Khai thác và lắp đặt hệ thống điều khiển động cơ 4s fe xe ô tô

Lịch sử phát triển

Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp – ông Stevan – đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu cho một máy nén khí Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả 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 hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp) Tuy nhiên, sau đó sáng kiến này đã được ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức Đến 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 supap hút nên có tên gọi là K – Jetronic (K – Konstant – liên tục, 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, Motronic…

Tên tiếng Anh của K – Jetronic là 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 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 nhờ 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 của 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 điều khiển đánh lửa 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 Ignition 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 tất cả các ôtô 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 tửụng lai gaàn, chaộc chaộn GDI sẽ được sử dụng rộng rãi.

Tiêu chí lập trình động cơ

 Tớnh kinh teỏ nhieõn lieọu.

THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH VÀ NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

2.1 Một số khái niệm về hệ thống điều khiển tự động sử dụng trên ôtô

 Hệ thống điều khiển tự động là gì ?

Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống không có sự tham gia trực tiếp của con người trong quá trình điều khieồn

 Hệ thống điều khiển vòng hở

Là hệ thống thực hiện nguyên tắc khống chế cứng. Tức là tín hiệu ra Y không cần đo lường để đưa trở về ban đầu Mọi sự thay đổi của tín hiệu ra Y không phản ánh vào TBĐK Tín hiệu X đặt vào như thế nào thì tín hiệu Y ra như thế ấy, khả năng phản hồi của hệ thống hở không có.

 Hệ thống điều khiển vòng kín

Là hệ thống thực hiện điều khiển có phản hồi tức là tín hiệu Y được đo lường và dẫn đến đầu vào phối hợp với tín hiệu X tác dụng lên TBĐK để tạo ra tín hiệu U sau đó tác động vào ĐTĐK gây sự biến đổi Y.

Hinh 2.1: Sơ đồ khối hệ thống hở

2.2 Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng

Một trong những vấn đề chủ yếu mà điều khiển tự động trên ô tô phải giải quyết ta điều khiển các thông số ra của các hệ thống trang bị trên xe sao cho đảm bảo tính năng và sự an toàn của ô tô là tốt nhất trong mọi điều kiện hoạt động Đối với ôtô khi vận hành luôn có sự thay đổi về tốc độ, tải trọng, khí hậu môi trường, điều kiện mặt đường … Vì cần phải điều khiển các thông số ra cho những hệ thống trên ô tô khá đa dạng và phức tạp, ngoài ra các hệ thống này còn chịu ảnh hưởng của những tác động bên ngoài Do vậy, điều khiển tự độâng trên ôtô thường áp dụng hệ thống điều khiển kín và có hồi tiếp Sự áp dụng loại hệ thống này tạo được mối liên hệ trực tiếp giữa những tác động cần thiết để điều khiển hệ thống với các thông số hoạt động của hệ thống đồng thời loại bỏ những tác động nhiễu đến thông số này đảm bảo cho giá trị của chúng luôn phù hợp với giá trị mà ta mong muốn.

 Các hệ thống được điều khiển tự động trang bị trên ôtô hiện nay là những hệ thống điều khiển bằng máy tính (Computer Control System) Trong đó phần tử điều khiển (Controller) gồm: một máy tính có phối hợp các thiết bị giao tiếp đầu vào, đầu ra, các cảm biến (Sensors ) và các thiết bị thực hiện (Actators) Các thuật toán điều khiển được tính toán và lập chương trình ghi vào bộ nhớ của máy tính. liệu Dữ chứa trong nhớ bộ máy tính

Thie át thự bị hieọ c Các n cảm bieán

Các thiết bò giao tiếp đầu vào

H eọ th oỏ ng ca àn ủ ie àu kh ie ồn điều Bộ khieồ n

Thieá t bò giao tieáp đầu ra

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý điều khiển tự

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

 Bộ vi xử lý sẽ so sánh những thông tin này so với những thông tin trong bộ nhớ máy tính để từ đó phát ra tín hiệu điều khiển thích hợp Tín hiệu điều khiển U được gửi đến các thiết bị thực hiện thông qua các thiết bị kiểm soát giao tiếp đầu ra để tác động điều khiển các thông số hoạt động của động cơ.

2.3 Thuật toán điều khiển lập trình cho ECU.

Thuật toán điều khiển lập trình cho động cơ được nhà chế tạo viết và cài đặt sẵn trong CPU Tuỳ thuộc vào từng chế độ làm việc hay tình trạng động cơ mà ECU tính toán dựa trên lập trính có sẵn đó để đưa ra những tín hiện điều khiển sao cho động cơ làm việc tối ưu nhất.

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển động cơ với liên hệ ngược

Các hệ thống điều khiển kiểu cổ điển trên ô tô thường được thiết kế với liên hệ ngược ( feedback control ) Mặc dù trong một hệ thống điều khiển có nhiều thông số phụ thuộc, đầu tiên ta hãy xem xét hệ thống với một thông số Sơ đồ nguyên lý của hệ thống này được trình bày trên hình.

Thông số điều khiển xuất hiện ở đầu ra được ký hiệu

(t) Tín hiệu so R(t) đã được định sẵn Cảm biến sẽ đưa ra

Khi đó sẽ xuật hiện sự chênh lệch điện thế giữa tín hiệu thực và tín hiệu so Ve(t):

Nếu hệ thống làm việc lý tưởng thì giá trị Ve(t) trong một khoảng thời gian nào đó (ví dụ ở chế độ động cơ đã ổn định) phải bằng 0 Trên thực tế giữa 2 tín hiệu nêu trên luôn có sự chênh lệch và mạch điện điều khiển điện tử sẽ dựa vào sự chênh lệch này để hình thành xung Va(t) điều khiển cơ cấu chấp hành (chẳng hạn kim phun) Việc thay đổi sẽ tác động đến thông số đầu vào U(t) của động cơ (ví dụ tỉ lệ hòa khí).

 Ngày nay, có rất nhiều phương pháp điều khiển động cơ dựa trên cơ sở sử dụng máy tính để xử lý tín hiệu Thông thường các máy tính này giải bài toán tối ưu có điều kiện biên để điều khiển động cơ. Mục tiêu của bài toán tối ưu là điều khiển động cơ đạt công suất lớn nhất với mức tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất trong các điều kiện giới hạn về độ độc hại của khí thải Như vậy ta có thể biểu diễn hệ thống điều khiển oõ toõ toỏi ửu trong moỏi quan heọ cuỷa 3 vectụ sau:

Vec tơ y(t) là hàm phụ thuộc vào các thông số ở ngõ ra bao gồm các thành phần sau: tốc độ tiêu hao nhiên liệu. tốc độ phát sinh HC. tốc độ phát sinh CO. tốc độ phát sinh NOx.

Vectơ x(t) mô tả tình trạng của động cơ tức điều kiện hoạt động , phụ thuộc vào các thông số: x1: áp suất trên đường ống nạp. x2: tốc độ quay của trục khuỷu. x3: tốc độ xe.

Vectơ u(t) mô tả các thông số được hiệu chỉnh bởi hệ thống điện tử , bao gồm các thành phần: u1: tỉ lệ khí-nhiên liệu trong hòa khí u2: góc đánh lửa sớm. u3: sự lưu hồi khí thải (EGR-Exhaust Gas Recirculation). u4: vị trí bướm ga. u5: tỉ số truyền của hộp số. Để giải bài toán tối ưu nêu trên với các điều kiện biên, người ta xác định mục tiêu tối ưu là lượng tiêu hao nhiên liệu F theo chu trình thử EPA :

Trong đó: x3(t) là tốc độ xe quy định khi thử nghiệm xác định thành phần khí thải theo chu trình EPA, t là thời gian thử nghiệm. Như vậy, động cơ đốt trong sẽ được điều khiển sao cho F luôn đạt giá trị nhỏ nhất với điều kiện biên là quy định của các nước về nồng độ các chất độc hại trong khí thải.

Trong đó: G2, G3, G4 hàm lượng chất độc trong khí xả theo qui định tương ứng với HC, CO và NOX. Trong quá trình xe chạy, các vectơ x(t), u(t) là các thông số động Khi giải bài toán tối ưu nêu trên, ta cũng có thể đặt ra các giới hạn của vectơ này.

Trên thực tế, các kết quả tối ưu thường được xác định bằng thực nghiệm và được nạp vào bộ nhớ ROM dưới dạng bảng tra (look-up table).

Thuật toán điều khiển lập trình và nguyên lý điều khiển động cơ

Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng

Một trong những vấn đề chủ yếu mà điều khiển tự động trên ô tô phải giải quyết ta điều khiển các thông số ra của các hệ thống trang bị trên xe sao cho đảm bảo tính năng và sự an toàn của ô tô là tốt nhất trong mọi điều kiện hoạt động Đối với ôtô khi vận hành luôn có sự thay đổi về tốc độ, tải trọng, khí hậu môi trường, điều kiện mặt đường … Vì cần phải điều khiển các thông số ra cho những hệ thống trên ô tô khá đa dạng và phức tạp, ngoài ra các hệ thống này còn chịu ảnh hưởng của những tác động bên ngoài Do vậy, điều khiển tự độâng trên ôtô thường áp dụng hệ thống điều khiển kín và có hồi tiếp Sự áp dụng loại hệ thống này tạo được mối liên hệ trực tiếp giữa những tác động cần thiết để điều khiển hệ thống với các thông số hoạt động của hệ thống đồng thời loại bỏ những tác động nhiễu đến thông số này đảm bảo cho giá trị của chúng luôn phù hợp với giá trị mà ta mong muốn.

 Các hệ thống được điều khiển tự động trang bị trên ôtô hiện nay là những hệ thống điều khiển bằng máy tính (Computer Control System) Trong đó phần tử điều khiển (Controller) gồm: một máy tính có phối hợp các thiết bị giao tiếp đầu vào, đầu ra, các cảm biến (Sensors ) và các thiết bị thực hiện (Actators) Các thuật toán điều khiển được tính toán và lập chương trình ghi vào bộ nhớ của máy tính. liệu Dữ chứa trong nhớ bộ máy tính

Thie át thự bị hieọ c Các n cảm bieán

Các thiết bò giao tiếp đầu vào

H eọ th oỏ ng ca àn ủ ie àu kh ie ồn điều Bộ khieồ n

Thieá t bò giao tieáp đầu ra

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý điều khiển tự

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

 Bộ vi xử lý sẽ so sánh những thông tin này so với những thông tin trong bộ nhớ máy tính để từ đó phát ra tín hiệu điều khiển thích hợp Tín hiệu điều khiển U được gửi đến các thiết bị thực hiện thông qua các thiết bị kiểm soát giao tiếp đầu ra để tác động điều khiển các thông số hoạt động của động cơ.

Thuật toán điều khiển lập trình cho ECU

Thuật toán điều khiển lập trình cho động cơ được nhà chế tạo viết và cài đặt sẵn trong CPU Tuỳ thuộc vào từng chế độ làm việc hay tình trạng động cơ mà ECU tính toán dựa trên lập trính có sẵn đó để đưa ra những tín hiện điều khiển sao cho động cơ làm việc tối ưu nhất.

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển động cơ với liên hệ ngược

Các hệ thống điều khiển kiểu cổ điển trên ô tô thường được thiết kế với liên hệ ngược ( feedback control ) Mặc dù trong một hệ thống điều khiển có nhiều thông số phụ thuộc, đầu tiên ta hãy xem xét hệ thống với một thông số Sơ đồ nguyên lý của hệ thống này được trình bày trên hình.

Thông số điều khiển xuất hiện ở đầu ra được ký hiệu

(t) Tín hiệu so R(t) đã được định sẵn Cảm biến sẽ đưa ra

Khi đó sẽ xuật hiện sự chênh lệch điện thế giữa tín hiệu thực và tín hiệu so Ve(t):

Nếu hệ thống làm việc lý tưởng thì giá trị Ve(t) trong một khoảng thời gian nào đó (ví dụ ở chế độ động cơ đã ổn định) phải bằng 0 Trên thực tế giữa 2 tín hiệu nêu trên luôn có sự chênh lệch và mạch điện điều khiển điện tử sẽ dựa vào sự chênh lệch này để hình thành xung Va(t) điều khiển cơ cấu chấp hành (chẳng hạn kim phun) Việc thay đổi sẽ tác động đến thông số đầu vào U(t) của động cơ (ví dụ tỉ lệ hòa khí).

 Ngày nay, có rất nhiều phương pháp điều khiển động cơ dựa trên cơ sở sử dụng máy tính để xử lý tín hiệu Thông thường các máy tính này giải bài toán tối ưu có điều kiện biên để điều khiển động cơ. Mục tiêu của bài toán tối ưu là điều khiển động cơ đạt công suất lớn nhất với mức tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất trong các điều kiện giới hạn về độ độc hại của khí thải Như vậy ta có thể biểu diễn hệ thống điều khiển oõ toõ toỏi ửu trong moỏi quan heọ cuỷa 3 vectụ sau:

Vec tơ y(t) là hàm phụ thuộc vào các thông số ở ngõ ra bao gồm các thành phần sau: tốc độ tiêu hao nhiên liệu. tốc độ phát sinh HC. tốc độ phát sinh CO. tốc độ phát sinh NOx.

Vectơ x(t) mô tả tình trạng của động cơ tức điều kiện hoạt động , phụ thuộc vào các thông số: x1: áp suất trên đường ống nạp. x2: tốc độ quay của trục khuỷu. x3: tốc độ xe.

Vectơ u(t) mô tả các thông số được hiệu chỉnh bởi hệ thống điện tử , bao gồm các thành phần: u1: tỉ lệ khí-nhiên liệu trong hòa khí u2: góc đánh lửa sớm. u3: sự lưu hồi khí thải (EGR-Exhaust Gas Recirculation). u4: vị trí bướm ga. u5: tỉ số truyền của hộp số. Để giải bài toán tối ưu nêu trên với các điều kiện biên, người ta xác định mục tiêu tối ưu là lượng tiêu hao nhiên liệu F theo chu trình thử EPA :

Trong đó: x3(t) là tốc độ xe quy định khi thử nghiệm xác định thành phần khí thải theo chu trình EPA, t là thời gian thử nghiệm. Như vậy, động cơ đốt trong sẽ được điều khiển sao cho F luôn đạt giá trị nhỏ nhất với điều kiện biên là quy định của các nước về nồng độ các chất độc hại trong khí thải.

