Hình 2.24 Vị trí đặtcảm biến

- Kiểm tra điện trở của cảm biến phải thay đổi theo thông số của nhà sản xuất.

- Có thể sử dụng bật lửa hơ đầu cảm biến và theo dõi điện trở thay đổi theo.

- Sử dụng máy chuẩn đoán để theo dõi nhiệt độ cảm biến khi máy nổ.

Cảm biến vị trí bướm ga (TPS)

Cảm biến vị trí bướm ga dùng để xác định góc mở bướm ga bằng cách chuyển góc mở bướm ga thành tín hiệu điện áp rồi gởi về ECU động cơ ECU dùng tín hiệu này để nhận biết tải động cơ từ đó điều khiển lượng nhiên liệu phun, thời điểm đánh lửa sớm

- Cảm biến bướm ga có 2 loại:

+ Kiểu tuyến tính không có tiếp điểm

- Kiểu tuyến tính không có tiếp điểm:

+ Loại không có tiếp điểm cầm chừng giống với loại có điểm điểm cầm chừng

Chỗ khác nhau là loại này không có tiếp điểm IDL, mà sử dụng tín hiệu VTA để xác định độ mở của bướm ga.

Hình 2.25 Sơ đồ mạch điện cảm biến Khi cánh bướm ga mở ECU dùng tín hiệu điện áp tại cực VTA để xác định từng vị trí của bướm ga Tín hiệu điện ap tại cực VTA càng tăng khi bướm ga càng mở lớn Tín hiệu điện áp VTA phụ thuộc vào vị trí con trượt bên dưới, khi bướm ga mở càng lớn thì con trượt tiến gần đến cực VC, nên điện áp tại cực VTA gia tăng theo quy luật đường tuyến tính

+ Cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall gồm có các mạch IC Hall làm bằng các phần tử Hall và các nam châm quay quanh chúng Các nam châm được lắp ở trên trục bướm ga và quay cùng với bướm ga

Hình 2.26 Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga loại Hall

+ Khi bướm ga mở, các nam châm quay cùng một lúc, và các nam châm này thay đổi vị trí của chúng Vào lúc đó, IC Hall phát hiện sự thay đổi từ thông gây ra bởi sự thay đổi của vị trí nam châm và tạo ra điện áp ra của hiệu ứng Hall từ các cực VTA1 và VTA2 theo mức thay đổi này Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu mở bướm ga.

Hình 2.27 Sơ đồ mạch điện cảm biến loại Hall

2.10.3 Th ông số kỹ thuậ t

- Điện áp chân tín hiệu ở không tải là 0.3-0.9V, khi đạp ga điện áp sẽ tăng dần lên tới 4.5V

- Điện áp tín hiệu với bướm ga mở hoàn toàn: 4.8-5.2V

Cảm biến vịtrí bướm ga thường được lắp trên cổ họng gió.

Rút giắc điện, điện trở tại chân cảm biến có nguồn cực VC, chân mát Khi thay đổi độ mở bướm ga thì giá trị điện áp tại chân Signal (chân tín hiệu) phải tay đổi theo tuyến tính tăng dần và không bị gián đoạn tại điểm nào

Cảm biến vị trí bàn đạp ga (APS)

Cảm biến vị trí bàn đạp ga dùng để đo độ mở của bàn đạp chân ga ECU sẽ sử dụng tín hiệu này để điều khiển motor bướm ga mở cánh bướm ga cho động cơ tăng tốc theo độ mở bàn đạp chân ga.

Với động cơ phun dầu điện tử Commom Rail thì tín hiệu cảm biến bàn đạp chân ga truyền về ECU, ECU sử dụng tín hiệu này để hiệu chỉnh lượng phun nhiên liệu để tăng tốc dộng cơ.

ECU điều khiển hộp số tự động cũng có thể sử dụng tín hiệu này để diều khiển thời điểm chuyển số.

