BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

KHAI THÁC VẬN HÀNH THIẾT BỊ ST8000 VÀ
OSCILLOSCOPE ĐỂ KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG
LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ Ô TÔ

NGUYỄN VĂN NAM
Người hướng dẫn Luận văn: NGUYỄN VIẾT TIẾP
VŨ HOÀI ÂN

Hà Nội, 2010


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Luận văn thạc sĩ khoa học

LI CAM OAN
Tụi xin cam oan nhng kt qu thc nghim c by trong lun vn l kt qu
t nghiờn cu ca bn thõn, khụng sao chộp t bt k mt cụng trỡnh no cú trc ca
ngi khỏc.
Tỏc gi

Nguyn Vn Nam

HV. Nguyễn Văn Nam


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Luận văn thạc sĩ khoa học

MC LC
Trang
Li cam oan.....01
Li cm n.............02
Mc lc..03
Danh mc cỏc ch vit tt..............05
M u...............06
Chng 1: Tng quan v h thng iu khin lp trỡnh cho ng c ụ tụ...08
1.1. Khỏi quỏt v h thng iu khin lp trỡnh cho ng c ụ tụ............ 08
1.2. Cu trỳc h thng iu khin lp trỡnh v thut toỏn iu khin10
1.2.1. S cu trỳc v cỏc khi chc nng......10
1.2.2. Thut toỏn iu khin lp trỡnh.12
1.3. Cỏc loi cm bin v tớn hiu ngừ vo....17
1.3.1. Cm bin o lu lng khớ np........17
1.3.2. Cm bin tc ng c v v trớ piston..22
1.3.3. Cm bin bm ga....24
1.3.4. Cm bin nc lm mỏt v cm bin nhit khớ np.............26
1.3.5. Cm bin khớ thi hay cm bin ụxy............28
1.3.6. Cm bin tc xe...30
1.3.7. Cm bin kớch n..31
1.3.8. Mt s tớn hiu ngừ vo........32
1.4. B iu khin in t ECU.....32
1.4.1. Tng quan.32
1.4.2. Cu to..33
1.4.3. Cu trỳc ECU....34

2.2.1. Gii thiu chung v thit b..70
2.2.2. Cu to ca thit b Oscilloscope.71
2.2.3. Cỏc chc nng ca Oscilloscope..72
Chng 3: Th nghim bin phỏp m bo tớnh n nh ca ng c.77
3.1. Phng phỏp th nghim trờn ng c..................................................................77
3.2. Kt ni, vn hnh thit b...77
3.2.1. Chun b...77
3.2.2. Kim tra ng c trc khi thc nghim.78
3.2.3. Kt ni thit b ST8000 vi h thng iu khin ....78
3.2.4. Kt ni thit b Oscilloscope vi ng c............82
3.3. Kt qu thc nghim..............83
3.3.1. ng c Toyota Corolla 1995, 4A - EFI ............83
3.3.2. ng c Toyota Vios 2007, 1NZ - FE............84
3.3.3. ng c Toyota Innova 2006, 1TR - FE.84
.

3.3.4. th mi quan h gia cỏc thụng s thc nghim (n, , CO, HC)....85
3.3.5. ỏnh giỏ, nhn xột kt qu o..87
3.4. Cỏc bin phỏp m bo tớnh n nh ca ng c trong quỏ trớnh lm vic..88
3.4.1. Bo dng nh k...88
3.4.2. Kim soỏt tớn hiu trong h thng iu khin ng c ...88
Kt lun v kin ngh..91
Ti liu tham kho...... 92
Ph lc..93
.