Trong đó: G2, G3, G4 hàm lượng chất độc trong khí xả theo qui định tương ứng với HC, CO và NOX. Trong quá trình xe chạy, các vectơ x(t), u(t) là các thông số động Khi giải bài toán tối ưu nêu trên, ta cũng có thể đặt ra các giới hạn của vectơ này.

Trên thực tế, các kết quả tối ưu thường được xác định bằng thực nghiệm và được nạp vào bộ nhớ ROM dưới dạng bảng tra (look-up table).

Trình tự tính toán và tìm kiếm các thông số tối ưu của động cơ được mô tả trên lưu đồ thuật toán điều khiển trình bày trên hình 2.5 hình 2.5 Thuật toán điều khiển động cơ

2.3.2 Phương pháp đo khối lượng khí nạp

Một yếu tố quan trọng trong điều khiển phun xăng là phải xác định được khối lượng không khí nạp đi vào xy lanh Lượng xăng tương ứng sẽ được tính toán để bảo đảm tỉ lệ hòa khí mong muốn Trên thực tế,chúng ta không thể đo chính xác khối lượng không khí đi vào từng xy lanh Vì vậy, khi điều khiển động cơ phun xăng, người ta thường dựa trên lưu lượng không khí đi qua đường ống nạp tính bằng khối lượng.

Có phương pháp để xác định khối lượng không khí: trong phương pháp trực tiếp, khối lượng không khí được đo bằng cảm biến dây nhiệt (airmass sensor) Trong phương pháp gián tiếp, người ta sử dụng cảm biến đo thể tích không khí (dùng cảm biến đo gió loại cánh trượt, cảm biến Karman…) hoặc cảm biến đo áp suất trên đường ống nạp (Map sensor), sau đó phối hợp với cảm biến đo nhiệt độ khí nạp và cảm biến tốc độ động cơ để tính toán khối lượng không khí Phần tính toán được cài sẵn trong ROM Phương pháp này còn gọi là phương pháp tốc độ – tỉ trọng.

Hình 2.6 hệ thống điều khiển động cơ sử dụng phương pháp đo trực

 Phương pháp tốc độ tỉ trọng

Hình 2.7 hệ thống điều khiển động cơ sử dụng phương pháp tốc độ

– tỉ trọng Đối với một thể tích không khí V ở điều kiện nhiệt độ T và áp suất P, tỉ trọng của không khí được xác định bởi:

Trong đó Ma là khối lượng không khí của thể tích V

Như vậy, lưu lượng không khí tính bằng khối lượng có thể suy ra từ lưu lượng không khí tính bằng thể tích

Phối hợp với cảm biến đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp và nhiệt độ khí nạp, máy tính có thể xác định tỉ trọng da theo biểu thức:

:tỉ trọng của không khí ở điều kiện áp suất khí quyển ở mực nước biển, và nhiệt độ trong phòng

Lưu lượng không khí tính bằng thể tích đi qua bướm ga thường được dựa vào cảm biến tốc độ động cơ:

:hiệu suất nạp tính bằng thể tích.

: có giá trị thay đổi từ 0 đến 1, phụ thuộc vào áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp và tốc độ động cơ, thông thường được xác định bằng thực nghiệm và được ghi vào ROM.

Trong trường hợp động cơ với cảm biến đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp, có sử dụng hệ thống luân hồi khí thải (EGR-exhaust gas recirculation), một phần khí thải sẽ quay lại đường ống nạp khi nhiệt độ động cơ cao Vì vậy lưu lượng không khí tính bằng khối lượng sẽ bằng:

KHAI THÁC – LẮP ĐẶT MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 4S-FE Chương 1: Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ 4S-FE

Mô tả hệ thống

Các chức năng của hệ thống điều khiển động cơ bao gồm EFI, ESA và ISC, chúng điều khiển các tính năng cơ bản của động cơ, chức năng chẩn đoán, rất hữu ích khi sửa chữa, chức năng dự phòng và an toàn chỉ hoạt động khi có trục trặc trong các hệ thống điều khiển này Ngoài ra còn có các thiết bị điều khiển phụ trên động cơ như hệ thống điều khiển cắt số truyền tăng, hệ thống điều khiển khí nạp v.v Các chức năng này đều được điều khiển bằng ECU động cơ.

Hình 1.1 sơ đồ các bộ phận trong hệ thống điều khiển động cơ 4S-

Ngày nay với sự ra đời và phát triển mạnh của khoa học - công nghệ TĐĐK đã làm cơ sở và nền tảng cho việc thiết lập các hệ thống điều khiển theo chương trình trên động cơ 4S-FE đã giải quyết được các vấn đề hiện đang đặt ra như: công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, khí thải…

EFI (phun xăng điện tử)

ESA (đánh lửa sớm điện tử)

ISC (điều khiển tốc độ không tải)

Chức năng chẩn đoán Chức năng an toàn Chức năng dự phòng

Các hệ thống điều khiển khác

EFI (HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ)

Một bơm nhiên liệu cung cấp đủ nhiên liệu, dưới một áp suất không đổi, đến các vòi phun.

Các vòi phun sẽ phun một lượng nhiên liệu định trước vào đường ống nạp theo các tín hiệu từ ECU động cơ.

ECU động cơ nhận tín hiệu từ rất nhiều cảm biến khác nhau thông báo về sự thay đổi của các chế độ hoạt động của động cơ như:

 Aùp suất đường ống nạp (PIM) hay lượng khí nạp (VS, KS và VG).

 Tốc độ động cơ (NE).

 Tăng tốc / giảm tốc (VTA).

 Nhiệt độ nước làm mát (THW).

 Nhiệt độ khí nạp (THA).

Heọ thoỏng ủieàu khieồn động cơ

ECU sử dụng các tín hiệu này để xác định khoảng thời gian phun cần thiết nhằmđạt được tỷ lệ khí - nhiên liệu tối ưu phù hợp với điều kiện hoạt động hiện thời của động cơ.

ESA (ĐÁNH LỬA SỚM ĐIỆN TỬ)

ECU động cơ được lập trình với số liệu để đảm bảo thời điểm đánh lửa tối ưu dưới bất kỳ và mọi chế độ hoạt động nào của động cơ Dưa trên các số liệu này, và các số liệu do các cảm biến theo dõi các chế độ hoạt động của động cơ cung cấp như mô tả dưới đây, ECU động cơ sẽ gửi tín hiệu IGT (thời điểm đánh lửa) đến IC đánh lửa để phóng tia lửa điện tại thời điểm chính xác.

 Tốc độ động cơ (NE).

 Aùp suất đường ống nạp (PIM) hay lượng khí nạp (VS,

 Nhiệt độ nước làm mát (THW).

ISC (ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ KHÔNG TẢI)

ECU động cơ được lập trình với các giá trị tốc độ động cơ tiêu chuẩn tương ứng với các điều kiện như sau:

 Nhiệt độ nước làm mát (THW).

 Điều hoà không khí tắt hay bật (A/C).

Các cảm biến truyền tín hiệu đến ECU, nó sẽ điều khiển dòng khí, bằng van ISC, chạy qua đường khí phụ và điều chỉnh tốc độ không tải đến giá trị tiêu chuẩn. CHỨC NĂNG CHẨN ĐOÁN

ECU động cơ thường xuyên theo dõi các tín hiệu gửi đến từ các cảm biến khác nhau Nếu nó phát hiện ra bất kỳ hư hỏng nào trong các tín hiệu đầu vào, ECU động cơ sẽ lưu dữ liệu hư hỏng trong bộ nhớ của nó và bật sáng đèn “CHECK ENGINE”.

CHỨC NĂNG AN TOÀN phép nó điều khiển được động cơ nên tiếp tục được hoạt động bình thường của xe.

Nếu thậm chí trong trường hợp một phần của ECU không hoạt động, chức năng dự phòng vẫn có thể tiếp tục điều khiển việc phun nhiên liệu và thời điểm đánh lửa. Điều này cho phép nó điều khiển được động cơ nên tiếp tục được hoạt động bình thường của xe.

CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÁC Ở một số loại động cơ, ECU động cơ còn điều khiển cả heọ thoỏng ủieàu khieồn caột soỏ truyeàn taờng, heọ thoỏng ủieàu khiển khí nạp và các hệ thống phụ khác.

Kết cấu của hệ thống điều khiển động cơ 4S-FE Chương 2: Hệ thống các cảm biến

Hệ thống điều khiển động cơ có thể chia thành 3 nhóm chính: các cảm biến, ECU động cơ và các cơ cấu chấp hành. ĐỘNG CƠ ECU

Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP)

Tín hiệu tốc độ động cơ

Tín hiệu góc truc khuyûu

Cảm biến nhiệt độ nước

Cảm biến vị trí bướm ga

Cảm biến tốc độ xe

CT khởi động trung gian Điều hoà không khí

Vòi phun No.1 Vòi phun No.4 Vòi phun No.2 Vòi phun No.3

Bộ sấy cảm biến oxy

ISC (Van ủieàu khieồn tốc độ không tải) Đèn báo kiểm tra động cơ aéc quy rôle EFI chính

+B rơle đèn hậu và ELS

Cảm biến nhiệt độ khí nạp

HỆ THỐNG CÁC CẢM BIẾN

Các cảm biến có vai trò xác định và thu thập thông tin về sự hoạt động của hệ thống cũng như các thông tin về môi trường bên ngoài có liên quan đến sự hoạt động của hệ thống Những thông tin này ở dạng tín hiệu điện áp (electronic signals) được các máy tính gửi về bộ vi xử lý của máy tính thông qua các thiết bị giao tiếp đầu vào (bộ khuếch đại, bộ chuyển đổi A/D – Anolog to Digital Converter,…) Tại đây, bộ vi xử lý sẽ so sánh những thông tin này với thông tin trong bộ nhớ của máy tính để từ đó phát ra các tín hiệu điều khiển thích hợp.Tín hiệu điều khiển từ máy tính được gửi đến các cơ cấu chấp hành thông qua các thiết bị kiểm soát giao tiếp đầu ra để tác động điều khiển các thông số của hệ thoáng. hình 2.1 Các bậc kết hợp của cảm biến

A/D: bộ chuyển đổi Analog- Digital

SG: Bộ điều khiển điện tử SG (digital)

Cảm biến đo lượng khí nạp

Để xác định lượng khí nạp (lượng gió) đi vào xy lanh động cơ, người ta sử dụng các loại cảm biến khác nhau,nhưng có thể phân loại như sau: hình 2.2 các loại cảm biến đo lưu lượng khí nạp

2.1.1 Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP sensor) a) Nhieọm vuù:

Cảm biến áp suất đường ống nạp được sử dụng trong hệ thống phun xăng loại D-EFI (D-Jetronic), dùng để đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp Đây là một trong những cảm biến quan trọng nhất của EFI loại D.

Cảm biến áp suất đường ống nạp cảm nhận áp suất đường ống nạp bằng một IC lắp trong cảm biến và phát ra tín hiệu PIM ECU động cơ quyết định khoảng thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản dựa vào tín hiệu PIM này. b) Cấu tạo và hoạt động:

Cảm biến áp suất đưòng ống nạp có ba loại:

 Loại sai lệch từ tuyến tính.

Hệ thống điều khiển động cơ 4S-FE sử dụng cảm biến

Cảm bieỏn ủo lượng khí nạp

Cảm biến lưu lượng khí nạp

Cảm biến khối lượng khí nạp Loại dây saáy

Loại xoáy quang học karman

Loại cánh cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP)

Hình 2-3 : Cảm biến áp suất đường ống nạp

Loại cảm biến này dựa trên nguyên lý Wheatstone. Mạch cầu Wheatstone được sử dụng trong thiết bị nhằm tạo ra điện thế phù hợp với sự thay đổi điện trở.

Cảm biến bao gồm một tấm silicon nhỏ (hay gọi là màng ngăn) dày hơn ở 2 mép ngoài khoảng 0,25mm và mỏng ở giữa khoảng 0,025mm Hai mép được làm kín cùng với mặt trong của silicon tạo thành buồng chân không trong cảm biến Mặt ngoài tấm silicon tiếp xúc với áp suất đường ống nạp Hai mặt của tấm silicon được phủ thạch anh để tạo thành điện trở áp điện.

Khi áp suất đường ống nạp thay đổi giá trị của điện trở áp điện sẽ thay đổi Các điện trở áp điện được nối thành mạch cầu Wheatstone Khi màng ngăn không bị biến dạng (tương ứng với trường hợp động cơ chưa hoạt động hoặc tải lớn) tất cả 4 điện trở áp điện đều có giá trị bằng nhau và lúc đó không có sự chênh lệch điện áp giữa hai đầu cầu Khi áp suất đường ống nạp giảm, màng silicon bị biến dạng dẫn tới giá trị điện trở áp điện cũng bị thay đổi và làm mất cân bằng cầuWheatstone Kết quả là giữa 2 đầu cầu sẽ có sự chênh lệùch điện ỏp và tớn hiệu này được khếch đại để mởTransistor ở ngõ ra của cảm biến có cực C treo Độ mở của Transistor phụ thuộc vào áp suất đường ống nạp dẫn tới sự thay đổi điện áp báo về ECU.

Sơ đồ nguyên lý cảm biến áp suất đường ống nạp :

Hình 2-4 : Nguyên lý áp suất đường ống nạp

Hình 2-5 Mạch điện cảm biến áp suất đường ống nạp

Hiện nay trên các ôtô tồn tại 2 loại cảm biến đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp khác nhau về tín hiệu đầu ra: điện thế (TOYOTA, HONDA, DEAWOO, GM,… ) và tần số (FORD) Ở loại MAP điện thế, giá trị điện thế thấp nhất (lúc cánh bướm ga đóng hoàn toàn) và giá trị cao nhất (lúc toàn tải) cũng phụ thuộc vào loại xe gây khó khăn trong việc lắp lẫn.

Cảm biến áp suất đường ống nạp dùng độ chân không được tạo ra trong buồng chân không Độ chân không trong buồn này gần như tuyệt đối và nó không bị ảnh hưởng bởi sự dao động của áp suất khí quyển xảy ra do sự thay đổi độ cao.

