Nghiên cứu chế tạo thiết bị điều tra ECU của các xe ô tô đời mới.

giới thiệu về hệ thống phun xăng Ngày nay xe ôtô hiện đại sử dụng động cơ xăng đều được cải tiến theo xu hướng tăng công suất, tốc độ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, điện tử hoá các quá

Bộ giao thông vận tải trường cao đẳng giao thông vận tải

Báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ

nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm tra ecu

của các xe ô tô đời mới

Chủ nhiệm đề tài: ts vũ ngọc khiêm

6876

14/4/2008

hà nội - 2008

Chương 1: Tổng quan về hệ thống phun xăng điện tử

1.1 Giới thiệu về hệ thống phun xăng

1.1.1 Giảm tiêu hao nhiên liệu của động cơ

1.1.2 Tăng hiệu suất

1.1.3 Động cơ làm việc ở quá trình chuyển tiếp tốt hơn

1.1.4 Giảm độc hại khí thải

1.2 Phân loại hệ thống phun xăng

1.2.1 Phân loại theo số vòi phun được sử dụng

1.2.1.1 Hệ thống phun xăng một điểm (hệ thống phun xăng trung tâm)

1.2.1.2 Hệ thống phun xăng 2 điểm

1.2.1.3 Hệ thống phun xăng nhiều điểm

1.2.2 Phân loại theo nguyên lý đo lưu lượng khí nạp

1.2.2.1 Hệ thống phun xăng với lưu lượng kế

1.2.2.2 Hệ thống phun xăng với th bị đo lưu lượng kiểu áp suất-tốc độ

1.2.2.3 Hệ thống phun xăng với thiết bị đo lưu lượng kiểu siêu âm

1.2.3 Phân loại theo nguyên tắc làm việc của hệ thống phun

2.1 Kết cấu và hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử

2.1.1 Hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu

2.1.1.1 Bơm xăng

2.1.1.2 Bộ lọc xăng

2.1.1.3 Dàn phân phối xăng

2.1.1.4 Thiết bị điều chỉnh áp suất

2.1.1.5 Vòi phun điện từ

2.1.1.6 Bộ giảm dao động áp suất

2.2 Đặc tính các tín hiệu đầu vào của ecu

2.2.1 Những nguyên lý cơ bản và các đặc trưng đo lường

2.2.2 Cảm biến áp suất đường ống nạp (Manifold Absolute Pressure)MAP

2.2.3 Cảm biến tốc độ quay và cảm biến thời điểm

2.2.4 Cảm biến nhiệt độ động cơ và nhiệt độ khí nạp

2.2.5 Cảm biến vị trí bướm ga

2.2.6 Cảm biến Lambda

2.3 Quá trình xử lý tín hiệu của ecu và nguyên tắc điều khiển đầu ra của cơ cấu chấp hành

2.3.1 Phân tích quá trình xử lý tín hiệu vào của ECU

2.3.1.1 Chuyển đổi tương tự – số (A/D)

2.3.1.2 Chuyển đổi xung – số

2.3.1.3 Chuyển đổi từ tín hiệu on/off sang tín hiệu số

2.3.2 Phân tích quá trình điều khiển ra của ECU

2.3.2.1 Điều khiển vòi phun

2.3.2.2 Điều khiển đánh lửa

2.3.2.3 Điều khiển van không tải

Chương 3: nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị kiểm tra ECU 3.1 Nguyên lý hoạt động của thiết bị kiểm tra ecu

3.1.1 Nguyên lý hoạt động của thiết bị kiểm tra ECU

3.1.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển thiết bị kiểm tra ECU

3.2 Thiết kế mạch mô phỏng tín hiệu tương tự

3.3 Thiết kế mạch mô phỏng tín hiệu dạng xung

3.4 Thiết kế mạch điều khiển cung cấp nguồn cho ecu

3.5 Thiết kế mạch đo độ rộng xung phun và xung đánh lửa

3.6 thiết kế mạch đo các dạng tín hiệu điều khiển van không tải và van điều hoà 3.7 thiết kế mạch chính nhận và điều khiển các mạch vào ra

3.10 thiết kế mạch in và lựa chọn các linh kiện lắp ráp

Chương 4: Thử nghiệm thiết bị kiểm tra ECU

4.1 Hoạt động của hệ thống điều khiển xe ô tô Toyota Corolla

4.1.1 Phun xăng điện tử (Electronic Fuel Injection – EFI)

4.1.2 Các cảm biến

4.1.3 Bộ điều khiển điện tử (Electronic Control Unit – ECU)

4.1.4 Hệ thống chẩn đoán

4.1.5 Chẩn đoán và phát hiện lỗi của hệ thống

4.1.6 Phát hiện lỗi của hệ thống

4.2 Phương pháp chẩn đoán lỗi của ecu và hệ thống nhờ thiết bị chẩn đoán

4.3 Chẩn đoán lỗi của ECU nhờ thiết bị kiểm tra ECU là kết quả nghiên cứu của đề tài

4.1.2 Đấu dây cơ cấu chấp hành

4.1.3 Đấu dây hệ thống chẩn đoán

4.2 Khởi động chương trình

4.3 Thực hành tìm hiểu sự ảnh hưởng của các thông số đầu vào tới các tín hiệu đầu ra

khí xả của động cơ Nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin

và tự động hoá, hầu hết các hệ thống trên xe ô tô đều được điều khiển bằng kỹ thuật số DME (Digital Motor Electronics) Tuỳ vào mức độ hiện đại của từng

đời xe mà hệ thống điều khiển ô tô có thể bao gồm các bộ điều khiển điện tử Electronic Control Unit (ECU) như: ABS ECU (Anti Locking System): hệ thống chống hãm cứng khi phanh; ECT ECU: điều khiển truyền lực; EMS ECU: điều khiển hệ thống treo; TRC ECU: điều khiển đặc tính kéo; PS ECU:

điều khiển hệ thống lái có trợ lực; A/C ECU: điều khiển điều hòa; ENGINE ECU: điều khiển động cơ… Đối với bộ điều khiển động cơ, tuỳ thuộc vào các nhà sản suất mà có thể có tên như ECU (Engine Control Unit), ECM (Engine Control Module) PCM, Fuel Computer ECT…Trong khuôn khổ của đề tài này, chúng ta nghiên cứu tiến hành nghiên cứu bộ điều khiển động cơ, dưới

đây gọi tên là ECU

Như đã đề cập ở trên, ngày nay hầu hết các xe ô tô hiện đại sử dụng

động cơ xăng trên thế giới và trong nước đều sử dụng hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử Đây là hệ thống có nhiều ưu điểm so với hệ thống nhiên liệu sử dụng chế hoà khí (carburator) về tính kinh tế và tính hiệu quả Đồng thời khi sử dụng hệ thống này có thể giảm tối đa lượng khí thải độc hại của

động cơ xả ra môi trường Tâm điểm của hệ thống phun xăng điện tử là ECU

độ động cơ, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến lưu lượng không khí, cảm biến nhiệt độ động cơ sau đó xử lý và điều khiển mọi quá trình làm việc của động cơ Trong quá trình hoạt động của động cơ, do tác động của môi trường, sự già hoá linh kiện nên sau một khoảng thời gian, hoạt động của các cảm biến, ECU và các cơ cấu chấp hành bị sai lệch Điều này ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của động cơ Để phát hiện lỗi hay các hư hỏng của hệ thống, trên các

ô tô đều được trang bị hệ thống tự động chẩn đoán bằng đèn CHECK Theo đó các hư hỏng đều được tự động báo lỗi khi động cơ làm việc thông qua tín hiệu bằng đèn Hệ thống tự động chẩn đoán này có hạn chế là do người thợ chỉ nhận biết được lỗi thông qua việc đếm số lần chớp của đèn, nên việc nhận biết

và phân biệt các lỗi khác nhau theo số lần chớp khác nhau là tương đối khó khăn Đồng thời sau khi nhận biết được số lần chớp của mỗi lỗi phải tiến hành tra bảng để xác định hư hỏng của hệ thống Mặt khác hệ thống này chỉ có thể kiểm tra được ECU đã được kết nối đầy đủ trên xe mà không kiểm tra được các ECU rời

