Đang tải... (xem toàn văn)
giúp cho sinh viên cũng như các học viên tìm hiểu và nghiên cứu đi sâu vào hệ thống điều khiển và cách lập trình cho động cơ. thấy được hiệu quả trong việc điều khiển bằng lập trình thay vì điều khiển cơ khí.
Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Chương6:HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CHO ĐỘNG CƠ ÔTÔ 6.1 Khái quát hệ thống điều khiển lập trình cho động 6.1.2 Lòch sử phát triển Vào kỷ 19, kỹ sư người Pháp ông Stevan nghó cách phun nhiên liệu cho máy nén khí Sau thời gian người Đức cho phun nhiên liệu vào buồng cháy không mang lại hiệu nên không thực Đầu kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu động tónh (nhiên liệu dùng động dầu hoả nên hay bò kích nổ hiệu suất thấp) Tuy nhiên, sau sáng kiến ứng dụng thành công việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay Đức Đến năm 1966, hãng BOSCH thành công việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu khí Trong hệ thống phun xăng này, nhiên liệu phun liên tục vào trước supap hút nên có tên gọi K – Jetronic (K- Konstant – liên tục, Jetronic – phun) K – Jetronic đưa vào sản xuất ứng dụng xe hãng Mercedes số xe khác, tảng cho việc phát triển cho hệ thống phun xăng hệ sau KE –Jetronic, Mono-Jetronic, L-Jetronic, Motronic … Tên tiếng Anh K-Jetronic CIS (Continuous Injection System) đặc trưng cho hãng xe Châu Âu có loại cho CIS là: K – Jetronic, K – Jetronic – với cảm biến oxy KE – Jetronic( có kết hợp điều khiển điện tử) KE – Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm) Do hệ thống phun khí nhiều nhược điểm nên đầu năm 80, BOSCH cho đời hệ thống phun sử dụng kim phun điều khiển điện Có hai loại: hệ thống LJetronic (lượng nhiên liệu xác đònh nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) D-Jetronic (lượng nhiên liệu xác đònh dựa vào áp suất đường ống nạp) Đến năm 1984 người Nhật (mua quyền BOSCH) ứng dụng hệ thống phun xăng L-Jetronic D-Jetronic xe hãng Toyota ( dùng với động 4A – ELU) Đến năm 1987 hãng Nissan dùng L – Jetronic thay cho chế hoà khí xe Nissan Sunny Song song với phát triển hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình (ESA – Electronic Spark Advance) đưa vào sử dụng vào năm đầu thập kỷ 80 Sau vào đầu năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – Direct Ignition System) đời, cho phép không sử dụng delco hệ thống có mặt hầu hết xe hệ Ngày nay, gần tất ô tô trang bò hệ thống điều khiển động xăng diesel theo chương trình chúng giúp động đáp ứng yêu cầu gắt gao khí xả tính tiết kiệm nhiên liệu Thêm vào đó, công suất động cải thiện rõ rệt Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 154 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Những năm gần đây, hệ động phun xăng đời Đó động phun trực tiếp: GDI (Gasoline Direct Injection) Trong tương lai gần, chắn GDI sử dụng rộng rãi Hình 6-1: Sơ đồ hệ thống điều khiển động 6.1.2 Phân loại ưu nhược điểm Phân loại: Hệ thống phun nhiên liệu phân loại theo nhiều kiểu Nếu phân biệt theo cấu tạo kim phun ta có 02 loại: Loại CIS - Continuous Injection System: kiểu sử dụng kim phun khí, gồm loại bản: - Hệ thống K – Jetronic: việc phun nhiên liệu hoàn toàn điều khiển khí Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 155 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động - Hệ thống K – Jetronic có cảm biến khí thải: có thêm cảm biến oxy - Hệ thống KE – Jetronic: Hệ thống K-Jetronic với mạch điều chỉnh áp lực phun điện tử - Hệ thống KE – Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa điện tử Các hệ thống vừa nêu sử dụng xe châu Âu model trước 1987 Do chúng lỗi thời nên giáo trình không đề cập đến Loại AFC-Air Flow Controlled Fuel Injection: sử dụng kim phun điều khiển điện Hệ thống phun xăng với kim phun điện chia làm ò loại chính: - D-Jetronic (xuất phát từ chữ Druck tiếng Đức áp suất) với lượng xăng phun xác đònh áp suất sau cánh bướm ga MAP-manifold absolute pressure sensor - L – Jetronic (xuất phát từ chữ Luft tiếng Đức không khí) với lượng xăng phun tính tóan dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió loại cánh trượt Sau có phiên bản: LH – Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt, LU – Jetronic với cảm biến gió kiểu siêu âm… Nếu phân biệt theo vò trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC chia làm 02 loại: Loại TBI -Throttle Body Injection: phun đơn điểm