Cũng như tớn hiệu tương tự, tớn hiệu xung cũng cần phải được chuyển đổi thành tớn hiệu số trước khi đưa vào vi xử lý. Dạng thụng tin mà tớn hiệu xung muốn truyền là tần số xung hay số lần xuất hiện xung dương trong một đơn vị thời gian.
tần số cao
Hỡnh 4.3: Dạng tớn hiệu xung từ cảm biến đưa tớn hiệu dạng. xung
Mạch chuyển đổi xung – số thực chất là mạch đếm số lần xuất hiện xung dương trong một khoảng thời gian và giỏ trị đếm được biểu thị bằng giỏ trị số. Trong ECU mạch này được sử dụng để xỏc định tốc độ động cơ bằng việc đếm số xung NE.
Sai số của mạch chuyển đổi thường rất hay xuất hiện thụng thường do nguồn xung khụng ổn định vỡ bị nhiễu bởi cỏc xung bờn ngoài. Thờm nữa sai số sẽ xuất hiện nếu như xung nhịp tạo thời gian cho mạch đếm khụng ổn định cũng là một nguyờn nhõn gõy sai số.
4.1.3. Chuyển đổi từ tớn hiệu on/off sang tớn hiệu số.
Tớn hiệu ON/OFF chớnh là những tớn hiệu từ cỏc cụng tắc điều khiển vớ dụ như tớn hiệu bật điều hoà nhiệt độ, tớn hiệu đỏnh tay lỏi tại chỗ, tớn hiệu từ cụng tắc khụng tải… Để bộ vi xử lý xỏc định được tớn hiệu nào xuất hiện thường cú nhiều cỏch, hoặc là tương ứng với mỗi tớn hiệu on/off là một giỏ trị số tương ứng bỏo về ECU hoặc ECU sử dụng biện phỏp quột vũng lần lượt từng tớn hiệu vào.
4.2. Phõn tớch quỏ trỡnh điều khiển ra của ECU
Cỏc cơ cấu chấp hành do ECU điều khiển bao gồm vũi phun chớnh, IC đỏnh lửa, van khụng tải… Cỏc cơ cấu này chỉ làm việc được với tớn hiệu xung, vỡ thế cần phải chuyển đổi từ tớn hiệu số thành tớn hiệu xung.
4.2.1. Cơ sở điều khiển vũi phun
Việc thay đổi lượng nhiờn liệu phun được thay đổi bằng độ rộng xung điều
khiển vũi phun cũn thời điểm phun được điều khiển bằng tớn hiệu thời điểm G Ở đõy ta quan tõm chủ yếu đến biện phỏp thay đổi độ rộng xung phun.
Biện phỏp thay đổi độ rộng ở đõy sử dụng mạch đếm lập trỡnh tức là giỏ trị số của lượng nhiờn liệu phun là bao nhiờu thỡ mạch đếm xung nhịp sẽ đếm lờn bấy nhiờu. Khi bắt đầu đếm cũng là khi nõng xung điều khiển phun và khi giỏ trị đếm bằng giỏ trị điều khiển ra cũng là lỳc hạ mức xung điều khiển phun xuống. Hỡnh 4.4 là minh hoạ của quỏ trỡnh điều khiển phun.
xung phun xung nhịp xung điều khiển phun
Hỡnh 4.4: Quỏ trỡnh điều khiển phun của ECU.
Vớ dụ giỏ trị số điều khiển phun do vi xử lý tớnh toỏn là 36 thỡ khi xuất hiện xung điều khiển phun mạch đếm sẽ bắt đầu đếm xung nhịp đồng thời nõng mức của xung phun lờn cao, vũi phun bắt đầu mở. Khi giỏ trị đếm xung đủ 36 thỡ mạch đếm sẽ hạ mức xung phun xuống tương ứng ngừng phun và đồng thời ngừng đếm chờ xung điều khiển phun tiếp theo.