- Cấu tạo cảm biến bàn đạp ga khá giống với cảm biến bướm ga, hầu hết các dòng xe đều sử dụng 2 tín hiệu cảm biến bàn đạp ga để báo về ECU

- Cảm biến bàn đạp ga có 2 loại:

Cảm biến được cấp nguồn VC (5V) và mát, 1 mạch than trở và 1 lưỡi quét trê mạch than trở Khi trục của bàn đạp ga xoay sẽ làm lưỡi quét thay đổi vị trí trên mạch than trở làm thay đổi điện áp đầu ra

Hình 2.29 Sơ đồ mạch điện cảm biến loại tuyến tính Trong các tín hiệu từ cảm biến này gửi tới ECU, một tín hiệu là VPA truyền điện áp thay đổi tuyến tính với góc đạp chân ga Tín hiệu thứ 2 (VPA2) là tín hiệu bù của tín hiệu VPA

Loại tuyến tính (giống như biến trở): Cảm biến được cấp nguồn Vc (5V) và mát cấu tạo gồm 1 mạch trở than và 1 lưỡi quét trên mạch trở than đó, khi trục của bàn đạp ga xoay thì sẽ làm cho lưỡi quét thay đổi vị trí trên mạch trở than làm thay đổi điện áp đầu ra (chân signal), Lưu ý là trong cảm biến có cấu tạo như là 2 biến trở nên nó có 2 tín hiệu (Chân Signal) báo về ECU để tăng độ tin cậy của cảm biến.

Cảm biến được cấp nguồn 5V và mass Có 2 dây tín hiệu, điện áp của 2 chân tín hiệu thay đổi theo độ mở cảm bướm ga nhưng dựa trên nguyên lý hall

Cảm biến này có cấu tạo và hoạt động cơ bản giống như cảm biến bướm ga loại Hall IC Hall được chế tạo liền với nắp của cảm biến và lắp với vỏ cảm biến Hai miếng nam châm được lắp vào điểm chốt quay của cần bàn đạp ga Lò xo hồi vị bàn đạp ga được lắp gọn trong vỏ cảm biến

Hình 2.30 Sơ đồ mạch điện của cảm biếnloại Hall Khi chân ga di chuyển, chốt xoay của chân ga xoay và các nam châm xoay một góc quanh các IC Hall Từ thông cửa các nam châm tác động đến các IC Hall thay đổi và làm xuất hiện điện áp Hall, chúng được khuếch đại và tạo ra điện áp tại các đầu ra VPA, VPA2 thay đổi theo góc di chuyển của chân ga Cảm biến bàn đạp ga cũng được cấp nguồn VC (5V), và Mass, có 2 dây tín hiệu, điện áp của 2 chân tín hiệu (Signal) cảm biến cũng thay đổi theo độ mở của bướm ga nhưng dựa trên nguyên lý hiệu ứng Hall

2.11.3 Thông số kỹ thuật Điện áp chân tín hiệu ở không tải là 0.5-0.8V, khi đạp ga điện áp sẽ tăng dần lên tới 4.5V

- Nằm ở cụm bàn đạp chân ga (Chân bên phải của tài xế)

Lưu ý: khi cảm biến bàn đạp ga mất đi 1 tín hiệu cảm biến chỉ ga được 25%, khi mất cả 2 tín hiệu ga không hoạt động, động cơ sẽ nổ ở chế độ dự phòng (1000-1200 v/p) Đo chân nguồn 5V và Mass Sử dụng VOM đo chân tín hiệu, tín hiệu cảm biến bàn đạp ga phải thay đổi khi đạp chân ga.

Cảm biến oxy (OXY)

Dùng để đo nồng độ oxy còn thừa trong khí xả gửi về ECU ECU dựa vào tín hiệu để nhận biết tình trạng nhiên liệu đậm hay nghèo để đưa ra hiệu chỉnh.

Cảm biến oxy có 2 loại cơ bản: a) Cảm biến oxy loại narrowband:

- Loại làm bằng gốm ziconium: được phủ 1 lớp platin ở bề mặt tiếp xúc với khí xả, có đường ống dẫn khí đi vào bên trong lõi cảm biến.

