Cảm biến vị trí bàn đạp ga (APP) được lắp trong giá bắt bàn đạp ga và có 2 mạch cảm biến: VPA (chính) và VPA2 (phụ). Cảm biến này là kiểu không tiếp điểm. Nó dùng các phần tử hiệu ứng từ để cung cấp các tín hiệu chính xác, thậm chí trong các điều kiện lái xe khắc nghiệt như ở tốc độ cao cũng như tốc độ rất thấp. Điện áp được cấp đến cực VPA và VPA2 của ECU, thay đổi giữa 0V và 5V tỷ lệ với góc mở của bàn đạp ga. Một tín hiệu từ VPA được sử dụng để phát hiện góc mở bàn đạp ga và được dùng để điều khiển động cơ. Một tín hiệu VPA2 cho biết tình trạng của mạch VPA và được dùng để kiểm tra APP. ECU theo dõi góc mở bàn đạp ga (góc mở bướm ga) thực tế qua những tín hiệu từ VPA, VPA2 và điều khiển bộ chấp hành bướm ga theo những tín hiệu này.
IC Hall VCP2 EPA2 VPA2 VPA EPA VCPA ECU
Hình 2.18 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga
2.7 Các bộ tạo tín hiệu G và NE (cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu)
Tín hiệu G và NE được tạo ra bởi cuộn nhận tín hiệu, bao gồm một cảm biến vị trí trục cam hoặc cảm biến vị trí trục khuỷu và đĩa tín hiệu. Thông tin từ hai tín hiệu này được kết hợp bởi ECU động cơ để phát hiện đầy đủ góc của trục khuỷu và tốc độ động cơ.
Hai tín hiệu này không chỉ rất quan trọng đối với các hệ thống EFI mà còn quan trọng đối với cả hệ thống DIS.
a.
Cảm biến vị trí trục cam (bộ tạo tín hiệu G)
Cảm biến vị trí trục cam bao gồm một nam châm, lõi thép và được cuộn bằng dây đồng và được lắp trên nắp quy lát. Khi trục cam quay, 3 răng trên trục cam đi qua cảm biến vị trí trục cam. Điều này làm kích hoạt từ trường trong cảm biến và sinh ra một điện áp trong cuộn dây đồng. Trục cam quay cùng với chuyển động quay của trục khuỷu. Khi trục khuỷu quay hai vòng, sinh ra điện áp 3 lần trong cảm biến vị trí trục cam. Điện áp sinh ra trong cảm biến tác dụng như một tín hiệu, cho phép ECU xác định được vị trí của trục cam. Tín hiệu này được dùng để điều khiển thời điểm đánh lửa, thời điểm phun nhiên liệu và hệ thống VVT.
G NE NE G2 NE G2 ECU + - + - C24 C24 C24 C24 C24 E02
Hình2.19 Sơ đồ mạch cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu
b. Cảm biến vị trí trục khuỷu ( bộ tạo tín hiệu NE )
Cảm biến vị trí trục cam
Cảm biến vị trí trục khuỷu
Tín hiệu NE được ECU động cơ sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu và tốc độ của động cơ. Hệ thống cảm biến vị trí trục khuỷu bao gồm đĩa tín hiệu cảm biến và cuộn nhận tín hiệu. Đĩa tín hiệu có 34 răng và được lắp trên trục khuỷu. Cuộn nhận tín hiệu được làm từ cuộn dây đồng, một lõi sắt và nam châm.
Khi đĩa tín hiệu cảm biến quay và khi từng răng của nó đi qua cuộn tín hiệu, một tín hiệu xung được tạo ra. Cuộn nhận tín hiệu sinh ra 34 tín hiệu ứng với một vòng quay của động cơ. ECU nhận biết vị trí của trục khuỷu và tốc độ động cơ dựa vào tín hiệu này. Dùng những tín hiệu này để điều khiển thời gian phun nhiên liệu và thời điểm đánh lửa.
