Hệ thống điều khiển hồi tiếp vòng kín
Hệ thống phụ điều khiển khí thải Hệ thống điều khiển hồi tiếp vòng kín
Trung tâm của hệ thống điều khiển khí thải là hệ thống điều khiển hồi tiếp nhiên liệu theo vòng kín. Nó chiụ trách nhiệm cho việc điều khiển hoạt động của bộ chuyển đổi xúc tác cung cấp khí ga và cuối cùng là xác định nồng độ HC, CO và NOx thoát ra ngoài (qua ống bô).Hệ thống điều khiển vòng kín làm việc trong quá trình vận hành cầm chừng và hành trình và thực hiện điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu dựa trên tín hiệu của cảm biến oxy trên đường ống thải.
Khi vận hành theo vòng kín,ECM ( Engine Control Module-Hộp điều khiển động cơ ECU) giữ cho hỗn hợp không khí/ nhiên liệu giữ ở mức lý tưởng với tỉ lệ không khí/ nhiên liệu 14.7 đến 1( mức lý tưởng). Bằng việc phun xăng chính xác, lượng oxy trên đường ống thải được giữ trong 1 phạm vi nhỏ nhất điều này hỗ trợ cho hiệu suất vận hành tối ưu của 3 bộ xúc tác. Tuy nhiên, nếu tỉ lệ không khí/ nhiên liệu được điều chỉnh không chính xác từ chương trình lập trình sẵn, hiệu quả xúc tác bị giảm đáng kể, đặc biệt là làm giảm nồng độ của NOx.
Vận hành vòng lặp kín
Khi ECM xác định được điều kiện phù hợp cho việc điều khiển vòng lặp kín ( hiển thị trên các giá trị của cảm biến) , nó sử dụng tín hiệu từ cảm biến oxy để xác định chính xác nồng độ của oxy trên đường ống thải. Từ tín hiệu này , ECM xác định hỗn hợp hòa khí đậm hơn hay nhạt hơn so với lý tưởng có tỉ lệ không khí/ nhiên liệu 14.7 đến 1.
- Nếu tín hiệu từ cảm biến oxy trên 0.45 V , ECM xác định được hỗn hợp hòa khí đậm hơn so với lý tưởng và làm giảm lượng nhiên liệu phun vào.
- Nếu tín hiệu từ cảm biến oxy dưới 0.45V , ECM xác định được hỗn hợp hòa khí nhạt hơn so với lý tưởng và làm tăng lượng nhiên liệu phun vào.
Trong khi vận hành vòng lặp kín bình thường, tín hiệu từ cảm biến oxy được chuyển đổi nhanh chóng giữa 2 điều kiện làm việc, với hơn 8 chu kỳ trong 10 giây tại tốc độ 2500 v/ph. Sự lựa chọn phun nhiên liệu diễn ra liên tục mỗi khi tín hiệu từ thiết bị chuyển mạch trên và dưới điện áp ngưỡng là 0.45V.
Điều khiển vòng lặp kín trong phun xăng đánh lửa hoạt động trên tiền đề của các lệnh thay đổi bởi điều kiện làm việc có thể được tóm tắt như sau:
- 02S chỉ thị là đậm = ECM ra lệnh làm nhiên liệu đi vào nhạt hơn. - 02S chỉ thị là nhạt = ECM ra lệnh làm nhiên liệu đi vào đậm hơn.
Trong thời gian ngắn, thông tin từ cảm biến oxy lấy trên đường ống thải gửi vể ECM để ECM điều chỉnh lượng phun nhiên liệu. Sau khi điều chỉnh hoàn tất , màn hình cảm biến oxy hiển thị giá trị chính xác và đưa thông tin về ECM cho sự điều chỉnh bổ sung. Chu kì hiển thị/ câu lệnh này xảy ra liên tục trong vận hành vòng kín giữ cho tỉ lệ hòa khí không khí/ nhiên liệu gần với tỉ lệ lý tưởng.
Trong những điều kiện vận hành nhất định đòi hỏi sự phối hợp để làm đậm hơn hoặc nhạt hơn so với lý tưởng. Tùy vào điều kiện làm việc ECM sẽ bỏ qua tín hiệu từ cảm biến oxy và điều khiển lượng nhiên liệu bằng cách sử dụng thông tin truyền về từ các cảm biến khác. Sự vận hành này , được gọi là vòng hở, thường xảy ra trong khi động cơ bắt đầu quá trình "clock out",khởi động lạnh, tăng tốc, giảm tốc,tải trung bình hoăc nặng, và bướm ga mở rộng (WOT).
