Hệ thống điều khiển lập trình,Các cảm biến dùng trên ôtô
Hệ thống điện điện tử ôtô đại 211 B Cảm biến nhiệt độ khí nạp (intake air temperature hay manifold air temperature sensor) Cảm biến nhiệt độ khí nạp dùng để xác đònh nhiệt độ khí nạp Cũng giống cảm biến nhiệt độ nước, gồm có điện trở gắn đo gió đường ống nạp Tiû trọng không khí thay đổi theo nhiệt độ Nếu nhiệt độ không khí cao, hàm lượng oxy không khí thấp Khi nhiệt độ không khí thấp, hàm lượng oxy không khí tăng Trong hệ thống điều khiển phun xăng (trừ loại LH- Jetronic với cảm biến đo gió loại dây nhiệt) lưu lượng không khí đo đo gió khác chủ yếu tính thể tích Vì vậy, khối lượng không khí phụ thuộc vào nhiệt độ khí nạp Đối với hệ thống phun xăng nêu (đo lưu lượng thể tích), ECU xem nhiệt độ 20oC mức chuẩn, nhiệt độ khí nạp lớn 20oC ECU điều khiển giảm lượng xăng phun; nhiệt độ khí nạp nhỏ 20oC ECU điều khiển tăng lượng xăng phun Với phương pháp này, tỉ lệ hỗn hợp đảm bảo theo nhiệt độ môi trường Đầu ghim Điện trở NTC Hình 6.53: Cảm biến nhiệt độ khí nạp Mạch điện Đến relay THA E2 +B +B1 E C U Vcc=5 V ADC CPU E2 E1 Cảm biến nhiệt độ khí Hình 6.54: Mạch nạp điện cảm biến nhiệt độ khí nạp 212 Chương 6: Hệ thống điều khiển lập trình cho động 6.3.5 Cảm biến khí thải (Exhaust gas sensor) hay cảm biến oxy (Oxygen sensor) Để chống ô nhiễm, xe trang bò hóa khử (TWC - three way catalyst) Bộ hóa khử hoạt động với hiệu suất cao tỉ lệ hòa khí lý tưởng tức λ = Cảm biến oxy dùng để xác đònh thành phần hòa khí tức thời động hoạt động Nó phát tín hiệu điện gởi ECU để điều chỉnh tỉ lệ hòa khí thích hợp điều kiện làm việc đònh (chế độ điều khiển kín - closed loop control) Cảm biến oxy gắn đường ống thải Có hai loại cảm biến oxy, khác chủ yếu vật liệu chế tạo: − Chế tạo từ dioxide zirconium (ZrO2) − Chế tạo từ dioxide titanium (TiO2) A Cảm biến oxy với thành phần Zirconium a Nguyên lý hoạt động Đệm dẫn điện Thân Chất điện phân khô 4,5 Điện cực Hình 6.55: Cảm biến với thành phần zirconium Loại chế tạo chủ yếu từ chất zirconium dioxide (ZrO2) có tính chất hấp thụ ion oxy âm tính Thực chất, cảm biến oxy loại pin điện có sức điện động phụ thuộc vào nồng độ oxy khí thải với ZrO2 chất điện phân Mặt ZrO2 tiếp xúc với không khí, mặt tiếp xúc với oxy khí thải Ở mặt ZrO2 phủ lớp điện cực platin để dẫn điện Lớp platin mỏng xốp để oxy dễ khuyếch tán vào Khi khí thải chứa lượng oxy hỗn hợp giàu nhiên liệu số ion oxy tập trung điện cực tiếp xúc khí thải số ion oxy tập trung điện cực tiếp xúc không khí Sự chênh lệch số ion tạo tín hiệu điện áp khoảng 600-900 mV Ngược lại, độ chênh lệch số ion hai điện cực nhỏ trường hợp nghèo xăng, pin oxy phát tín hiệu điện áp thấp khoảng 100-400 mV Hệ thống điện điện tử ôtô đại 213 Sức điện động mà cảm biến oxy sinh tính theo công thức Nerst: E= Trong đó: R : Po RT ln kt ZF Po2 kk số T: F: Z: Po2kt: nhiệt độ điện cực platin số Faraday điện tích Zr = áp suất cục oxy khí thải Po2kk: áp suất cục oxy không khí b Cấu tạo Hình 6.56: Cấu