Bộ điều khiển điện tử ECU là tổ hợp vi mạch và các bộ phận dùng để nhận biết các tín hiệu từ các cảm biến, lưu trữ các thông tin, tính toán và đưa ra các thông tin xử lí đến các cơ cấu chấp hành. Chính vì vậy mà động cơ luôn đảm bảo được về mặt công suất, tính kinh tế về nhiên liệu, độ nhạy và hoạt động ổn định trong các điều kiện làm việc. Đặc biệt ECU còn có chức năng chẩn đoán nên giúp cho thợ sửa chữa xác định một cách nhanh chóng và chính xác các hư hỏng hoặc vùng hư hỏng trên động cơ cũng như trên ôtô do đó rút ngắn được thời gian chẩn đoán và sửa chữa.
Bên trong ECU các linh kiện điện tử được sắp xếp và bố trí trong mạch in, các linh kiện bán dẫn như các Transistor được sắp xếp ở tầng dưới và gắn trên các thanh kim loại để giải nhiệt tốt. Bên ngoài ECU có trang bị các đầu nối (giắc cắm) để giao tiếp với các cảm biến và các bộ phận khác của động cơ.
3.4.5 Bộ nhớ tín hiệu vào.
Các tín hiệu của các cảm biến sau khi qua bộ xử lí tín hiệu được chuyển vào bộ nhớ của ECU. Bộ nhớ của ECU bao gồm:
Bộ nhớ ROM: Bộ nhớ này dùng để lưu trữ các thông tin thường trực như các thông số của động cơ gồm dung tích xylanh, tỉ số nén. . . và các thông số dùng để kiểm tra. Bộ nhớ này chỉ đọc chứ không thể sửa đổi các thông tin trên đó, các thông tin được cài đặt từ trước và không bị mất đi khi tắt máy hoặc mất nguồn điện.
Bộ nhớ RAM: Đây là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, dùng để lưu các thông tin mới trong bộ nhớ. Các thông tin lưu trữ trong RAM gồm: Các dữ liệu về tình trạng hoạt động hiện tại của động cơ, các thông tin hoặc hệ thống cần thiết mà bộ xử lí máy tính ghi tạm thời khi khởi động. Khi động cơ ngừng hoạt động thì các thông tin trong bộ nhớ RAM này cũng bị mất.
Bộ nhớ PROM: Cấu trúc cơ bản thì giống như bộ nhớ ROM nhưng các dữ liệu mới được nạp ở nơi sử dụng chứ không phải ở nơi sản xuất.
Bộ nhớ KAM: Bộ nhớ này dùng để lưu trữ các thông tin mới (thông tin tạm thời). Bộ nhớ KAM vẫn được duy trì lưu trữ các thông tin khi động cơ đã tắt hoặc tắt khoá điện.
Để đảm bảo được vấn đề này một phần của bộ nhớ được cấp nguồn điện độc lập từ Accu nên những thông tin được cập nhật trong vùng nhớ này theo yêu cầu của bộ vi xử lý không bị mất đi khi tắt khoá điện.
Thông tin lưu trữ trong vùng nhớ này gọi là thông tin hiệu chỉnh ví dụ như các thông tin về tình trạng hư hỏng mà bộ xử lý phát hiện khi động cơ đang hoạt động.
3.4.5.1 Bộ xử lí trung tâm (Bộ vi xử lí).
Hình 3.19: Sơ đồ khối của các hệ thống trong máy tính với microprocessor
Bộ vi xử lí có nhiệm vụ nhập các thông tin dữ liệu mới sau đó lưu và so sánh với các thông tin được lưu trong bộ nhớ đầu vào sau đó mới xuất các thông tin này đến bộ nhớ tín hiệu ra. Bộ vi xử lí hoạt động tương tự như một máy tính
BỘ VI XỬ LÝ
điện tử thông qua các chương trình đã được thiết lập từ trước do đó không cần người điều khiển.
