Khi sử dụng xăng cĩ trị số octane quá thấp hoặc vì nguyên nhân nào đĩ động cơ quá nĩng, sẽ xảy ra hiện tượng kích nổ trong xylanh. Khi xảy ra hiện tượng kích nổ, ECU sẽ điều khiển giảm gĩc đánh lửa sớm để tránh hiện tượng kích nổ.
Tín hiệu kích nổ được ECU nhận biết bằng cảm biến kích nổ gắn ở thân động cơ hoặc ở thân máy.
Hình 1.53: Cảm biến kích nổ và dạng tín hiệu a) Cảm biến kích nổ; b, c, d) Tín hiệu từ cảm biến kích nổ
Hình 1.53c biểu diễn các xung điện áp từ cảm biến kích nổ tương ứng với quá trình cháy bình thường trong xylanh với biên độ dao động trong xylanh rất nhỏ. Khi cĩ hiện tượng kích nổ xảy ra, các xung tín hiệu sẽ dao động mạnh với biên độ rất cao (hình 1.53d) khiến ECU nhận biết tín hiệu này để giảm gĩc đánh lửa sớm.
7kHz f lx
Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc
HV. NguyƠn V¨n Nam 44 Ngµnh C«ng nghƯ c¬ khÝ
Hình 1.54: Sơđồđiều khiển chống kích nổ kiểu hồi tiếp
Quy trình kiểm sốt kích nổ được thực hiện theo chu trình khép kín được trình bày trên hình 1.54. Kích nổ chỉ xảy ra ở một vài xylanh. Vì vậy, dựa vào thời điểm kích nổ và vị trí piston mà ECU nhận biết được chính xác các xylanh đã xảy ra hiện tượng kích nổ. Việc hiệu chỉnh gĩc đánh lửa chỉ được thực hiện ở các xylanh này để ít ảnh hưởng đến cơng suất động cơ.
1.5.5. Hiệu chỉnh gĩc đánh lửa theo các chếđộ làm việc của động cơ a) Chếđộ khởi động
Hình 1.55: Điều khiển gĩc đánh lửa sớm ở chếđộ khởi động
Gĩc đánh lửa sớm được đặt ở một giá trị nhất định, khơng thay đổi trong suốt quá trình khởi động. Gĩc đánh lửa sớm thường được chọn nhỏ hơn 100. Với gĩc đánh lửa này, động cơ khởi động dễ dàng ngay cả khi nguội đồng thời tránh sự nổ dội.
Khi cĩ tín hiệu khởi động, mạch chuyển đổi sang trạng thái sẽ nối đường IGT sang vị trí ST. Khi đĩ, xung IGT được điều khiển bởi Back - up IC thơng qua hai tín hiệu G và NE. Nếu động cơ đã nổ đường IGT sẽ nối sang vị trí after ST và việc hiệu chỉnh gĩc đánh lửa sẽ được thực hiện bởi ECU.
b) Chếđộ sau khởi động
Khi động cơ đã khởi động xong, gĩc đánh lửa sớm sẽ được hiệu chỉnh bằng gĩc đánh lửa ban đầu, gĩc đánh lửa cơ bản, gĩc đánh lửa hiệu chỉnh.
Mạch đánh lửa Động cơ Cảm biến kích nổ
Mạch điều khiển Mạch nhận biết kích nổ ECU Back – up IC CPU ECU ST After ST G NE IGT
Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc
HV. NguyƠn V¨n Nam 45 Ngµnh C«ng nghƯ c¬ khÝ
Để ngăn ngừa các trường hợp xấu ảnh hưởng đến hoạt động và tuổi thọ của động cơ do đánh lửa quá sớm hoặc quá trễ, ECU chỉ thực hiện hiệu chỉnh gĩc đánh lửa sớm trong giới hạn từ 100 đến 450 trước điểm chết trên.
