Nhưng yếu tố khác cũng ảnh hưởng như là: bình lọc khí, áp suất nhiên liệu, kim phun, hệ thống đánh lửa, các van trong động cơ, áp giả của tài liệu này sẽ xem những công việc bảo dưỡng độ
QUY TRÌNH TỔNG QUÁT
Trong vài năm gần đây, công nghệ điện tử và các phương pháp chế tạo đã có bước tiến nhanh chóng, làm thay đổi căn bản cách thiết kế và sản xuất các hệ thống điện tử Bộ vi điều khiển (máy tính nhỏ) đã trở thành thành phần cốt lõi của hệ thống điều khiển trên ô tô, đóng vai trò trọng tâm trong quản lý động cơ, an toàn chủ động và các chức năng giải trí, kết nối Nhờ sự tiến bộ liên tục của công nghệ vi mạch và nhúng, xe ô tô ngày càng được tích hợp nhiều tính năng thông minh, mang lại hiệu suất tốt hơn, độ tin cậy cao và trải nghiệm người dùng được nâng lên.
Các bộ vi xử lý và các máy tính khác chứa một bộ phận điều khiển và có thể hoạt động theo một trình tự nhằm tránh nhầm lẫn có thể xảy ra Cái "hộp đen" này được biết đến như một cụm điều khiển điện tử (ECU) Hiện nay nó được xem như một hệ thống điều khiển bằng điện (ECM) Trong cuốn sách này, thuật ngữ ECM được dùng khi nó dựa trên hệ thống điều khiển mà trước đây được biết đến như ECU.
Khi các hệ thống trên xe ngày càng phát triển, chúng mở ra điều kiện cho quy trình điều khiển điện tử bằng máy tính hoạt động hiệu quả hơn, và sự thống nhất giữa nhiều hệ thống điều khiển bằng điện tử tạo ra một quy trình chuẩn giúp kỹ thuật viên ô tô chẩn đoán và sửa chữa trên nhiều dòng xe khác nhau Nhiều nhà sản xuất đã triển khai máy tự động kiểm tra thiết bị và đang sản xuất các thiết bị này để cung cấp thông tin và dữ liệu về các mã lỗi chẩn đoán, từ đó giúp người kỹ thuật viên nắm bắt hướng đi để chẩn đoán và sửa chữa các hệ thống hiện đại trên xe.
Chúng ta sẽ xem xét lại các lựa chọn điển hình được áp dụng trên các hệ thống hiện đại nhằm đạt sự thống nhất và tiêu chuẩn hóa trên toàn bộ cơ sở hạ tầng Việc phân tích những lựa chọn này giúp nhận diện các phương án tối ưu để đảm bảo tính tương thích, hiệu suất và đồng bộ giữa các thành phần hệ thống Bài viết tập trung vào các giải pháp phổ biến được áp dụng rộng rãi, từ chuẩn hóa quy trình và giao diện đến định danh và các chuẩn kỹ thuật, nhằm tăng khả năng mở rộng và giảm thiểu sự phức tạp Nhờ cái nhìn tổng quan về các lựa chọn điển hình này, chúng ta có thể xây dựng một kiến trúc hệ thống thống nhất, dễ bảo trì và có thể thích ứng với những yêu cầu tương lai.
NHỮNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘNG CƠ
Các hệ thống trên động cơ đã được khảo sát và cho thấy sự thống nhất nhất định trong cách sử dụng, cụ thể là hệ thống đánh lửa, hệ thống nhiên liệu và hệ thống điều khiển lượng khí thải Mục đích chính của việc khảo sát các hệ thống này là xác định sự thống nhất để làm rõ chi tiết của từng hệ thống và từ đó có thể thực hiện việc kiểm tra một cách hiệu quả hơn Bên cạnh đó, nhiều hệ thống bên ngoài đòi hỏi phải có thiết bị kiểm tra đặc biệt để đánh giá đúng các tham số vận hành.
Bằng việc kiểm tra ba hệ thống đánh lửa, ta có thể lựa chọn và chuẩn hóa các thiết bị đã biết để thống nhất trong việc sử dụng Trong quá trình kiểm tra các hệ thống khác, chúng ta sẽ nhận diện những nguyên lý cơ bản đã được chuẩn hóa và áp dụng trên nhiều hệ thống đang được dùng trên xe ô tô, từ đó tăng tính đồng nhất, hiệu quả vận hành và độ tin cậy của hệ thống đánh lửa.
HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
Hệ thống đánh lửa sử dụng vài thiết bị bằng điện để tạo ra một xung điện bằng cách đóng hay mở dòng sơ cấp, vì vậy điện áp cao đƣợc sinh ra trong cuộn thứ cấp để tạo ra tia lửa điện đúng thời điểm.
Có nhiều phương pháp để tạo ra xung điện áp cơ bản cho hệ thống đánh lửa, nhưng tài liệu này sẽ giới thiệu sâu hơn về ba phương pháp cơ bản hơn cả Những hệ thống đánh lửa dựa trên việc sử dụng ba phương pháp đó bây giờ đƣợc biết đến nhƣ sau:
1.3.1 Hệ số năng lƣợng hệ thống đánh lửa
Hình 1.1: Bánh răng roto trong cảm biến điện từ và đầu dò
Hình 1.1 mô tả hệ thống đánh lửa sử dụng bộ chia điện, một công nghệ được áp dụng trong nhiều thập kỷ để phân phối điện áp và điều phối thời điểm đánh lửa cho động cơ Trục của bộ chia điện được dẫn động từ trục cam của động cơ và quay với tốc độ liên quan đến tốc độ quay của động cơ, giúp cấp điện áp tới các bugi đúng theo chu kỳ nổ Nhờ cơ chế hoạt động đơn giản và chi phí bảo dưỡng thấp, hệ thống này từng là giải pháp phổ biến trên nhiều loại xe, dù hiện nay đang dần được cải tiến hoặc thay thế bằng các công nghệ đánh lửa hiện đại hơn Hiểu rõ vai trò của trục cam và trục chia điện là nền tảng để đánh giá hiệu suất đánh lửa, độ ổn định của động cơ và tuổi thọ của hệ thống đánh lửa.
Mỗi khi vấu trên rotor đi qua cảm biến, cảm biến sẽ tạo ra một xung điện áp Xung điện áp này sinh ra một xung năng lượng trong cuộn cảm ứng, và cuộn cảm ứng được kết nối với bộ đánh lửa điện tử Khi xung điện áp từ máy phát đạt đến mức giới hạn đã xác định, dòng điện điều khiển công tắc sẽ được cấp và đi đến cuộn sơ cấp của hệ thống đánh lửa, kích hoạt quá trình đánh lửa cho động cơ.
Hình 1.2: Tín hiệu điện áp ở ngõ ra ở tốc độ thấp và cao
Khi vấu bánh răng trong cảm biến điện từ quay, điện áp ở cuộn cảm cảm biến bắt đầu giảm, khiến công tắc đánh lửa OFF và ngắt dòng sơ cấp đến cuộn đánh lửa; điện áp cao được sinh ra bởi cuộn đánh lửa làm cho bugi nổ và gây cảm ứng trong cuộn thứ cấp của hệ thống đánh lửa Thời gian ngậm, hay thời gian giữa ON và OFF của dòng sơ cấp cuộn đánh lửa, tăng lên khi góc ngậm lớn và tốc độ động cơ tăng, đồng nghĩa với việc dòng qua cuộn cảm đạt giá trị tối ưu ở hầu hết các động cơ khi tăng tốc Hình 1.2 thể hiện các dạng xung điện áp của máy phát khi vấu của bánh răng đi qua bộ cảm biến, cho thấy dòng sơ cấp cuộn đánh lửa khi công tắc đang ON.
