Hệ thống điều khiển động cơ sử dụng bướm ga điều khiển điện tử sẽ không cần liên kết cơ khí (cần dẫn động hoặc cáp) giữa bàn đạp ga với bướm ga. Khi đó, vị trí của bướm ga (yêu cầu của người lái) được xác định bởi một bộ đo điện thế được gắn với bàn đạp ga (cảm biến hành trình bàn đạp ga trong modul bàn đạp chân ga, chi tiết 23 trên Hình 2.6) và gửi tín hiệu (dạng tương tự) đến ECU (12).
Khi đó, ECU sẽ gửi một tín hiệu đầu ra để thiết lập vị trí của bướm ga điều khiển điện tử (3) và do đó động cơ sẽ tạo ra mô men được yêu cầu bởi người lái.
Hệ thống điều khiển theo nguyên lý như trên lần đầu tiên được hãng Bosch giới thiệu vào năm 1986. Hệ thống nguyên bản gồm 2 bộ điều khiển: một ECU của hệ thống điều khiển động cơ và một bộ điều khiển riêng biệt cho việc kiểm soát vận hành của động cơ. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử và vi xử lý đã cho phép kết hợp chức năng của HTPX kiểu Motronic với việc kiểm soát vận hành của động cơ trong cùng một bộ điều khiển điện tử (vào năm 1994). Tuy nhiên, các chức năng của 2 bộ vi điều khiển vẫn được tách biệt. Bước phát triển tiếp theo đạt được vào năm 1998 với sự ra đời của HTPX kiểu Motronic phiên bản ME7, với sự tích hợp tất cả các chức năng điều khiển động cơ trong một bộ vi điều khiển. Ưu điểm này có được nhờ khả năng tính toán của vi xử lý được tăng mạnh (chip sử dụng trong HTPX Motronic ME7 là bộ xử lý 16 bít).
3.1 Sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ trên Hình 2.6 là một ví dụ về HTPX kiểu ME-Motronic. Mục tiêu của hệ thống này là điều khiển sự vận hành, đáp ứng các tiêu chuẩn ô nhiễm và các điều luật về khả năng tự chẩn đoán của động cơ. Sự khác biệt cơ bản giữa HTPX kiểu ME-Motronic so với M-Motronic là bướm ga được điều khiển điện tử, và cấu trúc chức năng mô men dựa vào việc ứng dụng phần mềm.
24 25 15 13 8 9 7 5 1 2 3 4 6 10 11 12 14 16 17 18 19 20
21 22 23 26
Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý HTPX điện tử kiểu ME-Motronic
Các chi tiết trong Hình 3.1 được giải thích như sau:
1- Bình than hoạt tính
2- Cảm biến lưu lượng khí kiểu màng nóng và cảm biến nhiệt độ không khí 3- Bộ điều khiển vị trí bướm ga bằng điện tử
4- Van điện từ
5- Cảm biến áp suất không khí nạp 6- Ống phân phối xăng
7- Vòi phun điện từ
8- Cảm biến và cơ cấu chấp hành thay đổi pha phối khí 9- Cuộn dây đánh lửa và bugi
10- Cảm biến pha của trục cam
11- Cảm biến Lamđa trước BXLKT thứ nhất 12- ECU
13- Van tuần hoàn khí thải 14- Cảm biến tốc độ
15- Cảm biến kích nổ
16- Cảm biến nhiệt độ động cơ
17- BXLKT sơ cấp (xúc tác 3 đường) 18- Cảm biến Lamđa sau BXLKT thứ nhất 19- Giao diện mạng cục bộ CAN
20- Đèn báo sự cố
21- Giao diện chẩn đoán 22- Giao diện với ECU của xe 23- Chân ga và cảm biến chân ga 24- Thùng xăng
25- Bơm xăng, bầu lọc xăng và van điều chỉnh áp suất 26- BXLKT chính (xúc tác 3 đường).
