Đang tải... (xem toàn văn)
để thiết kế chế tạo được thiết bị kiểm tra ecu ta phải hiểu được nguyên lý làm việc của toàn bộ hệ thống
Chơng 2 nghiên cứu đặc tính các tín hiệu và nguyên tắc điều khiển của ECU Để thiết kế chế tạo đợc thiết bị kiểm tra ECU ta phải hiểu đợc nguyên lý làm việc của toàn bộ hệ thống, đặc tính các tín hiệu đầu vào, quá trình xử lý tín hiệu và nguyên tắc điều khiển đầu ra của ECU. Trên cơ sở đó xây dựng nguyên lý làm việc của thiết bị kiểm tra ECU và các mạch điện của thiết bị. 2.1. kết cấu và hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử Trong phần này chúng ta đề cập tới cấu tạo và hoạt động của một hệ thống phun xăng điện tử nhiều điểm điển hình. Đây là một hệ thống phun xăng điện tử hiện đại điều khiển cả hai quá trình phun xăng và đánh lửa của động cơ. 2.1.1. Hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu Sơ đồ hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu đợc trình bày trên hình 2.1. 2.1.1.1. Bơm xăng Bơm xăng có nhiệm vụ cung cấp xăng cho vòi phun với lu lợng và áp suất qui định. Bơm đợc dùng thờng là bơm điện kiểu phiến gạt. Bơm đợc ECU điều khiển khởi động hay ngắt bơm một cách thích hợp thông qua một rơ - le bơm. Bơm chỉ hoạt động khi động cơ khởi động và làm việc. Vì lý do an toàn, bơm sẽ ngừng hoạt động khi động cơ dừng, ngay cả khi khoá điện vẫn ở vị trí mở. 9 Hình 2.1. Sơ đồ mạch cung cấp nhiên liệu 1. Bình xăng; 2. bơm xăng điện; 3. lọc xăng; 4. dàn phân phối xăng; 5. bộ điều chỉnh áp suất; 6. bộ giảm dao động áp suất; 7. đờng xăng hồi; 8. vòi phun; 9. vòi phun khởi động lạnh 2.1.1.2. Bộ lọc xăng Bộ lọc xăng có nhiệm vụ bảo vệ các chi tiết của hệ thống nhiên liệu, đặc biệt là vòi phun khỏi các tạp chất chứa trong xăng. 2.1.1.3. Dàn phân phối xăng Dàn phân phối xăng có nhiệm vụ phân phối đồng đều nhiên liệu cho tất cả các vòi phun. Dàn phân phối có thể tích lớn hơn nhiều so với lợng cung cấp cho chu trình, dàn phân phối xăng có chức năng hạn chế dao động áp suất nhiên liệu trong mạch cung cấp nhiên liệu. Ngoài ra bộ phận này còn tạo điều kiện dễ dàng cho việc lắp đặt các vòi phun xăng. 2.1.1.4. Thiết bị điều chỉnh áp suất Thiết bị điều chỉnh áp suất có nhiệm vụ có nhiệm vụ duy trì ổn định độ chênh áp (từ 2,5-3 bar) giữa áp suất xăng cung cấp cho vòi phun và áp suất trên đờng nạp. Nhờ vậy lợng xăng cung cấp bởi vòi phun điện từ chỉ phụ thuộc vào 10 thời giam mở của kim phun, cho phép đơn giản hoá quá trình tính toán lợng cung cấp chu trình do ECU điều khiển. 