3. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
3.4.2.Điều khiển kim phun
3.4.2.1. Hoạt động của kim phun
Trong quâ trình hoạt động của động cơ, ECU liín tục nhận được những tín hiệu đầu văo từ câc cảm biến. Qua đó, ECU sẻ tính ra thời gian mở kim phun. Quâ trình mở vă đóng của kim phun diễn ra ngắt quảng. ECU gởi tín hiệu đến kim phun trong bao
hc θ n(min-1) Giảm 0 Tăng
lđu phụ thuộc văo độ rộng xung. Hình 3.39, cho thấy độ rộng xung thay đổi tùy theo chế độ lăm việc của động cơ. Giả sử cânh bướm ga mở lớn khi tăng tốc thì cần nhiều nhiín liệu hơn. Do đó ECU sẻ tăng chiều dăi xung. Điều năy có nghĩa lă ti kim sẻ giữ lđu hơn trong mỗi lần phun để cung cấp một lượng nhiín liệu.
Nếu ta gọi: Q: Lượng nhiín liệu phu ra khỏi kim. T: Chu kỳ xung.
i
τ : Độ dăi xung.
Thì Q sẽ được tính bởi công thức
3.4.2.2. Sơ đồ mạch điện điều khiển kim phun
Kim phun được xem lă cơ cấu chấp hănh vă được ECU động cơ trực tiếp điều khiển. Sau khi nhận câc tín hiệu đầu văo ECU sẻ tính toân lượng nhiín liệu cần thiết
Khởi động lạnh
Chạy với điều kiện lạnh Chạy với điều kiện ấm Chạy sau hănh trình dăi Tăng tốc
Cânh bướm ga đóng kín Cầm chừng nóng
Hình 3.31: Xung điều khiển kim phun ứng với từng chế độ lăm việc của động cơ ∫ =Tq d Q 0 ) (τ τ T i τ
cho động cơ vă điều khiển lưu lượng nhiín liệu phun văo động cơ bằng câch điều khiển thời gian mở kim phun. Có hai phương phâp điều khiển kim phun: Phương phâp điều khiển bằng dòng điện vă phương phâp điều khiển bằng điện âp. Hiện nay, hầu hết câc xe trín thị trường đều sử dụng phương phâp điều khiển bằng điện âp. Hình 3.19 thể hiện mạch điện điều khiển kim phun nhiín liệu trín động cơ theo phương phâp điều khiển bằng điện âp.
Hình 3.32: Mạch điện điều khiển kim phun theo phương phâp điện âp
Khi kim phun điều khiển bằng điện âp thì xung kim phun có dạng như hình 4.47 với t lă thời gian nhất kim ( thời gian phun nhiín liệu).
Hình 3.33 : Dạng xung của kim phun
No.10 No.20 E01 E02 Kim phun Engine ECU Tr Điện trở phụ Công tắc mây V 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 ms X=980mV,0=66.17V,x0=65.19V
3.4.2.3. Chức năng của ECU trong việc điều khiển kim phun
• Điều khiển thời gian phun nhiín liệu:
Thời gian phun nhiín liệu thực tế được xâc định bởi hai đại lượng:
- tb: Thời gian phun cơ bản (dựa chủ yếu văo lượng khí nạp vă tốc độ động cơ). - tc: Thời gian điều chỉnh ( dựa văo câc cảm biến còn lại)
tc+ tb=ti
- Tuy nhiín, trong quâ trình khởi động động cơ thời gian phun nhiín liệu được xâc định theo câch khâc, bởi vì lượng khí nạp không ổn định.