4.2.2. Cơ sở điều khiển đỏnh lửa
Khỏc với điều khiển phun xăng, ở đõy do luụn luụn phải đảm bảo gúc ngấm điện cho bụbin là hằng số vỡ thế thời điểm bắt đầu cấp điện cho bụbin khụng phải từ lỳc xuất hiện xung thời điểm G mà phải xuất hiện sớm hơn xung thời điểm nhằm đảm bảo gúc ngấm điện là đủ cho bụbin và độ mở sớm hơn xung thời điểm này phải được thay đổi theo số vũng quay nhằm đảm bảo gúc ngấm điện luụn luụn giữ ổn định.
Hỡnh 4.5 minh hoạ cho quỏ trỡnh điều khiển đỏnh lửa.
Từ hỡnh 4.5 ta nhận thấy xung thời điểm G luụn luụn xuất hiện trước điểm chết trờn (ĐCT) từ 450 đến 500. Khi xung G xuất hiện thỡ xung IGT đó xuất hiện từ trước đú. Khoảng thời gian từ thời điểm bắt đầu cấp điện cho bụbin đến thời điểm bắt đầu tớnh toỏn gúc đỏnh lửa sớm t1 phụ thuộc số vũng quay
động cơ. Khoảng thời gian này được tớnh toỏn sao cho tổng hai khoảng thời gian t3 = t1 + t2 là hằng số với mọi tốc độ động cơ và với mọi gúc đỏnh lửa.
Để thuận tiện cho việc đỏnh lửa đối với động cơ xe mỏy sẽ tiến hành đỏnh lửa 2 lần trong một chu trỡnh. Mỗi khi cú xung điều khiển đỏnh lửa(G) ECU sẽ tiến hành tớnh toỏn để đưa ra gúc đỏnh lửa sớm tối ưu của lần đỏnh lửa tiếp theo.
lửa (IGT)
sớm
360
º
ºgúc quay trục khuỷu
Thời điểm đỏnh lửa t 1 xung đỏnh Thời điểm bắt đầu cấp điện cho bụbin Thời
điểm bắt đầu tớnh toỏn gúc đỏnh lửa t 3 t 2 xung nhịp xung điều khiển đỏnh lửa (G) 1 0 gúc quay trục khuỷu ĐCT
Hỡnh 4.5. Quỏ trỡnh điều khiển đỏnh lửa của ECU.
4.2.3. Điều khiển van khụng tải
Thụng thường cỏc động cơ sử dụng van khụng tải kiểu điện từ đúng mở theo xung. Để điều khiển van này ta phải thay đổi độ rộng xung dương hoặc xung õm để thay đổi độ mở của van. Nếu độ rộng xung dương càng lớn thỡ thời gian mở van càng lõu tiết diện thụng qua càng lớn và ngược lại. Giỏ trị độ rộng xung được xỏc định thụng qua thớ nghiệm trờn động cơ thực.
4.2.4. Phương phỏp điều khiển kim phun:4.2.4.1. Nguyờn lý điều khiển kim phun: 4.2.4.1. Nguyờn lý điều khiển kim phun:
Trong quỏ trỡnh hoạt động của động cơ, ECU liờn tục nhận được những tớn hiệu đầu vào từ cỏc cảm biến. Qua đú, ECU sẽ tớnh ra thời gian mở kim phun. Quỏ trỡnh mở và đúng kim phun diễn ra ngắt quóng. Thời gian mở kim phun phụ thuộc vào xung điều khiển. Độ rộng xung thay đổi phụ thuộc vào chế độ làm việc của động cơ. Giả sử ở chế độ tải lớn ứng với cỏnh bướm ga mở lớn thỡ cần phải cung cấp nhiờn liệu nhiều hơn, điều đú nghĩa là ECU sẽ phải cung cấp xung cú độ dài dài hơn để giữ kim phun ở trạng thỏi mở dài hơn nhằm cung cấp thờm nhiờn liệu.
Để đảm bảo lượng xăng phun ra chỉ phụ thuộc vào thời gian mở vũi phun thỡ chờnh ỏp trước và sau vũi phun cần phải được giữ ổn định. Chờnh ỏp này được giữ ổn định thụng qua bộ ổn định ỏp suất.