Hình 2.20 Tín hiệu dạng xung của G và NE
2.8 Cảm biến ôxy
Đối với chức năng làm sạch khí xả tối đa của động cơ có TWC (bộ trung hoà khí xả 3 thành phần) phải duy trì tỷ lệ không khí-nhiên liệu trong một giới hạn hẹp xoay quanh tỷ lệ không khí-nhiên liệu lý thuyết. Cảm biến ôxy phát hiện xem nồng độ ôxy trong khí xả là giàu hơn hoặc nghèo hơn tỷ lệ không khí-nhiên liệu lý thuyết. Cảm biến này chủ yếu được lắp trong đường ống xả.
Cấu tạo
Cảm biến ôxy có một phần tử làm bằng ziconi ôxit (ZrO2), đây là một loại gốm. Bên trong và bên ngoài của phần tử này được bọc bằng một lớp platin mỏng. Không khí chung quanh được dẫn vào bên trong của cảm biến này và phía ngoài của cảm biến lộ ra phía khí thải.
Hình 2.21 Cấu tạo và đường đặc tính của cảm biến ôxy
1-Vỏ, 2-Điện cực rắn (zirconia), 3-Điện cực platin, 4-Bộ sấy (không khí), 5-Phủ lớp gốm
Ở nhiệt độ cao (400oC [752oF] hay cao hơn), phần tử zirconi tạo ra một điện áp là do sự chênh lệch lớn giữa các nồng độ của ôxy ở phía trong và phía ngoài của phần tửzirconi.
Ngoài ra, platin tác động như một chất xúc tác để gây ra phản ứng hóa học giữa ôxy và cácbon monoxit (CO) trong khí xả. Vì vậy, điều này sẽ làm giảm lượng ôxy và tăng tính nhạy cảm của cảm biến.
Khi hỗn hợp không khí-nhiên liệu nghèo, phải có ôxy trong khí xả sao cho chỉ có một chênh lệch nhỏ về nồng độ của ôxy giữa bên trong và bên ngoài của phần tử zirconi.Do đó, phần tử zirconi sẽ chỉ tạo ra một điện áp thấp. Ngược lại, khi hỗn hợp không khí-nhiên liệu giàu, hầu như không có ôxy trong khí xả. Vì vậy, có sự khác biệt lớn về nồng độ ôxy giữa bên trong và bên ngoài của cảm biến này để phần từ zirconi tạo ra một điện áp tương đối lớn.
Căn cứ vào tín hiệu OX do cảm biến này truyền đến, ECU động cơ sẽ tăng hoặc giảm lượng phun nhiên liệu để duy trì tỷ lệ không khí-nhiên liệu trung bình ở tỷ lệ không khí-nhiên liệu lý thuyết.
Hoạt động
Cảm biến ôxy được lắp trước và sau TWC (bộ trung hòa khí xả ba thành phần) và phát hiện nồng độ ôxy trong khí xả. Vì cảm biến này tích hợp với bộ sấy để làm nóng phần cảm biến, nó có thể phát hiện được nồng độ ôxy thậm chí khi lượng khí nạp là thấp (nhiệt độ khí xả thấp). Khi tỷ lệ xăng-khí trở nên nhạt, nồng độ ôxy trong khí xả là đậm. Cảm biến ôxy thông báo đến ECU rằng tỷ lệ không khí-nhiên liệu trước TWC là nhạt (điện áp thấp , nghĩa là nhỏ hơn 0.45V).
EFI ECU
+B HT1B
E2 OX1B
MREL
EFI MAIN EFI No.3
EX1B
Hình 2.22 Sơ đồ mạch điện cảm biến ôxy có bộ sấy
Ngược lại khi tỷ lệ xăng-khí là đậm hơn tỷ lệ xăng-khí lý tưởng, nồng độ ôxy trong khí thải giảm. Cảm biến ôxy thông báo cho ECU rằng tỷ lệ không khí-nhiên liệu trước TWC là đậm (điện áp cao, nghĩa là lớn hơn 0.45V). Cảm biến ôxy có đặc tính thay đổi điện áp của nó rất mạnh khi tỷ lệ không khí-nhiên liệu gần với mức tiêu chuẩn.
