Khai thác động cơ isuzu 4ja1 -L thiết lập mô hình hệ thống phun xăng điện tử

rục khuỷu ln bạc lĩt. Quay trục khuỷu đi khoảng 30o để làm cho trục khuỷu vừa khít với bạc lĩt. Đặt miếng đo nhựa lên bề mặt của cổ khuỷu trên cả bề rộng của bạc lót. Lắp nắp bạc lót cùng với miếng bạc lót phía dưới. Xiết chặt nắp trục khuỷu đến giá trị moment qui định moment xiết bulong nắp bạc trục khuỷu 166.7±9.8N.m Không được quay trục khuỷu trong qu trình lắp v xiết nắp bạc trục khuỷu. Tho nắp bạc ra ngồi. So sánh bề rộng của miếng đo nhựa được gắn vào với tỉ lệ in trên vỏ hộp của miếng đo nhựa. nếu giá trị đo được vượt quá giới hạn, thực hiện những bước thêm vào dưới đây. Dùng thước đo ngoài để đo đường kính của cổ khuỷu. Dùng thước đo trong để đo đường kính trong của bạc lót. Nếu khe hở giữa bạc lót và cổ khuỷu vượt quá giá trị cho phép, cần phải thay bạc lót và/hoặc trục khuỷu. - Đo khe hở bạc lĩt v chốt khuỷu Lm sạch trục khuỷu, thanh truyền, nắp bạc lĩt v bạc lĩt. Lắp bạc lót vào đầu to thanh truyền và nắp bạc. Giữ khơng cho thanh truyền di chuyển. Gắn miếng đo nhựa vào chốt khuỷu. Bôi dầu động cơ vào miếng đo nhựa để giữ nó khỏi rơi xuống. Ráp nắp bạc thanh truyền vào và xiết chặt đến giá trị lực xiết qui định. Giữ không để thanh truyền dịch chuyển khi lắp ráp. Tho nắp bạc ra. So sánh chiều rộng của miếng đo nhựa được lắp đo với tỉ lệ được in trên vỏ hộp của miếng đo nhựa. Nếu giá trị đo được vượt quá giá trị cho phép, thực hiện những bước tiếp theo. Dùng thước đo ngoài để đo đường kính của chốt khuỷu. Dùng thước đo trong để đo đường kính của bạc lót đầu to thanh truyền. nếu giá trị đo được vượt quá giới hạn cho phép, cần phải thay bạc lót đầu to thanh truyền v/hoặc trục khuỷu. 4.2.12.8. Lựa chọn bạc lĩt trục khuỷu Sự lựa chọn bạc lót trục khuỷu phải dựa trên cơ sở đo đường kính của cổ trục và bạc lót. Lựa chọn ph hợp theo kí hiệu của thân xilanh và của cổ khuỷu để quyết định chính xc loại bạc lĩt trục khuỷu. Cổ trục thn xilanh Cổ trục khuỷu Bạc lĩt trục khuỷu Kí hiệu Đường kính Kí hiệu Đường kính Kí hiệu Kích thước, m mu Khe hở dầu 1 63.9916-64.0000 1 59.927-59.932 4 2.012-2.015 /nu 0.0296-0.049 2 59.922-59.927 4 2.012-2.015 /nu 0.0346-0.054 3 59.917-59.922 5 2.015-2.018 /vng 0.0336-0.053 2 63.9826-63.9915 1 59.927-59.932 2 2.006-2.009 /đen 0.0321-0.0521 2 59.922-59.927 3 2.009-2.012 /xanh 0.0316-0.0515 3 59.917-59.922 4 2.012-2.015 /nu 0.0306-0.0505 3 63.9750-63.9825 1 59.927-59.932 1 2.003-2.006 /xanh l 0.031-0.0495 2 59.922-59.927 2 2.006-2.009 /đen 0.03-0.0485 3 59.917-59.922 2 2.006-2.009 /đen 0.035-0.0535 4.2.13. Piston Chọn loại piston và đo đường kính ống lót xilanh. Tham khảo phần thân xilanh, trong mục đo đường kính trong của ống lót xilanh để có thông tin chi tiết về cách chọn piston và phương pháp đo đường kính ống lót xilanh. 4.2.13.1.Vịng xecmăng - Khe hở vịng xecmăng Đưa vịng găng nằm ngang vào trong ống lót xilanh. Đẩy vịng găng vào trong ống lót đến khi nó đạt đến điểm đo 1 hoặc 2, nơi mà ống lót xilanh có kích thước nhỏ nhất. Điểm đo 1: 10mm Hoặc điểm đo 2: 120mm Dùng bộ căn lá để đo khe hở vịng găng. Nếu giá trị đo được vượt quá giới hạn cho phép, cần phải thay vịng găng. Khe hở vịng găng piston Tiu chuẩn Giới hạn Vịng nn thứ nhất 0.2 – 0.4 mm 1.5 mm Vịng nn thứ hai Vịng dầu 0.1 – 0.3 mm - Khe hở giữa rnh vịng găng và vịng găng Dùng bộ căn lá để đo khe hở giữa vịng găng piston và rnh vịng găng tại một vài điểm xung quanh piston. Nếu khe hở giữa vịng găng và khe hở rnh vượt quá giới hạn cho phép, cần phải thay vịng găng piston. Khe hở giữa vịng găng và rnh Tiu chuẩn Giới hạn Vịng nn thứ nhất 0.09 – 0.125mm 0.150mm Vịng nn thứ hai 0.05 – 0.075mm Vịng dầu 0.03 – 0.07 mm Kiểm tra vịng găng một cách cẩn thận. Nếu rnh vịng găng bị hư hỏng hoặc bị bóp méo, cần phải thay piston. 4.2.13.2. Chốt piston Đường kính chốt piston Dùng panme để đo đường kính chốt piston tại một vi vị trí. Nếu giá trị đo được ít hơn giới hạn cho phép, cần phải thay chốt piston. Đường kính chốt piston Tiu chuẩn Giới hạn 30.995-31mm 30.97mm - Khe hở giữa chốt piston v lỗ chốt piston Dùng thước đo lỗ để đo đường kính trong của lỗ chốt piston. Đường kính của lỗ chốt piston Tiu chuẩn 31.002 – 31.010 mm Khe hở giữa chốt v lỗ chốt 0.002 – 0.015 mm - Lựa chọn gioăng nắp quilát Gioăng nắp quylát được xác định bằng độ nhô cao lên của piston so với mặt phẳng phía trên thân máy để nâng cao tính năng của động cơ. Có 3 loại gioăng khác nhau về độ dày. Chọn loại gioăng thích hợp theo trình tự sau. Trước khi đo, cần cạo muội các bon trên đỉnh piston và thành xi lanh và phần lắp gioăng quy lát. Điểm đo độ nhô cao của piston Dùng đồng hồ so để đo khoảng nhô lên của piston. Hình vẽ chỉ ra vị trí đo. Tất cả vị trí đo nên được chọn càng gần ống lót xilanh càng tốt. Đo tại các điểm 1 2 3 4 và thu được 2 sự khác nhau 1-2 và 3-4 của mỗi xilanh. Tính giá trị trung bình của độ nhô lên của piston ở mỗi