Ở động cơ tốc độ cao, xung điện áp do máy phát tạo ra lên tới mức cao và công tắc ON được đóng, trong khi điện áp ở trạng thái OFF giảm xuống còn xấp xỉ 1V như thể hiện ở phần hai của Hình 1.2 Tuy nhiên, công tắc tiếp điểm OFF không ảnh hưởng đến tốc độ và điều này cho thấy góc ngậm giữa các phần của công tắc dòng sơ cấp ON-OFF tăng lên khi tốc độ động cơ tăng, đồng nghĩa với việc tăng thời gian cho dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp và là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tia lửa điện Vì thế hệ thống đánh lửa này thuộc kiểu hệ thống đánh lửa với hệ số năng lượng không đổi Loại hệ thống này được ký hiệu để máy ly tâm và máy đo độ chân không có thể tự động điều chỉnh thời điểm đánh lửa.
1.3.2 Hệ thống đánh lửa số (đánh lửa theo chương trình)
Hệ thống đánh lửa được lập trình và tích hợp với công nghệ máy tính để điều khiển và phân phối đồng bộ các dạng cơ học, hơi khí và các yếu tố khác của bộ phân phối Việc lập trình cho hệ thống này giúp tối ưu hóa thời điểm đánh lửa, cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống Hình 1.3 minh họa một cách đơn giản khái niệm về quá trình lập trình hệ thống đánh lửa và cách các thành phần trong bộ phân phối được điều khiển thông qua hệ thống này.
Hình 1.3: Hệ thống đánh lửa theo chương trình
Bộ vi điều khiển dành riêng cho máy tính có khả năng đọc được các tín hiệu đầu vào từ động cơ như tốc độ động cơ, vị trí trục khuỷu và lượng tải Những tín hiệu này được so sánh với dữ liệu từ bộ nhớ máy tính và máy tính, rồi gửi tín hiệu đầu ra đến hệ thống đánh lửa Đây là cách làm cổ điển để đưa dữ liệu thu được từ việc kiểm tra tốc độ động cơ, được thể hiện bằng biểu đồ ba chiều như trong Hình 1.4.
Hình 1.4: Biểu đồ hệ thống đánh lửa được lưu trữ trong ROM của ECM
Mọi điểm trên bản đồ điều khiển động cơ có thể được biểu diễn bằng các điểm tham chiếu cụ thể, ví dụ tốc độ động cơ 1000 rpm, áp suất đường nạp 0,5 bar và góc đánh lửa sớm 5 độ Những giá trị này được chuyển đổi sang dữ liệu nhị phân 0 và 1, và bản đồ được lưu trữ trong bộ nhớ máy tính Bộ xử lý sử dụng bản đồ này để cung cấp góc đánh lửa chính xác ở các chế độ làm việc khác nhau của động cơ.
Trong loại hệ thống đánh lửa tạo ra năng lƣợng, tín hiệu đƣợc tạo ra từ cảm biến Hall hiển thị ở Hình 1.5
Khi phần kim loại ở gờ giữa nam châm quay, tín hiệu từ cảm biến Hall ở đầu ra ở mức 0 Khi khe hở giữa vấu của cảm biến Hall và nam châm mở ra, xung điện áp được tạo ra Xung điện áp xuất hiện tại từng thời điểm tia lửa điện được sinh ra nhờ cảm biến Hall Trong khi các bộ chia điện cổ điển từng được sử dụng rộng rãi trong hệ thống đánh lửa điện tử, chúng có thể kích hoạt xung máy phát để dẫn động trục khuỷu và bánh đà, phù hợp với nhiều hệ thống hiện đại Đây là phương pháp tiện ích để kiểm tra hệ thống không dùng bộ chia điện thông thường mà thay vào đó dùng bánh đà để dẫn động xung điện áp máy phát.
1.3.3 Hệ thống đánh lửa dùng bộ chia điện
Hình 1.6 mô tả hệ thống đánh lửa cho động cơ 4 xi-lanh, gồm hai cuộn đánh lửa: một cuộn dùng cho xi-lanh thứ nhất và thứ tư, cuộn kia dùng cho xi-lanh thứ hai và thứ ba Tia lửa được sinh ra ở mỗi thời điểm xi-lanh đến gần TDC (điểm chết trên) Điều này có nghĩa tia lửa xảy ra trong kỳ thải cũng như kỳ nạp Vì lý do này, hệ thống đánh lửa thuộc loại này thỉnh thoảng được xem như là một sự tổn thất tia lửa.
Hình 1.6: Hệ thống đánh lửa sử dụng bôbine đôi
Hình 1.6 cho thấy có hai cảm biến gắn trên bánh đà: một cảm biến ghi nhận tốc độ động cơ, còn một cảm biến kích hoạt hệ thống đánh lửa Chúng được biểu diễn chi tiết trong Hình 1.7 và cả hai hoạt động dựa trên nguyên lý từ trở biến thiên.
Một phương án khác là dùng vòng răng để xác định vị trí, như Hình 1.8 minh họa Cảm biến xác định vị trí bằng cách phát ra xung điện áp, đây là một cảm biến điện từ biến thiên có khả năng ghi nhận vị trí vòng quay một cách nhanh chóng và chính xác.
Hình 1.7: Chi tiết của cảm biến tốc độ động cơ và cảm biến vị trí trục khuỷu
Hình 1.8: Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí trục khuỷu sử dụng vòng bánh răng tháo rời
1.3.4 Hệ thống đánh lửa dùng cảm biến quang điện từ
Hình 1.9 mô tả hệ thống đánh lửa điện tử dùng quang điện từ, gồm hai thiết bị điện tử hoạt động: một là đèn LED phát sáng để tạo dòng điện, còn lại là điốt phát quang có thể hoạt động khi đèn LED bị lỗi.
Một loại cảm biến khác được biểu diễn ở Hình 1.10 Ở đây, đĩa roto có 360 rãnh và có các lỗ lớn ở tâm đĩa nhằm chỉ hướng về TDC Trong số các rãnh lớn này, một rãnh rộng hơn các rãnh còn lại và được dùng để chỉ vị trí TDC của xylanh thứ nhất.
MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
Hình 1.12: (a) Kim phun đơn điểm (b) Kim phun đa điểm
Máy tính điều khiển phun xăng hiện nay đã trở nên thông dụng trong hệ thống cung cấp nhiên liệu, từ quá trình hòa trộn khí cháy đến đốt cháy trong buồng đốt của động cơ Mặc dù hệ thống có thể điều chỉnh lượng xăng phun vào xi-lanh động cơ tương tự như động cơ diesel, việc điều chỉnh lượng nhiên liệu vào bộ phân phối vẫn còn một số thách thức Có hai cách đưa nhiên liệu vào bộ phân phối được sử dụng: một là phun bằng kim phun đơn vào van bướm ga, hai là phun cho từng xi-lanh với một kim phun được đặt ở cửa nạp của mỗi xi-lanh Hai hệ thống được biết đến là phun xăng đơn điểm và phun xăng đa điểm Nguyên lý làm việc của chúng được minh họa trong Hình 1.12.