Hệ thống có tên gọi khác như: SPI - Single Point Injection, CICentral Injection, Mono – Jetronic Đây loại phun trung tâm Kim phun bố trí phía cánh bướm ga nhiên liệu phun hay hai kim phun Nhược điểm hệ thống tốc độ dòch chuyển hòa khí tương đối thấp nhiên liệu phun vò trí xa supáp hút khả thất thoát đường ống nạp Loại MPI-Multi Point Fuel Injection: phun đa điểm Đây hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với kim phun cho xylanh bố trí gần supáp hút (cách khoảng 10 – 15 mm) Ống góp hút thiết kế cho đường không khí từ bướm ga đến xylanh dài, nhờ vậy, nhiên liệu phun hòa trộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc Nhiên liệu không thất thoát đường ống nạp Hệ thống phun xăng đa điểm đời khắc phục nhược điểm hệ thống phun xăng đơn điểm Tùy theo cách điều khiển kim phun, hệ thống chia làm loại chính: phun độc lập hay phun kim (independent injection), phun nhóm (group injection) phun đồng loạt (simultaneous injection) Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 156 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Nếu vào đối tượng điều khiển theo chương trình, người ta chia hệ thống điều khiển động loại chính: điều khiển phun xăng (EFIElectronic Fuel Injection theo tiếng Anh Jetronic theo tiếng Đức), điều khiển đánh lửa (ESA-Electronic Spark Advance) loại tích hợp tức điều khiển phun xăng đánh lửa (hệ thống có nhiều tên gọi khác nhau: Bosch đặt tên Motronic, Toyota có tên TCCS-Toyota Computer Control System, Nissan gọi tên ECCS-Electronic Concentrated Control System, … Nhờ tốc độ xử lý CPU cao, hộp điều khiển động đốt ngày thường gồm chức điều khiển hộp số tự động quạt làm mát động Nếu phân biệt theo kỹ thuật điều khiển ta chia hệ thống điều khiển động làm loại: Analog Digital Ở hệ xuất từ 1979 đến 1986, kỹ thuật điều khiển chủ yếu dựa mạch tương tự (Analog) Ở hệ thống này, tín hiệu đánh lửa lấy từ âm bobine đưa hộp điều khiển để từ hình thành xung điều khiển kim phun Sau đó, đa số hệ thống điều khiển động thiết kế, chế tạo tảng vi xử lý (Digital) Ưu nhược điểm hệ thống phun xăng: − Có thể cấp hỗn hợp khí nhiên liệu đồng đến xi lanh − Có thể đạt tỷ lệ khí nhiên liệu xác với tất dải tốc độ động − Đáp ứng kòp thời với thay đổi góc mở bướm ga − Khả hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng:có thể làm đậm hỗn hợp nhiệt độ thấp cắt nhiên liệu giảm tốc − Hiệu suất nạp hỗn hợp không khí – nhiên liệu cao 6.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình thuật toán điều khiển 6.2.1 Sơ đồ cấu trúc khối chức Sơ đồ cấu trúc khối chức hệ thống điều khiển động theo chương trình mô tả hình 6-2 6-3 Hệ thống điều khiển bao gồm; ngõ vào (inputs) với chủ yếu cảm biến; hộp ECU – electronic control unit não hệ thống có vi xử lý; ngõ ra(outputs) cấu chấp hành (actuators) kim phun, bobine, van điều khiển cầm chừng… Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 157 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động INPUT (SENSORS) OUTPUT (ACTUATORS) Tốc độ động Tải động (MAP) Nhiệt độ nước làm mát E Hệ thống đánh lửa Nhiệt độ khí nạp Nhiệt độ nhiên liệu Kim phun nhiên liệu C Điều khiển cầm chừng Vò trí bướm ga Cảm biến oxy Điện áp accu Các cảm biến khác U Hệ thống chẩn đoán Hình 6-2: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 158 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Điều khiển hỗn hợp cầm chừng Hệ thống cấp khí Cảm biến lưu lượng gió Các cảm biến khác ECU Điều khiển tốc độ cầm chừng Cảm biến bướm ga ĐỘNG CƠ Kim phun nhiên liệu Hệ thống cấp nhiên liệu Hình 6-3: Sơ đồ khối chức hệ thống điều khiển phun xăng 6.2.2 Thuật toán điều khiển lập trình Thuật toán điều khiển lập trình cho động nhà chế tạo viết cài đặt sẵn CPU Tùy thuộc vào chế độ làm việc hay tình trạng động cơ, mà ECU tính toán dựa lập trình có sẵn để đưa tín hiệu điều khiển cho động làm việc tối ưu Lý thuyết điều khiển Các hệ thống điều khiển kiểu cổ điển ô tô thường thiết kế với liên hệ ngược (feedback control) Mặc dù hệ thống điều khiển có nhiều thông số phụ thuộc, ta xem xét hệ thống với thông số Sơ đồ nguyên lý hệ thống trình bày hình 6-4a r(t) Vξ(t) Ve Xử lý VA tín hiệu U(t) Cơ cấu chấp hành Động đốt ξ(t) Cảm biến Hình 6-4a: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động với liên hệ ngược Thông số điều khiển xuất đầu (động đốt trong) ký hiệu ξ(t) Tín hiệu so r(t) đònh sẵn Cảm biến đưa tín hiệu Vξ(t) tỉ lệ thuận với ξ(t), tức là: Vξ(t) = ks.