Khai thác động cơ ISUZU 4JA1-L và Thiết lập hệ thống phun xăng điện tử

aùc nhau veà ñoä daøy. Choïn loaïi gioaêng thích hôïp theo trình töï sau. Tröôùc khi ño, caàn caïo muoäi caùc bon treân ñænh piston vaø thaønh xi lanh vaø phaàn laép gioaêng quy laùt. Ñieåm ño ñoä nhoâ cao cuûa piston Duøng ñoàng hoà so ñeå ño khoaûng nhoâ leân cuûa piston. Hình veõ chæ ra vò trí ño. Taát caû vò trí ño neân ñöôïc choïn caøng gaàn oáng loùt xilanh caøng toát. Ño taïi caùc ñieåm 1 2 3 4 vaø thu ñöôïc 2 söï khaùc nhau 1-2 vaø 3-4 cuûa moãi xilanh. Tính giaù trò trung bình cuûa ñoä nhoâ leân cuûa piston ôû moãi xilanh. Laáy giaù trò lôùn nhaát trong 4 xi lanh. Quyeát ñònh loaïi gioaêng phuï thuoäc vaøo giaù trò ñoä nhoâ lôùn nhaát ño ñöôïc ôû treân vaø phuø hôïp vôùi baûng sau Kí hieäu loaïi gioaêng Ñoä nhoâ cuûa piston A 0.718-0.773mm B 0.773-0.819mm C 0.819-0.874mm Kí hieäu loaïi gioaêng Ñoä daøy cuûa gioaêng A 1.6mm B 1.65mm C 1.70mm Chuù yù: Cheânh leäch khoâng quaù 1,0 mm 4.2.14. Thanh truyeàn Kieåm tra ñoä thaúng cuûa thanh truyeàn Duøng giaù kieåm tra söï thaúng haøng ñeå ño ñoä uoán cong vaø ñoä song song giöõa loã ñaàu to thanh truyeàn vaø ñaàu nhoû. Neáu keát quaû ño ñöôïc veà söï uoán cong hoaëc ñoä song song vöôït quaù giôùi haïn cho pheùp, caàn phaûi thay thanh truyeàn. Ñoä thaúng cuûa thanh truyeàn treân 100mm chieàu daøi Tieâu chuaån Giôùi haïn Ñoä uoán xieân 0.08 hoaëc ít hôn 0.20mm Ñoä song song 0.05 hoaëc ít hôn 0.15mm 4.2.14.1.Khe hôû maët beân cuûa thanh truyeàn. Laép thanh truyeàn vaøo choát khuyûu Duøng boä caên laù ñeå ño khe hôû khe hôû giöõa maët beân cuûa thanh truyeàn vaø maët beân cuûa choát khuyûu. Neáu giaù trò ño ñöôïc vöôït quaù giôùi haïn cho pheùp, caàn phaûi thay thanh truyeàn. Khe hôû maët beân giöõa ñaàu to thanh truyeàn vaø choát khuyûu. Tieâu chuaån Giôùi haïn 0.23mm 0.35mm 4.2.14.2. Khe hôû giöõa baïc loùt ñaàu nhoû thanh truyeàn vaø choát piston. Duøng panme ño trong vaø ñoàng hoà ño loã ñeå ño ñöôøng kính ngoaøi cuûa choát piston vaø ñöôøng kính trong cuûa loã ñaàu nhoû thanh truyeàn. Neáu khe hôû giöõa baïc loùt ñaàu nhoû thanh truyeàn vaø choát piston vöôït quaù giaù trò giôùi haïn cho pheùp thì phaûi thay choát piston vaø/hoaëc baïc loùt ñaàu nhoû thanh truyeàn. Tieâu chuaån Giôùi haïn 0.008-0.020mm 0.050mm 4.2.14.3. Thay theá baïc loùt ñaàu nhoû thanh truyeàn - Coá ñònh thanh truyeàn leân khoái chöõ V - Duøng baøn eùp 2 vaø thanh 3 ñeå ñaåy töø töø baïc loùt ra khoûi ñaàu nhoû thanh truyeàn. Chuù yù : caån thaän ñeå khoâng laøm hö hoûng thanh truyeàn cuøng vôùi thanh theùp trong quaù trình thaùo baïc loùt. - Laép baïc loùt ñaàu nhoû thanh truyeàn Đaët ñaàu nhoû thanh truyeàn leân moät khoái chöõ V. Thanh truyeàn phaûi hoaøn toaøn naèm ngang. Duøng baøn eùp 2 vaø thanh 3 ñeå eùp töø töø baïc loùt vaøo. Chuù yù trong quaù trình eùp caàn quan saùt ñeå loã daàu cuûa baïc loùt truøng vôùi loã daàu treân ñaàu nhoû thanh truyeàn. Duøng maùy maøi 4 coù gaén leân noù muõi doa 5 ñeå doa baïc loùt ñeán kích thöôùc mong muoán. 4.2.15. Thay theá phôùt daàu ñaàu tröôùc cuûa truïc khuyûu - Thaùo phôùt Duøng buùa nhöïa cuøng vôùi moät caây vít ñeå ñoùng xung quanh phôùt ñeå naïy noù ra ngoaøi khoûi voû hoäp baùnh raêng truyeàn ñoäng. Caån thaän ñeå khoâng laøm hoûng beà maët laép phôùt - Laép phôùt Duøng duïng cuï chuyeân duøng ñeå laép phôùt phía tröôùc vaøo voû hoäp baùnh raêng truyeàn ñoäng. Chuù yù veà ñoä saâu cuûa phôùt ñöôïc laép vaøo nhö hình minh hoïa. Ñoä saâu khoaûng = 1mm. 4.3. Lắp ráp 4.3.1. Phần bên trong 4.3.1.1. Nhöõng boä phaän phuï A. Truïc coø moå vaø coø moå Caùc böôùc laép Truïc coø moå Voøng chaën truïc coø moå Coø moå Giaù ñôõ truïc coø moå Coø moå Loø xo truïc coø moå Voøng chaën truïc coø moå B. Naép quilaùt Caùc böôùc laép Naép quilaùt Beä phía döôùi cuûa loø xo xupaùp Phôùt daàu thaân xupaùp Xupaùp naïp vaø xupaùp thaûi Loø xo xupaùp Beä phía treân cuûa loø xo xupaùp Đeäm cheû Gioaêng oáng goùp naïp Ống goùp naïp C. Piston vaø thanh truyeàn Caùc böôùc laép Piston Voøng chaën choát piston Thanh truyeàn Choát piston Voøng chaën choát piston Voøng xecmaêng Baïc loùt thanh truyeàn 4.3.1.2. Caùc boä phaän chính A. Caùc böôùc laép- 1 Thaân xilanh Con ñoäi Baïc loùt phía treân cuûa truïc khuyûu Truïc khuyûu Baïc chaën truïc khuyûu Baïc loùt phía döôùi cuøng vôùi Naép baïc loùt truïc khuyûu Phôùt daàu phía sau truïc khuyûu Truïc cam Voû baùnh raêng ñònh thôøi Đóa chaën truïc cam Baùnh raêng ñònh thôøi truïc cam Piston, thanh truyeàn cuøng vôùi baïc loùt phía treân Naép baïc loùt thanh truyeàn cuøng vôùi baïc loùt phía döôùi Ống daàu laøm maùt piston Bôm daàu cuøng vôùi oáng daàu Cacte daàu Taám chaén phía sau thaân xilanh Baùnh ñaø B. Caùc böôùc laép – 2 Baùnh raêng ñònh thôøi truïc khuyûu Truïc baùnh raêng ñeäm Baùnh raêng ñeäm “A” Baùnh raêng ñeäm “B” vaø truïc OÁng daàu boâi trôn baùnh raêng ñònh thôøi Bôm cao aùp Voû hoäp baùnh raêng ñònh thôøi Ñeäm cao su Voû phía treân vaø voû phía döôùi cuûa hoäp baùnh raêng truyeàn ñoäng Puly giaûm chaán truïc khuyûu Bôm nöôùc C. Caùc böôùc laép -3 Gioaêng naép quilaùt Naép quilaùt Ñuõa ñaåy Coø moå vaø truïc coø moå Voû van haèng nhieät vaø coâng taéc nhieät Cuïm reõ nhaùnh nöôùc Voøi phun nhieân lieäu vaø beä ñôõ voøi phun Naép ñaäy naép quilaùt 4.3.2. Nhöõng phaàn beân ngoaøi Caùc böôùc laép Giaù ñôõ maùy phaùt ñieän OÁng nöôùc vaøo Ñóa ñieàu chænh vaø maùy phaùt ñieän Giaù ñôõ baét ñoäng cô vaøo thaân xe OÁng goùp xaø Taám baûo veä nhieät oáng goùp xaû Boä laøm maùt daàu cuøng vôùi loïc daàu Bôm cao aùp OÁng nhieân lieäu cao aùp cuøng vôùi keïp ghim OÁng hoài nhieân lieäu OÁng goùp naïp Giaù ñôõ maùy neùn khí Maùy neùn khí heä thoáng ñieàu hoøa Motor khôûi ñoäng Bôm daàu trôï löïc laùi Van xaû nöôùc Nuùm vaø coâng taéc caûnh baùo aùp suaát daàu OÁng daãn vaø thöôùc thaêm möùc daàu Puly quaït laøm maùt Ñai truyeàn ñoäng quaït laøm maùt Ñai truyeàn ñoäng bôm trôï löïc laùi vaø maùy neùn OÁng chaân khoâng Caùnh quaït laøm maùt Phần 2: MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG. Lịch sử phát triển vào thế kỉ 19 một kĩ sư người Pháp – ông Stevan – đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên liệu vào vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả. Đầu thế kỉ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 