II. CÁC HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU DIESEL ĐIỆN TỬ
4. Hệ thống điều khiển và các cảm biến trong hệ thống nhiên liệu Disel
Disel điện tử
4.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển trong hệ thống Diesel điện tử
Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử EFI- Diesel ống phân phối
Trên là sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử EFI- Diesel. Máy tính (ECU- Eletronic Control Unit) sẽ nhận các tín hiệu đầu vào từ các cảm biến và các cơng tắc sau đó các tín hiệu sẽ đƣợc xử lý và máy tính đƣa ra tín hiệu đầu ra đến EDU tới bộ chấp hành. Đồng thời cũng đƣa ra các tín hiệu chẩn đốn độ an tồn hoạt động của các cảm biến và các công tắc.
4.2. Các cảm biến
Các cảm biến cung cấp tín hiệu đầu vào cho bộ xử lý của máy tính.
Sơ đồ khối các cảm biến
Vị trí các cảm biến trong hệ thống nhiên liệu EFI- Diesel:
Cảm biến trong hệ thống nhiên liệu EFI- Diesel với bơm cao áp 1. Cảm biến tốc độ 5. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 2. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 6. Cảm biến áp suất tuabin
3. Cảm biến vị trí bàn đạp ga 7. Cảm biến vị trí trục khuỷu 4. Cảm biến nhiệt độ khí nạp
Các cảm biến trong hệ thống nhiên liệu EFI- Diesel ống phân phối 1. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 6. Cảm biến vị trí trục cam 2. Cảm biến áp suất nhiên liệu 7. Cảm biến nhiệt độ nước
3. Cảm biến lưu lượng khơng khí nạp 8. Cảm biến áp suất tuabin 4. Cảm biến vị trí bàn đạp ga 9. Cảm biến vị trí trục khuỷu 5. Cảm biến nhiệt độ khí nạp
4.2.2. Cấu tạo và hoạt động của các cảm biến a. Cảm biến bàn đạp ga:
Có hai kiểu cảm biến bàn đạp ga:
- Cảm biến vị trí bàn đạp ga, nó tạo thành một cụm cùng với bàn đạp ga. Cảm biến này là loại có một phần tử Hall, nó phát hiện góc mở của bàn bàn đạp ga. Một điện áp tƣơng ứng với góc mở của bàn đạp ga có thể phát hiện đƣợc tại cực tín hiện ra. Tín hiệu VPA đƣợc để xác định góc mở bàn đạp ga thực tế để điều khiển motor điều khiển bƣớm ga và điều khiển lƣợng phun trong một chu kỳ. Tín hiệu VPA2 đƣợc dùng để báo thơng tin về góc mở bàn đạp ga nhằm phát hiện hƣ hỏng.
Hình 49 : Cảm biến vị trí bàn đạp ga
- Cảm biến vị trí bƣớm ga, cảm biến dạng biến trở hoặc phần tử Hall. Nó đƣợc đặt tại họng khuyếch tán và là loại sử dụng một biến trở. Cảm biến xác định độ mở của bƣớm ga.
Hình 50 : Cảm biến vị trí bướm ga loại biến trở
Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga loại
b. Cảm biến tốc độ động cơ.
Cảm biến tốc độ động cơ đƣợc lắp trong bơm cao áp. Nó gồm có một rơto đƣợc lắp ép lên một trục dẫn động, và một cảm biến (là 1 cuộn dây). Điện trở của cuộn dây ở 200
C là 205 – 255 Ω. Các tín hiệu điện đƣợc tạo ra trong cảm biến (cuộn dây) phù hợp với sự quay của rơto.
Đƣợc bố trí ở trục khuỷu Đƣợc bố trí bên trong bơm dầu
Cảm biến tốc độ động cơ
- ECU sẽ đếm số lƣợng xung để phát hiện ra tốc độ động cơ.
- Rơto tạo nửa vịng quay đối với mỗi vòng quay của động cơ.
- ECU sẽ phát hiện góc tham khảo này từ phần răng sóng bị mất, mà răng này đƣợc bố trí
trên chu vi của rôto. Quan hệ giữa sự quay của rơto và dạng sóng sinh ra
c. Cảm biến vị trí trục khuỷu.
Vị trí cảm biến Xung tín hiệu cảm biến Cảm biến vị trí trục khuỷu
Cảm biến vị trí trục khuỷu đƣợc lắp lên thân máy. Nó phát hiện vị trí tham khảo của góc trục khuỷu dƣới dạng tín hiệu TDC. Cảm biến vị trí trục khuỷu kiểu ống phân phối tạo ra các tín hiệu tốc độ động cơ (NE). Nó phát hiện góc trục khuỷu trên cơ sở các tín hiệu NE đó.