2.1.1.5. Vòi phun điện từ (Hình 2.2) Vòi phun điện từ có nhiệm vụ phun xăng vào đờng nạp ở khu vực gần xupap nạp một lợng xăng nhất định, vào thời điểm nhất định. Hình 2.2. Vòi phun xăng kiểu điện từ 1. lọc xăng; 2. đầu nối điện; 3. cuộn dây kích từ; 4. lõi từ tính; 5. kim phun; 6. đầu kim phun; 7. dàn phân phối xăng; 8. chụp bảo vệ; 9. doăng trên; 10. doăng dới. Khi cha có dòng điện chạy qua cuộn dây của nam châm điện 3, lò xo ép kim phun 5 xuống đế. Lúc này vòi phun ở trạng thái đóng kín. Khi có dòng điện kích thích, nam châm điện sẽ hút lõi từ 4 và kim phun đợc nâng lên khoảng 0,1 mm. Nhiên liệu sẽ đợc phun ra qua một tiết diện hình vành khuyên có kích thớc hoàn toàn xác định. Quán tính của vòi phun (thời gian mở và đóng) vào khoảng từ 1-1,5 ms. Tuỳ thuộc vào thiết bị, vòi phun có thể đợc mắc nối tiếp với một điện trở phụ. Để giảm quán tính đóng, mở xung điện kích thích vòi phun có thể có cờng độ ban đầu khá lớn ( 7,5A). Khi kim phunđợc nâng lên thì dòng điện giảm xuống đáng kể ( 3A). 11 Các vòi phun thờng đợc mắc song song thành một dàn (động cơ 4 xi lanh) hoặc 2 dàn (động cơ chữ V 6-8 xi lanh). Quá trình phun có thể đợc tiến hành theo 2 phơng án sau: - Phun xăng đồng thời: các vòi phun hoạt động đồng thời ở cùng một thời điểm. Số lần phun sau mỗi chu trình làm việc của động cơ có thể là 1 (cứ hai vòng quay trục khuỷu phun một lần) hoặc hai (cứ mỗi vòng quay trục khuỷu phun một lần). - Phun xăng đồng bộ theo pha làm việc của các xi lanh: mỗi vòi phun chỉ phun một lần sau mỗi chu trình. Thời điểm phun đợc xác định theo pha làm việc của các xi lanh tơng ứng. Trong trờng hợp này, hệ thống phun xăng phải đợc trang bị thêm một cảm biến để xác định pha làm việc của các xi lanh, thờng có liên quan đến trục cam hoặc bộ phân phối đánh lửa. Việc xử lý thông tin và xác định thời điểm phun sẽ trở nên phức tạp hơn. Bù lại quá trình phun xăng sẽ hoàn thiện hơn, có thể cho phép hiệu chỉnh lợng xăng phun từng xi lanh riêng biệt. Cần chú ý rằng việc đấu mạch điện của các vòi phun phải theo thứ tự làm việc, giống nh đối với bugi. Hỗn hợp nhiên liệu khí đợc hình thành ở khu vực trớc xu pap nạp và bên trong xilanh, nhờ các chuyển động rối đợc tạo ra khi không khí đợc hút vào xilanh qua xupap nạp. 2.1.1.6. Bộ giảm dao động áp suất Thiết bị này có nhiệm vụ hạn chế các xung động và sự lan truyền sóng áp suất trong mạch nhiên liệu. Các xung động này gây ra do sự đóng mở của các vòi phun xăng và van hồi xăng trong thiết bị điều chỉnh áp suất. Bộ giảm dao động áp suất đợc lắp trên đờng hồi xăng, giữa thiết bị điều chỉnh áp suất và bình chứa xăng. 2.1.2. Định lợng hỗn hợp nhiên liệu-khí Đối với động cơ xăng, việc xác định chính xác lợng nạp chu trình là yếu tố rất quan trọng để tính toán lợng xăng cần cung cấp. Để làm việc đó cần phải xác định hai thông số là lu lợng không khí và tốc độ của động cơ. 12 2.1.2.1. Xác định lu lợng khí nạp (Hình 2.3) Hình 2.3. Mạch không khí và lu lợng kế 1. bớm ga; 2. lu lợng kế; 3. tín hiệu nhiệt độ khí; 4. bộ điều khiển trung tâm; 5. tín hiệu lu lợng khí; 6. bộ lọc khí; Q L . lợng khí nạp; . góc quay của cửa đo lu lợng Việc xác định lu lợng không khí nạp đợc thực hiện bởi lu lợng kế khí nạp, thờng có các loại lu lợng kế khí nạp nh sau: - Lu lợng kế khí nạp thể tích (Hình 2.4) Hình 2.4. Lu lợng kế 1. Vít điều chỉnh nồng độ hỗn hợp chạy không tải; 2. kênh nối (by pass); 3. cửa đo lu lợng; 4. cửa bù trừ; 5. thể tích giảm dao động Chuyển động của dòng không khí đi qua lu lợng kế sẽ tác dụng một lực tỉ lệ với lu lợng không khí lên cửa đo 3 làm cửa này quay đi một góc cho đến khi cân bằng với lực lò xo xoắn lắp trên trục quay. Kết cấu của thiết bị đo tạo ra một quan hệ dạng lôgarit giữa góc quay của cửa đo và thể tích không khí, nhằm mục đích đạt đợc độ nhạy cao cả khi lu lợng nhỏ. Trong thực tế, do quá trình 13 nạp của động cơ không liên tục nên tồn tại các sóng áp suất trong đờng nạp. Cửa bù trừ 4 có tác dụng ổn định vị trí góc của thiết bị đo, vì các sóng áp suất sẽ tác dụng đồng đều lên cả hai cửa và lực tác dụng sẽ bù trừ lẫn nhau, không làm ảnh hởng đến phép đo. thể tích 5 phía sau cửa bù trừ 4 cũng có tác dụng giảm chấn, giữ ổn định vị trí góc trớc các xung động áp suất. Khi lu lợng nhỏ, cửa đo gần nh đóng kín. Vít điều chỉnh 1 cho phép một lợng nhỏ không khí đi vào động cơ không qua cửa đo nhằm mục đích điều chỉnh hỗn hợp chạy không tải của động cơ. - Lu lợng kế khí nạp khối lợng kiểu dây đốt (Hình 2.5): Hình 2.5. Sơ đồ lắp đặt dây đo lu lợng kế kiểu dây đốt 1. thành ống nạp; 2. dây đo platin Phơng pháp đo lu lợng thể tích gặp phải một số nhợc điểm nh: có sai số khi áp suất khí trời thay đổi hoặc xe hoạt động ở các độ cao khác nhau; nhậy cảm với rung động và sóng áp suất trên đờng nạp; sự mài mòn và ổn định của đo L u lợng kế khối lợng kiểu dây đốtkhắc phục đợc những hạn chế đó. Thiết bị này hoạt động theo nguyên lý nhiệt độ không đổi. Phần tử đo là một dây platin có đờng kính 70 àm, đợc căng bên trong đoạn ống đo lắp phía sau bộ lọc khí. Thành ống bên trong còn đợc lắp các điện trở đo và cảm biến nhiệt độ. Hai đầu ống đo có lới bảo vệ. Các linh kiện điện tử của thiết bịđợc lắp trong một hộp nhỏ gắn bên ngoài ống đo. Hình 2.6 là sơ đồ mạch đo dùng cầu điện trở: 14 Hình 2.6. Sơ đồ mạch đo dùng cầu điện trở R H - dây đốt; R K - điện trở bù nhiệt; R 1 , R 2 , R 3 - điện trở; U M - điện thế của tín hiệu đo lu lợng khí; J H - dòng điện đốt nóng; m- lu lợng không khí; t L -nhiệt độ không khí Dây đốt có diện trở R H là một phần của cầu đo. Cầu đợc giữ cân bằng thông qua một mạch đốt nóng dây nhằm duy trì không đổi nhiệt độ (tức là điện trở) của dây. Khi có lu lợng không khí, dây đo sẽ làm nguội bởi dòng khí, nhiệt độ và điện trở sẽ giảm dẫn đến sự mất thăng bằng trong cầu điện trở. Khi đó mạch điều chỉnh sẽ tự động thay đổi cờng độ dòng điện đốt nóng dây để thiết lập lại sự cân bằng ban đầu. Nh vậy có quan hệ tỉ lệ giữa cờng độ dòng điện đốt nóng dây đo và lu lợng không khí. Quá trình điều chỉnh này đợc thực hiện khá nhanh (vài ms) do dây đo có kích thớc rất nhỏ. Vì điều này mà lu lợng kế loại này có u điểm quan trọng: các xung động áp suất trên đờng nạp, nhất là ở