kì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ này là dầu hỏa nên dễ bị kích nổ và hiệu suất rất thấp). tuy nhiên sáng kiến này đã thành công trong việc chế tạo hệ thống nhiên liệu cho động cơ máy bay. Đến năm 1966, hãng BOSH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí. Trong hệ thống phun xăng này, nhiên liệu được phun liên tục vào trước xupáp nạp nên có tên là K-jetronic. K-Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng cho thế hệ sau như KE-Jetronic, Mono-Jetronic, L-Jetronic, Motronic… Tên tiếng Anh của hệ thống K-Jetronic là CIS (continous injection system) đặc trưng cho các hãng xe châu Âu và có 4 loại cơ bản của CIS là: K-Jetronic, K-Jetronic- với cảm biến oxy và KE-Jetronic(có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE-Motronic(kèm theo điều khiển góc đánh lửa sớm). Do hệ thống cơ khí còn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80, BOSH đã cho ra đời hệ thống phun sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. có 2 loại: hệ thống L-Jetronic( lượng nhiên liệu được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng không khí nạp) và D-Jetronic(lượng nhiên liệu được xác định nhờ cảm biến đo áp suất trên đường ống nạp). Đến năm 1984, người Nhật đã ứng dụng hệ thống phun xăng L-Jetronic và D-Jetronic trên các xe hãng Toyota. Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L-Jetronic thay cho bộ chế hòa khí của xe Nissan Sunny. Song song với sự phát triển của hệ thống phun xăng,hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình (ESA-eclectronic spark advance) củng được đưa vào sử dụng vào nhựng năm đầu thế kỷ 80. Sau đó, vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS-direct ignition system) ra đời, cho phép không sử dụng delco và hệ thống này đã có mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới. Ngày nay, gần như tấc cả các ô tô đều được trang bị các hệ thống điều khiển động cơ cả xăng và diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được yêu cầu gắt gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu. Thêm vào đó, công suất động cơ cũng được cãi thiện rõ rệt. Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời. Đó là động cơ phun trực tiếp: GDI (gasoline direct inijection). Trong tương lai gần, chắc chắn GDI sẽ được sử dụng rộng rãi. Phân loại. Hệ thống phun nhiên liệu có thể được phân loại theo nhiều kiểu. * Nếu phân biệt theo cấu tạo kim phun, ta có 2 loại: Loại CIS (continuous injection sytem) Đây là kiểu sử dụng kim phun cơ khí, gồm 4 loại cơ bản: Hệ thống K- jetronic: việc phun nhiên liệu được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí. Hệ thống K- jetronic có cảm biến khí thải: có thêm một cảm biến oxy. Hệ thống KE- jetronic: hệ thống K-Jetronic với mạch điều chỉnh áp lực phun bằng điện tử. Hệ thống KE- Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng điện tử. Các hệ thống vừa nêu. Dử dụng trên các xe châu Âu model trước 1987. Do chúng đã lỗi thời nên quyển sách này sẽ không đề cập đến. Loại AFC (air flow controlled fuel injection): Sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Hệ thống phun xăng với kim phun điện có thể chia làm 2 loại chính: D-jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất): với lượng xăng phun được xác định bởi áp xuất sau cánh bướm ga bằng cảm biến MAP (manifold absolute pressure sensor). L-Jectronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là không khí): với lượng xăng phun được tính toán dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió dây nhiệt, LU- Jetronic với cảm biến gió kiểu siêu âm… Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC được chia làm 2 loại: Loại TBI (throttle body injection)- phun đơn điểm Hệ thống này còn có các tên gọi khác như: SPI (single point injection), CI (central injection), Mono- Jetronic. Đây là loại phun trung tâm. Kim phun được bố trí phía trên cách bướm ga và nhiên liệu được phun bằng 1 hay 2 kim phun. Nhược điểm của hệ thống này lá tốc độ dịch chuyển của hòa khí tương đối thấp do nhiên liệu được phun ở vị trí xa supap hút và khả năng thất thoát trên đường ống nạp. Loại MPI (Multi point fuel injection)-phun đa điểm Đây là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xilanh ở gần supáp hút (cách khoảng 10-15mm). ống góp hút được thiết kế sao cho đường đi của không khí từ bướm ga đến xilanh là khá dài, nhờ vậy không khí nạp có độ xoáy lốc tương đối mạnh làm cho nhiên liệu phun ra từ vòi phun được hòa trộn tốt, một ưu điểm khác của hệ thống phun nhiên liệu đa điểm so với đơn điểm là không còn thất thoát nhiên liệu trên đường ống nạp do nhiên liệu không còn bám lên thành ống nạp. Tùy theo cách điều khiển kim phun mà hệ thống này được chia làm 3 loại chính: - Phun độc lập(independent injection). - Phun theo nhóm(group injection). - Phun đồng loạt(simutaneous injection). * Nếu phân biệt theo kỉ thuật điều khiển ta chia hệ thống phun xăng điện tử ra làm 2 loại: analog và digital. - Analog là kỉ thuật điều khiển chủ yếu dựa trên các mạch tương tự, tín hiệu điều khiển hệ thống nhiên liệu được lấy từ tín hiệu đánh lửa ở âm bobine và được xử lí bởi hộp điều khiển. - Digital là kỉ thuật điều khiển bằng số nhờ được xử lí bằng các bộ vi xử lí. Ngày nay hầu như kỉ thuật điều khiển này được áp dụng trên tất cả các các hệ thống điều khiển việc phun nhiên liệu vì nó có ưu điểm là độ chính xác cao hơn. Ưu điểm của hệ thống phun xăng - Có thể cung cấp hỗn hợp không khí và nhiên liệu đồng đều đến từng xilanh - Đạt được tỉ lệ hòa trộn không khí và nhiên liệu chính xác ở tất cả các dải tốc độ. - Lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ thay đổi kịp thời với sự thay đổi của góc mở bướm ga. - Có khả năng thay đổi tỉ lệ hỗn hợp không khí và nhiên liệu để phù hợp với tình trạng làm việc của động cơ như chế độ khởi động, tăng tốc, toàn tải hoặc giảm tốc. - So với kiểu cung cấp nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí thì hệ thống phun xăng có hiệu suất nạp cao hơn vì giảm cản trên đường nạp. - Sự hòa trộn không khí và nhiên liệu được tốt hơn nhờ dòng khí được tăng sự xoáy lốc và giảm sự thất thoát nhiên liệu do bám trên đường ống nạp. - Nhờ tỉ lệ không khí nhiên liệu được hòa trộn theo tỉ lệ lí tưởng và có hệ thống xử lí khí thải nên động cơ phun xăng ít ô nhiễm môi trường hơn. Chương 