Bộ giao thông vận tải
trờng cao đẳng giao thông vận tải
Báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ
nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm tra ecu
của các xe ô tô đời mới Chủ nhiệm đề tài: ts . vũ ngọc khiêm
1.3.1. Khối cảm biến
1.3.2. Khối điều khiển (ECU)
1.3.3. Khối chấp hành
Chơng 2: nghiên cứu đặc tính các tín hiệu và nguyên tắc điều
khiển của ECU
2.1. Kết cấu và hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử
2.1.1. Hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu
2.1.1.1. Bơm xăng
2.1.1.2. Bộ lọc xăng
2.1.1.3. Dàn phân phối xăng
2.1.1.4. Thiết bị điều chỉnh áp suất
2.1.1.5. Vòi phun điện từ
2.1.1.6. Bộ giảm dao động áp suất
2.1.2. Định lợng hỗn hợp nhiên liệu-khí
2.1.2.1. Xác định lu lợng khí nạp
2.1.2.2. Xác định tốc độ quay động cơ, vị trí trục khuỷu và pha làm việc
của các xilanh
2.1.2.3. Xác định lợng xăng phun vào động cơ
2.2. Đặc tính các tín hiệu đầu vào của ecu
2.2.1. Những nguyên lý cơ bản và các đặc trng đo lờng
2.2.2. Cảm biến áp suất đờng ống nạp (Manifold Absolute Pressure)MAP
2.2.3. Cảm biến tốc độ quay và cảm biến thời điểm
2.2.4. Cảm biến nhiệt độ động cơ và nhiệt độ khí nạp
2.2.5. Cảm biến vị trí bớm ga
2.2.6. Cảm biến Lambda
2
4.1.6. Phát hiện lỗi của hệ thống
4.2. Phơng pháp chẩn đoán lỗi của ecu và hệ thống nhờ thiết bị chẩn đoán
4.3. Chẩn đoán lỗi của ECU nhờ thiết bị kiểm tra ECU là kết quả nghiên cứu của đề tài
4.1.2 Đấu dây cơ cấu chấp hành
4.1.3 Đấu dây hệ thống chẩn đoán
4.2 Khởi động chơng trình
4.3 Thực hành tìm hiểu sự ảnh hởng của các thông số đầu vào tới các tín hiệu đầu ra 1
Mở đầu
Trong những năm gần đây, số lợng ô tô hiện đại sử dụng động cơ xăng
nhập vào nớc ta ngày càng nhiều. Các kiểu ô tô này đều đã đợc cải tiến theo
xu hớng tăng công suất, tốc độ, giảm tiêu thụ nhiên liệu, điện tử hoá quá
trình điều khiển và đặc biệt đã áp dụng mọi biện pháp, thành tựu khoa học để
giảm đến mức tối thiểu các chất độc hại nh cacbua hyđrô (CH), mono oxit
cacbon (CO), oxit nitơ (NO
X
), các hạt các bon tự do (C) trong thành phần
khí xả của động cơ. Nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin
và tự động hoá, hầu hết các hệ thống trên xe ô tô đều đợc điều khiển bằng kỹ
thuật số DME (Digital Motor Electronics). Tuỳ vào mức độ hiện đại của từng
đời xe mà hệ thống điều khiển ô tô có thể bao gồm các bộ điều khiển điện tử
Electronic Control Unit (ECU) nh: ABS ECU (Anti Locking System): hệ
thống chống hãm cứng khi phanh; ECT ECU: điều khiển truyền lực; EMS
ECU: điều khiển hệ thống treo; TRC ECU: điều khiển đặc tính kéo; PS ECU:
các ECU rời.
Để thuận tiện hơn cho việc chẩn đoán tình trạng làm việc của ECU
cũng nh toàn bộ hệ thống điều khiển xe ôtô trên thế giới đã có rất nhiều hãng
sản xuất thiết bị chẩn đoán nh Autodianogistic T660, Automotive Dino
nhằm mục đích giúp ngời thợ nhanh chóng phát hiện và khắc phục kịp thời
các h hỏng của hệ thống. Các thiết bị này còn cho phép dịch mã lỗi dới
dạng chữ viết hoặc vẽ đồ thị của một số thông số cơ bản nh thời gian phun
xăng, góc đánh lửa sớm ở Việt Nam loại thiết bị này rất ít đợc sử dụng do
giá thành khá cao. Mặt khác các thiết bị kể trên cũng chỉ có thể kiểm tra đ
ợc
các ECU đang lắp trên xe ô tô. Những ECU rời bên ngoài không kiểm tra
đợc gây khó khăn cho việc đánh giá chất lợng các ECU mới và các ECU
cần thay thế trong sửa chữa.