Để thuận tiện hơn cho việc chẩn đoán tình trạng làm việc của ECU cũng như toàn bộ hệ thống điều khiển xe ôtô trên thế giới đã có rất nhiều hãng sản xuất thiết bị chẩn đoán như Autodianogistic T660, Automotive Dino… nhằm mục đích giúp người thợ nhanh chóng phát hiện và khắc phục kịp thời các hư hỏng của hệ thống Các thiết bị này còn cho phép dịch mã lỗi dưới dạng chữ viết hoặc vẽ đồ thị của một số thông số cơ bản như thời gian phun xăng, góc đánh lửa sớm… ở Việt Nam loại thiết bị này rất ít được sử dụng do giá thành khá cao Mặt khác các thiết bị kể trên cũng chỉ có thể kiểm tra được các ECU đang lắp trên xe ô tô Những ECU rời bên ngoài không kiểm tra

được gây khó khăn cho việc đánh giá chất lượng các ECU mới và các ECU cần thay thế trong sửa chữa

trên xe, giúp cho thợ sửa chữa động cơ ôtô có những kết luận chính xác và

thuyết phục

Do thời gian và khả năng có hạn, cùng những sự hạn chế về mặt thiết bị công nghệ tại Việt nam, chắc chắn đề tài còn có những hạn chế nhất định Nhóm tác giả mong muốn nhận được sự góp ý phê bình của bạn đọc gần xa Mọi ý kiến xin gửi về Phòng Khoa học Công nghệ và Đối ngoại, Trường Cao

đẳng GTVT, 54 Triều Khúc, Thanh Xuân, Hà Nội

Hà Nội, tháng 02 năm 2006

Chương 1 Tổng quan về hệ thống phun xăng điện tử

1.1 giới thiệu về hệ thống phun xăng

Ngày nay xe ôtô hiện đại sử dụng động cơ xăng đều được cải tiến theo

xu hướng tăng công suất, tốc độ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, điện tử hoá các quá trình điều khiển và đặc biệt đã được áp dụng mọi biện pháp, thành tựu

trong thành phần khí xả của động cơ Để cải thiện quá trình cháy nhằm đạt hiệu quả cao và chống ô nhiễm môi trưòng, hệ thống nhiên liệu và hệ thống

điện của động cơ xăng hiện đại đã được thay đổi và phức tạp hơn trước đây rất nhiều Việc ứng dụng kỹ thuật phun xăng cho phép khắc phục những nhược

điểm của bộ chế hoà khí cổ điển Ưu điểm của hệ thống phun xăng là:

1.1.1 Giảm tiêu hao nhiên liệu của động cơ

- Các hệ thống phun xăng cho phép định lượng nhiên liệu rất chính xác, phù hợp với mọi điều kiện làm việc của động cơ bao gồm môi trường nhiệt độ,

áp suất không khí, tình trạng kỹ thuật và các yêu cầu về mức độ độc hại của khí xả…

- Việc phun xăng vào gần xu pap nạp cho phép phân bố tốt hỗn hợp cho từng xi lanh và tránh được hiện tượng hơi xăng ngưng đọng trên đường nạp và tình trạng hỗn hợp không đồng nhất, không đều ở các xilanh Thậm chí có một

số hệ thống phun xăng điện tử còn cho phép điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp của từng vòi phun có tính đến trạng thái hao mòn của từng xilanh riêng biệt (Pireburg Ecoject M)

Kết quả thử nghiệm cho thấy [3] với cùng một xe ôtô trong cùng một

điều kiện vận hành, hệ thống phun xăng cho phép tiết kiệm tới 11% nhiên liệu

so với bộ chế hoà khí cổ điển

1.1.2 Tăng hiệu suất

- Đối với động cơ phun xăng, sức cản khí động trên đường nạp được giảm bớt do bỏ bộ chế hoà khí Kết cấu đường nạp có thể được tối ưu hoá để nạp đầy tối đa động cơ trong mọi chế độ vận hành

- Bộ điều khiển điện tử trung tâm của một số hệ thống phun xăng còn chỉ huy đồng thời cả hệ thống đánh lửa, nhờ đó cho phép tối ưu hoá cả hai quá trình phun xăng và đánh lửa để tăng hiệu suất của động cơ

- Việc dùng hệ thống phun xăng sẽ tạo thuận lợi hơn cho việc tăng áp

đối với động cơ

1.1.3 Động cơ làm việc ở quá trình chuyển tiếp tốt hơn

- Động cơ làm việc ở quá trình chuyển tiếp tốt hơn do các quá trình điều khiển bằng điện tử có quán tính rất nhỏ

- Tính tăng tốc tốt, rút ngắn và tối ưu hoá các quá trình khởi động và sấy nóng động cơ, cải thiện được sự làm việc ổn định của động cơ ở chế độ không tả…

1.1.4 Giảm độc hại khí thải

- Do xăng được phun dưới dạng sương mù với đường kính hạt chỉ vài trăm àm nên hỗn hợp được chuẩn bị tốt hơn và cháy tốt hơn

- Việc sử dụng cảm biến Lamda và bộ xúc tác khí thải cho phép đạt

được hỗn hợp chuẩn ở các chế độ làm việc của động cơ và giảm mức thải độc hại của khí xả

1.2 phân loại hệ thống phun xăng

Để phân loại hệ thống phun xăng người ta có thể dựa vào một số tiêu chí như: phân loại theo số vòi phun được sử dụng trong hệ thống, phân loại theo nguyên tắc làm việc của hệ thống phun, và phân loại theo nguyên tắc đo lưu lượng khí nạp:

1.2.1 Phân loại theo số vòi phun được sử dụng

1.2.1.1 Hệ thống phun xăng một điểm (hệ thống phun xăng trung tâm)

Việc chuẩn bị hỗn hợp được thực hiện ở một vị trí tương tự như trường hợp bộ chế hoà khí, sử dụng một vòi phun duy nhất Xăng được phun vào

đường nạp, phía trên bướm ga Hỗn hợp được tạo thành trên đường nạp

1.2.1.2 Hệ thống phun xăng 2 điểm

Thực chất đây là một dạng hệ thống phun xăng một điểm có được sử dụng thêm một vòi phun xăng thứ hai đặt phía dưới bướm ga để cải thiện chất lượng quá trình tạo hỗn hợp

1.2.1.3 Hệ thống phun xăng nhiều điểm

Mỗi xilanh động cơ được cung cấp nhiên liệu bởi một vòi phun riêng biệt Xăng được phun vào đường ống nạp ở vị trí gần xupap nạp

1.2.2 Phân loại theo nguyên lý đo lưu lượng khí nạp

Đối với hệ thống phun xăng lưu lượng không khí thực tế nạp vào xilanh

là một trong những thông số quan trọng nhất cần được đo liên tục để xác định lượng nhiên liệu tối ưu cần cung cấp cho động cơ (Trong khi đó đối với động cơ sử dụng bộ chế hoà khí cổ điển, lượng xăng được cung cấp thông qua các giclơ tuỳ theo sự chênh lệch áp suất trong đường nạp Việc định lượng như thế

là không hoàn hảo so với hệ thống phun xăng)

1.2.2.1 Hệ thống phun xăng với lưu lượng kế

Xác định lưu lượng không khí bằng các đo trực tiếp theo phương pháp thể tích hoặc khối lượng lượng không khí lưu thông trên đường nạp Thông tin

về lưu lượng không khí được cung cấp cho bộ điều khiển trung tâm dưới dạng tín hiệu điện

1.2.2.2 Hệ thống phun xăng với thiết bị đo lưu lượng kiểu áp suất-tốc độ

Lượng không khí nạp được xác định thông qua áp suất tuyệt đối trong ống nạp và chế độ tốc độ động cơ Các đầu đo áp suất được sử dụng thường là cảm biến áp suất kiểu áp điện - điện trở

1.2.2.3 Hệ thống phun xăng với thiết bị đo lưu lượng kiểu siêu âm

Một cơ cấu đặc biệt được lắp trên đường nạp nhằm tạo ra các chuyển

động xoáy lốc của không khí ở một ví trí xác định Số lượng các vòng xoáy lốc sẽ tỉ lệ với lượng thể tích Một nguồn sóng siêu âm đặt trên thành ống nạp, phát sóng có tần số xác định theo hướng vuông góc với dòng chảy không khí Tốc độ lan truyền của sóng siêu âm xuyên qua dòng khí phụ thuộc vào lượng khí chuyển động xoáy Một thiết bị nhận sóng siêu âm sẽ đo tốc độ này và gửi tín hiệu điện đến bộ điều khiển trung tâm