Những hiện tượng nếu vòng lặp kín hoạt động sai trong điều khiển khí thải và khả năng lái
Nói chung việc điều khiển nhiên liệu không hợp lí làm ảnh hưởng đến khí thải và khả năng lái như sau:
- Tỉ lệ không khí/nhiên liệu quá lớn có thể sinh ra trong khí thải những chất không mong muốn như CO va HC,đốt cháy hỗn hợp lớn, động cơ bị chết máy, chạy cầm chừng nổ không đều, không liên tục,bộ chuyển đổi quá nóng ( quá công suất), v.v.
- Hỗn hợp không khí /nhiên liệu không đủ có thể sinh ra khí HC va NOx, đốt cháy hỗn hợp thấp, động cơ bị chết máy , bấp bênh,giật khi tăng tốc , không liên tục, chạy cầm chừng nổ không đếu , tăng tốc kém,v.v
Kiểm tra tính hữu dụng của hệ thống điều khiển vòng kín
Nếu bạn nghi ngờ rằng hệ thống vòng lặp kín hoạt đông không chính xác để phun nhiên liệu ,một trong những yếu tố kiểm tra đầu tiên bạn nên thực hiện đó là kiểm tra tín hiệu từ cảm biến oxy (02). ECM dựa trên tín hiệu O2S để điều chỉnh lượng phun nhiên liệu tốt nhất trong vận hành vòng kín, cách kiểm tra chính xác tín hiệu O2S là rất quan trọng trong việc chuẩn đoán các vấn đề xảy ra điều này làm bạn nghi ngờ rằng điều khiển vòng kíncho kết quả không chính xác.
Nên nhớ rằng, động cơ ( và hệ thống điều khiển động cơ) phải đáp ứng các điều kiện nhất định trước khi kiểm tra tín hiệu O2S hoặc kết quả của bạn có thể không chính xác. Điều này có nghĩa là động cơ và cảm biến O2 cần có sự điều chỉnh nhiệt độ, hệ thống hồi tiếp là vòng kín và tôc độ động cơ phải được duy trì ở 1 tốc độ quy định v/ph. Kiểm tra tín hiệu O2S có thể thể hiện trên xe bằng hệ thống OBD/OBD II bởi việc sử dụng Máy chuẩn đoán. Những xe cũ hơn có thể yêu cầu bạn phải “hồi tiếp bằng máy đo” dây tín hiệu 02S với viêc sử dụng máy đo tự động hoặc đồng hồ số vạn năng.
Tần số chuyển đổi sự hiển thị của tín hiệu cảm biến oxy và Biên độ là chìa khóa để kiểm tra 1 cách nhanh chóng toàn bộ hệ thống điều khiển vòng kín. Sự kiểm tra này được thể hiện như sau:
- Động cơ khởi động và cho phép nó đạt đến nhiệt độ làm việc - Chắc chắn rằng tất cả các phụ kiện đang tắt
- Động cơ chạy tại tốc độ 2500v/ph cần ít nhất hai phút để đảm bảo cho 2 cảm biến làm việc ở nhiệt độ vận hành bình thường
- Tần số tín hiệu O2S nên có ít nhất 8 chu kì trong 10s (0.8hz) để đảm bảo hiệu quả trong hoạt động xúc tác.
- Biên độ tín hiệu nên tăng trên 550mv trong làm đậm và giảm xuống dưới 400 mv trong làm nhạt. Nếu cảm biến bị hư hỏng( quá tuổi thọ ), tần số tín hiệu này hoặc biên độ hoặc cả 2 sẽ được điều chỉnh lại.
Kiểm tra O2S sử dụng máy đo tự động
Nếu đặc tính máy đo tự động của đồng hồ số vạn năng được sử dụng ,nó sẽ tạo ra các tín hiệu dao động ( sóng) để đọc tín hiệu O2S. Với các bước như sau:
- Hiệu chỉnh máy đo tự động
- Thiết lập thời gian 1s/div ( dùng 0.2s/div khi đo thời gian chuyển mạch) - Thiết lập điện áp 0.2 V/div
- Thiết lập núm vặn lên chế độ tự động
-
Kiểm tra O2S sử dung đồng hồ số vạn năng
Nếu 1 đồng hồ số vạn năng ( DMM) được sử dụng, cụ thể như đồng hồ “Fluke 80 Series”, cài đặt đồng hồ như sau:
- Chọn điện áp DC
- Chọn đặc tính MIN/MAX
- Nhấn nút MIN/MAX để chuyển đổi giữa lớn nhất, nhỏ nhất và tín hiệu điện áp trung bình.