- Hiệu chỉnh gĩc đánh lửa theo nhiệt độ động cơ:
Khi nhiệt độ động cơ nằm trong khoảng -200C đến 600C, gĩc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh sớm hơn từ 00 đến 150. Nếu nhiệt độ động cơ nhỏ hơn -200 cũng chỉ được cộng thêm 150.
Hình 1.56: Hiệu chỉnh gĩc đánh lửa sớm theo nhiệt độđộng cơ
Khi động cơ đạt đến nhiệt độ 600 ÷ 1000C, ECU khơng hiệu chỉnh gĩc đánh lửa sớm theo nhiệt độ. Khi động cơ quá nĩng (> 1100C) sẽ dễ gây ra hiện tượng kích nổ và tăng hàm lượng NOx trong khí thải, vì vậy ECU sẽ điều khiển gĩc đánh lửa xuống một gĩc tối đa là 50.
c) Hiệu chỉnh gĩc đánh lửa theo sự ổn định của động cơ theo chế độ cầm chừng
Ở chế độ cầm chừng, tốc độ động cơ bị dao động do tải của động cơ thay đổi. Việc hiệu chỉnh gĩc đánh lửa sớm làm ổn định tốc độ động cơ.
Tín hiệu cầm chừng được cảm biến vị trí bướm ga báo về ECU cho biết động cơ đang làm việc ở chế độ cầm chừng. Kết hợp với tín hiệu tốc độ động cơ (NE) và tốc độ xe, ECU sẽ điều khiển giảm gĩc đánh
lửa sớm và ngược lại. Gĩc hiệu chỉnh tối đa trong trường hợp này là ± 50. Khi tốc độ tăng cao, ECU sẽ khơng hiệu chỉnh.
1.6. Điều khiển nhiên liệu 1.6.1. Điều khiển phun xăng 1.6.1. Điều khiển phun xăng a) Điều khiển bơm xăng và điều áp -20 60 110 to đc (oC) θhc 0 tăng giảm 5o 15o n(min-1) θhc Tăng Giảm 0 Hình 1.57: Hiệu chỉnh gĩc đánh lửa sớm theo sựổn định của động cơở chếđộ cầm chừng
Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc
HV. NguyƠn V¨n Nam 46 Ngµnh C«ng nghƯ c¬ khÝ Ø Cấu tạo bơm xăng: tùy theo nhà chế tạo và năm sản xuất, bơm xăng được
đặt trong hoặc ngồi thùng xăng. Hiện nay, thường sử dụng hai loại sau:
- Loại bơm cánh quạt: được đặt trong thùng xăng
Rotor Stator Motor
Hình 1.58: Bơm cánh quạt
- Loại bơm con lăn: được đặt bên ngồi thùng xăng.
Hình 1.59: Bơm con lăn
Ø Sơđồ mạch điện điều khiển bơm xăng: được điều khiển theo 3 cách:
Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc
HV. NguyƠn V¨n Nam 47 Ngµnh C«ng nghƯ c¬ khÝ
Relay mở mạch
Relay chính
Hình 1.60: Mạch điện điều khiển bơm xăng khơng qua ECU
Khi khởi động động cơ, dịng điện từ ắc quy qua khĩa điện đến cuộn dây L2 của relay bơm xăng đến mát, relay đĩng bơm xăng quay. Đồng thời, khi động cơ khởi động cánh của cảm biến đo giĩ cũng di chuyển khỏi vị trí ban đầu và đĩng tiếp điểm bơm xăng ở cảm biến đo giĩ. Vì thế, cuộn dây L1 của relay bơm xăng cũng cĩ dịng điện chạy qua tạo thêm lực đĩng tiếp điểm. Khi máy đã nổ, khố điện trả về vị trí IG (vị trí ON) thì cuộn dây L2 của bơm xăng bị ngắt điện chỉ cĩ cuộn L1 giữ cho tiếp điểm vẫn đĩng và bơm xăng tiếp tục hoạt động.