Cảm biến áp suất đường ống nạp so sánh áp suất đường ống nạp với độ chân không này và phát ra tín hiệu PIM nên tín hiệu này cũng không bị dao động theo sự thay đổi của áp suất khí quyển. Điều đó cho phép ECU giữa được tỷ lệ không khí - nhiên liệu ở mức tối ưu tại bất kỳ độ cao nào.

Cảm biến kiểu dây nhiệt trước đây thường gặp trên các động cơ phun xăng có tăng áp, vì áp lực lớn trên đường ống nạp nên không thể sử dụng cảm biến MAP hoặc cảm biến đo gió loại cánh trượt Ngày nay cảm biến dây nhiệt được sử dụng rộng rãi, các xe đời mới của Toyota như COROLLA, CAMRY, INNOVA,…đều sử dụng loại cảm biến này, nhờ những ưu điểm vượt trội sau:

 Có quán tính thấp, kết cấu gọn nhẹ, không có phần tử di động và ít cản gió.

 Cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt đo trực tiếp khối lượng khí nạp một cách chính xác thậm chí nếu nhiệt độ khí nạp thay đổi nên ECU động cơ không cần điều chỉnh thời gian phun theo so thay đổi của nhiệt độ Ngoài ra, khi mật độ không khí giảm xuống do độ cao, khả năng làm mát của không khí giảm nếu so với cùng một thể tích khí nạp ở độ cao mặt nước biển, kết quả là mức độ làm mát dây nhiệt giảm Khi đó khối lượng khí nạp nhận biết được cũng giảm nên hiệu chỉnh phun để bù độ cao không cần thiết Với loại cảm biến này ECU tính toán thời gian (thời gian mở kim phun) chính xác hơn so với các hệ thống sử dụng các cảm biến đo gió khác Vì không cần phải kết hợp với cảm biến nhiệt độ khí nạp và cảm biến áp suất khí trời, do đó giảm được sai số tính toán.

Hình 2.7 cảm biến đo gió loại dây sấy

Bộ tạo tín hiệu G và NE

Trên động cơ 4S-FE sử dụng loại tín hiệu G, NE kiểu 2 cuộn kích, 4 raêng.

Tín hiệu G và NE được tạo ra bằng roto hay các đĩa tạo tín hiệu và cuộn nhận tín hiệu ECU động cơ sử dụng những tín hiệu này để nhận biết góc của trục khuỷu và tốc độ của động cơ Các tín hiệu này rất quan trọng không chỉ cho EFI mà còn cho cả hệ thống ESA (hệ thống đánh lửa sớm điện tử)

Các cảm biến tín hiệu này có thể chia làm 3 loại dựa trên vị trí lắp đặt nhưng kết cấu cơ bản và hoạt động của chúng là như nhau:

-Loại đặt trong bộ chia điện.

-Loại cảm biến vị trí cam.

2.2.2 Loại đặt trong bộ chia điện:

Bộ tạo tín hiệu G và NE trên động cơ 4S-FE là loại cảm biến điện từ đặt trong bộ chia điện.

Hình 2.8 cảm biến điện từ loại nam châm đứng yên

Bộ phận chính của cảm biến là một cuộn cảm ứng, một nam châm vĩnh cửu và một roto dùng để khép mạch từ có số răng tùy thuộc vào loại động cơ. Khi cựa răng của roto không nằm đối diện cực từ thì từ thông qua cuộn dây cảm ứng sẽ có giá trị thấp vì khe hở không khí lớn nến có từ trở cao Khi một cựa răng đến gần cực từ của cuộn dây, khe hở không khí giảm dần khiến từ thông tăng nhanh Như vậy nhờ sự biến thiên từ thông trên cuộn dây sẽ xuất hiện một sức điện động cảm ứng Khi cựa roto đối diện với cực từ của cuộn dây từ thông có giá trị cực đại nhưng điện áp ở hai đầu cuộn dây bằng không Khi cựa răng roto di chuyển ra khỏi cực từ thì khe hở không khí tăng dần làm từ thông giảm sinh ra một sức điện động theo chiều ngược lại.

 Dạng sóng tín hiệu G,NE trên động cơ 4S-FE

Hình 2.9 Sơ đồ và dạng xung loại hai cuộn dây chung cho G và NE

- ECU nhận biết vị trí trục khuỷu thông qua khoảng cách giữa 2 đỉnh xung, tại điểm cao nhất của xung ECU hiểu là một trong các xy lanh đang ở điểm chết trên.

- ECU nhận biết tốc độ quay động cơ thông qua tần số xung.

Hinh 2.10 Tín hiệu NE ở tốc độ thấp

Hình 2 11 Tín hiệu NE ở tốc độ cao

Cảm biến vị trí bướm ga

Cảm biến vị trí được lắp ở trục cánh bướm ga Cảm biến này đóng vai trò chuyển vị trí góc mở bướm ga thành tín hiệu điện thế gởi đến ECU.

Tín hiệu cầm chừng (IDL) dùng để điều khiển phun nhiên liệu khi tăng tốc và giảm tốc cũng như hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa Trên một số xe cảm biếm vị trí bướm ga còn giúp ECU điều khiển hộp số tự động.

Tín hiệu toàn tải (PSW) dùng để tăng lượng xăng phun ở chế độ toàn tải Để tăng công suất động cơ.

Có nhiều loại cảm biến vị trí cánh bươm ga, tùy theo yêu cầu và cách thiết kế trên các đời xe ta thường có các loại như: loại công tắc, loại biến trở.

Cảm biến vị trí bướm ga loại công tắc đươc sử dung trên động cơ 4S-FE.

2.3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến loại công tắc

- Một cần xoay đồng trục với cánh bướm ga.

- Cam dẫn hướng xoay theo cần.

- Tiếp điểm di động di chuyển dọc theo rãnh của cam dẫn hướng

Hình 2.12 Cảm biến cánh bướm ga loại công tắc

Hình 2.13 sơ đồ nguyên lý hoạt động Ở chế độ cầm chừng : khi cánh bướm ga đóng (góc mở < 5 0 ) thì tiếp điểm di động sẽ tiếp xúc với tiếp điểm cầm chừng và gởi tín hiệu điện thế thông báo cho ECU biết động cơ đang hoạt động ở chế độ cầm chừng.

Tín hiện này cũng dùng để cắt nhiên liệu khi động cơ giảm tốc đột ngột (chế độ cầm chừng cưỡng bức) Ví dụ khi xe đang chạy ở tốc độ cao ta muốn giảm tốc độ, ta nhả chân bàn đạp ga thì tiếp điểm cầm chừng trong công tắc bướm ga đóng, báo cho ECU biết động cơ đang giảm tốc Nếu tốc độ động cơ vượt quá giá trị nhất định tùy theo từng loại động cơ thì ECU sẽ điều khiển cắt nhiên liệu cho đến khi tốc độ động cơ cầm chừng ổn ủũnh. Ở chế độ tải lớn: Khi cánh bứớm ga mở khoảng

50 0 – 70 0 (tùy từng loại động cơ) so với vị trí đóng hoàn toàn, tiếp điểm di động tiếp xúc với tiếp điểm toàn tải và gởi tín hiệu điện thế để báo cho ECU biết tình trạng tải lớn của động cơ.

 Mạch điện: Có 2 loại: loại âm chờ và loại dương chờ Trên động cơ 4S-FE sử dụng loại âm chờ.

Hình 2.14 Mạch điện cảm biến bướm ga loại âm chờ được sử dụng trên động cơ 4S-FE Điện áp 5V đi qua một điện trở trong ECU đưa đến cựcIDL và cực PSW Ở vị trí cầm chừng điện áp cực IDL qua công tắc tiếp xúc IDL về mass Ở vị trí toàn tải điện áp từ cực PSW qua công tắc tiếp xúc PSW về mass.

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến nhiệt độ khí nạp

2.4.1 phương pháp tính nhiệt độ

 Dưới dạng của 2 cực phần tử, các điện trở phụ thuộc nhiệt độ thì đặc biệt thích hợp cho phương pháp tính nhiệt độ, nó có nhiều loại như loại quấn dây, ceramic, lá, màng mỏng, màng dày, hoặc dạng tinh thể đơn Trong trường hợp bình thường, để sinh ra một tín hiệu điện áp analog, chúng được kết hợp với một điện trở cố định để hình thành một dạng cầu phân áp , hoặc dòng điện độc lập với tải được sử dụng (Hình 2.15).

Mạch cầu phân áp thay đổi đặc tính của cảm biến ban đầu R (T) sang một đặc tính khác U (T):

 Theo cách khác, công dụng của một dòng điện độc lập với tải cho phép đường đặc tính của điện trở sinh ra chính xác:

 Độ nhạy tính thì bị giảm xuống nhiều hay ít phụ thuộc vào cấu tạo của mạch phân áp.Tuy vậy, các đặc tính của điện trở thể hiện một đường cong tăng rất ít, nó không có ảnh hưởng của dạng tuyến tính Với sự kết nối này, điện trở phụ thì luôn có kích cở để nó có thể cân bằng với điện trở tính tại một nhiệt độ so sánh cho trước (ví dụ: 20 C):

Hình 2.15 Các phương pháp tính sự biến đổi điện áp/điện trở

Dòng điện cung cấp Điện áp cung cấp Điện trở nhiệt nối tiếp Điện trở nhiệt tính Điện áp ra

2.4.2 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát a Nhieọm vuù:

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát dùng để xác định nhiệt độ động cơ, có cấu tạo là một điện trở nhiệt (thermistor) hay là một Diode. b Cấu tạo – hoạt động:

Thường là trụ rỗng có ren ngoài và bên trong có gắn một điện trở dạng bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm.

Hình 2.16 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Ở động cơ làm mát bằng nước cảm biến được gắn ở thân máy, gần bọng nước làm mát Trong một số trường hợp cảm biến được lắp trên nắp máy.

 Nguyên lý hoạt động: Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi theo nhiệt độ Nó được làm bằng vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm (NTC-negative temperature co- efficient) Khi nhiệt độ tăng thì điện trở giảm và ngược lại Các loại cảm biến nhiệt độ hoạt động cùng nguyên lý nhưng mức độ hoạt động và sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ có khác nhau Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp được gởi đến ECU trên nền tảng cầu phân áp.

Hình 2.17 Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Trên sơ đồ mạch điện trên ta có: Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt độ) tới cảm biến rồi trở về ECU về mass Nhưng điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp Điện áp điểm giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự - số (bộ chuyển đổi ADC - analog to digital converter).

Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ biến đổi ADC lớn Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xung vuông và được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECU biết động cơ đang lạnh Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến kéo theo điện áp đặt giảm, báo cáo cho ECU biết là động cơ đang nóng.

Hình 2.18 Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Hình 2.19 Đường đặc tính của cảm biến nước làm mát

2.4.2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp a Nhieọm vuù:

Cảm biến nhiệt độ khí nạp dùng để xác định nhiệt độ khí nạp Cũng giống như cảm biến nhiệt độ nước, nó gồm có một điện trở được gắn trong bộ đo gió hoặc trên đường ống nạp. b Cấu tạo - hoạt động:

Tỷ trọng của không khí thay đổi theo nhiệt độ Nếu nhiệt độ không khí cao, hàm lượng oxy trong không khí thấp Khi nhiệt độ không khí thấp, hàm lượng oxy trong không khí tăng Trong các hệ thống điều khiển phun xăng (trừ loại LH-Jetronic với cảm biến đo gió loại dây nhiệt) lưu lượng không khí được đo bởi các bộ đo gió khác nhau chủ yếu được tính bằng thể tích Vì vậy khối lượng không khí sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ của khí nạp. Đối với các hệ thống phun xăng nêu trên (đo lưu lượng bằng thể tích) ECU xem nhiệt độ 20 0 C là mức chuẩn, nếu nhiệt độ khí nạp lớn hơn 20 0 C thì ECU sẽ điều khiển giảm lượng xăng phun, nếu nhiệt độ khí nạp nhỏ hơn 20 0 c thì ECU sẽ điều khiển tăng lượng xăng phun Với phương pháp này, tỷ lệ hỗn hợp sẽ được đảm bảo theo nhiệt độ môi trường.

Hình 2.20 Cảm biến nhiệt độ khí nạp

Hình 2.21 Mạch điện của cảm biến nhiệt độ khí nạp.

Cảm biến khí thải hay cảm biến oxy

2.5.1 Nhieọm vuù Để chống ô nhiễm, trên các xe được trang bị bộ hoá khử (TWC – three way catalyst) Bộ hóa khử sẽ hoạt động

Cảm biến oxy được dùng để xác định thành phần hòa khí tức thời của động cơ đang hoạt động Nó phát ra một tín hiệu điện áp gởi về ECU để điều chỉnh tỉ lệ hòa khí thích hợp trong một điều kiện làm việc nhất định (chế độ điều khiển kín-closed control).

Cảm biến oxy được gắn ở đường ống thải có hai loại cảm biến oxi, khác nhau chủ yếu ở vật liệu chế tạo:

- Chế tạo từ dioxide zirconium (ZrO2).

- Chế tạo từ dioxide titanium (TiO2).

Cảm biến oxy loại zirconium đựoc sử dung trên động cơ 4S-

FE và được sử dụng phổ biến cho các xe hiện nay

2.5.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến oxy loại zirconium

Loại này được chế tạo chủ yếu từ chất Zirconium dioxide (ZrO2) có tính chất hấp thụ những ion oxy âm tính Thực chất, cảm biến oxy loại này là một pin điện có suất điện động phụ thuộc vào nồng độ oxy trong khí thải với ZrO2 là chất điện phân Mặt trong ZrO2 tiếp xúc với không khí, mặt ngoài tiếp xúc với oxy trong khí thải Ở mỗi mặt của ZrO2 được phủ một lớp điện cực bằng platin để dẫn điện Lớp platin này rất mỏng và xốp để oxy dễ khuếch tán vào Khi khí thải chứa lượng oxy ít do hỗn hợp giàu nhiên liệu thì số ion oxy tiếp xúc ở điện cực tiếp xúc khí xả ít hơn số ion oxy tập trung ở điện cưc tiếp xúc với không khí.