chế độ toàn tải, có tần số lớn hơn thời gian dáp ứng của cầu đo và không gây ảnh hởng đến phép đo lu lợng. Nhờ đó, lu lợng kế này làm việc khá ổn định. - Lu lợng kế khí nạp khối lợng kiểu tấm đốt (Hình 2.7): 15 Hình 2.7. Sơ đồ cấu tạo lu lợng kế khối lợng kiểu tấm đốt 1. cầu điện trở; 2. ống đo; 3. lới bảo vệ; 4. dòng khí; 5. thiết bị đo nhiệt độ; 6. tấm đo đốt nóng. Thiết bị này hoạt động theo cùng một nguyên lý nh loại dây đốt. Tuy nhiên phần tử đo đợc sử dụng ở đây là các tấm có điện trở phụ thuộc nhiệt độ, cho phép tăng độ chính xác và tuổi thọ làm việc của lu lợng kế. Trên hình vẽ mô tả một đoạn ống đo có lới bảo vệ hai đầu đặt trong đờng nạp. Bên trong ống này có một ống nhỏ 2 có dạng tiết lu nh họng khuyếch tán của bộ chế hoà khí, với hai tấm đo 5 và 6 chế tạo từ hợp kim gốm. Một tấm đo dùng để xác định lu lợng, còn tấm thứ hai cho phép xác định nhiệt độ khí nạp. Hai tấm đo này đợc mắc với 2 điện trở khác đặt ngoài ống trong hộp riêng. Mạch đo nhiệt độ khí với tấm đo 5 sẽ điều chỉnh dòng điện đốt nóng tấm đo lu lợng 6 sao cho nhiệt độ của tấm này luôn đợc giữ ở khoảng 100 0 C lớn hơn nhiệt độ không khí. Cờng độ dòng điện tỉ lệ với lu lợng khối lợng cần đo. - Lu lợng kế dùng hiệu ứng Karman kiểu siêu âm (Hình 2.8): 16 Hình 2.8. cấu tạo và hoạt động của lu lợng kế Karman kiểu siêu âm 1. các tấm hớng dòng; bộ phận tạo xoáy lốc; 3. khối biến điệu; 4. máy phát sóng siêu âm; 5. thiết bị thu sóng; a. tín hiệu thô; b. tín hiệu sau biến điệu (xung vuông) 2. Nguyên tắc chung của loại thiết bị này là tạo ra những vòng xoáy lốc của không khí trong đờng nạp ở khu vực đo. Tần số của các chuyển động xoáy lốc tỉ lệ với lu lợng không khí và sẽ đợc xác định bởi một thiết bị dùng sóng siêu âm hoặc một cảm biến áp suất. Không khí nạp trớc khi đi vào khu vực đo đợc đa qua một bộ phận dẫn dòng dạng tổ ong, có tác dụng làm đồng nhất dòng chảy tránh các chuyển động rối hoặc xoáy lốc ban đầu làm ảnh hởng đến độ chính xác của phép đo. Sau đó, dòng khí nạp sẽ đợc chia thành 2 luồng nhờ một bộ phận phân dòng có tiết diện tam giác đặt giữa ống nạp. Dới tác dụng của tấm phân dòng này, các vòng xoáy Karman sẽ đợc luân phiên tạo ra ở hai bên tấm với chiều xoáy ngợc nhau. Số l- ợng các vòng xoáy đợc tạo ra tỉ lệ thuận với tốc độ dòng khí qua khu vực đo. Một máy phát đặt ở thành ống nạp sẽ phát sóng siêu âm có tần số xác định theo hớng vuông góc với dòng khí (hớng kính của ống). Một máy thu lắp ở phía thành ống đối diện sẽ tiếp nhận các sóng truyền tới và gửi tín hiệu đo đến ECU. Khi cha có dòng chảy không khí, tức là khi cha có các chuyển động xoáy Karman, thời gian lan truyền của sóng siêu âm qua ống là không đổi. Ngợc lại sự có mặt của các vòng xoáy không khí sẽ làm tăng hoặc giảm tốc độ lan truyền của sóng qua ống, tuỳ theo chiều xoáy. Nh vậy, thời gian lan truyền của sóng từ máy phát đến máy thu sẽ có dạng hình sin. Mạch