3.2 Các bộ phận của hệ thống không khí
* Bướm ga:Trong HTPX kiểu ME-Motronic vị trí của bướm ga được điều chỉnh điện tử bởi động cơ phụ (servomotor) được tích hợp trong bướm ga (chi tiết 3 trên Hình 2.6), nghĩa là sự vận hành của động cơ được điều khiển điện tử.
Do vậy, lượng khí nạp qua đường ống nạp có thể được điều chỉnh độc lập với vị trí của bàn đạp chân ga. Vị trí bàn đạp chân ga, cảm nhận bởi cảm biến hành trình bàn đạp chân ga (23), được sử dụng như là biến đầu vào cho ECU của động cơ; nó là chỉ thị về “vị trí bướm ga người lái”.
Khi động cơ làm việc ở chế độ không tải cầm chừng, bướm ga mở ở vị trí ứng với tốc độ không tải mà động cơ yêu cầu. Do vậy, van điều chỉnh chạy không tải, sấy nóng (dùng trong HTPX kiểu M-Motronic) sẽ không còn cần thiết nữa.
* Cảm biến xác định chế độ tải của động cơ: HTPX kiểu ME-Mottronic sử dụng những loại cảm biến tải sau đây:
+ Cảm biến khối lượng khí nạp kiểu màng nóng + Cảm biến áp suất đường ống nạp
Cảm biến tải chính là cảm biến khối lượng khí nạp, nó đo khối lượng khí nạp hút vào động cơ. Từ thông tin này, hệ thống Motronic sẽ tính toán khối
luợng khí nạp bên trong xy lanh. Trong hệ thống có sử dụng cảm biến khối lượng khí nạp, cảm biến áp suất khí nạp chỉ đựợc sử dụng như cảm biến tải thứ cấp phục vụ cho hệ thống tuần hoàn khí thải.
Một phương án thay thế cho hệ thống nói trên là “hệ thống p” (p-áp suất), trong đó tải của động cơ được xác định bởi cảm biến áp suất trên đường ống nạp (từ độ chân không trên đưòng nạp, nhiệt độ khí nạp và tốc độ động cơ có thể tính toán được khối lượng khí nạp có trong xy lanh).
Trong động cơ tăng áp tua bin khí, cần có thêm cảm biến xác định áp suất khí tăng áp.
3.3 Các bộ phận của hệ thống nhiên liệu
33 30 19 22 13 12 10 8 9 7 2 1 3 4 5 6 11 14 15 16 17 18
20 21 23 24 25 26 27 28 29 31
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý HTPX điện tử M-Motronic.
Các ký hiệu trong Hình 2.4 được giải thích như sau:
1- Hộp than hoạt tính 2- Modul chẩn đoán dò lọt xăng 3- Van thông hơi 4- Bơm không khí thứ cấp 5- Van cấp không khí thứ cấp
6- Cảm biến đo lưu lượng không khí cùng với cảm biến nhiệt độ 7- Cảm biến áp suất trong đường nạp
8- Đoạn ống nạp có kích thước hình học được thay đổi 9- Ống phân phối xăng 10- Vòi phun điện từ 11- Cảm biến và cơ cấu chấp hành thay đổi pha phối khí
12- Cuộn đánh lửa cùng với bugi 13- Cảm biến pha của trục cam 14- Cảm biến góc mở của bướm ga
15- Van điều chỉnh chạy không tải, sấy nóng
16- Bướm ga 17- Van hồi lưu khí thải
18- Cảm biến kích nổ 19- Cảm biến nhiệt độ động cơ 20- Cảm biến Lamđa trước BXLKT 21- ECU
22- Cảm biến tốc độ động cơ 23- BXLKT xúc tác 3 chức năng 24- Giao diện chẩn đoán 25- Đèn chỉ thị hỏng hóc 26- Giao diện với ECU của xe
27- Giao diện với ECU của hệ thống truyền động
28- Giao diện mạng cục bộ CAN 29- thùng xăng
30 Cảm biến áp suất trong thùng xăng 31- Đường dẫn nhiên liệu 32- Bơm xăng, bầu lọc xăng và bộ điều chỉnh áp suất xăng
33- Cảm biến Lamđa sau BXLKT
* Bơm nhiên liệu: Bơm nhiên liệu sử dụng trong hệ thống ME-Motronic là dạng bơm điện (chi tiết 32 trên Hình 2.4). Bơm sẽ chuyển nhiên liệu từ thùng chứa (29) qua đường ống (31), với áp suất nhiên liệu được xác định bởi bộ điều chỉnh áp suất. Trong các hệ thống cũ, bơm nhiên liệu được đặt ngoài thùng xăng
trên đường truyền nhiên liệu. Với các HTPX hiện nay, bơm được tích hợp bên trong thùng xăng,
* Bầu lọc nhiên liệu: Bầu lọc có nhiệm vụ lọc tạp chất, cặn bẩn ra khỏi nhiên liệu, giúp bảo vệ các bộ phận của HTPX khỏi bị tắc/nghẽn và hư hỏng.