xilanh. Lấy giá trị lớn nhất trong 4 xi lanh. Quyết định loại gioăng phụ thuộc vào giá trị độ nhô lớn nhất đo được ở trên và phù hợp với bảng sau Kí hiệu loại gioăng Độ nhô của piston A 0.718-0.773mm B 0.773-0.819mm C 0.819-0.874mm Kí hiệu loại gioăng Độ dày của gioăng A 1.6mm B 1.65mm C 1.70mm Chú ý: Chênh lệch không quá 1,0 mm 4.2.14. Thanh truyền Kiểm tra độ thẳng của thanh truyền Dùng giá kiểm tra sự thẳng hàng để đo độ uốn cong và độ song song giữa lỗ đầu to thanh truyền và đầu nhỏ. Nếu kết quả đo được về sự uốn cong hoặc độ song song vượt quá giới hạn cho phép, cần phải thay thanh truyền. Độ thẳng của thanh truyền trên 100mm chiều dài Tiêu chuẩn Giới hạn Độ uốn xiên 0.08 hoặc ít hơn 0.20mm Độ song song 0.05 hoặc ít hơn 0.15mm 4.2.14.1.Khe hở mặt bên của thanh truyền. Lắp thanh truyền vào chốt khuỷu Dùng bộ căn lá để đo khe hở khe hở giữa mặt bên của thanh truyền và mặt bên của chốt khuỷu. Nếu giá trị đo được vượt quá giới hạn cho phép, cần phải thay thanh truyền. Khe hở mặt bên giữa đầu to thanh truyền và chốt khuỷu. Tiêu chuẩn Giới hạn 0.23mm 0.35mm 4.2.14.2. Khe hở giữa bạc lót đầu nhỏ thanh truyền và chốt piston. Dùng panme đo trong và đồng hồ đo lỗ để đo đường kính ngoài của chốt piston và đường kính trong của lỗ đầu nhỏ thanh truyền. Nếu khe hở giữa bạc lót đầu nhỏ thanh truyền và chốt piston vượt quá giá trị giới hạn cho phép thì phải thay chốt piston và/hoặc bạc lót đầu nhỏ thanh truyền. Tiêu chuẩn Giới hạn 0.008-0.020mm 0.050mm 4.2.14.3. Thay thế bạc lót đầu nhỏ thanh truyền - Cố định thanh truyền lên khối chữ V - Dùng bàn ép 2 và thanh 3 để đẩy từ từ bạc lót ra khỏi đầu nhỏ thanh truyền. Chú ý : cẩn thận để không làm hư hỏng thanh truyền cùng với thanh thép trong quá trình tháo bạc lót. - Lắp bạc lót đầu nhỏ thanh truyền Đặt đầu nhỏ thanh truyền lên một khối chữ V. Thanh truyền phải hoàn toàn nằm ngang. Dùng bàn ép 2 và thanh 3 để ép từ từ bạc lót vào. Chú ý trong quá trình ép cần quan sát để lỗ dầu của bạc lót trùng với lỗ dầu trên đầu nhỏ thanh truyền. Dùng máy mài 4 có gắn lên nó mũi doa 5 để doa bạc lót đến kích thước mong muốn. 4.2.15. Thay thế phớt dầu đầu trước của trục khuỷu - Tháo phớt Dùng búa nhựa cùng với một cây vít để đóng xung quanh phớt để nạy nó ra ngoài khỏi vỏ hộp bánh răng truyền động. Cẩn thận để không làm hỏng bề mặt lắp phớt - Lắp phớt Dùng dụng cụ chuyên dùng để lắp phớt phía trước vào vỏ hộp bánh răng truyền động. Chú ý về độ sâu của phớt được lắp vào như hình minh họa. Độ sâu khoảng = 1mm. 4.3. Lắp rp 4.3.1. Phần bn trong 4.3.1.1. Những bộ phận phụ A. Trục cò mổ và cò mổ Các bước lắp Trục cò mổ Vòng chặn trục cò mổ Cò mổ Giá đỡ trục cò mổ Cò mổ Lò xo trục cò mổ Vòng chặn trục cò mổ B. Nắp quilát Các bước lắp Nắp quilát Bệ phía dưới của lò xo xupáp Phớt dầu thân xupáp Xupáp nạp và xupáp thải Lò xo xupáp Bệ phía trên của lò xo xupáp Đệm chẻ Gioăng ống góp nạp Ống góp nạp C. Piston và thanh truyền Các bước lắp Piston Vòng chặn chốt piston Thanh truyền Chốt piston Vòng chặn chốt piston Vòng xecmăng Bạc lót thanh truyền 4.3.1.2. Các bộ phận chính A. Các bước lắp- 1 Thân xilanh Con đội Bạc lót phía trên của trục khuỷu Trục khuỷu Bạc chặn trục khuỷu Bạc lót phía dưới cùng với Nắp bạc lót trục khuỷu Phớt dầu phía sau trục khuỷu Trục cam Vỏ bánh răng định thời Đĩa chặn trục cam Bánh răng định thời trục cam Piston, thanh truyền cùng với bạc lót phía trên Nắp bạc lót thanh truyền cùng với bạc lót phía dưới Ống dầu làm mát piston Bơm dầu cùng với ống dầu Cacte dầu Tấm chắn phía sau thân xilanh Bánh đà B. Các bước lắp – 2 Bánh răng định thời trục khuỷu Trục bánh răng đệm Bánh răng đệm “A” Bánh răng đệm “B” và trục Ống dầu bôi trơn bánh răng định thời Bơm cao áp Vỏ hộp bánh răng định thời Đệm cao su Vỏ phía trên và vỏ phía dưới của hộp bánh răng truyền động Puly giảm chấn trục khuỷu Bơm nước C. Các bước lắp -3 Gioăng nắp quilát Nắp quilát Đũa đẩy Cò mổ và trục cò mổ Vỏ van hằng nhiệt và công tắc nhiệt Cụm rẽ nhánh nước Vòi phun nhiên liệu và bệ đỡ vòi phun Nắp đậy nắp quilát 4.3.2. Những phần bên ngoài Các bước lắp Giá đỡ máy phát điện Ống nước vào Đĩa điều chỉnh và máy phát điện Giá đỡ bắt động cơ vào thân xe Ống góp xà Tấm bảo vệ nhiệt ống góp xả Bộ làm mát dầu cùng với lọc dầu Bơm cao áp Ống nhiên liệu cao áp cùng với kẹp ghim Ống hồi nhiên liệu Ống góp nạp Giá đỡ máy nén khí Máy nén khí hệ thống điều hòa Motor khởi động Bơm dầu trợ lực lái Van xả nước Núm và công tắc cảnh báo áp suất dầu Ống dẫn và thước thăm mức dầu Puly quạt làm mát Đai truyền động quạt làm mát Đai truyền động bơm trợ lực lái và máy nén Ống chân không Cánh quạt làm mát Phần 2: MƠ HÌNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ Chương 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG. Lịch sử pht triển vào thế kỉ 19 một kĩ sư người Pháp – ông Stevan – đ nghĩ ra cch phun nhin liệu cho một my nn khí. Sau đó một thời gian, một người Đức