HV. Nguyễn Văn Nam

4


p sut tuyt i ng ng np
Phun in t a im
Phun in t n im
im cht trờn
H thng phun xng in t

5

Ngành Công nghệ cơ khí


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Luận văn thạc sĩ khoa học
M U

Vi s phỏt trin ca nn kinh t th th trng, nng ng ó ỏp ng c phn
ln nhu cu cuc sng con ngi, trong ú phi k n t cuc cỏch mng cụng ngh
thụng tin ó lm thay i th gii. Cụng ngh thụng tin ó thõm nhp vo mi lnh
vc. Nh s ng dng ú m ngnh cụng ngh ụ tụ ó cú nhng bc phỏt trin mnh
cú th coi ú l cuc sng cỏch mng cụng sut ngy cng cao, tit kim nhiờn liu, d
iu khin, an ton ngy cng tng v khớ x gõy ụ nhim ngy cng gim.
Cỏch õy vi thp niờn, vic ng dng cụng ngh thụng tin, cụng ngh iu khin
t ng, c in t trong cỏc thit b mỏy múc núi chung, phng tin giao thụng vn
ti núi riờng cũn nhiu hn ch. Hu ht cỏc h thng c trang b trờn ụ tụ nh: H
thng nhiờn liu, h thng ỏnh la, h thng phanh,mi ch ng dng n thun v
mt iu khin c khớ, khụng kim soỏt c s lm vic ca chỳng. Chớnh vỡ vy nú
ó lm gim cụng sut, hiu qu s dng xe thp v lm ụ nhim mụi trng.
Hin nay, trờn cỏc ụ tụ i mi u c lp t h thng mỏy tớnh, cụng ngh
in t v iu khin trờn xe, vi phn mm v cỏc b cm bin, thc hin chc nng


Tỡm hiu, khai thỏc vn hnh thit b ỏnh giỏ tỡnh trng lm vic ca ng c.
ng thi xut bin phỏp nõng cao tớnh n nh ca ng c.
Nhim v nghiờn cu:
- Khỏi quỏt v h thng iu khin lp trỡnh cho ng c ụ tụ.
- Khai thỏc vn hnh thit b ỏnh giỏ tỡnh trng lm vic ca ng c.
- Th nghim bin phỏp m bo tớnh n nh ca ng c.
Cu trỳc ca lun vn c trỡnh by trong 3 chng:
Chng 1: Tng quan v h thng iu khin lp trỡnh cho ng c ụ tụ
Chng 2: Nghiờn cu vn hnh thit b ỏnh giỏ tỡnh trng lm vic ca ng c
Chng 3: Th nghim bin phỏp m bo tớnh n nh ca ng c

HV. Nguyễn Văn Nam

7

Ngành Công nghệ cơ khí


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Luận văn thạc sĩ khoa học

CHNG 1. TNG QUAN V H THNG IU KHIN LP TRèNH
CHO NG C ễ Tễ
1.1. Khỏi quỏt v h thng iu khin lp trỡnh cho ng c ụ tụ
1.1.1. Lch s phỏt trin
Vo th k 19, mt k s ngi Phỏp - ụng stevan - ó ngh ra cỏch phun nhiờn
liu cho mt mỏy nộn khớ. Sang u th k 20, ngi c ó ỏp dng h thng phun
nhiờn liu cho ng c 4 thỡ tnh ti (nhiờn liu dựng trờn ng c ny l du ho nờn

1.1.2. Phõn loi v u nhc im
1.1.2.1. Phõn loi
a) Phõn bit theo cu to kim phun
ỉ Loi CIS (continuous injection system)
õy l kiu s dng kim phun c khớ, gm 4 loi c bn:
- H thng K - Jetronic: vic phun nhiờn liu c iu khin hon ton bng c
khớ.
- H thng K - Jetronic cú cm bin khớ thi: cú thờm mt cm bin oxy.
- H thng KE - Jetronic: h thng K-Jetronic vi mch iu chnh ỏp lc phun
bng in t.
- H thng KE - Motronic: kt hp vi vic iu khin ỏnh la bng in t.
ỉ Loi AFC (air flow controlled fuel injection)
S dng kim phun iu khin bng in: cú 2 loi chớnh
- D - Jetronic: vi lng xng phun c xỏc nh bi ỏp sut sau cỏnh bm ga
bng cm bin MAP (manifold absolute pressure sensor).
- L - Jetronic: vi lng xng phun c tớnh toỏn da vo lu lng khớ np ly
t cm bin o giú loi cỏnh trt. Sau ú cỏc phiờn bn: LH - Jetronic vi cm bin
o giú dõy nhit, LU - Jetronic vi cm bin giú kiu siờu õm...
b) Phõn bit theo v trớ lp t kim phun
ỉ Loi TBI (Thorottle body injection) - phun n im
õy l loi phun trung tõm. Kim phun c b trớ phớa trờn cỏnh bm ga v
nhiờn liu c phun bng mt hay hai kim phun. Nhc im loi ny l tc dch
chuyn ca ho khớ thp do nhiờn liu c phun v trớ xa supap hỳt v kh nng
thp thoỏt trờn ng ng np.
ỉ Loi MPI (Multi point fuel injection) - phun a im

