Luận văn Nghiên cứu chế tạo máy chuẩn đoán các loại ecu điều khiển động cơ (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu chế tạo máy chuẩn đoán các loại ecu điều khiển động cơ (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ HỮU CHẤN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY CHUẨN ĐOÁN CÁC LOẠI ECU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ, MÁY KÉO - 605246 S KC 0 0 0 4 2 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2005
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ HỮU CHẤN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY CHẨN ĐOÁN CÁC LOẠI ECU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ Chuyên ngành: Khai thác và bảo trì ô tô máy kéo Mã số ngành: 60 52 46 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2005
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY CHẨN ĐOÁN CÁC LOẠI ECU ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ Chuyên ngành: Khai thác và bảo trì ô tô máy kéo Mã số ngành: 60 52 46 Họ tên học viên: Hồ Hữu Chấn Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2005
4. LỜI CẢM ƠN Với khoảng thời gian 2 năm theo học cao học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, tôi đã tiếp thu được nhiều kiến thức quý báu từ qúi Thầy Cô để làm cơ sở và nền tảng trong việc nghiên cứu và tiếp cận thêm tài liệu mới, từ đó giúp tôi hoàn thiện thêm trên rất nhiều lĩnh vực nhất là về lĩnh vực chuyên môn. Trong quá trình thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ, tôi chân thành cám ơn đến các cá nhân, tập thể đã hết lòng giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài luận văn: Về phía Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM. Tôi xin chân thành cám ơn: • Xin cảm ơn ban giám thiệu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi theo học lớp cao học chuyên ngành khai thác và bảo trì ô tô - máy kéo. • Xin cảm ơn đến quý Thầy Cô tham gia giảng dạy lớp cao học ô tô niên khoá 2003-2005 đã trang bị cho tôi nhiều kiến thức nền tảng giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. • Xin cảm ơn thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng đã hướng dẫn chỉ bảo tận tình giúp tôi hoàn thành tập luận văn này. • Xin cảm ơn các Thầy phản biện đã đóng góp nhiều ý kiến quý báo giúp tôi hoàn thiện nội dung tập luận văn. • Xin cảm ơn các Thầy Cô khoa Cơ khí Động lực Trường ĐHSPKT TP.HCM cùng các bạn học viên đã tận tình giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận văn. Về phía trường Cao đẳng Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh long, tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa Cơ khí động lực đã tạo điều kiện và giúp đỡ tận tình để tôi tham gia khóa học và hoàn thành tốt luận văn này. TP Hồ Chí Minh, ngày 15, tháng 9, năm 2005 Học viên Hồ Hữu Chấn
5. MỤC LỤC Chương 1: DẪN NHẬP 1.1. Lý do chọn đề tài 1 1.2. Mục đích nghiên cứu 1.3. Đối tượng nghiên cứu và giới hạn của đề tài 2 1.4. Phương pháp nghiên cứu Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CHO ĐỘNG CƠ XĂNG 2.1. Khái quát 3 2.1.1. Lịch sử phát triển. 2.1.2. Phân loại và ưu nhược điểm 4 2.2.Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình và thuật toán điều khiển 5 2.2.1. Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng 5 2.2.2. Thuật toán điều khiển lập trình 7 2.3. Các loại cảm biến tín hiệu ngõ vào 10 2.3.1. Cảm biến đo lưu lượng khí nạp. a. Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt. b. Cảm biến đo gió dạng xoáy lốc (KARMAN) 12 c. Cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt 14 d. Cảm biến áp suất tuyệt đối đường ống nạp (MAP) 15 2.3.2. Cảm biến tốc độ và vị trí piston 16 a. Loại dùng cảm biến điện từ 17 b. Loại dùng cảm biến quang 18 c, Loại dùng cảm biến Hall 19 2.3.3. Cảm biến vị trí bướm ga 21 a. Loại công tắc b. Loại dùng biến trở 22 c. Một số loại cảm biến bướm ga có thêm giắc phụ 23 2.3.4. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và nhiệt độ khí nạp. a. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát. b. Cảm biến nhiệt độ khí nạp 24 2.3.5. Cảm biến oxy 25 2.3.6. Cảm biến tốc độ xe 27 2.3.7. Cảm biến kích nổ 28 2.3.8. Một số tín hiệu khác 29 2.4. Bộ điều khiển điện tử (ECU-Electronic Control Unit) 31 2.4.1. Tổng quan. 2.4.2. Cấu tạo. 2.4.3. Cấu trúc ECU 32 2.4.4. Mạch giao tiếp ngõ vào 33 2.4.5. Giao tiếp ngõ ra 34 2.5. Điều khiển đánh lửa 35 2.5.1. Cơ bản về đánh lửa theo chương trình. 2.5.2. Hệ thống đánh lửa lập trình có bộ chia điện 38 2.5.3. Hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện 39 2.5.4 Hiệu chỉnh góc đánh lửa theo chế độ làm việc của động cơ 43 2.5.5 Điều khiển chống kích nổ 44 2.6. Điều khiển phun xăng 46 2.6.1 Khái quát