2: CẤU TRÚC, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ 2.1. Kết cấu và sơ đồ cấu trúc của mô hình: Về cơ bản kết cấu của một hệ thống điều khiển phun xăng điện tử gồm 3 cụm chính: - Ngõ vào (inputs): là các cảm biến, có nhiệm vụ ghi nhận tình trạng làm việc của động cơ qua các thông số như tốc độ động cơ, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp, lưu lượng khí nạp… để từ đó gởi về bộ xử lí trung tâm bằng các tín hiệu analog hoặc tín hiệu digital. - Bộ xử lí trung tâm ECU (eletronic control unit): đây là một bộ vi xử lí có nhiệm vụ tiếp nhận và phân tích các tín hiệu từ các cảm biến để từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu chấp hành của hệ thống phun xăng điện tử. - Ngõ ra (outputs): là các cơ cấu chấp hành giữ nhiệm vụ tiếp nhận và thực hiện tín hiệu điều khiển của ECU phù hợp với điều kiện làm việc của động cơ nhằm đảm bảo động cơ hoạt động một cách hiệu quả và ít ô nhiễm môi trường. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống được trình bày như hình dưới đây: Hình 2-1. Sơ đồ cấu trúc của mô hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động của mô hình 2.2.1. Sơ đồ nguyên lý 1- relay EFI; 2- công tắc khởi động; 3- accu; 4- ống góp xả; 5- xúpáp; 6- bugie; 7- piston; 8- áo nước; 9- cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 10- vòi phun; 11- ống phân phối; 12- đường khí nạp; 13- bướm ga; 14- cảm biến vị trí bướm ga; 15- cảm biến nhiệt độ khí nạp; 16- cảm biến áp suất đường ống nạp; 17- ECU; 18- cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston; 19- igniter; 20- bobin; 21- thùng nhiên liệu; 22- bơm xăng; 23- đường ống hồi nhiên liệu; 24- đường nhiên liệu cao áp; 25- lọc; 26- công tắc bơm. Hình 2-2. Sơ đồ nguyên lý 2.2.2. Nguyên lý hoạt động của mô hình Tùy thuộc vào chế độ làm việc của động cơ mà hệ thống điều khiển có chế độ điều khiển đến cơ cấu chấp hành một cách phù hợp nhất để đảm bảo một cách tối ưu về hiệu suất, công suất và đản bảo ít ô nhiễm môi trường cũng như tính năng an toàn khi có sự cố xảy ra: Chế độ khởi động: Khi bật công tắc khởi động, từ công tắc điều khiển bơm hoặc từ máy khởi động một tín hiệu khởi động STA được gởi về ECU, khi nhận được tín hiệu này ECU sẽ hiểu được động cơ đang ở chế độ khởi động. Dựa vào bảng dữ liệu đã lưu sẵn trong bộ nhớ, bộ điều khiển trung tâm sẽ phát đi các tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành làm cho kim phun mở với thời gian phù hợp giúp cho động cơ khởi động một cách dễ dàng. Vì lúc khởi động, động cơ còn lạnh vì vậy sự bay hơi và hoà trộn của nhiên liệu với không khí kém, nếu phun lượng nhiên liệu như ở chế độ bình thường sẽ làm cho động cơ khó khởi động, vì thế lúc khởi động kim phun sẽ được điều khiển lượng phun nhiều hơn bình thường. Chế độ hâm nóng sau khởi động Dựa vào tín hiệu gởi về từ cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến vị trí bứơm ga và cảm biến nhiệt độ nước làm mát, mà ECU sẽ biết được động cơ đang ở chế độ chạy ấm máy. ở chế độ này, vì nhiệt độ động cơ vẫn còn thấp nên độ bay hơi và sự hòa trộn của nhiên liệu và khí nạp vẫn chưa được như mong muốn. Vì vậy để động cơ nhanh chóng đạt đến nhiệt độ hoạt động bình thường và hoạt động một cách ổn định thì kim phun phải phun một lượng nhiên liệu lớn hơn lượng nhiên liệu lý thuyết được tính thông qua tốc độ động cơ và lượng khí nạp vào. Chế độ hoạt động ổn định Sau khi động cơ đã đạt đến nhiệt độ hoạt động ổn định, thông qua các tín hiệu từ các cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến áp suất đường ống nạp, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến nồng độ oxy trong khí xả ECU sẽ tính toán để đưa ra tín hiệu điều khiển thời gian mở kim phun hợp lý nhất làm cho thành phần hòa khí trở nên lý tưởng λ=1. Với thành phần hòa khí này, độ ô nhiễm của khí xả là nhỏ nhất và hiệu suất và công suất động cơ cũng tương đối cao. Chế độ toàn tải Thông qua tín hiệu PSW gởi về từ cảm biến vị trí bứơm ga mà ECU hiểu rằng động cơ đang hoạt động ở chế độ toàn tải, ở chế độ này ngoài lượng nhiên liệu lý thuyết được tính toán nhờ các cảm biến như ở chế độ hoạt động ổn định ECU còn cộng thêm vào thời gian mở kim phun một lượng làm tăng công suất động cơ. Chế độ giảm tốc Nhờ sự kết hợp các tín hiệu gởi về từ các cảm biến tốc độ động cơ và cảm biến vị trí bướm ga mà ECU biết rằng động cơ đang ở chế độ giảm tốc, trong chế độ này tốc độ động cơ cao và cảm biến vị trí bướm ga gởi về là tín hiệu IDL. Để điều khiển cho chế độ này ECU sẽ gởi tín hiệu điều khiển làm cho thời gian phun là nhỏ nhất thậm chí có thể cắt phun nhiên liệu ở một số vòi phun để tiết kiệm nhiên liệu. Chế độ cầm chừng Tín hiệu gởi về để nhận biết chế độ cầm chừng là tín hiệu IDL và tín hiệu tốc độ động cơ nằm trong dải tốc độ cầm chừng quy định. ECU sẽ điều khiển lượng phun là nhỏ nhất sao cho vẫn đảm bảo được động cơ hoạt động ổn định mà không bị chết máy. Chế độ dự phòng Chế độ chỉ hoạt động khi nào có một hoặc một số cảm biến cung cấp tín hiệu đầu vào bị hư hỏng không hoạt động. giả sử rằng cảm biến nhiệt độ khí nạp không gởi tín hiệu về ECU, về lý thuyết nếu trường hợp này xảy ra sẽ làm cho ECU không thể biết được lượng khí nạp là bao nhiêu vì vậy không thể xác định được thời gian mở kim phun điều này có thể làm cho động cơ chết máy. Tuy nhiên nhờ có chế độ dự phòng này mà ECU mặc định rằng giá trị khí nạp là 20oc để cho động cơ tiếp tục hoạt động. Tuy nhiên, vì chức năng an toàn có một số tín hiệu không thể thay thế được ví dụ như khi mất tín hiệu IGF từ hệ thống đánh lửa thì động cơ không thể hoạt động được vì kim phun không được mở. 2.3. Sơ đồ giắc cắm ECU và sơ đồ mạch điện 2.3.1. sơ đồ giắc cắm ECU Hình 2-3. Sơ đồ giắc cắm ECU 2.3.2. Sơ đồ mạch điện 1- cảm biến nhiệt độ động cơ; 2- cảm biến vị trí bướm ga; 3- cảm biến áp suất đường ống nạp; 4- cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston; 5- cảm biến nhiệt độ khí nạp; 6- cảm biến oxy; 7- bộ xử lý trung tâm ECU; 8- bộ điều áp; 9- ống phân phối; 10- bơm xăng; 11- thùng chứa; 12- Igniter; 13- bobine; 14- delco; 15- bugie; 16- công tắc khởi động; 17- relay EFI; 18- công tắc bơm xăng; 19- đường ống nhiên liệu cao áp; 20- đường nhiên liệu hồi; 21- đường ống chân không nối với cổ góp nạp; 22- kim phun. Hình 2-4. Sơ đồ mạch điện Chương 3. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC BỘ PHẬN TRONG MÔ HÌNH. 3.1 Các cảm biến và tín hiệu ngõ vào: 3.1.1. Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp (MAP- Manifold Absolute Pressure sensor) Hình 2-5. Cấu tạo cảm biến MAP Khác với L-Jetronic, trên hệ thống phun xăng loại D-Jetronic lượng khí nạp đi váo xylanh được xác địng gián tiếp (phải tính lại) thông qua cảm biến đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp. Khi tải thay đổi, áp suất tuyệt đối trông đường ống nạp sẽ thay đổi và MAP để tính ra lượng không khí đi vào xylanh`. Sau đó, dựa vào giá trị này, ECU sẽ điều khiển thời gian mở kim phun và thời điểm đánh lửa. 3.1.1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Loại cảm biến này dựa trên nguyên lý cầu Wheatstone. Mạch c6àu Wheatstone được sử dụng trong thiết bị nhằm tạo ra mộtt điện áp phù hợp với sự thay đổi điện trở. Cảm biến bao gồm tấm silicon nhỏ (hay gọi là màng ngăn) dày hơn ở hai mép ngoài (khoảng 0,25mm) và mỏng ở giữa (khoảng 0,025mm). hai mép được làm kín cùng với mặt trong của tấm silicon tạo thành buồng chân không có cảm biến. Mặt của tấm silicon tiếp xúc với áp suất đường ống nạp. Hai mặt của tấm silicon được phủ thạch anh để tạo thành điện trở áp điện (Piezoresistor). Mạch bán dẫn Buồn chân không Giắc cắm Lọc khí Đường ống nạp Khi áp suất đường ống nạp thay đổi, giá trị của điện trở áp điện sẽ thay đổi. các điện trở áp điện được nối thành cầu Wheatstone. Khi màng năn không bị biến dạng (tương ứng với trường hợp động cơ chưa hoạt động hoặc tải hơn), tấc cả bốn điện trở áp điện đều có giá trị bằng nhau và lúc đó không có sự chênh lệch điện áp giữa hai đầu cầu. Khi áp suất đường ống nạp giảm, màng silicon bị biến dạng dẩn đến giá trị điện trở áp điện cũng bị thay đổi và làm mất cân bằng cầu Wheatstone. Kết quả là giữa 2 đầu cầu sẽ có sự chênh lệch điện áp và tín hiệu này được khuếch đại để điều khiển mở transistor ở ngõ ra của cảm biến có cực C treo. Độ mở của transistor phụ thuộc vào áp suất đường ống nạp dẫn tới sự thay đổi điện áp báo về ECU. Mạch điện: Hình 2-6. Sơ đồ mạch điện của cảm biến MAF Đường đặc tuyến Hình 2-7. Đường đặc tuyến của cảm biến MAF Hiện nay trên các ô tô, tồn tại 2 loại cảm biến đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp khác nhau về tín hiệu đầu ra: điện áp (TOYOTA, HONDA, DAEWOO, GM, CHRYSLER…) và tần số (FORD). Ở loại MAP điện, giá trị điện áp thấp nhất (lúc cách bướm ga đóng hoàn toàn) và giá trị cao nhất (lúc toàn tải) cũng phụ thuộc vào loại xe, gây khó khăn cho việc lắp lẫn. 3.1.2. Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston Hình 2-8. Sô ñoà boá trí caûm bieán G vaø NE treân xe. Cảm biến vị trí piston (TDC sensor hay còn gọi là cảm biến G) báo cho ECU biết vị trí điểm chết trên hoặc trước điểm chết trên của piston. Trong một số trường hợp, chỉ có vị trí của piston xylanh số 1 (hoặc số 6) được báo về ECU, còn vị trí các xylanh còn lại sẽ được tính toán. Công dụng của cảm biến này là để ECU xác định thời điểm đánh lửa và cả thời điểm phun. Vì vậy, trong nhiều hệ thống điều khiển động cơ, số xung phát ra từ cảm biến phụ thuộc vào kiểu phun (độc lập, nhóm hay đồng loạt) và thường bằng số lần phun trong một chu kỳ. Trên một số xe, tín hiệu vị trí piston xylanh số 01 còn dùng làm xung reset để ECU tính toán và nhập giá trị mới trên RAM sau moi chu kỳ (2 vòng quay trục khủyu). Cảm biến tốc độ động cơ (Engine speed; crankshaft angle sensor hay còn gọi là tín hiệu NE) dùng để báo tốc độ động cơ để tính toán hoặcìm góc đánh lủa tới ưu và lượng nhiên liệu sẽ phun cho từng xylanh. Cảm biến này cũng được dùng vào mục đích điều khiển tốc độ cầm chừng hoặc cắt nhiên liệu ở chế độ cầm chừng cưỡng bức. Có nhiều cách bố trí cảm biến G và NE trên động cơ: trong delco, trên bánh đà hoặc trên bánh răng cốt cam. Đôi khi ECU chỉ dựa vào một xung lấy từ cảm biến hoặc IC đánh lửa để xác định vị trí piston lẫn tốc độ trục khủyu. Cảm biến vị trí xilanh và cảm biến tốc độ động cơ có nhiều dạng khác nhau như: cảm biến từ loại nam châm quay hoặc đứng yên, cảm biến quang, cảm biến Hall… Loại cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston được dùng trên mô hình là loại cảm biến điện từ nam châm đứng yên với cấu tạo thép từ của tín hiệu G có 4 răng và của tín hiệu NE có 24 răng, cấu tạo cụ thể và dạng xung phát ra có dạng như hình vẽ dưới đây: NE G Engine ECU G- G NE 1800CA Tín hieäu NE Tín hieäu G Hình 2-9. Sô ñoà maïch ñieän vaø daïng tín hieäu xung G vaø NE. Nam chaâm vónh cöûu Cuoän daây caûm bieán Rotor Hình 2-10. Sô ñoà nguyeân lyù cuûa loaïi duøng caûm bieán ñieän töø Nguyeân lyù hoaït ñoäng (xem hình 2-10): Boä phaän chính cuûa caûm bieán laø moät cuoän caûm öùng, moät nam chaâm vónh cöûu vaø moät rotor duøng ñeå kheùp maïch töø coù soá raêng tuøy loaïi doäng cô. Khi cöïa raêng cuûa rotor khoâng naèm ñoái dieän cöïc töø, thì töø thoâng ñi qua cuoän daây caûm öùng seõ coù giaù trò thaáp vì khe hôû khoâng khí lôùn neân coù töø trôû cao. Khi moät cöïa raêng ñeán gaàn cöïc töø cuûa cuoän daây, khe hôû khoâng khí giaûm daàn khieán töø thoâng taêng nhanh. Nhö vaäy, nhôø söï bieán thieân töø thoâng, treân cuoän daây seõ xuaát hieän moä söùc ñieän ñoäng caûm öùng. Khi cöïa raêng rotor ñoái dieän vôùi cöïc töø cuûa cuoän daây, töø thoâng ñaït giaù trò cöïc ñaïi nhöng ñieän aùp ôû hai ñaàu cuoän daây baèng khoâng. Khi cöïa raêng rotor di chuyeån ra khoûi cöïc töø, thì khe hôû khoâng khí taêng daàn laøm töø thoâng giaûm sinh ra moät söùc ñieän ñoäng theo chieàu ngöôïc laïi. 3.1.3. Cảm biến vị trí bướm ga (Throttle position sensor) Caûm bieán vò trí caùnh böôùm ga ñöôïc laép ôû treân truïc caùnh böôùm ga. Caûm bieán naøy ñoùng vai troø chuyeån vò trí goùc môû caùnh böôùm ga thaønh tín hieäu ñieän theá gôûi ñeán ECU. Tín hieäu caàm chöøng (IDL) duøng ñeå ñieàu khieån phun nhieân lieäu khi taêng toác vaø giaûm toác cuõng nhö hieäu chænh thôøi ñieåm ñaùnh löûa. Treân moät soá xe, caûm bieán vò trí böôùm ga coøn giuùp ECU ñieàu khieån hoäp soá töï ñoäng. Tín hieäu toaøn taûi (PSW) duøng ñeå taêng löôïng xaêng phun ôû cheá ñoä toaøn taûi ñeå taêng coâng suaát ñoäng cô. Coù nhieàu loaïi caûm bieán vò trí caùnh böôùm ga tuøy theo yeâu caàu vaø thieát keá treân caùc ñôøi xe. Dưới đây là loại cảm biến vị trí bướm ga kiểu công tắc loại âm chờ (loại được dùng trong mô hình). Caáu taïo: Goàm coù: - Moät caàn xoay ñoàng truïc vôùi caùnh böôùm ga. - Cam daãn höôùng xoay theo caàn. - Tieáp ñieåm di ñoäng di chuyeån doïc theo raõnh cuûa cam daãn höôùng - Tieáp ñieåm caàm chöøng - Tieáp ñieåm toaøn taûi Hình 2-11. Caûm bieán caùnh böôùm ga loaïi coâng taéc Hoaït ñoäng: ÔÛ cheá ñoä caàm chöøng: Khi caùnh böôùm ga ñoùng (goùc môû < 50) thì tieáp ñieåm di ñoäng seõ tieáp xuùc vôùi tieáp ñieåm caàm chöøng vaø gôûi tín hieäu ñieän theá thoâng baùo cho ECU bieát ñoäng cô ñang hoaït ñoäng ôû möùc caàm chöøng. Tín hieäu naøy cuõng duøng ñeå caét nhieân lieäu khi ñoäng cô giaûm toác ñoät ngoät (cheá ñoä caàm chöøng cöôõng böùc). Ví duï, khi xe ñang chaïy ôû toác ñoä cao ta muoán giaûm toác ñoä, ta nhaû chaân baøn ñaïp ga thì tieáp ñieåm caàm chöøng trong coâng taéc caùnh böôùm ga ñoùng, baùo cho ECU bieát ñoäng cô ñang giaûm toác. Neáu toác ñoä ñoäng cô vöôït quaù giaù trò nhaát ñònh tuøy theo töøng loaïi ñoäng cô thì ECU seõ ñieàu khieån caét nhieân lieäu cho ñeán khi toác ñoä cô ñaït toác ñoä caàm chöøng oån ñònh. ÔÛ cheá ñoä taûi lôùn: Khi caùnh böôùm ga môû khoaûng 500 – 700 (tuøy töøng loaïi ñoäng cô) so vôùi vò trí ñoùng hoaøn toaøn, tieáp ñieåm di ñoäng tieáp xuùc vôùi tieáp ñieåm toaøn taûi vaø gôûi tín hieäu ñieän theá ñeå baùo cho ECU bieát tình traïng taûi lôùn cuûa ñoäng cô. Maïch ñieän: IDL PSW E C U +B or 5V +B or 5V Caûm bieán vò trí böôùm ga Hình 2-12. Maïch ñieän caûm bieán vò trí caùnh böôùm ga loaïi aâm chôø 3.1.4. Caûm bieán nhieät ñoä nöôùc laøm maùt (Coolant water temperature sensor) Duøng ñeå xaùc ñònh nhieät ñoä ñoäng cô, coù caáu taïo laø moät ñieän trôû nhieät (thermistor) hay laø moät diode: Nguyeân lyù: Boä oån aùp Boä chuyeån ñoåi A/D Caûm bieán nhieät ñoä nöôùc Ñieän trôû chuaån B+ Ñieän trôû nhieät laø moät phaàn töû caûm nhaän thay ñoåi ñieän trôû theo nhieät ñoä. Noù ñöôïc laøm baèng vaät lieäu baùn daãn neân coù heä soá nhieät ñieän trôû aâm (NTC –negative temperature co-efficient). Khi nhieät ñoä taêng ñieän trôû giaûm vaø ngöôïc laïi. Caùc loaïi caûm bieán nhieät ñoä hoaït ñoäng cuøng nguyeân lyù nhöng möùc hoaït ñoäng vaø söï thay ñoåi ñieän trôû theo nhieät ñoä coù khaùc nhau. Söï thay ñoåi giaù trò ñieän trôû seõ laøm thay ñoåi giaù trò ñieän aùp ñöôïc gôûi ñeán ECU treân neàn taûng caàu phaân aùp. Hình 2-13. Maïch ñieän cuûa caûm bieán nhieät ñoä nöôùc laøm maùt Treân sô ñoà hình 2-13 ta coù: Ñieän aùp 5V qua ñieän trôû chuaån (ñieän trôû naøy coù giaù trò khoâng ñoåi theo nhieät ñoä) tôùi caûm bieán roài trôû veà ECU veà mass. Nhö vaäy ñieän trôû chuaån vaø nhieät ñieän trôû trong caûm bieán taïo thaønh moät caàu phaân aùp. Ñieän aùp ñieåm giöõa caàu ñöôïc ñöa ñeán boä chuyeån ñoåi tín hieäu töông töï - soá (boä chuyeån ñoåi ADC – analog to digital converter). Khi nhieät ñoä ñoäng cô thaáp, giaù trò ñieän trôû caûm bieán cao vaø ñieän aùp göûi ñeán boä bieán ñoåi ADC lôùn. Tín hieäu ñieän aùp ñöôïc chuyeån ñoåi thaønh moät daõy xung vuoâng vaø ñöôïc giaûi maõ nhôø boä vi xöû lyù ñeå thoâng baùo cho ECU bieát ñoäng cô ñang laïnh. Khi ñoäng cô noùng, giaù trò ñieän trôû caûm bieán giaûm keùo theo ñieän aùp ñaët giaûm, baùo cho ECU bieát laø ñoäng cô ñang noùng. Caáu taïo: Thöôøng laø truï roãng coù ren ngoaøi, beân trong coù gaén moät ñieän trôû daïng baùn daãn coù heä soá nhieät ñieän trôû aâm. 2 1 3 1- Ñaàu ghim; 2- Voû; 3- Ñieän trôû (NTC) Hình 2-14. Caûm bieán nhieät ñoä nöôùc laøm maùt ÔÛ ñoäng cô laøm maùt baèng nöôùc, caûm bieán ñöôïc gaén ôû thaân maùy, gaàn boïng nöôùc laøm maùt. Trong moät soá tröôøng hôïp caûm bieán ñöôïc laép treân naép maùy. 5V Vcc ADC CPU Ñeán relay chính +B +B1 E1 E2 THW E2 Caûm bieán nhieät ñoä nöôùc laøm maùt E C U Maïch ñieän Hình 2-15: Maïch ñieän caûm bieán nöôùc laøm maùt 100 212 - 20 -4 012 20 68 40 104 60 140 80 176 0C 0F 0.1 0.2 0.3 0.5 1 2 5 10 20 R (kW) Ñöôøng ñaëc tuyeán Hình 2-16: Ñöôøng ñaëc tính cuûa caûm bieán nöôùc laøm maùt 3.1.5. Caûm bieán nhieät ñoä khí naïp (Intake Air Temperature hay Manifold Air Temperature sensor) Caûm bieán nhieät ñoä khí naïp duøng ñeå xaùc ñònh nhieät ñoä khí naïp. Cuõng gioáng nhö caûm bieán nhieät ñoä nöôùc, noù goàm coù moät ñieän trôû ñöôïc gaén trong boä ño gioù hoaëc treân ñöôøng oáng naïp. Tyû troïng cuûa khoâng khí thay ñoåi theo nhieät ñoä. Neáu nhieät ñoä khoâng khí cao, haøm löôïng oxy trong khoâng khí thaáp. Khi nhieät ñoä khoâng khí thaáp, haøm löôïng oxy trong khoâng khí taêng. Trong caùc heä thoáng ñieàu khieån phun xaêng (tröø loaïi LH- Jetronic vôùi caûm bieán ño gioù loaïi daây nhieät) löu löôïng khoâng khí ñöôïc ño bôûi caùc boä ño gioù khaùc nhau chuû yeáu ñöôïc tính baèng theå tích. Vì vaäy, khoái löôïng khoâng khí seõ phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä cuûa khí naïp. Ñoái vôùi caùc heä thoáng phun xaêng neâu treân (ño löu löôïng baèng theå tích), ECU xem nhieät ñoä 200C laø möùc chuaån, neáu nhieät ñoä khí naïp lôùn hôn 200C thì ECU seõ ñieàu khieån giaûm löôïng xaêng phun; neáu nhieät ñoä khí naïp nhoû hôn 200C thì ECU seõ ñieàu khieån taêng löôïng xaêng phun. Vôùi phöông phaùp naøy, tæ leä hoãn hôïp seõ ñöôïc ñaûm baûo theo nhieät ñoä moâi tröôøng. Ñaàu ghim. Ñieän trôû NTC Hình 2-17: Caûm bieán nhieät ñoä khí naïp Maïch ñieän: Vcc=5V ADC CPU Ñeán relay chính +B +B1 E1 E2 THA E2 Caûm bieán nhieät ñoä khí naïp E C U Hình 2-18: Maïch ñieän cuûa caûm bieán nhieät ñoä khí naïp 3.1.6. Caûm bieán khí thaûi (Exhaust gas sensor) hay caûm bieán oxy (Oxygen sensor) Ñeå choáng oâ nhieãm, treân caùc xe ñöôïc trang bò boä hoùa khöû (TWC - Three way catalyst). Boä hoaù khöû seõ hoaït ñoäng vôùi hieäu suaát cao nhaát ôû tyû leä hoøa khí lyù töôûng töùc l = 1. Caûm bieán oxy ñöôïc duøng ñeå xaùc ñònh thaønh phaàn hoøa khí töùc thôøi cuûa ñoäng cô ñang hoaït ñoäng. Noù phaùt ra moät tín hieäu ñieän theá gôûi veà ECU ñeå ñieàu chænh tyû leä hoøa khí thích hôïp trong moät ñieàu kieän laøm vieäc nhaát ñònh (cheá ñoä ñieàu khieån kín - Closed loop control). Caûm bieán oxy ñöôïc gaén ôû ñöôøng oáng thaûi. Coù hai loaïi caûm bieán oxy, khaùc nhau chuû yeáu ôû vaät lieäu cheá taïo: - Cheá taïo töø Dioxide Zirconium (ZrO2) (loại được dùng trong mô hình). - Cheá taïo töø Dioxide Titanium (TiO2) Nguyeân lyù hoaït ñoäng: Ñeäm daãn ñieän