4.2.4.2. Điều khiển thời gian phun nhiờn liệu:
Thời gian phun nhiờn liệu thực tế được xỏc định bằng hai đại lượng sau: - tb: Thời gian phun cơ bản chủ yếu dựa vào ỏp suất khớ nạp và tốc độ động cơ - tc: Thời gian hiệu chỉnh được dựa vào cỏc cảm biến cũn lại.
Thời gian phun nhiờn liệu là tổng của 2 đại lượng trờn t= tb + tc
trong khuụn khổ đồ ỏn này, ECU chỳng em sẽ điều khiển kim phun theo cỏc chế độ sau:
1. Chế độ khởi động với λ rất nhỏ.
2. Chế độ chuyển tiếp từ khởi động sang khụng tải.
4. Chế độ chuyển tiếp từ khụng tải sang cú tải
5. Chế độ tăng tốc.
6. Chế độ giảm tốc.
7. Chế độ ổn định.
8. Chế độ cắt nhiờn liệu khi động cơ bị kộo.
9. Chế độ cắt nhiờn liệu khi quỏ tốc độ
10. Điều khiển kớn với λ= 1 khi tải trung bỡnh và động cơ đó đủ núng.
Cắt nhiên liệu
Làm giàu khi tăng tốc
Làm giàu khi khởi động
Làm giàu khi chuyển tiếp
Làm giàu lúc sấy nóng Điều chỉnh Lambda = 1 tb tc ti kim phun Cảm biến Lambda ST TW TPS NE Cảm biến áp suất TA Điện áp Accu
Hỡnh 4.6. Sơ đồ thuật toỏn điều khiển thời gian phun theo cỏc chế độ làm việc của động cơ.
Trong đú : TPS: Cảm biến vị trớ bướm ga. TW: nhiệt độ động cơ
ST: cụng tắc khởi động NE: tốc độ động cơ tb: thời gian phun cơ bản tc: thời gian phun hiệu chỉnh Ta: nhiệt độ khớ nạp
4.2.4.3. Điều khiển kim phun khi khởi động:
Trong quỏ trỡnh khởi động, rất khú xỏc định chớnh xỏc lượng khớ nạp vào và
do cú sự thay đổi lớn của tốc độ động cơ. Vỡ lớ do này, ECU lấy từ trong bộ nhớ thời gian phun cơ bản tương ứng với nhiệt độ động cơ. Sau đú ECU cộng thờm thời gian hiệu chỉnh theo điện ỏp ắc quy để tạo ra thời gian phun thực tế ti. Tỷ lệ hũa khớ ở chế độ này thường rất đậm (λ= 0,4ữ0,8 ) tựy theo nhiệt độ thõn động cơ.
4.2.4.4. Điều khiển thời gian phun ở chế độ chuyển tiếp khởi động- khụng tải
Để quỏ trỡnh chuyển tiếp từ chế độ khởi động sang khụng tải khụng diễn ra
đột ngột chỳng ta cần cú một quỏ trỡnh chuyển tiếp giữa hai giai đoạn này. Trong đồ ỏn này tụi sử dụng số vũng quay động cơ như là một biến thời gian trong quỏ trỡnh chuyển tiếp và quỏ trỡnh chuyển tiếp từ khởi động sang khụng tải diễn ra trong khoảng 20 vũng quay động cơ. Sau thời gian khởi động động cơ, ECU sẽ xỏc định thời gian phun bằng cỏch:
ti = tb + tc + tắcquy – thc
tc : chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ động cơ, nhiệt độ khớ nạp, cảm biến bướm ga…
Thời gian phun cơ bản tb được xỏc định tựy theo loại phun xăng.
Trong đồ ỏn này hệ thống phun xăng là loại D- Jetronic dựng MAP sensor: thời gian phun cơ bản được xỏc định bởi ỏp suất đường ống nạp và tốc độ động cơ. Bộ nhớ bờn trong của ECU chứa dữ liệu về thời gian phun cơ bản ứng với cỏc mức tải trọng ( ỏp suất đường nạp) và tốc độ động cơ.
thc : là lượng thời gian ứng với lượng nhiờn liệu bị giảm dần sau khi khởi động. thc tăng dần khi biến đếm số vũng quay tăng dần nhằm đảm bảo lượng nhiờn liệu được cấp khụng giảm một cỏch đột ngột khi động cơ chuyển từ khởi động sang khụng tải.
tắcquy là thời gian phun thờm khi điện ỏp accu giảm nhằm bự lại thời gian trễ của quỏ trỡnh nõng kim phun do điện ỏp thấp.