6. 2.6.2 Điều khiển bơm xăng 47 2.6.3 Điều khiển kim phun 48 2.6.4. Điều khiển tốc độ cầm chừng 54 Chương 3 : HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA TRÊN XE TOYOTA, NISSAN, MITSUBISHI VÀ FORD 3.1. Hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên xe Toyota 60 3.1.1. Sơ đồ hệ thống. 3.1.2. Cảm biến tín hiệu ngõ vào cơ bản 61 a. Loại đặt trong bộ chia điện b. Loại tách rời 62 c. Thực nghiệm xác định dạng tín hiệu NE, G 66 3.1.3 Khảo sát các tín hiệu vào cơ bản trên các động cơ xe Honda 67 3.1.4. Điều khiển phun xăng, đánh lửa 3.2. Hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên xe Nissan 68 3.2.1. Sơ đồ hệ thống. 3.2.2. Cảm biến tín hiệu ngõ vào cơ bản 69 a. Cấu tạo cảm biến phát tín hiệu G và NE trên các xe Nissan b. Dạng xung của cảm biến quang 4-360 trên động cơ 4 xy lanh 70 c. Cảm biến quang 6-360 trên các động cơ 6 xy lanh d. Cảm biến quang 4d-360 trên động cơ 4 xy lanh e. Cảm biến Hall 10-34. 71 3.2.3 Điều khiển phun xăng và đánh lửa 72 3.3. Hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên xe Mitsubishi 3.3.1. Sơ đồ hệ thống 74 3.3.2. Cảm biến tín hiệu ngõ vào cơ bản 75 a. Cảm biến quang và cảm biến Hall 1-4 b. Cảm biến Hall và cảm biến quang 2-4 77 3.3.3. Điều khiển phun xăng, đánh lửa 3.4. Hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên xe Ford 78 3.4.1. Sơ đồ hệ thống. 3.4.2. Cảm biến tín hiệu ngõ vào cơ bản 79 a. Cảm biến Hall (kiểu Gear tooth sensor) b. Cảm biến vị trí trục cam (CMP-Camshaft Position sensor) c. Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP-Crankshaft Position sensor) 80 d. Xác định dạng xung 3.4.3. Điều khiển phun xăng, đánh lửa 81 3.5. So sánh các dạng xung tín hiệu và điều khiển. Chương 4 : CHẾ TẠO MÁY CHẨN ĐOÁN ECU BẰNG VI ĐIỀU KHIỂN 4.1. Tổng quan về vi điều khiển, lập trình vi điều khiển và LCD 82 4.1.1 Tổng quan về vi điều khiển 82 4.1.2 Tổng quan về ngôn ngữ lập trình Assembly 89 4.1.3 Tổng quan về LCD 91 4.2 Thiết kế các mạch giả xung G và NE 4.2.1 Mạch phát xung vuông 92 a. Sơ đồ nguyên lý 93 b. Phương án tạo xung vuông bằng vi điều khiển 4.2.2 Mạch phát xung sin 95 a. Sơ đồ nguyên lý 96 b. Phương án tạo xung sin bằng vi điều khiển 4.2.3 Tính toán thời gian trễ (delay) cho các dạng xung 97
7. 4.3 Thiết kế chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU 99 4.3.1 Sơ đồ khối điều khiển của máy chẩn đoán 4.3.2 Thiết kế các mạch điện cơ bản của máy 99 a. Mạch cấp nguồn và điều khiển 99 b. Mạch phát xung tín hiệu G và NE 100 c. Mạch ghi nhận tín hiệu điều khiển từ ECU 101 d. Mạch hiển thị 102 4.3.3 Chế tạo máy chẩn đoán ECU 103 4.4 Lưu đồ thuật toán điều khiển và chương trình xử lý 4.4.1 Lưu đồ thuật toán 106 4.1.2 Chương trình xử lý của vi điều khiển 107 Chương 5 : THỰC NGHIỆM CHẨN ĐOÁN ECU 5.1 Hướng dẫn sử dụng máy chẩn đoán các loại ECU 131 5.1.1 Cấu tạo máy chẩn đoán 5.1.2 Chức năng của máy chẩn đoán 132 5.1.3 An toàn khi sử dụng máy 5.2. Thực nghiệm chẩn đoán ECU của xe Nissan 132 5.2.1 Sơ đồ đấu dây 5.2.2 Vận hành chẩn đoán 133 5.2.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm 134 5.3 Thực nghiệm chẩn đoán ECU của xe Mitsubishi 135 5.3.1 Chẩn đoán ECU của Mitsubishi Galant, Huyndai Elantra. a. Sơ đồ đấu dây b. Vận hành 136 c. Đánh giá kết quả thực nghiệm. 5.3.2 Chẩn đoán ECU của Mitsubishi Lancer 138 a. Sơ đồ đấu dây b. Vận hành 139 c. Đánh giá kết quả thực nghiệm 5.4 Thực nghiệm chẩn đoán ECU của xe Ford 141 5.4.1 Sơ đồ đấu dây 5.4.2 Vận hành 142 5.4.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm 5.5 Thực nghiệm chẩn đoán ECU của xe Toyota 143 5.5.1 Sơ đồ đấu dây 5.5.2 Vận hành 5.5.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm Chương 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 6.1 Kết luận 145 6.2 Đề nghị. 6.3 Hướng phát triển của đề tài 146 Tài liệu tham khảo. 147