Sự chênh lệch số ion này sẽ tạo ra một tín hiệu điện áp khoảng 600-900mV Ngược lại, khi độ chênh lệch số ion ở hai điện cực nhỏ trong trường hợp nghèo xăng, pin oxy sẽ phát ra tín hiệu điện áp thấp khoảng 100-400mV Đặc điểm của pin oxy với ZrO2 là nhiệt độ làm việc phải trên 300 0 C Do đó, để giảm thời gian chờ, người ta dùng loại cảm biến có điện trở tự nung bên trong Điện trở dây nung được lắp trong cảm biến, được cung cấp điện từ accu qua công tắc máy và được điều khiển bằng ECU.

Hình 2.23 Sơ đồ mạch điện cảm biến oxy

Hình 2.24 Đường đặc tuyến của cảm biến oxy

Cảm biến tốc độ xe

Cảm biến tốc độ xe nhận biết tốc độ thực tế mà xe đang chạy Nó phát ra 1 tín hiệu SPD, chủ yếu dùng để điều khiển hệ thống ISC và điều khiển tỷ lệ không khí -

- Loại cảm biến quang học.

- Loại MRE (phần tử điện trở từ).

2.6.2 Cảm biến tốc độ xe loại công tắc lưỡi gà(công tắc từ):

Hình 2.25 Cảm biến tốc độ xe loại công tắc lưỡi gà

Cảm biến tốc độ bao gồm 1 nam châm được gắn với dây nối đồng hồ tốc độ xe và quay theo dây Một công tắc được đặt đối diện với nam châm Khi nam châm quay theo dây đồng hồ tốc độ, công tắc sẽ đóng mở theo chiều lực từ Công tắc sẽ đóng và mở 4 lần khi dây quay 1 vòng.

Khi nam châm quay ở vị trí song song với công tắc, chiều của lực từ sẽ cảm ứng lên công tắc thành 2 nam châm cùng cực làm chúng đẩy nhau, công tắc ở vị trí mở.

Các tín hiệu từ vị trí đóng mở của công tắc sẽ được đưa trực tiếp tới ECU mà không qua bộ chuyển đổi xung nhờ tín hiệu sóng vuông, tại đây ECU sẽ điều chỉnh tỷ lệ hòa khí phù hợp khi tăng tốc hoặc giảm tốc.

Hình 2.26 Sơ đồ mạch điện cảm biến tốc độ xe

Cảm biến kích nổ thường được chế tạo bằng vật liệu áp điện Nó được gắn trên thân xilanh hoặc nắp máy để cảm nhận xung kích nổ phát sinh động cơ và gởi tín hiệu này tới ECU, làm trễ thời điểm đánh lửa nhằm ngăn chặn hiện tượng kích nổ.

2.7.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 2.27 Cảm biến tiếng gõ

Thành phần áp điện trong cảm biến kích nổ được chế tạo bằng tinh thể thạch anh là những vật liệu khi có áp lực sẽ sinh ra điện áp (piezoelement) Phần tử áp điện được thiết kế có kích thước với tần số riêng trùng với tần số rung của động cơ khi có hiện tượng kích nổ để xảy ra hiệu ứng cộng hưiởng (f=7kHz) Do tiếng gõ của động cơ có tần số xấp xỉ 7kHz, nên điện áp kích nổ phát ra sẽ đạt mức cao nhất tại tần số này Có 2 loại cảm biến kích nổ Một loại tạo ra điện áp cao trong dải tần số hẹp của rung động, còn loại kia tạo ra điện áp cao trong dải tần số rộng Như vậy, khi có kích nổ tinh thể thạch anh sẽ chịu áp lực lớn nhất và sinh ra một điện áp Tín hiệu điện áp này có giá trị nhỏ 2,4V Nhờ tín hiệu này ECU nhận biết hiện tượng kích nổ và điều chỉnh giảm góc đánh lửa cho đến khi không còn kích nổ ECU sau đó có thể chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại sau một khoảng thời gian nhất định.

Hình 2.28 Đồ thị biểu diễn tần số kích nổ

Hình 2.29 Mạch điện cảm biến tiếng gõ

2.8 Một số tín hiệu khác

Khi khởi động, một tín hiệu từ máy khởi động được gởi về ECU để tăng thêm lương xăng phun trong suốt quá trình khởi động.

Hình 2.30 Tín hiệu khởi động

2.8.2 Tín hiệu công tắc máy lạnh

Khi bật công tắc máy lạnh, để tốc độ cầm chừng ổn định phải gởi tín hiệu báo về ECU nhằm điều khiển thời điểm đánh lửa và tốc độ cầm chừng (ISC).

Hình 2.31 Tín hiệu công tắc máy lạnh

2.8.3 Tín hiệu phụ tải điện

Khi bật các phụ tải điện công suất lớn trên xe,máy phát sẽ phát dòng lớn và tốc độ cầm chừng giảm do tăng tải trên máy phát Hậu quả là tốc độ cầm chừng giảm làm động cơ rung hoặc hoạt động không ổn định Vì vậy, cần phải báo cho ECU biết tín hiệu tải điện để điều khiển tốc độ cầm chừng Có nhiều cách để báo cho ECU biết tín hiệu này Trên xe Toyota, hoạt động của các phụ tải điện có công suất lớn được đưa đến ECU qua tớn hieọu ELS (electrical load signal).

Hình 2.32 Tín hiệu phụ tải điện

Một số tín hiệu khác

Khi khởi động, một tín hiệu từ máy khởi động được gởi về ECU để tăng thêm lương xăng phun trong suốt quá trình khởi động.

Hình 2.30 Tín hiệu khởi động

2.8.2 Tín hiệu công tắc máy lạnh

Khi bật công tắc máy lạnh, để tốc độ cầm chừng ổn định phải gởi tín hiệu báo về ECU nhằm điều khiển thời điểm đánh lửa và tốc độ cầm chừng (ISC).

Hình 2.31 Tín hiệu công tắc máy lạnh

2.8.3 Tín hiệu phụ tải điện

Khi bật các phụ tải điện công suất lớn trên xe,máy phát sẽ phát dòng lớn và tốc độ cầm chừng giảm do tăng tải trên máy phát Hậu quả là tốc độ cầm chừng giảm làm động cơ rung hoặc hoạt động không ổn định Vì vậy, cần phải báo cho ECU biết tín hiệu tải điện để điều khiển tốc độ cầm chừng Có nhiều cách để báo cho ECU biết tín hiệu này Trên xe Toyota, hoạt động của các phụ tải điện có công suất lớn được đưa đến ECU qua tớn hieọu ELS (electrical load signal).

Hình 2.32 Tín hiệu phụ tải điện

Bộ điều khiển trung tâm (ECU)

Bộ phận và cấu trúc chung của ECU

3.2 Các thành phần và chức năng của từng bộ phận chính

3.2.1 Bộ phận kết nối (Interface): là thiết bị trung gian dùng để kết nối giữa ECU với bộ phân bên ngoài. Thông qua bộ phận này ECU có thể nhận biết các tín hiệu vào ( inputs ) cũng như xuất các tín hiệu ra (outputs). a Bộ vào:

 Bộ vào dùng để nhận các tín hiệu vào (tín hiệu tương tự và tín hiệu số) và xử lí các tín hiệu này thành dạng tương ứng với yêu cầu tín hiệu của bộ vi xử lí.

 Vì máy tính làm việc với tín hiệu số nên các tín hiệu tương tự phải chuyển đổi thành tín hiệu số qua bộ chuyển đổi A/D (Analoy to Digital Connecter) hay còn gọi là bộ chuyển đổi tương tự –số (CAD).

Main menory (Rom,Prom,Ra m )

Giao tiếp đầu ra -vào

Hình 3.1 Sơ đồ khối của cấu trúc

Mạch chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số (A/D) nhử sau (Hỡnh 3.2)

 Gồm một chíp xử lý tín hiệu (Signal Processor) đóng vai trò chuyển đổi các tín hiệu tương tự (Analoy Signal) từ các phần tử đầu vào thành các tín hiệu xung số (Digital Signals) có tần số thích hợp với ECU để bộ vi xử lý có thể hiểu được.

 Tín hiệu tương tự thường là điện thế hay dòng điện có dạng biến thiên liên tục theo thời gian.

 Thông tin mà các tín hiệu tương tự muốn truyền đạt là biên độ của nó, biên độ này là một hàm theo thời gian tùy theo dạng của f và g mà ta có thể kết luận được về bản chất của tín hiệu u, i nói trên.

 Khác với tín hiệu tương tự, tín hiệu số chứa thông tin ở vị trí xung hay sự thay đổi đột ngột của biên độ so với tín hiệu thời gian chuẩn, còn trị số tuyệt đối của t u=f(t )

Hình 3.3: Dạng tín hiệu tương tự

Hình 3.5 Một bộ chuyển đổi A/D

Hình 3.5 chỉ ra một bộ chuyển đổi A/D đựoc biết như là một bộ chuyển đổi song song.

Bộ chuyển đổi bao gồm 4 bộ so sánh và một mạch mã hoá để nhận tín hiệu so sánh và chuyển chúng thành mã nhị phân Bộ so là một mạch điện tử so sánh hai tín hiệu liên tục Một tín hiệu vào của mỗi bộ so là một tín hiệu điện áp chuẩn còn gọi là tín hiệu so Khi tín hiệu vào khớp với tín hiệu chuẩn thì tín hiệu ra của bộ

Hình 3.4: Chuyển đổi tượng tự thành xung.

5V so là 1 tín hiệu điện áp chuẩn ở hình trên là 1V đến 4V Hình 3.6 biểu diễn tín hiệu vào ra của bộ chuyển đổi.

Tớn hieọu vào của bộchuyển đổi A/D

Tín hiệu ra của bộ so sánh Tín hiệu ra của bộ mã hoá

Hình 3.6: Tín hiệu vào ra của bộ chuyển đổi A/D

Vậy: Bản chất hai loại tín hiệu tương tự và số là khác nhau Tín hiệu tương tự thường gặp trong thực tế hơn, hơn nữa, tính chất liên tục theo thời gian của nó phù hợp với hiện tượng vật lý thông thường còn tín hiệu số thì chỉ xuất hiện trong các thiết bị số và thường được dùng như một hình thức trung gian thuận tiện cho việc đo lường và xử lý tín hiệu.

Bộ vi xử lý của ECU cần biết số lượng xung vì thế trong bộ giao tiếp đầu vào còn có bộ đếm xung (Counter) Bộ đếm này sẽ có nhiệm vụ đếm các xung (Pluse) chẳng hạn như số lượng xung từ cảm biến vị trí trục khuỷu của động cơ và gửi lượng đếm cho bộ vi xử lý số lượng xung sẽ ứng với vị trí trục khuỷu hoặc bộ đếm số đếm số xung từ cảm biến Ne sẽ đưa về bộ vi xử lý và bộ vi xử lý biết tốc độ động cơ.

Trong bộ phận giao tiếp đầu vào (Inputs - CPU) cần có bộ đếm trung gian (buffer).

Bộ đếm trung gian có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện áp xoay chiều A/C (AC signal) thành tín hiệu sóng vuông đưa về bộ xử lí nó không gửi lượng đến như bộ đếm Bộ phận chính của bộ trung gian là một Transistor sẽ đóng mở tùy theo cực tính của tín hiệu xoay chiều.

Các tín hiệu từ các cảm biến có biên độ (giá trị) rất nhỏ vì thế để đưa được các tín hiệu này về bộ xử lí người ta dùng bộ khuếch đại.

 Bộ ổn áp (Voltage Regulator).

Tớn hieọu yeáu ẹieọn áp thay đổi

Hình 3.8:Sơ đồ khối bộ trung gian chuyển đổi xung thành số Để duy trì sự chính xác và ổn định của tín hiệu vào thì cần có bộ ổn áp để hạ điện áp bình ácquy xuống còn 5V và ổn định điện áp đó cung cấp cho các bộ phận máy tính Bộ chuyển đổi từ tín hiệu ON/OFF sang tín hieọu soỏ.

Tín hiệu ON/OFF chính là những tín hiệu từ các công tắc điều khiển Ví dụ: Khi bật hay tắt điều hoà hoặc công tắc không tải thì bộ vi xử lí xác định tín hiệu nào xuất hiện, thường có các cách như sau:

Tương ứng với mỗi tín hiệu ON/OFF là một giá trị số tương ứng báo về ECU.

ECU dùng biện pháp quét dòng lần lượt từng tín hiệu vào. b Bộ ra (Out puts).

 Các bộ phận kết nối đầu ra được điều khiển bởi một bộ vi xử lí gồm những Transistor đóng mở còn gọi là bộ kiểm soát đầu ra (Out puts drivers) Khi bộ vi xử lí ECU quyết định điều khiển một thiết bị đầu ra nào đó hoạt động thì nó sẽ gửi một dòng điện áp rất nhỏ đến cực điều khiển của Transistor làm cho Transistor mở và cho dòng chính qua Transistor làm cho thiết bị chính hoạt động. Thông thường dòng chính về mass khi cần ngừng hoạt động ECU chỉ cần ngắt dòng điều khiển.

Bộ ổn áp (μ p) C PU ECU

Hình 3.10 Sơ đồ khối bộ ổn áp

Ví dụ: Trong hệ thống DCI (đánh lửa không có bộ chia điện) thì để đóng ngắt dòng sơ cấp tạo sự biến thiên với từ thông  trong W2 tạo cao áp thì ECU điều khiển sẽ phát tín hiệu hay dòng điều khiển đến Transistor.

3.2.2.Bộ nhớ của ECU. a Chức năng:

Hệ thống phun xăng điện tử EFI

Điều khiển lượng phun nhiên liệu

Điều khiển lượng phun nhiên liệu chính là điều khiển khoảng thời gian phun nhiên liệu Lượng phun nhiên liệu thực tế được xác định bởi hai yếu tố sau: 1) lượng phun cơ bản, lượng phun này được xác định dựa vào tín hiệu từ cảm biến lưu lượng khí nạp và cảm biến tốc độ động cơ;

2) lượng phun hiệu chỉnh, lượng phun này căn cứ vào các các cảm biến khác.

Hình 4.1 Sơ đồ điều khiển hiệu chỉnh phun

4.2 Phương pháp điều khiển bơm nhiên liệu

Bơm nhiên liệu trên xe có trang bị EFI chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy Thậm chí nếu bật khoá điện (ON) bơm nhiên liệu cũng sẽ không hoạt động nếu bản thân động cơ đang chạy Đây là một đặc điểm an toàn.

