CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN Ô TÔ
CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP MERCEDES BENZ C200 2014
2.3 Cấu tạo các bộ phận trong hệ thống phun xăng Mercedes C200 2014
2.3.7 Bộ điều khiển điện tử - ECU ( Electronic Control Unit )
_ ECU trên ô tô là một hệ thống rất quan trọng đóng vai trò như là một bộ não của ô tô có nhiệm vụ kiểm soát và điều khiển quá trình hoạt động của động cơ.
Hình 2.16 ECU - Electronic Control Unit
Thông thường bên ngoài của ECU được làm bằng nhôm nhằm tản nhiệt tốt. Bên trong các linh kiện điện tử của ECU được bố trí trên một mạch in. Nhờ ứng dụng công nghệ cao nên kích thước của ECU khá gọn. Và ECU có các chân giắc cho phép kết nối với các cảm biến và các bộ phận chấp hành.
Hình 2.17 Bên trong ECU.
32 Đối với hệ thống phun xăng: ECU có nhiệm vụ tính toán và cung cấp một lượng nhiên liệu chính xác và đúng thời điểm để đáp ứng được từng dãy tốc độ của động cơ khi hoạt động.
Đối với hệ thống đánh lửa: ECU có nhiệm vị xác định được góc đánh lửa sớm và điều khiển hệ thống đánh lửa hoạt động ở thời điểm thích hợp, ngoài ra còn có chức năng chẩn đoán, chức năng an toàn và dự phòng khi gặp sự cố.
Để làm được tất cả các việc trên, ECU sẽ phải nhận tín hiệu từ các cảm biến như: cảm biến áp suất khí nạp, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến trục cam, cảm biến trục khuỷu, cảm biến oxy, cảm biến bướm ga.
Cấu tạo:
ECU cấu thành từ 3 bộ phận chính: bộ nhớ trong ECU, bộ vi xử lý (bộ não của ECU) và đường truyền – BUS.
1.Bộ nhớ trong ECU:
Bao gồm 4 thành viên đãm nhiệm chức năng riêng biệt: RAM, ROM, PROM, KAM.
– ROM (Read Only Memory): Dùng trữ thông tin thường trực. Bộ nhớ này chỉ đọc thông tin đã được lập trình sẵn, chứ không thể ghi vào được. Do đó, ROM chính là nơi cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý.
– RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, dùng để lưu trữ thông tin mới được ghi trong bộ nhớ và xác định bởi vi xử lý. RAM có thể đọc và ghi các số liệu theo địa chỉ bất kỳ.
– PROM (Programmable Read Only Memory): Cấu trúc cơ bản giống như ROM nhưng cho phép lập trình (nạp dữ liệu) ở nơi sử dụng chứ không phải nơi sản xuất như ROM.
PROM cho phép sữa đổi chương trình điều khiển theo những đòi hỏi khác nhau.
– KAM (Keep Alive Memory): KAM dùng để lưu trữ những thông tin mới (những thông tin tạm thời) cung cấp đến bộ vi xử lý. KAM vẫn duy trì bộ nhớ cho dù động cơ ngưng hoạt động hoặc tắt công tắc máy. Tuy nhiên, nếu tháo nguồn cung cấp từ acquy đến máy tính thì bộ nhớ KAM sẽ bị mất.
33 2.Bộ vi xử lý (Microprocessor):
Hình 2.18 Các bộ phận của bộ vi xử lý
Từ việc tiếp nhận thông tin tín hiệu ở các cảm biến trên động cơ thông qua các bộ nhớ trong ECU, tín hiệu lập tức gửi đến Bộ vi xử lý, lúc này nó có chức năng tính toán và đưa ra mệnh lệnh cho bộ phận chấp hành thích hợp. Có thể nói, đây là bộ phận quan trọng nhất của ECU.
3.Đường truyền – BUS: Dùng để chuyển các lệnh và số liệu trong ECU.
Có thể hiểu nôm na rằng để thông tin có thể truyền từ bộ vi xử lý gửi đến các cơ cấu chấp hành nhanh nhất có thể, đường truyền đóng một vai trò không nhỏ. Trước đây, máy tính điều khiển động cơ dùng loại 4, 8, hoặc 16 bit phổ biến nhất là loại 4 và 8 bit. Máy tính 4 bit chứa rất nhiều lệnh vì nó thực hiện các lệnh logic tốt hơn. Tuy nhiên, máy tính 8 bit làm việc tốt hơn với các phép đại số, và chính xác hơn 16 lần so với loại 4 bit. Vì vậy, hiện nay để điều khiển các hệ thống khác nhau trên ôtô với tốc độ thực hiện nhanh và chính xác cao, người ta sử dụng máy tính 8 bit, 16 bit hoặc 32 bit.