HV. Nguyễn Văn Nam

9


1.2. Cu trỳc h thng iu khin lp trỡnh v thut toỏn iu khin
1.2.1. S cu trỳc v cỏc khi chc nng
S cu trỳc v cỏc khi chc nng ca h thng iu khin ng c c th
hin trờn hỡnh 1.2 v 1.3. H thng iu khin bao gm: ngừ vo (inputs) vi ch yu
l cỏc cm bin; hp ECU (electronic control unit) l b nóo ca h thng cú th cú
hoc khụng cú b vi x lý; ngừ ra (outputs) l cỏc c cu chp hnh nh kim phun,
bobine, van iu khin cm chng...

HV. Nguyễn Văn Nam

10

Ngành Công nghệ cơ khí


Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi

Ln v¨n th¹c sÜ khoa häc

INPUT (SENSORS)

OUTPUT (ACTUATORS)

Tốc độ động cơ
Tải động cơ
(MAP)

Kim phun nhiên liệu

E


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 1.3: Sơ đồ các khối chức năng của hệ thống điều khiển

HV. Ngun V¨n Nam

11


Hình 1.4: Sơ đồ ngun lý của hệ thống điều khiển động cơ với liên hệ ngược
Thơng số điều khiển xuất hiện ở đầu ra được ký hiệu ξ(t). Tín hiệu so r(t) đã
được định sẵn. Cảm biến sẽ đưa ra tín hiệu Vξ(t) tỉ lệ thuận với ξ(t).
Nếu hệ thống làm việc lý tưởng thì giá trị Ve(t) trong một khoảng thời gian làm
việc nào đó (VD: chế độ động cơ đã ổn định) phải bằng 0. Trên thực tế, giữa 2 tín hiệu
nêu trên ln có sự chênh lệch và mạch điều khiển điện tử sẽ dựa vào sự chênh lệch
này để hình thành xung VA(t) điều khiển cơ cấu chấp hành (kim phun). Việc thay đổi
này sẽ tác động đến thơng số đầu vào U(t) của động cơ (tỉ lệ hòa khí).
Ngày nay có rất nhiều phương pháp điều khiển động cơ dựa trên cơ sở sử dụng
máy tính để xử lý tín hiệu. Thơng thường các máy tính này giải bài tốn tối ưu có điều
kiện biên để điều khiển động cơ. Mục tiêu của bài tốn này là điều khiển động cơ đạt
được cơng st lớn nhất với mức tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất trong các điều kiện giới
hạn về độ độc hại của khí thải. Như vậy, có thể biểu diễn hệ thống điều khiển động cơ
tối ưu trong mối quan hệ của 3 véctơ sau:

y = ( y1 , y 2 , y3 , y 4 );
u = (u1 , u 2 , u3 , u 4 , u5 );
x = ( x1 , x2 , x3 ).
Véc tơ y(t) là hàm phụ thuộc các thơng số ở ngõ ra bao gồm các 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
Véc tơ x(t) mơ tả trạng thái của động cơ tức điều kiện hoạt động, phụ thuộc vào
các thơng số:

x1 − áp suất trên đường ống nạp


F = y1 ( x(t ), u (t )dt
0

Nh vy, ng c t trong s c iu khin sao cho F luụn t giỏ tr nh
nht vi cỏc iu kin biờn l qui nh ca cỏc nc v nng cỏc cht c hi trong
khớ thi.
b) iu khin phun xng
ỉ iu khin chng ụ nhim
Cỏc cht c trong khớ thi nh: CO, HC, NOX ph thuc mnh vo t l hũa khớ:
< 1: tng lng HC v CO
= 1: cú CO, HC, NOx phn ng vi nhau trong b xỳc tỏc. Sau b xỳc tỏc
cú rt ớt cht c.
1.1: lng NOX s t giỏ tr cc i do nhit bung chỏy cao v cũn tha
ụxy.
> 1.1: gim NOX v nhit bung chỏy, tng hm lng HC do thnh thong
khụng chỏy c hn hp.
> 1.5: ch t nghốo vi khớ c thp tr NOX
ỉ Cụng sut ng c
+ Hn hp giu < 1
: cụng sut t cc i nh lng nhiờn liu tng.
Hm lng cht c trong khớ thi cao.
+ Hn hp lý tng = 1 : cụng sut tng i cao.
c s dng tng hiu sut ca b xỳc tỏc.

HV. Nguyễn Văn Nam

13

Ngành Công nghệ cơ khí


PMAX
= 100
PMIN
Trong khi ú, tc thay i trong khong hp hn.

nMAX
= 10
nMIN
mt ch hot ng c nh, lng xng phun ra theo thi gian mf t l vi
cụng sut hiu dng Pe ca ng c.
Nu phun giỏn on, trong mi chu k, mt lng nhiờn liu no ú c phun
ra. S ln phun trờn giõy s t l thun vi tc ng c.
Lng xng phun cho mi xylanh vo chu k chỏy l:
2

m f = n.z.m 'f .dt
0

S 2 l do hn hp ch t mt ln trong 2 vũng quay trc khuu.

HV. Nguyễn Văn Nam

14

Ngành Công nghệ cơ khí


Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi



Động cơ
vượt tốc

False

Tải hoặc tốc độ
thay đổi

True

Tìm thời gian phun
Điều chỉnh thời gian phun
theo điện áp

Cắt nhiên liệu

False

Động cơ bò
kích nổ

Điều chỉnh thời gian phun
theo nhiệt độ ĐC
Điều chỉnh thời gian phun
theo vò trí bướm ga

Điều chỉnh
sớm 10




Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Luận văn thạc sĩ khoa học

e) Tớnh toỏn thi gian phun
Lng nhiờn liu cung cp cho ng c c kim soỏt bi thi gian phun tinj l
thi gian kim phun m. Lng nhiờn liu phun vo mt xylanh ph thuc vo lng
khụng khớ:

ma
1 m a' 2
mf =
=
L st L st n Z
ma: khi lng khụng khớ
m'a: lu lng khụng khớ
Lst = 14.66
Thi gian phun mt ch hot ng no ú ca ng c l:
Trong ú:

1 m a' 2
t inj
n z
mt ch m t l hũa khớ c la chn 0, lng phun l:

t0

1 m0' 2


HV. Nguyễn Văn Nam

16

Ngành Công nghệ cơ khí


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Luận văn thạc sĩ khoa học

- da: t trng ca khụng khớ.
Phi hp vi cm bin o ỏp sut tuyt i trờn ng ng np v nhit khớ
np, mỏy tớnh cú th xỏc nh t trng khụng khớ theo biu thc:

da = d0

pT0
P0T

Trong ú: do t trng ca khụng khớ iu kin ỏp sut tiờu chun.
Lu lng khụng khớ tớnh bng th tớch qua cỏnh bm ga thng c da vo
cm bin tc ng c:

n D
v
60 2

Rv =

tớn hiu cỏc cm bin ó nờu. Sau 2 vũng quay ca trc khuu ng c, ECU s lp li
cỏc phộp tớnh trờn.
1.3. Cỏc loi cm bin v tớn hiu ngừ vo
1.3.1. Cm bin o lu lng khớ np
xỏc nh lng khớ np i vo xylanh ngi ta s dng cỏc loi cm bin
khỏc nhau nh: cỏnh trt, ỏp sut tuyt i trờn ng ng np, dng xoỏy lc, dõy
nhit...Hin nay trờn ụ tụ c dựng nhiu hai loi sau:

HV. Nguyễn Văn Nam

17

Ngành Công nghệ cơ khí


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Luận văn thạc sĩ khoa học

a) Cm bin o giú kiu cỏnh trt
ỉ Cu to
õy l mt trong nhng cm bin quan trng nht. Tớn hiu th tớch giú c s
dng tớnh toỏn lng xng phun c bn v gúc ỏnh la sm c bn.
B o giú kiu cỏnh trt bao gm
cỏnh o giú c gi bng mt lũ xo
hon lc, cỏnh gim chn, bung gim
chn, cm bin khụng khớ np,vớt iu
chnh cm chng, mch r ph, in ỏp
k kiu trt c gn ng trc vi
cỏnh o giú v mt cụng tc bm xng.



Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Luận văn thạc sĩ khoa học

Hỡnh 1.7: Vớt chnh hn hp cm chng
ỉ Bung gim chn v cỏnh gim chn
Bung gim chn v cỏnh gim
chn cú cụng dng n nh chuyn ng
ca cỏnh o giú. Do ỏp lc giú thay i,
cỏnh o giú s b rung, gõy nh hng
n chớnh xỏc. ngn nga dao
ng cỏnh o giú, ngi ta thit k mt
cỏnh gim chn lin vi cỏnh o giú
dp tt rung ng.
Hỡnh 1.8: Cỏnh gim chn v bung
gim chn
Cụng tc bm nhiờn liu
Cụng tc bm nhiờn liu c b
trớ chung vi in ỏp k. Khi ng c
chy, giú c hỳt vo nõng cỏnh o giú
lờn lm cụng tc úng. Khi ng c
ngng hot ng do khụng cú lc giú tỏc
ng lờn cỏnh o giú khin cỏnh o giú
v v trớ ban u khin cụng tc bm
xng ngng hot ng dự cụng tc mỏy
ang v trớ ON. Cỏc loi xe khỏc khụng
mc cụng tc iu khin bm xng trờn
b o giú kiu trt.

VB

E2

VC VS THA

VB

E2

VC

E2

VS

E2

Hỡnh 1.10: Mch in v ng c tuyn cm bin o giú loi in ỏp tng
Nu cc VC b on mch, lỳc ú G tng. ECU s iu khin lng phun nhiờn
liu cc i, bt chp s thay i tớn hiu VS. Khi ng c hot ng ch cm
chng nhiờn liu c phun quỏ nhiu ng c ngp xng dn ti ngng hot ng.
Nu VS b on mch, VC s luụn ch cc i lm cho G gim, lỳc ú ECU
s iu khin lng phun nhiờn liu gim i mc dự cú s thay i tớn hiu VS.
Loi 2: in ỏp VS gim khi lng khớ np tng. Loi ny ECU s cung cp
in ỏp 5V n cc VC. in ỏp ra VS thay i v gim theo gúc m ca cỏnh o.

FC

E1

b) Cm bin ỏp sut tuyt i trờn ng ng np (MAP - Manifold Absolute
Pressure sensor).
Lng khớ np i vo xylanh c xỏc nh giỏn tip thụng qua cm bin o ỏp
sut tuyt i trờn ng ng np.
ỉ Loi ỏp in k
- Cu to v nguyờn lý hot ng: Loi cm bin ny da trờn nguyờn lý cu
Wheatstone. Cm bin bao gm mt tm silicon nh dy hn hai mộp ngoi (khong
0,25mm) v mng gia (khong 0,025 mm). Hai mộp c lm kớn cựng vi mt
trong ca tm silicon to thnh bung chõn khụng trong cm bin. Mt ngoi ca tm
silicon tip xỳc vi ỏp sut ng ng np. Hai mt ca tm silicon c ph thch
anh to thnh in tr ỏp in.
Khi ỏp sut ng ng np thay i, giỏ tr ca in tr s thay i. Cỏc in tr
c ni thnh cu Wheastone. Khi mng ngn cha b bin dng (ng c cha hot
ng hoc ti ln).
1
1. Mch bỏn dn
2. Bung chõn khụng
2
3
3. Gic cm
4. Lc khớ
5. ng ng np
4
5