3
Trớc thực trạng đó, nhóm nghiên cứu mạnh dạn đăng ký đề tài nghiên
cứu chế tạo thiết bị kiểm tra ECU cho phép kiểm tra các ECU rời và ECU gắn
trên xe, giúp cho thợ sửa chữa động cơ ôtô có những kết luận chính xác và
thuyết phục.
Do thời gian và khả năng có hạn, cùng những sự hạn chế về mặt thiết bị
công nghệ tại Việt nam, chắc chắn đề tài còn có những hạn chế nhất định.
Nhóm tác giả mong muốn nhận đợc sự góp ý phê bình của bạn đọc gần xa.
Mọi ý kiến xin gửi về Phòng Khoa học Công nghệ và Đối ngoại, Trờng Cao
đẳng GTVT, 54 Triều Khúc, Thanh Xuân, Hà Nội.
Hà Nội, tháng 02 năm 2006
4
so với bộ chế hoà khí cổ điển.
5
1.1.2. Tăng hiệu suất
- Đối với động cơ phun xăng, sức cản khí động trên đờng nạp đợc
giảm bớt do bỏ bộ chế hoà khí. Kết cấu đờng nạp có thể đợc tối u hoá để
nạp đầy tối đa động cơ trong mọi chế độ vận hành.
- Bộ điều khiển điện tử trung tâm của một số hệ thống phun xăng còn
chỉ huy đồng thời cả hệ thống đánh lửa, nhờ đó cho phép tối u hoá cả hai quá
trình phun xăng và đánh lửa để tăng hiệu suất của động cơ.
- Việc dùng hệ thống phun xăng sẽ tạo thuận lợi hơn cho việc tăng áp
đối với động cơ.
1.1.3. Động cơ làm việc ở quá trình chuyển tiếp tốt hơn
- Động cơ làm việc ở quá trình chuyển tiếp tốt hơn do các quá trình điều
khiển bằng điện tử có quán tính rất nhỏ.
- Tính tăng tốc tốt, rút ngắn và tối u hoá các quá trình khởi động và
sấy nóng động cơ, cải thiện đợc sự làm việc ổn định của động cơ ở chế độ
không tả
1.1.4. Giảm độc hại khí thải
- Do xăng đợc phun dới dạng sơng mù với đờng kính hạt chỉ vài
trăm àm nên hỗn hợp đợc chuẩn bị tốt hơn và cháy tốt hơn.
- Việc sử dụng cảm biến Lamda và bộ xúc tác khí thải cho phép đạt
đợc hỗn hợp chuẩn ở các chế độ làm việc của động cơ và giảm mức thải độc
hại của khí xả.
1.2. phân loại hệ thống phun xăng
Để phân loại hệ thống phun xăng ngời ta có thể dựa vào một số tiêu
chí nh: phân loại theo số vòi phun đợc sử dụng trong hệ thống, phân loại
theo nguyên tắc làm việc của hệ thống phun, và phân loại theo nguyên tắc đo
1.2.2.2. Hệ thống phun xăng với thiết bị đo lu lợng kiểu áp suất-tốc độ
Lợng không khí nạp đợc xác định thông qua áp suất tuyệt đối trong
ống nạp và chế độ tốc độ động cơ. Các đầu đo áp suất đợc sử dụng thờng là
cảm biến áp suất kiểu áp điện - điện trở.
7
1.2.2.3. Hệ thống phun xăng với thiết bị đo lu lợng kiểu siêu âm
Một cơ cấu đặc biệt đợc lắp trên đờng nạp nhằm tạo ra các chuyển
động xoáy lốc của không khí ở một ví trí xác định. Số lợng các vòng xoáy
lốc sẽ tỉ lệ với lợng thể tích. Một nguồn sóng siêu âm đặt trên thành ống nạp,
phát sóng có tần số xác định theo hớng vuông góc với dòng chảy không khí.
Tốc độ lan truyền của sóng siêu âm xuyên qua dòng khí phụ thuộc vào lợng
khí chuyển động xoáy. Một thiết bị nhận sóng siêu âm sẽ đo tốc độ này và gửi
tín hiệu điện đến bộ điều khiển trung tâm.
1.2.3. Phân loại theo nguyên tắc làm việc của hệ thống phun
Có hai loại: hệ thống phun xăng cơ khí và hệ thống phun xăng điện tử.