Nhờ vào cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston – công dụng của cảm biến này sẽ giúp ECU xác định thời điểm đánh lửa và thời điểm phun xăng tối ưu nhằm cải thiện hiệu suất và khả năng tiêu thụ nhiên liệu. Ngoài ra với những cảm biến khác như vị trí bướm ga xác định lưu lượng không khí nạp, gửi đến ECU tính toán lượng nhiên liệu phun thích hợp với từng chế độ tải, song song đó với các dữ liệu về tốc độ động cơ, tải, nhiệt độ…
nhờ các cảm biến mã hoá tín hiệu đưa vào ECU xử lý và tính toán để đưa ra góc đánh lửa sớm tối ưu theo từng chế độ hoạt động của động cơ. Với những ưu điểm nổi bật,
34 ngày nay hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử kết hợp với phun xăng đã thay thế hoàn toàn hệ thống đánh lửa bán dẫn thông thường.
Ngoài ra, ECU còn can thiệp sâu vào các hệ thống an toàn trên ô tô có thể kể đến như:
hệ thống cân bằng ESP, hỗ trợ phanh khẩn cấp BA, hệ thống phân bổ lực phanh EBD…
thông qua việc cảm biến chịu trách nhiệm liên tục ghi lại và truyền tín hiệu về ECU, nhiệm vụ của ECU sẽ so sánh dữ liệu với những chương trình đã tính toán trước. Do đó, khi gặp những sự cố nguy hiểm, người lái có khuynh hướng phản xạ đột ngột như đánh lái gấp, lực phanh tăng nhanh, hiện tượng trượt bánh khi phanh… lập tức ECU sẽ nhận tín hiệu, buộc xe phải hoạt động theo những chương trình lập trình sẵn như điều chỉnh góc xoay, kiểm soát tốc độ từng bánh xe, lực phanh mỗi bánh nhằm chế tối đa sự mất kiểm soát của người lái.
Nguyên lý hoạt động:
_ Các chế độ làm việc của ECU:
Hình 2.19 Sơ đồ các chế độ làm việc của ECU 1. Điều khiển phun khi khởi động:
Trong khi động cơ đang quay khởi động, rất khó biết được chính xác lượng khí nạp bằng cảm biến lưu lượng khí nạp do sự dao động lớn về tốc độ động cơ. Vì lý do đó, ECU chọn một khoảng thời gian phun cơ bản lưu lượng trong bộ nhớ của nó phù hợp với nhiệt độ nước làm mát của động cơ mà không tính đến lượng khí nạp. Sau đó bổ xung
35 thêm một hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp và hiệu chỉnh theo điện áp để tạo ra khoảng thời gian phun thực tế.
* Khi khởi động lạnh, hệ thống phun khởi động lạnh hoạt động để nâng cao khả năng khởi động.
Dựa vào các tín hiệu:
- Nhiệt độ nước làm mát.
- Nhiệt độ khí nạp.
2.Điều khiển sau khi khởi động:
Khi động cơ chạy với tốc độ ổn định lớn hơn một tốc độ ổn định, ECU động cơ xác định khoảng thời gian của tín hiệu phun như sau:
Khoảng thời gian của tín hiệu phun = khoảng thời gian phun cơ bản x hệ số hiệu chỉnh phun + hiệu chỉnh điện áp.
Khoảng thời gian phun cơ bản.
Đây là khoản thời gian phun cơ bản nhất và nó được xác định bởi lượng khí nạp và tốc độ động cơ. Khoảng thời gian phun cơ bản có thể biểu diển bằng công thức sau:
Khoảng thời gian phun cơ bản = K x Lượng khí nạp/Tốc độ động cơ.
K: hệ số hiệu chỉnh.
Dựa vào các tín hiệu:
- Tốc độ động cơ.
- Lượng khí nạp.
Các hiệu chỉnh phun.
ECU động cơ được thông báo liên tục điều kiện hoạt động của động cơ tại từng thời điểm bằng các tín hiệu của các cảm biến. Sau đó thực hiện hiệu chỉnh khoảng thời gian phun cơ bản khác nhau dựa trên các tín hiệu này.
* Hiệu chỉnh đậm sau khi khởi động.
Ngay lập tức sau khi khởi động (tốc độ động cơ lớn hơn giá trị xác định), ECU động cơ cung cấp thêm một lượng nhiên liệu trong một khoảng thời gian nhất định nhằm ổn định hoạt động của động cơ. Hiệu chỉnh đậm sau khi khởi động ban đầu được xác định bởi nhiệt độ nước làm mát và sau đó lượng phun giảm dần với tốc độ không đổi.
Khi nhiệt độ nước đặc biệt thấp, hiệu chỉnh này tăng gấp đôi lượng phun.