4.2.4.5. Làm giàu nhiờn liệu khi hõm núng mỏy
Hỡnh 4.7. Hiệu chỉnh lượng nhiờn liệu theo nhiệt độ ở chế độ khởi động.
Khi động cơ hoạt động ở chế độ lạnh sự bay hơi của nhiờn liệu khụng tốt, ma sỏt của động cơ lớn do độ nhớt của dầu bụi trơn cũn cao dẫn đến động cơ hoạt động khụng ổn định. Mặt khỏc nú sẽ kộo dài thời gian chạy ấm mỏy làm
cho bộ xỳc tỏc khớ xả hoạt động kộm hiệu quả. Chớnh vỡ vậy khi nhiệt độ động cơ cũn thấp ECU sẽ dựa vào tớn hiệu từ cảm biến nhiệt độ động cơ để hiệu chỉnh tăng lượng nhiờn liệu phun cho đến khi đạt đến nhiệt độ đặt trước( 60ºC).
4.2.4.6. Chế độ chuyển tiếp từ khụng tải sang cú tải
Khi động cơ chuyển tiếp từ chế độ khụng tải sang cú tải sẽ làm tốc độ động cơ bị giảm đột ngột dẫn tới động cơ cú thể bị chết mỏy. Do vậy chỳng ta cần phải phun bổ sung thờm một lượng nhiờn liệu trong một khoảng thời gian nhằm giỳp cho quỏ trỡnh chuyển tiếp này diễn ra nhẹ nhàng. Tương tự như quỏ trỡnh chuyển tiếp từ khởi động sang khụng tải, quỏ trỡnh chuyển tiếp từ khụng tải sang cú tải cũng sử dụng số vũng quay động cơ như là một biến thời gian và quỏ trỡnh chuyển tiếp này diễn ra trong 40 vũng quay động cơ.
4.2.4.7. Chế độ tăng tốc
Chế độ tăng tốc được thể hiện thụng qua sự thay đổi đột ngột của vị trớ bướm
ga từ nhỏ sang lớn. Do vậy khi ECU nhận ra sự tăng tốc của động cơ thụng qua sự thay đổi đột ngột của cảm biến vị trớ bướm ga ECU sẽ phun thờm một lượng nhiờn liệu trong mụt khoảng thời gian để cải thiện quỏ trỡnh tăng tốc của động cơ. Mức độ phun thờm tỷ lệ với độ thay đổi đột ngột của cảm biến vị trớ bướm ga.
4.2.4.8. Chế độ giảm tốc
Chế độ giảm tốc được thể hiện thụng qua sự thay đổi đột ngột của vị trớ
bướm ga từ vị trớ lớn sang vị trớ nhỏ. Khi ECU nhận được tớn hiệu giảm tốc từ cảm biến vị trớ bướm ga thỡ nú sẽ giảm lượng nhiờn liệu phun vào khi cần thiết để ngăn ngừa hỗn hợp quỏ đậm khi giảm tốc.
Trong quỏ trỡnh giảm tốc độ, nếu bướm ga đúng hoàn toàn và tốc độ động cơ lớn, ECU sẽ điều khiển khụng phun nhiờn liệu để đảm bảo tớnh kinh tế và
giảm đỏng kể lượng khớ thải độc hại. Khi tốc độ động cơ giảm xuống dưới một tốc độ nào đú hoặc bướm ga mở trở lại thỡ ECU sẽ điều khiển phun nhiờn liệu trở lại.
4.2.4.9. Chế độ ổn định
Chế độ ổn định được định nghĩa là chế độ mà khi vị trớ bướm ga được giữ
cố định và nhiệt độ động cơ lớn hơn 60ºC. Đõy là chế độ để chỳng ta lập MAP thể hiện sự phụ thuộc của thời gian phun với ỏp suất đường nạp và tốc độ động cơ với tiờu chớ lập MAP là đảm bảo λ = 1.