Thaân Chaát ñieän phaân khoâ 4,5. Ñieän cöïc ngoaøi vaø trong Hình 2-19: Caûm bieán vôùi thaønh phaàn Zirconium Loaïi naøy ñöôïc cheá taïo chuû yeáu töø chaát Zirconium dioxide (ZrO2) coù tính chaát haáp thuï nhöõng ion oxy aâm tính. Thöïc chaát, caûm bieán oxy loaïi naøy laø moät pin ñieän coù söùc ñieän ñoäng phuï thuoäc vaøo noàng ñoä oxy trong khí thaûi vôùi ZrO2 laø chaát ñieän phaân. Maët trong ZrO2 tieáp xuùc vôùi khoâng khí, maët ngoaøi tieáp xuùc vôùi oxy trong khí thaûi. ÔÛ moãi maët cuûa ZrO2 ñöôïc phuû moät lôùp ñieän cöïc baèng plantin ñeå daãn ñieän. Lôùp plantin naøy raát moûng vaø xoáp ñeå oxy deã khuyeách taùn vaøo. Khi khí thaûi chöùa löôïng oxy ít do hoãn hôïp giaøu nhieân lieäu thì soá ion oxy taäp trung ôû ñieän cöïc tieáp xuùc khí thaûi ít hôn soá ion oxy taäp trung ôû ñieän cöïc tieáp xuùc khoâng khí. Söï cheânh leäch soá ion naøy seõ taïo moät tín hieäu ñieän aùp khoaûng 600-900 mV. Ngöôïc laïi, khi ñoä cheânh leäch soá ion ôû hai ñieän cöïc nhoû trong tröôøng hôïp ngheøo xaêng, pin oxy seõ phaùt ra tín hieäu ñieän aùp thaáp khoûang 100-400 mV. Caáu taïo: Thaân ; 2- Ñeäm ; 3-Daây noái ; 4- Voû ; 5-Thanh tieáp xuùc; 6- Goám Zro2 ; 7- Maøng baûo veä Hình 2-20: Caáu taïo caûm bieán oxy loaïi Zirconium Thaân caûm bieán ñöôïc giöõ trong moät chaân coù ren, bao ngoøai moät oáng baûo veä vaø ñöôïc noái vôùi caùc ñaàu daây ñieän. Beà maët cuûa chaát ZrO2 ñöôïc phuû moät lôùp platin moûng caû maët trong laãn maët ngoaøi. Ngoaøi lôùp platin laø moät lôùp goám ZrO2 raát xoáp vaø keát dính, muïc ñích baûo veä lôùp platin khoâng bò hoûng do va chaïm caùc phaàn töû raén coù trong khí thaûi. Moät oáng kim loaïi baûo veä bao ngoaøi caûm bieán taïi ñaàu moái ñieän uoán keùp giöõ lieàn vôùi voû oáng naøy coù moät loã ñeå buø tröø aùp suaát trong caûm bieán vaø ñeå ñôõ loø xo ñóa. Ñeå giöõ cho muoäi than khoâng ñoùng vaøo lôùp goám ZrO2 , ñaàu tieáp xuùc khí thaûi cuûa caûm bieán coù moät oáng ñaëc bieät coù caáu taïo daïng raõnh ñeå khí thaûi vaø phaân töû khí chaùy ñi vaøo seõ bò giöõ vaø khoâng tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi thaân goám ZrO2 . Ñaëc ñieåm cuûa pin oxy vôùi ZrO2 laø nhieät ñoä laøm vieäc phaûi treân 300°C. Do ñoù ñeå giaûm thôøi gian chôø, ngöôøi ta duøng loaïi caûm bieán coù ñieän trôû töï nung beân trong. Ñieän trôû daây nung ñöôïc laép trong caûm bieán vaø ñöôïc cung caáp ñieän töø accu. Ñaàu kieåm tra Engine ECU R 0,45 V OX E2 Caûm bieán oxy Ngheøo hôn Giaøu hôn Hoaø khí lyù thuyeát Ñieän aùp cuûa caûm bieán Maïch ñieän: Hình 2-21: Maïch ñieän cuûa caûm bieán oxy loaïi Zirconium 3.2. Boä ñieàu khieån ñieän töû (ECU – Electronic Control Unit) 3.2.1. Toång quan Heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô theo chöông trình bao goàm caùc caûm bieán kieåm soaùt lieân tuïc tình traïng hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô, moät boä ECU tieáp nhaän tín hieäu töø caûm bieán, xöû lyù tín hieäu vaø ñöa ra tín hieäu ñieàu khieån ñeán cô caáu chaáp haønh. Cô caáu chaáp haønh luoân baûo ñaûm thöøa leänh ECU vaø ñaùp öùng caùc tín hieäu phaûn hoài töø caùc caûm bieán. Hoaït ñoäng cuûa heä thoáng ñieàu khieån ñoäng cô ñem laïi söï chính xaùc vaø thích öùng caàn thieát ñeå giaûm toái ña chaát ñoäc haïi trong khí thaûi cuõng nhö löôïng tieâu hao nhieân lieäu. ECU cuõng ñaûm baûo coâng suaát toái öu ôû caùc cheá ñoä hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô, giuùp chaån ñoaùn ñoäng cô moät caùch heä thoáng khi coù söï coá xaûy ra. Ñieàu khieån ñoäng cô bao goàm heä thoáng ñieàu khieån xaêng, löûa, goùc phoái cam, ga töï ñoäng (cruise control). Ngoaøi ra, treân caùc ñoäng cô diesel ngaøy nay thöôøng söû duïng heä thoáng nhieân lieäu baèng ñieän töû (EDC – electronic diesel control hoaëc unit pump in line ). Boä ñieàu khieån, maùy tính, ECU hay hoäp ñen laø nhöõng teân goïi khaùc nhau cuûa maïch ñieàu khieån ñieän töû. Nhìn chung, ñoù laø boä toå hôïp vi maïch vaø boä phaän phuï duøng ñeå nhaän bieát tín hieäu, tröõ thoâng tin, tính toaùn, quyeát ñònh chöùc naêng hoaït ñoäng vaø gôûi ñi caùc tín hieäu thích hôïp. ECU ñöôïc ñaët trong moät voû kim loaïi ñeå giaûi nhieät toát vaø ñöôïc boá trí ôû nôi ít bò aûnh höôûng bôûi nhieät ñoä vaø ñoä aåm. Caùc linh kieän ñieän töû cuûa ECU ñöôïc saép xeáp trong moät maïch in. Caùc linh kieän coâng suaát cuûa taàng cuoái – nôi ñieàu khieån caùc cô caáu chaáp haønh ñöôïc gaén vôùi khung kim loaïi cuûa ECU vôùi muïc ñích giaûi nhieät. Söï toå hôïp caùc chöùc naêng trong IC (boä taïo xung, boä chia xung, boä dao ñoäng ña haøi ñieåu khieån vieäc chia taàn soá) giuùp ECU ñaït ñoä tin caäy cao. Moät ñaàu ghim ña chaáu duøng noái ECU vôùi heä thoáng ñieän treân xe, vôùi caùc cô caáu chaáp haønh vaø caùc caûm bieán. Caáu truùc cuûa ECU cuõng töông töï nhö caùc maùy tính bao goàm: 3.2.2. Caáu taïo Boä nhôù: Boä nhôù trong ECU chia ra laøm 4 loaïi : * ROM (Read Only Memory) Duøng tröõ thoâng tin thöôøng tröïc. Boä nhôù naøy chæ ñoïc thoâng tin töø ñoù ra chöù khoâng theå ghi vaøo ñöôcï. Thoâng tin cuûa noù ñaõ ñöôïc gaøi ñaët saün, ROM cung caáp thoâng tin cho boä vi xöû lyù vaø ñöôïc laép coá ñònh treân maïch in. * RAM (Random Access memory) Boä nhôù truy xuaát ngaãu nhieân duøng ñeå löu tröõ thoâng tin môùi ñöôïc ghi trong boä nhôù vaø xaùc ñònh bôûi vi xöû lyù. RAM coù theå ñoïc vaø ghi caùc soá lieäu theo ñòa chæ baát kyø. Ram coù hai loaïi: Loaïi RAM xoùa ñöôïc: boä nhôù seõ maát khi maát doøng ñieän cung caáp Loaïi RAM khoâng xoùa ñöôïc: vaãn giöõ duy trì boä nhôù cho duø khi thaùo nguoàn cung caáp oâtoâ Ram löu tröõ nhöõng thoâng tin veà hoaït ñoäng cuûa caùc caûm bieán duøng cho heä thoáng töï chuaån ñoaùn. * PROM (Programmable Read Only Memory) Caáu truùc cô baûn gioáng nhö ROM nhöng cho pheùp laäp trình (naïp döõ lieäu) ôû nôi söû duïng chöùù khoâng phaûi nôi saûn xuaát nhö ROM. PROM cho pheùp söûa ñoåi chöông trình ñieàu khieån theo nhöõng ñoøi hoûi khaùc nhau. * KAM ( Keep Alive Memory) KAM duøng ñeå löu tröõ nhöõng thoâng tin môùi (nhöõng thoâng tin taïm thôøi) cung caáp ñeán boä vi xöû lyù. KAM vaãn duy trì boä nhôù cho duø ñoäng cô ngöng hoaït ñoäng hoaëc taét coâng taéc maùy. Tuy nhieân neáu thaùo nguoàn cung caáp töø accu ñeán maùy tính thì boä nhôù KAM seõ bò maát. Boä vi xöû lyù (Microprocessor) MICROPROCESSOR RAM PROM ROM Boä vi xöû lyù coù chöùc naêng tính toaùn vaø ra quyeát ñònh. Noù laø “boä naõo“ cuûa ECU. Hình 2-22: Sô ñoà khoái cuûa caùc heä thoáng trong maùy tính vôùi microprocessor Ñöôøng truyeàn - BUS: chuyeån caùc leänh vaø soá lieäu trong maùy tính theo 2 chieàu. ECU vôùi nhöõng thaønh phaàn neâu treân coù theå toàn taïi döôùi daïng moät IC hoaëc treân nhieàu IC. Ngoaøi ra ngöôøi ta thöôøng phaân loaïi maùy tính theo ñoä daøi töø caùc RAM (tính theo bit). ÔÛ nhöõng theá heä ñaàu tieân, maùy tính ñieàu khieån ñoäng cô duøng loaïi 4, 8 hoaëc 16 bit phoå bieán nhaát laø loaïi 4 vaø 8 bit. Maùy tính 4 bit chöùa raát nhieàu leänh vì noù thöïc hieän caùc leänh logic toát hôn. Tuy nhieân, maùy tính 8 bit laøm vieäc toát hôn vôùi caùc pheùp ñaïi soá vaø chính xaùc hôn 16 laàn so vôùi loaïi 4 bit. Vì vaäy, hieän nay ñeå ñieàu khieån caùc heä thoáng khaùc nhau treân oâtoâ vôùi toác ñoä thöïc hieän nhanh vaø chính xaùc cao, ngöôøi ta söû duïng maùy 8 bit, 16 bit hoaëc 32 bit. 3.2.3. Caáu truùc ECU Ngaøy nay treân oâtoâ hieän ñaïi coù theå trang bò nhieàu ECU ñieàu khieån caùc heä thoáng khaùc nhau. Caáu truùc cuûa ECU ñöôïc trình baøy treân hình 6-70 ROM RAM INPUT OUTPUT CPU BUS Hình 2-23 : Caáu truùc maùy tính Boä phaän chuû yeáu cuûa noù laø boä vi xöû lyù (microprocessor) hay coøn goïi laø CPU (Control Processing Unit), CPU löïa choïn caùc leänh vaø xöû lyù soá lieäu töø boä nhôù ROM vaø RAM chöùa caùc chöông trình vaø döõ lieäu vaø ngoõ vaøo ra (I/O) ñieàu khieån nhanh soá lieäu töø caùc caûm bieán vaø chuyeån döõ lieäu ñaõ xöû lyù ñeán caùc cô caáu thöïc hieän. Sô ñoà caáu truùc cuûa CPU treân hình 6-71. Noù bao goàm cô caáu ñaïi soá logic ñeå tính toaùn döõ lieäu, caùc boä ghi nhaän löu tröõ taïm thôøi döõ lieäu vaø boä ñieàu khieån caùc chöùc naêng khaùc nhau. ÔÛ caùc CPU theá heä môùi, ngöôøi ta thöôøng cheá taïo CPU, ROM, RAM trong moät IC. Boä ghi nhaän löu tröõ Tính toaùn ñaïi soá vaø Logic Boä ñieàu khieån Döõ lieäu Tính hieäu ñieàu khieån Hình 2-24 : Caáu truùc CPU Boä ñieàu khieån ECU hoaït ñoäng treân cô sôû tín hieäu soá nhò phaân vôùi ñieän aùp cao bieåu hieän cho soá 1, ñieän aùp thaáp bieåu hieän cho soá 0. Moãi moät soá haïng 0 hoaëc 1 goïi laø bit. Moãi daõy 8 bit seõ töông ñöông 1 byte hoaëc 1 töø (word). Byte naøy ñöôïc duøng ñeå bieåu hieän cho moät leänh hoaëc 1 maãu thoâng tin. 1 1 1 1 0 0 0 0 3.2.4. Maïch giao tieáp ngoõ vaøo Boä chuyeån ñoåi A/D ( Analog to Digital Converter) : Duøng ñeå chuyeån caùc tín hieäu töông töï töø ñaàu vaøo vôùi söï thay ñoåi ñieän aùp treân caùc caûm bieán nhieät ñoä, boä ño gioù, caûm bieán böôùm ga …v.v… thaønh caùc tín hieäu soá ñeå boä vi xöû lyù hieåu ñöôïc. ECU 5V Boä Vi Xöû Lyù Boä chuyeån ñoåi A/D Daây tín hieäu Hình 2-25 : Boä chuyeån ñoåi A/D Boä ñeám (Counter): Duøng ñeå ñeám xung ví duï nhö töø caûm bieán vò trí piston roài gôûi löôïng ñeám veà boä vi xöû lyù. Boä Vi Xöû Lyù BOÄ ÑEÁM SENSOR Soá ECU Hình 2-26 : Boä ñeám Boä nhôù trung gian (Buffer): Chuyeån tín hieäu xoay chieàu thaønh tín hieäu soùng vuoâng daïng soá, noù khoâng giöõ löôïng ñeám nhö trong boä ñeám. Boä phaän chính laø moät Transistor seõ ñoùng môû theo cöïc tính cuûa tín hieäu xoay chieàu. Boä Vi Xöû Lyù Boä nhôù trung gian PM ECU Hình 2-27 : Boä nhôù trung gian Boä khueách ñaïi (Amplifier): Moät soá caûm bieán coù tín hieäu raát nhoû neân trong ECU thöôøng coù caùc boä khueách ñaïi. Boä Vi Xöû Lyù Boä khuyeách ñaïi Tín hieäu maïnh Tín hieäu yeáu Ñieän aùp thay ñoái ECU Hình 2-28 : Boä khueách ñaïi Boä oån aùp (Voltage regulator): Thoâng thöôøng trong ECU coù 2 boä oån aùp: 12 V vaø 5 V. Boä Vi Xöû Lyù Boä oån aùp ECU B+ (12V) Hình 2-29 : Boä oån aùp 3.2.5. Giao tieáp ngoõ ra: Tín hieäu ñieàu khieån töø boä vi xöû lyù seõ ñöa ñeán caùc transistor coâng suaát ñieàu khieån relay, solenoid, motor…Caùc transistor naøy coù theå ñöôïc boá trí beân trong hoaëc beân ngoaøi ECU. Boä Vi Xöû Lyù ECU TRANSISTOR SOLENOID B+ Hình 2-30: Giao tieáp ngoõ ra 3.3. Boä phaän ngoõ ra vaø söï ñieàu khieån caùc cô caáu chaáp haønh 3.3.1. Bôm xaêng vaø ñieàu khieån bôm xaêng Caáu taïo bôm xaêng Tuyø theo nhaø cheá taïo vaø naêm saûn xuaát maø bôm xaêng ñöôïc ñaët trong hoaëc ngoaøi thuøng xaêng. Hieän nay, bôm xaêng söû duïng cho caùc heä thoáng phun xaêng coù hai loaïi: Loaïi caùnh quaït vaø loaïi con laên Hai loaïi naøy coøn goïi laø bôm kieåu öôùt vì motor vaø boä phaän bôm ñöôïc ñaët trong voû boïc, voû boïc naøy luoân luoân chöùa ñaày xaêng, nhaèm muïc ñích laøm maùt khi bôm xaêng hoaït ñoäng. Caáu taïo loaïi bôm caùnh quaït Loaïi bôm naøy thöôøng ñöôïc ñaët trong thuøng xaêng. So vôùi loaïi con laên thì loaïi naøy coù öu ñieåm laø ít gaây tieáng oàn vaø khoâng taïo ra dao ñoäng trong maïch nhieân lieäu neân ñöôïc duøng roäng raõi. Bôm naøy ñöôïc caáu taïo bôûi caùc thaønh phaàn sau: Motor ñieän Boä phaän coâng taùc cuûa bôm Van kieåm tra (van moät chieàu) Van giaûm aùp vaø loïc. Hình 2-31: Bôm caùnh quaït Motor: laø ñoäng cô ñieän moät chieàu. Baùnh coâng taùc: coù töø 1 ÷ 2 caùnh, quay nhôø motor ñieän. Khi motor quay baùnh coâng taùc seõ keùo xaêng töø cöûa vaøo ñöa ñeán cöûa ra. Sau khi ñi qua cöûa vaøo xaêng seõ ñi quanh motor ñieän vaø ñeán van moät chieàu. Van moät chieàu: van moät chieàu seõ ñoùng khi bôm ngöøng laøm vieäc. Taùc duïng cuûa noù laø giöõ cho aùp suaát trong ñöôøng oáng ôû moät giaù trò nhaát ñònh, giuùp cho vieäc khôûi ñoäng laïi deã daøng. Neáu aùp suaát trong maïch khoâng ñöôïc giöõ, do nhieân lieäu boác hôi hoaëc quay veà thuøng thì vieäc khôûi ñoäng laïi seõ raát khoù khaên. Van an toaøn: van laøm vieäc khi aùp suaát ra vöôït quaù giaù trò quy ñònh. Van naøy coù taùc duïng baûo veä maïch nhieân lieäu khi aùp suaát vöôït quaù giôùi haïn cho pheùp (trong tröôøng hôïp ngheït ñöôøng oáng chính). Loïc xaêng: Duøng ñeå loïc caën baån trong nhieân lieäu ñöôïc gaén tröôùc bôm. Sô ñoà maïch ñieän ñieàu khieån bôm xaêng +B Fp IG ST STA E Fc R C L1 L2 Fp Ne Main relay Ignition switch Check connector ECU To distributor Fuel pump Hình 2.32: Maïch ñieän ñieàu khieån bôm xaêng coù ECU ñieàu khieån Nguyeân lyù hoaït ñoäng: Khi khôûi ñoäng ñoäng cô, ECU nhaän tín hieäu toác ñoä ñoäng cô (NE) ñeå ñieàu khieån transitor môû cho doøng ñieän qua cuoän L2 cuûa relay bôm xaêng qua