ξ(t) Khi xuất chênh lệch điện tín hiệu thực tín hiệu so Ve(t): Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 159 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Ve(t) = r(t) - Vξ(t) Nếu hệ thống làm việc lý tưởng giá trò Ve(t) khoảng thời gian (ví dụ chế độ động ổn đònh) phải Trên thực tế tín hiệu nêu có chênh lệch mạch điều khiển điện tử dựa vào chênh lệch để hình thành xung VA(t) điều khiển cấu chấp hành (chẳng hạn kim phun) Việc thay đổi tác động đến thông số đầu vào U(t) động (ví dụ tỉ lệ hòa khí) Ngày nay, có nhiều phương pháp điều khiển động dựa sở sử dụng máy tính để xử lý tín hiệu Thông thường máy tính giải toán tối ưu có điều kiện biên để điều khiển động Mục tiêu toán tối ưu điều khiển động đạt công suất lớn với mức tiêu hao nhiên liệu nhỏ điều kiện giới hạn độ độc hại khí thải Như vậy, ta biểu diễn hệ thống điều khiển ô tô tối ưu mối quan hệ vectơ sau: y = (y1, y2, y3, y4); u = (u1, u2, u3, u4, u5); x = (x1, x2, x3) Vectơ y(t) hàm phụ thuộc thông số ngõ bao gồm thành phần sau: y1(x(t), u(t)) _ tốc độ tiêu hao nhiên liệu y2(x(t), u(t)) _ tốc độ phát sinh HC y3(x(t), u(t)) _ tốc độ phát sinh CO y4(x(t), u(t)) _ tốc độ phát sinh NOx Vectơ x(t) mô tả tình trạng động tức điều kiện hoạt động, phụ thuộc vào thông số: x1 _ áp suất đường ống nạp x2 _ tốc độ quay trục khuỷu x3 _ tốc độ xe Vectơ u(t) mô tả thông số hiệu chỉnh hệ thống điện tử, bao gồm thành phần: u1 _ tỉ lệ khí – nhiên liệu hòa khí (AFR – air fuel ratio) u2 _ góc đánh lửa sớm u3 _ lưu hồi khí thải (EGR – exhaust gas recirculation) u4 _ vò trí bướm ga u5 _ tỉ số truyền hộp số Để giải toán tối ưu nêu với điều kiện biên, người ta xác đònh mục tiêu tối ưu lượng tiêu hao nhiên liệu F theo chu trình thử EPA – Environmental Protection Agency: T F = ∫ y1 ( x( t ) ,u ( t ) ) dt Trong đó: Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 160 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động x3(t) tốc độ xe qui đònh thử nghiệm xác đònh thành phần khí thải theo chu trình EPA, T thời gian thử nghiệm Như vậy, động đốt điều khiển cho F đạt giá trò nhỏ với điều kiện biên qui đònh nước nồng độ chất độc hại khí thải T ∫ y ( x( t ) ,u ( t ) ) dt 〈G 2 T ∫ y ( x( t ) ,u ( t ) ) dt 〈G 3 T ∫ y ( x( t ) ,u( t ) ) dt 〈G 4 Trong đó: G2, G3, G4 _ hàm lượng chất độc khí xả theo qui đònh tương ứng với HC, CO NOx Trong trình xe chạy, vectơ x(t), u(t) thông số động Khi giải toán tối ưu nêu trên, ta đặt giới hạn vectơ Trên thực tế, kết tối ưu thường xác đònh thực nghiệm nạp vào nhớ EEPROM dạng bảng tra (lookup table) Trình tự tính toán tìm kiếm thông số tối ưu động mô tả lưu đồ thuật toán điều khiển trình bày hình 6-4b Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 161 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Khởi động Nhập tín hiệu tốc độ động vò trí xylanh Nhập t/h vò trí bướm ga Nhập tín hiệu tải động Nhập t/h nhiệt độ ĐC Nhập t/h điện áp hệ thống False True Động khởi động Nhập tín hiệu kích nổ Động chưa hoạt động True False True False Động vượt tốc Tải tốc độ thay đổi True False Tìm thời gian phun Điều chỉnh thời gian phun theo điện áp Cắt nhiên liệu False Điều chỉnh thời gian phun theo nhiệt độ ĐC Điều chỉnh thời gian phun theo vò trí bướm ga Động bò kích nổ Điều chỉnh sớm 10 True Điều chỉnh trễ 20 Tìm thời gian mở kim Tìm góc đánh lửa sớm an phun theo nhiệt độ Hiệu chỉnh lượng phun đánh lửa sớm theo nhiệt độ động Tính góc ngậm điện chế độ khởi động Tính góc đánh lửa sớm chế độ khởi động Tính lượng phun chế độ khởi động Hiệu chỉnh thời gian phun theo nhiệi độ động Xuất tín hiệu điều khiển kim phun bobine Hình 6-4b: Thuật toán điều khiển động Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 162 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động 6.3 Các loại cảm biến tín hiệu 6.3.1 Cảm biến đo gió 6.3.1.1 Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt (đời 80 đến 95) Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt sử dụng hệ thống L-Jetronic để nhận biết thể tích gió nạp vào xylanh động Nó cảm biến quan trọng Tín hiệu thể tích gió sử dụng để tính toán lượng xăng phun góc đánh lửa sớm Hoạt động dựa vào nguyên lý dùng điện áp kế có điện trở thay đổi kiểu trượt Cấu tạo nguyên lý hoạt động Bộ đo gió kiểu trượt bao gồm cánh đo gió giữ lò xo hoàn lực, cánh giảm chấn, buồng giảm chấn, cảm biến không khí nạp, vít