đo sẽ gửi một xung vuông đến 17 bộ xử lý ECU mỗi khi tín hiệu hình sin đi qua cực tiểu. Tần số các xung vuông tỉ lệ với lu lợng khí nạp, sẽ đợc xử lý để xác định thời gian phun xăng. - Lu lợng kế dùng hiệu ứng Karman kiểu cảm biến áp suất (Hình 2.9) Hình 2.9. Cấu tạo và hoạt động của lu lợng kế Karman kiểu áp suất 1. cảm biến áp suất; 2. khuyếch đại; 3. lọc; 4. mạch tạo xung vuông; 5. bộ điều khiển trung tâm; 6. nguiồn điện; 7. xoáy lốc Karman Nguyên tắc của loại thiết bị này cũng dùng hiệu ứng Karman. Kết cấu đ- ờng nạp ở khu vực đo tơng tự nh lu lợng kế loại siêu âm với bộ phận hớng dòng và các tấm phân dòng. áp suất tĩnh ở hạ lu của tấm phân dòng đợc lấy ra nhờ hai ống đặt ở hai phía của tấm và nối với một cảm biến áp suất. Các chuyển động xoáy lốc Karman sẽ gây ra hiệu ứng bơm trong cảm biến áp suất, kết quả là một tín hiệu hình sin có tần số tỷ lệ với lu lợng không khí. Một mạch điện sẽ biến đổi tín hiệu này thành các xung vuông và gửi đến bộ xử lý ECU 2.1.2.2. Xác định tốc độ quay động cơ, vị trí trục khuỷu và pha làm việc của các xilanh Các thông tin về tốc độ động cơ, vị trí trục khuỷu hoặc pha làm việc của các xilanh sẽ đợc các cảm biến tốc độ cung cấp. Có hai loại cảm biến tốc độ hoạt động theo 2 nguyên tắc là từ tính hoặc quang học. - Cảm biến từ tính (Hình 2.10) 18 [...]... nghèo Hình 2.27: Đặc tính cảm biến Lambda 2.3 quá trình xử lý tín hiệu của ecu và nguyên tắc điều khiển đầu ra của cơ cấu chấp hành Tín hiệu điều khiển ra của ECU bao gồm tín hiệu điều khiển 4 vòi phun, tín hiệu điều khiển IC đánh lửa, tín hiệu điều khiển van không tải ISC (Idle Speed Control), tín hiệu điều khiển bơm xăng, tín hiệu điều khiển van luân hồi khí thải, tín hiệu điều khiển đèn chẩn đoán... đợc nguyên lý làm việc của thiết bị kiểm tra ECU và các mạch điện của thiết bị thì ngoài việc phân tích kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng còn phải phân tích đợc đặc tính các tín hiệu đầu vào và nguyên tắc điều khiển ra của ECU Các tín hiệu đầu vào ECU bao gồm: 26 - Tín hiệu áp suất đờng ống nạp mang thông tin về áp suất đờng ống nạp từ đó dựa vào tốc độ động cơ và nhiệt độ khí nạp ECU. .. quá trình xử lý tín hiệu vào của ECU Ta đã biết vi xử lý chỉ làm việc với tín hiệu số vì vậy các tín hiệu từ các cảm biến khi đa vào ECU đều phải đợc chuyển đổi sang tín hiệu số trớc khi đa vào vi xử lý Các tín hiệu đa vào ECU bao gồm tín hiệu tơng tự (ANALOG), tín hiệu xung, và tín hiệu dạng on/off Dới đây ta sẽ xét riêng từng dạng tín hiệu 2.3.1.1 Chuyển đổi tơng tự số (A/D) Tín hiệu tơng tự (analog)... nhịp điều khiển đánh lửa cho ECU - Tín hiệu vị trí bớm ga cho ECU biết động cơ đang làm việc ở chế độ tải nào và cho ECU biết thời điểm tăng tốc - Tín hiệu khởi động, tín hiệu bật điều hoà cho ECU biết thời điểm cần nâng mức garenti Tất cả các tín hiệu kể trên đo đợc nhờ các cảm biến thu nhận đợc trong quá trình