tạo cảm biến oxy loại Zirconium Thân ; Đệm ; Dây nối ; Vỏ ; Thanh tiếp xúc; Gốm Zro2 ; Màng bảo vệ Thân cảm biến giữ chân có ren, bao ống bảo vệ nối với đầu dây điện Bề mặt chất ZrO phủ lớp platin mỏng mặt lẫn mặt Ngoài lớp platin lớp gốm ZrO2 xốp kết dính, có nhiệm vụ bảo vệ lớp platin không bò hỏng va chạm phần tử rắn có khí thải Một ống kim loại bảo vệ bao cảm biến đầu mối điện uốn kép giữ liền với vỏ ống có lỗ để bù trừ áp suất cảm biến để đỡ lò xo đóa Để giữ cho muội than không đóng vào lớp gốm ZrO , đầu tiếp xúc khí thải cảm biến có ống đặc biệt có cấu tạo dạng rãnh để khí thải phân tử khí cháy vào bò giữ không tiếp xúc trực tiếp với thân gốm ZrO2 Đặc điểm pin oxy với ZrO nhiệt độ làm việc phải 300°C Do đó, để giảm thời gian chờ, người ta dùng loại cảm biến có điện trở tự nung bên 214 Chương 6: Hệ thống điều khiển lập trình cho động Điện trở dây nung lắp cảm biến cung cấp điện từ accu Hệ thống điện điện tử ôtô đại 215 Điện áp cảm biến c Mạch điện Engine ECU 0,45 V Đầu kiểm tra + Hoà khí lý thuyết OX R Hình Cảm 6.57: Mạch điện cảm biến oxy loại zirconium E2 biến B Cảm biến oxy với thành phần titanium oxy Giàu Nghèo a Cấu tạo hơn Hình 6.58: Cảm biến oxy loại titanium Cảm biến có cấu tạo tương tự loại zirconium thành phần nhận biết oxy khí thải làm từ titanium dioxide (TiO2) Đặc tính chất thay đổi điện trở theo nồng độ oxy khí thải Khi khí thải chứa lượng oxy hỗn hợp giàu nhiên liệu, phản ứng tách oxy khỏi TiO dễ xảy Do điện trở TiO2 có giá trò thấp làm dòng qua điện trở tăng lên Nhờ điện áp đặt vào cổng so OP AMP qua cầu phân áp đạt giá trò 600-900 mV Khi khí thải chứa lượng oxy nhiều hỗn hợp nghèo, phản ứng tách oxy khỏi TiO2 khó xảy ra, điện trở TiO2 có giá trò cao làm dòng qua điện trở giảm, điện cổng giảm xuống khoảng 100-400mV Điện trở suất chất TiO2: n o2 ρ = A⋅ P ⋅e Trong đó: E0 K T A: số P: áp suất cục oxy khí thải n=4 Eo : lượng kích thích K: số T: nhiệt độ chất TiO2 Chương 6: Hệ thống điều khiển lập trình cho động 216 b Mạch điện Engine ECU 1V Cảm biến oxy Đầu kiểm tra 0,45 V OX R Hình 6.59: Mạch điện cảm biến oxy loại titania 6.3.6 Cảm biến tốc độ xe (vehicle speed sensor) Cảm biến nhận biết tốc độ xe chạy sau gởi tín hiệu ECU để điều khiển tốc độ cầm chừng tỉ lệ hòa khí phù hợp tăng tốc giảm tốc Có bốn loại cảm biến tốc độ: − Loại công tắc từ − Loại cảm biến Hall − Loại cảm biến từ trở − Loại cảm biến quang Trong sách trình bày loại cảm biến công tắc từ loại khác tương tự cảm biến đánh lửa • Cảm biến tốc độ xe loại công tắc từ ∗ Cấu tạo Lỗnố i dâ y cô ngtơmet Namchâ m Geckô n Hình 60: Cảm biến tốc độ xe Cảm biến bao gồm nam châm gắn với dây nối với đồng hồ tốc độ xe quay theo dây Một Hệ thống điện điện tử ôtô đại 217 công tắc đặt đối diện với nam châm Khi nam châm quay theo dây đồng hồ tốc độ, công tắc đóng mở theo chiều lực từ Khi nam châm quay vò trí song song với công tắc, chiều lực từ cảm ứng công tắc thành hai nam châm cực làm chúng đẩy nhau, công tắc vò trí mở Các tín