8. “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ” Chương 1: DẪN NHẬP 1.1. Lý do chọn đề tài Hiện nay, ôtô là phương tiện giao thông cần thiết của con người mà không gì có thể thay thế được. Theo thống kê trên thế giới, số lượng người tham gia giao thông bằng ôtô chiếm tỉ lệ rất cao so với các phương tiện giao thông khác. Do đó, tỉ lệ tăng trưởng trong sản xuất và lắp ráp ôtô ngày càng tăng. Sản lượng ôtô trên thế giới hiện nay tập trung vào các công ty chế tạo và lắp ráp ôtô nổi tiếng như: Toyota, Nissan, Ford, Mitsubishi, Honda, General Motor Để nâng cao tính kinh tế nhiên liệu của động cơ và giảm bớt tình trạng ô nhiễm môi trường do khí thải của ôtô gây ra, hầu hết các ôtô con hiện nay đều được trang bị động cơ phun xăng và đánh lửa được điều khiển bằng điện tử. Trên các động cơ này, bộ điều khiển điện tử (ECU-Electronic Control Unit) điều khiển lượng nhiên liệu phun và thời điểm đánh lửa tối ưu theo các chế độ vận hành của động cơ. Tuy nhiên, ôtô sau một thời gian sử dụng sẽ có các hỏng hóc, trục trặc trong quá trình vận hành chẳng hạn như động cơ không khởi động được, hoặc động cơ bị dư xăng, thiếu xăng Các hiện tượng vừa kể trên có thể do hư hỏng của các bộ phận cơ khí trong động cơ, hoặc là do hỏng hóc từ hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa, trong đó có bộ điều khiển điện tử ECU-Electronic Control Unit. Để có thể chẩn đoán được tình trạng kỹ thuật của ECU đòi hỏi phải có các thiết bị chuyên dùng đắt tiền và phải phù hợp cho từng kiểu động cơ, nhà chế tạo. Chỉ có các trạm sửa chữa lớn, trạm bảo hành của các công ty lắp ráp ôtô mới có thể có đầy đủ trang thiết bị phục vụ cho công việc chẩn đoán các hỏng hóc trong hệ thống điều khiển điện tử trên ôtô. Trong thực tế, công việc sửa chữa các pan trên ôtô hiện nay gặp nhiều khó khăn do thiếu các thiết bị chẩn đoán chuyên dùng để chẩn đoán trình trạng kỹ thuật của ECU. Từ vấn đề nêu trên, với sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng người nghiên cứu đã chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ”. 1.2. Mục đích nghiên cứu Đề tài nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU có hai mục đích chính: • Dùng để kiểm tra các loại ECU điều khiển động cơ trên ôtô, phục vụ cho công việc sửa chữa. • Sử dụng làm mô hình giảng dạy về hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên ôtô trong các trường dạy nghề. 1.3. Đối tượng nghiên cứu và giới hạn của đề tài Chỉ tập trung nghiên cứu về hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên các xe Toyota, Nissan, Mitsubishi và Ford. Thực nghiệm xác định thông số và dạng xung tín hiệu của các cảm biến cơ bản như cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP) hay còn gọi là tín hiệu NE và cảm biến vị trí trục cam (CMP) còn gọi là tín hiệu G trên các động cơ xe Toyota, Nissan, Mitsubishi, Ford. Thông qua các thông số thực nghiệm của các cảm biến này để nghiên cứu chế tạo mạch tạo các xung tín hiệu giả cho các xe đã khảo sát bằng vi điều khiển. Tùy thuộc vào từng đời xe, lựa chọn loại cảm biến để phát các xung tín hiệu giả thích hợp truyền vào bộ điều khiển điện tử (ECU), từ đó xác định các tín hiệu ra điều khiển phun xăng, đánh lửa của ECU thông qua sự hiển thị của các đèn LED và màn hình LCD. Từ các kết quả hiển thị này xác định được chức năng điều khiển của ECU và đánh giá kết quả kiểm tra ECU điều khiển động cơ, được thể hiện như sơ đồ sau: HVTH: Hồ Hữu Chấn 1 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
9. “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ” 1.4. Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện đề tài, người nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: • Phương pháp nghiên cứu tài liệu. • Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. • Phương pháp lập trình vi điều khiển. • Phương pháp thiết kế chế tạo mạch. Trên cơ sở các phương pháp nghiên cứu nêu trên, đề tài sẽ tập trung vào các lãnh vực nghiên cứu: • Lý thuyết về hệ thống điều khiển có lập trình cho động cơ xăng, các cảm biến tín hiệu ngõ vào, bộ điều khiển điện tử ECU, hoạt động điều khiển phun xăng và đánh lửa của ECU. • Nghiên cứu sơ đồ thực tế về hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên các xe Toyota, Nissan, Mitsubishi và Ford, thực nghiệm xác định các dạng xung tín hiệu số vòng quay động cơ NE, tín hiệu vị trí của piston G và tín hiệu điều khiển phun xăng, đánh lửa, so sánh các dạng xung tín hiệu. • Nghiên cứu lý thuyết về các mạch tạo xung, vi điều khiển và lập trình cho vi điều khiển để từ đó thiết kế và chế tạo mạch tạo các xung tín hiệu giả cho các xe đã khảo sát, mạch hiển thị kết quả điều khiển phun xăng và đánh lửa của ECU bằng lập trình vi điều khiển. Chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ. • Thực nghiệm kiểm tra chẩn đoán ECU trên các xe đã khảo sát, so sánh và đánh giá các kết quả chẩn đoán. HVTH: Hồ Hữu Chấn 2 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
10. “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ” Chương 2: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CHO ĐỘNG CƠ ÔTÔ 2.1 Khái quát về hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ 2.1.1. Lịch sử phát triển Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp ông Stevan đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian một người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả nên không được thực hiện. Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ này là dầu hoả nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp). Tuy nhiên, sau đó sáng kiến này đã được ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức. Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí. Trong hệ thống phun xăng này, nhiên liệu được phun liên tục vào trước supap hút nên có tên gọi là K – Jetronic (K- Konstant – liên tục, Jetronic – phun). K – Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển cho hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE –Jetronic, Mono-Jetronic, L-Jetronic, Motronic Tên tiếng Anh của K-Jetronic là CIS (Continuous Injection System) đặc trưng cho các hãng xe Châu Âu và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K –Jetronic – với cảm biến oxy và KE – Jetronic( có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE – Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm). Do hệ thống phun cơ khí còn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80, BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Có hai loại: hệ thống L-Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D- Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định dựa vào áp suất trên đường ống nạp). Đến năm 1984 người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thống phun xăng L-Jetronic và D-Jetronic trên các xe của hãng Toyota ( dùng với động cơ 4A – ELU). Đến năm 1987 hãng Nissan dùng L – Jetronic thay cho bộ chế hoà khí của xe Nissan Sunny. Song song với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình (ESA – Electronic Spark Advance) cũng được đưa vào sử dụng vào những năm đầu thập kỷ 80. Sau đó vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – Direct Ignition System) ra đời, cho phép không sử dụng bộ chia điện (delco) và hệ thống này đã có mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới. Ngày nay, gần như tất cả các ô tô đều được trang bị hệ thống điều khiển động cơ cả xăng và diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được các yêu cầu gắt gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu. Thêm vào đó, công suất động cơ cũng được cải thiện rõ rệt. 2.1.2. Phân loại và ưu nhược điểm Phân loại: Hệ thống phun nhiên liệu có thể được phân loại theo nhiều kiểu. Nếu phân biệt theo cấu tạo kim phun ta có 02 loại: Loại CIS - Continuous Injection System: là kiểu sử dụng kim phun cơ khí, gồm 4 loại cơ bản: - Hệ thống K – Jetronic: việc phun nhiên liệu hoàn toàn điều khiển bằng cơ khí. - Hệ thống K – Jetronic có cảm biến khí thải: có thêm một cảm biến oxy. - Hệ thống KE – Jetronic: Hệ thống K-Jetronic với mạch điều chỉnh áp lực phun bằng điện tử. - Hệ thống KE – Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng điện tử. Các hệ thống vừa nêu sử dụng trên các xe châu Âu model trước 1987. Loại AFC- Air Flow Controlled Fuel Injection: sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Hệ thống phun xăng với kim phun điện có thể chia làm hai loại chính: - D-Jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất) với lượng xăng phun HVTH : Hồ Hữu Chấn 3 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
11. “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ” được xác định bởi áp suất sau cánh bướm ga bằng MAP-manifold absolute pressure sensor. Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển phun xăng - L – Jetronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là không khí) với lượng xăng phun được tính tóan dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió loại cánh trượt. Sau đó có các phiên bản: LH – Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt, LU – Jetronic với cảm biến gió kiểu siêu âm Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC được chia làm 02 loại: Loại TBI -Throttle Body Injection: phun đơn điểm Hệ thống này còn có các tên gọi khác như: SPI - Single Point Injection, CI-Central Injection, Mono – Jetronic. Đây là loại phun trung tâm. Kim phun được bố trí phía trên cánh bướm ga và nhiên liệu được phun bằng một hay hai kim phun. Nhược điểm của hệ thống này là tốc độ dịch chuyển của hòa khí tương đối thấp do nhiên liệu được phun ở vị trí xa supáp hút và khả năng thất thoát trên đường ống nạp cũng lớn. Loại MPI-Multi Point Fuel Injection: phun đa điểm Đây là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xylanh được bố trí gần supáp hút (cách khoảng 10 – 15 mm). Ống góp hút được thiết kế sao cho đường đi của không khí từ bướm ga đến xylanh khá dài, nhờ vậy, nhiên liệu phun ra được hòa trộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc. Nhiên liệu cũng không còn thất thoát trên đường ống nạp. Hệ thống HVTH : Hồ Hữu Chấn 4 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