Việc kiểm tra có thể được thực hiện bởi sự kết nối từ dụng cụ đo của bạn đến cổng OX1/OX2 của DLC1(Data Link Connecter-Giắc cắm kết nối dữ liệu) hoặc được đo trực tiếp từ đầu nối của cảm biến oxy.
Có nhiểu yếu tố góp phần làm giảm tuổi thọ của cảm biến oxy bao gồm thời gian sử dụng và bụi bẩn. Vấn đề này có quan hệ chặt chẽ với bộ chuyễn đổi xúc tác, nó sẽ được bàn luận cụ thể hơn sau.
Kiểm tra nhanh hệ thống điều khiển vòng kín
Nếu bạn nghi ngờ rằng ECM không phản hồi 1 cách chính xác đến tín hiệu từ cảm biến oxy, 1 cách kiểm tra nhanh chóng hệ thống điều khiển vòng kín có thể được thực hiện bởi hệ thống lái xe nhân tạo làm đậm hoặc làm nhạt và quan sát sự thay đổi tương ứng trong hệ thống điều khiển nhiên liệu theo vòng kín. Việc kiểm tra này có thể được trình bày như sau:
- Loại bỏ tạm thời ống tín hiệu của bộ điều chỉnh áp suất nhiên liệu và cắm vào đó, để tạo điều kiện cho hỗn hợp hòa khí được làm đậm . ECM hồi tiếp bằng cách điều chỉnh quá trình phun để hỗn hợp hòa khí nhạt đi.
- Tạo ra tạm thời sự rò rỉ ở khoảng chân không trên ống góp hút để tạo điều kiện hỗn hợp nhạt đi. ECM hồi tiếp bằng cách điều chỉnh quá trình phun để hỗn hợp hòa khí đậm lên.
Trên xe với dữ liệu nối tiếp, thay đổi tín hiệu O2S, cắt nhiên liệu và phun nhiên liệu có thể được quan sát bằng cách sử dụng Máy chuẩn đoán.
Chú ý: Khi thực hiện kiểm tra dạng này , tránh trường hợp hỗn hợp mất cân bằng kéo
dài ( cả đậm hoặc nhạt) trong 1 khoảng thời gian rộng, điều này có thê tạo ra sự xúc tác gây quá nhiệt và phá hủy vĩnh viễn bộ chuyển đổi.
Điều khiển vòng kín có khả năng cung cấp khoảng ±20% phạm vi điều chỉnh từ các sự tính toán nhiên liệu cơ bản.Điều này cho phép dễ dàng bù đắp cho sự mất cân bằng hỗn hợp nhỏ; tuy nhiên ,sự mất cân bằng không khí/ nhiên liệu (chẳng hạn như rò rỉ chân không lớn, bộ chỉnh áp suất nhiên liệu bị rò rỉ, v.v) có thể thúc đẩy khả năng điều chỉnh của nó đến giới hạn mà không cần đưa hỗn hợp không khí/nhiên liệu về với tỷ lệ lý tưởng.Nếu điều này xảy ra, dù cho hỗn hợp hòa khí được điều chỉnh quá đậm hay quá nhạt , lượng khí thải tăng và khả năng lái xe có thể dẫn đến kết quả là hệ thống không có khả năng sữa chữa các vấn đề.
Kiểm tra việc điều chỉnh nhiên liệu
Một cách kiểm tra nhanh của sự điều chỉnh nhiên liệu tương ứng sẽ được ECM thể hiện bằng cách điều chỉnh tình trạng này . Tùy thuộc vào dạng mô hình, hệ số hiệu chỉnh tương ứng có thể gọi là điện áp VF , đối tượng AN, hoặc cắt nhiên liệu kéo dài, và dữ liệu nối tiếp được trang bị trên xe có thể được kiểm tra bằng cách sử dụng Máy chuẩn đoán.