3.4.5.2 Đường truyền sử dụng mạng CAN.
Chuyển các lệnh và số liệu trong máy theo hai chiều. ECU với những thành phần nêu trên có thể tồn tại dưới dạng IC hoặc nhiều IC, ngoài ra ngưới ta còn phân loại theo độ dài từ các RAM.
3.4.6 Các cơ cấu chấp hành.
3.4.6.1 Bobin
Bô bin tạo ra điện áp cao đủ để phóng tia hồ quang giữa hai điện cực của bugi. Các cuộn sơ cấp và thứ cấp được quấn quanh lõi. Số vòng của cuộn thứ cấp lớn hơn cuộn sơ cấp nhiều lần tùy theo động cơ . Một đầu của cuộn sơ cấp được nối với IC đánh lửa, còn một đầu của cuộn thứ cấp được nối với bugi. Các đầu còn lại của các cuộn được nối với accu.
Hình 3.20: Hoạt động của boobin đánh lửa
3.4.6.2 IC đánh lửa
IC đánh lửa thực hiện một cách chính xác sự ngắt dòng sơ cấp đi vào bô bin theo tín hiệu đánh lửa (IGT) do ECU động cơ phát ra. Khi tín hiệu IGT
chuyển từ ngắt sang dẫn, IC đánh lửa bắt đầu cho dòng điện vào cuộn sơ cấp. Sau đó, IC đánh lửa truyền một tín hiệu khẳng định (IGF) cho ECU phù hợp với cường độ của dòng sơ cấp. Tín hiệu khẳng định (IGF) được phát ra khi dòng sơ cấp đạt đến một trị số đã được ấn định IF1. Khi dòng sơ cấp vượt quá trị số qui định IF2 thì hệ thống sẽ xác định rằng lượng dòng cần thiết đã chạy qua và cho phát tín hiệu IGF để trở về điện thế ban đầu. (Dạng sóng của tín hiệu IGF thay đổi theo từng kiểu động cơ). Nếu ECU không nhận được tín hiệu IGF, nó sẽ quyết định rằng đã có sai sót trong hệ thống đánh lửa. Để ngăn ngừa sự quá nhiệt, ECU sẽ cho ngừng phun nhiên liệu và lưu giữ sự sai sót này trong chức năng chẩn đoán. Tuy nhiên, ECU động cơ không thể phát hiện các sai sót trong mạch thứ cấp vì nó chỉ kiểm soát mạch sơ cấp để nhận tín hiệu IGF.
Trong một số kiểu động cơ, tín hiệu IGF được xác định thông qua điện thế sơ cấp
Điều khiển dòng không đổi
Khi dòng sơ cấp đạt đến một trị số đã định, IC đánh lửa sẽ khống chế cường độ cực đại bằng cách điều chỉnh dòng.
.
Hình 3.22: Các điều khiển của IC đánh lửa
Điều khiển góc đóng tiếp điểm
Để điều chỉnh quãng thời gian (góc đóng) tồn tại của dòng sơ cấp; thời gian này cần phải giảm xuống khi tốc độ của động cơ tăng lên (trong một số kiểu động cơ gần đây, chức năng kiểm soát này được thực hiện thông qua tín hiệu IGT). Khi tín hiệu IGT chuyển từ dẫn sang ngắt, IC đánh lửa sẽ ngắt dòng sơ cấp. Vào thời điểm dòng sơ cấp bị ngắt, điện thế hàng trăm vôn được tạo ra trong cuộn sơ cấp và hàng chục ngàn vôn được tạo ra trong cuộn thứ cấp, làm cho bugi phóng tia lửa
3.4.6.3 Bugi đánh lửa
Điện thế cao trong cuộn thứ cấp làm phát sinh ra tia lửa giữa điện cực trung tâm và điện cực nối mát của bugi để đốt cháy hỗn hợp hòa khí đã được nén trong xy lanh.