1.2.3 Phân loại theo nguyên tắc làm việc của hệ thống phun

Có hai loại: hệ thống phun xăng cơ khí và hệ thống phun xăng điện tử

động cơ khí từ động cơ

1.2.3.2 Hệ thống phun xăng điện tử

Đối với hệ thống phun xăng điện tử, bộ điều khiển trung tâm sẽ xử lý hàng loạt các thông tin nhận được từ các cảm biến cung cấp tới dưới dạng tín hiệu điện phản ánh các thông số công tác của động cơ Sau khi xử lý các thông tin này, bộ điều khiển trung tâm sẽ xác định lượng xăng cần cung cấp cho động cơ theo một chương trình đã được lập trình sẵn và chỉ huy hoạt động của các vòi phun xăng

1.3 nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng điện

tử

Hình 1.1 Nguyên lý của HTPX điện tử

Trên hình vẽ giới thiệu sơ đồ nguyên lý của hệ thống phun xăng điện tử Bosh Motronic, là một trong những hệ thống hiện đại hiện nay Hệ thống này

là một hệ thống điếu khiển tích hợp cả hai quá trình phun xăng và đánh lửa của động cơ Hệ thống bao gồm 3 khối thiết bị:

1.3.1 Khối cảm biến

Các cảm biến có nhiệm vụ ghi nhận các thông số hoạt động của động cơ (lưu lượng khí nạp, tốc độ động cơ, nhiệt độ, tải trọng, nồng độ ô xi trong khí thải…)

1.3.2 Khối điều khiển (ECU)

Bộ xử lý và điều khiển trung tâm tiếp nhận và xử lý các thông tin do

các cảm biến cung cấp Tính hiệu đưa đến từ các cảm biến sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu số, rồi được xử lý theo một chương trình vạch sẵn Những số liệu cần thiết cho việc tính toán đã được ghi nhớ sẵn trong một bộ nhớ của máy tính dưới dạng các bộ thông số vận hành hay đặc tính chuẩn Bộ điều khiển trung tâm bao gồm các cơ cấu sau:

+ Bộ vi xử lý (CPU – Central Processor Unit)

+ Bộ nhớ ROM (Read Only Memory) và bộ nhớ RAM (Random Access Memory) có nhiệm vụ lưu trữ chương trình tính toán và các số liệu

+ Mạch vào / ra (I/O – Input/Output): chuẩn hoá tín hiệu vào, lọc, khuyếch đại tín hiệu ra…

+ Bộ chuyển đổi tín hiệu từ dạng tương tự Analog (cơ, điện, từ, quang) sang tín hiệu số (Digital)

+ Tầng khuyếch đại công suất cho mạch phun xăng: dòng điện cung cấp để kích thích cho vòi phun xăng đòi hỏi khá lớn (có thể hơn 7A), nên tầng khuyếch đại này được thiết kế riêng để đảm bảo sự hoạt động tin cậy của các vòi phun

+ Tầng công suất đánh lửa (có thể có hoặc không tuỳ thuộc vào từng loại hệ thống phun xăng)

+ Bộ nguồn nuôi

1.3.3 Khối chấp hành

Các tín hiệu ra (tín hiệu điều khiển) của bộ điều khiển trung tâm được khuyếch đại và đưa vào khối chấp hành Bộ phận này có nhiệm vụ phát các

xung điện chỉ huy việc phun xăng và đánh lửa, cũng như chỉ huy một số cơ cấu và thiết bị khác (luân hồi khí xả, điều khiển các mạch nhiên liệu và mạch khí…)

Tuỳ thuộc vào kiểu và mức độ hoàn thiện mà hệ thống phun xăng điện

tử được thiết kế để thực hiện một số chức năng cụ thể như:

- Chỉ huy đồng bộ quá trình đánh lửa bán dẫn hoặc điện tử

- Chống kích nổ tự thích ứng: Dựa trên các thông tin do cảm biến kích

nổ cung cấp, bộ điều khiển trung tâm sẽ hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm và áp suất khí nạp (ở động cơ tăng áp) theo một chương trình đã vạch sẵn để đảm bảo cho động cơ luôn làm việc ở giới hạn không xảy ra kích nổ

- Điều chỉnh Lambda: là điều chỉnh hệ số dư lượng không khí thông qua cảm biến ôxi đặt trên đường thải để luôn có hỗn hợp chuẩn (α = 1)

- Điều khiển thiết bị thu hồi hơi xăng: Bình xăng chỉ được thông với khí quyển thông qua một bộ hấp thụ hơi xăng dùng than hoạt tính Hơi xăng sẽ

được tự động đưa trở lại đường nạp ở những điều kiện xác định

thải vựot quá mức qui định, thiết bị luân hồi cho phép đưa một lượng khí thải

từ đường thải trở về đường nạp làm giảm lượng ôxi trong khí nạp dẫn đến hạ nhiệt độ cháy

- Điều chỉnh tự thích ứng: Một số hệ thống phun xăng điện tử có khả năng tự động hiệu chỉnh các cảm biến, hoặc có tính đến phương án làm việc

sự cố Ví dụ trong trường hợp một trong các cảm biến bị hỏng, bộ điều khiển trung tâm sẽ làm việc dựa theo các thông tin nhận được từ các cảm biến còn lại hoặc sẽ tự thay thế thông tin thiếu hay sai lạc do cảm biến hư hỏng bằng một giá trị khác được lập trình từ trước

- Điều khiển động cơ hoạt động trong các chế độ vận hành không ổn

định như khởi động, chạy ấm máy, tăng tốc hoặc giảm tốc…

+ Khi khởi động: Hệ thống phun xăng làm việc ở ché độ không đồng

bộ Vòi phun phun liên tục cho đến khi động cơ hoạt động Để tránh hiện tượng sặc xăng trong trường hợp khởi động quá lâu mà động cơ không nổ, vòi phun sẽ tự động ngừng cung cấp xăng sau một thời gian nhất định

+ Quá trình sấy nóng: số vòng quay không tải khi động cơ chạy ấm máy sẽ được tự động tăng lên Góc đánh lửa sớm cũng được điều chỉnh thích hợp và lượng xăng phun ra sẽ biến đổi liên tục tuỳ theo nhiệt độ động cơ hoặc nhiệt độ nước làm mát

+ Giảm ga đột ngột: hệ thống điều klhiển trung tâm sẽ ngắt quá trình phun xăng nếu ở thời điểm giảm ga đột ngột số vòng quay và nhiệt độ động cơ lớn hơn một ngưỡng định trước, nhằm giảm tiêu hao, hạn chế độc hại và tránh làm tăng nhiệt độ của bình xúc tác khí thải Chương trình tính toán của bộ

điều khiển trung tâm sẽ thiết lập lại quá trình phun vào thời điểm thích hợp, bảo đảm sự chuyển tiếp êm dịu giữa các chế độ làm việc của động cơ

+ Tăng tốc: xăng sẽ được phun bổ sung để đáp ứng nhu cầu tăng nhanh

đỗ (đèn, điều hào nhiệt độ, radio…)

- Hiệu chỉnh độ cao để tính đến sự giảm lưu lượng khí nạp do áp suất khí quyển giảm

- Thiết bị chống khởi động mã hoá, đối thoại với hộp số tự động, liên lạc với máy tính của xe, chẩn đoán và thông báo sự cố

Chương 2

nghiên cứu đặc tính các tín hiệu

và nguyên tắc điều khiển của ECU

Để thiết kế chế tạo được thiết bị kiểm tra ECU ta phải hiểu được nguyên

lý làm việc của toàn bộ hệ thống, đặc tính các tín hiệu đầu vào, quá trình xử lý tín hiệu và nguyên tắc điều khiển đầu ra của ECU Trên cơ sở đó xây dựng nguyên lý làm việc của thiết bị kiểm tra ECU và các mạch điện của thiết bị

2.1 kết cấu và hoạt động của hệ thống phun xăng

điện tử

Trong phần này chúng ta đề cập tới cấu tạo và hoạt động của một hệ thống phun xăng điện tử nhiều điểm điển hình Đây là một hệ thống phun xăng điện tử hiện đại điều khiển cả hai quá trình phun xăng và đánh lửa của

động cơ

2.1.1 Hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu

Sơ đồ hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu được trình bày trên hình 2.1