động cơ làm việc và gửi về ECU 2.2.1 Những nguyên lý cơ bản và các đặc trng đo lờng Các. .. phải có các mạch trung gian để chuyển đổi tín hiệu dạng tơng tự sang số và ngợc lại Trong các tín hiệu vào ECU thì tín hiệu tơng tự bao gồm tín hiệu áp suất đờng ống nạp, tín hiệu nhiệt độ nớc nhiệt độ không khí nạp, tín hiệu vị trí bớm ga, tín hiệu lambda, tín hiệu điện áp cung cấp Nh phần phân tích tín hiệu cảm biến áp suất đờng ống nạp đã trình bày, ở đây ta phải xét đến vấn đề về độ chính xác của mạch... bật điều hoà nhiệt độ, tín hiệu đánh tay lái tại chỗ, tín hiệu từ công tắc không tải Để vi xử lý xác định đợc tín hiệu nào xuất hiện thờng có nhiều cách, hoặc là tơng ứng với mỗi tín hiệu on/off là một giá trị số tơng ứng báo về ECU hoặc ECU sử dụng biện pháp quét vòng lần lợt từng tín hiệu vào 2.3.2 Phân tích quá trình điều khiển ra của ECU Các cơ cấu chấp hành do ECU điều khiển bao gồm vòi phun chính,... không tải) hiệu chỉnh đánh lửa dựa vào chế độ làm việc của hệ thống hiệu chỉnh góc đánh lửa không tải hiệu chỉnh không tải , cắt nhiên liệu hiệu chỉnh chế độ chuyển tiếp từ không tải lên có tải hiệu chỉnh các chế độ chuyển đổi hiệu chỉnh tránh kích nổ giới hạn góc đánh lửa góc đánh lửa hiệu quả Hình 2.17 Biểu đồ tính toán thời điểm đánh lửa động cơ hiện đại 2.2 đặc tính các tín hiệu đầu vào của ecu Nh... tốc độ quay và cảm biến thời điểm Hai cảm biến này gửi về ECU hai tín hiệu, tín hiệu thời điểm mang thông tin về thời điểm bắt đầu tính toán góc đánh lửa sớm của từng xylanh, và tín hiệu vòng quay cho ECU biết tốc độ động cơ trong quá trình tính toán lợng nhiên liệu phun và góc đánh lửa sớm; ngoài ra tín hiệu này còn tạo xung nhịp để thay đổi góc đánh lửa sớm Đối với những động cơ điều khiển phun xăng... 2.28 Thông tin mà các tín hiệu tơng tự muốn truyền đạt là biên độ của nó Biên độ này là một hàm của thời gian 39 i u u=f(t) i=g(t) t t Hình 2.28: Dạng tín hiệu tương tự Tuỳ theo dạng của f và g mà ta có thể kết luận đợc về bản chất của tín hiệu u, i nói trên Khác với tín hiệu tơng tự, tín hiệu số (digital) chứa thông tin ở vị trí các xung hay sự thay đổi đột ngột của biên độ (so với tín hiệu thời gian... nạp ECU sẽ tính toán ra đợc lợng không khí nạp - Tín hiệu nhiệt độ nớc làm mát mang thông tin về nhiệt độ của động cơ, tín hiệu nhiệt độ khí nạp cho ECU biết nhiệt độ của không khí, đây chính là thông tin về mật độ khí nạp - Tín hiệu kích nổ cho ECU biết thời điểm xảy ra hiện tợng kích nổ trong động cơ - Tín hiệu thời điểm cho ECU biết thời điểm đánh lửa và thời điểm phun của từng máy - Tín hiệu vòng . và tốc độ của động cơ. 12 2. 1 .2. 1. Xác định lu lợng khí nạp (Hình 2. 3) Hình 2. 3. Mạch không khí và lu lợng kế 1. bớm ga; 2. lu lợng kế; 3. tín hiệu. khối lợng kiểu dây đốt (Hình 2. 5): Hình 2. 5. Sơ đồ lắp đặt dây đo lu lợng kế kiểu dây đốt 1. thành ống nạp; 2. dây đo platin Phơng pháp đo lu lợng thể