chỉnh cầm chừng, mạch rẽ phụ, điện áp kế kiểu trượt gắn đồng trục với cánh đo gió công tắc bơm xăng Cánh đo Cánh giảm chấn Cảm biến nhiệt độ khí nạp Điện áp kế kiểu trượt Vít chỉnh CO Mạch rẽ Buồng giảm chấn Hình 6-5: Bộ đo gió kiểu trượt Lượng gió vào động nhiều hay tùy thuộc vào vò trí cánh bướm ga tốc độ động Khi gió nạp qua đo gió từ lọc gió mở dần cánh đo Khi lực tác động lên cánh đo cân với lực lò xo cánh đo đứng yên Cánh đo điện áp kế thiết kế đồng trục nhằm mục đích chuyển góc mở cánh đo gió thành tín hiệu điện áp nhờ điện áp kế Vít chỉnh hỗn hợp cầm chừng (vít chỉnh CO) Bộ đo gió có hai mạch gió: mạch gió qua cánh đo gió mạch gió rẽ qua vít chỉnh CO Lượng gió qua mạch rẽ tăng làm giảm lượng gió qua cánh đo gió thế, góc mở cánh đo gió nhỏ lại ngược lại Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 163 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Việc làm giàu xăng khởi động thực bằnh hai phương pháp: + Phương pháp 1: Dùng công tắc nhiệt thời gian kim phun khởi động lạnh + Phương pháp 2: Điều khiển khởi động nhờ ECU cảm biến nhiệt độ động • Phương pháp 1: Cấu tạo công tắc nhiệt thời gian : Công tắc nhiệt thời gian dùng để giới hạn thời gian phun khim phun khởi động lạnh theo nhiệt độ Hình 6-127: Công tắc nhiệt thời gian Công tắc nhiệt thời gian công tắc kiểu lưỡng kim nhiệt điện đóng mở tiếp điểm theo nhiệt độ thân Nó gồm công tắc lưỡng kim đặt trụ ren rỗng lắp nơi mà nhiệt độ động ảnh hưởng nhiều Khi động nguội, lưỡng kim co lại đóng công tắc Khi động nóng, lưỡng kim giãn ngắt công tắc Công tắc nhiệt thời gian đònh khoảng thời gian mở kim phun khởi động lạnh Khoảng thời gian phụ thuộc nhiệt độ động nhiệt độ môi trường Việc tự nung nóng dây nhiệt cần thiết để giới hạn thời gian kim phun khởi động mở, để tránh tình trạng động bò dư xăng Ví dụ: 200C công tắc đóng 8s Khi động nóng, công tắc bò ngắt Vì vậy, khởi động lúc động nóng kim phun khởi động lạnh không làm việc Mạch điện: Khi động lạnh, tiếp điểm đóng, bật công tắc máy sang vò trí ST dòng điện hình vẽ Khi kim phun khởi động nối mass qua tiếp Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 250 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động điểm nên mở cho xăng phun vào đường ống nạp Ngay sau đó, lưỡng kim bò nung nóng tách ra, ngắt kim phun Vì lý động khởi động lâu hai điện trở sưởi nóng số nung nóng lưỡng kim làm tiếp điểm mở ra, giới hạn thời gian mở kim phun khởi động Hình 6-128: Mạch điện công tắc nhiệt thời gian Thời gian mở (sec) Đường đặc tuyến : Off Tiến só Đỗ Văn Dũng On Hình 6-129: Đường đặc tuyến -20 (-4) 20 40 60 (32) (63) (104) (140) Nhiệt độ nước 0C (0F) Trang : 251 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động • Phương pháp 2: Ở loại này, việc điều khiển kim phun khởi động lạnh thực theo công tắc nhiệt thời gian ECU Hình 6-130: Mạch điện kim phun khởi động lạnh Sau khởi động, dây nhiệt bò nung nóng, làm mở tiếp điểm ngắt mass công tắc nhiệt thời gian Lúc này, nhiệt độ động thấp, ECU lấy tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước công tắc khởi động điều khiển mở transistor công suất đường STJ Khi kim phun khởi động nối mass qua transistor mở kim cho xăng phun vào đường ống nạp Đường đặc tuyến: A: điều khiển công tắc B: điều khiển ECU A,B: điều khiển công tắc ECU Hình 6-131: Đường đặc tuyến làm việc phương pháp 6.6.3 Điều khiển chế độ không tải (cầm chừng) kiểm soát khí thải Để điều khiển tốc độ cầm chừng, người ta cho thêm lượng gió tắt qua cánh bướm ga vào động nhằm tăng lượng hỗn hợp để giữ tốc độ cầm chừng động hoạt động chế độ tải khác Lượng gió tắt kiểm soát van điện gọi van điều khiển cầm chừng Đôi biện pháp mở thêm cách bướm ga sử dụng Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 252 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động • Chế độ khởi động Khi động ngưng hoạt động, tức tín hiệu tốc độ động gởi đến ECU van điều khiển mở hoàn toàn, giúp động khởi động lại dễ dàng • Chế độ sau khởi động Nhờ thiết lập trạng thái khởi động ban đầu, việc khởi động dễ dàng lượng gió phụ vào nhiều Tuy nhiên động nổ (tốc độ tăng) van mở lớn hoàn toàn tốc độ động tăng cao Vì vậy, động đạt tốc độ đònh (phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát), ECU gởi tín hiệu đến van điều khiển cầm chừng để đóng từ vò trí mở hoàn toàn đến vò trí ấn đònh theo nhiệt độ nước làm mát % độ mở 100% A B t0 nước 200 