1.2.3.1. Hệ thống phun xăng cơ khí
Trong hệ thống loại này việc dẫn động, điều khiển, điều chỉnh định
lợng hỗn hợp đợc thực hiện theo một số nguyên lý cơ bản nh động học,
động lực học, cơ học chất lỏng, nhiệt động lực học có hai loại hệ thống
phun xăng cơ khí là loại đợc dẫn động bởi động cơ đốt trong, bao gồm một
bơm xăng và một bộ phận định lợng nhiên liệu hoạt động nh hệ thống phun
nhiên liệu của động cơ diesel, loại thứ hai hoạt động độc lập, không có dẫn
động cơ khí từ động cơ.
1.2.3.2. Hệ thống phun xăng điện tử
Đối với hệ thống phun xăng điện tử, bộ điều khiển trung tâm sẽ xử lý
hàng loạt các thông tin nhận đợc từ các cảm biến cung cấp tới dới dạng tín
hiệu điện phản ánh các thông số công tác của động cơ. Sau khi xử lý các
Cảm biến
Thông số chuẩn
(Cartographie)
Điều khiển
đánh lửa
Lambda
tốc độ
bớm ga
áp suất
Hình 1.1. Nguyên lý của HTPX điện tử
Trên hình vẽ giới thiệu sơ đồ nguyên lý của hệ thống phun xăng điện tử
Bosh Motronic, là một trong những hệ thống hiện đại hiện nay. Hệ thống này
là một hệ thống điếu khiển tích hợp cả hai quá trình phun xăng và đánh lửa
của động cơ. Hệ thống bao gồm 3 khối thiết bị:
9
1.3.1. Khối cảm biến
Các cảm biến có nhiệm vụ ghi nhận các thông số hoạt động của động
cơ (lu lợng khí nạp, tốc độ động cơ, nhiệt độ, tải trọng, nồng độ ô xi trong
khí thải).
1.3.2. Khối điều khiển (ECU)
Bộ xử lý và điều khiển trung tâm tiếp nhận và xử lý các thông tin do
các cảm biến cung cấp. Tính hiệu đa đến từ các cảm biến sẽ đợc chuyển đổi
thành tín hiệu số, rồi đợc xử lý theo một chơng trình vạch sẵn. Những số
liệu cần thiết cho việc tính toán đã đợc ghi nhớ sẵn trong một bộ nhớ của
máy tính dới dạng các bộ thông số vận hành hay đặc tính chuẩn. Bộ điều
khiển trung tâm bao gồm các cơ cấu sau:
bảo cho động cơ luôn làm việc ở giới hạn không xảy ra kích nổ.
- Điều chỉnh Lambda: là điều chỉnh hệ số d lợng không khí thông
qua cảm biến ôxi đặt trên đờng thải để luôn có hỗn hợp chuẩn ( = 1).
- Điều khiển thiết bị thu hồi hơi xăng: Bình xăng chỉ đợc thông với khí
quyển thông qua một bộ hấp thụ hơi xăng dùng than hoạt tính. Hơi xăng sẽ
đợc tự động đa trở lại đờng nạp ở những điều kiện xác định.
- Luân hồi khí thải: Vì NO
x
đợc tạo ra chủ yếu trong nhiệt độ từ
khoảng 1800
0
C - 2000
0
C, nên việc giảm nhiệt độ cháy cực đại sẽ góp phần
hạn chế lợng khí độc hại này. Trong trờng hợp hàm lợng NO
x
trong khí
thải vựot quá mức qui định, thiết bị luân hồi cho phép đa một lợng khí thải
từ đờng thải trở về đờng nạp làm giảm lợng ôxi trong khí nạp dẫn đến hạ
nhiệt độ cháy.
- Điều chỉnh tự thích ứng: Một số hệ thống phun xăng điện tử có khả
năng tự động hiệu chỉnh các cảm biến, hoặc có tính đến phơng án làm việc
sự cố. Ví dụ trong trờng hợp một trong các cảm biến bị hỏng, bộ điều khiển
trung tâm sẽ làm việc dựa theo các thông tin nhận đợc từ các cảm biến còn
lại hoặc sẽ tự thay thế thông tin thiếu hay sai lạc do cảm biến h hỏng bằng
một giá trị khác đợc lập trình từ trớc.
11
12
- Thiết bị chống khởi động mã hoá, đối thoại với hộp số tự động, liên
lạc với máy tính của xe, chẩn đoán và thông báo sự cố.
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.
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
15
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).
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
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
17
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 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.
- 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
19
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):
Hình 2.7. Sơ đồ cấu tạo lu lợng kế khối lợng kiểu tấm đốt
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 lợng 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.
21
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 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
trong lõi sắt và tạo ra một xung điện cảm ứng trong cuộn dây.
Copyright: Tài liệu đại học ©