- Mạch điều khiển bơm xăng qua hộp ECU máy hoạt động theo nguyên lý ON - OFF
Hình 1.61: Mạch điện điều khiển bơm xăng cĩ ECU điều khiển
+B Fp IG ST STA E Fc R C L1 L2 Fp Ne Main relay Ignition switch Check connector ECU To distributor Fuel pump
Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc
HV. NguyƠn V¨n Nam 48 Ngµnh C«ng nghƯ c¬ khÝ
Khi khởi động động cơ, ECU nhận tín hiệu tốc độ động cơ (NE) để điều khiển transistor mở cho dịng điện cho cuộn L2 của relay bơm xăng qua transistor về mát tạo ra lực hút tiếp điểm của relay bơm xăng. Khi khĩa điện trả về IG dịng tiếp tục qua cuộn L1 và bơm xăng tiếp tục hoạt động. Khi bật cơng tắc máy từ vị trí OFF sang vị trí ON, ECU sẽ điều khiển bơm xăng hoạt động trong khoảng 2s để giữ cho áp lực xăng trên đường ống ổn định trước khi khởi động.
- Mạch điều khiển bơm xăng qua hộp ECU máy để thay đổi tốc độ quay của motor bơm xăng.
- Ở tốc độ thấp: khi động cơ đang chạy ở tốc độ cầm chừng hoặc điều kiện tải nhẹ, ECU điều khiển transistor mở, cĩ dịng: từ ắc quy → relay chính → relay mở mạch → cuộn dây của relay điều khiển bơm → transistor → mát, tạo ra lực hút đĩng tiếp điểm B, cung cấp điện cho motor bơm xăng hoạt động qua điện trở R. Lúc này bơm xăng quay ở tốc độ thấp, chỉ lượng xăng cần thiết ở tốc độ chạy cầm chừng của động cơ.
Hình 1.62a: Sơđồđiều khiển bơm xăng qua ECU với mạch
điều khiển tốc độ thấp.
- Ở tốc độ cao: khi động cơ đang chạy ở tốc độ cao hoặc tải nặng. ECU sẽ điều khiển transistor đĩng lại, ngắt dịng qua cuộn dây của relay điều khiển bơm. Tiếp điểm được trả về vị trí A, cung cấp dịng trực tiếp đến bơm. Nhờ vậy bơm hoạt động với tốc độ nhanh hơn để cung cấp lượng xăng cần thiết cho chế độ làm việc của động cơ.
Relay chính Cơng tắc máy Relay mở mạch Relay điều khiển bơm xăng Điện trở Bơm xăng ECU Cơng tắc điều khiển bơm xăng (7M-GE, 7MGET, M-REL) ST IG Fp E A B Fc M
Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc
HV. NguyƠn V¨n Nam 49 Ngµnh C«ng nghƯ c¬ khÝ
Hình 1.62b: Mạch điện điều khiển bơm xăng qua ECU kiểm sốt tốc độ bơm
Ø Bộ giảm rung động. hình 1.63 Do quá trình phun nhiên liệu khơng liên tục nên cĩ sự dao động trên đường ống nạp. Bộ giảm dao động cĩ tác dụng hấp thụ các dao động này bằng một lớp màng.
Ø Bộổn định áp suất (điều áp) hình 1.64.
Bộ ổn định áp suất làm ổn định áp suất nhiên liệu đến các kim phun.
Hình 1.64: Bộđiều áp và đặc tính hoạt động
M Relay chính
Cơng tắc máy
Relay mở mạch Relay điều khiển bơm xăng Điện trở Bơm xăng ECU Công tắc điều khiển bơm xăng (7M-GE, 7MGT) ST IG Fp E A B Fc Hình 1.63: Bộ giảm dao động Áp suất nhiên liệu Áp suất khí quyển Độ chân khơng đường ống nạp A A + B = 2,55 – 2,9 kgf/cm2 B
Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc
HV. NguyƠn V¨n Nam 50 Ngµnh C«ng nghƯ c¬ khÝ
Nhiên liệu cĩ áp suất từ ống phân phối sẽ tác động vào màng của điều áp làm mở van. Một phần nhiên liệu chảy lại bình chứa qua đường ống hồi. Lượng nhiên liệu trở về phụ thuộc vào độ căng của lị xo màng.
