BÀI 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XĂNG

BÀI 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XĂNG I Khái quát hệ thống điều khiển lập trình cho động Lịch sử phát triển Vào kỷ 19, kỹ sư người Pháp - ông Stevan - nghĩ cách phun nhiên liệu cho máy nén khí Sau thời gian, người Đức cho phun nhiên liệu vào buồng cháy không mang lại hiệu Đầu kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu động tĩnh (nhiên liệu dùng động dầu hỏa nên hay bị kích nổ hiệu suất thấp) Tuy nhiên, sau sáng kiến ứng dụng thành cơng việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay Đức Đến năm 1966, hãng BOSCH thành công việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu khí Trong hệ thống phun xăng này, nhiên liệu phun liên tục vào trước supap hút nên có tên gọi K – Jetronic (KKonstant – liên tục, Jetronic – phun) K – Jetronic đưa vào sản xuất ứng dụng xe hãng Mercedes số xe khác, tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng hệ sau KE –Jetronic, Mono-Jetronic, L-Jetronic, Motronic… Tên tiếng Anh K-Jetronic CIS (continuous injection system) đặc trưng cho hãng xe Châu Âu có loại cho CIS là: K – Jetronic, K –Jetronic – với cảm biến oxy KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển điện tử) KE – Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm) Do hệ thống phun khí cịn nhiều nhược điểm nên đầu năm 80, BOSCH cho đời hệ thống phun sử dụng kim phun điều khiển điện Có hai loại: hệ thống L-Jetronic (lượng nhiên liệu xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) D-Jetronic (lượng nhiên liệu xác định dựa vào áp suất đường ống nạp) Đến năm 1984, người Nhật (mua quyền BOSCH) ứng dụng hệ thống phun xăng L-Jetronic D-Jetronic xe hãng Toyota (dùng với động 4A – ELU) Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L – Jetronic thay cho chế hịa khí xe Nissan Sunny Song song, với phát triển hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình (ESA – electronic spark advance) đưa vào sử dụng vào năm đầu thập kỷ 80 Sau đó, vào đầu năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – direct ignition system) đời, cho phép không sử dụng delco hệ thống có mặt hầu hết xe hệ Ngày nay, gần tất ôtô trang bị hệ thống điều khiển động xăng diesel theo chương trình, giúp động đáp ứng yêu cầu gắt gao khí xả tính tiết kiệm nhiên liệu Thêm vào đó, cơng suất động cải thiện rõ rệt Những năm gần đây, hệ động phun xăng đời Đó động phun trực tiếp: GDI (gasoline direct injection) Trong tương lai gần, chắn GDI sử dụng rộng rãi Phân loại ưu nhược điểm 2.1 Phân loại Hệ thống phun nhiên liệu phân loại theo nhiều kiểu Nếu phân biệt theo cấu tạo kim phun, ta có loại: a Loại CIS (continuous injection system) Đây kiểu sử dụng kim phun khí, gồm loại bản:  Hệ thống K – Jetronic: việc phun nhiên liệu điều khiển hồn tồn khí  Hệ thống K – Jetronic có cảm biến khí thải: có thêm cảm biến oxy  Hệ thống KE – Jetronic: hệ thống K-Jetronic với mạch điều chỉnh áp lực phun điện tử  Hệ thống KE – Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa điện tử  Các hệ thống vừa nêu sử dụng xe châu Âu model trước 1987 Do chúng lỗi thời nên sách không đề cập đến b Loại AFC (air flow controlled fuel injection) Sử dụng kim phun điều khiển điện Hệ thống phun xăng với kim phun điện chia làm loại chính:  D-Jetronic (xuất phát từ chữ Druck tiếng Đức áp suất): với lượng xăng phun xác định áp suất sau cánh bướm ga cảm biến MAP (manifold absolute pressure sensor)  L-Jetronic (xuất phát từ chữ Luft tiếng Đức