2.3.1 Mô tả hệ thống phun xăng điện tử (PGM – FI).
• Sơ đồ khối.
Hệ thống phun xăng điện tử (PGM-FI – Programmed Fuel Injection) chia làm 3 nhóm chính: Các cảm biến (Đưa tín hiệu vào), ECM động cơ (Bộ xử lý trung tâm) và các cơ cấu chấp hành (Tín hiệu ra).
Các cảm biến và cơ cấu chấp hành tạo nền tảng cho hệ thống phun xăng điện tử, sự điều khiển đó được mô tả như sau:
ECM nhận tín hiệu từ các cảm biến đặt trên động cơ để biết chế độ hoạt động của động cơ. Sau đó đưa tín hiệu điện áp đến điều khiển các cơ cấu chấp hành và nhận tín hiệu phản hồi từ các cơ cấu chấp hành.
Nguyên lý điều khiển chung của hệ thống.
Hình 2.18: Nguyên lý điều khiển chung
17
2.3.2 Cấu tạo và sơ đồ hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử.
❖ Vị trí các bộ phận hệ thống phun xăng điện tử.
Hình 2.20: Vị trí các bộ phận của hệ thống PGM-FI xe Future Neo FI
18
Hình 2.22: Vị trí các bộ phận hệ thống PGM – FI (Air Blade)
2.3.3.Sơ đồ hệ thống và sơ đồ mạch điện
Bảng 2.3: Bảng chú thích các bộ phận trên sơ đồ mạch PGM – FI (Future Neo FI)
(1)Công tắc máy (2)Cầu chì nhánh (15A) (3)Cầu chì phụ (10A) (4)Bình điện (5)Tiết chế / Chỉnh lưu (6)Đồng hồ báo xăng (7)Đèn báo sự cố (8)Đèn báo vị trí số Neutral (9)Cảm biến góc
(10)Đầu nối dữ liệu (DLC) (11)Bơm xăng
(12)Cuộn đánh lửa
(13)Cảm biến nhiệt độ khí nạp (IAT) (14)Cảm biến vị trí bướm ga (TP)
(15)Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP) (16)Kim phun
(17)Bugi
(18)Công tắc vị trí số (19)Cuộn phát xung
(20)Cảm biến nhiệt độ dầu động cơ (21)Cuộn sạc
19
20
21
22
2.4 Đặc trưng kỹ thuật
2.4.1 So sánh giữa bộ chế hòa khí và hệ thống PGM – FI.
➢ Sự vận hành cơ bản từ tốc độ cầm chừng đến tốc độ cao.
• Sự vận hành cơ bản.
Bộ chế hòa khí và hệ thống PGM-FI điều khiển công suất của động cơ bằng cách điều chỉnh hổn hợp xăng – không khí được đưa vào trong động cơ bằng cách đóng/mở bướm ga. Cả hai loại được thiết kế để cung cấp tỉ lệ không khí – nhiên liệu phụ thuộc vào thể tích không khí đi vào.
• Sự vận hành cơ bản của bộ chế hòa khí
Ở tốc độ cầm chừng và tốc độ thấp, bướm ga mở ra một khoảng nhỏ, nhiên liệu được kéo xuống từ gic lơ cầm chừng và gic lơ tốc độ thấp dưới dạng sương và được hòa trộn với dòng khí đi vào. Hổn hợp được đưa đến động cơ.
Trong khoảng từ tốc độ thấp đến trung bình, độ chân không tăng lên tương ứng với vị trí bướm ga. Chân không trong ống khuếch tán lớn hơn khi piston đi lên, kéo lượng nhiên liệu lớn hơn từ gic lơ chính và kết hợp với khí nạp. Hỗn hợp nhiên liệu dưới dạng sương từ gic lơ chính/gic lơ tốc độ thấp và không khí được truyền vào trong động cơ.