b) Điều khiển kim phun
Ø Nguyên lý kết cấu kim phun
Hình 1.65: Sơđồ tổng quát hệ thống phun nhên liệu
Ø Kết cấu kim phun
Hình 1.66: Kết cấu kim phun
1. Bộ lọc; 2. Giắc cắm; 3. Cuộn dây; 4. Ty kim; 5. Van kim; 6. Vịi phun; 7. Vỏ kim.
Ø Hoạt động của kim phun
Khi dịng điện đi qua cuộn dây của kim phun sẽ tạo ra một lực từ đủ mạnh để thắng sức căng của lị xo, thắng lực trọng trường của ti kim và thắng áp lực của nhiên liệu đè lên kim, kim được nhích khỏi bệ khoảng 0,1 mm nên nhiên liệu được phun ra khỏi kim phun.
ECU Ắc quy Nhiệt độ động cơ Nhiệt độ khí nạp Lượng khí nạp Vị trí bướm ga Nhiên liệu từ bơm đến Kim phun + Tốc độ động cơ Vị trí piston
Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc
HV. NguyƠn V¨n Nam 51 Ngµnh C«ng nghƯ c¬ khÝ
Khi động cơ hoạt động, ECU liên tục nhận được các tín hiệu từ các cảm biến. Qua đĩ, ECU sẽ tính thời gian mở kim phun, quá trình đĩng mở kim phun diễn ra ngắt quãng. ECU gửi tín hiệu đến kim phun trong bao lâu phụ thuộc vào độ rộng của xung.
Ø Phương pháp điều khiển kim phun (cho loại điện trở cao)
Điện áp ắc quy cung cấp trực tiếp đến kim phun qua cơng tắc máy. Khi transistor Tr trong ECU mở sẽ cĩ dịng chạy qua kim phun qua chân N010, N020 đến E01, E02 về mát. Trong khi Tr mở, dịng điện chạy qua kim phun làm nhấc ty kim và nhiên liệu phun vào trước supap nạp.
Hình 1.67: Mạch điều khiển kim phun bằng điện áp
Ø Chức năng của ECU trong việc điều khiển kim phun - Phương pháp phun và thời điểm phun
Phun độc lập: Phun nhĩm: No. 20 No. 10 E01 E02 Tr Engine ECU Cơng tắc máy Kim phun
Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc
HV. NguyƠn V¨n Nam 52 Ngµnh C«ng nghƯ c¬ khÝ
Phun đồng loạt:
Hình 1.68: Các phương pháp phun và thời điểm phun
- Điều khiển thời gian phun nhiên liệu
Thời gian phun nhiên liệu thực tế được xác định bởi hai đại lượng: - tb: thời gian phun cơ bản (dựa vào lượng khí nạp và tốc độ động cơ). - tc: thời gian điều chỉnh (dựa vào các cảm biến cịn lại).
Vậy: ti = tb + tc
- Điều khiển kim phun khi khởi động
Khi khởi động, rất khĩ xác định lượng khơng khí vào do cĩ sự thay đổi lớn tốc độ động cơ. Vì lý do này, ECU lấy trong bộ nhớ thời gian phun cơ bản ứng với nhiệt độ động cơ. Sau đĩ ECU cộng thêm thời gian phun cơ bản theo nhiệt độ khí nạp và điện áp ắc quy tạo ra thời gian phun thực tế ti. Tỉ lệ hồ khí ở chế độ này thường rất đậm (5:1 đến 12:1) tuỳ theo nhiệt độ nước.
- Điều khiển sau khởi động
Sau khi khởi động động cơ, ECU sẽ xác định thời gian phun bằng cách: ti = tb + tc + tắcquy
Trong đĩ: tc: chịu ảnh hưởng bởi: nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp, cảm biến bướm ga…
tb: chịu ảnh hưởng bởi tín hiệu lượng giĩ và tốc độ của động cơ. Ø Sự làm giàu nhiên liệu khi khởi động
Ngay sau khi khởi động, ECU điều khiển phun thêm một lượng nhiên liệu phụ trong một giai đoạn xác định trước, để hỗ trợ việc ổn định sự vận hành của động cơ.
Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc
HV. NguyƠn V¨n Nam 53 Ngµnh C«ng nghƯ c¬ khÝ
Sự hiệu chỉnh này được xác định bởi nhiệt độ nước làm mát. Khi nhiệt độ thấp sự làm giàu về cơ bản sẽ tăng gấp đơi số lượng nhiên liệu phun vào.
Ø Sự làm giàu hâm nĩng
Khi sự bốc hơi nhiên liệu khơng tốt lúc trời lạnh, động cơ sẽ hoạt động khơng ổn định nếu khơng được cung cấp hỗn hợp giàu xăng. Vì lý do này, khi nhiệt độ nước làm mát thấp, cảm biến nhiệt độ gửi tín hiệu đến ECU để hiệu chỉnh lượng nhiên liêu phun, cho đến khi nhiệt độ đạt đến nhiệt độ xác định trước (600C).
Ø Sự hiệu chỉnh lúc tăng tốc
Khi ECU nhận ra sự tăng tốc dựa vào cảm biến bướm ga, lượng nhiên liệu phun được tăng lên để cải thiện sự hoạt động tăng tốc của động cơ.
Ø Sự hiệu chỉnh lúc giảm tốc
Khi ECU nhận ra sự giảm tốc, nĩ giảm lượng nhiên liệu phun vào khi cần thiết để ngăn ngừa hỗn hợp quá đậm trong suốt quá trình giảm tốc.
Ø Sự cắt nhiên liệu
- Cắt nhiên liệu khi giảm tốc: nếu bướm ga đĩng hồn tồn, ECU ngắt kim phun để cải thiện tính kinh tế nhiên liệu và giảm đáng kể lượng khí thải. Khi tốc độ động cơ giảm xuống một tốc độ ấn định hoặc cánh bướm ga mở, nhiên liệu được phun trở lại.
- Cắt nhiên liệu ở tốc độ cao: để ngăn ngừa động cơ vượt tốc, kim phun sẽ ngừng phun nếu tốc độ động cơ tăng đến mức giới hạn. Sự phun nhiên liệu được phục hồi khi tốc độ động cơ giảm xuống đến dưới giới hạn.
Ø Sự hiệu chỉnh ở tốc độ cầm chừng
Để động cơ hoạt động ổn định ở chế độ cầm chừng, ECU thường điều chỉnh tỉ lệ hồ khí đậm hơn.
Ø Sự hiệu chỉnh ở chếđộ tải nhỏ
Tương tự như ở chế độ cầm chừng tỉ lệ hồ khí ở chế độ hoạt động này cũng là hồ khí đậm (λ < 1).
Ø Quá tốc độ
Khi tốc độ động cơ đạt đến giá trị ngưỡng (6000 ÷ 8000v/p), ECU sẽ điều khiển cắt nhiên liệu.
Ø Chếđộđiều khiển kín
Khi tín hiệu gửi về ECU thoả mãn 3 điều kiện: nhiệt độ động cơ đã đủ nĩng, bướm ga ở vị trí giữa và khơng tăng tốc hoặc giảm tốc đột ngột thì ECU chuyển sang điều khiển ở chế độ điều khiển kín. ECU dựa vào tín hiệu từ cảm biến oxy để tăng hoặc giảm lượng phun, sao cho tỷ lệ hồ khí xấp xỉ tỉ lệ lý tưởng.
Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc
HV. NguyƠn V¨n Nam 54 Ngµnh C«ng nghƯ c¬ khÝ
Cĩ sự trễ giữa thời gian mà ECU gửi tín hiệu đến kim phun và thời gian phun thực tế. Làm cho thời gian mở kim phun bị sai lệch. Do đĩ, ECU sẽ bù trừ sự trễ này