Hình 4.2 Phương pháp điều khiển bơm bằng ECU động cơ trên động cô 4S-FE

4.3 Các phương pháp dẫn động vòi phun

Có 2 phương pháp dẫn động vòi phun,một là loại điều khiển theo điện áp dùng cho vòi phun điện trở thấp có cuộn điện trở hoặc vòi phun có điện trở cao. Loại khác là loại điều khiển dòng điện dùng cho vòi phun loại điện trở thấp mà không có cuộn điện trở.

Khoảng thời gian từ lúc Transistor công suất bên trongECU bật và dòng điện bắt đầu chạy cho đến khi van của vòi phun mở và nhiên liệu được phun vào ngắn nhất đối với loại điều khiển theo dòng điện, dài hơn đối với loại có cuộn điện trở và dài nhất với loại vòi phun điện trở cao. Động cơ 4S-FE sử dụng vòi phun điện trở cao và được điều khiển bằng phương pháp điều khiển theo điện áp.

HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ ESA

5.1 Lý thuyết đánh lửa trong động cơ xăng : Để công suất của động cơ xăng đạt giá trị lớn nhất phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: tốc độ cháy, lượng xăng tham gia vào thành phần hỗn hợp, tỉ số nén, góc đánh lửa sớm hợp lí,…nhưng nhìn chung để đạt N lớn thì cần có áp suất không khí, sau khi piston qua điểm chết trên có giá trị lớn nhất.

Công suất cực đại của động cơ chỉ có nếu như áp suất trong xilanh ở thời điểm sau điểm chết trên 10÷15 theo góc quay trục khuỷu đạt giá trị lớn nhất Để đạt được điều đó cần phải điều khiển đánh lửa sớm hợp lí ().

Công suất ( ) và sức tiêu hao nhiên liệu (g ) nhỏ nhất khi góc đánh lửa sớm  ÷ 20 (Hình 4.49)

Góc đánh lửa hợp lí bị ảnh hưởng rất nhiều yếu tố như: tỉ số nén , mức độ tải trọng, hệ số , tốc độ cháy,… Để đạt được góc đánh lửa hợp lí ứng với mỗi chế n 3 n 2

Hỡnh 5.1: Theồ hieọn ảnh hưởng tải với góc đánh lửa

Hình 5.2: Biểu diễn sự thay đổi  theo  được góc đánh lửa sớm và góc ngậm điện đúng như lí thuyết thì các cơ cấu cơ khí trước đây không thể đạt được Ngày nay, với sự phát triển mạnh của ngành TĐĐK đã giúp chúng ta thực hiện được điều đó.

Phân loại

 Theo cách sử dụng thì ta có hai loại sau:

+ Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ vi xử lí chỉ để điều khiển đánh lửa.

+ Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ vi xử lí để điều khiển kết hợp với hệ thống phun xăng.

 Nếu theo cấu tạo thì được chia làm hai loại:

+ Hệ thống đánh lửa theo chương trình có Delco.

+ Hệ thống đánh lửa không có Delco (trực tiếp).

Keỏt caỏu chung cuỷa heọ thoỏng

Hình 5.3 Sơ đồ hệ thống lửa bằng điện tử

Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm và góc ngậm điện bằng điện tử có thể chia làm ba phần cơ bản sau :

Tín hiệu vào (Input Signals).

1 Tín hiệu tốc độ động cơ (Ne)và vị trí xy lanh(G).

2 Tín hiệu áp suất đường ống nạp(PIM).

4 Tín hiệu từ cảm biên vị trí bướm ga (PSW).

5 Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát (THW).

6 Tín hiệu điện áp accu.

7 Tớn hieọu kớch noồ (KNK).

+ ECU sẽ đóng vai trò là thiết bị điều khiển, nó sẽ tiếp nhận các tín hiệu vào và dựa vào chương trình đã cài sẵn đã lưu trong bộ nhớ Rom để kích hoạt cho IC lửa.

+ Cơ cấu chấp hành là Igniter sẽ nhận tín hiệu điều khiển từ ECU để điều khiển sự đóng ngắt dòng sơ cấp.Ngoài ra có thể có các tín hiệu vào từ các cảm biến nhiệt độ khí nạp, tốc độ xe, nếu số tín hiệu vào càng nhiều thì việc xác định góc đặt lửa sớm tối ưu càng chính xác.

Ưu điểm khi sử dụng hệ thống đánh lửa bằng điện tử

 Góc đặt lửa sớm được điều chỉnh tối ưu hoá cho từng chế độ hoạt động của động cơ.

 Góc ngậm điện luôn được điều chỉnh theo tốc độ của động cơ và hiệu điện thế của accu đảm bảo cho giá trị dòng thứ cấp luôn cao ở mọi thời điểm.

 Động cơ khởi động dễ dàng, cầm chừng êm, tiết kiệm nhiên liệu và giảm độ độc hại khí thải.

 Công suất và đặc tính động học của động cơ được cải thịên rõ.

 Có chức năng điều khiển chống kích nổ cho động cơ. (hệ thống có phản hồi)

 Ít hư hỏng, có tuổi thọ cao, không bảo dưỡng.

Với những đặc điểm nổi bậc nêu trên ngày nay hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử và phun xăng đa điểm được sử dụng thay thế hoàn toàn hệ thống đánh lửa bán dẫn thường.

Đặc tính điều khiển đánh lửa sớm của ESA

khi đó đường đặc tính đánh lửa sớm lí tưởng rất phức tạp và phụ thuộc rất nhiều thông số Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử thì góc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh gần sát với đặc tính lí tưởng (Hình 5.4)

1-Đặc tính đánh lửa sớm bằng điện tử.

2-Đặc tính đánh lửa sớm hiệu chỉnh bằng cơ khí.

Kết hợp hai đặc tính đánh lửa sớm theo tốc độ và theo tải trọng ta có bản đồ góc đánh lửa sớm lí tưởng sau.

Hình 5.5: Bản đồ góc đánh lửa lý tưởng

Với hơn 1000 ÷ 4000 điểm đánh lửa sớm được chọn lựa theo các chế độ và đưa vào lưu trong bộ nhớ của ECU.

Ngoài ra trong hệ thống đánh lửa bằng điện tử thì góc ngậm điện cũng được điều chỉnh theo chương trình n( min ) θ( ủo ọ ) Ρ( áp thaáp ) θ( ủ ộ )

Hình 5.4: Đặc tính góc đánh lửa sớm bằng điện tử và cơ khí được lưu trong ECU Điều chỉnh góc ngậm điện (Dwell Angle Control) để đảm bảo giữ cho giá trị dòng sơ cấp (i1) qua cuộn sơ cấp của bobine phù hợp với mọi chế độ hoạt động của động cơ và sự thay đổi điện áp của ECU, để từ đó đạt được giá trị cao áp (U2 ) thích hợp mọi chế độ và tránh lãng phí năng lượng.

Ta có biểu thức gia tăng dòng sơ cấp i1 :

Ri : Điện trở mạch sơ cấp. tmở : thời gian transitor

i =Li / Ri hằng số thời gian của mạch sơ cấp.

Từ (1) ta thấy i1 phụ thuộc vào Ung và tTmở

 Sự phụ thuộc này cụ thể như sau:

+ Giả sử khi khởi động thì hiệu điện thế accu bị giảm do sụt áp Vì vậy ECU động cơ sẽ điều khiển tăng thời gian ngậm điện tTmở nhằm tăng giá trị dòng sơ cấp i1 trong cuộn sơ cấp.

+ Khi tốc độ thấp:lúc này thời gian tích luỹ năng lượng lớn (góc ngậm điện lớn) gây lãng phí năng lượng, nên lúc này ECU sẽ điều khiển thời gian tTmở giảm xuống để giảm thời gian ngậm điện nhằm tiết kiệm năng lượng và tránh nóng cho bobine.

Trong trường hợp nếu dòng sơ cấp vẫn tăng cao hơn giá trị ấn định thì bộ phận hạn chế sẽ làm việc và giữ cho dòng sơ cấp không thay đổi cho đến khi đánh lửa.

Chú ý: Việc điều chỉnh góc ngậm điện có thể được thực hiện trong ECU hoặc ở igniter.

Phương pháp xác định góc đánh lửa sớm của ECU

 ECU sau khi nhận các tín hiệu từ đầu vào như:

KNK… nó sẽ tính toán góc đánh lửa sớm, việc xác định góc đánh lửa sớm tối ưu là quá trình tính toán gồm ba bước sau:

Bước 1: Điều chỉnh thời điểm ban đầu, góc đánh lửa sớm ban đầu phụ thuộc vào vị trí của Delco hoặc cảm biến vị trí cốt máy (tín hiệu G) thường là  = 5 ÷ 15 trước điểm chết trên ở tốc độ cầm chừng Để ECU điều chỉnh chính xác  thì nó sử dụng tín hiệu G và N

 Sự hiệu chỉnh thời điểm ban đầu là rất quan trọng đối với hoạt động của hệ thống đánh lửa sớm do ECU điều khiển Điều khiển thời điểm ban đầu là hàm vị trí vật lí của bộ phân phối trong động cơ và là cơ sở để xác định tất cả các hàm sớm sau khi thời điểm ban đầu được hiệu chỉnh và sẽ không đổi.

Nếu vị trí bộ phân phối trong động cơ thay đổi, quan hệ giữa N và G với điểm chết trên sẽ thay đổi Qua đây ta thấy: Hệ thống đánh lửa có cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử, khi điều chỉnh góc đánh lửa sớm ta chỉ chỉnh được 

Bước 2: Xác định góc đánh lửa sớm cơ bản (  ).

 Để ECU tính toán góc đánh lửa sớm cơ bản nó sẽ dựa vào tín hiệu sau:

+ Áp suất trên đường ống nạp (PIM).

 Dựa vào tín hiệu tải và N này ECU sẽ đọc giá trị góc đánh lửa sớm 

Hình 5.6: Hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa ban đầu đã lưu trong bộ nhớ Sự tính toán này tương đương với cơ cấu chân không và li tâm ở bộ chia điện cơ.

+ Nếu thể tích lưu lượng khí nạp tăng thì góc đánh lửa  giảm.

Bước 3: Xác định góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh (  ).

 Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh là góc đánh lửa sớm được cộng thêm hoăc bớt khi ECU nhận được các tín hiệu khác như:

+ Tín hiệu khởi động (STA).

+ Nhiệt độ nước làm mát (THW).

+ Góc mở bướm ga (PSW, IDL).

+ Dò tìm kích nổ (KNK).

+ Truyền động được điều khiển bằng địên tư û (ECT).

Vậy: Góc đánh lửa sớm thực tế khi động cơ hoạt động được xác định bằng công thức:

Hình 5.8: Các bước xác định thời điểm đánh lửa

Hình 5.9: Mạch điều khiển đánh lửa

Khi bộ vi xử lí phát điện áp cấp vào cực điều khiển của T làm T mở và có dòng ra cực IGT (5V) đến điều khiển đánh lửa Mạch điều khiển của đánh lửa sẽ kích hoạt cho TR khoá tạo biến thiên cho từ thông ở cuộn thứ cấp ….khi dòng sơ cấp mất, do hiện tượng cảm ứng trong cuộn sơ cấp sẽ xuất hiện suất điện động tự cảm đưa vào mạch tạo IGF và mạch IGF kích hoạt T mở và đưa tín hiệu IGF về ECU xác nhận đã đánh lửa.

5.7 Điều khiển thời điểm đánh lửa: a.Điều khiển đánh lửa khi khởi động:

Khi động cơ khởi động ECU sẽ nhận biết thông qua cực STA của ECU Lúc này tốc độ động cơ vẫn thấp hơn tốc độ xác định (500 vòng/phút) nên lúc này các tín hiệu PIM, Vs, Ks không ổn định nên việc xác định thời điểm đánh lửa xảy ra tại một góc trục khuỷu cố định nào đó mà sẽ không tính đến các chế độ hoạt động của động cơ nên  =  lúc này  phụ thuộc vào 

+ Điều khiển đánh lửa khi khởi động được thực hiện ngay sau khi nhập tín hiệu N sau tín hiệu G, thời điểm đánh lửa ban đầu này được đặt trực tiếp bằng IC dự phòng trongECU động cơ như hình sau: b Điều khiển sau khởi động:

Sau khi khởi động thì các tín hiệu hầu như đã ổn định

IC dự phòng sẽ ngắt , lúc này không sử dụng  =  nữa mà lúc này  được xác định bằng cách sau:

Thời điểm đánh lửa = góc thời điểm đánh lửa ban đầu + góc đánh lửa sớm cơ bản + góc đánh lửa sớm hiệu chổnh.

+ Góc đánh lửa sớm ban đầu được đặt cố định.

+ Góc đánh lửa sớm cơ bản:góc  trong hệ thống của ESA tương ứng với góc đánh lửa sớm chân không và li tâm trong EFI thông thường Các dữ liệu về góc đánh lửa sớm cơ bản tối ưu (tương ứng với tốc độ và tải trọng trong động cơ) đã được lập và lưu sẵn trong bộ nhớ của ECU động cơ.

Nếu khi tiếp điểm không tải ON tức là lúc này ECU sẽ xác định mức độ tải là hầu như không có và  sẽ được hiệu chỉnh theo tốc độ động cơ như đồ thị sau:

Hình 5.10: Mạch điều khiển IC dự phòng

Trong điều kiện này sử dụng hai tín hiệu là IDL và N (mạch tạo hai tín hiệu này như hình 4.22 và 4.35)

Nếu tiếp điểm không tải OFF lúc này ECU sẽ hiệu chỉnh  theo các dữ liệu lưu trong bộ nhớ tương ứng với áp xuất đường ống nạp (lưu lượng khí nạp) và tốc độ động cơ.

Chú ý: Ở một số động cơ có hai bộ dữ liệu để hiệu chỉnh  được lưu trong bộ nhớ và được sử dụng tuỳ theo trị số Ốc tan của nhiên liệu Để đạt được góc đánh lửa sớm tối ưu thì ngoài θbđ và θcb thì ECU còn điều khiển θhc phù hợp với điều kiện nhiệt độ, điện áp accu…

Các chế độ hiệu chỉnh

a Hiệu chỉnh khi hâm nóng:

Khi động cơ ở chế hâm nóng thời điểm đánh lửa được làm sớm hơn để nâng cao khả năng tải Do khi nhiệt độ nước làm mát lúc này thấp nên tốc độ cháy sẽ chậm nên phải kéo dài thời gian để nhiên liệu cháy hết Khi nhiệt độ động cơ nằm trong khoảng -20 ÷

60 0 ECU điều chỉnh góc đánh lửa sớm hơn từ 0 ÷15 0 (ECU nhận biết nhiệt độ động cơ qua tín hiệu (THA) từ cảm biến nhiệt độ nước.