12. “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ” phun xăng đa điểm ra đời đã khắc phục được các nhược điểm cơ bản của hệ thống phun xăng đơn điểm. Tùy theo cách điều khiển kim phun, hệ thống này có thể chia làm 3 loại chính: phun độc lập hay phun từng kim (independent injection), phun nhóm (group injection) hoặc phun đồng loạt (simultaneous injection). Nếu căn cứ vào đối tượng điều khiển theo chương trình, người ta chia hệ thống điều khiển động cơ ra 3 loại chính: chỉ điều khiển phun xăng (EFI-Electronic Fuel Injection theo tiếng Anh hoặc Jetronic theo tiếng Đức), chỉ điều khiển đánh lửa (ESA-Electronic Spark Advance) và loại tích hợp tức điều khiển cả phun xăng và đánh lửa (hệ thống này có nhiều tên gọi khác nhau: Bosch đặt tên là Motronic, Toyota có tên TCCS-Toyota Computer Control System, Nissan gọi tên là ECCS-Electronic Concentrated Control System, Nhờ tốc độ xử lý của CPU khá cao, các hộp điều khiển động cơ đốt trong ngày nay thường gồm cả chức năng điều khiển hộp số tự động và quạt làm mát động cơ. Nếu phân biệt theo kỹ thuật điều khiển ta có thể chia hệ thống điều khiển động cơ làm 2 loại: Analog và Digital. Ở những thế hệ đầu tiên xuất hiện từ 1979 đến 1986, kỹ thuật điều khiển chủ yếu dựa trên các mạch tương tự (Analog). Ở các hệ thống này, tín hiệu đánh lửa lấy từ âm bôbin được đưa về hộp điều khiển để từ đó hình thành xung điều khiển kim phun. Sau đó, đa số các hệ thống điều khiển động cơ đều được thiết kế, chế tạo trên nền tảng của các bộ vi xử lý (Digital). Ưu nhược điểm của hệ thống phun xăng: • Có thể cấp hỗn hợp khí nhiên liệu đồng đều đến từng xi lanh. • Có thể đạt được tỷ lệ khí nhiên liệu chính xác với tất cả các chế độ làm việc của động cơ. • Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở bướm ga. • Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng:có thể làm đậm hỗn hợp khi nhiệt độ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc. • Hiệu suất nạp hỗn hợp không khí – nhiên liệu cao. 2.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình và thuật toán điều khiển 2.2.1. Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng của hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình được mô tả trên hình 2.1 và 2.1. Hệ thống điều khiển bao gồm; ngõ vào (inputs) với chủ yếu là các cảm biến; hộp ECU – Electronic Control Unit là bộ não của hệ thống có thể có hoặc không có bộ vi xử lý; ngõ ra(outputs) là các cơ cấu chấp hành (actuators) như kim phun, bôbin, van điều khiển cầm chừng Hình 2.2 Sơ đồ các khối chức năng của hệ thống điều khiển phun xăng HVTH : Hồ Hữu Chấn 5 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
13. “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ” TÍN HIỆU ĐẦU VÀO TÍN HIỆU ĐẦU RA Cảm biến lưu lượng khí nạp VG #1 EFI Vòi phun #1 Vòi phun #2 #4 Vòi phun #3 Cảm biến nhiệt độ khí nạp THA Vòi phun #4 IGT1÷ Cảm biến nhiệt độ nước THW IGT4 ESA Cuộn dây và IC đánh lửa Cảm biến vị trí bướm ga VTA IGF RSO Cảm biến trục khuỷu NE ISC Cuộn dây quay Cảm biến trục cam G ACT Điều khiển cắt điều hòa, bộ khuếch đại AC Tín hiệu khởi động STA Tín hiệu tốc độ xe SPD FAN Điều khiển quạt làm mát, rơle quạt làmmát ECU Công tắc áp suất dầu trợ lực PS FP Công tắc điều hòa AC Điều khiển bơm xăng, rơle mở mạch Rơ le đèn sau ELS MREL Rơ le xông kính hậu ELS2 Điều khiển rơle EFI Công tắc đèn phanh STP W Đèn báo kiểm tra động cơ Cụm cảm biến túi khí F/PS Giắc DLC3 TC/SIL Ắc quy Hình 2.3 Sơ đồ điều khiển động cơ 1ZZ-FE 1.8L, Toyota Corolla Altis 2001 HVTH : Hồ Hữu Chấn 6 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
14. “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ” 2.2.2. Thuật toán điều khiển lập trình Thuật toán điều khiển lập trình cho động cơ được nhà chế tạo viết và cài đặt sẵn trong CPU. Tùy thuộc vào từng chế độ làm việc hay tình trạng động cơ, mà ECU tính toán dựa trên lập trình có sẵn đó để đưa ra những tín hiệu điều khiển sao cho động cơ làm việc tối ưu nhất. - Lý thuyết điều khiển Các hệ thống điều khiển kiểu cổ điển trên ô tô thường được thiết kế theo kiểu hồi tiếp (feedback control). Mặc dù trong một hệ thống điều khiển có nhiều thông số phụ thuộc, đầu tiên ta hãy xem xét hệ thống với một thông số. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống này được trình bày trên hình 2.4. ξ r(t) Ve Xử lý VA Cơ cấu U(t) Động cơ (t) Cảm tín hiệu chấp hành đốt trong biến Vξ(t) Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ theo kiểu hồi tiếp Thông số điều khiển xuất hiện ở đầu ra (động cơ đốt trong) 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), tức là: Vξ(t) = ks.ξ(t) Khi đó sẽ xuất hiện sự chênh lệch điện thế giữa tín hiệu thực và tín hiệu so Ve(t): Ve(t) = r(t) - Vξ(t) Nếu hệ thống làm việc lý tưởng thì giá trị Ve(t) trong một khoảng thời gian nào đó (ví dụ ở chế độ động cơ đã ổn định) phải bằng 0. Trên thực tế, giữa 2 tín hiệu nêu trên luôn 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 (chẳng hạn kim phun). Việc thay đổi này sẽ tác động đến thông số đầu vào U(t) của động cơ (ví dụ 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. Thông thường các máy tính này giải bài toán tối ưu có điều kiện biên để điều khiển động cơ. Mục tiêu của bài toán tối ưu là điều khiển động cơ đạt công suất 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, ta có thể biểu diễn hệ thống điều khiển ô tô tối ưu trong mối quan hệ của 3 vectơ sau: y = (y1, y2, y3, y4); u = (u1, u2, u3, u4, u5); x = (x1, x2, x3); Vectơ y(t) là hàm phụ thuộc các thông 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 Vectơ x(t) mô tả tình trạng của động cơ tức điều kiện hoạt động, phụ thuộc vào các thông số: x1 - áp suất trên đường ống nạp. x2 - tốc độ quay của trục khuỷu. x3 - tốc độ xe. Vectơ u(t) mô tả các thông số được hiệu chỉnh bởi hệ thống điện tử, bao gồm các thành phần: u1 - tỉ lệ khí – nhiên liệu trong hòa khí (AFR – air fuel ratio). u2 - góc đánh lửa sớm. HVTH : Hồ Hữu Chấn 7 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
15. “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ” u3 - sự lưu hồi khí thải (EGR – exhaust gas recirculation). u4 - vị trí bướm ga. u5 - tỉ số truyền của hộp số. Để giải bài toán tối ưu nêu trên với các điều kiện biên, người ta xác định mục tiêu tối ưu là lượng tiêu hao nhiên liệu F theo chu trình thử EPA – Environmental Protection Agency: T F = y ()x()t ,u ()t dt ∫ 1 0 Trong đó: x3(t): Là tốc độ xe qui định khi thử nghiệm xác định thành phần khí thải theo chu trình EPA, T là thời gian thử nghiệm. Như vậy, động cơ đốt trong sẽ được điều khiển sao cho F luôn đạt giá trị nhỏ nhất với các điều kiện biên là qui định của các nước về nồng độ các chất độc hại trong khí thải. T y ()x()t ,u ()t dt〈G ∫ 2 2 0 T y ()x()t ,u ()t dt〈G ∫ 3 3 0 T y ()x()t ,u ()t dt〈G ∫ 4 4 0 Trong đó: G2, G3, G4 - hàm lượng chất độc trong khí xả theo qui định tương ứng với HC, CO và NOx. Trong quá trình xe chạy, các vectơ x(t), u(t) là các thông số động. Khi giải bài toán tối ưu nêu trên, ta cũng có thể đặt ra các giới hạn của các vectơ này. Trên thực tế, các kết quả tối ưu thường được xác định bằng thực nghiệm và được nạp vào bộ nhớ EEPROM dưới dạng bảng tra (look-up table). Trình tự tính toán và tìm kiếm các thông số tối ưu của động cơ được mô tả trên lưu đồ thuật toán điều khiển trình bày trên hình 2.5. HVTH : Hồ Hữu Chấn 8 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
16. “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ” Khởi động Nhập tín hiệu tốc độ động cơ và vị trí xylanh Nhập t/h vị trí bướm ga Nhập tín hiệu tải động cơ Nhập t/h nhiệt độ ĐC Nhập t/h điện áp hệ thống Nhập tín hiệu kích nổ Động False cơ chưa True hoạt động True Động cơ False đang khởi động True Tải hoặc False tốc độ thay đổi False Động cơ True vượt tốc Tìm thời gian phun Điều chỉnh thời gian phun theo điện áp Cắt nhiên liệu False Động cơ bị kích nổ Điều chỉnh thời gian phun theo nhiệt độ ĐC Điều chỉnh thời gian phun theo vị trí bướm ga Điều chỉnh Điều chỉnh sớm 10 trễ 20 Tìm thời gian mở kim Tìm góc đánh lửa sớm Hiệu chỉnh lượng phun và đánh lửa sớm theo nhiệt độ động cơ Tính góc ngậm điện cơ bản ở chế độ khởi động Tính góc đánh lửa sớm cơ bản ở chế độ khởi động Tính lượng phun cơ bản ở chế độ khởi động Hiệu chỉnh thời gian phun theo to độ động cơ Xuất tín hiệu điều khiển kim phun và bobine Hình 2.5 Thuật toán điều khiển động cơ HVTH : Hồ Hữu Chấn 9 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