ECU dùng thông tin bổ sung từ cảm biến ôxy để xác định xem tỷ lệ không khí- nhiên liệu sau TWC là Đậm hay Nhạt và điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu tương ứng. Vì vậy, nếu cảm biến ôxy làm việc không đúng do hư hỏng bên trong, thì ECU không thể bù được độ lệch trong việc điều chỉnh tỷ lệ không khí-nhiên liệu ban đầu.
2.9
C ả m biế n t ỷ l ệ không khí – nhiên li u (A/F)ệ
Giống như cảm biến ôxy, cảm biến tỷ lệ không khí-nhiên liệu phát hiện nồng độ ôxy trong khí xả. Các cảm biến ôxy thông thường phải làm sao cho điện áp đầu ra có xu hướng thay đổi mạnh tại giới hạn của tỷ lệ không khí-nhiên liệu lý thuyết. Khi so sánh, cảm biến tỷ lệ không khí-nhiên liệu đặt một điện áp không thay đổi để nhận được một điện áp gần như tỷ lệ thuận với nồng độ của ôxy. Điều này làm tăng độ chính xác của việc phát hiện tỷ lệ không khí-nhiên liệu.
Cấu tạo và hoạt động
ECU dùng thông tin từ cảm biến A/F để điều chỉnh tỷ lệ không khí-nhiên liệu và duy trì nó gần với mức lý tưởng. Điều này tối ưu hóa khả năng của bộ trung hòa khí xả 3 thành phần (TWC) để lọc khí xả. Cảm biến A/F phát hiện các mức ôxy trong khí xả và truyền thông tin đến ECU. Mặt bên trong của phần tử cảm biến để lộ ra không khí bên ngoài. Mặt bên ngoài của phần tử cảm biến để lộ trong khí xả. Phần tử cảm biến được làm bằng platin có phủ zirconia và cả phần tử sấy tích hợp. Phần tử Từ ắc
zirconia tạo ra một điện áp nhỏ khi có sự chênh lệch lớn trong nồng độ ôxy giữa khí xả và khí bên ngoài. Mạ platin khuếch đại sự sinh ra điện áp này.
Hình 2.23 Cấu tạo và đường đặc tính của cảm biến tỷ lệ không khí – nhiên liệu
Cảm biến A/F khi được sấy nóng sẽ hiệu quả hơn. Khi nhiệt độ của khí xả thấp, cảm biến không thể tạo ra các tín hiệu điện áp có ích khi không có sự bổ sung của việc sưởi . ECU điều chỉnh sưởi bổ sung dùng chu kỳ hiệu dụng tiếp cận để điều chỉnh dòng điện trung bình trong phần tử bộ sấy cảm biến. Nếu dòng bộ sấy nằm ngoài phạm vi bình thường, tín hiệu được truyền bởi cảm biến A/F trở nên không chính xác. Vì vậy ECU không thể điều chỉnh tỷ lệ không khí-nhiên liệu một cách chính xác.
Khi dòng điện trong bộ sấy cảm biến A/F ngoài vùng hoạt động bình thường, ECU coi điều này như là hư hỏng trong bộ sấy cảm biến và thiết lập các mã DTC.
EFI ECU +B HA1A A1A- A1A+ MREL EFI MAIN A1A-
Hình 2.24 Sơ đồ mạch điện của cảm biến tỷ lệ không khí – nhiên liệu
Cảm biến tỷ lệ không khí-nhiên liệu Từ ắc
2.10 Cảm biến tốc độ xe
Cảm biến tốc độ bánh xe theo dõi tốc độ quay của bánh xe và gửi một tín hiệu đến ECU điều khiển trượt. ECU điều khiển trượt chuyển tín hiệu tốc độ bánh xe thành tín hiệu 4 xung và truyền nó đến ECU động cơ qua đồng hồ táp lô. ECU động cơ xác định tốc độ xe dựa trên tín hiệu của tần số này.