Hoạt động: Một xung đƣợc tạo ra khi phần nhô ra lắp trên trục khuỷu đi
đến gần cảm biến do sự quay của trục khuỷu. Một xung đƣợc tạo ra đối với mỗi vịng quay của trục khuỷu và nó đƣợc phát hiện dƣới dạng một tín hiệu vị trí tham khảo của góc trục khuỷu.
Mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu và tốc độ động cơ
d. Cảm biến vị trí trục cam:
Cảm biến vị trí trục cam sử dụng trên một số động cơ thay cho vị trí tham khảo góc quay của trục khuỷu đƣợc phát hiện dƣới dạng một tín hiệu G. Cảm biến vị trí trục cam sử dụng một phần từ Hall. Trigơ định giờ trên bánh răng phối khí sẽ phát hiện vị trí của trục cam bằng việc phát ra một tín hiệu đối với hai vịng quay của trục khuỷu.
Vị trí cảm biến Xung tín hiệu cảm biến Cảm biến vị trí trục cam
Cảm biến áp suất tuabin
Cảm biến áp suất tăng áp tua-bin đƣợc nối với đƣờng ống nạp qua một ống mềm dẫn khơng khí và một VSV, và phát hiện áp suất đƣờng ống nạp (lƣợng khơng khí nạp vào).
Mạch điện điều khiển
- Kiểm tra áp suất trong đƣờng ống nạp. Chuẩn làm việc là 0mmHg.
- ECU dùng tín hiệu này để điều khiển lƣợng phun, hệ thống nạp không khí và điều khiển hệ thống EGR.
f. Cảm biến nhiệt độ:
Cảm biến nhiệt độ
- Cảm biến nhiệt độ nƣớc đƣợc lắp trên thân máy để phát hiện nhiệt độ của nƣớc làm mát động cơ.
Là chất bán dẫn có trị số nhiệt điện trở âm.
Tín hiệu THW để hiệu chỉnh lƣợng nhiên liệu phun và thời điểm phun, điều khiển phun khi khởi động, điều khiển ISC và EGR.
- Cảm biến nhiệt độ khí nạp đƣợc lắp lên ống nạp của động cơ để phát hiện nhiệt độ của khơng khí nạp vào.
Cảm biến nhiệt độ khí nạp THA đƣợc bố trí sau lọc gió. Cảm biến là một chất bán dẫn có trị số nhiệt điện trở âm. ECU dùng tín hiệu này để hiệu chỉnh lƣợng nhiên liệu phun, thời điểm phun và hệ thống EGR.
- Cảm biến nhiệt độ khí nạp turbine tăng áp. Đƣợc bố trí sau
turbine tăng áp. Cảm biến THIA là một chất bán dẫn có trị số nhiệt điện trở âm. ECU dùng tín hiệu này để hiệu chỉnh lƣợng
nhiên liệu phun. Mạch điện cảm biến
- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu đƣợc lắp lên bơm và phát hiện nhiệt độ của nhiên liệu.
Cảm biến đƣợc bố trí ở bơm cao áp.
Nó kiểm tra nhiệt độ nhiên liệu trong mạch áp suất thấp nhằm tránh sự quá nhiệt trong hệ thống nhiên liệu (90C.)
Chuẩn làm việc cảm biến là 39C. Nếu cảm biến hở mạch hoặc ngắn mạch, ECU xem hệ thống bị quá nhiệt và động cơ không thể chạy đƣợc.
Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu là một chất bán dẫn có trị số nhiệt điện trở âm.
* Mỗi kiểu cảm biến nhiệt độ đều có một nhiệt điện trở lắp bên trong, giá trị điện trở của nó thay đổi theo nhiệt độ và đặc tính của nó đƣợc mơ tả trong biểu đồ.
Cấu tạo và đặc tính của cảm biến nhiệt độ
g. Cảm biến áp suất nhiên liệu:
Cảm biến áp suất nhiên liệu sử dụng trong diesel kiểu ống phân phối phát hiện áp suất của nhiên liệu trong ống phân phối. Trên cơ sở các tín hiệu từ cảm biến áp suất nhiên liệu, ECU sẽ điều khiển SCV (van điều khiển hút) để tạo ra áp suất quy định phù hợp với các điều kiện lái xe.
Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu
Cảm biến áp suất nhiên liệu
Cảm biến P nhiên liệu là một chất bán dẫn, điện trở của chip silicon sẽ thay đổi khi áp suất nhiên liệu thay đổi và đƣợc IC chuyển thành tín hiệu điện áp gởi về ECU.
h. Cảm biến lƣu lƣợng khí nạp:
Một cảm biến lƣu lƣợng khí nạp kiểu dây sấy đƣợc sử dụng trong diesel EFI kiểu ống phân phối để phát hiện lƣợng khơng khí nạp vào.