Hình 5.11: Đặc tính đánh lửa sớm khi xe chay b Hiện chỉnh khi nhiệt độ động cơ quá cao. Để động cơ không bị quá nóng và có tiếng gõ (hiện tượng kích nổ) ECU sẽ làm thời điểm đánh lửa muộn đi, khi nhiệt độ nước làm mát quá cao và công tắt IDL đóng Nếu bằng hiệu chỉnh này thì góc đánh lửa sớm được làm muộn đi tối đa là 5 0 như đồ thị trên.

Hình 5.13: Hiệu chỉnh đánh lửa khi quá nhiệt chênh lệch so với tốc độ không tải chuẩn

 gó c sớ m góc muo ọn

Hình 5.15: Đồ thị hiệu chổnh c Hiệu chỉnh ổn định không tải :

Nếu tốc độ động cơ trong quá trình chạy không tải bị dao động xung quanh tốc độ không tải chuẩn đã đựơc lưu trong bộ nhớ của ECU động cơ sẽ nhận biết sự dao động này qua cảm biến tốc độ (Ne), để hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa ECU sẽ thường xuyên tính toán tốc độ trung bình, nếu tốc độ giảm xuống hơn tốc độ chuẩn thì Ecu sẽ làm sớm thời điểm đánh lửa một góc xác định sẵn trong bộ nhớ, và ngược lại.

Góc đánh lửa được thay đổi tối đa xấp xỉ 5 0 Hiệu chỉnh này không có tác dụng khi động cơ vượt quá một tốc độ xác định.

Tín hiệu để hiệu chỉnh gồm: Ne, IDL, SPD, mạch tạo tín hiệu đã khảo sát EFI.

Hình 5.14: Hiệu chỉnh ổn định không tải d Hieọu chổnh EGR:

Khi hệ thống tuần hoàn khí xả bật ECU sẽ nhận được tín hiệu EGR và IDL tắt thời điểm đánh lửa được làm sớm lên theo lượng khí nạp. e Hiệu chỉnh tiếng gõ.

Quá trình điều khiển hiệu chỉnh kích nổ là quá trình điều khiển có hồi tiếp.

+ Khi sử dụng xăng có chỉ số Ốctan quá thấp hoặc vì nguyên nhân nào đó như động cơ quá nóng sẽ xảy ra

Mạch đánh lửa Động cô

Mạch cảm biến kích noồ

Hình 5.17: Sơ đồ điều khiển kích nổ kieồu hoài tieỏp

Hình 5.16: Đặc tính hiệu chỉnh theo lưu lượng EGR

+ Bằng cách đo điện áp của tín hiệu KNK cao hay thấp so với mức chuẩn mà ECU sẽ biết được tiếng gõ ở ba cấp độ mạnh, trung bình và yếu Tuỳ theo tín hiệu KNK ở mức nào mà góc đánh lửa muộn sẽ thay đổi hay nói cách khác, nếu tiếng gõ xảy ra mạnh dẫn đến thời điểm đánh lửa sẽ muộn nhiều và ngược lại (hình 5.18)

+ Khi tần số rung của động cơ 5÷7 kHz thì sẽ có hiện tượng cộng hưởng trong cảm biến nên điện áp sẽ phát ra mức cao nhất nên góc làm muộn lửa theo hiệu chỉnh này sẽ lớn nhất Từ sơ đồ trên ta thấy quá trình này thực hiện theo chu trình kín (điều khiển có phản hồi), kích nổ thường xảy ra một vài máy.Vì vậy: ECU dựa vào thời điểm kích nổ, vị trí cốt máy có thể nhận biết chính xác máy bị kích nổ và hiệu chỉnh ở máy đó vì thế sẽ ít ảnh hưởng đến công suất của động cơ.

+ Việc hiệu chỉnh kích nổ cho phép động cơ vận hành với thời điểm đánh lửa tối ưu bất kể chỉ số Ốctan nhiên liệu, tăng công xuất động cơ khi dùng nhiên liệu có trị số Ốctan cao. f Hiệu chỉnh phản hồi tỉ lệ không khí-nhiên liệu

(sử dụng cho động cơ có cảm biến Oxy).

Trong quá trình hiệu chỉnh phản hồi tỉ lệ không khí - nhiên liệu, tốc độ động cơ thay đổi theo sự tăng hay giảm lượng phun nhiên liệu. Động cơ rất nhạy cảm với sự thay đổi hỗn hợp khi chạy không tải, nên ở chế độ không tải để ổn định được bằng cách làm sớm thời điểm đánh lửa phù hợp với

Hình 2.18: Hiệu chỉnh góc đánh lửa khi bị kích nổ lượng phun của hiệu chỉnh phản hồi tỉ lệ không khí- nhiên liệu Góc đánh lửa làm sớm lên tối đa là 5

Tín hiệu sử dụng để hiệu chỉnh gồm: OX, IDL, SPD. g Hieọu chổnh soỏ ETC:

Khi xe có lắp ECT (hộp số điều khiển điện tử ) để tránh va đập khi chuyển xuống hay lên số thì khi chuyển số ECU sẽ làm trể góc đánh lửa sớm cơ bản một cách tạm thời khi đổi số và dẫn đến mômen của động cơ giảm xuống và làm giảm va đập trong hộp số và chuyển số êm hơn Mức làm trể tuỳ tình trạng của động cơ và các tín hiệu nhập cảm biến ECT góc thời điểm đánh lửa muộn đến giá trị tối đa khoảng 20 trong trường hợp này. h Hiệu chỉnh góc  theo độ cao: Để cải thiện công suất động cơ và chất lượng chạy không tải khi vận hành ở độ cao ECU bằng cách làm sớm thời điểm đánh lửa so với góc đánh lửa cơ bản. g Các hiệu chỉnh khác:

Ngoài các hiệu chỉnh trên để góc đánh lửa sớm thật phù hợp thì ECU cần điều chỉnh các chế độ sau:

- Hiệu chỉnh khi gia tốc, giảm tốc: Trong quá trình chuyển đổi từ giảm tốc đến tăng tốc thời điểm đánh lửa hoặc là được làm muộn hoặc là làm sớm tạm thời tương ứng với sự gia tốc.

- Hiệu chỉnh theo chân ga: Khi xe xuống dốc một tín hiệu gởi từ ECU điều khiển chân ga đến ECU động cơ và làm

Hình 2.20: Đặc tính hiệu chỉnh sớm theo độ cao (HAC)

Hình 2.19: Đặc tính hiệu chỉnh sớm theo ECT

Hệ thống điều khiển tốc độ không tải ISC67

Khái quát

 Hệ thống ISC giữ chức năng điều khiển tốc độ không tải bằng một van ISC để thay đổi lượng khí nạp đi tắt qua bướm ga Nó được điều khiển bằng các tín hiệu cấp từ ECU khi đã xử lí

 Có thể sử dụng bốn loại van ISC sau:

+ Loại van xoay (nam châm quay).

+ Loại ACV (van điều khiển khí) điều khiển theo hệ số tác duùng.

+ Loại VSV (van đóng - mở chân không ) điều khiển bật – taét.

Trên động cơ 4S-FE sử dụng loại nam châm quay.

Bố trí và nguyên lý

a Boá trí: b Đặc điểm cấu tạo van ISC loại van xoay sử dụng trên động cơ 4S-FE

Van ISC động ECU cô

Cảm bieán khoang nạp khí

Hình 6.1: Sơ đồ khối hệ thoáng ISC

Hình 6.2 Cấu tạo van điều khiển tốc độ không tải kiểu van xoay

Cấu tạo của van ISC được trình bày trên hình 6.2

 Nam châm vĩnh cửu: Đặt ở đầu trục van, có hình trụ. Nó sẽ quay dưới tác dụng lực đẩy hoặc kéo của hai cuộn T1 và T2.

 Van: đặt treo ở tiết diện giữa của trục van Nó sẽ điều khiển lượng gió đi qua mạch rẽ van xoay cùng với truùc cuỷa nam chaõm.

 Cuộn T1 và T2: Đặt đối diện nhau, ở giữa là nam châm vĩnh cửu ECU nối mass một trong hai cuộn dây để điều khiển đóng mở van.

 Cuộn lò xo lưỡng kim: dùng để điều khiển đóng mở van theo nhiệt độ nước khi mạch điều khiển điện không làm việc Một đầu cuộn lò xo lưỡng kim được bắt vào chốt cố định, còn điểm kia bắt vào chấu bảo vệ. Trên chấu bảo vệ có một rãnh Một chốt xoay liền với trục van sẽ đi vào rãnh này.

Chốt xoay sẽ không kích hoạy sự hoạt động của lò xo lưỡng kim khi hệ thống điều khiển cầm chừng hoạt động tốt cũng như lúc lò xo lưỡng kim không tiếp xúc với mặt cắt có vát rãnh trên chấu bảo vệ Cơ cấu này là thiết bị an toàn không cho tốc độ cầm chừng quá cao hay quá thấp nếu mạch điện bị hư hỏng. c Nguyeân lí: Để điều khiển tốc độ cầm chừng người ta cho thêm một lượng gió đi tắt qua cánh bướm ga vào động cơ nhằm tăng lượng hỗn hợp để giữ tốc độ cầm chừng ổn định khi động cơ hoạt động ở các chế độ tải khác nhau trong khi cầm chừng.

Nếu không có van ISC thì động cơ khi chạy không tải mà ta thay đổi tải thì động cơ sẽ chết máy. Để điều khiển được lượng gió tắt qua bướm ga khi tải thay đổi thì ECU của động cơ sẽ nhận tín hiệu từ các cảm biến để biết được sự thay đổi tải khi chạy cầm chừng.

Ví dụ: Khi bật điều hoà hay các phụ tải điện… các tín hiệu này sẽ được gửi đến bộ xử lí và dựa theo chương trình đã cài đặt sẵn trong bộ nhớ ECU sẽ phát ra tín hiệu đến điều khiển van ISC.

Các chế độ không tải điều khiển bằng ISC

Hình 6.2 van ISC loại nam châm quay a.Chế độ khởi động:

Khi động cơ ngừng hoạt động tức không có tín hiệu tốc độ gửi đến ECU thì lúc này các van điều khiển mở hoàn toàn giúp khởi động dễ dàng. b.Chế độ sau khởi động:

Sau khi động cơ đã nổ (tốc độ tăng) nếu van ISC vẫn mở như lúc khởi động thì lượng khí nạp qua van rất lớn và tốc độ không tải sẽ rất cao Vì vậy, khi động cơ đạt được một tốc độ nhất định nào đó ECU sẽ nhận biết qua tín hiệu Ne và THW, ECU sẽ gửi tín hiệu đến van điều khiển cầm chừng và làm nó đóng bơt ùtừ vị trí mở hoàn toàn đến một vị trí ấn định theo nhiệt độ nước. c Điều khiển chế độ hâm nóng: nhieọt nước độ

Hình 6.3: Hiệu chỉnh sau khởi động

Khi động cơ ở chế độ hâm nóng nhịêt độ động cơ tăng dần lên làm khả năng cháy nhiên liệu tăng và sửù toơn thaẫt nhieụt giạm, luực naứy ủoứi hoỷi van ISC phại đóng dần khi ta hoạt động ở chế độ hâm nóng Nếu không giảm bớt độ mở van ISC thì sẽ làm tốc độ động cơ tăng lên quá cao. d Điều khiển độ mở van ISC khi chạy máy lạnh:

Khi ta đang chạy không tải và sau đó bật máy lạnh do tải của máy lạnh lớn sẽ làm giảm tốc độ cầm chừng xuống có khả năng gây chết máy Lúc này ECU sẽ nhận được tín hiệu A/C báo bật máy lạnh và tín hiệu tốc độ Ne, để xử lí và chọn ra tín hiệu điều khiển độ mở của van ISC phù hợp.

 Quá trình đie à u chỉnh: ECU sẽ nhận biết đựơc sự chênh lệch thật sự tốc độ động cơ với tốc độ ổn định của bộ nhớ, nếu lớn hơn 20vòng/phút thì ECU sẽ gửi tín hiệu đến van ISC để nó mở lớn hơn nhằm tăng lượng khí thêm vào qua đường Bypass nhằm mục đích tăng tốc độ động cơ khoảng 100vòng/phút e Theo tải máy phát:

Khi ta bật các phụ tải điện công suất lớn trên động cơ tải của động cơ sẽ tăng do sức cản gây ra từ máy phát Để đảm bảo khi đang chạy cầm chừng, có phụ tải này nhưng tốc độ đômg cơ vẫn được ổn định thì ECU sẽ cho mở lớn van ISC cho lựơng không khí qua nhiều nếu thấy tải của máy phát tăng ECU nhận biết tình nhieọt nước độ

Hình 6.4: Độ mở khi hâm nóng

+Từ cọc FR của máy phát. f Hiệu chỉnh độ mở theo tín hiệu từ hộp số tự động:

Khi tay số ở các vị trí “R”,”P”,”D” Thì sẽ có một tín hiệu điện áp đến ECU để ECU tăng độ mở ISC.

Hình 6.5: Mạch nhận tín hiệu từ hộp số tự động.

Hệ thống tự chẩn đoán và một số chức năng khác của ECU

Khái quát

ECU động cơ được trang bị một hệ thống chẩn đoán Tùy theo từng kiểu xe, hệ thống chẩn đoán chỉ có chế độ thường hay có cả chế độ bình thường và chế độ thử.

Trong chế độ bình thường, ECU (theo dõi hầu heat các cảm biến) bật sáng đèn “CHECK ENGINE” (kiểm tra động cơ) khi nó phát hiện ra có hư hỏng trong một cảm biến nào đó hay mạch của chúng Lúc này, ECU sẽ ghi hệ thống có hư hỏng vào bộ nhớ của nó Thông tin này được giữ lại trong bộ nhớ thậm chí sau khi tắt khoá điện. Khi xe được mang đến trạm do hư hỏng trong hệ thống điều khiển động cơ, nội dung của bộ nhớ có thể được kiểm tra để xác định hư hỏng. Đèn “CHECK ENGINE” không sáng khi có một số loại hư hỏng được phát hiện, do các hư hỏng này sẽ không gây ra bất kỳ hư hỏng nặng nào như chết máy.