hiệu từ vò trí đóng mở công tắc đưa trực tiếp tới ECU mà không qua chuyển đổi xung nhờ tín hiệu sóng vuông Tại ECU điều khiển tỉ lệ hòa khí phù hợp tăng tốc giảm tốc ∗ Mạch điện Cảm biến tốc độ kiểu T1 Hall Cảm biến tốc độ loại công tắc từ 5V SPD T2 CPU Đến ECU hộp số tự động Hình 6.61: Sơ đồ mạch cảm biến tốc độ xe 6.3.7 Cảm biến kích nổ (knock or detonation sensor) Cảm biến kích nổ thường chế tạo vật liệu áp điện Nó gắn thân xylanh nắp máy để cảm nhận xung kích nổ phát sinh động gởi tín hiệu tới ECU làm trễ thời điểm đánh lửa nhằm ngăn chặn tượng kích nổ a Cấu tạo nguyên lý hoạt động Hình 6.62: Cấu tạo cảm biến kích nổ 1.Đáy cảm biến; Tinh thể thạch anh; 3.Khối lượng quán tính; 5.Nắp; Dây đan; Đầu cảm biến 218 Chương 6: Hệ thống điều khiển lập trình cho động Thành phần áp điện cảm biến kích nổ chế tạo tinh thể thạch anh vật liệu có áp lực sinh điện áp (piezoelement) Phần tử áp điện thiết kế có kích thước với tần số riêng trùng với tần số rung động có tượng kích nổ để xảy hiệu ứng cộng hưởng (f = 7kHz) Như vậy, có kích nổ, tinh thể thạch anh chòu áp lực lớn sinh điện áp Tín hiệu điện áp có giá trò nhỏ 2,4 V Nhờ tín hiệu này, ECU nhận biết tượng kích nổ điều chỉnh giảm góc đánh lửa không kích nổ ECU sau chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại Hình 6.63: Đồ thò biểu diễn tần số kích nổ b Mạch điện Engine ECU Cảm biến kích nổ KNK Hình 6.64: Mạch điện cảm biến kích nổ 6.3.8 Một số tín hiệu khác • Tín hiệu khởi động Khi khởi động động cơ, tín hiệu từ máy khởi động gởi ECU để tăng thêm lượng xăng phun suốt trình khởi động Mạch điện Hệ thống điện điện tử ôtô đại 219 • Tín hiệu công tắc máy lạnh Khi bật công tắc máy lạnh, để tốc độ cầm chừng ổn đònh phải gởi tín hiệu báo ECU nhằm điều khiển thời điểm đánh lửa tốc độ cầm chừng (Van ISCV): Mạch điện Hình 6.66: Mạch điện công tắc máy lạnh • Tín hiệu phụ tải điện Khi bật hệ thống điện công suất lớn xe, máy phát phát công suất lớn tốc độ cầm chừng giảm tăng tải máy phát Hậu tốc độ cầm chừng giảm làm động rung hoạt động không ổn đònh 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 Trên xe Toyota đầu phụ tải điện có công suất lớn đưa đến ECU qua đường ELS (Electrical Load Signal) Trên Honda, tín hiệu lấy từ transistor công suất tiết chế vi mạch Mạch điện 220 Chương 6: Hệ thống điều khiển lập trình cho động Hình 6.67: Mạch điện tín hiệu phụ tải điện Toyota • Tín hiệu từ công tắc nhiên liệu (fuel control switch) Trên số hệ thống điều khiển động theo chương trình, người ta thiết kế để xe hoạt động với loại xăng có số octane khác Trong trường hợp phải báo cho ECU biết loại nhiên liệu sử dụng qua công tắc nhiên liệu Mạch điện Hình 6.68: Mạch tín hiệu nhiên liệu • Công tắc tăng tốc (kick – down switch) Công tắc tăng tốc gắn sàn xe bàn đạp ga Trước cánh bướm ga mở hoàn toàn, công tắc tăng tốc tiếp xúc với bàn đạp chuyển sang vò trí đóng, đồng thời gởi tín hiệu ECU điều khiển phun thêm xăng Mạch điện Hệ thống điện điện tử ôtô đại 253 * Van từ Hiện tượng động tiếp tục chạy sau khóa điện ngắt gọi tượng “dieseling” Chống lại tượng hai cách: ngừng cung cấp nhiên liệu cho CHK cấp nhiều khí cho hệ thống nạp Cách sử dụng phổ biến thực van từ Hình 6.107: Van từ chống tượng dieseling Khi tắt công tắc đánh lửa, van từ đóng, ngừng cung cấp nhiên liệu cho mạch tốc độ thấp Tùy thuộc vào kiểu xe, van điện điều khiển ECU kiểm soát chế độ cầm chừng cưỡng bức, giúp giảm nồng độ khí thải giảm tốc (phanh động cơ) tiết kiệm nhiên liệu * Hệ thống mở bướm gió tự động Khi động lạnh, xăng khó bốc hơi, hỗn hợp khí nhiên liệu bò nghèo, dẫn đến khó khởi động Ngoài ra, lạnh cản quay lớn làm tốc độ khởi động động thấp, độ chân không đường ống nạp yếu, lượng xăng cung cấp qua lỗ không tải giảm Hệ thống bướm gió tự động trang bò cho phép hỗn hợp khí – nhiên liệu đậm cung cấp cho xylanh động lạnh Kiểu bướm gió sử dụng bướm gió tự động điện tử bướm gió điều khiển tay a Khi động khởi động Bướm gió đóng hoàn toàn dây lưỡng kim nhiệt độ môi trường đạt tới 30oC (86oF) Khi động quay với bướm gió đóng, độ chân không tạo bướm gió lớn nên lượng xăng lớn cung cấp qua mạch sơ cấp nhiều hỗn hợp khí – nhiên liệu đậm Chương 6: Hệ thống điều khiển lập trình cho động 254 Hình 6.108: Sơ đồ hệ thống mở bướm gió tự động b Sau khởi động Khi động nổ, cực L máy phát điện bắt đầu có điện áp, tạo dòng điện cấp cho cuộn dây nhiệt điện Khi lưỡng kim nhiệt nóng lên, bắt đầu giãn nở mở bướm gió Để giới hạn dòng điện vào cuộn dây nhiệt sau bướm gió mở hết (phía buồng lò xo đạt khoảng 100oC, tức 212oF), người ta dùng điện trở nhiệt có hệ số nhiệt dương (PTC) * Công tắc vò trí bướm ga (chỉ có vài kiểu xe) Công tắc báo cho ECU kiểm soát nồng độ khí thải tiết kiệm nhiên liệu chế độ cầm chừng cưỡng Khi giảm tốc, bướm ga đóng hoàn toàn, ECU dựa vào tín hiệu tín hiệu tốc độ động để điều khiển bật tắt van từ sơ cấp Kiểm soát khí thải Hình 6.109: Công tắc vò trí bướm ga Hệ thống điện điện tử ôtô đại 255 6.6.2 Điều khiển phun xăng A Điều khiển bơm xăng điều áp a Cấu tạo bơm xăng Tùy theo nhà chế tạo năm sản xuất mà bơm xăng đặt thùng xăng Hiện nay, bơm xăng sử dụng cho hệ thống phun xăng có hai loại: − Loại cánh quạt − Loại lăn Hai loại gọi bơm kiểu ướt motor phận bơm đặt vỏ bọc, vỏ bọc luôn chứa đầy xăng, nhằm mục đích làm mát bơm xăng hoạt động • Loại bơm cánh quạt Loại bơm thường đặt thùng xăng So với loại lăn loại có ưu điểm gây tiếng ồn không tạo dao động mạch nhiên liệu nên dùng rộng rãi Bơm cấu tạo thành phần sau: − Motor điện − Bộ phận công tác bơm − Van kiểm tra (van chiều) − Van giảm áp lọc Motor Rotor Stator Hình 6.110: Bơm cánh quạt 256 Chương 6: Hệ thống điều khiển lập trình cho động Motor: động điện chiều Bánh công tác: có từ ÷ cánh, quay nhờ motor điện Khi motor quay bánh công tác kéo xăng từ cửa vào đưa đến cửa Sau qua cửa vào xăng quanh motor điện đến van chiều Van chiều: van chiều đóng bơm ngừng làm việc Tác dụng giữ cho áp suất đường ống giá trò đònh, giúp cho việc khởi động lại