Kim phun sẽ phun lƣợng nhiên liệu vào bộ phân phối trong cánh bướm ga, biểu diễn ở mục 4 của Hình 1.13
1 Bộ phận điều chỉnh áp suất nhiên liệu 2 Cảm biến vị trí cánh bướm ga
3 Cảm biến nhiệt độ không khí nạp 4 Van kim
5 Mô tơ điều khiển bướm ga 6 Đĩa bướm ga 7 Động cơ
Hình 1.13: Chi tiết kim phun đơn điểm
Cuối cùng là phun tơi vào cánh bướm ga, và bộ điều khiển động cơ (ECU/ECM) sẽ đảm bảo tỷ lệ không khí và nhiên liệu chính xác Khi máy tính cung cấp lượng nhiên liệu cần thiết, lượng không khí vào động cơ phải được kiểm soát chính xác để duy trì sự đốt cháy hiệu quả Số vòng quay của động cơ cho biết thông tin từ bộ phân phối và hoạt động độc lập với cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ không khí và cảm biến tốc độ động cơ.
Trong hình 1.14, loại kim phun được thể hiện; van kim hoạt động bằng cuộn solenoid (3) và nhận tín hiệu điện từ máy tính điều khiển động cơ (ECU) Khi động cơ hoạt động ở tải đầy hoặc ở tải một phần, kim phun phun nhiên liệu trong mỗi chu kỳ Khi động cơ hoạt động ở chế độ không tải, kim phun hoạt động ở mức một phần Áp suất nhiên liệu được điều chỉnh bởi van ở kim phun, và lượng nhiên liệu được xác định bởi thời gian cuộn solenoid giữ cho van mở.
Hình 1.14: Kim phun đơn điểm CFI (kim phun nhiên liệu tâm ở giữa)
Van tiết lưu hoạt động khi khởi động, khi động cơ dừng, khi động cơ chạy không tải.
Trong hệ thống phun xăng, nó hoạt động bằng cách phun nhiên liệu Mỗi kim phun đƣợc nốivới một ống riêng, nhƣ Hình 1.15
2 Vòng làm kín (đường nạp)
3 Vòng làm kín (ống nạp)
Hình 1.15: Đường dẫn kim phun Áp suất mỗi ống nhiên liệu đƣợc điều khiển bằng bộ điều chỉnh nhƣ
Hình 1.16 Bộ điều chỉnh áp suất riêng này là một máy đo mà nhà sản xuất áp dụng để ổn định với áp suất tối đa là 2.5 bar.
Hoạt động của bơm xăng là cấp đủ lượng nhiên liệu cho kim phun; khi áp suất tăng, van điều chỉnh mở, cho phép lượng nhiên liệu dư quay về thùng nhiên liệu qua đường ống hồi (6) Màng bên trong bộ điều chỉnh (2) được dùng để đưa áp suất tới bộ phân phối, cho phép màng và lò xo điều chỉnh áp suất nhiên liệu Khi màng được nâng lên, áp suất nhiên liệu giảm xuống khoảng 1.8 bar; khi màng hạ xuống, áp suất sẽ tăng lên trong ống phân phối, đạt khoảng 2.5 bar.
3 Kết nối ống chân không
4 Lò xo điều khiển áp suất
Hình 1.16: Bộ điều chỉnh áp suất nhiên liệu
Với cấu hình này, lượng nhiên liệu cho mỗi kim phun được đưa vào bộ phân phối và thời gian mở của van kim phun được xác định bởi hoạt động của cuộn dây solenoid Bằng cách kéo dài thời gian mở van kim phun, lượng nhiên liệu phun ra sẽ đáp ứng đúng yêu cầu của hệ thống, từ đó tối ưu hóa quá trình phun và hiệu suất động cơ.
Đối với mỗi động cơ, lượng nhiên liệu cần thiết được xác định bởi nhà thiết kế và lưu trữ trong bộ nhớ của bộ điều khiển điện tử (ECU) Trong quá trình vận hành, ECU thu thập thông tin từ các cảm biến gắn với hệ thống nhiên liệu và so sánh dữ liệu từ cảm biến với dữ liệu có sẵn trong bộ nhớ máy tính Dựa trên việc so sánh này, ECU phát ra các tín hiệu điều khiển cho từng kim phun dưới dạng xung điện áp có thời gian xấp xỉ từ 2 ms đến 10 ms Chu kỳ làm việc (duty cycle) của kim phun được xác định dựa trên phần trăm thời gian, như được trình bày trên Hình 1.17.
Đặc điểm nổi bật của động cơ và khả năng dẫn động xe được xác định bởi tín hiệu đầu vào do bản thiết kế quy định và được đọc bởi cụm điều khiển điện tử Bản đồ hệ thống nhiên liệu hoạt động tương tự bản đồ hệ thống đánh lửa ở Hình 1.4, nhưng ở đây sự thay thế giữa vị trí cánh bướm ga và tia lửa sớm bằng tỷ lệ hòa khí và nhiên liệu Mỗi điểm trên bản đồ có thể được biểu thị bằng mã nhị phân và phạm vi điểm trên bản đồ được lưu trữ trong bộ nhớ của ECU Dữ liệu lưu trữ được so sánh với tín hiệu từ các cảm biến để ECU xác định khoảng thời gian phun nhiên liệu.
Một số hệ thống máy tính được thiết kế để quản lý có thể điều chỉnh và sửa đổi chương trình sao cho khớp với nhu cầu của khách hàng Việc duy trì và cập nhật chương trình trong bộ nhớ là yếu tố cốt lõi cho quá trình này và công việc này có thể được thực hiện bởi các nhân viên được giao nhiệm vụ.
Hệ thống phun xăng đa điểm thông thường được dùng với một hoặc hai phương pháp sau:
1 Phun một nửa lƣợng nhiên liệu vào trong cửa nạp, mỗi thời điểm piston gần đến tử điểm thƣợng.
2 Phun liên tục trong kỳ nạp.
Hì n h 1.18: Hệ th ốn g ki m ph u n đa đ iểm
Trong hệ thống phun xăng đa điểm được biểu diễn ở Hình 1.18, mỗi xi-lanh động cơ có một kim phun duy nhất Mỗi kim phun được thiết kế để phun nhiên liệu vào cửa nạp Vị trí và góc phun hiện tại của từng kim phun được thay đổi tùy thuộc vào từng loại động cơ.
Trong hệ thống được thể hiện ở Hình 1.18, dòng khí vào động cơ được đo bằng một đồng hồ đo khối lượng không khí (MAF) Máy tính nhận tín hiệu từ đồng hồ đo nhiên liệu và kết hợp với các cảm biến khác như cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến nhiệt độ và cảm biến vị trí cánh bướm ga để xác định thời gian phun nhiên liệu một cách chính xác.
Cùng với hệ thống phun xăng đa điểm, loại hệ thống có một kim phun cho mỗi xi lanh và hoạt động mỗi khi xi lanh làm việc Cảm biến Hall và cảm biến điện từ được dùng để xác định vị trí trục cam, phục vụ cho ECU xác định điểm chết trên của xi lanh thứ nhất.
Hình 1.19: Cảm biến nhận dạng hoạt động xylanh động cơ
Hình 1.19 biểu diễn một trong số những cảm biến đƣợc lắp trên đầu trục cam động cơ
Một số loại cảm biến được sử dụng trong hệ thống nhiên liệu cũng được áp dụng cho hệ thống đánh lửa, giúp đồng bộ hóa các tín hiệu giữa hai hệ thống và tối ưu hóa hiệu suất động cơ Vì nhiều tín hiệu cảm biến được dùng cho cả hai hệ thống, chúng trở nên phổ biến và được điều khiển bởi máy tính để điều chỉnh chính xác lượng nhiên liệu cũng như thời điểm đánh lửa.
