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

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)

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

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

của trục khuỷu giữa hai răng liên tiếp. Để xác định vị trí tơng đối của trục
khuỷu (chẳng hạn so với điểm chết trên), ngời ta tạo ra một chuẩn trên bánh đà,
có thể là một lỗ hay một mấu nhỏ. Cảm biến vị trí trục khuỷu sẽ cung cấp một
xung điếnau một vòng quay động cơ vào thơpì điểm vật chuẩn này đi qua trớc
mặt lõi từ của cảm biến.
Hình dạng và độ lớn của tín hiệu điện do các cảm biến từ tính cung cáp
phụ thuộc vào vật liệu chế tạo cảm biến và động cơ, tốc độ động cơ, khe hở cảm
biến và vật quay , hình dạng của răng hoặc vật chuẩn. Các tín hiệu này sau khi
đợc cuẩn hoá sẽ đợc ECU xử lý để xác định tốc độ độngcơ và vỉtí tức thời của
trục khuỷu.
- Cảm biến quang học (Hình 2.11)
19
Hình 2.11. Nguyên lý làm việc của cảm biến quang học
1. Bộ dò quang học; 2. bộ điều khiển trung tâm; 3. tế bào quang điện; 4. rãnh xẻ xác
định điểm chết trên; 5. rãnh xẻ xác định góc quay trục khuỷu
Các cảm biến này đợc lắp ở bộ phân phối đánh lửa hoặc ở đầu trục cam
để xác dịnh tốc độ động cơ và pha làm việc của các xilanh. Một đĩa quay do
động cơdẫn động (một vòng quay sau mỗi chu trình làm việc) đợc xẻ 4 rãnh
giống nhau, phân phối đều đặn ở chu vi cách nhau 90
0
. Bốn rãnh này dùng để
xác định góc quay của trục khuỷuvà tốc độ động cơ. Hai rãnh khác có bề rộng
khác nhau sẽ đợc xẻ ở bên trong đối diện qua tâm đĩa, dùng để xác định điwmr
chết trên tơng ứng với quá trình nén của xilanh số 1. Tín hiệu đo đợc tạo ra nhờ
2 diot phát quang và hai tế bào quang điện, đợc bố trí thành hai cặp đối diện ở
hai bên đĩa. Mỗi khi có rãnh chạy qua tia sáng từ diot phát quang sẽ đi tới tế
bào quang điện làm thông mạch đo. Trờng hợp ngợc lại sẽ không có xung điện.
Tín hiệu đo dới dạng các xung vuông đợc gửi đến ECU.
2.1.2.3. Xác định lợng xăng phun vào động cơ
Việc xác định lợng xăng phun vào động cơ do ECU thực hiện dựa trên

nhiệt độ
động cơ
Tín hiệu lưu
lượng khí nạp
tín hiệu tốc độ động cơ
lấy từ cực âm cuộn sơ
cấp bôbin
injector
injector
injector
injector
điều khiển thay đổi độ
rộng xung thực tế
điều khiển thay
đổi độ rộng xung
cơ sở
Bộ chia 2
Sửa dạng xung
tầng
công
suất
Hình 2.12. Hoạt động phun xăng
Tiếp theo xung phun cơ sở đợc đa vào bộ tạo xung phun thực cũng tơng
tự nh bộ tạo xung phun cơ sở, chỉ khác là tại đây độ rộng xung phun bị thay đổi
bởi nhiều yếu tố hơn bao gồm nhiệt độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, tải trọng,
thành phần khí xả, mức điện áp ăcquy ... Độ rộng xung phun sau khi ra khỏi
tầng này là độ rộng xung phun chính xác, tín hiệu này đợc đa thẳng tới tầng ra
(Drive) và tới vòi phun. Dới đây là hình vẽ dạng xung tại mỗi tầng của động cơ
4 xilanh.
21

ổn định điện áp cung cấp, sự sụt áp sẽ làm tăng thời gian mở bép phun dẫn đến
làm giảm lợng nhiên liệu đa ra vì thế phải tăng độ rộng xung phun khi điện áp
ắcquy tụt). Theo nguyên lý trên thì độ rộng xung phun thực tế thay đổi tuyến
tính theo lu lợng khí nạp, nhiệt độ ... nhng trên thực tế để đảm bảo động cơ chạy
đạt hiệu quả cao nhất tại tất cả mọi chế độ nhằm đạt đợc đờng đặc tính lý tởng
thì độ rộng xung không thể thay đổi tuyến tính đợc do đó đối với các hệ thống
phun đời cao độ rộng xung phun cơ sở đợc tính toán lập trình sẵn và đa vào
trong bộ nhớ tĩnh hoặc động, việc tính toán độ rộng xung phun cơ sở đợc xác
định từ tỷ lệ lu lợng khối lợng nhiên liệu đợc yêu cầu với một hằng số phun
kinh nghiệm , hằng số phun kinh nghiệm đợc xác định theo thiết kế vòi phun.
Hằng số này thông thờng đợc xác định bởi một sự chênh áp không đổi của áp
suất xuyên qua vòi phun (từ tia phun tới cổ hút) khi áp suất xuyên qua vòi phun
không phải là hằng số (ví dụ nh khi có sự thay đổi độ chân không do thay đổi
tốc độ) thì cần phải có một bản đồ xác định hằng số phun đối với các sai khác
22
của áp suất đờng hút. Sau khi tính toán đợc một miền làm việc của động cơ thì
các số liệu này đợc kiểm tra trên chính động cơ đợc lắp và đợc hiệu chỉnh lại
cho phù hợp, đảm bảo với mỗi số vòng quay và mức tải sẽ có một độ rộng xung
phun hữu hiệu nhất. ECU có số điểm lập trình càng dày thì động cơ làm việc
càng có hiệu suất cao và tốn ít nhiên liệu nhất. Sau khi xác định đợc độ rộng
xung phun cơ sở thì tiếp theo xung phun sẽ đợc hiệu chỉnh tiếp đảm bảo phù
hợp với từng chế độ giống nh hệ thống phun đời thấp bao gồm hiệu chỉnh theo
các chế độ không tải, toàn tải, xuống dốc, tăng tốc,hiệu chỉnh theo nhiệt độ
động cơ, nhiệt độ khí nạp, điện áp ắcquy... Với biện pháp này đặc tính phun của
động cơ sẽ trở thành đặc tính phun lý tởng . Thông thờng độ rộng xung phun
hiệu quả đợc xác định theo sơ đồ khối nh hình 2.14. Thời gian phun thực tế đợc
xác định qua tính toán sẽ phải nằm trong khoảng xác định bởi các giá trị giới
hạn nhỏ nhất và lớn nhất đã đợc lu trữ sẵn trong bộ nhớ nhằm đảm bảo sự vận
hành tin cậy của hệ thống phun .
sai

theo chế độ hiện tại của
động cơ
Độ rộng xung phun hiệu
quả
Chuẩn hoá độ rộng xung
theo điện áp ắcquy
23

Trích đoạn Điều khiển vòi phun

---