2.1.1.1 Bơm xăng

Bơm xăng có nhiệm vụ cung cấp xăng cho vòi phun với lưu lượng và áp suất qui định Bơm được dùng thường là bơm điện kiểu phiến gạt Bơm được ECU điều khiển khởi động hay ngắt bơm một cách thích hợp thông qua một rơ

- le bơm Bơm chỉ hoạt động khi động cơ khởi động và làm việc Vì lý do an toàn, bơm sẽ ngừng hoạt động khi động cơ dừng, ngay cả khi khoá điện vẫn ở

vị trí mở

Hình 2.1 Sơ đồ mạch cung cấp nhiên liệu

1 Bình xăng; 2 bơm xăng điện; 3 lọc xăng; 4 dàn phân phối xăng;

5 bộ điều chỉnh áp suất; 6 bộ giảm dao động áp suất; 7 đường

xăng hồi; 8 vòi phun; 9 vòi phun khởi động lạnh

2.1.1.2 Bộ lọc xăng

Bộ lọc xăng có nhiệm vụ bảo vệ các chi tiết của hệ thống nhiên liệu,

đặc biệt là vòi phun khỏi các tạp chất chứa trong xăng

2.1.1.3 Dàn phân phối xăng

Dàn phân phối xăng có nhiệm vụ phân phối đồng đều nhiên liệu cho tất cả các vòi phun Dàn phân phối có thể tích lớn hơn nhiều so với lượng cung cấp cho chu trình, dàn phân phối xăng có chức năng hạn chế dao động áp suất nhiên liệu trong mạch cung cấp nhiên liệu Ngoài ra bộ phận này còn tạo điều kiện dễ dàng cho việc lắp đặt các vòi phun xăng

2.1.1.4 Thiết bị điều chỉnh áp suất

Thiết bị điều chỉnh áp suất có nhiệm vụ có nhiệm vụ duy trì ổn định độ chênh áp (từ 2,5-3 bar) giữa áp suất xăng cung cấp cho vòi phun và áp suất

trên đường nạp Nhờ vậy lượng xăng cung cấp bởi vòi phun điện từ chỉ phụ thuộc vào thời giam mở của kim phun, cho phép đơn giản hoá quá trình tính toán lượng cung cấp chu trình do ECU điều khiển

2.1.1.5 Vòi phun điện từ (Hình 2.2)

Vòi phun điện từ có nhiệm vụ phun xăng vào đường nạp ở khu vực gần xupap nạp một lượng xăng nhất định, vào thời điểm nhất định

Hình 2.2 Vòi phun xăng kiểu điện từ

1 lọc xăng; 2 đầu nối điện; 3 cuộn dây kích từ; 4 lõi từ tính; 5

kim phun; 6 đầu kim phun; 7 dàn phân phối xăng; 8 chụp bảo

vệ; 9 doăng trên; 10 doăng dưới.

ép kim phun 5 xuống đế Lúc này vòi phun ở trạng thái đóng kín Khi có dòng

điện kích thích, nam châm điện sẽ hút lõi từ 4 và kim phun được nâng lên khoảng 0,1 mm Nhiên liệu sẽ được phun ra qua một tiết diện hình vành khuyên có kích thước hoàn toàn xác định Quán tính của vòi phun (thời gian

mở và đóng) vào khoảng từ 1-1,5 ms Tuỳ thuộc vào thiết bị, vòi phun có thể

được mắc nối tiếp với một điện trở phụ Để giảm quán tính đóng, mở xung

điện kích thích vòi phun có thể có cường độ ban đầu khá lớn (≈ 7,5A) Khi kim phunđược nâng lên thì dòng điện giảm xuống đáng kể (≈ 3A)

Các vòi phun thường được mắc song song thành một dàn (động cơ 4 xi lanh) hoặc 2 dàn (động cơ chữ V 6-8 xi lanh) Quá trình phun có thể được tiến hành theo 2 phương án sau:

- Phun xăng đồng thời: các vòi phun hoạt động đồng thời ở cùng một thời điểm Số lần phun sau mỗi chu trình làm việc của động cơ có thể là 1 (cứ hai vòng quay trục khuỷu phun một lần) hoặc hai (cứ mỗi vòng quay trục khuỷu phun một lần)

- Phun xăng đồng bộ theo pha làm việc của các xi lanh: mỗi vòi phun chỉ phun một lần sau mỗi chu trình Thời điểm phun được xác định theo pha làm việc của các xi lanh tương ứng Trong trường hợp này, hệ thống phun xăng phải được trang bị thêm một cảm biến để xác định pha làm việc của các

xi lanh, thường có liên quan đến trục cam hoặc bộ phân phối đánh lửa Việc

xử lý thông tin và xác định thời điểm phun sẽ trở nên phức tạp hơn Bù lại quá trình phun xăng sẽ hoàn thiện hơn, có thể cho phép hiệu chỉnh lượng xăng phun từng xi lanh riêng biệt Cần chú ý rằng việc đấu mạch điện của các vòi phun phải theo thứ tự làm việc, giống như đối với bugi

Hỗn hợp nhiên liệu – khí được hình thành ở khu vực trước xu pap nạp

và bên trong xilanh, nhờ các chuyển động rối được tạo ra khi không khí được hút vào xilanh qua xupap nạp

2.1.1.6 Bộ giảm dao động áp suất

Thiết bị này có nhiệm vụ hạn chế các xung động và sự lan truyền sóng

áp suất trong mạch nhiên liệu Các xung động này gây ra do sự đóng mở của các vòi phun xăng và van hồi xăng trong thiết bị điều chỉnh áp suất Bộ giảm dao động áp suất được lắp trên đường hồi xăng, giữa thiết bị điều chỉnh áp suất và bình chứa xăng

2.1.2 Định lượng hỗn hợp nhiên liệu-khí

Đối với động cơ xăng, việc xác định chính xác lượng nạp chu trình là yếu tố rất quan trọng để tính toán lượng xăng cần cung cấp Để làm việc đó cần phải xác định hai thông số là lưu lượng không khí và tốc độ của động cơ

2.1.2.1 Xác định lưu lượng khí nạp (Hình 2.3)

Hình 2.3 Mạch không khí và lưu lượng kế

1 bướm ga; 2 lưu lượng kế; 3 tín hiệu nhiệt độ khí; 4 bộ điều khiển

trung tâm; 5 tín hiệu lưu lượng khí; 6 bộ lọc khí; Q L lượng khí nạp; α

góc quay của cửa đo lưu lượng

Việc xác định lưu lượng không khí nạp được thực hiện bởi lưu lượng kế khí nạp, thường có các loại lưu lượng kế khí nạp như sau:

- Lưu lượng kế khí nạp thể tích (Hình 2.4)

Hình 2.4 Lưu lượng kế

1 Vít điều chỉnh nồng độ hỗn hợp chạy không tải; 2 kênh nối (by pass); 3 cửa đo

lưu lượng; 4 cửa bù trừ; 5 thể tích giảm dao động

Chuyển động của dòng không khí đi qua lưu lượng kế sẽ tác dụng một lực tỉ lệ với lưu lượng không khí lên cửa đo 3 làm cửa này quay đi một góc α cho đến khi cân bằng với lực lò xo xoắn lắp trên trục quay Kết cấu của thiết

bị đo tạo ra một quan hệ dạng lôgarit giữa góc quay của cửa đo và thể tích không khí, nhằm mục đích đạt được độ nhạy cao cả khi lưu lượng nhỏ Trong thực tế, do quá trình nạp của động cơ không liên tục nên tồn tại các sóng áp suất trong đường nạp Cửa bù trừ 4 có tác dụng ổn định vị trí góc của thiết bị

đo, vì các sóng áp suất sẽ tác dụng đồng đều lên cả hai cửa và lực tác dụng sẽ

bù trừ lẫn nhau, không làm ảnh hưởng đến phép đo thể tích 5 phía sau cửa bù trừ 4 cũng có tác dụng giảm chấn, giữ ổn định vị trí góc α trước các xung

động áp suất

một lượng nhỏ không khí đi vào động cơ không qua cửa đo nhằm mục đích

điều chỉnh hỗn hợp chạy không tải của động cơ

- Lưu lượng kế khí nạp khối lượng kiểu dây đốt (Hình 2.5):