khơng khí): với lượng xăng phun tính tốn dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió loại cánh trượt Sau có phiên bản: LH – Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt, LU – Jetronic với cảm biến gió kiểu siêu âm… Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC chia làm loại: c Loại TBI (Throttle Body Injection) - phun đơn điểm Hệ thống cịn có tên gọi khác như: SPI (single point injection), CI (central injection), Mono – Jetronic Đây loại phun trung tâm Kim phun bố trí phía cánh bướm ga nhiên liệu phun hay hai kim phun Nhược điểm hệ thống tốc độ dịch chuyển hịa khí tương đối thấp nhiên liệu phun vị trí xa supap hút khả thất thoát đường ống nạp d Loại MPI (Multi Point Fuel Injection) - phun đa điểm Đây hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với kim phun cho xylanh bố trí gần supap hút (cách khoảng 10 – 15 mm) Ống góp hút thiết kế cho đường khơng khí từ bướm ga đến xylanh dài, nhờ vậy, nhiên liệu phun hòa trộn tốt với khơng khí nhờ xốy lốc Nhiên liệu khơng cịn thất đường ống nạp Hệ thống phun xăng đa điểm đời khắc phục nhược điểm hệ thống phun xăng đơn điểm Tùy theo cách điều khiển kim phun, hệ thống chia làm loại chính: phun độc lập hay phun kim (independent injection), phun nhóm (group injection) phun đồng loạt (simultaneous injection) Nếu vào đối tượng điều khiển theo chương trình, người ta chia hệ thống điều khiển động loại chính: điều khiển phun xăng (EFI - electronic fuel injection theo tiếng Anh Jetronic theo tiếng Đức), điều khiển đánh lửa (ESA - electronic spark advance) loại tích hợp tức điều khiển phun xăng đánh lửa (hệ thống có nhiều tên gọi khác nhau: Bosch đặt tên Motronic, Toyota có tên (TCCS - Toyota Computer Control System), Nissan gọi tên (ECCS - Electronic Concentrated Control System…) Nhờ tốc độ xử lý CPU cao, hộp điều khiển động đốt ngày thường gồm chức điều khiển hộp số tự động quạt làm mát động Nếu phân biệt theo kỹ thuật điều khiển ta chia hệ thống điều khiển động làm loại: analog digital Ở hệ xuất từ 1979 đến 1986, kỹ thuật điều khiển chủ yếu dựa mạch tương tự (analog) Ở hệ thống này, tín hiệu đánh lửa lấy từ âm bobine đưa hộp điều khiển để, từ đó, hình thành xung điều khiển kim phun Sau đó, đa số hệ thống điều khiển động thiết kế, chế tạo tảng vi xử lý (digital) e Ưu điểm hệ thống phun xăng  Có thể cấp hỗn hợp khí nhiên liệu đồng đến xylanh  Có thể đạt tỉ lệ khí nhiên liệu xác với tất dải tốc độ động  Đáp ứng kịp thời với thay đổi góc mở bướm ga  Khả hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng: làm đậm hỗn hợp nhiệt độ thấp cắt nhiên liệu giảm tốc  Hiệu suất nạp hỗn hợp khơng khí – nhiên liệu cao  Do kim phun bố trí gần supap hút nên dịng khí nạp ống góp hút có khối lượng thấp (chưa trộn với nhiên liệu) đạt tốc độ xoáy lốc cao, nhờ vậy, nhiên liệu khơng cịn thất đường ống nạp hịa khí trộn tốt II Khái quát hệ thống điều khiển động Điều khiển động xăng máy tính Động xăng sinh cơng qua chu trình giãn nở hỗn hợp xăng khơng khí Ba yếu tố chủ yếu động xăng để sinh công sau: * Hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu tốt * Nén tốt * Đánh lửa tốt Để đạt yếu tố lúc, điều quan trọng điều khiển xác để tạo hỗn hợp khơng khí - nhiên liệu thời điểm đánh lửa Trước năm 1981, có hệ thống điều khiển động tồn EFI (Phun nhiên liệu điện tử), sử dụng máy tính để điều khiển lượng phun nhiên liệu Ngồi EFI này, có hệ thống điều khiển máy tính, bao gồm ESA (Đánh lửa sớm điện tử), ISC (Điều khiển tốc độ chạy không tải), hệ thống