Hình 3.34: Điều khiển thời gian phun nhiín liệu
Lượng nhiín liệu phun văo một xy lanh:
d mc m A F R m ) / ( =
Với (A/F)d lă tỷ lệ hòa khí mong muốn.
mc
R khối lượng không khí đi văo mỗi xylanh TW (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cắt nhiín liệu Lăm giău khi tăng tốc
lúc hđm nóng Lăm giău khởi động
Lăm giău sau khởi động Lăm giău khi hđm nóng
Lăm giău lúc tải lớn
tc tb ti Kim phun NE TA Điện âp Cảm biến lưu lượng gió IDL ST PSW
Thời gian mởi kim phun căn bản sẽ phụ thuộc văo lưu lượng của kim phun Rinj:
Nếu bộ điều âp (pressure regulator) được sử dụng, Rinjsẽ gần như lă một hằng số nhờ sự chính lệch âp suất nín trín ống dẫn xăng đến đầu kim phun vă đuôi kim phun (âp suất trín đường ống nạp) không đổi. Trín một số xe không suer dụng điều âp, bản đồ sư phụ thuộc của lưu lượng kim phun văo âp suất tuyệt đối trín đường ống nạp phải được ghi văo EPROM.
Như vậy, để xâc định thời gian phun cơ bản, EPROM trong ECU dùng với cảm biến MAP, ngoăi giâ trị ηvcòn phải nhớ câc biểu thức để tính toân dựa trín câc
cảm biến đê níu. Sau 2 vòng quay của trục khuỷu động cơ, ECU sẽ lặp lại câc phĩp tính níu trín.
• Điều khiển kim phun khi khởi động
Trong quâ trình khởi động, rất khó xâc định chính xâc lượng khí nạp văo do có sự thay đổi lớn về tốc độ động cơ. Vì lí do năy, ECU lấy từ trong bộ nhớ thời gian phun cơ bản cho phù hợp với nhiệt độ động cơ không tính đến lượng khí nạp văo. Sau đó cộng them thời gian hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp vă điện âp ắc qui để tạo ra thời gian phun thực tế ti.
Hình 3.35: Điều khiển kim phun khi khởi động
• Điều khiển sau khởi động:
Sau thời gian khởi động động cơ, ECU sẽ xâc định thời gian phu bằng câch:
accu c b i t t t t = + + tc1 tc2 tc1 tb tb tb
Lượng phun cơ bản theo nhiệt độ nước Lượng phun hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp
Lượng phun hiệu chỉnh theo điện âp accu
inj fc b R m t =
Trong đó tc chịu ảnh hưởng bởi: Nhiệt độ nước lăm mât, nhiệt độ khí nạp, cảm biến bướm ga.
b
t : Chịu ảnh hưởng bởi tín hiệu lưu lượng gió vă tốc độ của động cơ. • Thời gian phun cơ bản:
Loại D-jetronic dùng MAP sensor.
Thời gian phun cơ bản được xâc định bởi âp suất đường ống nạp vă tốc độ động cơ. Bộ nhớ bín trong của ECU chứa dữ liệu về thời gian phun cơ bản khâc nhau.
Loại năy dùng cảm biến đo lưu lượng gió (ari flow meter): thời gian phun cơ bản được xâc định bởi thể tích của lượng khí đi văo vă tốc độ động cơ:
e k b N G K t = Trong đó: Gk: lượng khí nạp, Ne: Tốc độ động cơ, K: hệ số điều chỉnh.
3.4.2.4. Sự hiệu chỉnh thời gian phun.
ECU luôn được thông bâo về điều kiện vận hănh của động cơ mọi lúc bằng những tín hiệu từ cảm biến vă hình thănh xung hiệu chỉnh khâc nhau trong thời gian phun thực tế của động cơ.
• Sự hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp. Hệ số hiệu chỉnh
Hình 3.36: Đặc tính hiệu chỉnh bởi nhiệt độ khí nạp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
K
1.0
Low 20o Hight to nước lăm mât
Một số khí nạp thay đổi theo nhiệt độ. Vì lý do năy, ECU phải biết thật chính xâc về nhiệt độ khí nạp để có thể điều chỉnh thời gian phun nhằm duy trì tỉ lệ hòa khí mă động cơ yíu cầu. ECU xem 20oC lă nhiệt độ chuẩn vă tăng giảm lượng nhiín liệu phụ thuộc văo thay đổi nhiệt độ khí nạp so với nhiệt độ năy.