Sau khi hư hỏng được sửa chữa, đèn “CHECK ENGINE” tắt đi. Tuy nhiên, bộ nhớ của ECU vẫn giữ một ghi chú về hệ thống có xảy ra hư hỏng.

Trong hầu hết các loại động cơ, nội dung của bộ nhớ chẩn đoán có thể kiểm tra bằng cách nối tắt cực T hay TE1 với cực E1 của giắc kiểm tra hay TDCL (giắc nối chẩn đoán của Toyota) và đếm số lần nháy của đèn “CHECK ENGINE”.

Trong một số kiểu xe cũ hơn, nội dung của bộ nhớ chẩn đoán có thể kiểm tra bằng cách nối dây dùng cho sửa chữa vào cực T và E1 của giắc kiểm tra và một vôn kế loại kim vào cực VF và E1 của giắc chẩn đoán EFI, sau đó kiểm tra sự dao động của điện áp.

Trong một số kiểu xe hiện nay, còn bổ sung thêm một chức năng thử vào chức năng của hệ thống chẩn đoán nhằm phát hiện các hư hỏng chập chờn (như tiếp chế độ bình thường, nó có độ nhạy lớn hơn Ví dụ: trong chế độ bình thường, ECU sẽ bật sáng đèn “CHECK ENGINE” và ghi lại hư hỏng trong bộ nhớ nếu một hư hỏng bị phát hiện hai lần liên tiếp; trong khi ở chế độ thử, ECU sẽ bật sáng đèn “CHECK ENGINE” và ghi lại hư hỏng cho dù nó chỉ xuất hiện một lần.

Kỹ thuật viên sẽ kích hoạt chế độ thử bằng một qui trình định trước.

Phương pháp đọc mã chẩn đoán trong chế độ thử cũng giống như chế độ bình thường.

Nguyên lý tự chẩn đoán

Giá trị của tín hiệu thông báo đến ECU rằng nó là bình thường ở đầu vào cũng như đầu ra được cố định đối với tín hiệu đó.

Khi tín hiệu của một mạch nào đó không bình thường so với giá trị có định này, mạch đó được coi như có hư hỏng Ví dụ: khi mạch tín hiệu nhiệt độ nước làm mát hoạt động bình thường, điện áp tại cực THW cố định ở giữa khoảng 0.1 đến 4.9V Mạch này bị coi là có hư hỏng khi điện áp cực THW nhỏ hơn 0.1V (nhiệt độ nước làm mát là 139 0 hay lớn hơn) hay lớn hơn 4.9V (nhiệt độ nước làm mát là -50 0 C hay thấp hơn).

Chức năng của đèn CHECK ENGINE

7.3.1 Chức năng kiểm tra đèn Đèn “CHECK ENGINE” sáng lean khi bật khoá điện đến vị trí ON để thông báo cho lái xe rằng nó không bị cháy. Tắt đi khi tốc độ động cơ đạt đến 500 v/p (tốc độ khác nhau tùy theo kiểu động cơ)

Khi có hư hỏng và ECU nhận ra nó xảy ra ở một trong các mạch tín hiệu vào/ra nối với ECU (có nghĩa là một trong các dấu ON trong cột đèn “CHECK ENGINE”) đèn sẽ sáng để cảnh báo cho lái xe Đèn sẽ tắt khi tình trạng trở lại bình thường (điều này chỉ xảy ra khi tốc độ động cơ là 500 v/p hay hơn).

7.3.3 Chức năng báo mã chẩn đoán

Nếu cực T hay TE1 được nối với cực E1 (sau khi khoá điện bật ON),mã chẩn đoán phát ra theo thứ tự từ mã nhỏ đến mã lớn với số lần nháy đèn “CHEC ENGINE” bằng với số của mã lỗi.

Trong một số động cơ (không có ở động cơ 4S-FE)còn có thêm chế độ thử để làm cho hệ thống chẩn đoán nhạy hơn Hệ thống này có thêm một cực TE2 trong TDCL hay giaộc kieồm tra.

Thuật toán phát hiện lỗi và các chế độ chẩn đoán

Thuật toán phát hiện hai lần được sử dụng trong chế độ chẩn đoán bình thường Trong thuật toán này, khi hư hỏng bị phát hiện lần đầu, nó tạm thời lưu vào bộ nhó của ECU Nếu hư hỏng lại bị phát hiện một lần nữa, đèn

“CHECK ENGINE” sẽ được bật sáng (tuy nhiên khóa điện phải được bật tắt giữa hai lần phát hiện).

Thuật toán phát hiện một lần đươc sử dụng trong chế độ thử Trong chế độ này, đèn “CHECK ENGINE” sẽ được bật sáng ngay khi ECU phát hiện thấy hư hỏng lần đầu.

7.4.1 Chế độ bình thường(Normal mode)

Chế độ này phải đáp ứng các điều kiện sau:

 Hiệu điện thế accu phải bằng hoặc lớn hơn 11V.

 Cánh bướm ga đóng hoàn toàn (công tắc ở cảm biến vị trí bướm ga tắt).

 Ngắt tất cả các công tắc tải điện khác.

 Bật công tắc về vị trí ON (không nổ máy).

Dùng đoạn dây điện nối tắt hai đầu của giắc kiểm tra: lỗ E1 và T Khi đó, đèn “CHECK ENGINE” chớp theo những nhịp phụ thuộc vào tình trạng hoạt động của hệ thống. Nếu tình trạng bình thường thì đèn chớp đều đặn 2 lần/giây (với loại dùng đo gió cánh trượt, khoảng cách giữa hai lần đèn sáng và đèn tắt khác nhau).

Nếu xe có sự cố nào của hệ thống điều khiển động cơ thì đèn báo sự cố sẽ chớp theo những chuỗi khác nhau,

Hình 7.2 Hiển thĩ mã lỗi 12 và 31

7.4.2 Chế độ thử (Test mode)

Chế độ này phải thỏa mãn các điều kiện sau:

 Hiệu điện thế accu bằng hoặc lớn hơn 11V.

 Công tắc cảm biến vị trí bướm ga đóng.

 Tất cả công tắc phụ tải khác phải tắt.

 Dùng đoạn dây điện nối chân E1 và TE2 của TDCL (Toyota Diagnostic Communication Line), hoặc giắc kiểm tra. Sau đó, bật khoá điện sang vi trí ON, quan sát đèn “CHECK ENGINE” chớp, tắt cho biết đang hoạt động ở chế độ thử.

Khởi động động cơ lúc này bộ nhớ RAM sẽ bị xóa hết các mã chẩn đoán và được ghi vào bộ nhớ các mã chẩn đoán mới Nếu hệ thống chẩn đoán nhận biết động cơ vẫn còn bị hư hỏng thì đèn “CHECK ENGINE” vẫn sáng Muốn tìm lại mã sự cố chúng ta thực hiện lại các bước ở chế độ bình thường Và sau khi khắc phục sự cố,phải xoá bộ nhớ Nếu không xoá bộ nhớ, nó sẽ giữ nguyên các mã cũ và khi có sự cố mới ta sẽ nhận được thông tin sai Có thể tiến hành xoá bộ nhớ bằng cách đơn giản sau: tháo cầu chì chính EFI ra ít nhất là 10s,sau đó lắp lại Nếu không biết cầu chì đó ở đâu thì có thể tháo cọc accu ra khoảng 15s.

Chức năng an toàn

Khi có sự cố kỹ thuật trong hệ thống điều khiển động cơ khi xe đang hoạt động (mất tín hiệu từ cảm biến) việc điều khiển ổn định xe trở nên khó khăn hơn Vì thế chức năng an toàn được thiết kế để ECU lấy các dữ liệu tiêu chuẩn trong bộ nhớ tiếp tục điều khiển động cơ hoạt động hoặc ngừng động cơ nếu các sự cố nguy hiểm được nhận biết.

Mạch có tớn hieọu khoâng bìnhthường

Tính cần thiết Hoạt động

Mạch tín hiệu xác nhận đánh lửa (IGF)

Nếu có hư hỏng trong hệ thống đánh lửa và không thể đánh lửa, bộ lọc khí xả có thể quá nóng do bỏ máy

Mạch tín hieọu cảmbiến áp suaát đường ống nạp

Nếu có hở mạch hay ngắn mạch trong mạch cảm biếnáp suất đường ống nạp, không thể tính toán được khoảng thời gian phun cơ bản, kết quả là động cơ bị chết máy hay không khởi động lại được.

Một giá trị cố ủũnh ( tieõu chuẩn) xác định tại thời điểm khởi động bằng trạng thái của tieỏp ủieồm khoõng tải được sử dụng để làm khoảng thời gian phun cơ bản và thời điểm đánh lửa cho phép động cơ hoạt động.

+ Mạch tớn hieọu cảmbiến nhiệt độ nước làm mát

Nếu hở hay ngắn mạch xảy ra trong mạch tín hiệu nhiệt độ nước nước làm mát hay nhiệt độ khí nạp, ECU seừ hieồu raống nhieọt độ là -50 o C hay 139 o C Điều này sẽ dẫn đến tỉ lệ hỗn hợp quá nhạt hay quá đậm và làm cho động cơ chết máy hay chạy không êm.

Dùng giá trị hoạt động bình thường (giá trị tiêu chuẩn) Giá trũ tieõu chuaồn này khác nhau tuứy theo kieồu động cơ nhưng thông thường nhiệt độ nước làm mát là 80 o C và nhiệt độ khí hieọu cảmbiến tieáng gõ(KNK) trong mạch cảm biến tiếng gõ, ECU sẽ không điều khiển thời điểm đánh lửa theo tiếng gõ. muộn hiệu chỉnh được đặt ở giá trị tối đa.

Chức năng lưu dự phòng

Chức năng lưu dự phòng được thiết kế để khi có sự cố kỹ thuật ở ECU, IC lưu dự phòng trong ECU sẽ lấy toàn bộ dữ liệu lưu trữ để duy trì hoạt động động cơ trong thời gian ngaén.

ECU sẽ hoạt động ở chức năng dự phòng trong các điều kieọn sau:

 ECU không gởi tín hiệu điều khiển đánh lửa (IGT).

 Mất tín hiệu từ cảm biến áp suất đường ống nạp (PIM).

Lúc này IC lưu dự phòng sẽ lấy tín hiệu dự trữ để điều khiển thời điểm đánh lửa và thời điểm phun nhiên liệu duy trì hoạt động động cơ Dữ liệu lưu trữ này phù hợp với tín hiệu khởi động và tín hiệu từ công tắc cầm chừng, đồng thời đèn “CHECK ENGINE” sẽ sáng để thông báo cho tài xế.

Lắp đặt mô hình hệ thống điều khiển động cô 4S-FE

YÙ nghóa cuûa moâ hình

Mô hình thể hiện một cách trực quan sinh động có thể dùng làm mô hình giảng dạy trong thực tế và tham khảo.

Phương án lắp đặt mô hình

 Trên mô hình bố trí thành ba nhóm : các cảm biến; ECU và các cơ cấu chấp hành.

Hình 8.1 Sơ đồ bố trí lắp đặt mô hình

 Để thuận tiện cho việc kiểm tra các tín hiệu, mô hình có sử dụng giắc để đưa các cực của ECU và các

 Sử dụng bơm chân không để mô phỏng độ chân không trên đường ống nạp và một van tiết lưu để thay đổi độ chân không theo các điều kiện làm việc của động cơ.

Hình 8.3 Bơm chân không và van tiết lưu

 Sử dụng một mô tơ điện để dẫn động trục bộ chia điện để tạo tín hiệu NE, G một biến trở công suất được sử dụng để thay đổi tốc độ của mô tơ điện mô phỏng sự thay đổi tốc độ động cơ.

Hình 8.4 Mô tơ dẫn động bộ chia điện

Hướng dẫn sử dụng mô hình

Hình 8.5 Các cực của ECU động cơ

Cực Tên gọi Điều kiện Giá trị đo A2(STA) Tín hiệu khởi động Khoá điện ở vị trí ST 9-14V

A3 (IGF) Tín hiệu xác nhận đánh lửa Động cơ hoạt động Tín hiệu xung

A4(NE + ) Tớn hieọu soỏ vòng quay động cơ Động cơ hoạt động Xung

A5 (NE - ) Động cơ hoạt động Xung A9(RSC) Đóng van cuộn dây quay A10(RSO) Mở van cuộn daây quay A12(#10) Tớn hieọu ủieàu khiển vòi phun 1 & 3

A13(E01) Nối mát No.01 Khoá điện

A14 nối mát No.1 Khoá điện 0V

(NSW) khởi động trung gian vò trí N, khoá điện ON

A22(IGT) Tín hiệu thời điểm đánh lửa Động cơ hoạt động xung

A25(#20) Tớn hieọu ủieàu khiển vòi phun 2 & 4

A26(E02) Nối mát No.02 Khoá điện

Tín hiệu áp suất đường ống nạp

B3(THA) Tớn hieọu nhieọt độ không khí nạp

B4(THW) Tớn hieọu nhieọt độ nước làm mát

B8 (VF) Điện áp phản hoài

B9 (E2) Mát cảm biến Khoá điện

B10(PSW) Coâng taéc toàn tải Khoá điện

B11(Vc) Điện áp không đổi 5V Khoá điện

B12(IDL) Tieỏp ủieồm không tải Khoá điện

B16(E21) nối mát No.21 Khoá điện

C2(BATT) Ác quy Khoá điện

C3(AC2) tín hiệu từ bộ khuếch đại điều hoà

C4 (FC) ẹieàu khieồn bôm nhieân lieọu

C8 (W) Đèn báo kiểm tra động cô

ON, đèn check engine sáng

C10(A/C) tớn hieọu coõng tắc máy lạnh A/C ON 9-14V C11(SPD) Tốc độ xe

C12(ELS) Tớn hieọu phuù tải điện

8.3.2 Kiểm tra điện nguồn cung cấp cho ECU, mạch cấp nguốn 5V và mạch nối mát của ECU

1 Kiểm tra điện áp nguo à n cung ca á p cho ECU Đo điện áp các cực +B, +B1 và BATT với cực E1 (cực mát của ECU).

Hình 8.6 Kiểm tra điện áp nguồn

Mạch cấp nguồn kiểu điều khiển không qua ECU

Hinh 8.7 sơ đồ mạch nguồn Điều kiện +B với

“OFF” 0V 0V 10-14V Điện nguồn cung cấp thường trực đến chân BATT và E1 của ECU để lưu trử các dữ liệu trong bộ nhớ trong suốt quá trình xe hoạt động Khi tháo cầu chì ra với thời gian khoảng 15 giây thì các dữ liệu trong bộ nhớ sẽ bị xóa. Khi công tắc máy ở vị trí IG, có dòng điện đi qua cuộn dây làm tiếp điểm trong rơ le đóng, có dòng điện từ ắc quy được đưa đến chân +B và +B1 của ECU, cấp nguồn cho ECU Cực E1 của ECU được nối với thân động cơ.