Hình 2.5 Sơ đồ lắp đặt dây đo lưu lượng kế kiểu dây đốt

1 thành ống nạp; 2 dây đo platin

Phương pháp đo lưu lượng thể tích gặp phải một số nhược điểm như: có sai số khi áp suất khí trời thay đổi hoặc xe hoạt động ở các độ cao khác nhau; nhậy cảm với rung động và sóng áp suất trên đường nạp; sự mài mòn và ổn

định của đo… Lưu lượng kế khối lượng kiểu dây đốtkhắc phục được những hạn chế đó Thiết bị này hoạt động theo nguyên lý nhiệt độ không đổi

Phần tử đo là một dây platin có đường kính 70 àm, được căng bên trong

đoạn ống đo lắp phía sau bộ lọc khí Thành ống bên trong còn được lắp các

điện trở đo và cảm biến nhiệt độ Hai đầu ống đo có lưới bảo vệ Các linh kiện

điện tử của thiết bịđược lắp trong một hộp nhỏ gắn bên ngoài ống đo Hình 2.6

là sơ đồ mạch đo dùng cầu điện trở:

Hình 2.6 Sơ đồ mạch đo dùng cầu điện trở

R H - dây đốt; R K - điện trở bù nhiệt; R 1 , R 2 , R 3 - điện trở; U M - điện thế của tín hiệu đo lưu lượng khí; J H - dòng điện đốt nóng; m- lưu lượng không khí; t L -nhiệt độ không khí

thông qua một mạch đốt nóng dây nhằm duy trì không đổi nhiệt độ (tức là

điện trở) của dây Khi có lưu lượng không khí, dây đo sẽ làm nguội bởi dòng khí, nhiệt độ và điện trở sẽ giảm dẫn đến sự mất thăng bằng trong cầu điện trở Khi đó mạch điều chỉnh sẽ tự động thay đổi cường độ dòng điện đốt nóng dây

để thiết lập lại sự cân bằng ban đầu Như vậy có quan hệ tỉ lệ giữa cường độ dòng điện đốt nóng dây đo và lưu lượng không khí

Quá trình điều chỉnh này được thực hiện khá nhanh (vài ms) do dây đo

có kích thước rất nhỏ Vì điều này mà lưu lượng kế loại này có ưu điểm quan trọng: các xung động áp suất trên đường nạp, nhất là ở chế độ toàn tải, có tần

số lớn hơn thời gian dáp ứng của cầu đo và không gây ảnh hưởng đến phép đo lưu lượng Nhờ đó, lưu lượng kế này làm việc khá ổn định

- Lưu lượng kế khí nạp khối lượng kiểu tấm đốt (Hình 2.7):

Hình 2.7 Sơ đồ cấu tạo lưu lượng kế khối lượng kiểu tấm đốt

1 cầu điện trở; 2 ống đo; 3 lưới bảo vệ; 4 dòng khí; 5 thiết bị đo

nhiệt độ; 6 tấm đo đốt nóng

Thiết bị này hoạt động theo cùng một nguyên lý như loại dây đốt Tuy nhiên phần tử đo được sử dụng ở đây là các tấm có điện trở phụ thuộc nhiệt

độ, cho phép tăng độ chính xác và tuổi thọ làm việc của lưu lượng kế Trên hình vẽ mô tả một đoạn ống đo có lưới bảo vệ hai đầu đặt trong đường nạp Bên trong ống này có một ống nhỏ 2 có dạng tiết lưu như họng khuyếch tán của bộ chế hoà khí, với hai tấm đo 5 và 6 chế tạo từ hợp kim gốm Một tấm đo dùng để xác định lưu lượng, còn tấm thứ hai cho phép xác định nhiệt độ khí nạp Hai tấm đo này được mắc với 2 điện trở khác đặt ngoài ống trong hộp riêng

Mạch đo nhiệt độ khí với tấm đo 5 sẽ điều chỉnh dòng điện đốt nóng tấm đo lưu lượng 6 sao cho nhiệt độ của tấm này luôn được giữ ở khoảng 100

lượng cần đo

- Lưu lượng kế dùng hiệu ứng Karman kiểu siêu âm (Hình 2.8):

Hình 2.8 cấu tạo và hoạt động của lưu lượng kế Karman kiểu siêu âm

1 các tấm hướng dòng; bộ phận tạo xoáy lốc; 3 khối biến điệu; 4 máy

phát sóng siêu âm; 5 thiết bị thu sóng; a tín hiệu thô; b tín hiệu sau

biến điệu (xung vuông)

2

Nguyên tắc chung của loại thiết bị này là tạo ra những vòng xoáy lốc của không khí trong đường nạp ở khu vực đo Tần số của các chuyển động xoáy lốc tỉ lệ với lưu lượng không khí và sẽ được xác định bởi một thiết bị dùng sóng siêu âm hoặc một cảm biến áp suất

Không khí nạp trước khi đi vào khu vực đo được đưa qua một bộ phận dẫn dòng dạng tổ ong, có tác dụng làm đồng nhất dòng chảy tránh các chuyển

động rối hoặc xoáy lốc ban đầu làm ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo Sau đó, dòng khí nạp sẽ được chia thành 2 luồng nhờ một bộ phận phân dòng

có tiết diện tam giác đặt giữa ống nạp Dưới tác dụng của tấm phân dòng này, các vòng xoáy Karman sẽ được luân phiên tạo ra ở hai bên tấm với chiều xoáy ngược nhau Số lượng các vòng xoáy được tạo ra tỉ lệ thuận với tốc độ dòng khí qua khu vực đo Một máy phát đặt ở thành ống nạp sẽ phát sóng siêu âm

có tần số xác định theo hướng vuông góc với dòng khí (hướng kính của ống) Một máy thu lắp ở phía thành ống đối diện sẽ tiếp nhận các sóng truyền tới và gửi tín hiệu đo đến ECU

Khi chưa có dòng chảy không khí, tức là khi chưa có các chuyển động xoáy Karman, thời gian lan truyền của sóng siêu âm qua ống là không đổi Ngược lại sự có mặt của các vòng xoáy không khí sẽ làm tăng hoặc giảm tốc

độ lan truyền của sóng qua ống, tuỳ theo chiều xoáy Như vậy, thời gian lan truyền của sóng từ máy phát đến máy thu sẽ có dạng hình sin Mạch đo sẽ gửi một xung vuông đến bộ xử lý ECU mỗi khi tín hiệu hình sin đi qua cực tiểu Tần số các xung vuông tỉ lệ với lưu lượng khí nạp, sẽ được xử lý để xác định thời gian phun xăng

- Lưu lượng kế dùng hiệu ứng Karman kiểu cảm biến áp suất (Hình

2.9)

Hình 2.9 Cấu tạo và hoạt động của lưu lượng kế Karman kiểu áp suất

1 cảm biến áp suất; 2 khuyếch đại; 3 lọc; 4 mạch tạo xung vuông; 5 bộ điều

khiển trung tâm; 6 nguiồn điện; 7 xoáy lốc Karman

Nguyên tắc của loại thiết bị này cũng dùng hiệu ứng Karman Kết cấu

đường nạp ở khu vực đo tương tự như lưu lượng kế loại siêu âm với bộ phận hướng dòng và các tấm phân dòng áp suất tĩnh ở hạ lưu của tấm phân dòng

được lấy ra nhờ hai ống đặt ở hai phía của tấm và nối với một cảm biến áp

suất Các chuyển động xoáy lốc Karman sẽ gây ra hiệu ứng “bơm” trong cảm biến áp suất, kết quả là một tín hiệu hình sin có tần số tỷ lệ với lưu lượng không khí Một mạch điện sẽ biến đổi tín hiệu này thành các xung vuông và gửi đến bộ xử lý ECU

2.1.2.2 Xác định tốc độ quay động cơ, vị trí trục khuỷu và pha làm việc của các xilanh

Các thông tin về tốc độ động cơ, vị trí trục khuỷu hoặc pha làm việc của các xilanh sẽ được các cảm biến tốc độ cung cấp Có hai loại cảm biến tốc độ hoạt động theo 2 nguyên tắc là từ tính hoặc quang học

- Cảm biến từ tính (Hình 2.10)

Hình 2.10 cảm biến tốc độ quay động cơ kiểu từ tính

1 nam châm vĩnh cửu; 2 hộp đấu dây; 3 nắp bánh đà; 4 lõi từ; 5 cuộn dây;