đ 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 (nhin liệu dng trn động cơ này là dầu hỏa nên dễ bị kích nổ và hiệu suất rất thấp). tuy nhiên sáng kiến này đ thnh cơng trong việc chế tạo hệ thống nhin liệu cho động cơ máy bay. Đến năm 1966, hng BOSH đ thnh cơng 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 hng Mercedes v một số xe khc, l nền tảng cho việc pht triển hệ thống phun xăng cho thế hệ sau như KE-Jetronic, Mono-Jetronic, L-Jetronic, Motronic… Tn tiếng Anh của hệ thống K-Jetronic là CIS (continous injection system) đặc trưng cho các hng xe chu u v cĩ 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 cịn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80, BOSH đ 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 đ ứng dụng hệ thống phun xăng L-Jetronic và D-Jetronic trên các xe hng Toyota. Đến năm 1987, hng Nissan dng L-Jetronic thay cho bộ chế hịa 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 đ cĩ mặt trn hầu hết cc 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, gip 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 ci thiện r rệt. Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đ 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 ri. Phn loại. Hệ thống phun nhiên liệu có thể được phân loại theo nhiều kiểu. * Nếu phn biệt theo cấu tạo kim phun, ta cĩ 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 cĩ cảm biến khí thải: cĩ thm 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. Cc hệ thống vừa nêu. Dử dụng trên các xe châu Âu model trước 1987. Do chúng đ lỗi thời nn quyển sch ny sẽ khơng 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 giĩ kiểu siu m… 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 ny cịn cĩ cc tn gọi khc 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 hịa 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 vịi phun được hịa trộn tốt, một ưu điểm khác của hệ thống phun nhiên liệu đa điểm so với đơn điểm là không cịn thất thốt nhin liệu trn đường ống nạp do nhin liệu khơng cịn bm ln thnh 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 nhĩm(group injection). - Phun đồng loạt(simutaneous injection). * Nếu phn 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 nĩ cĩ 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 hịa trộn khơng khí v nhin liệu chính xc ở tất cả cc 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 lm việc của động cơ như chế độ khởi động, tăng tốc, toàn tải hoặc giảm tốc. - So với kiểu cung cấp nhin liệu dng bộ chế hịa khí thì hệ thống phun xăng có hiệu suất nạp cao hơn vì giảm cản trn đường nạp. - Sự hịa trộn khơng khí v nhin liệu được tốt hơn nhờ dịng 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 hịa 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 TRC, NGUYN 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: - Ng vo (inputs): l cc cảm biến, cĩ nhiệm vụ ghi nhận tình trạng lm 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 tm bằng cc tín hiệu analog hoặc tín hiệu digital. - Bộ xử lí trung tm 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. - Ng 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 by như hình dưới đây: Hình 2-1. Sơ đồ cấu trúc của mô hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý v nguyn 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- vịi phun; 11- ống phn 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. Nguyn 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 đ 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 lc khởi động, động cơ cịn 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 lc 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 cịn thấp nn độ bay hơi và sự hịa trộn của nhin liệu v 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 đ 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 lm cho thnh phần hịa khí trở nn lý tưởng =1. Với thnh phần hịa khí ny, 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 cịn cộng thm vo 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 vịi 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 my. Chế độ dự phịng 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 khơng thể xc định được thời gian mở kim phun điều này có thể làm cho động cơ chết máy. Tuy nhiên nhờ có chế độ dự phịng ny m ECU mặc định rằng giá trị khí nạp là 20oc để cho động cơ tiếp tục hoạt động. Tuy nhin, 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 khơng được mở. 2.3. Sơ đồ giắc cắm ECU v 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 p suất đường ống nạp; 4- cảm biến tốc độ động cơ v vị trí piston; 5- cảm biến nhiệt độ khí nạp; 6- cảm biến oxy; 7- bộ xử lý trung tm ECU; 8- bộ điều p; 9- ống phn phối; 10- bơm xăng; 11- thng chứa; 12- Igniter; 13- bobine; 14- delco; 15- bugie; 16- cơng tắc khởi động; 17- relay EFI; 18- cơng tắc bơm xăng; 19- đường ống nhin liệu cao p; 20- đường nhin liệu hồi; 