Hình 3.23: Bugi
Cơ cấu đánh lửa
Sự nổ của hỗn hợp hòa khí do tia lửa từ bugi được gọi chung là sự bốc cháy. Tuy nhiên, sự bốc cháy không phải xảy ra tức khắc, mà diễn ra như sau: Tia lửa xuyên qua hỗn hợp hòa khí từ điện cực trung tâm đến điện cực nối mát. Kết quả là phần hỗn hợp hòa khí dọc theo tia lửa bị kích hoạt, phản ứng hoá học (oxy hoá) xảy ra, và sản sinh ra nhiệt để hình thành “nhân ngọn lửa”. Nhân ngọn lửa này lại kích hoạt hỗn hợp hòa khí bao quanh, và phần hỗn hợp này lại kích hoạt chung quanh nó. Cứ như thế nhiệt của nhân ngọn lửa được mở rộng ra trong một quá trình lan truyền ngọn lửa để đốt cháy hỗn hợp hòa khí. Nếu nhiệt độ của các điện cực quá thấp hoặc khe hở giữa các điện cực quá nhỏ, các điện cực sẽ hấp thụ nhiệt toả ra từ tia lửa. Kết quả là nhân ngọn lửa bị tắt và động cơ không nổ. Hiện tượng này được gọi là sự dập tắt điện cực. Nếu hiệu ứng dập tắt điện cực này lớn thì nhân ngọn lửa sẽ bị tắt.
Hình 3.24: Cơ cấu đánh lửa
Đặc tính đánh lửa
Các yếu tố sau đây có ảnh hưởng đến hiệu quả đánh lửa của bugi: Hình dáng điện cực và đặc tính phóng điện
Các điện cực tròn khó phóng điện, trong khi đó các điện cực vuông hoặc nhọn lại dễ phóng điện. Qua quá trình sử dụng lâu dài, các điện cực bị làm tròn dần và trở nên khó đánh lửa. Vì vậy, cần phải thay thế bugi. Các bugi có điện cực mảnh và nhọn thì phóng điện dễ hơn. Tuy nhiên, những điện cực như thế sẽ chóng mòn và tuổi thọ của bugi sẽ ngắn hơn. Vì thế, một số bugi có các điện cực được hàn đắp platin hoặc iridium để chống mòn. Chúng được gọi là các bugi có cực platin hoặc iridium.
Khoảng thời gian thay thế bugi: Kiểu bugi thông thường: sau 10.000 đến 60.000 km Kiểu có điện cực platin hoặc iridium: sau 100.000 đến 240.000 km. Khoảng thời gian thay bugi có thể thay đổi tuỳ theo kiểu xe, đặc tính động cơ, và nước sử dụng.
Khe hở điện cực và điện áp yêu cầu
Khi bugi bị ăn mòn thì khe hở giữa các điện cực tăng lên, và động cơ có thể bỏ máy. Khi khe hở giữa cực trung tâm và cực nối mát tăng lên, sự phóng tia lửa giữa các điện cực trở nên khó khăn. Do đó, cần có một điện áp lớn hơn để phóng tia lửa. Vì vậy cần phải định kỳ điều chỉnh khe hở điện cực hoặc thay thế bugi.
Nếu có thể cung cấp đủ điện áp cần thiết cho dù khe hở điện cực tăng lên thì bugi sẽ tạo ra tia lửa mạnh, mồi lửa tốt hơn. Vì thế, trên thị trường có những bugi có khe hở rộng đến 1,1 mm.