4 xung 4 xung
Hình 2.25 Sơ đồ hoạt động của cảm biến tốc độ xe
Một điện áp 12V hoặc 5V được phát ra từ mỗi ECU và sau đó chuyển đến nhập vào đồng hồ táp lô. Tín hiệu này được chuyển thành tín hiệu xung tại một tranzito trong đồng hồ táp lô. Từng ECU điều khiển những hệ thống tương ứng dựa trên tín hiệu này.
Nếu ngắn mạch trong bất kì ECU nào hay trong dây điện nối với một ECU nào đó, tất cả các hệ thống trong sơ đồ trên sẽ không hoạt động bình thường.
2.11 Cảm biến tiếng gõ ( cả m biế n kích nổ )
Động cơ sử dụng các cảm biến tiếng gõ kiểu phẳng (kiểu không cộng hưởng) có cấu trúc có thể phát hiện được các rung động trong dãi tần số rộng: Giữa khoảng xấp xỉ 6 kHz và 15 kHz.
Cảm biến tiếng gõ được lắp trên thân máy để phát hiện tiếng gõ của động cơ.
Cảm biến tiếng gõ bao gồm một phần tử áp điện, nó phát ra điện áp khi nó bị biến dạng.
Một điện áp được phát ra khi thân máy rung động do tiếng gõ. Bất kỳ sự xuất hiện tiếng gõ của động cơ nào có thể khử bằng cách làm trễ thời điểm đánh lửa.
Đồng hồ táp lô ECU điều khiển trượt Cảm biến tốc độ bánh xe ECU ĐỘNG CƠ
KNK1
ECU
EKNK C24
C24
Hình 2.26 Sơ đồ mạch của cảm biến tiếng gõ
2.12 Một số tín hiệu kháca.Tín hiệu khởi động STA a.Tín hiệu khởi động STA
Tín hiệu STA được dùng để phát hiện xem có phải động cơ đang quay khởi động không. Vai trò chính của tín hiệu này là để được sự chấp thuận của ECU động cơ nhằm tăng lượng phun nhiên liệu trong khi động cơ đang quay khởi động. Tín hiệu STA là một điện áp giống như điện áp cấp đến máy khởi động.
b.Tín hiệu A/C (Điều hòa không khí)
Tín hiệu A/C này phát hiện xem ly hợp từ tính của máy điều hòa có bật không. Tín hiệu A/C này được dùng để điều chỉnh thời điểm đánh lửa trong suốt thời gian chạy không tải, điều khiển hệ thống ISC, cắt nhiên liệu, và các chức năng khác.
c.Tín hiệu phụ tải điện
Tín hiệu phụ tải điện này được sử dụng để phát hiện xem các đèn pha, bộ làm tan sương cửa sổ sau, hoặc các bộ phận khác có bật không. Mạch tín hiệu này có vài tín hiệu về phụ tải điện, các tín hiệu này được gộp lại và chuyển đến ECU động cơ như một tín hiệu đơn, hoặc mỗi tín hiệu được chuyển riêng đến ECU động cơ. Các tín hiệu về phụ tải điện được dùng để điều khiển hệ thống ISC.
d. Tín hiệu công tắc vị trí đỗ xe/trung gian NSW
Tín hiệu NSW chủ yếu được sử dụng để điều khiển hệ thống ISC.
Tín hiệu này chỉ được dùng trong các xe có hộp số tự động, và thường dùng để phát hiện vị trí của cần chuyển số. Để đảm bảo an toàn, công tắc vị trí đỗ xe/trung gian phát hiện vị trí cần số để sao cho động cơ chỉ có thể khởi động khi xe ở vị trí P hay N.
