TÌM HIỂU, KHẢO SÁT TÍNH NĂNG ĐA DỤNG CỦA THIẾT BỊ KIỂM TRA CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐIỆN TỬ TRÊN ÔTÔ MODEL X431

Một số mạch điện tiêu biểu trên ôtô: Hình 1: Sơ đồ điều khiển bơm xăng qua ECU với mạch điều khiển tốc độ 69 Hình 2: Mạch điện điều khiển bơm xăng qua ECU kiểm soát tốc độ bơm 69 Hình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ

[\

TÌM HIỂU, KHẢO SÁT TÍNH NĂNG ĐA DỤNG CỦA THIẾT BỊ KIỂM TRA CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐIỆN TỬ TRÊN ÔTÔ MODEL X-431

Chuyên ngành: Cơ Khí Nông Lâm

(Cơ khí công thôn)

Đặng Tấn Triều

Tp Hồ Chí Minh Tháng 08 năm 2007

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING

NONG LAM UNIVERSITY

FACULTY OF ENGINEERING & TECHNOLOGY

[\

TO LEARN, STUDY ABOUT MULTIFORM FEATURE

OF THE TEST AND DIAGNOSE UNIT ELECTRIC, ELECTRONIC ON AUTOMOBILE WITH MODEL

X-431 UNIT

Speciality: Agriculture Engineering

Dang Tan Trieu

- Tất cả người thân, bạn bè đã giúp đỡ chúng tôi trong suốt quá trình học tập

- Ban giám hiệu và Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí Công nghệ trường Đại học Nông Lâm Tp.HCM

- Toàn thể quý thầy cô đã giảng dạy chúng tôi trong suốt khóa học

- Thạc sĩ Bùi Công Hạnh, người đã trực tiếp hướng dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm và tạo điều kiện cho chúng tôi hoàn thành đề tài này

- Kỹ sư Vũ Đức Trung, trưởng phòng Động lực – công ty Trí Việt

Trong quá trình thực hiện đề tài chúng tôi đã cố gắng hết sức mình nhưng cũng khó có thể tránh khỏi những thiếu sót Chúng tôi rất mong sự thông cảm của quý thầy cô và các bạn

Chân thành cảm ơn Phan Minh Hiếu Đặng Tấn Triều

3.2 Phương tiện làm việc:

- Thiết bị chẩn đoán ôtô X-431

- Một số loại xe và động cơ thông dụng tại Việt Nam: Huyndai, Toyota…

3.3 Kết quả:

- Các thông số thu được thông qua việc đo kiểm từ những loại xe trên

- Một số các lỗi sau khi đánh pan

- Rút ra được kinh nghiệm và thao tác khi làm việc

- Hiểu rõ về tính năng của thiết bị chẩn đoán X-431

Đặng Tấn Triều

in order to serve this demand

Medium to work:

- The test and diagnose X-431 unit

- Some common type of automobiles and engines in Vietnam: Huyndai, Toyota…

Result:

- The parameters get from to test this type automobiles ang engines

- Some the error after test

- To infer the experiences and manipulations when work

- To know thorought about feature of X-431 unit

Dang Tan Trieu

2.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống điện 4

2.2.3 Điện áp 4

2.4.3 Phụ tải làm việc trong khoảng thời gian ngắn 5 2.5 Các thiết bị bảo vệ và điều khiển trung gian 8

2.6.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập

2.7 Các loại cảm biến và tín hiệu ngõ vào 17

2.7.2 Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp 20 2.7.3 Cảm biến tốc độ và vị trí piston 21

3.2.1 Chuẩn bị 31

3.2.2 An toàn lao động khi vận hành và kiểm tra 31

3.2.4 Tổng quát trình tự các bước tiến hành kiểm tra 33 3.2.5 Chức năng các nút (phím) 35

4.1 Tìm hiểu về thiết bị chẩn đoán đa năng X-431 36

4.2.2 An toàn lao động khi vận hành và kiểm tra 42

4.2 Tiến hành khảo nghiệm trên động cơ New Granduer GX 43 4.3 Tiến hành khảo nghiệm trên động cơ Santafe 54

4.4 Tiến hành khảo nghiệm trên động cơ VVT-i 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 69 TẬP BẢN VẼ

DANH SÁCH CÁC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH MINH HỌA

Trang

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tổng quát 6

Hình 2.2: Sơ đồ phụ tải 7

Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình trên động cơ 9

Hình 2.4: Sơ đồ các khối chức năng của hệ thống điều khiển phun xăng 9

Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ 10

Hình 2.6: Sơ đồ khối của các hệ thống trong máy tính với microprocessor 12

Hình 2.7: Cấu trúc máy tính 13

Hình 2.8: Cấu trúc CPU 13

Hình 2.9: Bộ chuyển đổi A/D 14

Hình 2.10: Bộ đếm 15

Hình 2.11: Bộ nhớ trung gian 15

Hình 2.12: Bộ khuếch đại 15

Hình 2.13: Bộ ổn áp 16

Hình 2.14: Giao tiếp ngõ ra 16

Hình 2.15: Bộ đo gió kiểu trượt 17

Hình 2.16: Bộ đo gió kiểu Karman 18

Hình 2.17: Mạch điện cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt 19

Hình 2.18: Sơ đồ nguyên lý cảm biến áp suất đường ống nạp 20

Hình 2.19: Mạch điện cảm biến áp suất đường ống nạp 20

Hình 2.20: Sơ đồ nguyên lý cảm biến tốc độ và vị trí piston loại dùng điện từ 21 Hình 2.21: Mạch điện của cảm biến nhiệt độ nước làm mát 22

Hình 2.22: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 22

Hình 2.23: Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát 23

Hình 2.24: Cảm biến nhiệt độ khí nạp 24

Hình 2.25: Mạch điện của cảm biến nhiệt độ khí nạp 24

Hình 2.26: Cảm biến khí thải với thành phần zirconium 26

Hình 2.27: Mạch điện của cảm biến oxy loại titanium 26

Hình 3.1: Quang cảnh nơi tiến hành khảo nghiệm 30

Hình 3.2: X-431 sau khi đã kết nối và khởi động 32

Hình 4.1: Thiết bị chẩn đoán ôtô model X-431 36

Hình 4.2: Sơ đồ hình dáng bên ngoài của X-431 38

Hình 4.3: Các thiết bị chính của X-431 39

Hình 4.4: Mô hình hệ thống ABS được kết nối với X-431

41 Hình 4.5: Mô hình hệ thống điện – điện tử ôtô được kết nối với X-431 42

Hình của phần phụ lục: 1 Một số mạch điện tiêu biểu trên ôtô: Hình 1: Sơ đồ điều khiển bơm xăng qua ECU với mạch điều khiển tốc độ 69

Hình 2: Mạch điện điều khiển bơm xăng qua ECU kiểm soát tốc độ bơm 69

Hình 3: Mạch điện điều khiển bơm xăng có ECU điều khiển 70

Hình 4: Sơ đồ hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử có sử dụng delco trên xe Toyota 70

Hình 5: Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bobin cho từng bugi 71

Hình 6: Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bobin cho từng cặp bugi 71

Hình 7: Sơ đồ điều khiển góc đánh lửa sớm của hệ thống đánh lửa trực tiếp xe

Toyota 72

Hình 8: Dạng xung điều khiển đánh lửa trực tiếp 72

2 Danh sách nhãn hiệu các loại xe 73

3 Một số hình ảnh về các giao diện khác của X-43 76

4 Một số hình ảnh về trình tự tải phần mềm chẩn đoán về Smartbox từ Internet 78

Đồng hành với sự phát triển của nền công nghiệp ôtô, công việc sửa chữa và bảo trì cũng phải có bước phát triển tương ứng Các tập đoàn ôtô trên thế giới có những giải pháp và phương tiện chẩn đoán riêng cho các dòng xe của mình.Vì vậy có sự khác biệt

về tính năng giữa các thiết bị chẩn đoán của mỗi tập đoàn khác nhau Để khắc phục tình trạng đó, tập đoàn Launch đã đi tiên phong đưa ra giải pháp mới đó là thiết bị chẩn đoán ôtô đa năng X-431

X-431 có những đặc điểm vượt trội như: sử dụng cho nhiều loại xe hiện đại, cập nhật chương trình chẩn đoán miển phí, sử dụng đơn giản…Với các tính năng ưu việt của mình, X-431 sẽ hiển thị các lỗi hoặc hư hỏng trên ôtô một các dễ dàng Trong khi

đó bằng các phương pháp thủ công và kinh nhiệm khó có thể phát hiện được

Được sự đồng ý của của khoa Cơ khí Công nghệ - trường Đại học Nông Lâm và

bộ môn Công nghệ ôtô, chúng tôi tiến hành khảo sát, kiểm tra và khai thác những tính năng đa dụng của thiết bị chẩn đoán ôtô X-431 Chúng tôi mong rằng đề tài này sẽ góp một phần nào đó vào công việc bảo trì và sửa chữa ôtô ở trường cũng như trong thực tế

Chương 2

TRA CỨU TÀI LIỆU, SÁCH BÁO PHỤC VỤ ĐỀ TÀI

2.1 TỔNG QUÁT VỀ MẠNG ĐIỆN VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN ÔTÔ

2.1.1 Hệ thống khởi động (starting system): bao gồm accu, máy khởi động điện

(starting motor), các relay điều khiển và relay bảo vệ khởi động Đối với động cơ diesel

có trang bị thêm hệ thống xông máy (glow system)

2.1.2 Hệ thống cung cấp điện (charing system): gồm accu, máy phát điện

(alternators), bộ tiết chế (coltage regulator), các relay và đèn báo nạp

2.1.3 Hệ thống đánh lửa (ignition system): bao gồm các bộ phận chính: accu, công

tắc máy (ignition switch), bộ chia điện (distributor), biến áp đánh lửa hay bobine (ignition coils), hộp điều khiển đánh lửa (igniter), bougie (spark plugs)

2.1.4 Hệ thống chiếu sáng và tín hiệu (lighting and signal system): gồm các đèn

chiếu sáng, các đèn tín hiệu, còi, các công tắc và relay

2.1.5 Hệ thống đo đạc và kiểm tra (gauging system): chủ yếu là các đồng hồ báo

trên tableau và các đèn báo gồm có: đồng hồ tốc độ động cơ (tachometer), đồng hồ đo tốc độ (speedometer), đồng hồ đo nhiên liệu và nhiệt độ nước

2.1.6 Hệ thống điều khiển động cơ (engine control): gồm hệ thống điều khiển

xăng, lửa, góc phối cam, ga tự động (cruise control) Ngoài ra, trên các động cơ diesel

ngày nay thường sử dụng hệ thống điều khiển nhiên liệu bằng điện tử (EDC –

electronic diesel control hoặc common rail)

2.1.7 Hệ thống điều khiển ôtô: bao gồm hệ thống điều khiển phanh chống hãm

ABS (antilock brake system), hộp số tự động, tay lái, gối hơi (SRS), lực kéo (tration

control)

2.1.8 Hệ thống điều hòa nhiệt độ (air conditioning system): bao gồm máy nén

(compressor), giàn nóng (condenser), lọc ga (dryer), van tiết lưu (expansion valve), giàn lạnh (evaporator) và các chi tiết điều khiển như relay, thermostat, hộp điều khiển,

công tắc A/C

Nếu hệ thống này được điều khiển bằng máy tính sẽ có tên gọi là hệ thống tự

động điều hòa khí hậu (automatic climate control)

2.1.9 Các hệ thống phụ:

Hệ thống gạt nước, xịt nước (wiper and washer system)

Hệ thống điều khiển cửa (door lock control system)

Hệ thống điều khiển kính (power window system)

Hệ thống điều khiển kính chiếu hậu (mirror control system)

Hệ thống định vị (navigation system)

2.2 CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐIỆN

2.2.1 Nhiệt độ làm việc

Tùy theo vùng khí hậu, thiết bị điện trên ôtô được chia ra làm nhiều loại:

• Ở vùng lạnh và cực lạnh (-40o) như: Nga, Canada

• Ở vùng ôn đới (20o) như: Nhật, Mỹ, châu Âu

• Nhiệt đới: Việt Nam, các nước Đông Nam Á, châu Phi

• Lọai đặc biệt thường dùng cho các xe quân sự (sử dụng cho tất cả mọi vùng khí hậu)

2.3 NGUỒN ĐIỆN TRÊN ÔTÔ

Nguồn điện trên ôtô là nguồn điện một chiều được cung cấp bởi accu, nếu động

cơ chưa làm việc, hoặc bởi máy phát điện nếu động cơ đã làm việc Để tiết kiệm dây dẫn, thuận tiện khi lắp đặt sửa chữa , trên đa số các xe, người ta sử dụng thân sườn xe (car body) làm dây dẫn chung (single wire system) Vì vậy, đầu âm của nguồn điện được nối trực tiếp ra thân xe

2.4 CÁC LOẠI PHỤ TẢI TRÊN ÔTÔ

Các loại phụ tải điện trên ôtô được mắc song song và có thể được chia làm 3 loại:

2.4.1 Phụ tải làm việc liên tục: gồm bơm nhiên liệu (50 – 70 W), hệ thống

đánh lửa (20 W), kim phun (70 – 100 W)

2.4.2 Phụ tải làm việc không liên tục: gồm các đèn pha (mỗi cái 60 W), cốt

(mỗi cái 55 W), đèn kích thước (mỗi cái 10 W), radio car (10 – 15 W), các đèn báo trên tableau (mỗi cái 2 W)

2.4.3 Phụ tải làm việc trong khoảng thời gian ngắn: gồm đèn báo rẽ (4x21

W + 2x2 W), đèn thắng (2x21 W), motor điều khiển kính (150 W), motor gạt nước (30 – 65 W), còi (25 – 40 W), quạt làm mát động cơ (200 W), quạt điều hòa nhiệt độ (2x80 W), đèn sương mù (mỗi cái 35 – 50 W), còi lui (21 W), máy khởi động (800- 3000 W), mồi thuốc (100 W), anten (dùng motor kéo 60 W), hệ thống xông máy động cơ diesel (100 – 150 W), ly hợp điện từ của máy nén trong hệ thống lạnh (60 W)

Ngoài ra, người ta cũng phân biệt phụ tải điện trên ôtô theo công suất, điện áp làm việc

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống cung cấp điện tổng quát

HT điều khiển động cơ

(Đánh lửa & phun xăng) tín hiệuHT

HT thông tin

HT giải trí trong xe

HT điều hòa không khí

HT khóa cửa

& bảo vệ xe

HT điều khiển phanh

HT khóa đai an toàn & ĐK túi khí

HT gạt &

xông kính

HT khởi động động cơ

Máy phát

điện Accu

TH chiếu sáng

Hình 2.2: Sơ đồ phụ tải điện trên ôtô

trong thời gian dài

Tải họat động gián đoạn trong thời gian ngắn

Đèn kích thước 4x10W

Đèn đậu 4x3 – 5 W

Đèn cốt 4x55 W

Đèn pha 4x60 W

Motor điều khiển kính

4 x 30 W

Quạt điều hòa nhiệt

độ 2x80 W

Xông kính

120 W

Motor phun nước rửa kính

30 – 60 WCòi 25 – 40 W

Đèn sương mù 2x35 W

Quạt làm mát động cơ 2x100W Mồi thuốc 100W

Hệ thống xông máy (động cơ diesel) 100 W Motor điều khiển anten 60 W

2.5 CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ VÀ ĐIỀU KHIỂN TRUNG GIAN

Các phụ tải điện trên xe hầu hết đều được mắc qua cầu chì Tùy theo tải, cầu chì

có giá trị thay đổi từ 5 – 30 A Dây chảy (fusible link) là những cầu chì lớn hơn 40 A

cũng được mắc ở các mạch chính của phụ tải điện lớn hoặc chung cho các cầu chì cùng nhóm làm việc thường có giá trị vào khoảng 40 – 120 A Ngoài ra, để bảo vệ mạch điện trong trường hợp chập mạch, trên một số hệ thống điện ôtô người ta sử dụng bộ ngắt

mạch (CB – circit breaker) khi quá dòng

Để các phụ tải điện làm việc, mạch điện nối với phụ tải phải kín Thông thường phải có các công tắc đóng mở trên mạch Công tắc trong mạch điện xe hơi có nhiều

dạng: thường đóng (normally closed), thường mở (normally opened) hoặc phối hợp (changecver switch) có thể tác động để thay đổi trang thái đóng mở (ON – OFF) bằng

cách nhấn, xoay, mở bằng chìa khóa Trạng thái của công tắc cũng có thể thay đổi bằng các yếu tố như: áp suất, nhiệt độ

Trong các ôtô hiện đại, để tăng độ bền và giảm kích thước của công tắc, người ta thường đấu dây qua các relay Relay có thể được phân loại theo dạng tiếp điểm: thường

đóng (NC – normally closed), thường mở ( NO – normally opened), hoặc kết hợp cả hai

loại – relay kép (changeover relay)

2.6 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC VÀ CÁC KHỐI CHỨC NĂNG

2.6.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ:

INPUT (Sensors) OUTPUT (Actuators)

E C U

Cảm biến bướm ga

ĐỘNG CƠ

Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ

2.6.2 Bộ điều khiển điện tử (ECU – electronic control unit)

cơ khi có sự cố xảy ra

Điều khiển động cơ bao gồm hệ thống điều khiển xăng, lửa, tốc độ cầm chừng,

thường sử dụng hệ thống nhiên liệu bằng điện tử

Bộ điều khiển, máy tính, ECU là những tên gọi khác nhau của mạch điều khiển điện tử Nhìn chung, đó là bộ tổ hợp vi mạch và bộ phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, trữ thông tin, tính toán, quyết định chức năng hoạt động và gửi đi các tín hiệu điều khiển thích hợp

ECU được đặt trong một vỏ kim loại để giải nhiệt tốt và được bố trí ở nơi ít ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm

Các linh kiện điện tử của ECU được sắp xếp trong một mạch in Các linh kiện công suất của tầng cuối – nơi điều khiển các cơ cấu chấp hành - được gắn với khung kim loại của ECU với mục đích giải nhiệt Sự tổ hợp các chức năng trong IC (bộ tạo xung, bộ chia xung, bộ dao động đa hài điều khiển việc chia tần số) giúp ECU đạt độ tin cậy cao

Một đầu ghim đa chấu dùng nối ECU với hệ thống trên xe, với các cơ cấu chấp hành và các cảm biến

2.6.2.2 Cấu tạo:

Bộ nhớ: bộ nhớ trong ECU chia làm 4 loại:

• ROM (read only memory)

Dùng trữ thông tin thường trục Bộ nhớ này chỉ đọc thông tin từ đó ra chứ không thể ghi vào được Thông tin của nó đã được gài sẵn ROM cung cấp thông tin cho bộ vi

xử lí và được lắp cố định trên mạch in

• RAM (random access memory)

Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu trữ thông tin mới được ghi trong bộ nhớ và xác định bởi vi xử lí RAM có thể đọc và ghi các số liệu theo địa chỉ bất kì RAM có hai loại:

- Loại RAM xóa được: bộ nhớ sẽ mất khi mất dòng điện cung cấp

- Loại RAM không xóa được: vẫn duy trì trong bộ nhớ cho dù khi tháo nguồn cung cấp ôtô RAM lưu trữ những thông tin về hoạt động của các cảm biến dùng cho hệ thống tự chẩn đoán

• PROM (programmable read only memory)

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

• KAM (keep alive memory)

KAM dùng để lưu trữ những thông tin mới (những thông tin tạm thời) cung cấp đến bộ vi xử lí KAM vẫn duy trì bộ nhớ cho dù động cơ ngưng hoạt động hoặc tắt công tắt máy Tuy nhiên, nếu tháo nguồn cung cấp từ accu đến máy tính thì bộ nhớ KAM sẽ

bị mất

Bộ vi xử lí (microprocessor)

Bộ vi xử lí có chức năng tính toán và ra quyết định Nó là bộ não của ECU

Hình 2.6: Sơ đồ khối của các hệ thống trong máy tính với microprocessor

Đường truyền – BUS:

Chuyển các lệnh và số liệu trong máy tính theo 2 chiều

Hình 2.7: Cấu trúc máy tính

Bộ phận chủ yếu của nó là bộ vi xử lí hay còn gọi là CPU (control processing

unit), CPU lựa chọn các lệnh và xử lí số liệu từ bộ nhớ ROM và RAM chứa các

chương trình và dữ liệu ngõ vào ra (I/O) điều khiển nhanh số liệu từ các cảm biến và

chuyển dữ liệu đã xử lí đến các cơ cấu thực hiện

Sơ đồ cấu trúc của CPU như sau:

người ta thường chế tạo CPU, ROM, RAM trong một IC hay còn gọi là vi điều khiển

Bộ điều khiển ECU hoạt động trên cơ sở tín hiệu số nhị phân với điện áp cao biểu thị cho số 1, điện áp cao biểu thị cho số 0

2.6.2.4 Mạch giao tiếp ngõ vào:

Bộ chuyển đổi A/D (analog to digital converter)

Dùng để chuyển các tín hiệu tương tự từ đầu vào với sự thay đổi điện áp trên các cảm biến nhiệt độ, bộ đo gió, cảm biến bướm ga thành các tín hiệu số để bộ vi xử lí hiểu được

Hình 2.9: Bộ chuyển đổi A/D

Hình 2.10: Bộ đếm

Bộ nhớ trung gian (buffer):

Dùng để chuyển tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu sóng vuông dạng số, nó không giữ lượng đếm như trong bộ đếm Bộ phận chính là một transitor sẽ đóng mở theo cực tính của tín hiệu xoay chiều

Hình 2.11: Bộ nhớ trung gian

Bộ khuếch đại (ampilifer)

Một số cảm biến có tín hiệu rất nhỏ nên trong ECU thường có các bộ khuếch đại

Hình 2.12: Bộ khuếch đại

Bộ ổn áp (voltage regulator)

Thông thường trong ECU có 2 bộ ổn áp: 12V và 5V

Hình 2.13: Bộ ổn áp Giao tiếp ngõ ra:

Tín hiệu điều khiển từ bộ vi xử lí sẽ đưa đến các transitor công suất điều khiển relay, solenoid, motor các transitor này có thể được bố trí bên trong hoặc bên ngoài ECU

Hình 2.14: Giao tiếp ngõ ra

xử

lí ECU

2.7 CÁC LOẠI CẢM BIẾN VÀ TÍN HIỆU NGÕ VÀO:

2.7.1 Cảm biến đo lưu lượng khí nạp:

Dùng để xác định lượng khí nạp (lượng gió) đi vào xylanh Người ta sử dụng các loại cảm biến khác nhau, nhưng có thể chia làm 2 kiểu: đo lưu lượng với thể tích dòng khí (kiểu cánh trượt, Karman…) và đo lưu lượng bằng khối lượng dòng khí (dây nhiệt)

2.7.1.1 Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt (đời 80 đến 95)

Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt được sử dụng trên hệ thống L-Jetronic để nhận biết thể tích gió nạp đi vào xylanh động cơ Nó là một trong những cảm biến quan trọng nhất Tín hiệu thể tích gió được sử dụng để tính toán lượng xăng phun cơ bản

và góc đánh lửa sớm cơ bản Hoạt động của nó dựa vào nguyên lý dùng điện áp kế

có điện trở thay đổi kiểu trượt

2.7.1.2 Cảm biến đo gió kiểu Karman:

Dòng lốc xoáy của không khí khi gặp vật cản sẽ làm rung một gương mỏng được phủ nhôm làm thay đổi hướng phản chiếu từ đèn LED đến photo-transistor Như vậy, tần số đóng mở của photo-transistor này sẽ thay đổi theo lưu lượng khí nạp Tần số f được xác định theo công thức sau:

Trong đó:

V: vận tốc dòng khí

d: đường kính ống

S: số Struhall (S = 0,2 đối với cảm biến này)

Căn cứ vào tần số f, ECU sẽ xác định thể tích tương ứng của không khí đi vào xylanh, từ đó tính ra lượng xăng phun cần thiết Khi lượng gió vào ít, tấm gương rung ít

và photo-transistor sẽ đóng mở ở tần số f thấp Ngược lại, khi lượng gió vào nhiều, gương rung nhanh và tần số f cao

Hình 2.16: Bộ đo gió kiểu Karman quang

1 Photo-transistor; 2 Đèn led; 3 Gương (được tráng nhôm)

4 Mạch đếm dòng xoáy; 5 Lưới ổn định; 6 Vật tạo xoáy

7 Cảm biến áp suất khí trời; 8 Dòng xoáy

2.7.1.3 Cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt (trong LH-Jetronic)

Nguyên lý của bộ đo gió kiểu nhiệt dựa trên sự phụ thuộc của năng lượng nhiệt

W thoát ra từ một linh kiện được nung nóng bằng điện (phần tử nhiệt) như: dây nhiệt, màng nhiệt hoặc điện trở nhiệt (thermisto) được đặt trong dòng khí nạp vào khối lượng gió G đi qua và được tính theo công thức sau:

W = K.Ìt.Gn

Trong đó:

Ìt: chênh lệch nhiệt độ giữa phần tử nhiệt và dòng khí

n: hệ số phụ thuộc vào đặc tính trao đổi nhiệt giữa phần tử nhiệt và môi trường

Hình 2.17: Mạch điện cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt

2.7.2 Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp (MAP – Manifold

Absolute Pressure sensor)

Khác với L-Jetronic, trên hệ thống phun xăng loại D-Jetronic lượng khí nạp đi vào xylanh được xác định gián tiếp (phải tính lại) thông qua cảm biến đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp Khi tải thay đổi, áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp thay đổi

và MAP sensor sẽ chuyển thành tín hiệu điện áp báo về ECU để tính ra lượng không khí đi vào xylanh Sau đó dựa trên giá trị này, ECU sẽ điều khiển thời gian mở kim phun và thời điểm đánh lửa

2.7.3 Cảm biến tốc độ và vị trí piston

2.7.3.1 Cảm biến vị trí piston (TDC sensor):

Báo cho ECU biết vị trí tử điểm thượng hoặc trước tử điểm thượng của piston Trong một số trường hợp, chỉ có vị trí piston của xylanh số 1 (hoặc số 6) được báo về ECU, còn vị trí các piston còn lại sẽ được tính toán Công dụng của cảm biến này là để ECU xác đinh thời điểm đánh lửa và thời điểm phun

2.7.3.2 Cảm biến tốc độ động cơ (Engine speed; Crankshaft angle sensor hay

còn gọi là tín hiệu NE):

Dùng để báo tốc độ động cơ để tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tối ưu và lượng nhiên liệu sẽ phun vào cho từng xylanh Cảm biến này cũng được dùng vào mục đích điều khiển tốc độ cầm chừng hoặc cắt nhiên liệu ở chế độ cầm chừng cưỡng bức

Có nhiều cách bố trí cảm biến vị trí piston và cảm biến tốc độ động cơ trên đông cơ: trong delco, trên bánh đà hoặc trên bánh răng cốt cam Đôi khi ECU chỉ dựa vào một xung lấy từ cảm biến hoặc IC đánh lửa để xác định vị trí piston lẫn tốc độ trục khuỷu

Cảm biến vị trí piston và cảm biến tốc độ động cơ có nhiều dạng khác nhau như:

Hình 2.19: Mạch điện cảm biến áp suất đường ống nạp Hình 2.18: Sơ đồ nguyên lý cảm

biến áp suất đường ống nạp

Hình 2.20: Sơ đồ nguyên lý của cảm biến tốc độ và vị trí piston loại dùng

cảm biến điện từ

2.7.4 Cảm biến vị trí cánh bướm ga (Throttle position sensor):

Cảm biến vị trí cánh bướm ga được lắp trên trục cánh bướm ga Cảm biến này đóng vai trò chuyển vị trí góc mở cánh bướm ga thành tín hiệu điện áp gởi về ECU

Tín hiệu cầm chừng (IDL) dùng để điều khiển phun nhiên liệu khi động cơ hoạt động ở chế độ cầm chừng cũng như hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa

Tín hiệu toàn tải (PSW) dùng để tăng lượng xăng phun ở chế độ toàn tải để tăng công suất động cơ Trên một số xe, cảm biến vị trí cánh bướm ga còn giúp ECU điều khiển hộp số tự động

2.7.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (Coolant water tempereture sensor):

Dùng để xác định nhiệt độ động cơ, có cấu tạo là một điện trở nhiệt hay là một diode

Nguyên lý:

Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ Khi nhiệt

độ tăng thì điện trở giảm và ngược lại Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ thay đổi giá trị điện áp gửi đến ECU trên nền tảng cầu phân áp

B? chuy?nd?i A/D

B? ?n áp

Ði?n tr?

chu?nC?m

bi?n

nhi?t d?

nu? c

B+

Hình 2.21: Mạch điện của cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có trị không đổi theo nhiệt độ) tới cảm biến rồi trở về ECU về mass Như vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến trở thành một cầu phân áp Điện áp điểm giữa cầu được đưa đến bộ

chuyển đổi tín hiệu tương tự - số (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 giảm kéo theo điện áp giảm, báo cho ECU biết động cơ đang nóng

Biến áp

Mạch điện:

Hình 2.23: Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát

2.7.6 Cảm biến nhiệt độ khí nạp (Intake air temperature hay manifold air

temperature sensor):

Cảm biến nhiệt độ khí nạp dùng để xác định nhiệt độ khí nạp Cũng giống như cảm biến nhiệt độ nước làm mát, nó gồm có một điện trở được gắn trong bộ đo gió hoặc trên đường ống nạp

Tỷ trọng của không khí thay đổi theo nhiệt độ Nếu nhiệt độ không khí cao, hàm lượng oxy trong không khí thấp 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 sẽ xem nhiệt độ 20oC là mức chuẩn, nếu nhiệt độ khí nạp lớn hơn 20oC thì ECU sẽ điều khiển giảm lượng xăng phun; nếu nhiệt độ khí nạp nhỏ hơn 20oC thì ECU sẽ điều khiển tăng lượng xăng phun Với phương pháp này, tỉ lệ hỗn hợp sẽ được đảm bảo theo nhiệt độ môi trường

Hình 2.24: Cảm biến nhiệt độ khí nạp

Mạch điện:

Hình 2.25 : Mạch điện của cảm biến nhiệt độ khí nạp

2.7.7 Cảm biến khí thải (Exhaust gas sensor) hay cảm biến oxy (Oxygen

nhau chủ yếu ở vật liệu chế tạo:

- Chế tạo từ dioxide zirconium (ZrO2)

- Chế tạo từ dioxide titanium (TiO2)

• Loại ZrO2 :

Loại này chế tạo chủ yếu từ chất dioxide zirconium (ZrO2) có tính chất hấp thụ những ion oxy âmtính Thực chất, cảm biến oxy loại này là một pin điện có sức 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 tập trung ở điện cực tiếp xúc khí thải ít hơn số ion tập trung ở điện cực tiếp xúc không khí Sự chênh lệch số ion này sẽ tạo một tín hiệu điện áp khoảng 600 – 900 mV 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

pO2kt: áp suất cục bộ của oxy trong khí thải

pO2kk: áp suất cục bộ của oxy trong không khí

Ð ? u k i? mtra

Khi khí thải chứa lượng oxy ít do hỗn hợp giàu nhiên liệu, phản ứng tách oxy

ra khỏi TiO2 dễ xảy ra Do đó điện trở của TiO2 có giá trị thấp làm dòng qua điện trở tăng lên Nhờ vậy điện áp đặt vào cổng so của OPAMP qua cầu phân áp đạt giá trị

600 – 900 mV Khi khí thải chứa lượng oxy nhiều do hỗn hợp nghèo, phản ứng tách oxy ra khỏi TiO2 khó xảy ra, do đó điện trở của TiO2 có giá trị cao làm dòng điện qua điện trở giảm, điện áp ở cổng sẽ giảm xuống khoảng 100 – 400 mV

1 Đệm dẫn điện

2 Thân

3 Chất điện phân khô

4,5 Điện cực ngoài và trong

Hình 2.26: Cảm biến khí thải với thành

phần zirconium

Cảm biến oxy

Đầu kiểm tra

2.7.8 Cảm biến tốc độ xe (Vehicle Speed sensor):

Cảm biến này nhận biết tốc độ xe đang chạy sau đó gửi tín hiệu về ECU để điều khiển tốc độ cầm chừng và tỷ lệ hòa khí phù hợp khi tăng tốc hoặc khi 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

2.7.9 Cảm biến kích nổ (Knock or detonation sensor):

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

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 hưởng (f = 7 kHz) Như vậy, khi có kích

nổ, tinh thể thảch anh sẽ chịu áp lực lớn nhất và sinh ra một điện áp Tín hiệu này có giá trị nhỏ hơn 2,4 V 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 điều chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại

2.7.10 Một số tín hiệu khác

• Tín hiệu khởi động:

Khi khởi động động cơ, một tín hiệu từ máy khởi động gửi về ECU để tăng thêm lượng xăng phun trong trong suốt quá trình khởi động

• Tín hiệu công tắc máy lạnh:

Khi bật công tắc máy lạnh, để tốc độ cầm chừng ổn định phải gửi tín hiệu báo

về ECU nhằm điều khiển thời điểm đánh lửa và tốc độ cầm chừng

• Tín hiệu phụ tải điện:

Khi bật các phụ tại điện công suất lớn trên xe, máy 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 báo cho ECU biết tín hiệu này Trên xe Toyota đầu các phụ tải có công suất lớn được đưa đến ECU qua đường

ELS (electrical load signal) Trên Honda, tín hiệu này được lấy từ transistor công suất

của tiết chế vi mạch

• Tín hiệu từ công tắc nhiên liệu (fuel control switch):

Trên một số hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình, người ta thiết kế

để xe có thể hoạt động với các loại xăng có chỉ số octane khác nhau Trong trường hợp này phải báo cho ECU biết loại nhiên liệu đang sử dụng thông qua công tắc nhiên liệu

• Công tắc tăng tốc (kick – down switch):

Công tắc tăng tốc được gắn trên sàn xe ngay dưới bàn đạp ga Trước khi cánh bướm ga mở hoàn toàn, công tắc tăng tốc được tiếp xúc với bàn đạp và chuyển sang vị trí đóng, đồng thời gửi tín hiệu về ECU điều khiển phun thêm xăng

• Công tắc ly hợp (clutch switch):

Công tắc ly hợp được đặt dưới bàn đạp ly hợp Khi gài số nhấn bàn đạp ly hợp, lúc này công tắc ly hợp được tiếp xúc với bàn đạp ly hợp và chuyển sang vị trí đóng đồng thời gửi tín hiệu về ECU điều khiển cắt nhiên liệu và giảm tốc độ động cơ để

ly hợp được đóng mở dễ dàng

• Công tắc áp suất dầu (oil pressure switch):

Khi áp suất dầu bôi trơn quá thấp, công tắc ở vị trí đóng đồng thời gởi tín hiệu về ECU để điều khiển ngưng hoạt động của động cơ

• Công tắc đèn thắng (stop lamp switch):

Khi đạp thắng, công tắc đèn thắng ở vị trí ON đồng thời gửi tín hiệu điện áp

về ECU để điều khiển ngừng phun nhiên liệu, giảm tốc độ động cơ khi đang phanh

• Tín hiệu ECU hệ thống điều khiển ga tự động (cruise control)

Khi nhấn công tắc bật chế độ điều khiển chạy ga tự động, ECU điều khiển ga

đánh lửa và giữ tốc độ xe không đổi

• Tín hiệu từ ECU hệ thống kiểm soát lực kéo (TRC – traction control):

Khi hệ thống kiểm soát lực kéo của xe hoạt động, ECU TRC gửi tín hiệu về ECU động cơ để thực hiện một số hiệu chỉnh như giảm góc đánh lửa sớm nhằm giảm lực kéo

• Tín hiệu từ ECU hệ thống phanh chống hãm cứng (ABS – antilock brake system):

Hệ thống chống hãm cứng của xe đang hoạt động, ECU ABS gởi tín hiệu về ECU động cơ điều khiển ngừng phun nhiên liệu để giảm tốc độ động cơ

• Tín hiệu từ ECU điều khiển hệ thống trợ lực lái (power steering):

Khi tay lái quay, tải trên bơm trợ lực lái sẽ tăng làm giảm tốc độ cầm chừng của động cơ ECU trợ lực lái sẽ tín hiệu về ECU động cơ để điều khiển tăng tốc độ cầm chừng

• Tín hiệu từ ECU điều khiển hộp số tự động (ETC – electronically transmission control):

Trên xe có trang bị hộp số tự động điều khiển bằng điện, khi sang số, sẽ xuất hiện tín hiệu điều khiển trong ECU điều khiển hộp số tự động Tín hiệu này được trao đổi với ECU động cơ để điều khiển lượng xăng phun phù hợp