Các bugi có điện cực platin hoặc iridium không cần điều chỉnh khe hở vì chúng không bị mòn (chỉ cần thay thế)
Nhiệt độ tự làm sạch
Khi bugi đạt đến một nhiệt độ nhất định, nó đốt cháy hết các muội than đọng trên khu vực đánh lửa, giữ cho khu vực này luôn sạch. Nhiệt độ này được gọi là nhiệt độ tự làm sạch. Tác dụng tự làm sạch của bugi xảy ra khi nhiệt độ của điện cực vượt quá 4500C. Nếu các điện cực chưa đạt đến nhiệt độ tự làm sạch này thì muội than sẽ tích luỹ trong khu vực đánh lửa của bugi. Hiện tượng này có thể làm cho bugi không đánh lửa được tốt.
Hình 3.26: Nhiệt độ tự làm sạch và tự bén lửa
Nhiệt độ tự bén lửa
Nếu bản thân bugi trở thành nguồn nhiệt và đốt cháy hỗn hợp hòa khí mà không cần đánh lửa, thì hiện tượng này được gọi là “nhiệt độ tự bén lửa”. Hiện tượng tự bén lửa xảy ra khi nhiệt độ của điện cực vượt quá 9500 C. Nếu nó xuất hiện, công suất của động cơ sẽ giảm sút vì thời điểm đánh lửa không đúng, và các điện cực hoặc piston có thể bị chảy từng phần.
Kết luận:
Thông qua chương 3 em đã nêu ra sơ đồ nguyên lý của hệ thống đánh lửa trực tiếp, nguyên lý hoạt động. Cấu tạo các bộ phận của hệ thống đánh lửa: các cảm biến tạo tín hiệu ngõ vào, bộ điều khiển ECU và các cơ cấu chấp hành.
CHƯƠNG 4: NHỮNG HƯ HỎNG, NGUYÊN NHÂN, BIỆN PHÁP SỬA CHỮA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA TRÊN XE Ô TÔ.
Các hư hỏng thường gặp và chuẩn đoán.
Chẩn đoán và khắc phục hư hỏng theo tín hiệu đèn check.
Ngoài những chức năng như điều chỉnh góc đánh lửa, thời điểm đánh lửa, điều chỉnh lượng phun nhiên liệu. . . ECU của động cơ còn có khả năng lưu và tự chẩn đoán các hư hỏng trong hệ thống điều khiển điện tử. Khi phát hiện một sự cố hay hư hỏng nào của động cơ thì ECU sẽ ghi lại sự cố đó vào bộ nhớ dưới dạng mã hư hỏng, mã hư hỏng này được lưu lại và không bị xoá khi tắt khoá điện.
Trên động cơ hay trên xe có bố trí đèn "Check Engine" để báo sự cố và các giắc cắm kiểm tra.
Đèn Check Engine được bố trí trên đồng hồ, bên cạnh tay lái. Khi mới bật khoá điện đèn sẽ sáng để báo cho lái xe biết nó vẫn còn hoạt động, khi động cơ quay trên 650 vòng/phút đèn sẽ tự tắt đi. Chức năng của đèn Check Engine:
Tự kiểm tra hoạt động của đèn.
Báo lỗi khi xe gặp sự cố (khi động cơ quay lớn hơn 650 vòng/phút) đèn sẽ tắt khi tình trạng trở lại bình thường.
Chức năng báo mã chẩn đoán: Các mã chẩn đoán được phát ra khi động cơ gặp sự cố, mã được phát theo thứ tự từ nhỏ đến lớn, số lần nháy của đèn bằng với số mã lỗi.
Để xác định nhanh chóng hiệu quả và chính xác nguyên nhân hư hỏng của động cơ ta cần phải thực hiện theo quy trình chẩn đoán sau:
Các yêu cầu trước khi lấy mã chẩn đoán:
Điện thế Acquy cung cấp cho hệ thống tối thiểu là 11 V. Tay số ở vị trí số không.
Tắt các trang thiết bị phụ trên máy.
Bướm ga ở vị trí đóng hoàn toàn (tiếp điểm không tải ngắt). Bật khoá điện ở vị trí ON (không nổ máy).