Cảm biến lưu lượng khí nạp
Cấu tạo bộ đo gió
- Dịng diện chạy qua dây sấy bằng Platin làm nó nóng lên.
- Khơng khí đi vào làm nguội dây sấy.
- Bằng cách điều chỉnh dòng điện sao cho nhiệt độ dây sấy luôn ổn định. này tỷ lệ thuận với lƣợng khí đi vào.
- Dòng điện đƣợc biến đổi thành tín hiệu điện áp VG gừi về ECU.
k. Cảm biến vị trí van EGR
Cảm biến dạng biến trở. Dùng để xác định độ mở của van EGR
i. Cảm biến tốc độ xe:
Cảm biến SPD đƣợc bố trí ở hộp số. Trong một vịng quay nó phát ra 4 xung vuông gởi về tableau điện, sau đó tín hiệu này đƣợc chuyển thành 4 xung vng có độ chính xác cao gởi về ECU.
m. Một số tín hiệu khác
- Tín hiệu phụ tải điện:
4.3. Bộ xử lý trung tâm ECU ( Electric Control Unit ) 4.3.1. Khái quát về ECU
Về mặt điều khiển điện tử, vai trò của ECU là xác định lƣợng phun nhiên liệu, định thời điểm phun nhiên liệu và lƣợng khơng khí nạp vào phù hợp với các điều kiện lái xe, dựa trên các tín hiện nhận đƣợc từ các cảm biến và cơng tắc khác nhau. Ngồi ra, ECU chuyển các tín hiệu để vận hành các bộ chấp hành. Đối với hệ thống EFI-diesel thông thƣờng và hệ thống EFI-diesel
ống phân phối: Máy tính (ECU)
a. Đối với hệ thống EFI – Diesel thơng thƣờng:
ECU nhận các tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu và xử lý để điều khiển lƣợng phun. ( điều khiển van TCV ).
ECU tiếp nhận các tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, tín hiệu tốc độ xe và xử lý để điều khiển van SPV thông qua EDU để điều khiển thời điểm phun.
ECU tiếp nhận các tín hiệu gửi
từ các cảm biến và xử lý để điều khiển lượng phun.
ECU tiếp nhận các tín hiệu gửi từ
các cảm biến và xử lý để điều khiển thời điểm phun
b. Đối với hệ thống EFI – Diesel ống phân phối:
ECU nhận các tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khuỷu và xử lý để điều khiển lƣợng phun thong qua EDU và vịi phun.
ECU tiếp nhận các tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, cảm biến áp suất nhiên liệu và xử lý để để điều khiển thời điểm phun thơng qua EDU và vịi phun.
ECU tiếp nhận các tín hiệu gửi từ các cảm biến và xử lý để điều khiển lượng phun
ECU tiếp nhận các tín hiệu gửi từ các cảm biến và xử lý để điều khiển thời điểm phun
4.3.2. Xác định lƣợng phun.
ECU thực hiện ba chức năng để xác định lƣợng phun: - Tính tốn lƣợng phun cơ bản.
- Tính tốn lƣợng phun tối đa. - Điều chỉnh lƣợng phun.
- So sánh lƣợng phun cơ bản và lƣợng phun tối đa.
a. Tính tốn lƣợng phun cơ bản.
Việc tính tốn lƣợng phun cơ bản đƣợc thực hiện trên cơ sở các tín hiệu
ECU tính tốn lượng phun cơ bản
b. Tính tốn lƣợng phun tối đa. Việc tính tốn lƣợng phun tối đa đƣợc thực hiện trên cơ sở các tín hiệu từ cảm biến tốc độ động cơ (Cảm biến NE), cảm biến nhiệt độ nƣớc, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu và áp suất tua-bin. Đối với EFI-diesel kiểu ống phân phối, các tín hiệu từ cảm biến áp suất nhiên liệu cũng đƣợc sử dụng. ECU so sánh lƣợng phun cơ bản đã tính tốn và lƣợng phun tối đa và xác định lƣợng nhỏ hơn làm lƣợng phun.
ECU tính tốn lượng phun tối đa
c. Điều chỉnh lƣợng phun.
- Điều chỉnh áp suất khơng khí nạp vào: Lƣợng phun đƣợc điều chỉnh
- Điều chỉnh nhiệt độ khơng khí nạp vào: Tỉ trọng của khơng khí nạp vào (lượng khơng khí) thay đổi phù hợp với nhiệt độ khơng khí nạp vào (Nhiệt
độ khơng khí nạp vào thấp → điều chỉnh tăng lượng phun).