dễ dàng Nếu áp suất mạch không giữ, nhiên liệu bốc quay thùng việc khởi động lại khó khăn Van an toàn: van làm việc áp suất vượt giá trò quy đònh Van có tác dụng bảo vệ mạch nhiên liệu áp suất vượt giới hạn cho phép (trong trường hợp nghẹt đường ống chính) Lọc xăng: dùng để lọc cặn bẩn nhiên liệu gắn trước bơm • Loại bơm lăn Loại đặt bên thùng xăng gắn gần thùng để hiệu suất bơm cao Cấu tạo bơm gồm thành phần sau: − Motor điện chiều − Bộ phận công tác bơm − Van giảm áp van chiều Hoạt động motor điện, van giảm áp van chiều giống bơm cánh quạt Hệ thống điện điện tử ôtô đại 257 Hình 6.111: Bơm lăn Riêng phận bơm buồng rỗng hình trụ, có đóa quay sai tâm bố trí lăn rãnh bắt dính vào rotor Khi có dòng điện chạy qua, rotor quay kéo theo đóa sai tâm quay Dưới tác dụng lực ly tâm, lăn bò ép tạo đệm xoay vòng liên tục làm tăng thể tích cửa vào giảm thể tích cửa Hình 6.112 : Nguyên lý hoạt động bơm lăn b Sơ đồ mạch điện điều khiển bơm xăng Bơm xăng điều khiển theo cách: − Không qua hộp ECU máy hệ thống phun xăng với đo gió kiểu trượt TOYOTA − Qua hộp ECU máy hoạt động theo nguyên lý ON – OFF − Qua hộp ECU máy để thay đổi tốc độ quay bơm xăng (hai cấp độ: cao thấp) 258 Chương 6: Hệ thống điều khiển lập trình cho động c Mạch điều khiển bơm xăng không qua hộp ECU Relay mởmạch Relay Hình 6.113: Mạch điện điều khiển bơm xăng không qua ECU Bơm xăng dùng cho hệ thống phun xăng sử dụng đo gió kiểu trượt xe Toyota làm việc động hoạt động Đó đặc điểm an toàn cho hệ thống Khi khởi động động cơ, dòng điện từ accu qua khóa điện đến cuộn dây L2 relay bơm xăng đến mass, tạo lực hút tiếp điểm relay bơm xăng làm bơm xăng quay Đồng thời, khởi động cánh gió cảm biến đo gió di chuyển khỏi vò trí ban đầu (nhờ dòng khí hút vào động cơ) đóng tiếp điểm bơm xăng cảm biến đo gió Vì cuộn dây L1 relay bơm xăng có dòng điện chạy qua tạo thêm lực hút để đóng tiếp điểm relay bơm xăng Khi máy nổ, khoá điện trả vò trí IG (vò trí ON) cuộn dây L bơm xăng bò ngắt điện cuộn L1 giữ cho tiếp điểm đóng bơm xăng tiếp tục hoạt động d Mạch điều khiển bơm xăng qua hộp ECU máy hoạt động theo nguyên lý ON – OFF Check connector +B Fuel pump Fp Fp Main relay L1 R Fc L2 IG ST Ignition switch C STA E ECU Ne To distribut or Hệ thống điện điện tử ôtô đại 259 Hình 6.114: Mạch điện điều khiển bơm xăng có ECU điều khiển Nguyên lý hoạt động tương tự loại trên, khác tín hiệu điều khiển bơm xăng Khi khởi động động cơ, ECU nhận tín hiệu tốc độ động (NE) để điều khiển transitor mở cho dòng điện qua cuộn L2 relay bơm xăng qua transistor mass tạo lực hút để đóng tiếp điểm relay bơm xăng Khi khoá điện trả vò trí IG dòng tiếp tục qua cuộn L1 bơm xăng tiếp tục hoạt động Khi bật công tắc máy từ vò trí OFF sang vò trí ON, ECU điều khiển bơm xăng hoạt động khoảng 2s để giữ cho áp lực xăng đường ống ổn đònh trước khởi động Trên cọc chẩn đoán bố trí đầu + B FP giúp nối mạch bơm xăng không cần nổ máy e Mạch điều khiển bơm xăng qua hộp ECU máy để thay đổi tốc độ quay motor