chẩn đoán, v.v THAM KHẢO: Toyota sử dụng hệ thống điều khiển máy tính gọi TCCS (Hệ thống điều khiển máy tính Toyota) để điều khiển tối ưu việc phun nhiên liệu, thời điểm đánh lửa, hệ thống truyền động, hệ thống phanh, hệ thống khác theo điều kiện làm việc động xe tơ 2.Quy trình điều khiển máy tính Để máy tính làm việc thích hợp, cần có hệ thống tồn diện bao gồm thiết bị đầu vào đầu Trên ô tô, cảm biến cảm biến nhiệt độ nước cảm biến lưu lượng khí nạp tương ứng với thiết bị đầu vào Và chấp hành vòi phun IC đánh lửa tương ứng với thiết bị đầu xe Toyota, máy tính điều khiển hệ thống gọi ECU (Bộ điều khiển điện tử) Máy tính điều khiển động gọi ECU động (hoặc ECM*: Môđun điều khiển động cơ) Các cảm biến, chấp hành ECU động gắn liền với dây dẫn điện Chỉ sau ECU động xử lý tín hiệu vào từ cảm biến truyền tín hiệu điều khiển đến chấp hành điều khiển tồn hệ thống hệ thống điều khiển máy tính * ECM thuật ngữ SAE (Hội kỹ sư ô tô) Khái quát hệ thống EFI (Phun nhiên liệu điện tử) Hệ thống EFI sử dụng cảm biến khác để phát tình trạng hoạt động động xe ô tô Theo tín hiệu từ cảm biến này, ECU tính tốn lượng phun nhiên liệu thích hợp điều khiển vòi phun để phun khối lượng nhiên liệu thích hợp Trong thời gian xe chạy bình thường, ECU động xác định khối lượng phun nhiên liệu để đạt tỷ lệ khơng khí - nhiên liệu theo lý thuyết, nhằm đảm bảo công suất, mức tiêu thụ nhiên liệu mức khí xả thích hợp lúc Ở thời điểm khác, thời gian hâm nóng, tăng tốc, giảm tốc điều kiện làm việc với tải trọng cao, ECU động phát điều kiện cảm biến khác sau hiệu chỉnh khối lượng phun nhiên liệu nhằm đảm bảo hỗn hợp không khí - nhiên liệu thích hợp thời điểm Khái quát hệ thống ESA (Đánh lửa sớm điện tử) Hệ thống ESA phát điều kiện động vào tín hiệu cảm biến khác cung cấp, điều khiển bugi đánh lửa thời điểm thích hợp Căn vào tốc độ động tải trọng động cơ, ESA điều khiển xác thời điểm đánh lửa để động tăng cơng suất, làm khí xả, ngăn chặn kích nổ cách có hiệu Khái quát hệ thống ISC (điều khiển tốc độ không tải) Hệ thống ISC điều khiển tốc độ không tải cho ln ln thích hợp điều kiện thay đổi (hâm nóng, phụ tải điện, v.v ) Để giảm thiểu mức tiêu thụ nhiên liệu tiếng ồn, động phải hoạt động tốc độ thấp tốt trì chế độ chạy không tải ổn định Hơn nữa, tốc độ chạy không tải phải tăng lên để đảm bảo việc hâm nóng khả làm việc thích hợp động lạnh sử dụng máy điều hòa khơng khí Khái qt hệ thống chẩn đốn ECU động có hệ thống chẩn đốn ECU ln ln giám sát tín hiệu chuyển vào từ cảm biến khác Nếu phát cố với tín hiệu vào, ECU ghi cố dạng DTC (Mã chẩn đoán hư hỏng) làm sáng MIL (Đèn báo hư hỏng) Nếu cần ECU truyền tín hiệu DTC cách nhấp nháy đèn MIL hiển thị DTC liệu khác hình máy chẩn đốn cầm tay Các chức chẩn đoán phát DTC liệu cố máy chẩn đốn có dạng tiên tiến hồn chỉnh cao hệ thống điện tử Vì hệ thống chẩn đoán phải tuân theo quy định nước Các nội dung thay đổi chút nơi đến ... hịa khí trộn tốt II Khái quát hệ thống điều khiển động Điều khiển động xăng máy tính Động xăng sinh cơng qua chu trình giãn nở hỗn hợp xăng khơng khí Ba yếu tố chủ yếu động xăng để sinh công sau:... dụng hệ thống điều khiển máy tính gọi TCCS (Hệ thống điều khiển máy tính Toyota) để điều khiển tối ưu việc phun nhiên liệu, thời điểm đánh lửa, hệ thống truyền động, hệ thống phanh, hệ thống. .. hộp điều khiển động đốt ngày thường gồm chức điều khiển hộp số tự động quạt làm mát động Nếu phân biệt theo kỹ thuật điều khiển ta chia hệ thống điều khiển động làm loại: analog digital Ở hệ xuất