Dựa vào các tín hiệu:
- Tốc độ động cơ.
36 - Nhiệt độ nước làm mát.
* Hiệu chỉnh khi hâm nóng động cơ.
Do nhiên liệu bay hơi kem khi đông cơ còn lạnh, động cơ sẽ hoạt động kém nếu không cung cấp cho một hỗn hợp đậm hơn.
Vì lý do đó, khi nhiệt độ nước làm mát thấp, cảm biến nhiệt độ nước làm mát sẽ thông báo cho ECU động cơ để tăng lượng phun nhằm bù lại cho đến khi nhiệt độ đạt đến một giá trị nhất định.
Khi nhiệt độ nước đặc biệt thấp, hiệu chỉnh này tăng gấp đôi lượng phun.
Dựa vào các tín hiệu:
- Nhiệt độ nước làm mát.
- Hiệu chỉnh đậm khi trợ tải.
Khi động cơ hoạt động dưới chế độ tải nặng, cần tăng lượng nhiên liệu phun theo tải để đảm bảo cho động cơ hoạt động tốt.
Để xác định tải của động cơ nhờ vào cảm biến vị trí bướm ga và tốc độ động cơ từ đó ECU hiệu chỉnh làm đậm và tăng lượng phun.
*Hiệu chỉnh tỷ lệ khí nhiên – liệu khi chuyển tiếp giữa các chế độ:
“Chuyển tiếp” là thời điểm mà khi đó tốc độ động cơ thay đổi, hoặc là trong quá trình tăng hay giảm tốc độ. Trong quá trình chuyển tiếp, lượng nhiên liệu phun phải tăng hay giảm để đảm bảo tính năng của động cơ.
* Hiệu chỉnh đậm khi tăng tốc: Khi ECU động cơ nhận thấy khi xe đang tăng tốc bằng tín hiệu từ các cảm biến, nó làm tăng lượng phun để nâng cao tính năng tăng tóc. Giá trị hiệu chỉnh ban đầu được xác định bằng nhiệt độ nước làm mát và mức độ tăng tốc.
Lượng phun giảm dần tính từ thời điểm này.
* Hiệu chỉnh làm nhạt khi giảm tốc: khi ECU động cơ nhận thấy động cơ giảm tốc, nó giảm lượng phun để tránh cho hỗn hợp quá đậm trong khi giảm tốc.
Dựa vào các tín hiệu:
- Tốc độ động cơ.
- Vị trí bướm ga.
* Hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ khí – nhiên liệu.
ECU động cơ sẽ hiệu chỉnh khoảng thời gian phun dựa trên tín hiệu từ cảm biến ôxy để giữ cho tỷ lệ khí – nhiên liệu được tối ưu.
37
* Cắt nhiên liệu trong khi giảm tốc: Khi giảm tốc từ tốc độ động cơ cao, bướm ga đống hoàn toàn, ECU động cơ sẽ cắt nhiên liệu để nầng cao tính kinh tế nhiên liệu và giảm lượng khí xả không mong muốn. khi tốc độ động cơ giảm xuống một giá trị xác định hay bướm ga mở, nhiên liệu không tải được phun trở lại. Tốc độ cắt nhiên liệu và tốc độ phun trở lại sẽ cao hơn khi nhiệt độ nước làm mát thấp.
Dựa vào các tín hiệu:
- Vị trí bướm ga.
- Tốc độ động cơ.
- Nhiệt độ nước làm mát.
* Cắt nhiên liệu khi tốc độ động cơ cao: Để tránh cho động cơ chạy quá nhanh, việc phun nhiên liệu giảm đi nếu tốc độ đông cơ vượt quá giá trị xác định. Nhiên liệu sẽ phu trở lại khi tốc độ động cơ giảm xuống một giá trị nhất định.
Dựa vào các tín hiệu:
- Tốc độ động cơ.
Có một sự chậm trể nhỏ từ lúc ECU động cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến và gửi tín hiệu phun đến vòi phun cho đến khi vòi phun thực sự mở ra. Sự chậm trể này sẽ lớn hơn khi điện áp ăc quy giảm xuống. Điều này có nghĩa là khoảng thời gian van van trong vòi phun mở sẽ chở nên ngắn hơn so với tính toán của ECU và làm cho tỷ lệ
không khí – nhiên liệu thực tế sẽ trở nên cao hơn (nhạt hơn) so với yêu cầu của động cơ nếu không khắc phục bằng hiệu chỉnh điện áp. Trong hiệu chỉnh điện áp, ECU động cơ se bù lại sự chậm trễ này bằng cách kéo dài thời gian của tín hiệu phun một lượng tương ứng với sự trễ này. Điều này sẽ hiệu chỉnh khoảng thời gian phun thực tế sao cho phù hợp với tính toán của ECU.