23
Ở tốc độ cao, piston chân không và bướm ga mở hoàn toàn, kích thước ống khuếch tán là lớn nhất. Bởi vậy lượng nhiên liệu lớn nhất được kéo xuống từ gic lơ chính dưới dạng sương kết hợp với không khí nạp. Hổn hợp được đưa vào trong động cơ.
• Sự vận hành cơ bản của hệ thống PGM – FI
Từ tốc độ cầm chừng đến tốc độ cao, một lượng nhiên liệu được cài đặt trước được phun ra từ kim phun tương ứng với lượng không khí nạp, kim phun được điều khiển bởi ECM và ECM nhận tín hiệu điện áp từ các cảm biến.
Kim phun phun một lượng nhiên liệu chính xác vào trong ống góp nạp, phụ thuộc vào thể tích không khí nạp, bằng cách thêm vào khoảng thời gian phun chính xác (*2) đến khoảng thời gian phun cơ bản(*1).
*1: Khoảng thời gian phun nhiên liệu cơ bản được tính bởi 2 loại bản đồ được lưu trong bộ nhớ ECM mà được tìm bởi số vòng quay động cơ và lượng khí nạp (được tính theo công thức được cài đặt trước mà dùng hiệu điện thế ngỏ ra của cảm biến MAP, IAT, TP để tính.).
*2: khoảng thời gian phun nhiên liệu chính xác được tính toán bởi ECM theo hiệu điện thế ngỏ ra của mỗi cảm biến và điều kiện vận hành của động cơ.
Hình 2.27: Sự vận hành của hệ thống PGM-FI ➢ Sự làm giàu nhiên liệu ở chế độ khởi động lạnh.
Động cơ vận hành trong điều kiện khởi động lạnh. Nhiên liệu không hóa hơi tốt trong động cơ lạnh làm cho tỉ lệ không khí- nhiên liệu nghèo dẫn đến cầm chừng không êm.
24
• Khởi động lạnh với bộ chế hòa khí (Với van nhiệt SE)
Khi động cơ lạnh, tỉ lệ không khí/nhiên liệu chính xác và tốc độ càm chừng nhanh được duy trì bởi van nhiệt SE, nó đưa thêm lượng không khí/nhiên liệu vào qua cổng khởi động, bổ sung cho lượng nhiên liệu phun ra từ gic lơ cầm chừng.
Hình 2.28: Sơ đồ khởi động lạnh với bộ chế hòa khí
• Khởi động lạnh với PGM-FI
Khi động cơ lạnh ECM điều chỉnh lượng nhiên liệu bằng cách kéo dài thời gian mở kim phun tương ứng với tín hiệu điện áp từ cảm biến ECT, trong khi đó ECM điều khiển van IACV để đưa thêm lượng không khí vào để duy trì tốc độ cầm chừng nhanh.
Hình 2.29: Sơ đồ khởi động lạnh với PGM-FI ➢ Sự làm giàu nhiên liệu ở chế độ tăng tốc nhanh
Động cơ vận hành dưới điều kiện tăng tốc nhanh. Khi bướm ga dược mở đột ngột, lượng lớn khí nạp đi vào trong động cơ. Áp suất chân không đường ống nạp nhỏ hơn làm thiếu nhiên liệu và làm cho tỉ lệ không khí – nhiên liệu nghèo, kết quả là công suất động cơ yếu.
25
• Tăng tốc nhanh với bộ chế hòa khí.
Khi bướm ga mở đột ngột, chân không trong xylanh đáp ứng chậm, làm cho chân không trong ống khuếch tán lớn, kết quả là có nhiều nhiên liệu được hút ra khỏi gic lơ chính. Sự cung cấp thêm nhiên liệu này tạo ra tỉ lệ không khí – nhiên liệu lý tưởng.