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ (EMS)
Hệ thống điều khiển động cơ được thiết kế nhằm đảm bảo lượng khí thải ở phạm vi cho phép để cải thiện tính năng vận hành của xe, đồng thời cho thấy số lượng cảm biến và cơ cấu chấp hành lớn hơn nhiều so với hệ thống nhiên liệu hay hệ thống đánh lửa Hệ thống này được thể hiện trong Hình 1.18 và mô tả một hệ thống điều khiển động cơ hiện đại Mục đích ở đây là tập trung vào hướng điều khiển động cơ, không bao gồm các bộ phận thuộc hệ thống nhiên liệu và hệ thống đánh lửa.
Bộ phận đầu tiên cần chú ý là cảm biến oxy có dây nung, loại cảm biến được làm nóng để nhiệt độ làm việc nhanh và ổn định Cảm biến oxy cung cấp tín hiệu phản hồi cho cụm điều khiển điện tử (ECU) nhằm điều chỉnh hệ thống nhiên liệu sao cho tỷ lệ hòa khí đạt lambda bằng 1, từ đó tối ưu quá trình đốt Thông thường cảm biến oxy được dùng trên động cơ xăng; nó tạo ra xung điện áp và điều chỉnh tỷ lệ hòa khí đưa vào buồng cháy theo đúng mức để đạt lambda = 1 Tín hiệu điện áp từ cảm biến được gửi về ECU để duy trì giá trị lambda bằng 1.
1.5.1 Sự luân hồi khí thải
Hình 1.20: Hệ thống luân hồi khí thải
Hình 1.18 mô tả hệ thống điều chỉnh chân không bằng điện tử và van luân hồi khí thải, một thành phần quan trọng trong hệ thống điều khiển động cơ Việc giảm lượng khí thải NOx nhờ luân hồi khí thải giúp buồng cháy không đạt nhiệt độ vượt quá 1800°C, vì ở nhiệt độ này có thể hình thành NOx; quá trình luân hồi khí thải giữ cho nhiệt độ buồng cháy ở mức thấp và cho phép khí thải quay trở về hệ thống Hình 1.20 trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống luân hồi khí thải Để đạt hiệu quả tối ưu, hệ thống EGR không hoạt động khi động cơ lạnh hoặc khi động cơ làm việc ở chế độ toàn tải.
1.5.2 Máy tính điều khiển sự bay hơi khí thải
Hình 1.21: Hệ thống điều khiển sự bay hơi khí thải
Động cơ xăng được trang bị cơ chế ngăn cấp nhiên liệu nhằm chặn lượng hydrocacbon có hại như benzen Để hạn chế lượng hydrocacbon thoát ra từ thùng nhiên liệu, các hệ thống trên xe phải có thiết bị gắn với hộp cacbon Hộp này chứa than hoạt tính có khả năng giữ lại các chất độc hại trong phân tử hydrocacbon Hệ thống điều khiển sự bay hơi khí thải được kết nối với một van và đường ống dẫn tới thùng nhiên liệu, như Hình 1.21.
Van xả khí solenoid kết nối với hộp cacbon để dẫn hơi hydrocacbon vào buồng cháy nhằm đốt cháy hòa khí, và được điều khiển bởi bộ điều khiển điện tử Van hoạt động dựa trên tín hiệu điện từ máy tính, quyết định thời gian mở van để cấp hydrocacbon vào hệ thống Khi động cơ dừng, hơi hydrocacbon từ nhiên liệu được đưa vào thùng nhiên liệu qua hộp cacbon, và khi động cơ khởi động, công tắc của bộ điều khiển điện tử mở van để hơi hydrocacbon có thể dẫn vào hệ thống Số lần làm việc của van solenoid phụ thuộc vào điều kiện hoạt động của hệ thống.
Sự điều khiển hơi khí thải là một phần trong hệ thống điều khiển khí thải động cơ và nó phải đƣợc bảo quản trong điều kiện tốt.
PHANH ABS
Hình 1.22: Những chi tiết trên hệ thống phanh ABS hiện đại
Phanh ABS là hệ thống được điều khiển bằng máy tính, dùng để điều khiển từng bánh xe riêng biệt Hình 1.22 mô tả hệ thống điều khiển hiện đại này và cho thấy cách nó được ứng dụng để kiểm soát phanh trên từng bánh Hệ thống phanh được bố trí bằng thủy lực và có thiết kế chéo: phanh ở bánh trước trái và bánh sau phải được cấp bởi một xi lanh chính hai tầng, trong khi phanh ở bánh trước phải và bánh sau trái được cấp bởi một xi lanh chính hai tầng khác trong cùng hệ thống.
Các cảm biến gắn ở các bánh xe hoạt động theo nguyên lý cảm biến Hall và đƣa dòng điện vào để lấy tín hiệu điện áp từ các cảm biến bánh xe Phanh ABS điều khiển bằng máy tính đƣợc xếp vào bộ điều khiển ABS, với việc đặt vào các cảm biến giúp cho phanh đƣợc điều khiển an toàn trong tình trạng phanh khẩn cấp.
Bắt đầu ở góc trên bên trái của Hình 1.23, có hai bộ tích áp thủy lực (A1 và A2) Dưới những hệ thống đó là bơm điều khiển được điều khiển bởi máy tính Phía dưới có bốn bánh xe và trên những bánh xe đó có hai van đầu vào và đầu ra (được ký hiệu là C và D), dưới sự điều khiển của máy tính, nó sẽ xác định lực phanh nhƣ thế nào khi hệ thống phanh ABS hoạt động
Hình 1.23: Chi tiết của hệ thống phanh ABS
Phanh ABS không hoạt động ở vận tốc dưới 7 km/h, trong khi phanh thường chỉ có hiệu lực ở tốc độ thấp Khi ABS không kích hoạt, van cửa vào ở vị trí mở và van cửa ra ở vị trí đóng Ở mỗi van cửa vào đều có van hồi với áp suất chính xác để cho phép xả áp suất khi nhả bàn đạp phanh, nhằm ngăn ngừa kéo phanh.
1.6.1 Hoạt động của ABS Đạp bàn đạp phanh là cách điều khiển phanh thông thường Ví dụ, các cảm biến ở các bánh xe dẫn đến máy tính để bánh trước bên phải khóa, máy tính sẽ điều khiển bơm bộ điều khiển và đóng van cửa vào C4 Điều này sẽ ngăn cản áp suất tăng lên ở bánh trước bên phải Đâyđược biết như là một sự duy trì áp suất Nếu cảm biến chỉ dẫn để bánh xe tăng tốc, máy tính sẽ đƣa tín hiệu để van cửa ra D4 đóng và van cửa vào C4 mở, ngoài ra áp suất thủy lực sẽ đƣợc cấp đến Điều này đƣợc xem nhƣ là một sự tăng áp Có ba giai đoạn của phanh ABS, đó là sự duy trì áp suất, sự giải thoát áp suất, sự gia tăng áp suất, điều này sẽ tiếp diễn mãi cho đến sự hãm ở bánh xe dừng hoặc cho đến khi nhả bàn đạp phanh.