ECU điều chỉnh áp suất và nhiệt độ khí nạp
- Điều chỉnh nhiệt độ nhiên liệu: Nhiệt độ nhiên liệu cao → điều chỉnh
tăng lƣợng phun.
- Điều chỉnh động cơ lạnh: Nhiệt độ nƣớc làm mát thấp → điều chỉnh
tăng lƣợng phun.
Điều chỉnh áp suất nhiên liệu: Trong Diesel kiểu ống phân phối những
thay đổi áp suất nhiên liệu trong ống phân phối đƣợc phát hiện trên cơ sở các tín hiệu từ cảm biến áp suất nhiên liệu. Nếu áp suất nhiên liệu thấp hơn áp suất dự định thì thời gian mở vòi phun sẽ đƣợc kéo dài.
d. So sánh lƣợng phun cơ bản và lƣợng phun tối đa.
So sánh lƣợng phun cơ bản và lƣợng phun tối đa. Sự khác biệt trong lƣợng phun thực tế của Diesel EFI thông thƣờng đƣợc tạo ra do sự không ăn khớp cơ khí xảy ra đối với các bơm, sẽ đƣợc điều chỉnh
ECU so sánh lượng phun cơ bản và lượng phun tối đa.
Xác định thời điểm phun: ECU thực hiện các chức năng sau để xác định thời điểm phun: Đối với EFI – Diesel thông thường:
- Xác định thời điểm phun mong muốn - Xác định thời điểm phun thực tế
- So sánh thời điểm phun mong muốn và thời điểm phun thực tế
Đối với EFI – Diesel ống phân phối:
- So sánh thời điểm phun mong muốn và thời điểm phun thực tế
e. Xác định thời điểm phun mong muốn (EFI – Diesel thông thƣờng):
Thời điểm phun mong muốn đƣợc xác định bằng cách tính thời điểm phun cơ bản thơng qua tốc độ động cơ và góc mở bàn đạp ga và bằng cách thêm giá trị điều chỉnh trên cơ sở nhiệt độ nƣớc, áp suất khơng khí nạp và nhiệt độ khơng khí nạp vào.
Sơ đồ ECU xác định thời điểm phun mong muốn
Thời điểm phun mong muốn đƣợc xác định bằng cách tính thời điểm phun cơ bản thông qua tốc độ động cơ và góc mở bàn đạp ga và bằng cách thêm giá trị điều chỉnh trên cơ sở nhiệt độ nƣớc, áp suất khơng khí nạp và nhiệt độ khơng khí nạp vào.
ECU xác định thời điểm phun mong muốn
f. Xác định thời điểm phun thực tế (EFI – Diesel thông thƣờng):
Việc phát hiện thời điểm phun thực tế đƣợc thực hiện thơng qua tính tốn
phun giữa các bơm sẽ đƣợc điều chỉnh thông qua sử dụng một điện trở hiệu chỉnh hoặc một ROM hiệu chỉnh.
ECU phát hiện thời điểm phun
Đĩa cam và rơto (tạo ra tín hiệu NE của cảm biến tốc độ động cơ) quay cùng với nhau. Do đó, ECU có thể phát hiện đƣợc thời điểm khi pittông chuyển động và sự phun thực tế xảy ra do vị trí của tín hiệu NE.
Về sự khơng khớp pha xảy ra giữa thời điểm phun thực tế và tín hiệu NE do những sai sót riêng của các bơm ngƣời ta sử dụng một điện trở điều chỉnh để hiệu chỉnh và nhận biết nó nhƣ một vị trí chuẩn.
So sánh tín hiệu NE và tín hiệu TDC của biến cảm góc quay của trục khuỷu và tính tốn thời điểm phun liên quan đến góc của trục khuỷu động cơ cũng nhƣ thời điểm
phun thực tế. Xung tín hiệu NE và TDC
g. So sánh thời điểm phun mong muốn và thời điểm phun thực tế ( EFI – Diesel thông thƣờng ):
ECU so sánh thời điểm phun mong muốn và thời điểm phun thực tế và chuyển các tín hiệu thời điểm phun sớm và thời điểm phun muộn tới van điều khiển thời điểm phun sao cho thời điểm phun thực tế và thời điểm phun mong muốn khớp với nhau ( hình 81a, 81b).
Hình 81a: so sánh thời điểm phun Hình 81b: so sánh thời điểm phun
h. So sánh thời điểm phun mong muốn và thời điểm phun thực tế ( EFI – Diesel ống phân phối ):
Nhƣ đối với EFI- diezen thông thƣờng, thời điểm phun phun cơ bản của