Hình 2.30: Sơ đồ tăng tốc nhanh với bộ chế hòa khí
• Tăng tốc nhanh với PGM-FI
Bướm ga bị mở đột ngột, ECM điều chỉnh lượng nhiên liệu theo điện áp ngỏ ra của cảm biến TP, phụ thuộc vào điều kiện hoạt động của động cơ, kim phun được mở lâu hơn để phun nhiều nhiên liệu hơn vào trong xylanh, tạo ra tỉ lệ lý tưởng.
Hình 2.31: Sơ đồ tăng tốc nhanh với PGM-FI ➢ Cắt nhiên liệu khi phanh bằng động cơ.
Động cơ vận hành dưới điều kiện phanh bằng động cơ. Khi bướm ga đóng và phanh bằng động cơ được sử dụng, động cơ thiếu không khí nạp. Kết quả là sự mất lửa xảy ra, hổn hợp không cháy được thải ra ngoài không khí.
26
Khi bướm ga đóng hoàn toàn và phanh bằng động cơ được sử dụng, áp suất chân không trong đường ống nạp tăng lên. Vì khối lượng không khí nhẹ hơn nhiên liệu nên nhiều không khí được hút vào trong ống nạp và tỉ lệ nhiên liệu – không khí không đúng, kết quả là bỏ lửa.
Van cắt không khí bằng cách đóng mạch không khí cầm chừng/tốc độ thấp để ngăn mất lửa, kết quả là hổn hợp không cháy hết thải ra ngoài không khí.
Hình 2.32: Sơ đồ giảm tốc với bộ chế hòa khí
• Giảm tốc độ với PGM-FI
Khi bướm ga đóng và phanh động cơ được sử dụng, ECM phát hiện bướm ga đóng hoàn toàn theo tín hiệu cảm biến TP và cảm biến CKP. ECM cắt nguồn nhiên liệu đến xylanh bằng cách đặt thời gian phun nhiên liệu về không, ngăn nhiên liệu chưa cháy hết thải ra ngoài không khí để tránh tiêu hao nhiên liệu.
27
Hình 2.33: Sơ đồ giảm tốc với PGM-FI
❖ Điều khiển khoảng thời gian phun nhiên liệu.(**)
Khoảng thời gian phun nhiên liệu cơ bản được tính theo tốc độ động cơ và lượng không khí nạp, mà nó được đo bởi điện áp ngỏ ra của cảm biến TP, MAP, CKP.
Nó sử dụng hai loại bản đồ chương trình của hệ thống để điều chỉnh khoảng thời gian phun nhiên liệu:loại “SPEED-DENSITY MAP”được sử dụng cho độ mở bướm ga nhỏ/áp suất chân không trong đường ống nạp lớn, loại “SPEED-THROTTLE MAP” được sử dụng cho độ mở bướm ga lớn/áp suất chân không đường ống nạp nhỏ.
“Bản Đồ”: chương trình tính toán khoảng thời gian phun nhiên liệu phụ thuộc vào 2 yếu tố (Tốc độ động cơ và Áp suất chân không trong đường ống nạp hay Độ mở bướm ga), minh họa trên ba chiều ở hình bên dưới.
Bản đồ chương trình của hệ thống được điều chỉnh cho động cơ, hệ thống nạp và thải mà được kết hợp với xe máy. Việc thay thế bất kỳ bộ phận nào của động cơ, hệ thống nạp và thải bằng bất kỳ bộ phận nào không được thiết kế cho loại xe máy này sẽ gây lỗi.
➢ Độ mở bướm ga nhỏ áp suất chân không trong đường ống nạp cao.
Thời gian phun cơ bản được tính bởi bản đồ “SPEED – DENSITY” mà áp suất chân không trong đường ống nạp được nhận biết bởi cảm biến MAP và tốc độ động cơ được nhận biết bởi cảm biến CKP.
28
Hình 2.34: Đường đặc tính độ mở bướm ga (nhỏ)
➢ Độ mở bướm ga lớn/áp suất chân không trong đường ống nạp nhỏ
Khoảng thời gian phun cơ bản được tính bởi bản đồ “SPEED – THROTTLE” mà vị trí cánh bướm ga được phát hiện bởi cảm biến TP và tốc độ động cơ được phát hiện bởi cảm biến CKP.