Khi bật công tắc máy “ON” mà không có điện áp tại cực +B và +B1 của ECU thì kiểm tra cầu chì EFI (15A), cầu chì

IG (7.5A) và rơle chính EFI.

2 Kiểm tra mạch cấp nguốn 5V

Mạch điện 5V cung cấp nguồn cho bộ vi xử lý, cấp nguồn từ cực Vcc cho các cảm biến và cấp nguồn 5V qua các điện trở cho các cảm biến.

Bước 1: Cấp điện áp nguồn cho ECU.

Bước 2: Dùng đồng hồ đo điện áp cực Vcc với chân mát E1 của ECU, điện áp chuẩn: 4.7 - 5.6V.

3 Kiểm tra mạch nối mát

Mạch nối mát là một bộ phận không thể thiếu trong các mạch điện ECM có nhiều mạch nối mát, và thường dùng đường dẫn chung cho các cảm biến và các cơ cấu chấp hành Số chân nối mát sẽ phụ thuộc vào từng loại động cơ và năm sản xuất.

Hình 8.9 Mạch nối mát dẫn xem có đứt không: Nếu thông mạch là tốt, nếu không thông mạch là bị hư hỏng.

8.3.3 Rơle chính EFI và rơle mở mạch(rơle bơm xăng)

- Kiểm tra điện trở cuộn dây.R12 = 60-90W.

- Kiểm tra điện trở cực 3 – 5 khi cấp điện áp accu vào hai cực 1 – 2 R = 0W.

2 Rơle mở mạch a Kiểm tra tính thông mạch của rơle

- Dùng ôm kế, kiểm tra có thông mạch giữa cực 3 – 6(STA – E1).

- Kiểm tra không có sự thông mạch giữa cực 2 – 4(B – FC).

- Kiểm tra không có sự thông mạch giữa cực 2 – 1(B – FP).

Nếu tính thông mạch không như trên, thay rơle. b Kiểm tra hoạt động của rơle

- Cấp điện áp ác qui lên cực STA và E1.

- Dùng ôm kế kiểm tra có sự thông mạch giữa cực B và FP.

- Cấp điện áp ắc qui lên cực B và FC.

- Dùng ôm kế kiểm tra có sự thông mạch giữa cực B và FP.

Nếu tính thông mạch không như trên, thay rơle.

8.3.4 Hệ thống các cảm biến a Cảm biến nhiệt độ không khí nạp

Hình 8.10 Mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp

 Kiểm tra cảm biến nhiệt độ không khí

- Bước 1: Dùng ôm kế đo điện trở giữa các cực THA với E2 rồi đem giá trị đo được so sánh với giá trị tiêu chuaồn.

NẠP ĐIỆN TRỞ(KW) ĐIỆN ÁP(V)

Nếu điện trở giữa các cực không đúng tiêu chuẩn, ta thay cảm biến.

- Bước 2: Kiểm tra tín hiệu điện áp giữa THA và E2 của giắc nối động cơ.

Bật khóa điện ở vị trí ON.

Nhiệt độ khômg khí nạp Điện áp Động cơ nguội 20 0 C

 Kiểm tra mạch cảm biến nhiệt độ không khí

Mátxấu V tăng - - b Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Hình 8.11 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

 Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Kiểm tra điện trở của cảm biến và điện áp cực THW thay đổi theo nhiệt độ.

Nhiệt độ nước Điện trở KW Điện áp V

 Kiểm tra mạch CB nhiệt độ

Cực Điều kiện THW (V) Code An toàn

THW Hở 5V 4 hoặc 80 0 C ẹieọn trở lớn V tăng - -

Mátxấu V tăng - - c Cảm biến áp suất khí nạp (MAP sensor)

Dụng cụ kiểm tra CB áp suất đường ống nạp là vôn kế hay dụng cụ thử mạch vạn năng Gồm các bước kiểm tra:

- Bước 1: Ta tiến hành kiểm tra điện áp nguồn cung cấp cho cảm biến Bằng cách : Tháo giắc cảm biến ra, bật khóa điện ở vị trí ON, và dùng vôn kế đo điện áp giữa cực VC và E2 của giắc cảm biến áp suất đường ống nạp.

Hình 8.12 Cảm biến áp suất đường ống nạp

- Bước 2: Kiểm tra điện áp ra của cảm biến áp suất đường ống nạp.

Tương tự bước 1, ta bật khóa điện ở vị trí ON, bật bơm chân không Sử dụng van lưu lượng để thay đổi độ chân không theo cấp số cộng 100mmHg cho đến khi độ chân không đạt đến 500mmHg thì dừng lại Đo và ghi lại điện áp rơi tại từng giai đoạn bằng cách nối vôn kế vào cực PIM và E2 của ECU. chânĐộ khoâng

Hỡnh 8.13 Kieồm tra tớn hieọu PIM

Kiểm tra điện áp tại chân PIM ở chế độ cầm chừng và đường ống chân không được tháo.

Aùp suất khí trời 3.6V Điện áp tại chân PIM và Vcc của ECU khi hở mạch hoặc ngắn mạch.

 Chú ý: Cực Vcc ngắn mạch có thể làm cho ECU bị hỏng. d Cảm biến vị trí bướm ga

Hình 8.14 Mạch cảm biến vị trí bướm ga

 Kiểm tra cảm biến bướm ga.

Kiểm tra điện áp khi động cơ dừng nhưng khoá điện On.

IDL PSW Đóng hoàn toàn 0V 5V

Nếu các giá trị đo được không đúng như bảng trên thì phải điều chỉnh lại cảm biến và kiểm tra đường dây ủieọn. e Tín hiệu G và NE (CB vị trí piston và CB tốc độ động cơ )

Hình 8.15 Cảm biến G, NE Để kiểm tra tín hiệu G và NE, ta dùng vôn kế và thước lá Gồm hai bước kiểm tra như sau:

- Bước 1: Kiểm tra khe hở không khí

Dùng thước lá đo khe hở giữa roto tín hiệu và vấu lồi trên cuộn dây nận tín hiệu Khe hở không khí khoảng 0.2 - 0.4mm Nếu không đúng với giá trị cho phép thì hiệu chỉnh lại khe hở từ

- Bước 2: Kiểm tra điện trở bộ tín hiệu ( cuộn dây nhận tín hiệu)

Ta dùng ôm kế đo điện trở giữa các cực NE + và NE - Điện trở của cuộn nhận tín hiệu (lạnh) là :185 – 265 ôm.

Nếu điện trở không như tiêu chuẩn, thay thế.

8.3.5 Hệ thống nhiên liệu (phạm vi đề tài không nghiên cứu phần kiểm tra hệ thống nhiên liệu)

8.3.6 kiểm tra hệ thống đánh lửa a Kiểm tra góc đánh lửa sớm (Kiểm tra trên xe) Để kiểm tra & hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm ban đầu chúng ta thực hiện theo các bước sau:

Bước 1 : Khởi động và cho động cơ hoạt động ở số vòng quay

Bước 2 : Nối đồng hồ đo tốc độ động cơ

 Nối dây cấp nguồn của đồng hồ với các cực ắc quy.

 Nối dây nhận tín hiệu của động cơ với cực IG (-) của giaộc kieồm tra.

CHÚ Ý : Ở một vài động cơ, dây nhận tín hiệu phải nối

Cách nối đồng hồ đo tốc độ động cơ

Bước 3: Nối đèn kiểm tra thời điểm đánh lửa

Bước 4: Nối tắt cực T hay TE1 và E1:

 Dùng dây kiểm tra để nối tắt cực T hay TE1 và E1 của giaộc kieồm tra

Chú ý: Ở một vài động cơ có ESA không giắc kiểm tra, trong trường hợp này nối tắt cực T và E1 của giắc kiểm tra của động cơ.(Khi nối tắt cực T và E1 thì thời điểm đánh lửa sẽ cố định ở thời điểm ban đầu)

Hình 8.17 Nối tắt cực T và E1 của giắc kiểm

Bước 5: Kiểm tra thời điểm đánh lửa bằng đèn tra

 Kiểm tra thời điểm đánh lửa dưới các điều kiện sau:

 Hộp số tự động ở số P

 Động cơ chạy ở tốc độ không tải.

 Tất cả phụ tải đều tắt.

 Khởi động động cơ và soi thời điểm đánh lửa trên nắp đai cam bằng đèn để kiểm tra rằng rãnh V trên puli trục khuỷu gióng thẳng với dấu thời điểm đánh lửa chuẩn.

Hình 8.18 Đèn kiểm tra thời điểm đánh lửa

Bước 6: Điều chỉnh thời điểm đánh lửa nếu cần

 Nếu rãnh V trên trục khuỷu không trùng với dấu thời điểm đánh lửa như tiêu chuẩn, nới lỏng các bulông giữ bộ chia điện đến khi có thể xoay thân bộ chia điện dễ dàng

 Trong khi soi thời điểm đánh lửa bằng đèn, quay thân bộ chia điện từng chút một để gióng rãnh V trên Puli trục khuỷu trùng với dấu đánh lửa tiêu chuẩn

 Xiết chặt các bulông giữ bộ chia điện và kiểm tra lại thời điểm đánh lửa

Chú ý : Do thời điểm đánh lửa bị ảnh hưởng bởi tốc độ động cơ nên phải đảm bảo rằng tốc độ động cơ nằm trong dãy tiêu chuẩn Nếu tốc độ động cơ nằm ngoài dãy tiêu chuẩn thì điều chỉnh nó bằng vít điều chỉnh tốc độ không tải.

Bước 7: Tháo dây nối 2 cực T hay TE1 và E1 ra khỏi giắc kieồm tra.

Bước 8: Kiểm tra lại thời điểm đánh lửa.

 Với động cơ chạy không tải, kiểm tra thời điểm đánh lửa nằm trong phạm vi tiêu chuẩn

 Kiểm tra rằng thời điểm đánh lửa sớm khi tốc độ động cơ tăng

Bước 9:Tháo đồng hồ đo tốc độ và đèn kiểm tra thời điểm đánh lửa b Chẩn đoán hệ thống đánh lửa

 Để dây cao áp từ cực trung tâm của bôbin cách mát một khoảng là 13 mm.

 Kiểm tra tia lửa điện cao áp khi khởi động Chú ý, chỉ kiểm tra khoảng 2 lần để trách các kim phun cung cấp nhiên liệu quá nhiều trong quá trình kiểm tra Khi đó sẽ làm tăng mức độ ô nhiễm môi trường

 Nếu tia lửa quá yếu hoặc không có tia lửa.

Hình 8.19 kiểm tra tia lửa

 Kiểm tra các đầu nối điện của bôbin, igniter và bộ chia điện, kiểm tra xem chúng có tiếp xúc tốt và khóa chặt hay không.

 Vệ sinh các cực, nếu cần thiết thì thay mới các đầu noái.

 Kiểm tra điện trở dây cao áp Giá trị điện trở của 1 dây cao áp không vượt quá 25 KW.

 Nếu điện trở khoâng đúng, thay mới dây cao áp.

Hình 8.21 Kiểm tra điện trở dây cao áp

 Kiểm tra điện nguồn cung cấp cho bôbin và igniter.

 Kiểm tra điện nguồn cung cấp đến cực (+) của bôbin.

Giá trị điện áp 12 Volt.

 Nếu không có điện nguồn tiến hành kiểm tra đường dây từ Contact máy tới bôbin và igniter.

 Kiểm tra điện trở của bôbin.

 Dùng Ohm kế kiểm tra điện trở của cuộn sơ cấp.

Hình 8.22 Kiểm tra điện trở cuộn sơ cấp Điện trở cuộn sơ cấp

 Kiểm tra điện trở của cuộn dây thứ cấp của bôbin.

Hình 8.23 Kiểm tra điện trở cuộn thứ cấp Điện trở cuộn thứ cấp

Nếu điện trở cuộn sơ và thứ không đúng với giá trị của nhà chế tạo thì có thể thay mới.

 Kiểm tra điện trở của tín hiệu G và Ne tại bộ chia điện:

 Nếu điện trở không đúng thì thay cuộn dây cảm biến G và Ne.

 Kiểm tra đường dây nối từ tín hiệu G và Ne về ECU Nếu có bất thường thì sửa chữa.

Kiểm cảm biến G và Ne((Hình 8.15)

Bước 8 : Kiểm tra tín hiệu IGT

 Kieồm tra tớn hieọu IGT baống led

Tiến hành kiểm tra theo các bước sau:

 Mắc Led vào mạch điện theo sơ đồ (mắc song song với đầu ra IGT của ECU động cơ)

Hỡnh 8.24 Kieồm tra tớn hieọu IGT baống led

 Kieồm tra tớn hieọu Led.

 Nếu Led chớp tắt liên tục thì điều đó chứng tỏ có tín hiệu IGT Nếu led không chớp thì không có tín hiệu IGT Khi đó kiểm tra lại tín hiệu G, Ne, đường dây nguồn cho ECU động cơ Nếu cần thiết thì có thể thay mới ECU động cơ.

 Kieồm tra tớn hieọu IGT baống ủo à ng ho à

Tín hiệu IGT được kiểm tra bằng đồng hồ theo các bước sau:

Hỡnh 8.25 Kieồm tra tớn hieọu IGT baống voõn keỏ

 Kiểm tra điện áp và so sánh với thông số cho của nhà chế tạo.

 Kiểm tra tín hiệu IGT bằng máy đo xung