transistor veà mass taïo löïc huùt ñeå ñoùng tieáp ñieåm relay bôm xaêng. Khi khoaù ñieän traû veà vò trí IG doøng tieáp tuïc qua cuoän L1 vaø bôm xaêng tieáp tuïc hoaït ñoäng. Khi baät coâng taéc maùy töø vò trí OFF sang vò trí ON, ECU seõ ñieàu khieån bôm xaêng hoaït ñoäng trong khoaûng 2s ñeå giöõ cho aùp löïc xaêng treân ñöôøng oáng oån ñònh tröôùc khi khôûi ñoäng. Treân coïc chaån ñoaùn coøn ñöôïc boá trí ñaàu +B vaø FP giuùp noái maïch bôm xaêng vaø khoâng caàn noå maùy. 3.3.2 Boä oån ñònh aùp suaát (ñieàu aùp) Boä oån ñònh aùp suaát laøm oån ñònh aùp suaát nhieân lieäu ñeán caùc kim phun. Löôïng phun nhieân lieäu ñöôïc ñieàu khieån baèng thôøi gian cuûa tín hieäu cung caáp ñeán caùc kim phun. Maëc duø vaäy, do söï thay ñoåi ñoä chaân khoâng trong ñöôøng oáng naïp, löôïng nhieân lieäu phun ra seõ thay ñoåi vaø phuï thuoäc vaøo löïc huùt ôû ñaùy kim neáu aùp suaát nhieân lieäu treân ñaàu kim khoâng ñoåi. Do ñoù, ñeå ñaït ñöôïc löôïng phun nhieân lieäu chính xaùc, toång aùp suaát nhieân lieäu A vaø ñoä chaân khoâng ñöôøng oáng naïp B hay ñoä cheânh aùp giöõa ñaàu kim vaø ñaùy kim phaûi ñöôïc giöõ khoâng ñoåi. Hoaït ñoäng Nhieân lieäu coù aùp suaát töø oáng phaân phoái seõ taùc ñoäng vaøo maøng cuûa ñieàu aùp laøm môû van. Moät phaàn nhieân lieäu seõ chaûy trôû laïi bình chöùa qua ñöôøng oáng hoài. Löôïng nhieân lieäu trôû veà phuï thuoäc vaøo ñoä caêng cuûa loø xo maøng. Aùp suaát nhieân lieäu cuõng thay ñoåi theo löôïng nhieân lieäu hoài. Aùp thaáp treân ñöôøng oáng naïp ñöôïc daãn vaøo buoàng phía loø xo maøng, laøm giaûm söùc caêng loø xo vaø taêng löôïng nhieân lieäu hoài khieán aùp suaát giaûm. Noùi toùm laïi, khi ñoä chaân khoâng cuûa ñöôøng naïp taêng leân (giaûm aùp), aùp suaát nhieân lieäu chæ giaûm töông öùng vôùi söï giaûm aùp suaát ñoù. Vì vaäy toång aùp suaát cuûa nhieân lieäu A vaø ñoä chaân khoâng ñöôøng naïp B ñöôïc duy trì khoâng ñoåi. Aùp suaát nhieân lieäu Aùp suaát khí quyeån Ñoä chaân khoâng ñöôøng oáng naïp A A + B = 2,55 – 2,9 kgf/cm2 B Hình 2-33: Boä ñieàu aùp vaø ñaëc tính hoaït ñoäng 3.3.3. Kim phun vaø söï ñieàu khieån kim phun Nguyeân lyù keát caáu kim phun Sô ñoà toång quaùt cuûa heä thoáng ñieàu khieån kim phun ñöôïc trình baøy treân hình 2-32. ECU Accu Nhieät ñoä ñoäng cô Nhieät ñoä khí naïp Löôïng khí naïp Vò trí böôùm ga Nhieân lieäu töø bôm ñeán Kim phun + Toác ñoä ñoäng cô Vò trí piston Hình 2-34: Sô ñoà toång quaùt heä thoáng phun nhieân lieäu 2 1 3 4 5 6 7 Keát caáu moät kim phun Hình 2-35: Keát caáu kim phun Theo hình 2-33 caáu taïo cuûa kim goàm: 1- Boä loïc: Baûo ñaûm nhieân lieäu ñi vaøo kim phun phaûi thaät saïch;2- Giaéc caém: Noái vôùi maïch ñieän ñieàu khieån; 3- Cuoän daây: Taïo ra töø tröôøng khi coù doøng ñieän; 4- Ti kim: Taùc ñoäng ñeán söï ñoùng môû cuûa van kim; 5- Van kim: Ñoùng kín voøi phun, khi coù doøng ñieän seõ bò nhaác leân cho nhieân lieäu phun ra; 6- Voøi phun: Ñònh goùc phun vaø xeù tôi nhieân lieäu; 7- Voû kim. Hoaït ñoäng cuûa kim phun Trong quaù trình hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô, ECU lieân tuïc nhaän ñöôïc nhöõng tín hieäu ñaàu vaøo töø caùc caûm bieán. Qua ñoù, ECU seõ tính ra thôøi gian môû kim phun. Quaù trình môû vaø ñoùng cuûa kim phun dieãn ra ngaét quaõng. ECU gôûi tín hieäu ñeán kim phun trong bao laâu phuï thuoäc vaøo ñoä roäng xung.Ñoä roäng xung thay ñoåi tuyø theo cheá ñoä laøm vieäc cuûa ñoäng cô. Giaû söû caùnh böôùm ga môû lôùn khi taêng toác thì caàn nhieàu nhieân lieäu hôn. Do ñoù ECU seõ taêng chieàu daøi xung. Ñieàu naøy coù nghóa laø ti kim seõ giöõ laâu hôn trong moãi laàn phun ñeå cung caáp theâm moät löïông nhieân lieäu. Khi doøng ñieän ñi qua cuoän daây cuûa kim phun seõ taïo moät löïc töø ñuû maïnh ñeå thaéng söùc caêng loø xo, thaéng löïc troïng tröôøng cuûa ty kim vaø thaéng aùp löïc cuûa nhieân lieäu ñeø leân kim, kim seõ ñöôïc nhích khoûi beä khoaûng 0.1 mm neân nhieân lieäu ñöôïc phun ra khoûi kim phun. Quaù trình hoaït ñoäng: Treân hình 2-34 trình baøy ñoà thò bieåu dieãn ñieän aùp, cöôøng ñoä doøng ñieän vaø thôøi gian môû kim thöïc teá theo thôøi gian. Caên cöù vaøo ñoà thò naøy ta coù theå chia quaù trình hoaït ñoäng cuûa kim phun chia laøm 3 giai ñoaïn cuï theå nhö sau: t1’ t1” t1 t2 t3 t3” t3’ t2’ ti t t U I d U,I Ñaëc tính U, I trong cuoän daây kim phun Ñoä dòch chuyeån ty kim Hình 2-36: Ñaëc tính U,I,d = f(t) trong cuoän daây kim phun Nhö ta ñaõ bieát cöôøng ñoä doøng ñieän qua kim tuaân theo qui luaät: Trong ñoù: R: toång trôû kim L: ñoä töï caûm cuûa kim phun U: ñieän aùp ñaët vaøo maïch * Giai ñoaïn I: Trong thôøi gian tI (töø luùc ti kim ñöôïc naâng leân heát côõ). -Giai ñoaïn Ia: Thôøi gian tæ, maëc duø coù hieäu theá ñaët vaøo nhöng ti kim vaãn chöa nhaác leân ñöôïc. Khi doøng ñieän ñaït giaù trò Im ñeå Flöïc töø > Fcaûn ti baét ñaàu di chuyeån. Keát thuùc giai ñoaïn Ia. -Giai ñoaïn Ib: Thôøi gian tI: ñoä dòch chuyeån kim ñaït giaù trò cöïc ñaïi, cöôøng ñoä doøng qua kim giaûm ñoät ngoät do söùc ñieän ñoäng töï caûm taêng do L taêng. * Giai ñoaïn II: Ñoä môû cuûa kim vaãn giöõ nguyeân, söùc ñieän ñoäng töï caûm giaûm doøng taêng leân nhö hình veõ. Tröøông hôïp kim bò keït seõ khoâng coù dòch chuyeån, laøm m0 khoâng taêng daãn tôùi söùc ñòeân ñoäng töï caûm khoâng taêng nhöng doøng vaãn taêng nhö neùt chaám gaïch. * Giai ñoaïn III: Transistor ñieàu khieån ñoùng nhöng do cuoän daây coù söùc ñieän ñoäng töï caûm neân khi ngaét ñieän ñoät ngoät taïo thaønh maïch dao ñoäng. Do ñoù, trong thôøi gian t3’ vaãn giöõ möùc môû naøo ñoù do söùc ñieän ñoäng töï caûm. Sau ñoù söùc caêng loø xo laøm ñoùng ti kim laïi. Maïch ñieän ñieàu khieån kim phun Hình 2-37: Maïch ñieän ñieàu khieån kim phun baèng aùp TÀI LIỆU THAM KHẢO ISUZU, WORKSHOP MANUAL, ENGINE 4JA1-NA.4JA1-L MODELS. PGS-TS Đỗ Văn Dũng, Trang bị điện & điện tử trên ôtô hiện đại, NXB Đại học quốc gia Tp. HCM 2004. Trần Thế San – Đỗ Dũng, Thực hành sửa chữa & bảo trì động cơ xăng, NXB Đà Nẵng 2006. Cẩm nang TOYOTA. Nguyễn Tất Tiến, Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB Giáo dục 1998. PGS-TS Phạm Minh Tuấn, Động cơ đốt trong, NXB Khoa học và kỹ thuật 2005. Nguyễn Viết Nguyên, Giáo trình linh kiện điện tử, NXB Giáo dục 2007. Ngô Hắc Hùng, Chẩn đoán và bảo dưỡng kỹ thuật ôtô, NXB Giao thông vận tải, 2004. Trang Trang Trang