Hình 2.35: Đường đặc tính độ mở bướm ga (lớn) ❖ Điều khiển thời điểm và thời gian phun.
➢ ECU
ECU bao gồm CPU (Central Processing Unit), Bộ nhớ (ROM) và phần I/O (Input/Output). Tín hiệu từ mỗi cảm biến được gửi đến phần thu dữ liệu và sau đó gửi
29
đến CPU. Dựa trên thông tin vừa nhận được, CPU tính toán lượng nhiên liệu cần thiết bằng cách sử dụng những bản đồ chương trình theo những điều kiện vận hành khác nhau của động cơ. Sau đó tín hiệu vận hành của kim phun được gửi đến phần xuất dữ liệu đến kim phun. Có 8 loại bản đồ chương trình độc lập được lưu trong bộ nhớ.
Tám loại bản đồ này được thiết kế để điều chỉnh cho sự khác nhau của hệ thống nạp/thải và làm mát.
Tải nhẹ: Khi động cơ vận hành ở tải nhẹ, lượng nhiên liệu được phun vào được xác định dựa trên áp suất khí nạp và tốc độ động cơ.
Tải nặng: Khi động cơ vận hành dưới chế độ tải nặng, lượng nhiên liệu được phun vào được xác định dựa trên độ mở bướm ga và tốc độ động cơ.
Hình 2.36: Bản đồ thời gian phun theo từng chế độ
➢ Thời gian phun (Lượng phun)
Những nhân tố xác định thời gian phun bao gồm thời gian phun cơ bản được tính toán dựa trên áp suất khí nạp, tốc độ động cơ và độ mở bướm ga và những sự điều chỉnh khác mà được xác định theo những tín hiệu từ những cảm biến khác nhau để xác định điều kiện vận hành của động cơ.
30
Hình 2.37: Những nhân tố xác định thời gian phun
➢ Sự bù trừ thời gian phun (Lượng phun)
Theo những tín hiệu khác nhau từ những cảm biến tương ứng để điều chỉnh thời gian phun.
Cảm biến Diễn tả
Tín hiệu cảm biến áp suất khí trời Khi áp suất khí trời thấp, cảm biến gửi tín
hiệu đến ECM để giảm thời gian phun Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát
động cơ
Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, thời gian phun được tăng lên
Tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp Khi nhiệt độ khí nạp thấp, thời gian phun được tăng lên
Tín hiệu điện áp bình ECM vận hành dựa trên điện áp bình và ở
31
áp để điều chỉnh thời gian phun. Thời gian phun lâu hơn khi điện áp thấp
Tín hiệu tốc độ động cơ Ở tốc độ cao, thời gian phun được tăng lên.
Đây là sự điều chỉnh của SRAD
Tín hiệu khởi động Khi động cơ khởi động, nhiên liệu được
phun thêm vào trong quá trình khởi động động cơ
Tín hiệu tăng tốc / Tín hiệu giảm tốc Trong quá trình tăng tốc, thời gian phun được tăng lên, tương ứng với độ mở bướm ga và tốc độ động cơ. Trong quá trình giảm tốc, sự phun nhiên liệu bị ngắt. Nhiên liệu được phun trở lại sau khi bướm ga mở lại
Điều khiển ngắt phun.
Tín hiệu Diễn tả
Tín hiệu cảm biến nghiêng Khi xe bị nghiêng, cảm biến nghiêng gửi
tín hiệu đến ECM. Đây là tín hiệu ngắt dòng cấp đến bơm xăng, kim phun và bobin
Tín hiệu tốc độ giới hạn Kim phun ngừng hoạt động khi tốc độ động
cơ tiến đến tốc độ giới hạn
➢ Thời điểm phun
Hệ thống sử dụng hệ thống phun độc lập cho 4 xylanh, sử dụng cảm biến vị trí trục khuỷu để xác định vị trí piston (Thời điểm phun và Thời điểm đánh lửa) và cảm biến vị trí trục cam để xác định xylanh trong quá trình hoạt động, và những thông tin này được gửi đến ECM. Điều này làm cho nó có thể phun lượng nhiên liệu tối ưu ở thời điểm tốt nhất theo những điều kiện vận hành của động cơ.