Cảm biến tiếng gõ
Khi công tắc vị trí đỗ xe/trung gian gửi nhiều hơn một tín hiệu cùng một lúc từ vị trí P, R, N hay D của công tắc, ECU coi như đó là hư hỏng trong công tắc hay chi tiết liên quan nếu nó đồng thời nhận được nhiều hơn 1 tín hiệu. ECU sẽ bật đèn MIL và lưu DTC. DL N RL PL RB L B NSW ECU D N R P S S IG C24 C24 C24 C24 C24 C24
Hình 2.27 Sơ đồ mạch của tín hiệu NSW
CHƯƠNG 3
BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM (ECU)
Mỗi hệ thống điều khiển trên ôtô được trang bị một bộ phận điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit) hay còn gọi ECM (Electronic Control Module).
Thành phần và chức năng của từng bộ phận
Từ ắc quy
Từ ắc quy
Công tắc điều khiển hộp số
Đến mát
1.Bộ phận kết nối :
Là thiết bị trung gian dùng để kết nối giữa ECU với bộ phân bên ngoài. Thông qua bộ phận này ECU có thể nhận biết các tín hiệu vào (inputs) cũng như xuất các tín hiệu ra (outputs).
2.Bộ nhớ của ECU
Bộ nhớ dùng để lưu trữ các lệnh và dữ liệu cho bộ vi xử lí hoặc các vi mạch khác đây là cơ sở chính cho bộ vi xử lí CPU nhận dữ liệu để xử lí.
Bộ nhớ bán dẫn được dùng làm bộ nhớ trong vì kích thước nhỏ, năng lượng tiêu thụ thấp, tốc độ truy xuất cao.
Phân loại bộ nhớ bán dẫn -Bộ nhớ bán dẫn cố định
• ROM Nội dung chỉ được viết một lần duy nhất (Read Only Memory) là bộ nhớ chỉ đọc nội dung được viết sẵn khi sản xuất tại nhà máy.
• PROM (Progamable Read Only Memory) là bộ nhớ chỉ đọc mà nội dung được viết một lần duy nhất bởi thiết bị ghi của người sử dụng.
- Bộ nhớ bán dẫn bán cố định: là loại bộ nhớ có cấu tạo hoàn toàn như loại cố định chỉ khác là dữ liệu (mã thông tin) có thể thay đổi hoặc viết lại.
• EPROM (Erasable Progamable Read Only Memory) dữ liệu có thể xoá bằng tia cực tím và ghi lại.
• EEPROM (Electric Erasable Progamable Read Only Memory) xoá bằng dòng điện
- Bộ nhớ RAM hay bộ nhớ đọc viết (Random Access Memory) là loại bộ nhớ có thể đọc và viết nhiều lần mà không phải tháo ra để xoá, viết trên các thiết bị đặc biệt, dữ liệu bị mất khi mất nguồn.
+ DRAM (Dynamic Random Access Memory) là loại RAM động được xây dựng trên cơ sở các tụ điện vì vậy RAM động phải được phục hồi đều đặn (refesh) vì sự rò điện trên tụ.
+ SRAM (Static Random Access Memory) hay gọi là RAM tĩnh, được xây dựng trên các phần tử Flip-Flop.
3. Bộ vi xử lí của ECU
Bộ phận quan trọng nhất của ECU là Bộ vi xử lí (Microprocessor) sẽ có chức năng nhận các tín hiệu từ các cảm biến (theo dõi tình trạng động cơ) thông qua các thiết bị
ghép nối và sẽ xử lí các thông tin và đưa ra các quyết định dựa trên tập hợp các lệnh chương trình đã được lập trình sẵn và lưu trong ROM hoặc EPROM để điều khiển cơ cấu chấp hành vòi phun và đánh lửa.
Với khả năng xử lí nhanh thông tin ECU hiện đại có thể thực thi các lệnh lập trình với độ chính xác cao và dẫn đến động cơ có thể thực hiện hầu hết các chế độ động cơ. Do đóù: Đối với tất cả các chế độ hoạt động của động cơ bất kì thì ECU sẽ cung