Hình 6-132: Điều khiển cầm chừng chế độ sau khởi động Ví dụ động khởi động nhiệt độ nước làm mát 200C van điều khiển đóng dần từ vò trí mở hoàn toàn A đến điểm B để đạt tốc độ ấn đònh • Chế độ hâm nóng Khi nhiệt độ động tăng lên van điều khiển tiếp tục đóng từ B C nhiệt độ nước làm mát đạt 800C % độ mở 100% A B C 200 t0 nước 800 Hình 6-133: Điều khiển cầm chừng chế độ hâm nóng • Chế độ máy lạnh Khi động hoạt động, ta bật điều hoà nhiệt độ, tải máy nén lớn làm tốc độ cầm chừng động tụt xuống Nếu chênh lệch tốc độ Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 253 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động thật động tốc độ ổn đònh nhớ lớn 20 v/p ECU gởi tín hiệu đến van điêu khiển để tăng lượng khí thêm vào qua đường bypass nhằm mục đích tăng tốc độ động khoảng 100 v/p Ở xe có trang bò ly hợp máy lạnh điều khiển ECU, bật công tắc máy lạnh ECU gởi tín hiệu tới van điều khiển trước để tăng tốc độ cầm chừng sau đến ly hợp máy nén để tránh tình trạng động chạy bò khựng đột ngột ISCV ECU Tín hiệu A/C A/C Clutch 100% Tốc độ động Công tắc A/C % độ mở Hình 6-134: Chế độ máy lạnh • Theo tải máy phát Khi bật phụ tải điện công suất lớn xe, tải động tăng lực cản máy phát lớn Để tốc độ cầm chừng ổn đònh trường hợp này, ECU bù thêm thấy tải máy phát tăng Để nhận biết tình trạng tải máy phát có hai cách: lấy tín hiệu từ công tắc đèn, xông kính (TOYOTA) lấy tín hiệu từ cọc FR máy phát (HonDa) Cuộn kích Tiết chế Tail light relay ECU Combination S/W F ECU Tail light Hình 6-135: Điều khiển cầm chừng theo tải máy phát • Tín hiệu từ hộp số tự động Khi tay số vò trí “R”, “P” “D”, tín hiệu điện áp gửi ECU để điều khiển mở van cho lượng khí phụ vào làm tăng tốc độ cầm chừng Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 254 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động P Lamp N A/T ECU P A/T N P Hình 6-136: Tín hiệu từ hộp số tự động • Cấu tạo van điều khiển tốc độ cầm chừng Kiểu motor bước (Stepper motor) * Cấu tạo: 1-Rotor 2-Stator 3-Van 4-Bệ van 5-Trục van 6-Đóa chặn Hình 6-137: Cấu tạo motor bước Van điều khiển hình 6-137 loại motor bước Motor quay chiều ngược chiều kim đồng hồ để van di chuyển theo hướng đóng mở Motor điều khiển ECU Mỗi lần dòch chuyển bước, từ vò trí đóng hoàn toàn đến mở hoàn toàn có 125 bước (số bước thay đổi) Việc di chuyển làm tăng giảm tiết diện cho gió qua Lưu lượng gió qua van lớn nên ta không cần dùng van gió phụ trội vít chỉnh tốc độ cầm chừng vặn kín hoàn toàn Rotor: gồm nam châm vónh cửu 16 cực Số cực phụ thuộc vào loại động Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 255 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Stator: Gồm hai lõi, 16 cực xen kẽ Mỗi lõi quấn hai cuộn dây ngược chiều * Hoạt độâng: ECU điều khiển transistor nối mass cho cuộn stator Dựa vào nguyên lý: cực tên đẩy nhau, cực khác tên hút tạo lực từ làm xoay rotor bước Chiều quay rotor thay đổi nhờ thay đổi thứ tự dòng điện vào bốn cuộn stator Với loại rotor stator 16 cực, lần dòng điện qua cuộn dây rotor quay 1/32 vòng Vì trục van gắn liền với rotor nên rotor quay, trục van di chuyển vào làm giảm tăng khe hở van với bệ van Hình 6-138: Hoạt động motor bước * Mạch điện: Tốc độ cầm chừng quy đònh lưu trữ nhớ theo trạng thái hoạt động máy điều hoà giá trò nhiệt độ nước làm mát Khi ECU nhận tín hiệu từ công tắc cánh bướm ga tốc độ động báo cho biết chế độ cầm chừng mở theo thứ tự từ transistor Tr1 đến Tr4 cho dòng điện qua stator điều khiển mở đóng van đạt tốc độ ấn đònh Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 256 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Hình 6-139: Mạch điện kiểu motor bước Kiểu Solenoid: • Cấu tạo hình 6-140 Hình 6-140: Cấu tạo kiểu solenoid Cuộn solenoid ECU điều khiển theo độ hổng xung Khi có tín hiệu solenoid hoạt động làm thay đổi khe hở van solenoid bệ van cho gió vào nhiều hay Cứ khoảng 120ms cuộn dây van nhận xung điện (ON-OFF) Vì tần số đóng mở lớn nên coi cuộn dây cấp điện liên tục, song giá trò trung bình dòng điện tính tỉ số thời gian cấp điện (ON) thời gian ngắt điện (OFF) Tỉ số gọi số làm việc W tính theo công thức: W= A 100% A+ B A (On) (Off) B cycle Hình 6-141: Dạng xung kiểu Solenoid Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 257 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Trong : A: Có dòng ( ON) B: Không có dòng (OFF) Nếu muốn van mở xung điều khiển có số làm việc W nhỏ ngược lại a Chỉ số làm việc thấp b Chỉ số làm việc cao On Off On Off Hình 6-42: Xung làm việc cao-thấp solenoid • Mạch điện Hình 6-143: Mạch điện van điều khiển cầm chừng kiểu solenoid Kiểu van xoay : Cấu tạo Hình 6-144: Cấu tạo van xoay cầm chừng kiểu van xoay Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 258 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động Nguyên tắc làm việc giống loại motor bước tức cho lượng khí tắt qua cánh bướm ga theo điều khiển từ ECU Đây loại kết hợp động bước solenoid Cấu tạo hình 6-144: -Nam châm vónh cửu : Đặt đầu trục van có hình trụ Nó quay tác dụng lực đẩy kéo hai cuộn T1 T2 -Van : Đặt treo tiết diện trục van Nó điều khiển lượng gió qua mạch rẽ Van xoay với trục nam châm -Cuộn T1 T2 : Đặt đối diện nhau, nam châm vónh cửu ECU nối mass hai cuộn dây để điều khiển đóng mở van -Cuộn lò xo lưỡng kim : dùng để điều khiển đóng mở van theo nhiệt độ nước mạch điều khiển điện không làm việc Một đầu cuộn lò xo lưỡng kim bắt vào chốt cố đònh, điểm bắt vào chấu bảo vệ Trên chấu bảo vệ có rãnh, chốt xoay liền với trục van vào rãnh Chốt xoay không kích hoạt hoạt động lò xo lưỡng kim hệ thống điều khiển cầm chừng hoạt động tốt lúc lò xo lưỡng kim không tiếp xúc với mặt cắt có vát rãnh chấu bảo vệ Cơ cấu thiết bò an toàn không cho tốc độ cầm chừng cao hay thấp mạch điện bò hư hỏng Mạch điện: Hình 6-145: Mạch điện kiểu van xoay 6.6.5 Hệ thống tự chẩn đoán Với hệ thống điều khiển phun phức tạp tinh vi, xảy cố kỹ thuật (máy không nổ được, không chạy chậm được, không kéo tải được, tốc độ tăng được…) không dễ phát cố kỹ thuật xảy Để giúp người sử dụng xe, thợ sửa chữa nhanh chóng phát hư hỏng hệ thống phun xăng, ECU trang bò hệ thống tự chẩn đoán Nó ghi lại toàn cố đa số phận quan trọng hệ thống làm sáng đèn kiểm tra Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 259 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động (check engine lamp), thông báo cho lái xe biết hệ thống có cố Khi thấy đèn báo hiệu cố sáng tài xế ngừng xe để chẩn đoán Cách chẩn đoán hãng khác nhau, giới thiệu hệ thống chẩn đoán loại xe TOYOTA Trong mạng điện xe có bố trí giắc hở (được đậy nắp bảo vệ) gọi giắc kiểm tra (check conector) Đối với hầu hết xe TOYOTA, cách thao tác gồm bước: - Normal mode: để tìm chẩn đoán hư hỏng phận xe - Test mode: Dùng để xoá nhớ cũ (code cũ) nạp lại từ đầu (code mới) sau sửa chửa hư hỏng * Normal mode: Phải đáp ứng điều kiện sau: - Hiệu điện accu lớn 11V - Cánh bướm ga đóng hoàn toàn (công tắc cảm biến vò trí bướm ga đóng) - Tay số vò trí N - Ngắt tất công tắc tải điện khác Bật công tắc vò trí ON (không nổ máy) Dùng đoạn dây điện nối tắt đầu giắc kiểm tra: lỗ E1 TE1 Khi đèn check engine chớp theo nhòp phụ thuộc vào tình trạng hệ thống Nếu tình trạng bình thường đèn chớp đặn lần/giây (với loại xe dùng cảm biến đo gió cánh trượt, khoảng cách lần đèn sáng đèn tắt khác nhau) Nếu xe có cố phận hệ thống phun xăng báo cố chớp theo chuỗi khác nhau, mổi chuỗi chớp ứng với mã số hư hỏng Ví dụ: Đối với loại phun xăng có cảm biến đo gió cánh trượt, đèn sáng 0,5s, nghỉ 1,5s chớp sáng tiếp lần với khoảng sáng 0,5s, khoảng nghỉ 0,5s mã số 12 Nếu nháy sáng lần liền, nghỉ 1,5s chớp sáng lần mã 31 - 0.5 1.5 4.5 2.5 4.5 0.5 12 31 Hình 6-146: Dạng mã lỗi hệ thống tự chẩn đoán Nếu hệ thống có cố mã lặp lại sau khoảng nghỉ 4,5s Nếu có nhiều cố hệ thống chẩn đoán phát mã số cố từ thấp đến cao Khoảng nghỉ cố với cố 2,5s Sau Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 260 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động phát hết mã cố đèn tắt 4,5s lại phát lại mã số ta rút giây nối tắt lỗ E1 TE1 giắc kiểm tra Để không bò nhầm lẫn tốt nên ghi lại chuỗi mã cố vài lần Bảng mã chẩn đoán : Số Mã Nhòp Đèn Báo Thuộc Hệ -Bình thường 12 Tín hiệu (G NE) 13 Tín hiệu NE 14 Đánh lửa (IGT) 15 Tín hiệu (IGF) 17 Tín hiệu (G) 21 Cảm biến Oxy 22 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Cảm biến nhiệt độ khí nạp 24 25 26 27 31 41 Tiến só Đỗ Văn Dũng Hoà khí nghèo Hoà khí giàu Cảm biến Oxy thứ hai Cảm biến đo gió Cảm biến vò trí bướm ga Trang : 261 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động 42 Cảm biến tốc độ xe 43 Tín hiệu khởi động 51 Điều hoà nhiệt độ 52 Cảm biến kích nổ số 55 Cảm biến kích nổ số hai 71 Cảm biến van EGR Căn vào mã cố va øbảng mã ta tìm pan khắc phục Ở số xe TOYOTA, việc chẩn đoán không báo đèn check engine mà báo máy quét mã lỗi (scanner) Khi thực thao tác chẩn đoán màn hình máy quét báo mã cố hình vẽ Hình 6-147: Hệ thống tự chẩn đoán máy quét * Test mode: phải thõa mãn điều kiện sau: - Hiệu điện accu 11V lớn - Công tắc cảm biến vò trí bướm ga đóng - Tay số vò trí N - Tất công tắc phụ tải khác phải tắt Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 262 Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động - Dùng đoạn dây điện nối tắt chân E1 TE2 TDCL (Toyota Diagnostic Communication Line) check connector Sau đó, bật công tắc sang ON, quan sát đèn check engine chớp, tắt cho biết hoạt động chế độ test mode Khởi động động lúc nhớ RAM xóa hết mã chẩn đoán ghi vào nhớ mã chẩn đoán Nếu hệ thống chẩn đoán nhận biết động bò hư hỏng đèn check engine sáng Muốn tìm lại mã cố thực lại bước Normal mode sau khắc phục cố, phải xóa nhớ Nếu không xóa, giữ nguyên mã cũ có cố ta nhận thông tin sai Có thể tiến hành xóa nhớ cách đơn giản sau: tháo cầu chì hệ thống phun xăng 10s, sau lắp lại Nếu cầu chì đâu tháo cọc accu khoảng 15s Chức fail-safe: Khi có cố kỹ thuật hệ thống phun xăng xe hoạt động (mất tín hiệu từ cảm biến) việc điều khiển ổn đònh xe trở nên khó khăn Vì thế, chức fail-safe thiết kế để ECU lấy liệu tiêu chuẩn nhớ tiếp tục điều khiển động hoạt động ngừng động cố nguy hiểm nhận biết Tín hiệu Hiện tượng Chức fail-safe Tín hiệu đánh lửa Hư hỏng hệ thống đánh lửa việc đánh (IGF) lửa xảy (tín hiệu IGF không gởi đến ECU) Tín hiệu từ cảm Nếu tín hiệu từ cảm biến này, lượng biến áp suất đường xăng phun không tính kết ống nạp (MAP động bò chết máy khó khởi sensor) động Ngừng phun nhiên liệu Tín hiệu đo gió Giá trò chuẩn lấy từ tín hiệu cầm chừng cho việc tín lượng xăng phun thời điểm đánh lửa ECU lấy giá trò tiêu chuẩn nhớ để thay cho tín hiệu Tín hiệu vò trí cánh bướm ga Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước cảm biến nhiệt độ khí nạp Nếu tín hiệu ECU nhận biết lượng gió nạp để tính lượng xăng phun bản, kết động bò chết máy hay khó khởi động Nếu tín hiệu ECU nhận biết vò trí bướm ga mở hay đóng hoàn toàn Điều làm động chết máy hay chạy không êm Mất tín hiệu ECU hiểu nhiệt độ nước < - 500C hay >1390C Điều làm tỉ lệ hoà khí trở nên giàu hay nghèo Kết động bò chết máy chạy không êm Tiến só Đỗ Văn Dũng Nếu nối tắt cực T E1 ECU lấy giá trò tiêu chuẩn (30 kPa) để thay cho tín hiệu ECU lấy giá trò chuẩn nhớ tùy thuộc vào loại động với nhiệt độ nước: 890C nhiệt độ khí nạp là200C Trang : 263 C = ( R1 + R2 )U OZ − U OE1 [ R1 ( RZ + R2 ) + R2 RZ ] + RE1 (1 + B1 ) Giáo trình hệ thống điện điện tử ôtô đại - Hệ thống điện động + [(U D1 + U D )(1 + B1 ) RE1 − B1 R3U OE1 ] A R1 R2 R Tín hiệu từ cảm Nếu vỏ bọc cảm biến oxy bò đóng Không thực việc bẩn ECU nhận biết hàm lượng hiệu chỉnh hồi tiếp tỉ lệ oxy tập trung khí thải hòa khí RZ R duy trì tỉ lệ hòaRkhí mức tối ưu R (1 + B )n oxy biế D = R1 E1 A B1 R3 R A = ( R1 + R2 ) + R + RZ + R1 R2 + 1 + Bu1 ) từ cảm Nếu mấttín RE1hiệ (1 + B ) E1 (1hiệ RTín nhận Điều chỉnh thời điểm u này, ECU biến kích nổ biết động bò kích nổ đánh lửa trễ tối đa không điều chỉnh giảm góc đánh lửa sớm Cảm biến áp suất Nếu tín hiệu từ cảm biến này, ECU khí trời hiểu áp suất khí trời giá trò tối đa hay tối thiểu Điều làm hòa khí nghèo hay giàu Lấy giá trò áp suất khí trời mức tiêu chuẩn 101 kPa (60mmHg) thay cho tín hiệu Tín hiệu điều Nếu có hư hỏng ECU điều khiển hợp Không hiệu chỉnh góc khiển hộp số tự số, hợp số hoạt động không tốt đánh lửa theo sức kéo động Tín hiệu từ áp suất Nếu có tăng bất thường áp suất áp Ngừng cung cấp nhiên tăng áp động động lượng gió nạp Điều có liệu cho động thể làm hư hỏng động Chức Back-up: Chức Back-up thiết kế để có cố kỹ thuật ECU, Backup IC ECU lấy toàn liệu lưu trữ để trì hoạt động động thời gian ngắn Hình 6-148: Chức back-up ECU hoạt động chức Back-up điều kiện sau: ECU không gởi tín hiệu điều khiển đánh lửa (IGT) Mất tín hiệu từ cảm biến áp suất đường ống nạp (PIM) Lúc Back-up IC lấy tín hiệu dự trữ để điều khiển thời điểm đánh lửa thời điểm phun nhiên liệu trì hoạt động động Dữ liệu lưu trữ phù hợp với tín hiệu khởi động tín hiệu từ công tắc cầm chừng, đồng thời đèn Check-engine báo sáng thông báo cho tài xế Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 264 [...]... chấn Công tắc bơm nhiên liệu (chỉ có trên xe Toyota) Công tắc bơm nhiên liệu được bố trí chung với điện áp kế Khi động cơ chạy, gió được hút vào nâng cánh đo gió lên làm công tắc đóng Khi động cơ ngừng, Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 164 Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên tô hiện đại - Hệ thống điện động cơ do không có lực gió tác động lên cánh đo làm cánh đo quay về vò trí ban đầu khiến công tắc... trên tô hiện đại - Hệ thống điện động cơ G: lượng gió nạp Nếu cực VC bò đoản mạch, lúc đó G tăng, ECU sẽ điều khiển lượng nhiên liệu phun cực đại, bất chấp sự thay đổi ở tín hiệu VS Điều này có nghóa là: khi động cơ ở cầm chừng, nhiên liệu được phun quá nhiều và động cơ sẽ bò ngộp xăng dẫn tới ngưng hoạt động Nếu cực VS bò đoản mạch, VC sẽ luôn ở mức cực đại làm cho G giảm, lúc này ECU sẽ điều khiển. .. 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 trò 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 Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 188 Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên tô hiện đại - Hệ thống. .. 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 trò thấp vì khe hở không khí lớn nên Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 176 Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên tô hiện đại - Hệ thống điện động cơ 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,... sẽ xảy ra nếu không tính đến vò trí lắp đặt của cảm biến và các quá trình khí động học trên đường ống nạp, sẽ làm trễ dòng khí khi tăng tốc độ đột ngột Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 174 Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên tô hiện đại - Hệ thống điện động cơ 3 Cảm biến đo gió kiểu nhiệt đo trực tiếp khối lượng không khí nên ECU không cần mạch hiệu chỉnh hòa khí theo áp suất khí trời cho trường hợp... trên tô hiện đại - Hệ thống điện động cơ Hình 6-46: Cảm biến cánh bướm ga có thêm vò trí tay số Đối với loại cảm biến có công tắc ACC1 và ACC2 Khi động cơ tăng tốc ở các chế độ khác nhau, tín hiệu từ hai vò trí công tắc này được gởi về ECU điều khiển tăng lượng xăng phun đáp ứng được quá trình tăng tốc động cơ Hình 6-47: Cảm biến có công tắc ACC1 và ACC2 Một số cảm biến có thêm công tắc cháy nghèo...Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên tô hiện đại - Hệ thống điện động cơ Hình 6-6: Vít chỉnh hỗn hợp cầm chừng Vì lượng xăng phun cơ bản phụ thuộc vào góc mở cánh đo gió, nên tỷ lệ xăng gió có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh lượng gió qua mạch rẽ Nhờ chỉnh tỷ lệ hỗn hợp ở mức cầm chừng thông qua vít CO nên thành phần % CO trong khí thải sẽ được điều chỉnh Tuy nhiên, điều này chỉ thực... phát xung NE LED Mạch điện: Accu 5V Photo diodes 5V 5V CB vò trí piston 22 5V 21 5V CB tốc độ động cơ 02 vòng quay trục khuỷu CB tốc độ động cơ 5V 0V CB vò trí piston 5V Khi ánh sáng của LED đi qua rãnh 0V Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 180 Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên tô hiện đại - Hệ thống điện động cơ Hình 6-34: Mạch điện cảm biến quang Khi đóa quay, các rãnh lần lượt đi qua photocouple Lúc... 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 Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 184 Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên tô hiện đại - Hệ thống điện động cơ Hình 6-41: 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... Trang : 166 Giáo trình hệ thống điện và điện tử trên tô hiện đại - Hệ thống điện động cơ V= f d S Lý thuyết về sự xoáy lốc khi dòng khi đi ngang qua vật cản đã được đưa ra bởi Struhall từ năm 1878 Nhưng mãi đến năm 1934 dụng cụ đo đầu tiên dựa trên lý thuyết này mới được chế tạo Ngày nay có rất nhiều sáng chế trong lónh vực này được ứng dụng để đo lưu lượng khí nạp trong hệ thống điều khiển phun xăng ... Trang : 156 Giáo trình hệ thống điện điện tử tô đại - Hệ thống điện động Nếu vào đối tượng điều khiển theo chương trình, người ta chia hệ thống điều khiển động loại chính: điều khiển phun xăng... trúc hệ thống điều khiển lập trình thuật toán điều khiển 6.2.1 Sơ đồ cấu trúc khối chức Sơ đồ cấu trúc khối chức hệ thống điều khiển động theo chương trình mô tả hình 6-2 6-3 Hệ thống điều khiển. .. biến khác U Hệ thống chẩn đoán Hình 6-2: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình Tiến só Đỗ Văn Dũng Trang : 158 Giáo trình hệ thống điện điện tử tô đại - Hệ thống điện động Điều khiển hỗn