32
Khi trục khuỷu bắt đầu quay ở thời điểm khởi động, ECM gửi tín hiệu đến 4 kim phun #1, #2, #3 và #4 để chúng phun đồng thời. Từ vòng quay thứ 2, sự phun như hình vẽ dưới:
Hình 2.38: Sơ đồ thể hiện thời điểm phun
2.4.2. Vai trò của mỗi cảm biến
Mỗi cảm biến cung cấp thông tin cho ECM bằng cách chuyển những thông tin vật lý như nhiệt độ và áp suất thnahf tín hiệu điện.
➢ Cảm biến
Có hai loại ngõ ra của cảm biến: một loại chuyển sự thay đổi điện áp thành sự thay đổi điện áp, một loại khác cung cấp điện áp hay cường độ dòng điện của chính nó.
• Hiệu điện thế ngỏ ra của cảm biến
Minh họa ở sơ đồ bên dưới, hai điện trở chia điện áp nguồn thành khi nối với nguồn trong dãy.Khi điện trở A và B có cùng giá trị điện trở, điện áp nguồn sẻ được chia thành phần bằng nhau. Khi một trong số chúng có giá trị điện trở lớn hơn cái kia thì chúng có điện áp rơi lớn hơn.Cảm biến ECT và cảm biến IAT sử dụng nguyên lý này. ECM nhận được thông tin thay đổi vật lý (thay đổi của nhiệt độ, áp suất…) bằng sự thay đổi điện áp bằng cách đọc nó ở 2 đầu của điện trở B (điện trở A: điện trở cố định, điện trở B: biến trở mà nó phản ứng với sự thay đổi vật lý).
33
Ví dụ: điện áp nguồn là 5V, giá trị điện trở A là 1.5kΩ, giá trị điện trở B là 2.5kΩ, điện áp đo được ở điểm C là 3.125V như hình bên dưới. Nếu điện trở B là 0.1kΩ thì giá trị điện áp đo được ở C là 0.3125V.
Hình 2.39: Mạch cảm biến ECT và IAT
34
❖ Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP - Crankcase Position)
Cảm biến CKP xác định tốc độ động cơ và góc của trục khuỷu.
Cảm biến CKP bao gồm những từ trở trên bánh đà (9 mấu) và bộ cảm biến được cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu và cuộn dây.
Khi từ trở cắt ngang cảm biến CKP khi trục khuỷu quay, làm thay đổi đường từ thông trong cuộn dây. Cảm biến CKP nhận biết sự thay đổi này bằng cách chuyển đổi chúng thành sự thay đổi điện áp và gởi xung điện áp đến ECM (9 xung trên một vòng quay).
Hình 2.41: Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu (dòng xe Honda) ECM nhận tín hiệu từ cảm biến và gởi tín hiệu đến điều khiển như sau:
- Xác định thời điểm phun nhiên liệu.
- Xác định khoảng thời gian phun cơ bản (với cảm biến TP và cảm biến MAP).
- Cắt đường cung cấp nhiên liệu khi giảm tốc (Cảm biến TP).
- Xác định thời điểm đánh lửa.
❖ Cảm biến vị trí bướm ga. (TP - Throttle Position)
Cảm biến vị trí cánh bướm ga được lắp đồng trục với cánh bướm ga. Cảm biến này chuyển góc mở bướm ga thành tín hiệu điện áp và gửi về ECM.
Khi cánh bướm ga thay đổi, cảm biến sẻ đưa tín hiệu điện áp về ECM, ECM sẽ