17. “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ” 2.3. Các loại cảm biến tín hiệu ngõ vào 2.3.1. Cảm biến đo lưu lượng khí nạp Cảm biến đo lưu lượng khí được dùng trên động cơ phun xăng loại L-jectronic để đo lượng khí nạp đi vào xylanh động cơ. Đây là một trong những cảm biến quan trọng nhất của động cơ loại này. Tín hiệu lưu lượng khí nạp được sử dụng để tính toán lượng xăng phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản. Có các loại cảm biến lưu lượng khí nạp như sau: • Cảm biến lưu lượng khí nạp: bao gồm loại cánh trượt và loại xoáy quang học Karman • Cảm biến khối lượng khí nạp: Loại dây sấy. a. Cảm biến đo gió loại cánh trượt (đời 80 đến 95) Có hai loại cảm biến đo gió loại cánh trượt, chúng khác nhau về mạch điện nhưng các cơ phận thì giống nhau. • Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Bộ đo gió kiểu trượt bao gồm cánh đo gió được giữ bằng một lò xo hồi vị, cánh giảm chấn, buồng giảm chấn, cảm biến nhiệt độ không khí nạp, vít chỉnh cầm chừng, mạch rẽ phụ, điện áp kế kiểu trượt được gắn đồng trục với cánh đo gió và một công tắc bơm xăng. Hình 2.6 Cấu tạo bộ đo gió loại cánh trượt 1. Cánh đo 7. Cảm biến nhiệt độ khí nạp 2. Đường khí rẽ 8. Khí nạp từ bộ lọc gió 3. Vít chỉnh hỗn hợp cầm chừng 9. Tiếp điểm trượt 4. Đến khoang nạp 10. Biến trở 5. Cánh giảm rung 11. Buồng giảm rung 6. Lò xo hồi vị Khi không khí đi từ lọc gió qua cảm biến lưu lượng khí nạp, nó sẽ đẩy mở tấm đo cho đến khi lực tác động lên tấm đo cân bằng với lực của lò xo. Một biến trở được lắp đồng trục với tấm đo, sẽ chuyển hóa lượng không khí nạp thành tín hiệu điện áp (tín hiệu VS) đưa đến ECU. • Buồng giảm chấn và cánh giảm chấn Có công dụng ổn định chuyển động của cánh đo gió. Do áp lực gió thay đổi, cánh đo gió sẽ bị rung gây ảnh hưởng đến độ chính xác. Để ngăn ngừa dao động cánh đo gió, người ta thiết kế một cánh giảm chấn liền với cánh đo để dập tắt độ rung. • 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, do không có lực gió tác động lên cánh đo làm cánh đo quay về vị trí ban đầu làm cho công tắc hở, bơm xăng không hoạt động dù công tắc máy đang ở vị trí ON. Các loại xe khác không mắc công tắc điều khiển bơm trên bộ đo gió loại cánh trượt. • Vít điều chỉnh hỗn hợp không tải (vít chỉnh CO) HVTH : Hồ Hữu Chấn 10 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
18. “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ” Bộ đo gió có hai mạch gió: mạch gió chính đi qua cánh đo gió và mạch gió rẽ đi qua vít chỉnh CO. Lượng gió qua mạch rẽ tăng sẽ làm giảm lượng gió qua cánh đo gió vì thế, góc mở của cánh đo gió sẽ nhỏ lại và ngược lại. 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 hiện được ở tốc độ cầm chừng vì khi cánh đo gió đã mở lớn, lượng gió qua mạch rẽ ảnh hưởng rất ít đến lượng gió qua mạch chính. Trên thực tế, người ta còn có thể điều chỉnh hỗn hợp bằng cách thay đổi sức căng của lò xo. Hình 2.7 Vít điều chỉnh hỗn hợp cầm chừng • Mạch điện Có hai loại cảm biến đo gió cánh trượt chỉ khác nhau về bản chất mạch điện. Loại 1: Điện áp VS tăng khi lượng khí nạp tăng chủ yếu dùng cho L-Jetronic đời cũ. Loại này được cung cấp điện áp accu 12V tại đầu VB. VC có điện áp không đổi nhưng nhỏ hơn. Điện áp ở đầu VS tăng theo góc mở của cánh đo gió. Hình 2.8 Mạch điện và đường đặc tuyến cảm biến đo gió loại điện áp tăng ECU so sánh điện áp accu (VB) với độ chênh điện áp giữa VC và VS để xác định lượng gió nạp theo công thức: V −V G = B E 2 − VC VS G: lượng gió nạp Nếu cực VC bị 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 nghĩa là khi động cơ ở cầm chừng, nhiên liệu được phun quá nhiều và động cơ sẽ bị ngộp xăng dẫn tới ngưng hoạt động. HVTH : Hồ Hữu Chấn 11 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
19. “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ” Nếu cực VS bị đoản mạch, VC sẽ luôn ở mức cực đại làm cho G giảm, lúc này ECU sẽ điều khiển lượng phun nhiên liệu giảm đi mặc dù có sự thay đổi ở tín hiệu VS. Loại 2: Điện áp VS giảm khi lượng khí nạp tăng. Loại này ECU sẽ cung cấp điện áp 5V đến cực VC. Điện áp ra VS thay đổi và giảm theo góc mở của cánh đo. Hình 2.9 Mạch điện và đường đặc tuyến cảm biến đo gió loại điện áp giảm b. Cảm biến đo gió dạng xoáy lốc (Karman) Nguyên lý làm việc Các cảm biến loại này dựa trên hiện tượng vật lý sau: Khi cho dòng khí đi qua một vật thể cố định khó chảy vòng (thanh tạo xoáy-Karman Vortex) thì phía sau nó sẽ xuất hiện sự xoáy lốc thay đổi tuần hoàn được gọi là sự xoáy lốc Karman. Đối với một ống dài vô tận có đường kính d, quan hệ giữa tần số xoáy lốc f và vận tốc dòng chảy V được xác định bởi số Struhall: f .d S = V Trong hiệu ứng Karman nêu trên, số Struhall không đổi trong dải rộng của các số Reinolds nên vận tốc dòng chảy hay lưu lượng khí đi qua tỉ lệ thuận với tần số xoáy lốc f và có thể xác định V bằng cách đo f. f .d V = 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 lĩnh vực này được ứng dụng để đo lưu lượng khí nạp trong hệ thống điều khiển phun xăng. Có hai loại chính là: Loại Karman quang và loại Karman siêu âm. • Karman kiểu quang Là loại cảm biến đo lưu lượng gió kiểu quang đo trực tiếp thể tích khí nạp. So với kiểu trượt, nó có ưu điểm là nhỏ gọn và nhẹ hơn. Ngoài ra, cấu trúc đường ống đơn giản sẽ giảm trở lực trên đường ống nạp. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Cảm biến Karman quang có cấu tạo như trình bày trên hình 2.10, bao gồm một trụ đứng đóng vai trò của bộ tạo dòng xoáy, được đặt ở giữa dòng khí nạp. Khi dòng khí đi qua, sự xoáy lốc sẽ được hình thành phía sau bộ tạo xoáy còn gọi là các dòng xoáy Karman. Các dòng xoáy Karman đi theo rãnh hướng làm rung một gương mỏng được phủ nhôm làm thay đổi hướng phản chiếu từ đèn LED đến phototransistor. Như vậy, tần số đóng mở của transistor này sẽ thay đổi theo lưu lượng khí nạp. Tần số f được xác định theo công thức sau: HVTH : Hồ Hữu Chấn 12 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
20. “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ” V f = S. d Trong đó: V: là vận tốc dòng khí d: là đường kính trụ đứng S: là số Struhall (S = 0.2 đối với cảm biến này) Căn cứ vào tần số f, ECU sẽ xác định thể tích tương ứng của không khí đi vào các xylanh, từ đó tính ra lượng xăng phun cần thiết. Mạch đếm dòng xoáy LED và photo-transistor Gương (tráng nhôm) Đến khoang nạp Luới ỗn định Cảm biến nhiệt độ khí nạp Gió vào Bộ tạo xoáy Hình 2.10 Bộ đo gió kiểu Karman quang Khi lượng gió vào ít, tấm gương rung ít và phototransistor sẽ đóng mở ở tần số f thấp. Ngược lại, khi lượng gió vào nhiều, gương rung nhanh và tần số f cao. Hình 2.11 Cấu tạo và dạng xung ra của Karman quang Mạch điện Hình 2.12 Mạch điện bộ đo gió Karman quang HVTH : Hồ Hữu Chấn 13 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
21. “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ” c. Cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt (trong LH-Jetronic) Nguyên lý của bộ đo gió kiểu nhiệt dưạ trên sự phụ thuộc của năng lượng nhiệt W thoát ra từ một linh kiện được nung nóng bằng điện (phần tử nhiệt) như : dây nhiệt, màng nhiệt hoặc điện trở nhiệt (thermistor) được đặt trong dòng khí nạp vào khối lượng gió G đi qua và được tính theo công thức sau: + n W = K.∆t.G Rb Trong đó: T1 K: hằng số tỷ lệ ∆t: chênh lệch nhiệt độ giữa U+ RH RK phần tử nhiệt và dòng khí. + A2 Uout T2 A B n: hệ số phụ thuộc vào đặc + tính trao đổi nhiệt giữa phần A1 RP R2 R R tử nhiệt và môi trường. U- 3 6 Sơ đồ cảm biến đo gió R5 R4 loại dây nhiệt không đổi R1 được trình bày trên hình 2.13. R7 Điện trở RH (platinum Hình 2.13 Mạch điện cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt hot wire) và điện trở bù nhiệt RK (thermistor) được mắc vào hai nhánh của cầu Wheatstone. Cả hai điện trở này đều được đặt trên đường ống nạp. Khi nối các ngõ vào của khuếch đại thuật toán l (OP AMP) với đường chéo của cầu, OP AMP1 sẽ giữ cho cầu luôn được cân bằng (có nghĩa là VA –VB = 0) bằng cách điều khiển transitor T1 và T2 , làm thay đổi cường độ dòng điện chảy qua cầu. Như vậy, khi có sự thay đổi lượng không khí đi qua, giá trị điện trở đo RH thay đổi làm cho cầu mất cân bằng, OP AMP1 điều chỉnh dòng qua cầu giữ cho giá trị RH không đổi và cầu sẽ cân bằng với bất cứ vận tốc vào của dòng không khí. Tín hiệu điện thế ra của mạch đo được lấy từ R2 có hệ số nhiệt điện trở rất nhỏ, do đó tỷ lệ thuận với dòng điện đi qua nó. Tín hiệu này sau khi đi qua cầu phân thế gồm R3 và R4 được đưa đến OP AMP2 giữ chức năng chuyển phát. Điện trở R4 dùng để điều chỉnh điện thế ở ngõ ra. Việc xác lập khoảng chênh lệch nhiệt độ ∆t giữa phần tử nhiệt RH và nhiệt độ dòng khí được điều chỉnh bởi RP . Nếu ∆t càng lớn thì độ nhạy của cảm biến càng tăng. Khi nhiệt độ không khí nạp thay đổi sẽ dẫn tới sự thay đổi ∆t. Vì vậy, vấn đề cân bằng nhiệt được thực hiện bởi RK mắc ở U(V) 0 một nhánh khác của cầu ∆t = 116 C Wheatstone. Thông thường 30 ∆t = 560C trong các mạch tỷ lệ RH : RK =1:10. Trong quá trình làm việc, 20 0 ∆t = 30 C mạch điện tử luôn giữ cho sự chênh lệch nhiệt độ ∆t giữa dây 10 nhiệt và dòng không khí vào khoảng 150oC (air mass sensor 100 200 300 400 G(Kg/h) BOSCH). Để làm sạch điện trở nhiệt Hình 2.14 Sự phụ thuộc của hiệu điện áp ngõ ra vào (bị dơ vì bị bám bụi, dầu ), khối lượng khí nạp ở các mức chênh lệch nhiệt độ khác trong một số ECU dùng cho nhau động cơ có phân khối lớn, với số xylanh Z ≥ 6 còn có mạch nung dây nhiệt trong vòng một giây, đưa nhiệt độ từ 150oC lên 1000oC sau khi tắt công tắc máy, trong trường hợp động cơ đã chạy trên 1500 vòng/phút, tốc HVTH : Hồ Hữu Chấn 14 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng