Hệ thống nhiên liệu động cơ toyota vios

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ TRÊN Ô TÔ TOYOTA VIOS Hà Nội, 2019-2020 Mục lục MỤC LỤC .2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU Ở ĐỘNG CƠ XĂNG 1.1 MỤC ĐÍCH 1.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU 1.3 ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ SO VỚI DÙNG BỘ CHẾ HỒ KHÍ 3 CHƯƠNG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2NR-FE .5 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 2NR-FE 2.2 HỆ THỐNG CUNG CẤP XĂNG ĐỘNG CƠ 2NR-FE 2.2.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống cung cấp xăng .8 2.2.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động phận .9 2.3 HỆ THỐNG CUNG CẤP KHƠNG KHÍ ĐỘNG CƠ 2NR-FE 15 2.3.1Sơ đồ hệ thống cung cấp khơng khí .15 2.3.2 Các phận hệ thống cung cấp khơng khí 15 2.4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ ĐỘNG CƠ 2NR-FE 16 2.4.1 Nguyên lý chung 16 2.4.2Sơ đồ điều khiển lượng phun .17 2.4.3Các cảm biến 17 2.5 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ ECU (ELECTRONIC CONTROL UNIT) 26 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU Ở ĐỘNG CƠ XĂNG 1.1 MỤC ĐÍCH Chuẩn bị cung cấp hỗn hợp xăng khơng khí cho động cơ, đảm bảo số lượng thành phần hỗn hợp khơng khí nhiên liệu ln phù hợp với chế độ làm việc động Hệ thống nhiên liệu động xăng bao gồm thiết bị: thùng xăng, bơm xăng, lọc xăng Đối với hệ thống phun nhiên liệu điện tử cịn có ống phân phối, vịi phun chính, vịi phun khởi động lạnh, điều áp, giảm chấn áp suất nhiên liệu, hệ thống điều khiển kim phun, ECU 1.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU Hiện nay, hệ thống nhiên liệu động xăng có hai loại hệ thống nhiên liệu dùng chế hồ khí hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử Hệ thống nhiên liệu dùng chế hồ khí Cấu tạo Hình 1: Cấu tạo hệ thống nhiên liệu Thùng xăng Bơm chuyền Ống hút Ống dẫn xăng Bộ chế hồ khí Ống thải Bình lọc xăng Bình lọc khơng khí Ống giảm Chức số phận + Thùng xăng: Chứa xăng + Bơm xăng: Hút xăng từ thùng xăng lên chế hồ khí + Bình lọc xăng: Lọc cặn bẩn xăng + Bầu lọc không khí: Làm khơng khí + Bộ chế hồ khí: Hồ trộn xăng với khơng khí thành hồ khí Sơ đồ khối hệ thống nhiên liệu dùng chế hoà khí Nguyên lý làm việc: Khi động làm việc, xăng từ thùng bơm xăng hút lên chày vào buồng phao chế hồ khí Ở kỳ nạp pitton xuống tạo độ chân không xilanh Khơng khí hút qua bầu lọc khí qua chế hồ khí, chúng hút xăng buồng phao hồ trộn tạo thành khí đường ống nạp vào xilanh Hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử Cấu tạo Hệ thống phun xăng có thêm số phận + Cảm biến: Tiếp nhận thông số động (nhiệt độ, số vịng quay, …) + Bộ điều khiển: Nhận tín hiệu từ cảm biến điều khiển vịi phun để hồ khí có tỷ lệ phù hợp với chế độ làm việc động + Bộ điều chình áp suất: Giữ ổn định áp suất xăng vòi phun + Vịi phun: Dạng van, điều khiển tín hiệu điện Nguyên lý làm việc Khi động làm việc, nhờ bơm xăng điều chỉnh áp suất, xăng vịi phun ln có áp suất định Q trinh phun xăng vòi phun điều khiển điều khiển phun, khơng khí hút vào xilanh kỳ nạp nhờ chênh lệch áp suất Do q trình phun điều khiển theo nhiều thơng số tình trạng chế độ làm việc động nên hồ khí ln có tỷ lệ phù hợp với chế độ làm việc động 1.3 ƯU ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ SO VỚI DÙNG BỘ CHẾ HỒ KHÍ Ưu điểm: Suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ đảm bảo xác hệ số thừa khơng khí α, tối ưu chế độ hoạt động động cơ, xi lanh Cơng suất lít cao với hệ số nạp lớn hơn: ln đảm bảo góc đánh lửa thành phần hịa khí tối ưu Ở chế độ chuyển tiếp động hoạt động tốt hơn, đảm bảo chạy khơng tải ổn định Khí thải độc thành phần hịa khí đảm bảo xác tối ưu chế độ hoạt động, chất lượng cháy tốt kết hợp với xử lý khí thải đường thải Hoạt động tốt mọi điều kiện thời tiết, địa hình hoạt động, khơng phụ thuộc vào tư xe Có khả sử dụng hệ thống thiết bị tự chẩn đốn Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, có u cầu khắt khe chất lượng lọc nhiên liệu khơng khí Bảo dưỡng sửa chữa cần có trình độ chuyên môn cao Giá thành cao CHƯƠNG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ 2NR-FE 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 2NR-FE Dịng xe Toyota Vios khơng phải tên xa lạ với nhiều người liên tục đạt danh hiệu mẫu xe bán chạy phân khúc hạng B nhiều năm qua Toyota Vios 2018 sử dụng động 2NR-FE (1.5L) trang bị hệ thống điều phối van biến thiên thông minh kép Dual VVT-i, khung gầm xe cứng cáp cho hiệu lái xe ổn định Khả giảm xóc chống rung tốt tạo cảm giác thoải mái êm ả cho hành khách xe nẻo đường Toyota Vios 2018 có phiên E, G, TRD Hệ thống Dual VVT-i điều chỉnh thời gian trục cam nạp xả Các thông số kỹ thuật xe Toyota Vios 2018 Loại xe Vios 1.5E TRD (CVT) Vios 1.5G (CVT) Vios 1.5E (CVT) Vios 1.5E (MT) Loại động xy lanh thẳng hàng, 16 van DOHC, Dual VVT - i xy lanh thẳng hàng, 16 van DOHC, Dual VVT - i xy lanh thẳng hàng, 16 van DOHC, Dual VVT - i xy lanh thẳng hàng, 16 van DOHC, Dual VVT - i Hộp số Hộp số tự động vô cấp/CVT Hộp số tự động vô cấp/CVT Hộp số tự động vô cấp/CVT Số sàn cấp Số chỗ ngồi chỗ chỗ chỗ chỗ Loại xe Trọng lượng tồn tải Trọng lượng khơng tải Dài x rộng x cao toàn Chiều dài sở Chiều rộng sở Khoảng sáng gầm xe Trọng lượng kích thước xe Vios 1.5E Vios 1.5G Vios 1.5E TRD (CVT) (CVT) (CVT) 1500 kg 1500 kg 1500 kg 1103 kg 1103 kg 1088 kg Vios 1.5E (MT) 1500 kg 1068 kg 4410mm x 1700mm x 1475mm 2550 mm 2550 mm 2550 mm 2550 mm 1475/1460 1475/1460 1475/1460 1475/1460 133 mm 133 mm 133 mm 133 mm Thông số động Loại động Kiểu Dung tích cơng tác Dường kính xy lanh D Hành trình piston S Tỉ số nén Công suất tối đa Mô men xoắn tối đa Hệ thống phun nhiên liệu Tiêu chuẩn khí xả Thời điểm Nạp Mở phối khí Đóng Xả Mở Đóng Độ nhớt /cấp độ dầu bơi trơn 2NR-FE xy lanh thẳng hàng,16 van DOHC, Dual VVT – i 1496 cm3 86 mm 86 mm 9,8 79 (107) Kw/6000 rpm 140/4200 (N.m/rpm) L-EFI Euro 52 ~00 BTDC 120~640 ABDC 440 BTDC 80 ABDC 5W-30/API SL, SJ, EC or ILSAC Khung xe Loại Vios 1.5E TRD (CVT) Vios 1.5G (CVT) Vios 1.5E (CVT) Treo trước Độc lập McPherson Treo sau Dầm xoắn Phanh trước Đĩa thơng gió 15 inch Phanh sau Đĩa đặc 14 inch Bán kính quay vịng tối thiểu 5,1 m Dung tích bình xăng 42 lít Vỏ mâm xe 185/60R15 Mâm đúc Vios 1.5E (MT) 2.2 HỆ THỐNG CUNG CẤP XĂNG ĐỘNG CƠ 2NR-FE 2.2.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống cung cấp xăng Hình 2: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động 2NR-FE 1:Bình Xăng; 2:Bơm xăng điện; 3:Cụm ống đồng hồ đo xăng bơm; 4:Lọc Xăng; 5:Bộ lọc than hoạt tính; 6:Lọc khơng khí; 7:Cảm biến lưu lượng khí nạp; 8:Van điện từ; 9: Mơtơ bước; 10:Bướm ga; 11:Cảm biến vị trí bướm ga; 12:Ống góp nạp; 13:Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 14:Bộ ổn định áp suất;15:Cảm biến vị trí trục cam; 16:Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu; 17:Ống phân phối nhiên liệu; 18:Vòi phun; 19:Cảm biến tiếng gõ; 20:Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 21:Cảm biến vị trí trục khuỷu; 22:Cảm biến ơxy Nhiên liệu hút từ bình nhiên liệu bơm đưa qua lọc nhiên liệu đến giảm rung có tác dụng hấp thụ dao động nhỏ áp suất nhiên liệu phun nhiên liệu gây ra, sau qua ống phân phối đến vịi phun, cuối ống phân phối có ổn định áp suất nhằm điều khiển áp suất đường nhiên liệu (phía có áp suất cao) Nhiên liệu thừa đưa trở lại bình xăng qua ống hồi … Các vòi phun phun nhiên liệu vào đường ống nạp tùy theo tín hiệu phun ECU tính tốn 2.2.2 Cấu tạo ngun lý hoạt động phận Bơm nhiên liệu: Kết cấu nguyên lý hoạt động: Bơm nhiên liệu loại bơm cánh gạt đặt thùng xăng, loại bơm sinh tiếng ồn rung động so với loại đường ống Các chi tiết bơm bao gồm: Mơ tơ, hệ thống bơm nhiên liệu, van chiều, van an toàn lọc gắn liền thành khối Hình 3: Kết cấu bơm xăng điện 1: Van chiều; 2: Van an tồn; 3: Chổi than; 4: Rơto; 5: Stato; 6,8: Vỏ bơm; 7,9: Cánh bơm; 10: Cửa xăng ra; 11: Cửa xăng vào Rôto (4) quay, dẫn động cánh bơm (7) quay theo, lúc cánh bơm gạt nhiên liệu từ cửa vào (11) đến cửa (10) bơm, tạo độ chân khơng cửa vào nên hút nhiên liệu vào tạo áp suất cửa để đẩy nhiên liệu Van an toàn (2) mở áp suất vượt áp suất giới hạn cho phép (khoảng kG/cm2) Van chiều (1) có tác dụng động ngừng hoạt động Van chiều kết hợp với ổn định áp suất trì áp suất dư đường ống nhiên liệu động ngừng chạy, dễ dàng khởi động lại Nếu khơng có áp suất dư nhiên liệu dễ dàng bị hố nhiệt độ cao gây khó khăn khởi động lại động Ðiều khiển bơm nhiên liệu: Bơm nhiên liệu hoạt động động chạy Ðiều tránh cho nhiên liệu không bị bơm đến động trường hợp khóa điện bật ON động chưa chạy Hiện có nhiều phương pháp điều khiển bơm nhiên liệu • Khi động quay khởi động Dòng điện chạy qua cực ST2 khóa điện đến cuộn dây máy khởi động (kí hiệu ST) dịng diện chạy từ cực STAcủa ECU (tín hiệu STA) Khi tín hiệu STA tín hiệu NE truyền đến ECU, transitor cơng suất bật ON, dịng điện chạy đến cuộn dây mở mạch (C/OPN), rơle mở mạch bật lên, nguồn điện cấp đến bơm nhiên liệu bơm hoạt động • Khi động khởi động Sau động khởi động, khóa điện trở vị trí ON (cực IG2) từ vị trí Start cực (ST), tín hiệu NE phát (động nổ máy), ECU giữ Tr bật ON, rơle mở mạch ON bơm nhiên liệu trì hoạt động • Khi động ngừng Khi động ngừng, tín hiệu NE đến ECU động bị tắt Nó tắt Transistor, cắt dịng điện chạy đến cuộn dây rơle mở mạch Kết là, rơle mở mạch tắt ngừng bơm nhiên liệu Hình 4: Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên liệu 1: Cầu chì dịng cao; 2,6,8,9: Cầu chì; 3,4,10: Rơ le; 5: Bơm; 7: Khóa điện; 11: Máy khởi động Bộ lọc nhiên liệu Lọc nhiên liệu lọc tất chất bẩn tạp chất khác khỏi nhiên liệu Nó lắp phía có áp suất cao bơm nhiên liệu Ưu điểm loại lọc thấm kiểu dùng giấy giá rẻ, lọc Tuy nhiên loại lọc có nhược điểm tuổi thọ thấp, chu kỳ thay trung bình khoảng 4500km 10 Cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall gồm có mạch IC Hall làm phần tử Hall nam châm quay quanh chúng Các nam châm lắp trục bướm ga quay trục bướm ga Khi bướm ga mở nam châm quay lúc nam châm thay đổi vị trí chúng Vào lúc IC Hall phát thay đổi từ thơng gây bỡi thay đổi vị trí nam châm tạo điện áp hiệu ứng Hall từ cực VTA VTA2 theo mức thay đổi Tín hiệu truyền đến ECU động tín hiệu mở bướm ga b) Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga Hình 20: Sơ đồ điện cảm biến vị trí bướm ga 1: Các IC Hall; 2: Các nam châm Cảm biến vị trí bướm ga có tín hiệu phát VTA VTA2 VTA dùng để phát góc mở bướm ga VTA2 dùng để phát hư hỏng VTA Điện áp cấp vào VTA VTA2 thay đổi từ 0-5V tỉ lệ thuận với góc mở bướm ga ECU thực vài phép kiểm tra để xác định hoạt động cảm biến vị trí bướm ga VTA ECU đánh giá góc mở bướm ga thực tế từ tín hiệu qua cực VTA VTA2, ECU điều khiển môtơ bướm ga, điều khiển góc mở bướm ga với đầu vào người lái Cảm biến ôxy a) Kết cấu nguyên lý hoạt động Hình 21: Kết cấu cảm biến ôxy 1: Nắp; 2: Phần tử Zirconia; 3: Bộ sấy; 4: Khơng khí; 5: Phần tử Platin Cấu tạo cảm biến ơxy có sấy bao gồm sấy (3) phần tử chế tạo ZrO2 (đi oxyt Ziconium) gọi Ziconia (2) Cả mặt mặt phần tử phủ lớp mỏng platin Khơng khí bên ngồi dẫn vào bên cảm biến, cịn bên ngồi phải tiếp xúc với khí xả Tại nhiệt độ cao (4000C) Nếu ơxy mặt ngồi mặt 20 phần tử ZrO2 có chênh lệch nồng độ phần tử ZrO2 sinh điện áp giá trị từ 0-1(V) truyền ECU Cụ thể hỗn hợp khơng khí nhiên liệu nhạt có nhiều ơxy khí xả, chênh lệch nồng độ ôxy bên bên cảm biến nhỏ nên điện áp ZrO2 tạo thấp (gần 0V) Ngược lại hỗn hợp khơng khí nhiên liệu đậm ơxy khí xả gần khơng cịn, điều tạo chênh lệch lớn nồng độ ôxy bên bên cảm biến nên điện áp phần tử ZrO2 lớn (xấp xỉ 1V) Lớp Platin (phủ lên phần tử gốm) có tác dụng chất xúc tác làm cho ơxy khí xả phản ứng tạo thành CO Ðiều làm giảm lượng ôxy tăng độ nhạy cảm biến ECU sử dụng tín hiệu cảm biến ơxy để tăng hay giảm lượng phun nhằm giữ cho tỷ lệ xăng khơng khí ln đạt gần lý tưởng chế độ làm việc động b) Mạch điện cảm biến ơxy Trong cảm biến có sấy gắn phía trước để vận hành trung hịa khí xả ba thành phần tối ưu Hình 22: Sơ đồ mạch điện cảm biến ơxy có sấy Cảm biến nhiệt độ nước làm mát a) Kết cấu nguyên lý hoạt động Hình 23: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 1: Điện trở; 2: Thân cảm biến; 3: Lớp cách điện; 4: Giắc cắm dây Nguyên lý làm việc: Khi động hoạt động, cảm biến nhiệt độ nước làm mát thường xuyên theo dõi báo cho ECU biết tình hình nhiệt độ nước làm mát động Nếu nhiệt độ nước làm mát động thấp (động vừa khởi động) ECU lệnh cho hệ thống phun thêm xăng động cịn nguội Cũng thơng tin nhiệt độ nước làm mát, ECU thay đổi điểm đánh lửa thích hợp với nhiệt độ động Khi ECU tính tốn nhiệt độ nước làm mát thấp -400C lớn 1400C lúc ECU báo hỏng ECU nhập chế độ dự phòng với nhiệt độ quy ước 800C b) Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát 21 ` Hình 24: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát 1: Khối cảm biến; 2: Điện trở nhiệt; 3: Khối điều khiển;4: Khối điện trở giới hạn dòng Cảm biến nhiệt độ nước làm mát điện trở R mắc nối tiếp Khi giá trị điện trở cảm biến thay đổi theo thay đổi nhiệt độ nước làm mát, điện áp cực THW thay đổi theo Dựa tín hiệu ECU tăng lượng phun nhiên liệu nhằm nâng cao khả ổn định động nguội Cảm biến vị trí trục cam a) Kết cấu nguyên lý hoạt động Hình 25: Cảm biến vị trí trục cam 1: Cuộn dây; 2: Thân cảm biến; 3: Lớp cách điện; 4: Giắc cắm Nguyên lý làm việc: trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam đĩa tín hiệu G có Khi trục cam quay, khe hở khơng khí vấu nhơ trục cam cảm biến thay đổi Sự thay đổi khe hở tạo điện áp cuộn nhận tín hiệu gắn vào cảm biến này, sinh tín hiệu G Tín hiệu G truyền thơng tin góc chuẩn trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp với tín hiệu NE từ trục khuỷu để xác định điểm chết kì nén xy lanh để đánh lửa phát góc quay trục khuỷu ECU động dùng thông tin để xác định thời gian phun thời điểm đánh lửa 22 b) Mạch điện cảm biến vị trí trục cam Hình 26: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam 1: Rơto tín hiệu; 2: Cuộn dây cảm biến vị trí trục cam Cảm biến vị trí trục khuỷu a) Kết cấu nguyên lý hoạt động Hình 27: Cảm biến vị trí trục khuỷu 1: Cuộn dây; 2: Thân cảm biến; 3: Lớp cách điện; 4: Giắc cắm Đĩa tạo tín hiệu NE làm liền với puly trục khuỷu có 36 răng, thiếu (thiếu ứng với tín hiệu tạo chuyển động quay ta xác định 10 góc quay trục khuỷu xác định góc đánh lửa sớm động cơ) Chuyển động quay đĩa tạo tín hiệu làm làm thay đổi khe hở khơng khí đĩa cuộn nhận tín hiệu NE, điều tạo tín hiệu NE ECU xác định khoảng thời gian phun góc đánh lửa sớm dựa vào tín hiệu Khi xa cực nam châm khe hở khơng khí lớn, nên từ trở cao, từ trường yếu Tại vị trí đối diện, khe hở nhỏ, nên từ trường mạnh, tức có nhiều đường sức từ cắt, cuộn dây xuất dòng điện xoay chiều, đường sức qua nhiều, dịng điện phát sinh lớn Tín hiệu sinh thay đổi theo vị trí răng, ECU đọc xung điện sinh ra, nhờ mà ECU nhận biết vị trí trục khuỷu tốc động Loại tín hiệu NE nhận biết tốc độ động góc quay trục khuỷu vị trí thiếu đĩa tạo tín hiệu, khơng xác định điểm chết kỳ nén hay kỳ thải 23 b) Mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu Hình 28: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu 1: Rơto tín hiệu; 2: Cuộn dây cảm biến vị trí trục cam Cảm biến tiếng gõ a) Kết cấu nguyên lý hoạt động Cảm biến tiếng gõ động 2NR-FE loại phẳng (khơng cộng hưởng) có cấu tạo để phát rung động phạm vi từ 6- 15khz Bên cảm biến có điện trở phát hở mạch Hình 29: Kết cấu cảm biến tếng gõ 1: Thân cảm biến; 2: Phần tử áp điện; 3: Điện trở phát hở mạch Cảm biến tiếng gõ gắn vào thân máy truyền tín hiệu KNK tới ECU động phát tiếng gõ động ECU động nhận tín hiệu KNK làm trễ thời điểm đánh lửa để giảm tiếng gõ Cảm biến có phần tử áp điện tạo điện áp AC tiếng gõ gây rung động thân máy làm biến dạng phần tử b) Mạch điện cảm biến tếng gõ ECU 5V KNK1 EKNK Hình 30: Sơ đồ mạch điện cảm biến tiếng gõ 1: phần tử áp điện; 2: điện trở 24 Cảm biến vị trí bàn đạp ga: a) Kết cấu nguyên lý hoạt động Hình 31: Kết cấu cảm biến vị trí bàn đạp ga 1: Mạch IC Hall; 2: Nam châm Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga loại phần tử Hall: có cấu tạo nguyên lý hoạt động giống cảm biến vị trí bướm ga loại phàn tử Hall Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga loại phần tử Hall gồm có mạch IC Hall làm phần tử Hall nam châm quay quanh chúng Các nam châm lắp trục bàn đạp chân ga quay trục bàn đạp chân ga Khi đạp chân ga nam châm quay lúc nam châm thay đổi vị trí chúng Vào lúc IC Hall phát thay đổi từ thơng gây bỡi thay đổi vị trí nam châm tạo điện áp hiệu ứng Hall từ cực VPA VPA2 theo mức thay đổi Tín hiệu truyền đến ECU động tín hiệu đạp chân ga b) Mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga Hình 32: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga 1: Mạch IC Hall; 2: Nam châm Trong cảm biến vị trí bàn đạp ga, điện áp cấp đến cực VPA VPA2 ECU, thay đổi từ 0-5V tỷ lệ với góc bàn đạp ga VPA tín hiệu góc mở bàn đạp thực tế dùng để điều khiển động VPA2 thường dùng để phát hư hỏng cảm biến 25 ECU kiểm sốt góc bàn đạp ga từ tín hiệu VPA VPA2 phát điều khiển môtơ bướm ga theo tín hiệu 2.5 Hệ thống điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit) Bộ điều khiển điện tử đảm nhiện nhiều chức khác tùy theo loại nhà chế tạo Chung tổng hợp vi mạch phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, lưu trử thơng tin, tính tốn, định chức hoạt động gửi tín hiệu thích hợp Những phận phụ hỗ trợ cho ổn áp, điện trở hạn chế dịng Vì lí điều khiển có nhiều tên gọi khác tùy theo nhà chế tạo Trong đồ án ta thường dùng ECU để chung cho điều khiển điện tử Chức hoạt động Bộ điều khiển ECU hoạt động theo dạng tín hiệu số nhị phân điện áp cao biểu cho số1, điện áp thấp biểu cho số hệ số nhị phân có hai số Mỗi số hạng gọi bít Một dãy bít tương đương 1byte từ (word) Byte dùng biểu cho lệnh mẫu thông tin Một mạch tổ hợp (IC) tạo byte trữ byte Số byte mà IC chứa có giới hạn khoảng 64 kilobyte 256 kilobyte Mạch tổ hợp IC cịn gọi chíp IC, hình dạng IC có chức tính tốn tạo định gọi vi xử lý (microprosessor) Bộ vi xử lý loại bít, 16 bít hay cao hơn, số bít cao việc tính tốn nhanh Thơng tin gửi đến vi xử lý từ IC thường gọi nhớ Trong nhớ chia làm nhiều loại: + ROM: (read only memory): dùng trữ thông tin thường trực, nhớ đọc thông tin từ khơng ghi vào Thơng tin cài đặt sẵn, ROM cung cấp thông tin cho vi xử lý + PROM (programable Read Only Memory): giống ROM trang bị thêm nhiều công dụng khác + RAM (Random Access Memory): nhớ truy xuất ngẫu nhiên trữ thông tin Bộ vi xử lý nhập bội nhỏ cho RAM RAM có hai loại: + Loại RAM xoá được: nhớ mất nguồn + Loại RAM khơng xố được: giữ trì nhớ dù tháo nguồn Ngoài nhớ, vi xử lý ECU cịn có đồng hồ để tạo xung ổn định xác Các phận phụ: Ngồi nhớ, vi xử lý đồng hồ, ECU trang bị thêm mạch giao tiếp đầu vào đầu gồm: 26 + Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành số gọi chuyển đổi A/D (Anlog to Digital) + Bộ đếm (counter) + Bộ nhớ trung gian (Buffer) + Bộ khuyếch đại + Bộ ổn áp a) Bộ chuyển đổi A/D (Anlog to digital converter) Dùng chuyển đổi tín hiệu tương tự từ đầu vào thay đổi điện trở cảm biến nhiệt độ, cảm biến lưu lượng, cảm biến vị trí bướm ga thành tín hiệu số để vi xử lý hiểu Ngồi cịn dùng điện trở hạn chế dòng giúp chuyển đổi A/D đo điện áp rơi cảm biến Hình 33: Sơ đồ mạch chuyển đổi A/D b) Bộ đếm (counter) Dùng để đếm xung Ví dụ từ cảm biến vị trí trục khuỷu gửi lượng đếm xử lý Hình 34: Sơ đồ mạch điện đếm c) Bộ nhớ trung gian (Buffer) Chuyển tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu sóng vng dạng số Nó khơng gửi lượng đếm đếm Bộ phận transtor đóng mở theo cực tính tín hiệu xoay chiều 27 Hình 35: Sơ đồ nhớ trung gian d) Bộ khuếch đại (Amplifier) Dùng để khuyếch đại tín hiệu từ cảm biến gửi đến sau gửi đến xử lý để tính tốn Hình 36: Sơ đồ mạch khuyếch đại e) Bộ ổn áp (voltage regulator): Hạ điện áp xuống 5volt mục đích để tín hiệu báo xác Hình 37: Bộ ổn áp f) Giao tiếp ngõ ra: Tín hiệu điều khiển từ vi xử lý đưa đến transitor công suất điều khiển rơle, solenoid môtơ Các transitor bố trí bên bên ngồi ECU Hình 38: Giao tiếp ngõ 28 Chức thực tế ECU có hai chức chính: Điều khiển thời điểm phun: định theo thời điểm đánh lửa Điều khiển lượng xăng phun: tức xác định thời điểm phun, thời gian định theo: + Tín hiệu phun bản: xác định theo tín hiệu tốc độ động tín hiệu lượng gió nạp + Tín hiệu hiệu chỉnh: xác định từ cảm biến (nhiệt độ, vị trí, mức độ tải, thành phần khí thải từ điều kiện động như: điện áp bình) Các phận ECU ECU đặt vỏ kim loại để tránh nước văng Nó đặt nơi bị ảnh hưởng nhiệt độ Các linh kiện điện tử ECU xếp mạch kín Các linh kiện công suất tầng cuối bắt liền với khung kim loại ECU mục đích để tản nhiệt tốt Vì dùng IC linh kiện tổ hợp nên ECU gọn, tổ hợp nhóm chức IC (bộ tạo xung, chia xung, 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 điện xe, với kim phun cảm biến Các thông số hoạt động ECU a) Các thông số Là tốc độ động lượng gió nạp Các thơng số thước đo trực tiếp tình trạng tải động b) Các thơng số thích nghi Điều kiện hoạt động động thay đổi tỷ lệ hồ khí phải thích ứng theo Chúng ta đề cập đến điều kiện hoạt động sau: + Khởi động + Làm ấm + Thích ứng tải Đối với khởi động làm ấm ECU tính tốn xử lý tín hiệu cảm biến nhiệt độ động Đối với tình trạng thay đổi tải mức tải khơng tải, phần tải, tồn tải chuyển tín hiêu đến ECU nhờ cảm biến vị trí bướm ga c) Các thơng số xác Để đạt chế độ vận hành tối ưu ECU xem thêm yếu tố ảnh hưởng: + Trạng thái chuyển tiếp gia tốc + Sự giới hạn tốc độ tối đa + Sự giảm tốc 29 Những yếu tố xác định từ cảm biến nêu, có quan hệ tác động tín hiệu điều khiển đến kim phun cách tương ứng ECU tính tốn thơng số thay đổi với nhau, mục đích cung cấp cho động lượng xăng cần thiết theo thời điểm Xử lý thơng tin tạo xung phun Xung tín hiệu từ hệ thống đánh lửa xử lý ECU Tín hiệu gửi đến cực B transitor cơng suất igniter theo thứ tự nổ thời điểm đánh lửa động Điểm bắt đầu xung với thời điểm phun kim Hai vòng quay trục khuỷu kim phun phun lần Thời gian phun phụ thuộc vào lượng khơng khí tốc độ động Thời gian phun đựơc tạo nhờ dao động đa hài điều khiển chia tần số, gọi DSM DSM nhận thông tin tốc độ (n) từ chia tần, với tín hiệu gió vào V s DSM chuyển tín hiệu điện áp thành xung điều khiển dạng chữ nhật mục đích để điều khiển lượng phun theo chu kỳ định sẵn  Thời gian phun bản: định theo lượng gió nạp tốc độ động Có hai trường hợp phun sau: + Trường hợp 1: tốc độ động n tăng lượng gió vào Q khơng đổi Áp lực khí nạp giảm làm xylanh thiếu khơng khí, lúc cần xăng nên thời gian ngắn + Trường hợp 2: công suất động tăng hay tương ứng lượng khí nạp tính theo phút tăng tốc độ động khơng đổi xylanh nạp khí nhiều hơn, xăng nhiều thời gian dài Khi vận hành bình thường, tốc độ động cơng suất thường thay đổi lúc Vì DSM tính toán liên tục thời gian phun t p Ở tốc độ cao công suất động cao (mức toàn tải) thời gian t p dài hơn, lượng xăng phun nhiều  Thời gian phun hiệu chỉnh theo tình trạng hoạt động: Hình 39: Sơ đồ xử lý tạo xung 30 Thời gian phun tính toán tần nhân ECU theo sơ đồ ta thấy: từ thời gian phun t p tần nhân thu thập thông tin điều kiện hoạt động động chạy nóng, tồn tải từ tính hệ số hiệu chỉnh k Tích số k t p ta dược thời gian hiệu chỉnh theo tình trạng hoạt động gọi tm Thời gian tm cộng thời gian kết thời gian phun dài ra, hỗn hợp giàu lên Do thời gian tm xem thơng số làm giàu hỗn hợp Ví dụ khởi động lạnh, kim phun phun xăng nhiều gấp hai đến ba lần so với lúc trình động nóng lên  Thời gian hiệu chỉnh theo điện áp bình: Thời gian phụ thuộc nhiều vào điện bình Điện áp bình thấp xăng phun kích phun trễ Đối với bình điện có điện áp thấp trường hợp sau khởi động cần bù lượng thích hợp t s gọi thời gian phun tính trước, mục đích để động nhận lượng xăng cần thiết ts- gọi thông số bù điện áp hay cịn gọi thơng số đáp ứng trễ phụ thuộc vào điện áp  Xung phun: Thời gian phun tổng cộng kim phun t1 = + tm + ts, t1 đưa đến tần ra, khuyếch đại điều khiển kích mở kim phun Tần ECU cung cấp dòng cho kim lúc Ở động xylanh cần phải có tần tần hoạt động thống 3.3.4.6 Điều khiển thời điểm phun Mỗi kim phun phun lần cho chu kỳ làm việc động Việc phun định theo thời điểm đánh lửa thứ tự đánh lửa Tín hiệu đánh lửa sơ cấp sử dụng để xác định thời điểm phun ECU nhận tín hiệu đánh lửa sơ cấp biến đổi thành xung Ở động xy lanh có tín hiệu phun cho lần tín hiệu đánh lửa Hình 40: Sơ đồ tín hiệu phun 31 Điều khiển lượng phun Từ tín hiệu sơ cấp đánh lửa cuộn dây, ECU tính tốc độ động Tín hiệu tốc độ tín hiệu gió nạp từ đo gió tính đựơc lượng phun Nếu tốc độ động không đổi Lượng phun tăng theo lượng khí nạp vào Nếu lượng khí nạp khơng đổi, tốc độ động tăng, lượng phun giảm Từ lượng phun ECU tính tốn thêm từ tín hiệu cảm biến để hiệu chỉnh lượng phun thực tế Sự hiệu chỉnh theo chế độ làm việc động Các chế độ làm việc a) Làm đậm sau khởi động Quá trình làm đậm tăng lượng phun phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát (lượng phun lớn nhiệt độ nước làm mát thấp) để nâng cao khả khởi động cải thiện tính ổn định hoạt động khoảng thời gian định sau động khởi động Lượng phun giảm dần đến lượng phun b) Chạy ấm máy Trong suất trình làm ấm, động nhận thêm nhiều xăng hơn, trình làm ấm sau trình khởi động lạnh Trong trình động cần lượng hỗn hợp tương đối giàu xăng, vách thành xylanh cịn lạnh xăng cịn ngưng tụ chưa bay hết Quá trình cấp xăng chạy ấm máy chia thành hai thời kỳ:  Thời kỳ đầu: việc làm giàu xăng chạy ấm máy phụ thuộc vào thời gian gọi làm giàu xăng khởi động, thời kỳ kéo dài 30s tuỳ thuộc động mà cung cấp thêm khoảng 30 - 60 % lượng xăng  Thời kỳ sau: động cần hỗn hợp loãng hơn, phần điều khiển theo nhiệt độ động Đồ thị cho ta liên hệ đường cong làm giàu xăng lý tưởng tính theo thời gian khởi động 200C Hình 41: Đồ thị làm giàu xăng Khi động đạt đến nhiệt độ hoạt động bình thường cảm biến nhiệt độ gửi nhiệt độ đến ECU, từ ECU ngừng q trình chạy ấm máy 32 c) Thích ứng theo điều kiện tải: Các mức tải khác cần thành phần hỗn hợp khác nhau, đường cong lượng xăng cần thiết xác định từ đường cong đo gió điều kiện hoạt động động riêng + Không tải: Khi khơng tải hỗn hợp xăng - khơng khí q lỗng dẫn đến khơng tải khơng ổn định chí động khơng nổ Vì cần phải có hỗn hợp giàu xăng cho điều kiện + Một phần tải: Một phần thời gian động hoạt động chế độ phần tải ECU lập trình đường cong lượng xăng cần thiết định lượng xăng cung cấp Đường cong thiết lập cho chế độ phần tải lợi xăng + Toàn tải: Động phát cơng suất cực đại, tín hiệu tồn tải cảm biến vị trí bướm ga gửi đến ECU, mức độ giàu xăng định sẵn chương trình ECU + Tăng tốc: Khi ECU nhận thấy xe tăng tốc tín hiệu từ cảm biến, tăng lượng phun để nâng cao tính tăng tốc Giá trị hiệu chỉnh ban đầu xác định nhiệt độ nước làm mát mức độ tăng tốc Lượng phun tăng dần tính từ thời điểm d) Thích ứng theo nhiệt độ khí nạp Lượng xăng phun thích hợp với nhiệt độ gió Lượng gió cần thiết cho trình cháy tuỳ thuộc vào nhiệt độ gió hút vào, khơng khí lạnh đặc hơn, điều có nghĩa với vị trí cánh bướm ga hệ số dung tích gió xylanh giảm, nhiệt độ tăng, thông tin ghi nhận nhờ cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp đo gió gửi ECU ECU xem nhiệt độ 200C mức chuẩn Nếu nhiệt độ nhỏ 200c lượng xăng phun tăng Nếu nhiệt độ lớn 200c lượng xăng phun giảm e) Giới hạn tốc độ động Thực nhờ mạch giới hạn ECU Tín hiệu tốc độ động so sánh với giới hạn cố định Nếu vượt ECU điều khiển việc hạn chế phun ngưng phun Việc đảm bảo an toàn cho động f) Giảm tốc Khi ECU động nhận thấy động giảm tốc, giảm lượng phun để tránh cho hỗn hợp đậm giảm tốc Các tín hiệu điều khiển: lượng khí nạp, tốc độ động cơ, vị trí bướm ga, nhiệt độ nước làm mát g) Điều khiển tốc độ không tải: 33 Khi động chạy tốc độ khơng tải ECU nhận tín hiệu từ cảm biến ECU tự động điều khiển bướm ga đến vị trí tối ưu Tại vị trí động nổ với tốc độ thấp lượng nhiên liệu phun vào thấp 34