bơm xăng • Ở tốc độ thấp Khi động chạy tốc độ cầm chừng điều kiện tải nhẹ, ECU điều khiển transistor mở, có dòng: từ accu - relay - relay mở mạch - cuộn dây relay điều khiển bơm - transistor – mass, tạo lực hút làm đóng tiếp điểm B, cung cấp điện cho motor bơm xăng hoạt động qua điện trở R Lúc bơm xăng quay tốc độ thấp, cung cấp lượng xăng cần thiết tốc độ chạy cầm chừng động Relay điều khiển bơm xăng Relay mở mạch Relay A B Công tắc máy IG ST Công tắc điều khiển bơm xăng (7M-GE, 7MGET, M-REL) Fc Điện trở Bơm M xăng Fp ECU E Hình 6.115a: Sơ đồ điều khiển bơm xăng qua ECU với mạch điều khiển tốc độ • Ở tốc độ cao Khi động chạy tốc độ cao tải nặng, ECU điều khiển transistor đóng lại, ngắt dòng qua Chương 6: Hệ thống điều khiển lập trình cho động 260 cuộn dây relay điều khiển bơm Tiếp điểm trả vò trí A, cung cấp dòng trực tiếp đến bơm Nhờ bơm quay với vận tốc nhanh để cung cấp lượng xăng cần thiết cho chế độ làm việc động Relay điều khiển bơm xăng Relay mở mạch Relay A B Công tắc máy IG ST Công tắc điều khiển bơm xăng (7M-GE, 7MGT) Fc Điện trở Bơm M xăng Fp ECU E Hình 6.115b: Mạch điện điều khiển bơm xăng qua ECU điều khiển tốc độ bơm Hệ thống điện điện tử ôtô đại 261 f Bộ giảm rung động Áp suất nhiên liệu trì 2,55 - 2,9 kgf/cm2 tùy theo độ chân không đường ống nạp điều áp Tuy nhiên, có dao động đường ống trình phun nhiên liệu không liên tục Bộ giảm rung động có tác dụng hấp thụ dao động lớp màng Hình 6.116: Bộ giảm dao động g Bộ ổn đònh áp suất (điều áp) Bộ ổn đònh áp suất làm ổn đònh áp suất nhiên liệu đến kim phun Lượng phun nhiên liệu điều khiển thời gian tín hiệu cung cấp đến kim phun Mặc dù vậy, thay đổi độ chân không đường ống nạp, lượng nhiên liệu phun thay đổi phụ thuộc vào lực hút đáy kim áp suất nhiên liệu đầu kim không đổi Do đó, để đạt lượng phun nhiên liệu xác, tổng áp suất nhiên liệu A độ chân không đường ống nạp B hay độ chênh áp đầu kim đáy kim phải giữ không đổi h Hoạt động Nhiên liệu có áp suất từ ống phân phối tác động vào màng điều áp làm mở van Một phần nhiên liệu chảy trở lại bình chứa qua đường ống hồi Lượng nhiên liệu trở phụ thuộc vào độ căng lò xo màng p suất nhiên liệu thay đổi theo lượng nhiên liệu hồi Áp thấp đường ống nạp dẫn vào buồng phía lò xo màng, làm giảm sức căng lò xo tăng lượng nhiên liệu hồi khiến áp suất giảm Nói tóm lại, độ chân không đường nạp tăng lên (giảm áp), áp suất nhiên liệu giảm tương ứng với giảm áp 262 Chương 6: Hệ thống điều khiển lập trình cho động suất Vì vậy, tổng áp suất nhiên liệu A độ chân không đường nạp B trì không đổi A + B = 2,55 – 2,9 kgf/cm2 Áp suất nhiên liệu A Áp suất khí B Độ chân không đường ống nạp Hình 6.117: Bộ điều áp đặc tính hoạt động Van tự động đóng lại nhờ lò xo, bơm nhiên liệu ngừng hoạt động Kết van chiều bên bơm nhiên liệu van bên điều áp trì áp suất dư đường ống nhiên liệu B Điều khiển kim phun a Nguyên lý kết cấu kim phun Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển kim phun Nhiêntrình liệubày hình 