1.6.2 Một vài điểm khái quát về phanh ABS
Hệ thống biểu diễn ở Hình 1.23 miêu tả một dạng hoạt động của phanh ABS: khi duy trì áp suất, phanh ở bánh phải trước và bánh phải sau được giữ nguyên áp suất, phanh ở bánh trái trước được tăng áp suất và phanh ở bánh trái sau được giảm áp suất Điều này được thể hiện bằng cách mở và đóng van cửa vào C1-C4 và van cửa ra D1-D4.
Trong suốt quá trình phanh ABS hoạt động, dầu phanh hồi về xy-lanh chính và trục dẫn động gây rung ở bàn đạp phanh, từ đó ABS hoạt động hiệu quả Khi phanh ABS dừng lại, bơm điều khiển vẫn tiếp tục chạy để đảm bảo bình thủy lực rỗng.
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LỰC KÉO
Bộ vi sai hộp số dẫn động trục bánh xe cho phép bánh xe bên trong quay chậm hơn bánh xe bên ngoài; ví dụ khi xe rẽ phải đột ngột, bánh xe phía tay phải quay chậm còn bánh xe phía tay trái quay nhanh hơn, và Hình 1.24 minh họa vai trò thiết yếu của bộ vi sai trong sự phân bổ moment và lực kéo giữa các bánh Tuy nhiên, hoạt động của một số loại vi sai có thể làm giảm lực kéo: nếu một bánh dẫn động trên bề mặt trơn trượt quay trong khi bánh trên cầu kia đứng yên, xe sẽ bị ngừng di chuyển Nguyên nhân là bộ vi sai cho phép moment hộp số cân bằng, khiến moment quay tại bánh trên bề mặt trơn bị giảm và không đủ để quay bánh dẫn động, dẫn tới khó di chuyển xe trên địa hình trơn.
Hình 1.24 chứng minh sự cần thiết của bộ vi sai trong hệ thống điều khiển lực kéo Khi bánh xe vận hành trên bề mặt trơn, phanh có thể được kích hoạt để ngăn bánh xe quay và buộc cơ cấu truyền động dẫn động các bánh xe khác, giúp duy trì sự di chuyển và ổn định cho xe Khi điều kiện trơn trượt được kiểm soát, phanh sẽ nhả, trục dẫn động tiếp tục quay và truyền lực Hệ thống điều khiển lực kéo còn tích hợp cơ cấu đóng và cánh bướm ga phụ để giảm công suất động cơ và loại bỏ khả năng quay của bánh xe; cơ chế này thường hoạt động tự động thông qua cánh bướm ga phụ Quá trình này đòi hỏi quản lý bằng máy tính và hệ thống ABS có thể giao tiếp với các hệ thống khác thông qua mạng điều khiển để đạt được điều khiển tối ưu.
Hình 1.25 mô tả nguyên lý hoạt động của cánh bướm ga, trong khi hệ thống phanh ABS được trình bày ở phần 1.6 chứa đựng nhiều chi tiết cần thiết cho ứng dụng trong hệ thống phanh tự động; tuy nhiên hệ thống này cần cung cấp van và thiết bị khác để cho phép phanh cho từng bánh xe riêng lẻ Hình 1.26 thể hiện cách bố trí hệ thống điều khiển lực kéo đã được ứng dụng ở một số động cơ Volvo.
Hình 1.25: Hoạt động của cánh bướm ga được dùng với hệ thống điều khiển lực kéo
Trong hệ thống kiểm soát lực kéo được nêu trong Hình 1.26, bộ điều khiển ABS được bổ sung các van thủy lực, van solenoid và van chuyển dòng để tối ưu hóa quá trình phanh Hình mô tả liên quan đến trục dẫn động bánh xe trước, do đó cần tập trung vào phanh ở hai bánh trước, bên trái và bên phải Trong quá trình hoạt động, bánh xe sẽ quay để xác định và áp dụng phanh cho bánh trước bên phải.
Van solenoid đóng, kết nối giữa bơm áp suất và xy-lanh phanh chính Van cửa vào C1 điều khiển phanh ở bánh trước bên trái và đã đóng để ngăn cản má phanh được đặt vào.
Trong suốt quá trình vận hành của bộ truyền động, bộ điều khiển được bơm và hoạt động liên tục để đẩy dầu từ xilanh chính tới van thủy lực, đồng thời cấp dầu cho hệ thống phanh phía trước bên phải và đưa dầu đến cửa vào van C4.
Khi tốc độ quay của bánh xe phía trước bên phải cân bằng với bánh xe phía trước bên trái, phanh bánh xe phía trước bên phải được nhả ra để duy trì sự cân bằng và ổn định cho hệ thống Trong trường hợp quay vòng bánh xe FR, quá trình điều khiển được thực hiện bằng cách đóng mở van C4 và van thoát C4 để điều chỉnh phanh và áp suất một cách chính xác.
Hình 1.26: Hệ thống điều khiển lực kéo
Trong hệ thống phanh, khi máy tính phát hiện bánh xe dừng quay và truyền động trở lại trạng thái bình thường, bơm điều khiển tắt van điện từ (2), mở van (C4) và (D4) để chúng quay về vị trí ban đầu và duy trì hoạt động phanh bình thường Vì bơm điều khiển được thiết kế để cung cấp nhiều dầu phanh hơn, van sẽ mở ở một áp suất nhất định, cho phép dầu phanh dư thừa quay trở về xilanh chính và về bình chứa dầu phanh, từ đó đảm bảo lưu lượng dầu phanh phù hợp cho hệ thống.
Hệ thống đƣợc thiết kế để điều khiển lực kéosẽngƣng hoạt động nếu:
1 Bánh xe hết quay tròn
2 Phanh có nguy cơ quá nhiệt
3 Phanh đƣợc áp dụng trong bất cứ lý do
4 Điều khiển lực kéo không đƣợc chọn.
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH Ô TÔ
Hệ thống điều khiển lực kéo ảnh hưởng đến đặc tính của xe, đặc biệt khi xe qua cua, giúp cải thiện sự bám đường và kiểm soát tại các góc cua Kết quả của hệ thống này có ảnh hưởng tương tự như hệ thống điều khiển sự ổn định, góp phần nâng cao tính an toàn và ổn định của xe khi vào cua.
Hình 1.27: Điều khiển tính ổn định; (a) quay vòng thiếu, (b) quay vòng thừa
Trong Hình 1.27, hai tình huống được trình bày, và ở Hình 1.27(a) xe gặp vấn đề quay vòng không ổn định khi vào khúc cua Trong tình huống này, xe cố gắng đi thẳng và người lái phải thực hiện nhiều thao tác để vượt qua chỗ uốn Việc kiểm soát ổn định có thể hỗ trợ bằng cách áp dụng phanh ở phía sau của xe để đưa bánh xe lên mặt trong của khúc cua Tác động này tạo ra một phản ứng quay ngang (lắc) của phương tiện một cách êm dịu, ngược lại với hướng dự định của hành trình.