21- đường ống chn khơng nối với cổ gĩp 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 Cc cảm biến v tín hiệu ng vo: 3.1.1. Cảm biến p 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 v nguyn lý hoạt động Loại cảm biến ny dựa trn nguyn lý cầu Wheatstone. Mạch c6u 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 l mng 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 bn dẫn Buồn chn khơng 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 ng ra của cảm biến cĩ 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 trn cc ơ tơ, 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 hồn tồn) v gi trị cao nhất (lc tồn 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. Sơ đồ bố trí cảm biến G và NE trên xe. Cảm biến vị trí piston (TDC sensor hay cịn gọi l cảm biến G) bo 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, cịn vị trí cc xylanh cịn 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 cịn dng lm xung reset để ECU tính toán và nhập giá trị mới trên RAM sau moi chu kỳ (2 vịng quay trục khủyu). Cảm biến tốc độ động cơ (Engine speed; crankshaft angle sensor hay cịn gọi l tín hiệu NE) dng để báo tốc độ động cơ để tính toán hoặcìm gĩc 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 l 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 hiệu NE Tín hiệu G Hình 2-9. Sơ đồ mạch điện và dạng tín hiệu xung G và NE. Nam châm vĩnh cửu Cuộn dây cảm biến Rotor Hình 2-10. Sơ đồ nguyên lý của loại dùng cảm biến điện từ Nguyên lý hoạt động (xem hình 2-10): Bộ phận chính của cảm biến là một cuộn cảm ứng, một nam châm vĩnh cửu và một rotor dùng để khép mạch từ có số răng tùy loại dộng cơ. Khi cựa răng của rotor không nằm đối diện cực từ, thì từ thông đi qua cuộn dây cảm ứng sẽ có giá trị thấp vì khe hở không khí lớn nên có từ trở cao. Khi một cựa răng đến gần cực từ của cuộn dây, khe hở không khí giảm dần khiến từ thông tăng nhanh. Như vậy, nhờ sự biến thiên từ thông, trên cuộn dây sẽ xuất hiện mộ sức điện động cảm ứng. Khi cựa răng rotor đối diện với cực từ của cuộn dây, từ thông đạt giá trị cực đại nhưng điện áp ở hai đầu cuộn dây bằng không. Khi cựa răng rotor di chuyển ra khỏi cực từ, thì khe hở không khí tăng dần làm từ thông giảm sinh ra một sức điện động theo chiều ngược lại. 3.1.3. Cảm biến vị trí bướm ga (Throttle position sensor) Cảm biến vị trí cánh bướm ga được lắp ở trên trục cánh bướm ga. Cảm biến này đóng vai trò chuyển vị trí góc mở cánh bướm ga thành tín hiệu điện thế gởi đến ECU. Tín hiệu cầm chừng (IDL) dùng để điều khiển phun nhiên liệu khi tăng tốc và giảm tốc cũng như hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa. Trên một số xe, cảm biến vị trí bướm ga còn giúp ECU điều khiển hộp số tự động. Tín hiệu toàn tải (PSW) dùng để tăng lượng xăng phun ở chế độ toàn tải để tăng công suất động cơ. Có nhiều loại cảm biến vị trí cánh bướm ga tùy theo yêu cầu và thiết kế trên các đơi xe. Dưới đây là loại cảm biến vị trí bướm ga kiểu công tắc loại âm chờ (loại được dùng trong mô hình). Cấu tạo: Gồm có: - Một cần xoay đồng trục với cánh bướm ga. - Cam dẫn hướng xoay theo cần. - Tiếp điểm di động di chuyển dọc theo rãnh của cam dẫn hướng - Tiếp điểm cầm chừng - Tiếp điểm toàn tải Hình 2-11. Cảm biến cánh bướm ga loại công tắc Hoạt động: Ở chế độ cầm chừng: Khi cánh bướm ga đóng (góc mở < 50) thì tiếp điểm di động sẽ tiếp xúc với tiếp điểm cầm chừng và gởi tín hiệu điện thế thông báo cho ECU biết động cơ đang hoạt động ở mức cầm chừng. Tín hiệu này cũng dùng để cắt nhiên liệu khi động cơ giảm tốc đột ngột (chế độ cầm chừng cưỡng bức). Ví dụ, khi xe đang chạy ở tốc độ cao ta muốn giảm tốc độ, ta nhả chân bàn đạp ga thì tiếp điểm cầm chừng trong công tắc cánh bướm ga đóng, báo cho ECU biết động cơ đang giảm tốc. Nếu tốc độ động cơ vượt quá giá trị nhất định tùy theo từng loại động cơ thì ECU sẽ điều khiển cắt nhiên liệu cho đến khi tốc độ cơ đạt tốc độ cầm chừng ổn định. Ở chế độ tải lớn: Khi cánh bướm ga mở khoảng 500 – 700 (tùy từng loại động cơ) so với vị trí đóng hoàn toàn, tiếp điểm di động tiếp xúc với tiếp điểm toàn tải và gởi tín hiệu điện thế để báo cho ECU biết tình trạng tải lớn của động cơ. Mạch điện: IDL PSW E C U +B or 5V +B or 5V Cảm biến vị trí bướm ga Hình 2-12. Mạch điện cảm biến vị trí cánh bướm ga loại âm chờ 3.1.4. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (Coolant water temperature sensor) Dùng để xác định nhiệt độ động cơ, có cấu tạo là một điện trở nhiệt (thermistor) hay là một diode: Nguyên lý: Bộ ổn áp Bộ chuyển đổi A/D Cảm biến nhiệt độ nước Điện trở chuẩn B+ Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ. Nó được làm bằng vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm (NTC –negative temperature co-efficient). Khi nhiệt độ tăng điện trở giảm và ngược lại. Các loại cảm biến nhiệt độ hoạt động cùng nguyên lý nhưng mức hoạt động và sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ có khác nhau. Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp được gởi đến ECU trên nền tảng cầu phân áp. Hình 2-13. Mạch điện của cảm biến nhiệt độ nước làm mát Trên sơ đồ hình 2-13 ta có: Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt độ) tới cảm biến rồi trở về ECU về mass. Như vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp. Điện áp điểm giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự - số (bộ chuyển đổi ADC – analog to digital converter). Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ biến đổi ADC lớn. Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xung vuông và được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECU biết động cơ đang lạnh. Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm, báo cho ECU biết là động cơ đang nóng. Cấu tạo: Thường là trụ rỗng có ren ngoài, bên trong có gắn một điện trở dạng bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm. 2 1 3 1- Đầu ghim; 2- Vỏ; 3- Điện trở (NTC) Hình 2-14. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Ở động cơ làm mát bằng nước, cảm biến được gắn ở thân máy, gần bọng nước làm mát. Trong một số trường hợp cảm biến được lắp trên nắp máy. 5V Vcc ADC CPU Đến relay chính +B +B1 E1 E2 THW E2 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát E C U Mạch điện Hình 2-15: Mạch điện cảm biến nước làm mát 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) Đường đặc tuyến Hình 2-16: Đường đặc tính của cảm biến nước làm mát 3.1.5. Cảm biến nhiệt độ khí nạp (Intake Air Temperature hay Manifold Air Temperature sensor) Cảm biến nhiệt độ khí nạp dùng để xác định nhiệt độ khí nạp. Cũng giống như cảm biến nhiệt độ nước, nó gồm có một điện trở được gắn trong bộ đo gió hoặc trên đường ống nạp. Tỷ trọng của không khí thay đổi theo nhiệt độ. Nếu nhiệt độ không khí cao, hàm lượng oxy trong không khí thấp. Khi nhiệt độ không khí thấp, hàm lượng oxy trong không khí tăng. Trong các hệ thống điều khiển phun xăng (trừ loại LH- Jetronic với cảm biến đo gió loại dây nhiệt) lưu lượng không khí được đo bởi các bộ đo gió khác nhau chủ yếu được tính bằng thể tích. Vì vậy, khối lượng không khí sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ của khí nạp. Đối với các hệ thống phun xăng nêu trên (đo lưu lượng bằng thể tích), ECU xem nhiệt độ 200C là mức chuẩn, nếu nhiệt độ khí nạp lớn hơn 200C thì ECU sẽ điều khiển giảm lượng xăng phun; nếu nhiệt độ khí nạp nhỏ hơn 200C thì ECU sẽ điều khiển tăng lượng xăng phun. Với phương pháp này, tỉ lệ hỗn hợp sẽ được đảm bảo theo nhiệt độ môi trường. Đầu ghim. Điện trở NTC Hình 2-17: Cảm biến nhiệt độ khí nạp Mạch điện: Vcc=5V ADC CPU Đến relay chính +B +B1 E1 E2 THA E2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp E C U Hình 2-18: Mạch điện của cảm biến nhiệt độ khí nạp 3.1.6. Cảm biến khí thải (Exhaust gas sensor) hay cảm biến oxy (Oxygen sensor) Để chống ô nhiễm, trên các xe được trang bị bộ hóa khử (TWC - Three way catalyst). Bộ hoá khử sẽ hoạt động với hiệu suất cao nhất ở tỷ lệ hòa khí lý tưởng tức l = 1. Cảm biến oxy được dùng để xác định thành phần hòa khí tức thời của động cơ đang hoạt động. Nó phát ra một tín hiệu điện thế gởi về ECU để điều chỉnh tỷ lệ hòa khí thích hợp trong một điều kiện làm việc nhất định (chế độ điều khiển kín - Closed loop control). Cảm biến oxy được gắn ở đường ống thải. Có hai loại cảm biến oxy, khác nhau chủ yếu ở vật liệu chế tạo: - Chế tạo từ Dioxide Zirconium (ZrO2) (loại được dùng trong mô hình). - Chế tạo từ Dioxide Titanium (TiO2) Nguyên lý hoạt động: Đệm dẫn điện Thân Chất điện phân khô 4,5. Điện cực ngoài và trong Hình 2-19: Cảm biến với thành phần Zirconium Loại này được chế tạo chủ yếu từ chất Zirconium dioxide (ZrO2) có tính chất hấp thụ những ion oxy âm tính. Thực chất, cảm biến oxy loại này là một pin điện có sức điện động phụ thuộc vào nồng độ oxy trong khí thải với ZrO2 là chất điện phân. Mặt trong ZrO2 tiếp xúc với không khí, mặt ngoài tiếp xúc với oxy trong khí thải. Ở mỗi mặt của ZrO2 được phủ một lớp điện cực bằng plantin để dẫn điện. Lớp plantin này rất mỏng và xốp để oxy dễ khuyếch tán vào. Khi khí thải chứa lượng oxy ít do hỗn hợp giàu nhiên liệu thì số ion oxy tập trung ở điện cực tiếp xúc khí thải ít hơn số ion oxy tập trung ở điện cực tiếp xúc không khí. Sự chênh lệch số ion này sẽ tạo một tín hiệu điện áp khoảng 600-900 mV. Ngược lại, khi độ chênh lệch số ion ở hai điện cực nhỏ trong trường hợp nghèo xăng, pin oxy sẽ phát ra tín hiệu điện áp thấp khỏang 100-400 mV. Cấu tạo: Thân ; 2- Đệm ; 3-Dây nối ; 4- Vỏ ; 5-Thanh tiếp xúc; 6- Gốm Zro2 ; 7- Màng bảo vệ Hình 2-20: Cấu tạo cảm biến oxy loại Zirconium Thân cảm biến được giữ trong một chân có ren, bao ngòai một ống bảo vệ và được nối với các đầu dây điện. Bề mặt của chất ZrO2 được phủ một lớp platin mỏng cả mặt trong lẫn mặt ngoài. Ngoài lớp platin là một lớp gốm ZrO2 rất xốp