6.118 từ bơm đến ECU + Accu Kim phun Tốc độ động Vò trí bướm ga Lượng khí nạp Nhiệt độ động Nhiệt độ khí nạp Vò trí piston Hình 6.118: Sơ đồ tổng quát hệ thống phun nhiên liệu b Kết cấu kim phun Theo hình 6.119 cấu tạo kim gồm : Bộ lọc: bảo đảm nhiên liệu vào kim phun phải thật sạch; Giắc cắm: nối với mạch điện điều khiển; Cuộn dây: tạo từ trường có dòng điện; Ty kim: tác động đến đóng mở van kim; Van kim: đóng kín vòi phun, có dòng điện bò nhấc Hệ thống điện điện tử ôtô đại 263 lên cho nhiên liệu phun ra; Vòi phun: đònh góc phun xé tơi nhiên liệu; vỏ kim Hình 6.119: Kết cấu kim phun c Hoạt động kim phun Trong trình hoạt động động cơ, ECU liên tục nhận tín hiệu đầu vào từ cảm biến Qua đó, ECU tính thời gian mở kim phun Quá trình mở đóng kim phun diễn ngắt quãng ECU gởi tín hiệu đến kim phun phụ thuộc vào độ rộng xung Hình 6.120 cho thấy độ rộng xung thay đổi tuỳ theo chế độ làm việc động Giả sử cánh bướm ga mở lớn tăng tốc cần nhiều nhiên liệu Do ECU tăng chiều dài xung Điều có nghóa ty kim giữ lâu lần phun để cung cấp thêm lượng nhiên liệu Khởi động lạnh Chạy với điều kiện lạnh Chạy với điều kiện ấm Chạy sau hành trình dài Tăng tốc Cánh bướm ga đóng kín Cầm chừng nóng Hình 6.120: Xung điều khiển kim phun ứng với chế độ làm việc động Khi dòng điện qua cuộn dây kim phun tạo lực từ đủ mạnh để thắng sức căng lò xo, thắng lực trọng trường ty kim thắng áp lực nhiên liệu đè lên kim, kim nhích khỏi bệ Chương 6: Hệ thống điều khiển lập trình cho động 264 khoảng 0.1 mm nên nhiên liệu phun khỏi kim phun Nếu ta gọi: Q: lượng nhiên liệu phun khỏi kim T: chu kỳ xung τi: độ dài xung Thì Q tính công thức: T τi Q = ∫ q (τ )dτ T d Quá trình hoạt động Trên hình 6.121 trình bày đồ thò biểu diễn điện áp, cường độ dòng điện thời gian mở kim thực tế theo thời gian Căn vào đồ thò ta chia trình hoạt động kim phun làm giai đoạn cụ thể sau: u,i i Đặc tính U, I cuộn dây kim phun u t τi δ Độ dòch chuyển ty kim t τ1’ τ1” τ2’ τ3’ τ3” τ1 tính u, i, δ = τ2 f (t) cuộn τ3 dây kim phun Hình 6.121: Đặc Như ta biết cường độ dòng điện qua kim tuân theo qui luật: i Rt − 1 − e L = R U Trong đó: R: tổng trở kim Hệ thống điện điện tử ôtô đại 265 L: độ tự cảm kim phun U: điện áp đặt vào mạch * Giai đoạn 1: Trong thời gian τI (từ lúc ty kim nâng lên hết cỡ) Giai đoạn 1a: Thời gian τỉ, có hiệu đặt vào ty kim chưa nhấc lên Khi dòng điện đạt giá trò Im để Flực từ > Fcản ,ty bắt đầu di chuyển Kết thúc giai đoạn Ia Giai đoạn 1b: Thời gian τI: độ dòch chuyển kim đạt giá trò cực đại, cường độ dòng qua kim giảm đột ngột sức điện động tự cảm tăng L tăng * Giai đoạn 2: Độ mở kim giữ nguyên, sức điện động tự cảm giảm, dòng tăng lên hình vẽ Trường hợp kim bò kẹt dòch chuyển, làm µ0 không tăng dẫn tới sức điện động tự cảm không tăng dòng tăng nét chấm gạch * Giai đoạn 3: Transistor điều khiển đóng cuộn dây có sức điện động tự cảm nên ngắt điện đột ngột tạo thành mạch dao động Do đó, thời gian τ3, giữ mức mở sức điện động tự cảm Sau sức căng lò xo