Quay vòng thừa diễn ra ở Hình 1.27(b) khi bánh xe sau hướng ra bên ngoài, làm giảm bán kính quay vòng và khiến hiện tượng quay vòng thừa trở nên nghiêm trọng nếu không được kiểm soát Để chống quay vòng thừa, phanh bánh xe ở phía ngoài của góc quay có thể được áp dụng và động cơ có thể giảm công suất thông qua bướm ga thứ hai do máy tính điều khiển Để đạt được hoạt động cân bằng và ổn định, hệ thống này cần bổ sung cảm biến như cảm biến góc quay bánh xe và cảm biến gia tốc ngang, cung cấp cho máy tính điều khiển các thông tin về quay vòng thừa và quay vòng thiếu Để các bộ phận điều khiển động cơ, ABS và kiểm soát lực kéo có thể giao tiếp hiệu quả với nhau, mạng CAN được sử dụng như hình 1.25 minh họa Hình này mô tả cấu trúc đầu ra từ cảm biến bánh xe kiểu Hall; mạng CAN sẽ được trình bày ở Chương 2 và cảm biến Hall sẽ được giải thích chi tiết ở Chương 4.
Hình 1.28: Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa
Hệ thống điều hòa không khí trên xe có chức năng duy trì nhiệt độ cabin thoải mái cho hành khách và khoang điều khiển, được điều khiển bởi hệ thống điều khiển máy tính Nhiệt lượng đưa vào bên trong xe thường được thực hiện bằng cách chuyển nhiệt từ động cơ qua các ống dẫn và quạt Tuy nhiên, quá trình làm lạnh bên trong cabin được thực hiện bằng hệ thống làm lạnh được điều khiển bởi một máy phụ, nó sẽ lấy nhiệt từ bên trong và đưa ra ngoài bầu khí quyển quanh xe Đây là nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa không khí Hình 1.28 mô tả sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều hòa trên xe.
Môi chất làm lạnh trong ô tô, ở dạng lỏng ban đầu, có nhiệm vụ đưa nhiệt từ bên trong cabin ra ngoài và được tuần hoàn liên tục trong hệ thống nhờ máy nén do động cơ xe vận hành Trong quá trình lưu thông, môi chất thường xuyên chuyển đổi giữa trạng thái lỏng và khí để duy trì hiệu quả làm lạnh của hệ thống.
Van giảm áp là thành phần quan trọng trong hệ thống làm lạnh, chịu trách nhiệm điều chỉnh áp suất của môi chất làm lạnh Quá trình điều chỉnh diễn ra khi môi chất làm lạnh đi qua van giảm áp, khiến áp suất và nhiệt độ của nó giảm xuống và một phần môi chất bắt đầu bốc hơi Sau khi qua van giảm áp, môi chất đi vào dàn lạnh (evaporator) nơi nó hấp thụ nhiệt từ khoang xe và tiếp tục bốc hơi, từ đó làm lạnh không gian cabin Môi chất ở trạng thái khí sau khi bay hơi sẽ quay trở lại máy nén, nơi nhiệt độ và áp suất tăng lên để đẩy nó tới dàn nóng và thải nhiệt ra môi trường, đóng vòng chu trình làm lạnh.
Trong chu trình làm lạnh, môi chất lạnh được nén bởi máy nén, làm tăng áp suất và nhiệt độ của nó Môi chất nóng sau đó được đẩy qua bộ trao đổi nhiệt gọi là dàn nóng, nơi nó nhả nhiệt ra môi trường và ngưng tụ thành chất lỏng ở áp suất cao Chất làm lạnh lỏng đi vào bộ tích năng, tại đó tách chất lỏng khỏi hơi nước để chuẩn bị cho sự giãn nở Môi chất sau đó quay lại van giảm áp và đi vào dàn lạnh, nơi nó bay hơi và hấp thụ nhiệt từ không gian được làm lạnh, hoàn thành chu trình và quay về máy nén để lặp lại vòng tuần hoàn.
Máy nén của hệ thống điều hòa không khí tiêu thụ một lượng công suất đáng kể từ động cơ, vì vậy việc nhận biết trạng thái hoạt động của động cơ là điều thiết yếu để điều khiển máy nén Khi máy nén hoạt động, tốc độ quay ở chế độ chậm của động cơ có thể bị ảnh hưởng, và bộ điều khiển động cơ (ECM) thường tăng tốc độ Idle để ngăn ngừa chết máy Để cho phép máy nén điều hòa hoạt động hoặc ngừng hoạt động, nó được điều khiển bởi một ly hợp từ, như minh họa ở Hình 1.29.
Ly hợp này cho phép máy nén vận hành hoặc ngừng vận hành chỉ ở tốc độ cầm chừng; để bảo vệ máy nén, hệ thống không được kết nối ở tốc độ động cơ cao Trong một số tình huống tăng tốc nhanh, việc ngắt tạm thời máy nén có thể được yêu cầu để duy trì an toàn và tuổi thọ của thiết bị.
Hình 1.29: Ly hợp điện từ
Ngoài xem xét hoạt động của động cơ, nhiệt độ bên trong xe phải được duy trì ở mức ổn định và so sánh với nhiệt độ thiết lập ở bên ngoài, quá trình này được thực hiện bởi cảm biến nhiệt độ và hệ thống điều hòa không khí ECM điều hòa không khí đảm nhiệm vai trò quản lý và điều khiển nhằm cân bằng nhiệt độ cabin theo yêu cầu người dùng, dựa trên tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ và các tham số vận hành Danh sách chức năng điều khiển của ECM điều hòa không khí được trình bày ở phần tiếp theo.
Tính toán nhiệt độ không khí vào theo yêu cầu
Điều khiển chống sương mù ở phía sau
Sự lọt khí trong môi chất lạnh
Môi chất làm lạnh được sử dụng trong hệ thống điều hòa không khí có thể gây hại cho người khi tiếp xúc trực tiếp, và hiện nay các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào tác động của chúng đối với môi trường Vì lý do này, dịch vụ bảo dưỡng và lắp đặt hệ thống điều hòa không khí đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và kỹ thuật viên được đào tạo cho các ứng dụng đặc thù Hầu hết các nhà sản xuất thiết bị garage đều cung cấp thiết bị phục vụ điều hòa không khí, ví dụ như Bosch Tronic R134 Các nhà sản xuất thiết bị và nhà sản xuất xe ô tô cũng cung cấp chương trình đào tạo về hệ thống điều hòa không khí, và tôi khuyến khích mọi kỹ thuật viên garage tham gia đầy đủ khóa huấn luyện để nắm vững hệ thống điều hòa đang được ứng dụng trên nhiều xe ở châu Âu.
Một số điểm ứng dụng chung theo sau:
Có các quy định cụ thể về việc thải nhiệt ra ngoài bầu khí quyển, nhằm kiểm soát tác động tới môi trường của quá trình này Các nhà sản xuất cần tuân thủ nghiêm ngặt các chuẩn bảo vệ môi trường được áp dụng theo từng khu vực, vùng lãnh thổ và địa phương để đảm bảo hoạt động sản xuất an toàn và bền vững.
Chất làm lạnh được giữ trong hệ thống dưới sức ép Bất cứ sự rò rỉ nhỏ nào cũng đều phải đƣợc sửa chữa.
Một số môi chất làm lạnh thì tạo ra khí độc khi một ngọn lửa nhỏ đƣợc đƣa tới gần chúng Điều này có thể tránh đƣợc.
Có một vài lý do tại sao đào tạo đặc biệt thì rất quan trọng.
1.10 MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN BỘ GIẢM CHẤN
Cưỡng ép dầu vào khe dầu là phương pháp phổ biến để cung cấp sự giảm chấn trong hệ thống treo của xe Lực giảm chấn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt là kích thước khe dầu qua đó dầu giảm chấn được cưỡng ép bởi hoạt động giảm chấn của hệ thống treo Lực giảm chấn có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi kích thước của hệ thống treo; thực tế, điều này đạt được thông qua van được điều khiển bởi ECM, thay đổi kích thước khe giảm chấn để mang lại giảm chấn mềm hay cứng theo yêu cầu Hình 1.30 cho thấy vị trí mở van điện từ của van giảm chấn được sử dụng trên một số hệ thống của Ford Van điện từ được điều khiển bởi tương tác giữa máy tính điều khiển giảm chấn và cung cấp hai cấp độ giảm chấn: mềm và cứng.
Hình 1.31: Máy tính điều chỉnh lực giảm chấn
Để đáp ứng các điều kiện lái khác nhau như tăng tốc, phanh, đường ghồ ghề và góc cua, cấp độ giảm chấn của hệ thống treo được điều chỉnh thay đổi Máy tính nhận dữ liệu từ một số cảm biến, so sánh tín hiệu đầu vào với giá trị thiết kế lưu trong ROM và quyết định mức độ giảm chấn cần thiết Hình 1.31 trình bày các kiểu cảm biến liên quan tới tương tác giảm chấn.
Hình 1.32: Cảm biến vị trí trục tay lái
Cảm biến tốc độ là một cảm biến được sử dụng trong nhiều hệ thống trên xe và có lẽ thuộc loại cảm biến điện từ Cảm biến vị trí hệ thống lái thường là kiểu quang điện từ, hoạt động dựa trên một chùm tia hồng ngoại bị chắn bởi một đĩa có lỗ như được mô tả ở hình 1.32 Tín hiệu cảm biến bánh xe có thể được lấy từ máy tính ABS, và tín hiệu ánh sáng phanh được dẫn xuất từ sự chuyển đổi của đèn đỗ xe.
MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN BỘ GIẢM CHẤN
Cưỡng ép dầu vào khe để tạo lực giảm chấn là phương pháp phổ biến trong hệ thống treo xe Lực giảm chấn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó kích thước khe dầu qua đó dầu bị đẩy ra khi hệ thống treo hoạt động quyết định mức độ giảm chấn Việc thay đổi kích thước khe giảm chấn cho phép điều chỉnh lực giảm chấn, được thực hiện thông qua van điều khiển bởi ECM nhằm tạo ra mức giảm chấn mềm hoặc cứng khi cần Hình 1.30 minh họa vị trí mở van điện từ của van giảm chấn dùng trên một số hệ thống của Ford, van này được điều khiển bởi sự tương tác giữa ECM và van giảm chấn, cung cấp hai cấp độ giảm chấn: mềm và cứng.
Hình 1.31: Máy tính điều chỉnh lực giảm chấn
Cấp độ giảm chấn của hệ thống treo được điều chỉnh để đáp ứng nhiều điều kiện lái, như tăng tốc, phanh, đường gồ ghề và góc cua Để cung cấp sự giảm chấn phù hợp khi các điều kiện thay đổi, máy tính trên xe nhận thông tin từ nhiều cảm biến và sử dụng các tín hiệu này để xác định cấp độ giảm chấn tối ưu Tín hiệu đầu vào được so sánh với các giá trị thiết kế lưu trữ trong ROM của máy tính, từ đó hệ thống quyết định mức độ giảm chấn cần thiết Hình 1.31 minh họa các loại cảm biến liên quan đến tương tác giảm chấn và vai trò của chúng trong hệ thống treo.
Hình 1.32: Cảm biến vị trí trục tay lái
Trong hệ thống ô tô, cảm biến tốc độ là một loại cảm biến điện từ được sử dụng rộng rãi và cung cấp dữ liệu tốc độ cho các cảm biến và hệ thống điều khiển trên xe Cảm biến vị trí hệ thống lái thường là một loại quang điện từ, hoạt động dựa trên một chùm tia hồng ngoại bị gián đoạn bởi một đĩa có các lỗ như được minh họa trên Hình 1.32 Tín hiệu từ cảm biến bánh xe có thể được lấy từ máy tính ABS để xử lý tín hiệu động cơ và hệ thống lái, trong khi tín hiệu ánh sáng phanh được suy ra từ sự chuyển đổi của đèn đổ xe.
MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN NHỮNG HỆ THỐNG CHỦ YẾU TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL
Động cơ diesel dựa trên nguyên lý đốt cháy nhờ áp suất nén cao; khi nhiên liệu được phun vào buồng cháy ở áp suất và nhiệt độ thích hợp, quá trình cháy sẽ đạt được áp suất và nhiệt độ khối cần thiết để sinh công.
Trong động cơ diesel, lượng không khí được nén trong mỗi xi-lanh vẫn xấp xỉ không đổi suốt phạm vi hoạt động Công suất đầu ra được xác định bằng cách điều chỉnh lượng xăng được phun vào buồng đốt Vì vậy, động cơ diesel có một hỗn hợp rất nghèo ở chế độ cầm chừng và một hỗn hợp giàu ở công suất lớn nhất.
Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel tập trung vào quá trình đốt cháy trong buồng động cơ mà không dựa vào nguyên lý cảm biến oxy để kiểm soát ô nhiễm từ nhiên liệu Tuy vậy, ở diesel, lượng HC và CO sinh ra trong khí thải ở mức tương đối thấp và những khí này được giảm đáng kể nhờ sử dụng chất xúc tác oxy hóa trong hệ thống xử lý khí thải.
Một phương pháp thường được sử dụng đểgiảm lượng NO x trên động cơ diesel là sự tuần hoàn khí thải đƣợc điều khiển bằng điện.
Một khí xả khác gây ra các vấn đề liên quan tới bồ hóng Khí xả bồ hóng có thể đƣợc giảm bằng cách điều khiển điện lƣợng nhiên liệu đƣợc phun, thời điểm phun và tăng áp bằng khí thải (việc thu hồi các hạt trong hệ thống thải cũng mang lại hiệu ứng có lợi)
Hình 1.33 cho biết hệ thống máy tính điều khiển độngcơ diesel Hệ thống xả đƣợc trang bị một bộ xúc tác oxy hóa chuyển đổi khí CO sang khí CO 2 và khí HC sang khí CO 2và hơi nước Không có các cảm biến oxy bởi vì các động cơ diesel, khi hoạt động chính xác, có một lƣợng nhất định oxy thừa ra trong khí thải và điều này giúp đỡ sự hoạt động của bộ xúc tác.NO x thì đƣợc giữ trong giới hạn cho phép bởi sự điều khiển chính xác của nhiên liệu và tuần hoàn khí thải Hiệu lực của hệ thống xả là được kiểm tra bằng phương pháp đồng hồ khói, và kiểm tra khí thải là một phần của việc kiểm tra hằng năm Khí xả còn đƣợc kiểm tra đột xuất bởi những nhà chức trách trong bất cứ thời gian nào.
Công suất đầu ra của động cơ diesel được điều khiển bởi số lượng nhiên liệu phun vào mỗi xylanh, trong khi lượng không khí đưa vào ở mỗi hành trình hút vẫn xấp xỉ như nhau Mục tiêu chính của điều khiển bằng máy tính là đảm bảo động cơ nhận đúng lượng nhiên liệu yêu cầu, vào đúng thời điểm và dưới mọi điều kiện vận hành Hệ thống được chia thành ba vùng điều khiển mà máy tính xử lý để tối ưu hóa quá trình làm việc Nếu khảo sát chi tiết, ta sẽ thấy hệ thống hoạt động dựa trên các thiết bị đã được thử nghiệm như van điện từ và các van khác, với ba mục chủ đạo là kiểm soát lượng nhiên liệu phun, thời điểm phun và sự tin cậy của các thiết bị điều khiển.
2 Điều khiển thời điểm phun.
3 Điều khiển tốc độ cầm chừng.
Hình 1.33: Hệ thống máy tính điều khiển động cơ diesel
Hình 1.34 trình bày mặt cắt ngang của bơm phun nhiên liệu kiểu xoay buồng trong hệ thống bơm cao áp, cho thấy cơ chế sinh áp suất vài trăm bar để mở kim phun và cho biết bơm có hai cổng ra.
Hình 1.34: Dạng bơm nhiên liệu kiểu VE
Trong hệ thống phun nhiên liệu, một cổng ra kết nối với cuộn dây được kích hoạt bởi vành tràn, còn cổng kia kết nối với ống dẫn cấp nhiên liệu cho kim phun Khi ECM gửi tín hiệu tới cuộn, van tràn mở ra và nhiên liệu từ bơm được nạp vào buồng áp suất ở áp suất khoảng 15–20 bar Tín hiệu từ ECM tới cuộn làm đóng van tràn, các piston bơm cao áp ép nhiên liệu vượt qua lỗ mở để đẩy vào kim phun Khi quá trình phun hình thành, ECM sẽ báo hiệu cho cuộn dây mở lại van tràn để sẵn sàng cho chu trình tiếp theo Bộ điều khiển điện tử chứa một thiết bị khuếch đại xung từ 5V thành 150V, cung cấp cho van tràn ở chế độ hoạt động cao để vận hành hệ thống phun.
Van điều khiển thời điểm là một van điện từ hoạt động bằng thủy lực, có nhiệm vụ điều khiển sự cấp nhiên liệu tới các piston quay vòng lệch tâm của bơm cao áp, từ đó điều chỉnh thời điểm phun theo yêu cầu, thuận hay nghịch chiều kim đồng hồ để làm sớm hay trễ thời điểm Cảm biến đầu vào cần thiết cho hoạt động của hệ thống này được chỉ ra trong Hình 1.35.
Hình 1.35: Tín hiệu cảm biến ngõ vào xác định thời điểm điều khiển van
1.11.3 Điều khiển tốc độ cầm chừng
Động cơ diesel được duy trì ở tốc độ cầm chừng nhờ điều khiển lượng nhiên liệu phun vào xi-lanh Khi điều kiện làm việc yêu cầu tốc độ cầm chừng thay đổi, chương trình điều khiển trên máy tính (ECM) phải sẵn sàng cung cấp một lượng nhiên liệu chính xác để bảo đảm tốc độ cầm chừng được duy trì ổn định dưới mọi điều kiện Đầu vào của ECM được thể hiện như trong Hình 1.36, cho thấy các tín hiệu cảm biến cần thiết để ECM có thể cung cấp tín hiệu điều khiển chính xác tới van điều khiển vành tràn.
Hình 1.36: Điều khiển tốc độ cầm chừng động cơ diesel
Một sự phát triển gần đây trong hệ thống máy tính điều khiển động cơ là hệ thống đường ống chung (common rail), như thể hiện trên Hình 1.37 Trong hệ thống đường ống chung, nhiên liệu được giữ ở áp suất không đổi Một van điện được kích hoạt để điều khiển van được tích hợp ở đầu kim phun và được ECM cho phép hoạt động Thời điểm đóng và mở của van điều khiển kim phun được xác định bởi chương trình ROM và các cảm biến đầu vào Thời điểm phun nhiên liệu được xác định bởi van điều khiển kim phun và ECM Lượng nhiên liệu phun ra được xác định bởi thời gian phun kéo dài khi kim phun vẫn mở, và tham số này được ECM xác định.
1 Gia tốc 2 Tốc độ động cơ (trục khuỷu)
3 Tốc độ động cơ (trục cam) 4 Bộ điều chỉnh động cơ điện tử
5 Van nhánh 6 Lọc nhiên liệu
7 Bơm cao áp 8 Van điều chỉnh áp suất
9 Piston dừng 10 Van giới hạn áp suất
11 Cảm biến áp suất ống phân phối 12 Ống phân phối nhiên liệu
13 Bộ giới hạn dòng 14 Kim phun
15 Những ngõ vào từ cảm biến 16 Những ngõ ra bộ chấp hành
Hình 1.37: Hệ thống Common rail
1 Mục đích của việc luân hồi khí thải là:
(a) để đốt lại khí thải
(b) để giảm nhiệt độ buồng cháy và khíNO X
(c) để tăng công suất đầu ra
(d) để tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn
2 Một hiệu ứng cảm biến Hall:
(b) ngắtdòng trong bộ phận Hall vì vậy tín hiệu điện áp bằng không khi từ trường bị ngăn lại
(c) làm cho tăng dòng tín hiệu khi tốc độ tăng
(d) chỉ đƣợc dùng trong đánh lửa
Một máy tính trong hệ thống phanh nhận điện áp đỉnh từ cảm biến bánh xe để điều khiển phanh, đồng thời so sánh tần số từ các cảm biến này nhằm hỗ trợ điều khiển phanh hiệu quả Việc kết hợp giữa tín hiệu điện áp đỉnh và tần số cảm biến cho phép hệ thống phanh phản ứng nhanh, điều chỉnh lực phanh cho từng bánh và cải thiện độ ổn định của xe trên mọi điều kiện di chuyển.
(c) đèn tín hiệu sẽ tắt khi tốc độ xe đạt đến tốc độ 50 km/h
(d) quãng đường phanh sẽ giảm nhiều trong tất cả các điều kiện
4 Trong thứ tự các hệ thống phun nhiên liệu đa điểm có một sự phun nhiên liệu vào trong mỗi xylanh:
(b) ở mỗi thời điểm piston gần tới điểm chết trên ở thì xả
(c) bất cứ khi nào việc tăng tốc diễn ra
(d) khi cảm biến kích nổ truyền tín hiệu
5 Cảm biến áp suất tuyệt đối trong đường ống nạp được dùng trong các hệ thống phun nhiên liệu:
(a) cung cấp một tín hiệu mà có thể ECM tính toán số lƣợng nhiên liệu vào trong động cơ
(b) cung cấp một tín hiệu mà có thể ECM tính toán số lƣợng không khí vào trong động cơ
(c) điều khiển áp suất nhiên liệu tại kim phun
6 Một chiến lƣợc thích ứng:
(a) đƣợc tạo ra để cho phép ECM thiết lập một giá trị mới cho những thay đổi hoạt động nhất định khi hệ thống bị mòn
(b) một chiến lƣợc mà giới hạn sự hoạt động cho phép ECM thiết lập giá trị sẽ nhận xe quay về xưởng để sửa chữa.
(c) thay đổi những giá trị trong ROM
(d) là biện pháp để đánh dấu lỗi
(a) không khí và nhiên liệu được hòa trộn trong đường ống nạp (b) tia lửa gây ra bởi bugi xông
(a) ECM thay đổi chế độ giảm chấn để thỏa mãn điều kiện lái
(b) cảm biến góc quay hệ thống lái thì đƣợc cố định với trục chủ động bánh xe trước
(c) hệ thống này không phải hoạt động ở tốc độlớn hơn 25 km/h (d) ECM thiết lập giá trị mới nếu lò xo hệ thống treo gãy.