6 vành răng khởi động của động cơ; 7 chuẩn vị trí trục khuyủ

Cảm biến này được lắp cạnh bánh đà động cơ, đối diện với vành răng khởi động, và hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ từ trường được tạo

ra bởi nam châm vĩnh cửu 1 được tập trung ở lõi sắt từ 4 Khi một răng hoặc một vật chuẩn chuyển động qua trước lõi từ này sẽ làm biến thiên từ trường trong lõi sắt và tạo ra một xung điện cảm ứng trong cuộn dây

Cảm biến tốc độ được bố trí đối diện với vành răng khởi động lắp trên bánh đà động cơ Chu kỳ của một xung điện phát ra sẽ tương ứng với góc quay của trục khuỷu giữa hai răng liên tiếp Để xác định vị trí tương đối của trục khuỷu (chẳng hạn so với điểm chết trên), người ta tạo ra một chuẩn trên bánh

đà, có thể là một lỗ hay một mấu nhỏ Cảm biến vị trí trục khuỷu sẽ cung cấp một xung điếnau một vòng quay động cơ vào thơpì điểm vật chuẩn này đi qua trước mặt lõi từ của cảm biến

Hình dạng và độ lớn của tín hiệu điện do các cảm biến từ tính cung cáp phụ thuộc vào vật liệu chế tạo cảm biến và động cơ, tốc độ động cơ, khe hở cảm biến và vật quay , hình dạng của răng hoặc vật chuẩn Các tín hiệu này sau khi được cuẩn hoá sẽ được ECU xử lý để xác định tốc độ độngcơ và vỉtí tức thời của trục khuỷu

- Cảm biến quang học (Hình 2.11)

Hình 2.11 Nguyên lý làm việc của cảm biến quang học

1.Bộ dò quang học; 2 bộ điều khiển trung tâm; 3 tế bào quang điện; 4 rãnh xẻ xác

định điểm chết trên; 5 rãnh xẻ xác định góc quay trục khuỷu

Các cảm biến này được lắp ở bộ phân phối đánh lửa hoặc ở đầu trục cam để xác dịnh tốc độ động cơ và pha làm việc của các xilanh Một đĩa quay

do động cơdẫn động (một vòng quay sau mỗi chu trình làm việc) được xẻ 4

rãnh giống nhau, phân phối đều đặn ở chu vi cách nhau 900 Bốn rãnh này dùng để xác định góc quay của trục khuỷuvà tốc độ động cơ Hai rãnh khác có

bề rộng khác nhau sẽ được xẻ ở bên trong đối diện qua tâm đĩa, dùng để xác

định điwmr chết trên tương ứng với quá trình nén của xilanh số 1 Tín hiệu đo

được tạo ra nhờ 2 diot phát quang và hai tế bào quang điện, được bố trí thành hai cặp đối diện ở hai bên đĩa Mỗi khi có rãnh chạy qua tia sáng từ diot phát quang sẽ đi tới tế bào quang điện làm thông mạch đo Trường hợp ngược lại sẽ không có xung điện Tín hiệu đo dưới dạng các xung vuông được gửi đến ECU

2.1.2.3 Xác định lượng xăng phun vào động cơ

Việc xác định lượng xăng phun vào động cơ do ECU thực hiện dựa trên các số liệu về lượng nạp không khí cho chu trình và các thông số làm việc khác của động cơ do các cảm biến cung cấp Việc xác định lượng xăng sẽ

được qui về việc tính toán thời gian mở kim phun hay độ rộng xung phun của kim phun

Trong các hệ thống phun xăng đời thấp việc xác định độ rộng xung phun cơ sở đơn giản chỉ là sự thay đổi tuyến tính theo hai tín hiệu vòng tua và tải Nguyên lý làm việc của hệ thống như sau:

Tín hiệu từ bôbin đi tới là tín hiệu đánh lửa, có dạng xung dao động do

sự dao động trong cuộn dây bôbin, tín hiệu này phải được sửa cho trở thành xung vuông mới có thể sử dụng được Do đó tín hiệu phải đi qua bộ sửa dạng xung Đối với động cơ 4 xi lanh mỗi vòng quay có hai xung đánh lửa, động cơ

6 xi lanh mỗi vòng quay có 3 xung đánh lửa mà xung phun tại mỗi vòng quay chỉ có một xung Do đó tín hiệu đánh lửa được đưa qua bộ chia 2 đối với

động cơ 4 xi lanh và chia 3 đối với động cơ 6 xi lanh, xung sau khi chia sẽ có tần số trùng với tần số vòng tua Xung sau đó được đưa vào bộ tạo xung phun cơ sở, tại đây độ rộng xung phun được thay đổi tuỳ theo lưu lượng khí nạp đi vào động cơ Thực chất đây là bộ thay đổi độ rộng xung theo điện áp

Ti Tp

n 2 n

mức tải

nhiệt độ

động cơ

Tín hiệu lưu lượng khí nạp

tín hiệu tốc độ động cơ

lấy từ cực âm cuộn sơ

cấp bôbin

injector injector injector injector

điều khiển thay đổi độ rộng xung thực tế

điều khiển thay

đổi độ rộng xung cơ sở

Bộ chia 2

Sửa dạng xung tầng

công suất

Hình 2.12 Hoạt động phun xăng

Tiếp theo xung phun cơ sở được đưa vào bộ tạo xung phun thực cũng tương tự như bộ tạo xung phun cơ sở, chỉ khác là tại đây độ rộng xung phun bị thay đổi bởi nhiều yếu tố hơn bao gồm nhiệt độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, tải trọng, thành phần khí xả, mức điện áp ăcquy Độ rộng xung phun sau khi ra khỏi tầng này là độ rộng xung phun chính xác, tín hiệu này được đưa thẳng tới tầng ra (Drive) và tới vòi phun Dưới đây là hình vẽ dạng xung tại mỗi tầng của động cơ 4 xilanh

Xung đánh lửa

Xung đánh lửa sau sửa dạng xung Xung đánh lửa sau khi chia hai , tần số xung = tần số vòng tua xung tam giác tạo được do

sự phóng nạp qua tụ xung đầu ra của bộ tạo độ rộng xung phun cơ bản xung tam giác tạo được do

sự phóng nạp qua tụ xung của bộ tạo độ rộng xung phun có tính đến các yếu tố khác như nhiệt độ , mức tải

xung của bộ tạo độ rộng xung

Hình 2.13 Độ rộng xung phun tại các tầng

Từ trên ta thấy độ rộng xung phun thực tế bao gồm độ rộng xung phun cơ sở cộng với độ rộng xung có tính đến các yếu tố nhiệt độ , mức tải cộng với độ rộng xung có tính đến yếu tố sụt giảm điện áp ắcquy (sự thay đối độ rộng xung theo điện áp ắcquy là do quán tính của vòi phun phụ thuộc nhiều vào sự ổn định điện áp cung cấp, sự sụt áp sẽ làm tăng thời gian mở bép phun dẫn đến làm giảm lượng nhiên liệu đưa ra vì thế phải tăng độ rộng xung phun khi điện áp ắcquy tụt) Theo nguyên lý trên thì độ rộng xung phun thực tế thay

đổi tuyến tính theo lưu lượng khí nạp, nhiệt độ nhưng trên thực tế để đảm bảo động cơ chạy đạt hiệu quả cao nhất tại tất cả mọi chế độ nhằm đạt được

đường đặc tính lý tưởng thì độ rộng xung không thể thay đổi tuyến tính được

do đó đối với các hệ thống phun đời cao độ rộng xung phun cơ sở được tính toán lập trình sẵn và đưa vào trong bộ nhớ tĩnh hoặc động, việc tính toán độ rộng xung phun cơ sở được xác định từ tỷ lệ lưu lượng khối lượng nhiên liệu