Trên giắc kiểm tra dùng dụng cụ nối tắt SST để nối tắt cực T (cực kiểm tra) với cực E1 (cực nối đất của ECU). Sau đó đọc số lần nháy của đèn Check Engine.
Nếu động cơ hoạt động bình thường đèn sẽ nháy đều đặn, bật 2 lần và tắt 2 lần trong một giây. Mã tương ứng với chế độ hoạt động bình thường như hình 4.1.
Hình 4.1: Mã kiểm tra ở chế độ bình thường
Nếu hệ thống có sự cố đèn sẽ nháy theo những nhịp khác nhau tương ứng với từng mã đã được quy định.
Đèn sẽ nháy số lần bằng với mã hư hỏng, nó sẽ tắt trong khoảng thời gian như sau:
Thời gian tắt của đèn trong một mã là 1,5 s. Giữa mã thứ nhất và mã tiếp theo là 2,5 s.
Nếu không còn sự cố nào nữa đèn sẽ tắt 4,5 s sau đó lại lặp lại từ đầu các mã đã phát trước đó cho đến khi tháo dụng cụ nối tắt giữa cực T và E1 ra thì đèn sẽ hết nháy.
Nếu có nhiều lỗi xảy ra trong hệ thống đèn sẽ phát ra các mã từ nhỏ đến lớn. Dưới đây là bảng mã chẩn đoán hư hỏng của động cơ
Bảng 4. 1: Ý nghĩa của các mã chẩn đoán
Mã Số lần nháy đèn Hệ thống
Chẩn đoán
(dấu hiệu) Vùng hư hỏng
Bình thường
Phát ra khi
không có mã nào được ghi lại
12 -Tín hiệu góc trục khuỷu G -Tín hiệu tốc độ động cơ NE.
Sau khi khởi động không có tín hiệu đến ECU động cơ. -Hở hay ngắn mạch G và NE -Bộ chia điện -Mạch tín hiệu khởi động -ECU 13 Tín hiệu tốc độ động cơ NE Không có tín hiệu NE đến ECU khi động cơ đã đạt đến 1500 v/p - Hở hay ngắn mạch NE - Cảm biến tốc độ động cơ - ECU 14 Tín hiệu đánh lửa IGF Không có tín hiệu IGF đến ECU - Mạch tín hiệu đánh lửa IGT - Bộ đánh lửa (Igniter) - ECU
15 Mạch xác nhận đánh lửa IGF Không có tín hiệu IGF - Mạch tín hiệu IGF - Bộ đánh lửa (Igniter) - ECU 17 Tín hiệu vị trí trục khuỷu G Không có tín hiệu G đến ECU - Mạch cảm biến tín hiệu G - Cảm biến tín hiệu G - ECU 21 Tín hiệu cảm
biến Oxy (OX) Tín hiệu phát sai
- Mạch cảm biến Oxy - Cảm biến Oxy - ECU 22 Mạch cảm biến nhiệt độ nước Hở hay ngắn mạch nhiệt độ nước làm mát -Mạch cảm biến nhiệt độ nước làm mát -Cảm biến nhiệt độ nước -ECU 24 Tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp Mạch bị hở hoặc bị ngắn mạch tín hiệu nhiệt độ khí nạp - Mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp - Cảm biến nhiệt độ khí nạp - ECU
25 Hư hỏng chức năng làm nhạt tỉ lệ khí– nhiên liệu (Hỗn hợp hoà khí nghèo) Điện áp của cảm biến Oxy nhỏ hơn 0,45 V hay hơn khi cảm biến Oxy đã được sấy nóng
-Bu lông nối đất của động cơ bị lỏng.
-Hở mạch E1
- Hở mạch vòi phun -Áp suất đường nhiên liệu (tắc vòi phun. . . ) -Hở hay ngắn mạch cảm biến Oxy. - Cảm biến Oxy 26 Giàu hỗn hợp hoà khí 27 Cảm biến ôxy thứ hai