làm đóng ty kim lại Kết luận: từ trình hoạt động kim phun nhận thấy thời gian τ1 τ3 điều chỉnh; thời gian có tên gọi thời gian chết (dead time), τ2 thay đổi Do để đảm bảo độ xác thời điểm thời gian phun trình phun nhiên liệu, phải tìm cách giảm τ1 τ3 đến mức thấp nhất, có nghóa phải tăng độ nhạy kim e Các biện pháp tăng độ nhạy kim phun Nếu ta gởi đến cuộn dây kim phun xung điện thời gian ti, ty kim tác động lực điện từ, thắng sức căng lò xo áp lực nhiên liệu đến, kim nhấc lên nhiên liệu phun vào xupap nạp Nhờ độ chênh lệch áp suất hệ thống giữ không đổi nên lượng nhiên liệu trình phun qua tiết diện lỗ phun phụ thuộc vào thời gian kim mở tj Trong trường hợp lý tưởng ti = tj Chương 6: Hệ thống điều khiển lập trình cho động 266 Trong trình thiết kế kim phun xuất khó khăn Khi bề dài xung điều khiển khoảng 1-10 ms quán tính học quán tính điện từ bắt đầu ảnh hưởng lên hoạt động kim phun (phụ thuộc vào độ tự cảm cuộn dây, khối lượng ty kim yếu tố khác áp lực nhiên liệu, ma sát) Kết thực tế, ty kim mở đóng không đồng thời với bắt đầu kết thúc xung điều khiển Ngoài ra, kiểu phun gián đoạn xuất xung chấn động đường ống nguyên nhân tác động nên lượng nhiên liệu qua kim phun Rõ ràng tượng ảnh hưởng đến lượng xăng phun Để tăng độ xác kim phun, biện pháp chế tạo ty kim hợp kim nhẹ dẫn từ, mắc điện trở phụ kiểm soát dòng, có biện pháp tăng độ nhạy sau: • Dùng vật liệu áp điện • Dùng nam châm vónh cửu Nhiên liệu vào lỗ dầu vào khoang A kim, áp lực màng cân ty kim tì vào đáy lực nhỏ lực đàn hồi màng chênh lệch bên bên khác biệt diện tích tác động lên cuộn dây xung thuận (từ trường cuộn dây sinh ngược chiều với nam châm vónh cửu) cuộn dây bò hút lên ty kim mở Khi ngắt xung điều khiển dùng thiết bò đổi chiều tự động để lực tác dụng ngược lại Nam châm Cuộn dây Màng Thân Lỗ nhiên liệu Hình 6.112: Biện pháp tăng độ xác hoạt Ti kim động kim phun f Phương pháp điều khiển kim phun * Phương pháp điều khiển kim phun điện áp cho loại kim phun điện trở cao Điện áp accu cung cấp trực tiếp đến kim phun qua công tắc máy Khi transistor Tr ECU mở có Hệ thống điện điện tử ôtô đại 267 dòng chạy qua kim phun, qua chân No10,ø No20 đến E01, E02 mass Trong Tr mở, dòng điện chạy qua kim phun làm nhấc ty kim nhiên liệu phun vào trước supap nạp Công tắc máy Engine ECU No 10 Kim phun Tr No 20 E01 E02 Hình 6.113: Mạch điện điều khiển kim phun áp ... lý TRANSISTOR B+ ECU SOLENOID Hình 6. 87: Giao tiếp ngõ 6. 5 Điều khiển đánh lửa 6. 5.1 Cơ đánh lửa theo chương trình Trên ô tô đại, kỹ thuật số áp dụng Hìnhhệ 6. 86: thống Bộ ổn áp lửa từ nhiều năm... thời điểm đánh lửa sớm trở lại Hình 6. 63: Đồ thò biểu diễn tần số kích nổ b Mạch điện Engine ECU Cảm biến kích nổ KNK Hình 6. 64: Mạch điện cảm biến kích nổ 6. 3.8 Một số tín hiệu khác • Tín hiệu... chất TiO2 Chương 6: Hệ thống điều khiển lập trình cho động 2 16 b Mạch điện Engine ECU 1V Cảm biến oxy Đầu kiểm tra 0,45 V OX R Hình 6. 59: Mạch điện cảm biến oxy loại titania 6. 3 .6 Cảm biến tốc