Sự hiệu chỉnh dẫn đến sự tăng hoặc giảm lượng phun nhiín liệu tối đa văo khoảng 10% ( Đối với loại đo gió kiểu Karman có thể tới 20%).
• Sự lăm giău nhiín liệu khi khởi động: Hệ số hiệu chỉnh
Hình 3.37: Sự hiệu chỉnh lăm giău sau khi khởi động
Ngăy nay khi khởi đông, ECU điều khiển phun them một lượng nhiín liệu phu trong một giai đoạn xâc đinh trước, để hỗ trợ việc ổn định sự vận hănh của động cơ. Sự hiệu chỉnh lăm giău sau khởi động ban đầu năy được xâc định bởi nhiệt độ nước lăm mât. Khi nhiệt độ thấp sự lăm giău về cơ bản sẽ tăng gấp đôi số lượng nhiín liệu phun văo. • Sự lăm giău hđm nóng: Hình 3.38: Sự lăm giău hđm nóng K 1.0 Low 60o Hight to nước lăm mât
K
1.0
Thấp 60o Cao to nước lăm mât
Khi sự bốc hơi nhiín liệu không tốt lúc trời lạnh, động cơ sẽ hoạt động không ổn định nếu không được cung cấp một hỗn hợp giău xăng. Vì lý do năy, khi nhiệt độ lăm mât thấp, cảm biến nhiệt độ gởi tín hiệu đến ECU để hiệu chỉnh tăng lượng nhiín liệu phun, cho đến khi nhiệt độ đạt đến nhiệt độ đê được xâc định trước (60o).
• Sự lăm giău đầy tải:
Khi động cơ hoạt động ở chế độ đầy tải, lượng nhiín liệu phun văo tăng lín tùy theo tải để đảm bảo sự vận hănh của động cơ. Tùy theo loại động cơ mă tín hiệu đầy tải được lây từ góc mở của bướm ga (loại tuyến tính) hay thể tích khí nạp. Sự lăm giău năy có thể tăng 10-30% tổng lượng nhiín lieu.
• Sự hiệu chỉnh tỉ lệ hòa khí trong quâ trình thay đổi tốc độ:
Quâ trình năy thay đổi tốc độ ở đđy có nghĩa lă lúc động cơ tăng hoặc giảm tốc. Trong suốt quâ trình thay đổi, lượng nhiín liệu phun văo phải được tăng hay giảm đểm đảm bảo sự vận hănh chính xâc của động cơ.
• Sự hiệu chỉnh khi tăng tốc:
Khi ECU nhận ra sự tăng tốc của động cơ dựa tín hiệu từ cảm biến bướm ga, lượng nhiín liệu phun được tăng lín để cải thiện sự hoạt động tăng tốc của động cơ.
• Sự hiệu chỉnh khi giảm tốc:
Khi ECU nhận ra sự giảm tốc, nó giảm lượng nhiín liệu phun văo khi cần thiết để ngăn ngừa hỗn hợp quâ đậm trong suốt quâ trình giảm tốc.
• Sự cắt nhiín liệu:
Cắt nhiín liệu khi giảm tốc: Trong suốt quâ trình giảm tốc độ nếu bướm ga đóng hoăn toăn, ECU ngắt kim phun để cải thiện tính kinh tế nhiín liệu vă giảm đâng kể lượng khí thải. Khi tốc độ động cơ giảm xuống dưới một tốc độ ấn định hoặc cânh bướm ga mở, nhiín liệu được phun trở lại. Tốc độ động cơ ngắt nhiín liệu vă tốc độ động cơ khi phun nhiín liệu trở lại sẽ cao hơn khi nhiệt độ nước lăm mât thấp như trín đồ thị:
Hình 3.39: Đồ thị biểu diễn sự cắt nhiín liệu
• Cắt nhiín liệu tại tốc độ động cơ cao:
Để ngăn ngừa động cơ vượt tốc, kim phun sẽ ngừng phun nếu tốc độ động cơ tăng lín trín mức giới hạn. Sụ phun nhiín liệu được phục hồi khi tốc độ động cơ giảm xuống dưới giới hạn.