4.2.4.10. Chế độ cắt nhiờn liệu khi động cơ vượt quỏ tốc độ
Chế độ này nhằm đảm bảo độ bền của động cơ cũng như an toàn của người
sử dụng. Nhiờn liệu sẽ được phun trở lại khi tốc độ động cơ giảm xuống một giới hạn nào đú.
4.2.4.11. Chế độ điều khiển kớn
Tất cả cỏc chế độ nờu trờn đều là chế độ điều khiển hở của ECU. Nếu tớn hiệu gửi về ECU thỏa món cỏc điều kiện sau: nhiệt độ động cơ đó đủ núng (lớn hơn 60º), bướm ga lớn hơn vị trớ khụng tải và khụng tăng tốc hay giảm tốc độ đột ngột thỡ ECU sẽ thực hiện việc điều khiển phun nhiờn liệu theo chế độ kớn( cú hồi tiếp). Ở chế độ này ECU sẽ dựa vào tớn hiệu cảm biến ụxy để hiệu chỉnh tăng hay giảm lượng nhiờn liệu trong mỗi lần phun sao cho tỷ lệ hũa khớ xấp xỉ lý tưởng (λ = 1). Việc điều khiển kớn nhằm tạo ra hàm lượng cỏc chất độc hại trong khớ thải phự hợp để bộ xử lý khớ thải hoạt động với hiệu suất cao nhất.
4.2.4.12. Sự hiệu chỉnh theo điện ỏp ắc quy
Do vũi phun cú tớnh chất cảm tương đương với một khõu quỏn tớnh bậc nhất nờn cú một thời gian trễ giữa thời gian mà ECU gửi tớn hiệu đến kim phun và thời điểm mở kim phun do vậy sẽ làm thay đổi thời gian phun thực tế. Độ trễ
này càng dài khi điện ỏp của ắc quy càng lớn do vậy ECU cần phải được tớnh toỏn để kộo dài hay rỳt ngắn thời gian phun tựy theo điện ỏp ắc quy.
K
Cao
Thấp 12V
1.0
Hỡnh 4.8. Hiệu chỉnh nhiờn liệu theo điện ỏp ắc quy.
4.2.5. Phương phỏp điều khiển đỏnh lửa
Để động cơ hoạt động hiệu quả phỏt huy được tớnh năng kinh tế kỹ thuật thụng qua việc điều khiển lượng nhiờn liệu phun kết hợp với điều khiển đỏnh lửa là sự lựa chọn số một trờn cỏc dũng xe ụtụ hiện đại. Trong đồ ỏn này việc điều khiển đỏnh lửa được chỳng em thực hiện thụng qua hệ thống đỏnh lửa trực tiếp nhờ những ưu điểm sau:
- Dõy cao ỏp ngắn hoặc khụng cú dõy cao ỏp nờn giảm sự mất mỏt năng lượng, giảm điện dung ký sinh và giảm nhiễu vụ tuyến trờn mạch thứ cấp. - Khụng cú con quay chia điện nờn khụng cú khe hở giữa mỏ quẹt và dõy cao ỏp.
- Bỏ được cỏc chi tiết cơ dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng cỏc vật liệu cỏch điện tốt như con quay chia điện, chổi than, nắp delco.
4.2.5.1. Cấu tạo của hệ thống đỏnh lửa trực tiếp
Cỏc hệ thống đỏnh lửa trực tiếp đều thuộc loại điều khiển gúc đỏnh lửa sớm
bằng điện tử nờn việc đúng mở transitor cụng suất trong Igniter được thực hiện bởi ECU. Tựy thuộc vào bugi được cấp điện từ một bobine mà người ta phõn thành cỏc loại hệ thống đỏnh lửa khỏc nhau như: hệ thống đỏnh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bobine cho từng bugi, loại sử dụng mỗi bobine cho từng cặp bugi. Trong đồ ỏn này tụi sử dụng hệ thống đỏnh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bobine cho từng bugi.
Trong sơ đồ, ECU sau khi xử lý tớn hiệu từ cỏc cảm biến sẽ gửi tớn hiệu đến