được yêu cầu với một hằng số phun kinh nghiệm , hằng số phun kinh nghiệm

được xác định theo thiết kế vòi phun Hằng số này thông thường được xác

định bởi một sự chênh áp không đổi của áp suất xuyên qua vòi phun (từ tia phun tới cổ hút) khi áp suất xuyên qua vòi phun không phải là hằng số (ví dụ như khi có sự thay đổi độ chân không do thay đổi tốc độ) thì cần phải có một bản đồ xác định hằng số phun đối với các sai khác của áp suất đường hút Sau khi tính toán được một miền làm việc của động cơ thì các số liệu này được kiểm tra trên chính động cơ được lắp và được hiệu chỉnh lại cho phù hợp, đảm bảo với mỗi số vòng quay và mức tải sẽ có một độ rộng xung phun hữu hiệu nhất ECU có số điểm lập trình càng dày thì động cơ làm việc càng có hiệu suất cao và tốn ít nhiên liệu nhất Sau khi xác định được độ rộng xung phun cơ

sở thì tiếp theo xung phun sẽ được hiệu chỉnh tiếp đảm bảo phù hợp với từng chế độ giống như hệ thống phun đời thấp bao gồm hiệu chỉnh theo các chế độ không tải, toàn tải, xuống dốc, tăng tốc,hiệu chỉnh theo nhiệt độ động cơ,

nhiệt độ khí nạp, điện áp ắcquy Với biện pháp này đặc tính phun của động cơ sẽ trở thành đặc tính phun lý tưởng Thông thường độ rộng xung phun hiệu quả được xác định theo sơ đồ khối như hình 2.14 Thời gian phun thực tế được xác định qua tính toán sẽ phải nằm trong khoảng xác định bởi các giá trị giới hạn nhỏ nhất và lớn nhất đã được lưu trữ sẵn trong bộ nhớ nhằm đảm bảo sự vận hành tin cậy của hệ thống phun

sai

đúng 0

Xe đang lao xuống dốc -

số vòng quay động cơ

hoặc ôtô có nằm trong phạm vi cho phép ?

Hiệu chỉnh đảm bảo chính xác thành phần hoà khí theo tín hiệu λ Khởi động

Độ rộng xung vòng tua

độ rộng xung cơ sở được tính toán từ tín hiệu mức tải

Hiệu chỉnh chuyển tiếp từ chế độ không tải sang có tải

Cắt nhiên liệu trở

về chế độ không tải

Chuẩn hoá độ rộng xung theo chế độ hiện tại của

Hình 2.14 Sơ đồ tính toán độ rộng xung phun hiệu quả

2.1.2.4 Điều khiển thời điểm đánh lửa

Trong các đời xe hiện đại từ 95 trở lại đây việc thay đổi thời điểm đánh lửa đã được chuyển từ thay đổi thời điểm kiểu cơ khí kết hợp chân không cổ

điển thành tự động thay đổi thời điểm bằng điện tử, mục đích của việc thay

đổi này là nhằm làm tối ưu mô men động cơ, giảm độc hại của khí xả, tiết kiệm nhiên liệu, và giảm tối thiểu kích nổ Các dữ liệu cần thiết cho hệ thống

đường ống nạp ∆P cùng các thông tin khác như nhiệt độ nước làm mát, nhiệt

độ khí nạp cũng như hệ thống điều khiển độ rộng xung phun của hệ thống phun xăng, việc xác định thời điểm đánh lửa gốc chủ yếu dựa vào hai thông

toán thời điểm đánh lửa gốc:

P

NE k

định sẽ được hiệu chỉnh tiếp lần nữa trở thành góc đãnh lửa thực tế, việc hiệu chỉnh này dựa vào các tín hiệu phụ như nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp, vị trí bướm ga Bản chất của quá trình điều khiển đánh lửa lập trình là

điều khiển thời điểm để đạt điểm đánh lửa lý tưởng theo các chế độ làm việc

của động cơ, thực hiện bằng cách dịch chỉnh xung ignition time

hiệu chỉnh

tầng công suất

Q k ( ∆P )

θ gốc

θ thực tế

Hình 2.15 Sơ đồ điều khiển đánh lửa

Dưới đây là hai đồ thị thể hiện sự thay đổi góc đánh lửa theo áp suất chân không đường ống nạp và tốc độ động cơ của hệ thống đánh lửa cơ khí, hệ thống đánh lửa sử dụng chương trình ESA và đường đánh lửa lý tưởng

điện cơ khí

góc

đánh lửa

thời điểm đánh lửa của hệ chia

Biểu đồ tính toán thời điểm đánh lửa động cơ hiện đại:

thời điểm đánh lửa gốc xác định từ tín hiệu mức tải và số vòng quay

hiệu chỉnh đánh lửa dựa vào chế độ làm việc của hệ thống

hiệu chỉnh góc

đánh lửa không tải

hiệu chỉnh các chế độ chuyển đổi hiệu chỉnh tránh kích nổ

giới hạn góc

đánh lửa

góc đánh lửa hiệu quả

Hình 2.17 Biểu đồ tính toán thời điểm đánh lửa động cơ hiện đại

2.2 đặc tính các tín hiệu đầu vào của ecu

Nh− đã phân tích, để xây dựng đ−ợc nguyên lý làm việc của thiết bị kiểm tra ECU và các mạch điện của thiết bị thì ngoài việc phân tích kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng còn phải phân tích đ−ợc đặc tính các tín hiệu đầu vào và nguyên tắc điều khiển ra của ECU

Các tín hiệu đầu vào ECU bao gồm:

- Tín hiệu áp suất đường ống nạp mang thông tin về áp suất đường ống nạp

từ đó dựa vào tốc độ động cơ và nhiệt độ khí nạp ECU sẽ tính toán ra được lượng không khí nạp

- Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát mang thông tin về nhiệt độ của động cơ, tín hiệu nhiệt độ khí nạp cho ECU biết nhiệt độ của không khí, đây chính là thông tin về mật độ khí nạp

- Tín hiệu kích nổ cho ECU biết thời điểm xảy ra hiện tượng kích nổ trong

động cơ

- Tín hiệu thời điểm cho ECU biết thời điểm đánh lửa và thời điểm phun của từng máy

- Tín hiệu vòng quay tạo nhịp điều khiển đánh lửa cho ECU

- Tín hiệu vị trí bướm ga cho ECU biết động cơ đang làm việc ở chế độ tải nào và cho ECU biết thời điểm tăng tốc

- Tín hiệu khởi động, tín hiệu bật điều hoà cho ECU biết thời điểm cần nâng mức garenti

Tất cả các tín hiệu kể trên đo được nhờ các cảm biến thu nhận được trong quá trình động cơ làm việc và gửi về ECU

2.2.1 Những nguyên lý cơ bản và các đặc trưng đo lường

Các đại lượng vật lý là đối tượng đo lường như nhiệt độ, áp suất… được

gọi là các đại lượng cần đo m Sau khi tiến hành các công đoạn thực nghiệm

để đo m ta nhận được đại lượng điện tương ứng ở đầu ra Đại lượng điện này

cùng với sự biến đổi của nó chứa đựng tất cả các thông tin cần thiết để nhận

biết m Việc đo đạc m thực hiện được là nhờ sử dụng các cảm biến [2,4]

Cảm biến là một thiết bị chịu tác động của đại lượng cần đo m không có

tính chất điện và cho ta một đặc trưng mang bản chất điện (như điện tích, điện

áp, dòng điện hoặc trở kháng) ký hiệu là s Đặc trưng điện s là hàm của đại lượng cần đo m:

s = ƒ(m)

Trong đó s là đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến và m là đại

lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo) Việc đo đạc

s cho phép nhận biết giá trị của m:

Một trong những vấn đề quan trọng khi sử dụng cảm biến là làm sao cho

độ nhạy của chúng không đổi nghĩa là độ nhạy ít phụ thuộc nhất vào các yếu

tố như giá trị đại lượng cần đo m (độ tuyến tính), tần số thay đổi của nó (dải thông), thời gian sử dụng (độ già hoá) và ảnh hưởng của các đại lượng vật lý khác (không phải là đại lượng đo) của môi trường xung quanh

Vì cảm biến là một phần tử của mạch điện, nên có thể coi cảm biến như một máy phát trong đó s là điện tích, điện áp hay dòng và như vậy ta có cảm biến loại tích cực gọi tắt là cảm biến tích cực như cảm biến áp suất đường ống nạp, cảm biến thời điểm G, NE, kích nổ…Như một trở kháng, trong đó s là

điện trở, độ tự cảm hoặc điện dung, trường hợp này ta có cảm biến loại thụ

động gọi tắt là cảm biến thụ động như cảm biến nhiệt độ nước, nhiệt độ khí nạp…

Khi dùng cảm biến để xác định một đại lượng cần đo, không phải chỉ có một đại lượng này tác động lên cảm biến Trên thực tế, ngoài đại lượng cần đo còn có nhiều đại lượng vật lý khác có thể gây tác động ảnh hưởng đến tín hiệu