và kết dính, mục đích bảo vệ lớp platin không bị hỏng do va chạm các phần tử rắn có trong khí thải. Một ống kim loại bảo vệ bao ngoài cảm biến tại đầu mối điện uốn kép giữ liền với vỏ ống này có một lỗ để bù trừ áp suất trong cảm biến và để đỡ lò xo đĩa. Để giữ cho muội than không đóng vào lớp gốm ZrO2 , đầu tiếp xúc khí thải của cảm biến có một ống đặc biệt có cấu tạo dạng rãnh để khí thải và phân tử khí cháy đi vào sẽ bị giữ và không tiếp xúc trực tiếp với thân gốm ZrO2 . Đặc điểm của pin oxy với ZrO2 là nhiệt độ làm việc phải trên 300°C. Do đó để giảm thời gian chờ, người ta dùng loại cảm biến có điện trở tự nung bên trong. Điện trở dây nung được lắp trong cảm biến và được cung cấp điện từ accu. Đầu kiểm tra Engine ECU R 0,45 V OX E2 Cảm biến oxy Nghèo hơn Giàu hơn Hoà khí lý thuyết Điện áp của cảm biến Mạch điện: Hình 2-21: Mạch điện của cảm biến oxy loại Zirconium 3.2. Bộ điều khiển điện tử (ECU – Electronic Control Unit) 3.2.1. Tổng quan Hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình bao gồm các cảm biến kiểm soát liên tục tình trạng hoạt động của động cơ, một bộ ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lý tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành. Cơ cấu chấp hành luôn bảo đảm thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến. Hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ đem lại sự chính xác và thích ứng cần thiết để giảm tối đa chất độc hại trong khí thải cũng như lượng tiêu hao nhiên liệu. ECU cũng đảm bảo công suất tối ưu ở các chế độ hoạt động của động cơ, giúp chẩn đoán động cơ một cách hệ thống khi có sự cố xảy ra. Điều khiển động cơ bao gồm hệ thống điều khiển xăng, lửa, góc phối cam, ga tự động (cruise control). Ngoài ra, trên các động cơ diesel ngày nay thường sử dụng hệ thống nhiên liệu bằng điện tử (EDC – electronic diesel control hoặc unit pump in line ). Bộ điều khiển, máy tính, ECU hay hộp đen là những tên gọi khác nhau của mạch điều khiển điện tử. Nhìn chung, đó là bộ tổ hợp vi mạch và bộ phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, trữ thông tin, tính toán, quyết định chức năng hoạt động và gởi đi các tín hiệu thích hợp. ECU được đặt trong một vỏ kim loại để giải nhiệt tốt và được bố trí ở nơi ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm. Các linh kiện điện tử của ECU được sắp xếp trong một mạch in. Các linh kiện công suất của tầng cuối – nơi điều khiển các cơ cấu chấp hành được gắn với khung kim loại của ECU với mục đích giải nhiệt. Sự tổ hợp các chức năng trong IC (bộ tạo xung, bộ chia xung, bộ dao động đa hài điểu khiển việc chia tần số) giúp ECU đạt độ tin cậy cao. Một đầu ghim đa chấu dùng nối ECU với hệ thống điện trên xe, với các cơ cấu chấp hành và các cảm biến. Cấu trúc của ECU cũng tương tự như các máy tính bao gồm: 3.2.2. Cấu tạo Bộ nhớ: Bộ nhớ trong ECU chia ra làm 4 loại : * ROM (Read Only Memory) Dùng trữ thông tin thường trực. Bộ nhớ này chỉ đọc thông tin từ đó ra chứ không thể ghi vào đươc. Thông tin của nó đã được gài đặt sẵn, ROM cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý và được lắp cố định trên mạch in. * RAM (Random Access memory) Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu trữ thông tin mới được ghi trong bộ nhớ và xác định bởi vi xử lý. RAM có thể đọc và ghi các số liệu theo địa chỉ bất kỳ. Ram có hai loại: Loại RAM xóa được: bộ nhớ sẽ mất khi mất dòng điện cung cấp Loại RAM không xóa được: vẫn giữ duy trì bộ nhớ cho dù khi tháo nguồn cung cấp ôtô Ram lưu trữ những thông tin về hoạt động của các cảm biến dùng cho hệ thống tự chuẩn đoán. * PROM (Programmable Read Only Memory) Cấu trúc cơ bản giống như ROM nhưng cho phép lập trình (nạp dữ liệu) ở nơi sử dụng chứ không phải nơi sản xuất như ROM. PROM cho phép sửa đổi chương trình điều khiển theo những đòi hỏi khác nhau. * KAM ( Keep Alive Memory) KAM dùng để lưu trữ những thông tin mới (những thông tin tạm thời) cung cấp đến bộ vi xử lý. KAM vẫn duy trì bộ nhớ cho dù động cơ ngưng hoạt động hoặc tắt công tắc máy. Tuy nhiên nếu tháo nguồn cung cấp từ accu đến máy tính thì bộ nhớ KAM sẽ bị mất. Bộ vi xử lý (Microprocessor) MICROPROCESSOR RAM PROM ROM Bộ vi xử lý có chức năng tính toán và ra quyết định. Nó là “bộ não“ của ECU. Hình 2-22: Sơ đồ khối của các hệ thống trong máy tính với microprocessor Đường truyền - BUS: chuyển các lệnh và số liệu trong máy tính theo 2 chiều. ECU với những thành phần nêu trên có thể tồn tại dưới dạng một IC hoặc trên nhiều IC. Ngoài ra người ta thường phân loại máy tính theo độ dài từ các RAM (tính theo bit). Ở những thế hệ đầu tiên, máy tính điều khiển động cơ dùng loại 4, 8 hoặc 16 bit phổ biến nhất là loại 4 và 8 bit. Máy tính 4 bit chứa rất nhiều lệnh vì nó thực hiện các lệnh logic tốt hơn. Tuy nhiên, máy tính 8 bit làm việc tốt hơn với các phép đại số và chính xác hơn 16 lần so với loại 4 bit. Vì vậy, hiện nay để điều khiển