Hình 2.32 Cấu tạo của cảm biến Oxy Nguyên lý hoạt động:

- Cảm biến Oxy được bắt trên đường ống xả và đầu cảm biến tiếp xúc trực tiếp với khí xả Không khí bên ngoài được đưa vào bên trong lõi cảm biến Ở điều kiện nhiệt độ cao trên 350 độ C với sự chênh lệch nồng độ khí xả bên trong và ngoài cảm biến sẽ tạo ra 1 tín hiệu điện áp khoảng 0.1-0.9V

- Vì khi động cơ mới nổ nhiêt độ cảm biến Oxy chưa đạt đến 350 độ C nên cảm biến chưa hoạt động, nên gắn thêm 1 điện trở nung được điều khiển bởi ECU Khi nhiệt độ cảm biến Oxy tăng thì điện trở nhiệt sẽ tăng theo và dòng điện qua điện trở sẽ giảm (giá trị điện trở nung nóng khoảng 6-13Ω).

- Điện áp càng nhỏ là càng nghèo nhiên liệu.

- Điện áp càng cao là càng giàu nhiên liệu. b) Cảm biến oxy loại Wedeband (A/F sensor):

- Gồm 3 phần chính: Nernst Cell giống như 1 cảm biến Oxy thông thường nhưng có thêm Pump Cell làm bộ tạo điện áp hóa học và Monitoring Champer (buồng giám sát) nhắm mục đích giữ cho điện áp Nernst Cell luôn ở mức ổn định 0.45V.

Hình 2.33: Cấu tạo của cảm biến oxy loại Wedeband (A/F sensor)

- Khí thải đi vào những lỗ thông của cảm biến, di chuyển qua buồng khuếch tán đi vào Nurnst Cell Nurnst Cell sinh ra điện áp (100mV-900mV)

- Buồng giám sát Minotoring Champer co nhiệm vụ giữ cho tỉ lệ A/F ở mức 14.7/1 tương đương với điện áp 450mV của Nurnst Cell ( khác nhau tùy theo hãng xe) Nó giám sát sự thay đổi điện áp của nurnst cell từ đó thay đổi dòng điện của Pump Cell để duy trì điện áp Nurnst Cell không thay đổi.

- Dòng điện chạy trong Pump Cell phản ánh tỉ lệ A/F, nếu tỉ lệ A/F là 14.7/1 thì không có dòng điện xuất hiện trong Pump Cell Nếu hòa khí quá nghèo thì pump cell sẽ sản sinh 1 dòng tương đương Nurnst Cell làm cho ion Oxy di chuyển ngược lại với chiều dòng điện Nurnst Cell làm giảm oxy trong buồng đốt làm sao cho dòng điện Nurnst Cell đạt mức 450mV.

- Điện áp đầu ra của cảm biến A/F nằm trong khoảng 2.2-4.2V Thường thì nó nằm khoảng 3.2V.

- Ngược với cảm biến Oxy thông thường, điện áp cảm biến A/F càng lớn là càng nghèo, điện áp càng nhỏ là càng giàu nhiên liệu.

Hình 2.34 Sơ đồ mạch điện của cảm biến

- Trong trường hợp máy đang nóng, bật khóa điện nhưng vặn chìa khóa ON không khởi động thì điện thế phải dao động từ 0.4 - 0.45 V

- Trong trường hợp máy nóng, vặn chìa khóa ON rồi nhả chân ga thay đổi tốc độ thì điện thế phải đạt 0.5V.

- Trong trường hợp máy nguội, vặn chìa khóa ON thì điện thế đạt mức 0.1 - 0.2 V

- Trong trường hợp máy hoạt động bình thường từ 600 - 650 độ F và 315 - 343 độ

C thì điện thế phải đạt từ 0.1 - 0.9 V

- Phần điện trở nung nóng 6-13 (Loại A/F sensor: 2-4)

- Tín hiệu điện áp >3.2V là hỗn hợp nhiên liệu đang nghèo

- Tín hiệu điện áp

Định dạng
Số trang	101
Dung lượng	3,46 MB