• Sự hiệu chỉnh theo điện âp ắc qui:
Hình 3.40: Hiệu chỉnh lượng phun theo điện âp
Có một sự trì hoên giữa thời gian mă ECU gởi tín hiệu đến kim phun vă thời gian phu thực tí. Sự trì hoên căng dăi thì thời gian mở của kim phun căng ngắn so với lượng đê tính toân trong ECU vă lượng nhiín liệu phu bị giảm đi một ít, không đủ đâp ứng chế độ tỉa củ động cơ. Do đó, cần phải có sự hiệu chỉnh thời gian nhấc kim theo điện âp.
Trong khi hiệu chỉnh theo điện âp, ECU bù trừ cho sự trì hoên năy bằng câch Phun trở lại
n (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2000
Thấp to nước lăm mât Cao Cắt nhiín liệu
K
1.0
Low 14V Hight Điện âp ECU
kĩo dăi thời gian tín hiệu mở kim phun thím một đoạn tùy theo độ dăi của đoạn trì hoên.
3.4.3. Điều khiển chế độ không tỉa (cầm chừng) vă kiểm soât khí thải
Để điều chỉnh tốc độ cầm chừng, người ta cho thím một lượng gió đi tắt qua cânh bướm ga văo động cơ nhằm tăng lượng hỗn hợp để giữ tốc độ cầm chừng khi động cơ hoạt động ở câc chế độ tải khâc nhau. Lượng gió đi tắt năy được kiểm soât bởi một van điện gọi lă van điều khiển cầm chừng. Đôi khi biện phâp mở them cânh bướm ga cũng được sử dụng.
• Chế độ khởi động
Khi động cơ ngừng hoạt động, tức không có tín hiệu tốc độ động cơ gởi đến ECU thì van điều khiển mở hoăn toăn, giúp động cơ khởi động lại dể dăng.
• Nhờ thiết lập trạng thâi khởi động ban đầu, việc khởi động dễ dăng vă lượng gió phụ văo nhiều hơn. Tuy nhiín khi động cơ đê nổ (tốc độ tăng) nếu van vẫn mở lớn hoăn toăn thì tốc độ động cơ sẻ tăng quâ cao. Vì vậy, khi động cơ đạt được một tốc độ nhất đinh (phụ thuộc văo nhiệt độ nước lăm mât), ECU gởi tín hiệu đến van điều khiển cầm chừng để đóng từ vị trí mở hoăn toăn đến vị trí được ấn định theo nhiệt độ nước lăm mât.
Hình 3.41: Điều khiển cầm chừng ở chế độ sau khởi động
Ví dụ động cơ khởi động khi nhiệt độ nước lă mât ở 20oC thì van điều khiển sẽ đóng dần từ vị trí mở hoăn toăn A đến điểm B để đạt tốc độ ấn định:
• Chế độ hđm nóng
Khi nhiệt độ động cơ tăng lín van điều khiển tiếp tục đóng từ B →C cho đến khi nhiệt độ nước lăm mât đạt ở 80oC.
B A to nước %độ mở 100%
Hình 3.42: Điều khiển cầm chừng ở chế độ hđm nóng
• Chế độ mây lạnh
Khi động cơ đang hoạt động, nếu ta bật điều hòa nhiệt độ, do tải của mây nĩn lớn sẽ lăm tốc độ cầm chừng động cơ tụt xuống. Nếu sự chính lệch tốc độ thật sự của động cơ vă tốc độ ổn định của bộ nhớ lớn hơn 20v/p thì ECU sẽ gởi tín hiệu đến van điều khiển để tăng lượng khí thím văo qua đường bypass nhằm mục đích tăng tốc độ động cơ khoảng 100v/p. Ở những xe có trang bị ly hợp mây lạnh điều khiển bằng ECU , khi bật công tắc mây lanh ECU sẽ gởi tín hiệu tới van điều khiển trước để tăng tốc độ cầm chừng sau đó đến ly hợp mây nĩn để trânh tình trạng động cơ đang chạy bị khựng đột ngột.