đo Những đại lượng như vậy gọi là đại lượng ảnh hưởng hoặc đại lượng gây nhiễu Thí dụ như nhiệt độ là đại lượng ảnh hưởng của cảm biến áp suất…

đại lượng cần đo

đại lượng điện

(s)

Sai số phép đo là hiệu số giữa giá trị thực và giá trị đo được Sai số phép đo chỉ có thể được đánh giá một cách ước tính bởi vì không thể biết giá trị thực của đại lượng đo Khi đánh giá sai số thường phân làm hai loại bao gồm sai số

hệ thống và sai số ngẫu nhiên ví dụ như ta đo một đại lượng đã biết trước giá trị thực của nó Nếu như giá trị trung bình của các giá trị đo được luôn lệch khỏi giá trị thực không phụ thuộc vào số lần đo liên tiếp thì ta nói trong trường hợp này có sai số hệ thống Còn sai số ngẫu nhiên của phép đo là sai số mà sự xuất hiện cũng như dấu và biên độ của chúng mang tính không xác định Một

số nguyên nhân của sai số ngẫu nhiên có thể dự đoán được nhưng độ lớn của chúng thì không thể biết trước

Dưới đây ta sẽ xét và đánh giá riêng các đại lượng trên của một số loại cảm biến thường được sử dụng:

2.2.2 Cảm biến áp suất đường ống nạp (Manifold Absolute Pressure)MAP

Tín hiệu này được sử dụng như là đầu vào cho điều khiển nhiên liệu và

đánh lửa trong hệ thống điều khiển động cơ đốt trong Trong hệ thống hiệu chỉnh theo tốc độ thì việc sử dụng cảm biến áp suất hay được sử dụng hơn là cảm biến lưu lượng khí nạp (Mass Air Flow) MAF bởi vì rẻ hơn Do có độ chính xác cao nên ngày càng có nhiều nhà máy sản xuất sử dụng cảm biến lưu lượng MAF trong các loại xe đời mới Đặc tính của cảm biến MAP hình 2.18 Dải sai số của cảm biến áp suất MAP là 1% trong dải nhiệt độ làm việc của

động cơ Sai số có thể tăng lên khi nhiệt độ vượt quá giá trị tới hạn và được mô tả bởi đường đặc tính hình 2.19 [2]

Sai số của cảm biến áp suất cũng tăng khi giá trị áp suất nằm ngoài khoảng cho phép và được mô tả bởi đường đặc tính hình 2.20

Ngoài sai số do nhiệt độ hay áp suất nằm ngoài khoảng thì kết quả đo giá trị áp suất của ECU luôn luôn tồn tại sai số, trong đó bao gồm sai số hệ thống

Cấp sai số

12

- 1.0

- 3.0

- 2.0

4

a

áp suất đường ống nạp

Hình 2.20 Giới hạn sai số do áp suất

100

1.0 0.0

nhiệt độ C

20 -20

150 130

mmHg 41.3

điện áp ra

Hình 2.18: Đặc tính cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP)

áp suất đường ống nạp

và sai số ngẫu nhiên Trong trường hợp này, sai số hệ thống có thể được bỏ qua bởi vì kết quả đo không phải được thông báo ra cho người sử dụng mà phục vụ ngay cho việc tính toán của ECU Việc tính toán này được lập trong quá trình thí nghiệm trên chính phần cứng của ECU với chính loại cảm biến này do đó nếu có tồn tại sai số hệ thống thì giá trị tính ra trong quá trình thí nghiệm cũng theo sai số này và giá trị tính ra trong quá trình chạy ổn định cũng được tính theo sai số này Điều đó dẫn tới sai số này không ảnh hưởng tới kết quả tính toán của ECU Sai số này sẽ gây ảnh hưởng nếu như ta dùng phần tính toán này cho một ECU có phần cứng khác với phần cứng của ECU thí nghiệm Sai số ngẫu nhiên là sai số mà sự xuất hiện cũng như dấu và biên

độ của chúng mang tính không xác định Đối với cảm biến áp suất thì việc xuất hiện sai số ngẫu nhiên trong kết qua đo của ECU là không tránh khỏi nếu như ta không có biện pháp khắc phục, và sai số này sẽ gây ảnh hưởng rất lớn

đến quá trình tính toán lượng phun nhiên liệu Để hiểu rõ hơn về sai số ngẫu nhiên của cảm biến áp suất ta xét đường đặc tính làm việc của cảm biến áp suất ở hình 2.21

Hình 2.21 biểu diễn biến thiên điện áp của cảm biến áp suất đường ống nạp trong thời kỳ giảm tốc Sự biến thiên của tín hiệu là do sự thay đổi áp suất trong đường ống nạp mỗi khi xu páp nạp của một trong các xy lanh mở Đặc

tín hiệu

20 7

điểm của mạch chuyển đổi A/D (Analog to Digital converter) là thường được lấy mẫu tại một thời điểm Đối với cảm biến áp suất nếu lấy mẫu tại một thời

điểm sẽ gây ra sai số do mạch chuyển đổi không thể xác định được thời điểm nào là thời điểm đúng vào giá trị trung bình của tín hiệu Ví dụ tại chu kỳ lấy mẫu thứ nhất có thể sẽ đúng vào giá trị max tại chu kỳ lấy mẫu tiếp theo rất có thể sẽ rơi vào giá trị min điều đó sẽ gây cho ECU tính toán lượng nhiên liệu không thể chính xác và nhiên liệu phun ra không đều Đây chính là nguyên nhân gây sai số ngẫu nhiên của giá trị áp suất Nếu như không có biện pháp loại trừ sai số này thì ECU sẽ không thể làm việc ổn định được

2.2.3 Cảm biến tốc độ quay và cảm biến thời điểm

Hai cảm biến này gửi về ECU hai tín hiệu, tín hiệu thời điểm mang thông tin về thời điểm bắt đầu tính toán góc đánh lửa sớm của từng xylanh, và tín hiệu vòng quay cho ECU biết tốc độ động cơ trong quá trình tính toán lượng nhiên liệu phun và góc đánh lửa sớm; ngoài ra tín hiệu này còn tạo xung nhịp để thay đổi góc đánh lửa sớm Đối với những động cơ điều khiển phun xăng theo nhóm hoặc điều khiển đánh lửa không chia điện thì còn cần thêm tín hiệu mang thông tin về thời điểm của xi lanh thứ nhất Đối với một số hệ thống phun nhiên liệu theo kiểu đồng loạt và điều khiển đánh lửa sử dụng bộ chia điện thì không có tín hiệu thời điểm xi lanh thứ nhất Chỉ có tín hiệu thời

điểm đánh lửa của bốn xi lanh và tín hiệu tốc độ động cơ có 24 xung một vòng quay trục cam Cả hai tín hiệu này được lấy từ hai cảm biến từ điện đặt trong bộ chia điện Hình 2.22 là dạng vấu và dạng tín hiệu của cảm biến thời

điểm và tốc độ của hệ thống phun động cơ COROLLA

Trên trục quay của đencô được gắn các vấu sắt, cảm biến là một cuộn dây quấn trên một lõi nam châm, khi trục quay làm các vấu cam quét qua cảm biến, từ trở mạch từ của cuộn dây biến thiên một cách tuần hoàn làm xuất hiện trong cuộn dây một suất điện động có tần số tỷ lệ với tốc độ quay

Biên độ E của suất điện động trong cuộn dây phụ thuộc chủ yếu vào hai yếu tố là khoảng cách và tốc độ quay Khoảng cách giữa cuộn dây với các vấu sắt chính là khe từ, khoảng cách càng lớn thì biên độ của suất điện động càng nhỏ, thông thường sự thay đổi khoảng cách này không vượt quá 0.2 ữ 0.4mm Tốc độ quay tỷ lệ thuận với biên độ của suất điện động Khi tốc độ quay rất nhỏ biên độ sẽ quá bé để có thể phát hiện được nó, do vậy vùng tốc độ chết là vùng mà ở đó không thể đo được suất điện động Vùng này càng rộng khi khoảng cách giữa cuộn dây và vấu sắt càng lớn

Hình 2.22: dạng vấu từ và tín hiệu của cảm biến tốc độ và thời điểm động