các hệ thống khác nhau trên ôtô với tốc độ thực hiện nhanh và chính xác cao, người ta sử dụng máy 8 bit, 16 bit hoặc 32 bit. 3.2.3. Cấu trúc ECU Ngày nay trên ôtô hiện đại có thể trang bị nhiều ECU điều khiển các hệ thống khác nhau. Cấu trúc của ECU được trình bày trên hình 6-70 ROM RAM INPUT OUTPUT CPU BUS Hình 2-23 : Cấu trúc máy tính Bộ phận chủ yếu của nó là bộ vi xử lý (microprocessor) hay còn gọi là CPU (Control Processing Unit), CPU lựa chọn các lệnh và xử lý số liệu từ bộ nhớ ROM và RAM chứa các chương trình và dữ liệu và ngõ vào ra (I/O) điều khiển nhanh số liệu từ các cảm biến và chuyển dữ liệu đã xử lý đến các cơ cấu thực hiện. Sơ đồ cấu trúc của CPU trên hình 6-71. Nó bao gồm cơ cấu đại số logic để tính toán dữ liệu, các bộ ghi nhận lưu trữ tạm thời dữ liệu và bộ điều khiển các chức năng khác nhau. Ở các CPU thế hệ mới, người ta thường chế tạo CPU, ROM, RAM trong một IC. Bộ ghi nhận lưu trữ Tính toán đại số và Logic Bộ điều khiển Dữ liệu Tính hiệu điều khiển Hình 2-24 : Cấu trúc CPU Bộ điều khiển ECU hoạt động trên cơ sở tín hiệu số nhị phân với điện áp cao biểu hiện cho số 1, điện áp thấp biểu hiện cho số 0. Mỗi một số hạng 0 hoặc 1 gọi là bit. Mỗi dãy 8 bit sẽ tương đương 1 byte hoặc 1 từ (word). Byte này được dùng để biểu hiện cho một lệnh hoặc 1 mẫu thông tin. 1 1 1 1 0 0 0 0 3.2.4. Mạch giao tiếp ngõ vào Bộ chuyển đổi A/D ( Analog to Digital Converter) : Dùng để chuyển các tín hiệu tương tự từ đầu vào với sự thay đổi điện áp trên các cảm biến nhiệt độ, bộ đo gió, cảm biến bướm ga …v.v… thành các tín hiệu số để bộ vi xử lý hiểu được. ECU 5V Bộ Vi Xử Lý Bộ chuyển đổi A/D Dây tín hiệu Hình 2-25 : Bộ chuyển đổi A/D Bộ đếm (Counter): Dùng để đếm xung ví dụ như từ cảm biến vị trí piston rồi gởi lượng đếm về bộ vi xử lý. Bộ Vi Xử Lý BỘ ĐẾM SENSOR Số ECU Hình 2-26 : Bộ đếm Bộ nhớ trung gian (Buffer): Chuyển tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu sóng vuông dạng số, nó không giữ lượng đếm như trong bộ đếm. Bộ phận chính là một Transistor sẽ đóng mở theo cực tính của tín hiệu xoay chiều. Bộ Vi Xử Lý Bộ nhớ trung gian PM ECU Hình 2-27 : Bộ nhớ trung gian Bộ khuếch đại (Amplifier): Một số cảm biến có tín hiệu rất nhỏ nên trong ECU thường có các bộ khuếch đại. Bộ Vi Xử Lý Bộ khuyếch đại Tín hiệu mạnh Tín hiệu yếu Điện áp thay đối ECU Hình 2-28 : Bộ khuếch đại Bộ ổn áp (Voltage regulator): Thông thường trong ECU có 2 bộ ổn áp: 12 V và 5 V. Bộ Vi Xử Lý Bộ ổn áp ECU B+ (12V) Hình 2-29 : Bộ ổn áp 3.2.5. Giao tiếp ngõ ra: Tín hiệu điều khiển từ bộ vi xử lý sẽ đưa đến các transistor công suất điều khiển relay, solenoid, motor…Các transistor này có thể được bố trí bên trong hoặc bên ngoài ECU. Bộ Vi Xử Lý ECU TRANSISTOR SOLENOID B+ Hình 2-30: Giao tiếp ngõ ra 3.3. Bộ phận ngõ ra và sự điều khiển các cơ cấu chấp hành 3.3.1. Bơm xăng và điều khiển bơm xăng Cấu tạo bơm xăng Tuỳ theo nhà chế tạo và năm sản xuất mà bơm xăng được đặt trong hoặc ngoài thùng xăng. Hiện nay, bơm xăng sử dụng cho các hệ thống phun xăng có hai loại: Loại cánh quạt và loại con lăn Hai loại này còn gọi là bơm kiểu ướt vì motor và bộ phận bơm được đặt trong vỏ bọc, vỏ bọc này luôn luôn chứa đầy xăng, nhằm mục đích làm mát khi bơm xăng hoạt động. Cấu tạo loại bơm cánh quạt Loại bơm này thường được đặt trong thùng xăng. So với loại con lăn thì loại này có ưu điểm là ít gây tiếng ồn và không tạo ra dao động trong mạch nhiên liệu nên được dùng rộng rãi. Bơm này được cấu tạo bởi các thành phần sau: Motor điện Bộ phận công tác của bơm Van kiểm tra (van một chiều) Van giảm áp và lọc. Hình 2-31: Bơm cánh quạt Motor: là động cơ điện một chiều. Bánh công tác: có từ 1 ÷ 2 cánh, quay nhờ motor điện. Khi motor quay bánh công tác sẽ kéo xăng từ cửa vào đưa đến cửa ra. Sau khi đi qua cửa vào xăng sẽ đi quanh motor điện và đến van một chiều. Van một chiều: van một chiều sẽ đóng khi bơm ngừng làm việc. Tác dụng của nó là giữ cho áp suất trong đường ống ở một giá trị nhất định, giúp cho việc khởi động lại dễ dàng. Nếu áp suất trong mạch không được giữ, do nhiên liệu bốc hơi hoặc quay về thùng thì việc khởi động lại sẽ rất khó khăn. Van an toàn: van làm việc khi áp suất ra vượt quá giá trị quy định. Van này có tác dụng bảo vệ mạch nhiên liệu khi áp suất vượt quá giới hạn cho phép (trong trường hợp nghẹt đường ống chính). Lọc xăng: Dùng để lọc cặn bẩn trong nhiên liệu được gắn trước bơm. Sơ đồ mạch điện điều khiển bơm xăng +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: Mạch điện điều khiển bơm xăng có ECU điều khiển Nguyên lý hoạt động: Khi khởi động động cơ, ECU nhận tín hiệu tốc độ động cơ (NE) để điều khiển transitor mở cho dòng điện qua cuộn L2 của relay bơm xăng qua transistor về mass tạo lực hút để đóng tiếp điểm relay bơm xăng. Khi khoá điện trả về vị trí IG dòng tiếp tục qua cuộn L1 và bơm xăng tiếp tục hoạt động. Khi bật công tắc máy từ vị trí OFF sang vị trí ON, ECU sẽ điều khiển bơm xăng hoạt động trong khoảng 2s để giữ cho áp lực xăng trên đường ống ổn định trước khi khởi động. Trên cọc chẩn đoán còn được bố trí đầu +B và FP giúp nối mạch bơm xăng và không cần nổ máy. 3.3.2 Bộ ổn định áp suất (điều áp) Bộ ổn định áp suất làm ổn định áp suất nhiên liệu đến các kim phun. Lượng phun nhiên liệu được điều khiển bằng thời gian của tín hiệu cung cấp đến các kim phun. Mặc dù vậy, do sự thay đổi độ chân không trong đường ống nạp, lượng nhiên liệu phun ra sẽ thay đổi và phụ thuộc vào lực hút ở đáy kim nếu áp suất nhiên liệu trên đầu kim không đổi. Do đó, để đạt được lượng phun nhiên liệu chính xác, tổng áp suất nhiên liệu A và độ chân không đường ống nạp B hay độ chênh áp giữa đầu kim và đáy kim phải được giữ không đổi. Hoạt động Nhiên liệu có áp suất từ ống phân phối sẽ tác động vào màng của điều áp làm mở van. Một phần nhiên liệu sẽ chảy trở lại bình chứa qua đường ống hồi. Lượng nhiên liệu trở về phụ thuộc vào độ căng của lò xo màng. Ap suất nhiên liệu cũng thay đổi theo lượng nhiên liệu hồi. Ap thấp trên đường ống nạp được dẫn vào buồng phía lò xo màng, làm giảm sức căng lò xo và tăng lượng nhiên liệu hồi khiến áp suất giảm. Nói tóm lại, khi độ chân không của đường nạp tăng lên (giảm áp), áp suất nhiên liệu chỉ giảm tương ứng với sự giảm áp suất đó. Vì vậy tổng áp suất của nhiên liệu A và độ chân không đường nạp B được duy trì không đổi. Ap suất nhiên liệu Ap suất khí quyển Độ chân không đường ống nạp A A + B = 2,55 – 2,9 kgf/cm2 B Hình 2-33: Bộ điều áp và đặc tính hoạt động 3.3.3. Kim phun và sự điều khiển kim phun Nguyên lý kết cấu kim phun Sơ đồ tổng quát của hệ thống điều khiển kim phun đươc trình bày trên hình 2-32. ECU Accu Nhiệt độ động cơ Nhiệt độ khí nạp Lượng khí nạp Vị trí bướm ga Nhiên liệu từ bơm đến Kim phun + Tốc độ động cơ Vị trí piston Hình 2-34: Sơ đồ tổng quát hệ thống phun nhiên liệu 2 1 3 4 5 6 7 Kết cấu một kim phun Hình 2-35: Kết cấu kim phun Theo hình 2-33 cấu tạo của kim gồm: 1- Bộ lọc: Bảo đảm nhiên liệu đi vào kim phun phải thật sạch;2- Giắc cắm: Nối với mạch điện điều khiển; 3- Cuộn dây: Tạo ra từ trường khi có dòng điện; 4- Ti kim: Tác động đến sự đóng mở của van kim; 5- Van kim: Đóng kín vòi phun, khi có dòng điện sẽ bị nhấc lên cho nhiên liệu phun ra; 6- Vòi phun: Định góc phun và xé tơi nhiên liệu; 7- Vỏ kim. Hoạt động của kim phun Trong quá trình hoạt động của động cơ, ECU liên tục nhận được những tín hiệu đầu vào từ các cảm biến. Qua đó, ECU sẽ tính ra thời gian mở kim phun. Quá trình mở và đóng của kim phun diễn ra ngắt quãng. ECU gởi tín hiệu đến kim phun trong bao lâu phụ thuộc vào độ rộng xung.Độ rộng xung thay đổi tuỳ theo chế độ làm việc của động cơ. Giả sử cánh bướm ga mở lớn khi tăng tốc thì cần nhiều nhiên liệu hơn. Do đó ECU sẽ tăng chiều dài xung. Điều này có nghĩa là ti kim sẽ giữ lâu hơn trong mỗi lần phun để cung cấp thêm một lựơng nhiên liệu. Khi dòng điện đi qua cuộn dây của kim phun sẽ tạo một lực từ đủ mạnh để thắng sức căng lò xo, thắng lực trọng trường của ty kim và thắng áp lực của nhiên liệu đè lên kim, kim sẽ được nhích khỏi bệ khoảng 0.1 mm nên nhiên liệu được phun ra khỏi kim phun. Quá trình hoạt động: Trên hình 2-34 trình bày đồ thị biểu diễn điện áp, cường độ dòng điện và thời gian mở kim thực tế theo thời gian. Căn cứ vào đồ thị này ta có thể chia quá trình hoạt động của kim phun chia làm 3 giai đoạn cụ thể như sau: t1’ t1” t1 t2 t3 t3” t3’ t2’ ti t t U I d U,I Đặc tính U, I trong cuộn dây kim phun Độ dịch chuyển ty kim Hình 2-36: Đặc tính U,I,d = f(t) trong cuộn dây kim phun Như ta đã biết cường độ dòng điện qua kim tuân theo qui luật: Trong đó: R: tổng trở kim L: độ tự cảm của kim phun U: điện áp đặt vào mạch * Giai đoạn I: Trong thời gian tI (từ lúc ti kim được nâng lên hết cỡ). -Giai đoạn Ia: Thời gian tỉ, mặc dù có hiệu thế đặt vào nhưng ti kim vẫn chưa nhấc lên được. Khi dòng điện đạt giá trị Im để Flực từ > Fcản ti bắt đầu di chuyển. Kết thúc giai đoạn Ia. -Giai đoạn Ib: Thời gian tI: độ dịch chuyển kim đạt giá trị cực đại, cường độ dòng qua kim giảm đột ngột do sức điện động tự cảm tăng do L tăng. * Giai đoạn II: Độ mở của kim vẫn giữ nguyên, sức điện động tự cảm giảm dòng tăng lên như hình vẽ. Trừơng hợp kim bị kẹt sẽ không có dịch chuyển, làm m0 không tăng dẫn tới sức địên động tự cảm không tăng nhưng dòng vẫn tăng như nét chấm gạch. * Giai đoạn III: Transistor điều khiển đóng nhưng do cuộn dây có sức điện động tự cảm nên khi ngắt điện đột ngột tạo thành mạch dao động. Do đó, trong thời gian t3’ vẫn giữ mức mở nào đó do sức điện động tự cảm. Sau đó sức căng lò xo làm đóng ti kim lại. Mạch điện điều khiển kim phun Hình 2-37: Mạch điện điều khiển kim phun bằng áp TI 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, Nguyn 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 Nguyn, Gio 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