• Theo tải mây phât
Khi bật câc phụ tải điện công suất lớn trín xe, tải động cơ sẽ tăng do lực cản của mây phât lớn. Để tốc độ cầm chừng ổn định trong trường hợp năy, ECU sẽ bù thím nếu thấy tải của mây phât tăng.
• Tín hiệu từ hộp số tự động
Khi tay số ở vị trí “R”, “P” hoặc “D”, một tín hiệu điện âp được gửi về ECU để điều khiển mở van cho một lượng khí phụ văo lăm tăng tốc độ cầm chừng.
3.5. Hệ thống tự chuẩn đoân
3.5.1. Tổng quan về hệ thống tự chuẩn đoân
Những ECU trín tất cả câc loại động cơ ngăy nay đều có hệ thống tự chuẩn đoân để kiểm tra hầu hết câc mạch tín hiệu văo vủa hệ thống điều khiển động cơ. Khi ECU
C 80o B A 20o to nước %độ mở 100%
phât hiện lỗi, nó điều khiển đỉn kiểm tra sang để cảnh bâo lâi xe biết được hệ thống đang bị lỗi. Đồng thời ECU sẽ lưu mê lỗi đó văo trong bộ nhớ để người sửa chữa có thể xâc định được mê lỗi để tiến hănh sửa chữa.
Nếu câc lỗi mạch điện khâc xảy ra thì đỉn sẽ tắt. Tuy nhiín mê lỗi sẽ được lưu lại trong bộ nhớ của ECU ngay cả khi công tắt mây OFF. Đối với hầu hết câc loại động cơ, để đọc lỗi từ bộ nhớ có thể thực hiện bằng câch nối cực T (hoặc TE1) vă E1 với nhau vă có thể đếm số lần chớp của đỉn kiểm tra.
Sauk hi sửa chữa chúng ta phải xóa câc mê lỗi trong bộ nhớ của ECU bằng câch ngắt điện đến cực BATT của ECU . (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.5.2. Nguyín lý phât hiện lỗi
Hệ thống phât hiện lỗi ECU lă chương trình nhận những giâ trị tín hiệu cảm biến so sânh với giới hạn cho phĩp, nếu nằm trong giới hạn năy thì hệ thống bình thường, ngược lại nếu nằm ngoăi giới hạn năy thì hệ thống bị lỗi. Giới hạn tín hiệu bình thường dùng đễ xâc định lỗi hầu hết câc cảm biến theo giới hạn hoạt động của tín hiệu cảm biến. Ngay khi tín hiệu cảm biến nằm trong giới hạn năy thì ECU cho biết hệ thống bình thường. Với nguyín lý trín, khi cảm biến phât ra một tín hiệu năy không đúng với điều kiện hoạt động thực tế thì ECU cũng không thể phât hiện được.
Hình 3.43: Nguyín lý phât hiện lỗi của cảm biến nhiệt độ động cơ
-60o F Khoảng hoạt động bất thường Khoảng hoạt động bất thường B Khoảng hoạt động bình thường Nhiệt độ ( oF) 5 4.8 4 3 2 1 0.1 0 A 280o F Điện âp THW(V)
Hình trín biểu diễn giới hạn phât hiện lỗi thông số của tín hiệu THW. Điểm A lă nhiệt độ hoạt động bình thường vă nằm trong vùng giới hạn bình thường. Điểm B hiển thị điểm đông đặc của nước vă cũng lă giới hạn bình thường. Nếu động cơ đang hoạt động ở nhiệt độ bình thường nhưng tín hiệu THW gởi đến ECU lă nhiệt độ đông đặc (tại điểm B), động cơ sẻ hoạt động với hỗn hợp rất giău vă có thể không khởi động