Bầu lọc nhiên liệu có thể lắp trên ống cấp hoặc bố trí trong thùng nhiên liệu.
* Bộ điều chỉnh áp suất nhiên liệu: Bộ điều chỉnh áp suất giữ cho áp suất nhiên liệu trong hệ thống ở mức xác định trước, thông qua việc xả lượng nhiên liệu thừa về thùng chứa. Trong hệ thống phun có đường nhiên liệu hồi, bộ điều chỉnh áp suất thường được lắp ở cuối dàn phân phối. Bộ điều chỉnh áp suất sử dụng tín hiệu độ chân không trong đường nạp để đảm bảo sự chênh lệch không đổi về áp suất giữa vòi phun và đường nạp. Trong hệ thống phun không có đường nhiên liệu hồi, áp suất trong mạch phun được giữ có mức chênh lệch không đổi so với áp suất môi trường. Khi đó, sự thay đổi về mức chênh lệch giữa áp suất nhiên liệu và áp suất trong đường nạp sẽ được xét đến khi tính toán thời gian phun. Với hệ thống kiểu này, bộ điều chỉnh áp suất thường được tích hợp trong thùng chứa. Tùy theo kiểu của HTPX có thể có thêm bộ dập dao động áp suất.
* Hệ thống kiểm soát lượng nhiên liệu bay hơi: Nhiệm vụ của hệ thống này là đảm bảo hơi nhiên liệu không bị thất thoát ra môi trường.Lượng nhiên liệu bay hơi từ thùng chứa được hấp thụ bởi hộp chứa than hoạt tính (1) trong hệ thống thu hồi hơi nhiên liệu. Hơi nhiên liệu chứa trong hộp than hoạt tính được hút đường nạp qua van dừng (2) và sau đó vào xy lanh. Quá trình hút hơi nhiên liệu này sẽ tái sinh khả năng hấp thụ của hộp chứa than hoạt tính (1). ECU của động cơ sẽ điều khiển dòng khí sạch qua van tái sinh (3) tuỳ thuộc vào tình trạng vận hành của động cơ.
* Dàn phân phối nhiên liệu: Nhiên liệu do bơm điện cung cấp sẽ được dẫn vào dàn phân phối (9), từ đây nhiên liệu phân phối đến các vòi phun.
* Vòi phun xăng điện từ: vòi phun điện từ (10) được bố trí nhô vào trong đường nạp sao cho tia nhiên liệu phun trực tiếp vào diện tích phía trước nó hoặc vào họng xu páp nạp. Tại đó nhiên liệu được hòa trộn với không khí tạo hỗn hợp cháy. Mỗi vòi phun phụ trách việc cấp nhiên liệu cho một xy lanh. Các vòi phun được điều khiển bởi ECU. Thời gian mở của vòi phun sẽ xác định lượng nhiên liệu được cung cấp. Tuỳ thuộc vào kiểu phun, các vòi phun có thể hoạt động đồng thời hoặc riêng biệt. Các HTPX thế hệ mới chỉ sử dụng kiểu phun theo dãy hoặc phun cho mỗi xy lanh riêng biệt. Nhiên liệu được phun vào mỗi xy lanh một các chính xác về lượng phun và thời điểm phun. Tầng tín hiệu điều khiển ra
(Output-Stage module) sẽ cấp tín hiệu điều khiển vòi phun và nó được tích hợp trong ECU.