Hỡnh 1.12: Cm bin ỏp sut ng ng np

HV. Nguyễn Văn Nam

15K


Ngành Công nghệ cơ khí


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Luận văn thạc sĩ khoa học

- Mch in:

IC

VC

VC

PIM

PIM

E2

E2

ECU
5V

E1

Hỡnh 1.14: Mch in cm bin ỏp sut ng ng np

thi im ỏnh la v c thi im phun.
Cm bin tc ng c (Engine speed ; crankshaft angle sensor hay cũn gi l
tớn hiu NE) dựng bỏo tc ng c tớnh toỏn hoc tỡm gúc ỏnh la ti u v
lng phun cho tng xylanh v iu khin tc cm chng hoc ct nhiờn liu ch
cng bc.
Cú nhiu cỏch b trớ cm bin G v NE trờn ng c: trong delco, trờn bỏnh ,
hoc bỏnh rng ct cam.
ỉ Cu to v nguyờn lý hot ng loi dựng cm bin in t

HV. Nguyễn Văn Nam

22

Ngành Công nghệ cơ khí


Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Luận văn thạc sĩ khoa học

Hỡnh 1.16: S b trớ cm bin G v NE trờn xe TOYOTA
Mi cm bin gm cú rotor khộp kớn mch t, cun dõy cm ng qun quanh
mt nam chõm ng yờn. S cun dõy cm ng v s rng trờn rotor thay i tu
thuc loi ng c. Phn t phỏt xung G cú th cú 1; 2; 4; 6 cũn phõn t phỏt xung NE
cú th cú 4; 24 hoc s dng s rng trờn bỏnh .

Hỡnh 1.17: S nguyờn lý ca loi dựng cm bin in t

Igniter



- Tớn hiu G: cun cm nhn tớn hiu G, gn trờn thõn ca b chia in. Rotor tớn
hiu G cú 1 rng s cho 1 xung dng sin cho mi vũng quay ca trc cam.
- Tớn hiu NE: c to ra trong cun cm cựng nguyờn lý nh tớn hiu G cú
iu khỏc l rotor ca tớn hiu NE cú 4 rng. Cun dõy cm bin s phỏt 4 xung trong
mi vũng quay ca b chia in (hỡnh 1. 18).
1.3.3. Cm bin bm ga (thorttle position sensor)
Cm bin bm ga c lp trờn trc cỏnh bm ga. Cm bin ny úng vai trũ
chuyn v trớ gúc m cỏnh bm ga thnh tớn hiu in ỏp gi n ECU.
- Tớn hiu cm chng IDL dựng iu khin phun nhiờn liu khi tng tc v
gim tc cng nh hiu chnh thi im ỏnh la.
- Tớn hiu ton ti PSW dựng tng lng xng phun ch ton ti tng
cụng sut ng c.
Cú nhiu loi cm bin v trớ cỏnh bm ga, tựy theo yờu cu v thit k trờn cỏc
i xe ta thng cú cỏc loi:
a) Loi cụng tc
- Cu to:
- Mt cn xoay ng trc vi
cỏnh bm ga.
- Cam dn hng xoay theo cn.
- Tip im di ng di chuyn
dc theo rónh ca cam dn hng.
- Tip im cm chng.
- Tip im ton ti.
Hỡnh 1.19: Cm bin cỏnh bm ga loi
cụng tc
- Nguyờn lý hot ng:
- Khi ch cm chng: khi cỏnh bm ga úng (cỏnh bm ga