3.4 Các bộ phận của hệ thống đánh lửa
HTPX điện tử kiểu ME-Motronic sử dụng hệ thống phân phối điện áp tĩnh dùng cuộn dây đánh lửa đơn (9) hoặc cuộn dây đánh lửa kép.
3.5 Các bộ phận của hệ thống xử lý thải
Cũng giống như HTPX kiểu M-Motronic, hệ thống xử lý khí thải của ME- Motronic sử dụng các bộ phận sau:
• 1 hoặc 2 BXLKX kiểu xúc tác ba đưòng (chi tiết 17 và 26)
• Cảm biến lamda bố trí trước và sau BXLKX sơ cấp (17) Các bộ phận khác có thể được sử dụng là:
• Hệ thống phun khí thứ cấp như đã sử dụng trong HTPX kiểu M-Motronic
• Cảm biến nhiệt độ khí thải (trong hệ thống có tăng áp bằng tua bin khí thải) để giám sát nhiệt độ khí nhằm mục đích bảo vệ các chi tiết
Trong HTPX kiểu M-Motronic sử dụng 2 BXLKT (BXLKT sơ cấp đặt gần phía động cơ). Hệ thống sử dụng cảm biến lambda kiểu 2 điểm để xác định hàm lượng ô xy trong khí thải cũng như cảm biến lambda có dải đo rộng để kiểm soát hệ số lambda. Do vậy, tạo được sự phản ứng động tốt hơn cho việc điều khiển vòng lặp kín dựa theo tín hiệu ngược của cảm biến lambda.
3.6 Giám sát quá trình vận hành
Một yêu cầu bắt buộc trong quá trình sử dụng là khi phương tiện đang chuyển động, nó không bao giờ được tăng tốc khi người điều khiển không muốn điều đó. Do vậy, khái niệm an toàn đối với hệ thống điều khiển sự vận hành động cơ bằng điện tử là phải đáp ứng chính xác các yêu cầu.Do vậy, ECU của hệ
thống điều khiển được bổ sung một vi xử lý giám sát và 2 vi xử lý này sẽ giám sát lẫn nhau.
3.7 Cấu trúc mô men
Cấu trúc hệ thống dựa theo mô men được giới thiệu lần đầu trên HTPX kiểu ME-Motronic. Trên Hình 2.7 ta thấy, tất cả các ”đòi hỏi vận hành” trong động cơ được chuyển thành ”yêu cầu mô men”. Bộ phân phối mô men sẽ ưu tiên những yêu cầu mô men từ các bộ phận tiêu thụ công suất bên trong và bên ngoài;
và các yêu cầu khác có liên quan đến hiệu suất của động cơ. Sau đó, mô men
xoắn yêu cầu cuối cùng sẽ được phân phối một cách cân đối cho các hệ thống khí nạp, nhiên liệu và đánh lửa.
Injection interiude
Yêu cầu mô men ngoài Truyền động
Điều khiển tiết kiệm Giới hạn tốc độ HT điều khiển hộp số ĐK sự ổn định
Tiện nghi Láixe/hành khách
Yêu cầu mô men trong
Bắt đầukhởi động
Điều khiển tốc độ không tải Bảo vệ cấc bộ phận
Hiệu suất Yêu cầu Khởi động
Xuc tác biến đổi nhiệt Điều khiển tốc độ không tải
Kết hợp mô men
Kết hợp mô men và hiệu suất yêu cầu Biến đổi mô men
Kết quả cuói cùng cuacủa mô men yêu cầu Vị trí bướm ga
Góc đánh lửa