Đánh giá chuyển đổi ECU trên động cơ phun xăng

Hiện nay trên các động cơ ô tô việc điều khiển phun xăng, đánh lửa, cầm ch ng đư c điều khiển bằng bộ điều khiển trung tâm Electronic Control Unit thông qua các tín hiệu c m bi n g i về

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - v - HVTH: Ph m Th Anh

M C L C

TRANG T A TRANG

Lụ L CH KHOA H C i

L I CAM ĐOAN ii

L I C M T iii

TịM T T iv

M C L C v

DANH M C CÁC T VI T T T ix

DANH M C CÁC HỊNH x

HÌNH TRANG x

DANH M C CÁC B NG xiii

CH NG 1: T NG QUAN 5

1.1 Đặt vấn đề 5

1.2 Các k t qu nghiên c u 6

1.3 M c đích và nhiệm v nghiên c u 6

1.3.1 M c đích nghiên c u 6

1.3.2 Nhiệm v nghiên c u 7

1.4 Đối tư ng nghiên c u 7

1.5 Điểm m i của đề tài 7

1.6 Gi i h n đề tài 7

1.7 Phương pháp nghiên c u 7

CH NG 2: C S Lụ THUY T 8

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - vi - HVTH: Ph m Th Anh

2.1 Tổng quan về lĩnh v c nghiên c u 8

2.1.1 Khái quát về hệ thống EFI (Phun nhiên liệu điện tử) 8

2.1.2 Khái quát về hệ thống ESA (Đánh lửa s m bằng điện tử) 9

2.1.3 Khái quát về hệ thống ISC (Điều khiển tốc độ không t i) 9

2.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển l p trình và thu t toán điều khiển l p trình 10

2.2.1 Sơ đồ cấu trúc và các khối ch c năng 10

2.2.2 Thu t toán điều khiển l p trình 11

2.3 Các tín hiệu c m bi n 13

2.3.1 C m bi n v trí tr c cam 13

2.3.2 C m bi n tr c khuỷu 13

2.3.3 Tổng quan ECU 15

2.3.4 Cấu t o 15

2.3.5 Cấu trúc ECU 17

2.4 Điều khiển phun nhiên liệu 21

2.4.1 Mô t 21

2.4.2 Các tín hiệu đầu vào 22

2.4.3 Kho ng th i gian phun nhiên liệu 23

2.4.4 Thu t toán điều khiển phun xăng 26

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - vii - HVTH: Ph m Th Anh

2.5 Điều khiển đánh lửa 27

2.5.1 Các tín hiệu đầu vào 27

2.5.2 Cơ b n về đánh lửa theo chương trình 28

2.5.3 Thu t toán điều khiển đánh lửa 30

2.6 Điều khiển tốc độ không t i 31

2.6.1 Mô t hệ thống 31

2.6.2 Các tín hiệu đầu vào 32

2.6.3 Thu t toán điều khiển tốc độ cầm ch ng 33

2.7 Nguyên t c và phương pháp chuyển đổi ECU trên động cơ phun xăng 34

2.7.1 Nguyên t c chuyển đổi 34

2.7.2 Phương pháp chuyển đổi 35

CH NG 3: DANH SÁCH M T S Đ NG C Cị TH CHUY N Đ I 36

3.1 Danh sách các động cơ các hãng có thể chuyển đổi 36

3.2 L a ch n động cơ chuyển đổi th c nghiệm 42

3.2.1 Gi i thiệu về động cơ G4EK (1995 - 2000) Hyundai Accent 42

3.2.2 Gi i thiệu về động cơ 5E-FE (1995-2000) Toyota Paseo 51

CH NG 4: MỌ HỊNH TH C NGHI M VÀ ĐÁNH GIÁ K T QU TH C NGHI M 57

4.1 Thi t k , l p đặt mô hình 57

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - viii - HVTH: Ph m Th Anh

4.1.1 Thi t k khung l p động cơ 57

4.1.2 Gia công bánh răng tr c khuỷu 57

4.2 Kiểm tra đánh giá nồng độ khí th i 63

4.2.1 Thi t b đo khí th i 63

4.2.2 Đo nồng độ khí th i động cơ G4EK l p ECU Hyundai Accent 69

4.2.3 Đo nồng độ khí th i động cơ G4EK l p ECU động cơ 5E-FE Toyota Paseo 70

4.2.4 Đánh giá k t qu đo nồng độ khí th i 71

CH NG 5: K T LU N VÀ Đ NGH 74

5.1 K t lu n: 74

5.2 H n ch : 74

5.3 Hư ng phát triển: 75

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - ix - HVTH: Ph m Th Anh

DANH M C CÁC T VI T T T

ECU Electronic Control Unit Hộp điều khiển điện tử

ESA Electronic Spark Advance Đánh lửa điện tử

ADC Analog-to-Digital Converter Chuyển đổi tin hiệu tương t sang số

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - x - HVTH: Ph m Th Anh

DANH M C CÁC HỊNH

Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển l p trình 10

Hình 2.2: Thu t toán l p trình [1] 12

Hình 2.3: D ng xung c m bi n điện t [6] 14

Hình 2.4: D ng xung c m bi n quang [1] 14

Hình 2.5: D ng xung c m bi n Hall [1] 14

Hình 2.6: Sơ đồ khối của các hệ thống trong máy tính v i bộ vi xử lý [1] 16

Hình 2.7: Cấu trúc máy tính [1] 17

Hình 2.8: Cấu trúc ECU [1] 18

Hình 2.9: Bộ chuyển đổi A/D [1] 18

Hình 2.10: Bộ đ m [1] 19

Hình 2.11: Bộ nh trung gian [1] 19

Hình 2.12: Bộ khu ch đ i [1] 20

Hình 2.13: Bộ ổn áp [1] 20

Hình 2.14: Giao ti p ngõ ra [1] 21

Hình 2.15: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển phun nhiên liệu 22

Hình 2.16: Phun đồng th i [1] 23

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - xi - HVTH: Ph m Th Anh

Hình 2.17: Phun theo nhóm [1] 24

Hình 2.18: Phun theo th t công tác [1] 25

Hình 2.19: Thu t toán điều khiển phun xăng [6] 26

Hình 2.20: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển đánh lửa 27

Hình 2.21: Góc đánh lửa s m th c t [1] 29

Hình 2.22: Thu t toán điều khiển đánh lửa [6] 30

Hình 2.23: Sơ đồ ch c năng hệ thống điều khiển không t i [1] 31

Hình 2.24: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển không t i 32

Hình 2.25: Thu t toán điều khiển tốc độ không t i [6] 33

Hình 3.1: D ng sóng c m bi n tr c cam kiểu Hall [8] 45

Hình 3.2: D ng sóng c m bi n tr c khuỷu kiểu điện t [8] 45

Hình 3.3: D ng sóng của kim phun [8] 50

Hình 4.1: Khung mô hình 57

Hình 4.2: V trí l p đặt bánh răng tr c khuỷu và c m bi n tr c khuỷu 58

Hình 4.3: L p ECU động cơ G4EK Hyundai lên mô hình 58

Hình 4.4: Đấu dây ECU vào động cơ 59

Hình 4.5: L p ECU động cơ 5E-FE Toyota Paseo lên mô hình 59

Hình 4.6: Đấu dây ECU động cơ 5E-FE vào động cơ G4EK 60

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - xii - HVTH: Ph m Th Anh

Hình 4.7: Đấu hai ECU hoàn ch nh lên mô hình 60

Hình 4.8: Mô hình hoàn ch nh 61

Hình 4.9: Sơ đồ m ch điện điều khiển động cơ của hộp ECU động cơ 5E-FE l p vào động cơ G4EK Hyundai Accent 62

Hình 4.10: Mặt trư c của thi t b MGT5 64

Hình 4.11: Modun RPM tiêu chuẩn 64

Hình 4.12: Mặt sau của thi t b MGT5 65

Hình 4.13: Mặt bên của thi t b MGT5 66

Hình 4.14: Bên trái 66

Hình 4.15: Bên ph i 67

Hình 4.16: Thi t b VC2 68

Hình 4.17: Đầu kẹp 68

Hình 4.18: Màn hình k t qu đo khí th i động cơ khi l p ECU của động cơ G4EK 69 Hình 4.19: Màn hình hiển th k t qu đo khí th i động cơ th c nghiệm v i ECU của Toyota Paseo 70

Hình 4.20: Đồ th nồng độ khí th i th c nghiệm 72

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - xiii - HVTH: Ph m Th Anh

DANH M C CÁC B NG

B NG TRANG

B ng 3.1: Danh sách các động cơ chuyển đổi 42

B ng 3.2: Thông số c m bi n MAP của động cơ G4EK [8] 43

B ng 3.3: Thông số c m bi n nhiệt độ khí n p của động cơ G4EK [8] 43

B ng 3.4: Thông số c m bi n nhiệt độ nư c làm mát của động cơ G4EK [8] 44

B ng 3.5: Thông số c m bi n v trí bư m ga của động cơ G4EK [8] 44

B ng 3.6: Thông số c m bi n tr c khuỷu của động cơ G4EK [8] 46

B ng 3.7: Thông số c m bi n kích nổ của động cơ G4EK [8] 46

B ng 3.8: Ký hiệu chân của ECU động cơ G4EK [8] 49

B ng 3.9: Thông số kim phun của động cơ G4EK [8] 50

B ng 3.10: Thông số van cầm ch ng của động cơ G4EK [8] 50

B ng 3.11: Thông số bobine đánh lửa của động cơ G4EK [8] 51

B ng 3.12: Thông số c m bi n MAP của động cơ 5E-FE [7] 52

B ng 3.13: Thông số c m nhiê ̣t đô ̣ khi na ̣p của động cơ 5E-FE [7] 52

B ng 3.14: Thông số c m nhiê ̣t đô ̣ nư c làm mát của động cơ 5E-FE [7] 52

B ng 3.15: Thông số c m bi n v trí bư m ga của động cơ 5E-FE [7] 53

B ng 3.16: Thông số c m bi n oxy của động cơ 5E-FE [7] 53

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - xiv - HVTH: Ph m Th Anh

B ng 3.17: Thông số c m bi n tr c khuỷu của động cơ 5E-FE [7] 54

B ng 3.18: Thông số c m bi n kích nổ của động cơ 5E-FE [7] 54

B ng 3.19: Giá tr điện áp của ECU động cơ 5E-FE [7] 55

B ng 3.20: Thông số kim phun của động cơ 5E-FE [7] 56

B ng 3.21: Thông số bobine của động cơ 5E-FE [7] 56

B ng 3.22: Thông số van cầm ch ng của động cơ 5E-FE [7] 56

B ng 4.1: K t qu đo khí th i sử d ng ECU động cơ G4EK 69

B ng 4.2: K t qu đo khí th i sử d ng hộp ECU động cơ 5E-FE 70

B ng 4.3: Gi i h n cho phép của khí th i phương tiện giao thông cơ gi i đư ng bộ theo quy t đ nh số 249/2005/QĐ-TTg, ngày 10/10/2005 71

B ng 4.4: Tổng h p k t qua đo khí th i 72

Đặc biệt lĩnh v c điện tử và t động hóa đư c ng d ng trên ô tô ngày càng nhiều Các ngành t động hóa, kỹ thu t điện tử đã có nh ng bư c phát triển nh y

v t, các ng d ng của các ngành này vào các ngành khác ngày càng nhiều, trong đó

có ngành công nghệ ô tô Ngành ô tô đang có xu hư ng t động hóa, nghĩa là tất c các hệ thống trên ô tô ngư i ta đang dần thay th hệ thống điều khiển l p trình thay cho các điều khiển đơn gi n bằng cơ khí v i m c đích th c hiện một cách chính xác

và ổn đ nh đã giúp cho ô tô phát ra ít chất th i độc h i gây ô nhiễm môi trư ng, kinh

t về nhiên liệu và kiểm sóat đư c t ng ch độ ho t động trên ô tô

Hiện nay trên các động cơ ô tô việc điều khiển phun xăng, đánh lửa, cầm

ch ng đư c điều khiển bằng bộ điều khiển trung tâm (Electronic Control Unit) thông qua các tín hiệu c m bi n g i về ECU

Ô tô đang lưu hành Việt Nam rất đa d ng, v i nhiều dòng xe: Toyota, Hynhdai, BMW, Ford, Honda, Nissan, Isuzu, Suzuki…Việc v n hành trong điều kiện khí h u nóng ẩm khi n các chi ti t điện tử trong ECU nhanh chóng hư hỏng

Việt Nam vấn đề ph tùng thay th một số hãng còn ít và một số xe thì ph tùng

hãng xe ngưng s n xuất nên việc thay th gặp khó khăn

Thêm vào đó, thu t toán điều khiển l p trình cho động cơ của các hãng tương

t nhau Để gi i quy t nhu cầu th c t về bài toán thay th ph tùng, ngư i nghiên

c u đã tìm hư ng gi i quy t trong đề tài ắĐánh giá chuy n đ i ECU trên đ ng c phun xăng”

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 6 - HVTH: Ph m Th Anh

1.2 Các k t qu nghiên c u

Sau đây là một số đề tài điển hình:

Đề tài: ắNghiên c u chuy n đ i h th ng đánh lửa bán d n sang h th ng đánh lửa tr c ti p” của h c viên Lâm Bá Nha dư i s hư ng dẫn của PGS.TS Đỗ

Văn Dũng, đư c th c hiện vào tháng 9 năm 2009 Đề tài đã th c hiện đư c việc tính toán và đề xuất đư c phương pháp chuyển đổi t hệ thống đánh lửa bán dẫn sang đánh lửa tr c ti p trên mô hình th c nghiệm

Đề tài: ắNghiên c u kh năng thay th m t s chi ti t trên h th ng đi u khi n đ ng c t i Vi t Nam” của h c viên Lê Văn Điện dư i s hư ng dẫn của

PGS.TS Đỗ Văn Dũng, đư c th c hiện vào tháng 8 năm 2007

Đề tài đã đ t đư c nh ng k t qu sau: Đã kh o sát đư c đặc tính của các chi

ti t thuộc hệ thống điều khiển động cơ bao gồm: C m bi n đầu vào và cơ cấu chấp hành

Đề tài đã đưa ra các nhóm chi ti t có thể l p lẫn và kh o sát đư c tính đáp ng

của các c m chi ti t thay th

Đề tài: ắCác ph ng pháp dùng b đi u khi n ph - Sub - ECU đ t ng thích hoá đặc tính làm vi c của các c m bi n trên h th ng đi u khi n đ ng

c ” của PGS.TS Đỗ Văn Dũng Bài báo đã đề xuất các phương pháp dùng cho c m

bi n đo gió và th c nghiệm thành công việc l p lẫn c m bi n thông qua ECU ph

1.3 M c đích vƠ nhi m v nghiên c u

1.3.1 M c đích nghiên c u

M c tiêu đề tài „„Đánh giá chuyển đổi ECU trên động cơ phun xăng‟‟ là:

 Nghiên c u và đề xuất phương pháp chuyển đổi va thực nghiê ̣m chuyển đổi ECU trên đô ̣ng cơ phun xăng

 Đánh giá th c nghiệm: Đo nông đô ̣ khi thải theo phương an chuyển đổi

 Đề tài là tài liệu tr giúp cho các kỹ thu t viên, th sửa ch a để chuyển đổi ECU

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 7 - HVTH: Ph m Th Anh

1.3.2 Nhi m v nghiên c u

 Nghiên c u lý thuy t về hệ thống điều khiển l p trình cho động cơ xăng

 Nghiên c u thông số kỹ thu t các động cơ, các lo i c m bi n tín hiệu đầu vào, bộ điều khiển ECU và tín hiệu bộ chấp hành

 Làm mô hình th c nghiệm, ti n hành thử nghiệm và đánh giá s tương thích của việc chuyển đổi

1.4 Đ i t ng nghiên c u

 Lý thuy t về điều khiển phun xăng, đánh lửa, cầm ch ng

 Các động cơ của các hãng khác nhau dùng để chuyển đổi ECU

 Các c m bi n tín hiệu đầu vào điều khiển động cơ

 Bộ điều khiển trung tâm điều khiển động cơ (ECU)

 Các cơ cấu chấp hành điều khiển động cơ: Kim phun, đánh lửa, cầm ch ng

1.5 Đi m m i của đ tƠi

Viê ̣c thực hiê ̣n thanh công chuyển đổi ECU sẽ cho phep lăp lẫn cac ECU có sẵn trên thi ̣ trương Viê ̣t Nam vơi gia thanh rẻ , khác v i ph tùng chính hãng , gi i quyêt được bai toan khan hiêm phụ tung thay thê ở Viê ̣t Nam Lu n văn cũng có thể làm tài liệu tham kh o cho các kỹ thu t viên và th sửa ch a ô tô

1.6 Gi i h n đ tƠi

Do thơi gian th c hiện có h n , đư c th c hiện trong điều kiện thi u thốn về trang thi t b , ngư i nghiên c u ch làm chuyển đổi th c nghiệm của hai động cơ trên mô hình

1.7 Ph ng pháp nghiên c u

 Nghiên c u tài liệu

 Phân tich ly thuyêt cac tin hiê ̣u điêu khiển động cơ xăng

 Thực nghiê ̣m chuyển đổi ECU của động cơ xăng và đo khí th i

 Quan sat thông kê kêt quả thực nghiê ̣m và đanh gia kêt quả thực nghiê ̣m

c m bi n Ho t động của hệ thống điều khiển động cơ đem l i s chính xác và thích

ng cần thi t để gi m tối đa chất độc h i trong khí th i cũng như lư ng tiêu hao nhiên liệu ECU cũng đ m b o công suất tối ưu các ch độ ho t động của động

cơ, giúp chẩn đoán động cơ một cách hệ thống khi có s cố x y ra

Điều khiển động cơ bao gồm hệ thống điều khiển phun xăng, đánh lửa, cầm

ch ng

Trư c năm 1981, ch có hệ thống điều khiển động cơ hiện còn tồn t i là EFI (Phun nhiên liệu bằng điện tử), sử d ng máy tính để điều khiển lư ng phun nhiên liệu Ngoài EFI này, bây gi có các hệ thống đư c điều khiển bằng máy tính, bao gồm ESA (Đánh lửa s m bằng điện tử), ISC (Điều khiển tốc độ ch y không t i)…

2.1.1 Khái quát v h th ng EFI (Phun nhiên li u đi n tử)

Hệ thống EFI sử d ng các c m bi n khác nhau để phát hiện các tình tr ng

ho t động của động cơ Theo các tín hiệu t các c m bi n này, ECU tính tóan lư ng phun nhiên liệu thích h p nhất và điều khiển các vòi phun để phun khối lư ng nhiên liệu thích h p

Trong th i gian xe ch y bình thư ng, ECU động cơ xác đ nh khối lư ng phun nhiên liệu để đ t đư c tỷ lệ không khí - nhiên liệu theo lý thuy t, nhằm đ m

b o công suất, m c tiêu th nhiên liệu và m c khí x thích h p trong cùng một lúc

các th i điểm khác, như trong th i gian hâm nóng, tăng tốc, gi m tốc hoặc các điều kiện làm việc v i t i tr ng cao, ECU động cơ phát hiện các điều kiện đó

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 9 - HVTH: Ph m Th Anh

bằng các c m bi n khác nhau và sau đó hiệu ch nh khối lư ng phun nhiên liệu nhằm đ m b o một hỗn h p không khí - nhiên liệu thích h p nhất m i th i điểm

2.1.2 Khái quát v h th ng ESA (Đánh lửa s m bằng đi n tử)

Hệ thống ESA phát hiện các điều kiện của động cơ căn c vào các tín hiệu

do các c m bi n khác nhau cung cấp, và điều khiển các bugi đánh lửa th i điểm thích h p

Căn c vào tốc độ động cơ và t i tr ng của động cơ, ESA điều khiển chính xác th i điểm đánh lửa để động cơ có thể tăng công suất, làm s ch các khí x , và ngăn chặn kích nổ một cách có hiệu qu

2.1.3 Khái quát v h th ng ISC (Đi u khi n t c đ không t i)

Hệ thống ISC điều khiển tốc độ không t i sao cho nó luôn luôn thích h p các điều kiện thay đổi (hâm nóng, ph t i điện, v.v )

Để gi m thiểu m c tiêu th nhiên liệu và ti ng ồn, một động cơ ph i ho t động tốc độ càng thấp càng tốt trong khi vẫn duy trì một ch độ ch y không t i ổn

đ nh Hơn n a, tốc độ ch y không t i ph i tăng lên để đ m b o việc hâm nóng và

kh năng làm việc thích h p khi động cơ l nh hoặc đang sử d ng máy điều hòa không khí

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 11 - HVTH: Ph m Th Anh

Sơ đồ cấu trúc và các khối ch c năng của hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình đư c mô t trên hình 2.1 Hệ thống điều khiển bao gồm: ngõ vào (inputs) v i chủ y u là các c m bi n, hộp ECU là bộ não của hệ thống; ngõ ra (outputs) là các cơ cấu chấp hành (actuators) như kim phun, bobine, van điều khiển cầm ch ng…

2.2.2 Thu t toán đi u khi n l p trình

Thu t toán điều khiển l p trình cho động cơ đư c nhà ch t o vi t và cài đặt sẵn trong CPU Tùy thuộc vào t ng ch độ làm việc hay tình tr ng động cơ, mà ECU tính toán d a trên l p trình có sẵn đó để đưa ra nh ng tín hiệu điều khiển sao

cho động cơ làm việc tối ưu nhất

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 12 - HVTH: Ph m Th Anh

Hình 2.2: Thu t toán l p trình [1]

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 13 - HVTH: Ph m Th Anh

2.3 Các tín hi u c m bi n

Trong hệ thống điều khiển động cơ xăng các tín hiệu của c m bi n tr c cam và

tr c khuỷu xác đ nh th i điểm phun xăng, đánh lửa

2.3.2 C m bi n tr c khuỷu

Dùng để báo tốc độ động cơ để tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tối ưu và

lư ng nhiên liệu s phun cho t ng xylanh C m bi n này cũng đư c dùng vào m c đích điều khiển tốc độ cầm ch ng hoặc c t nhiên liệu ch độ cầm ch ng cưỡng

b c

Có nhiều cách bố trí c m bi n G và NE trên động cơ, trong delco, trên bánh

đà Đôi khi ECU ch d a vào một xung lấy t c m bi n hoặc IC đánh lửa để xác

đ nh v trí piston lẫn tốc độ tr c khuỷu

C m bi n v trí tr c cam và c m bi n tr c khuỷu có nhiều d ng khác nhau như: c m bi n lo i t , c m bi n lo i quang, c m bi n lo i Hall

2.3.2.1 D ng xung của c m bi n lo i đi n t

C m bi n này bao gồm một nam châm, một cuộn dây và lõi s t mềm D ng xung của c m bi n điện t là hình sin

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 14 - HVTH: Ph m Th Anh

Hình 2.3: D ng xung c m bi n điện t [6]

2.3.2.2 D ng xung của c m bi n lo i quang

D ng xung của c m bi n quang là xung vuông

Hình 2.4: D ng xung c m bi n quang [1]

2.3.2.3 D ng xung của c m bi n lo i Hall

D ng xung của c m bi n quang là xung vuông

Hình 2.5: D ng xung c m bi n Hall [1]

c m bi n Ho t động của hệ thống điều khiển động cơ đem l i s chính xác và thích

ng cần thi t để gi m tối đa chất độc h i trong khí th i cũng như lư ng tiêu hao nhiên liệu ECU cũng đ m b o công suất tối ưu các ch độ ho t động của động

cơ, giúp chẩn đoán động cơ một cách hệ thống khi có s cố x y ra

Điều khiển động cơ bao gồm hệ thống điều khiển xăng, lửa, góc phối cam,

ga t động (cruise control) Ngoài ra, trên các động cơ diesel ngày nay đã sử d ng

hệ thống nhiên liệu bằng điện tử

2.3.4 Cấu t o

2.3.4.1 B nh

Bộ nh trong ECU chia làm 4 lo i:

* ROM (Read Only Memory)

Dùng tr thông tin thư ng tr c Bộ nh này ch đ c thông tin t đó ra ch không thể ghi vào đươc Thông tin của nó đã đư c cài đặt sẵn, ROM cung cấp

thông tin cho bộ vi xử lý và đư c l p cố đ nh trên m ch in

* RAM (Random Access memory)

Bộ nh truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu tr thông tin m i đư c ghi trong bộ

nh và xác đ nh b i vi xử lý RAM có thể đ c và ghi các số liệu theo đ a ch bất kỳ RAM có hai lo i:

Lo i RAM xóa đư c: bộ nh s mất khi mất dòng điện cung cấp

Lo i RAM không xóa đư c: vẫn gi duy trì bộ nh cho dù khi tháo nguồn cung cấp ôtô RAM lưu tr nh ng thông tin về ho t động của các c m bi n dùng cho

hệ thống t chuẩn đoán

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 16 - HVTH: Ph m Th Anh

* PROM (Programmable Read Only Memory)

Cấu trúc cơ b n giống như ROM nhưng cho phép trình (n p d liệu) nơi sử

d ng ch không ph i nơi s n xuất như ROM PROM cho phép sửa đổi chương trình

điều khiển theo nh ng đòi hỏi khác nhau

* KAM (Keep Alive Memory)

KAM dùng để lưu tr nh ng thông tin m i (nh ng thông tin t m th i) cung cấp đ n bộ vi xử lý KAM vẫn duy trì bộ nh cho dù động cơ ngưng ho t động hoặc

t t công t c máy Tuy nhiên n u tháo nguồn cung cấp t accu đ n máy tính thì bộ

ngư i ta thư ng phân lo i máy tính theo độ dài t các RAM (tính theo bit)

nh ng th hệ đầu tiên, máy tính điều khiển động cơ dùng lo i 4, 8 hoặc 16 bit phổ bi n nhất là lo i 4 và 8 bit Máy tính 4 bit ch a rất nhiều lệnh vì nó th c

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 17 - HVTH: Ph m Th Anh

hiện các lệnh logic tốt hơn Tuy nhiên, máy tính 8 bit làm việc tốt hơn v i các phép

đ i số và chính xác hơn 16 lần so v i lo i 4 bit Vì v y, hiện nay để điều khiển các

hệ thống khác nhau trên ôtô v i tốc độ th c hiện nhanh và chính xác cao, ngư i ta

sử d ng máy 8 bit, 16 bit hoặc 32 bit

2.3.5 Cấu trúc ECU

Ngày nay trên ôtô hiện đ i có thể trang b nhiều ECU điều khiển các hệ

thống khác nhau Cấu trúc của ECU đư c trình bày trên hình 2.7

Hình 2.7: Cấu trúc máy tính [1]

Bộ ph n chủ y u của nó là bộ vi xử lý (microprocessor) hay còn g i là CPU (Control Processing Unit), CPU l a ch n các lệnh và xử lý số liệu t bộ nh ROM

và RAM ch a các chương trình và d liệu và ngõ vào ra (I/O) điều khiển nhanh số

liệu t các c m bi n và chuyển d liệu đã xử lý đ n các cơ cấu th c hiện

Sơ đồ cấu trúc của CPU trên hình 2.8 Nó bao gồm cơ cấu đ i số logic để tính toán d liệu, các bộ ghi nh n lưu tr t m th i d liệu và bộ điều khiển các ch c năng khác nhau các CPU th hệ m i, ngư i ta thư ng ch t o CPU, ROM, RAM

trong một IC

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 18 - HVTH: Ph m Th Anh

Hình 2.8: Cấu trúc ECU [1]

Bộ điều khiển ECU ho t động trên cơ s tín hiệu số nh phân v i điện áp cao biểu hiện cho số 1, điện áp thấp biểu hiện cho số 0 Mỗi một số h ng 0 hoặc 1 g i là bit Mỗi dãy 8 bit s tương đương 1 byte hoặc 1 t (word) Byte này đư c dùng để biểu hiện cho một lệnh hoặc 1 mẫu thông tin

2.3.5.1 M ch giao ti p ngõ vƠo

 B chuy n đ i A/D (Analog to Digital Converter)

Dùng để chuyển các tín hiệu tương t t đầu vào v i s thay đổi điện áp trên các c m bi n nhiệt độ, bộ đo gió, c m bi n bư m ga …v.v thành các tín hiệu số để

bộ vi xử lý hiểu đư c

Hình 2.9: Bộ chuyển đổi A/D [1]

 B nh trung gian (Buffer)

Chuyển tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu sóng vuông d ng số, nó không gi

lư ng đ m như trong bộ đ m Bộ ph n chính là một Transistor s đóng m theo c c

tính của tín hiệu xoay chiều

Hình 2.11: Bộ nh trung gian [1]

 B khu ch đ i (Amplifier)

Một số c m bi n có tín hiệu rất nhỏ nên trong ECU thư ng có các bộ khu ch

đ i

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 21 - HVTH: Ph m Th Anh

Hình 2.14: Giao ti p ngõ ra [1]

2.4 Đi u khi n phun nhiên li u

2.4.1 Mô t

Kho ng th i gian phun nhiên liệu th c t đư c xác đ nh b i 2 y u tố:

 Kho ng th i gian phun cơ b n, có nghĩa là đư c xác đ nh b i lư ng khí n p

và tốc độ động cơ

 Các hiệu ch nh khác d a vào các tín hiệu t các c m bi n Các hiệu ch nh khác nhau tùy thuộc vào lo i động cơ

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 22 - HVTH: Ph m Th Anh

2.4.2 Các tín hi u đầu vƠo

Hình 2.15: S ơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển phun nhiên liệu

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 23 - HVTH: Ph m Th Anh

2.4.3 Kho ng th i gian phun nhiên li u

Th i gian phun nhiên liệu ký hiệu là Ti thì Ti của mỗi phương th c phun đư c

Te: th i gian phun cơ b n

Ts: th i gian phun hiệu ch nh

Hình 2.16: Phun đồng th i [1]

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 24 - HVTH: Ph m Th Anh

 Phun theo nhom

Có hai nhóm phun nhiên liệu: một nhóm bao gồm kim phun 1, 2, 3 và nhóm

khác bao gồm các kim phun 4, 5, 6

Khi phun theo nhóm thì lư ng nhiên liệu đư c cung cấp trư c quá trình n p của mỗi xylanh kiểu này, trong một chu kỳ làm việc của động cơ thì các kim

phun ch phun có một lần

Số lư ng nhiên liệu đư c phun b i một kim phun trong một lần hoàn tất

đư c xác đ nh như sau:

Ti = Te × 2 + Ts

Hình 2.17: Phun theo nhóm [1]

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 25 - HVTH: Ph m Th Anh

 Phun theo th t công tác

Trong phương th c này, trong một chu kỳ mỗi kim phun ch m một lần và

m theo th t công tác của động cơ Lư ng nhiên liệu đư c cung cấp cuối quá

trình th i và kéo dài trong quá trình n p của mỗi xylanh

Số lư ng nhiên liệu đư c phun b i một kim phun đư c xác đ nh như sau:

Ti = Te × 2 + Ts

Hình 2.18: Phun theo th t công tác [1]

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 26 - HVTH: Ph m Th Anh

2.4.4 Thu t toán đi u khi n phun xăng

Hình 2.19: Thu t toán điều khiển phun xăng [6]

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 28 - HVTH: Ph m Th Anh

2.5.2 C b n v đánh lửa theo ch ng trình

Trên các ô tô hiện đ i, kỹ thu t số đã đư c áp d ng vào trong hệ thống đánh lửa t nhiều năm nay Việc điều khiển góc đánh lửa s m và góc ng m điện (dwell angle) s đư c máy tính đ m nh n Các thông số như tốc độ động cơ, t i, nhiệt độ,

c m bi n tốc độ xe, c m bi n ôxy … đư c các c m bi n mã hóa tín hiệu đưa vào ECU (Electronic Control Unit) xử lý và tính toán để đưa ra góc đánh lửa s m tối ưu theo t ng ch độ ho t động của động cơ, bằng cách g i tín hiệu điều khiển đ n igniter để điều khiển đánh lửa

Một ch c năng khác của ECU trong việc điều kiển đánh lửa là s điều ch nh

góc ng m điện (dwell angle control) Góc ng m điện ph thuộc vào hai thông số là

hiệu điện th accu và tốc độ động cơ Khi kh i động chẳng h n, hiệu điện th accu

b gi m do s t áp, vì v y, ECU s điều khiển tăng th i gian ng m điện nhằm m c đích tăng dòng điện trong cuộn sơ cấp tốc độ thấp, do th i gian tích luỹ năng

lư ng quá dài (góc ng m điện l n) gây lãng phí năng lư ng nên ECU s điều khiển xén b t xung điện áp điều khiển để gi m th i gian ng m điện nhằm m c đính ti t kiệm năng lư ng và tránh nóng bôbin Trong trư ng h p dòng sơ cấp vẫn tăng cao hơn giá tr ấn đ nh, bộ ph n h n ch dòng s làm việc và gi cho dòng điện sơ cấp không thay đổi cho đ n th i điểm đánh lửa

Một điểm cần lưu ý là việc điều ch nh góc ng m điện có thể đư c th c hiện trong ECU hay igniter Vì v y, igniter của hai lo i có và không có bộ ph n điều

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 29 - HVTH: Ph m Th Anh

Hình 2.21: Góc đánh lửa s m th c t [1]

Góc đánh lửa s m ban đầu (bđ) ph thuộc vào v trí của delco hoặc c m bi n

v trí cốt máy (tín hiệu G) Thông thư ng, trên các lo i xe góc đánh lửa s m ban đầu đư c hiệu ch nh trong kho ng t 5 o đ n 15 o trư c tử điểm thư ng tốc độ cầm

ch ng Đối v i hệ thống đánh lửa v i cơ cấu điều khiển góc đánh lửa s m bằng điện tử, khi điều ch nh góc đánh lửa s m, ta ch ch nh đư c góc đánh lửa s m ban

đầu D a vào tốc độ (tín hiệu NE) và t i của động cơ (t tín hiệu áp suất trên đư ng

ống n p hoặc lưu lư ng khí n p), ECU s đ c giá tr của góc đánh lửa s m cơ b n (cb) đư c lưu tr trong bộ nh Góc đánh lửa s m hiệu ch nh (hc) là góc đánh lửa

s m đư c cộng thêm hoặc gi m b t khi ECU nh n đư c các tín hiệu khác như nhiệt

độ động cơ, nhiệt độ khí n p, tín hiệu kích nổ, tín hiệu tốc độ xe… Vì v y góc đánh lửa s m th c t đư c tính bằng góc đánh lửa s m ban đầu cộng v i góc đánh lửa

s m cơ b n và góc đánh lửa s m hiệu ch nh để đ t đư c góc đánh lửa s m lý tư ng theo t ng ch độ ho t động của động cơ Sau khi xác đ nh đư c góc đánh lửa s m,

bộ xử lý trung tâm (CPU - Central Processing Unit) s đưa ra xung điện áp để điều

khiển đánh lửa (IGT)

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 30 - HVTH: Ph m Th Anh

2.5.3 Thu t toán đi u khi n đánh lửa

Hình 2.22: Thu t toán điều khiển đánh lửa [6]

độ động cơ đư c ho t động bình thư ng

Sau đó ECM điều khiển số lần ON/OFF của van IACV để tốc độ động cơ

đư c ho t động bình thư ng Giá tr tối ưu đư c lưu tr trong ROM đư c xác đ nh bằng cách tham kh o các điều kiện khác nhau của động cơ

Hình 2.23: S ơ đồ ch c năng hệ thống điều khiển không t i [1]

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 32 - HVTH: Ph m Th Anh

2.6.2 Các tín hi u đầu vƠo

Hình 2.24: S ơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển không t i

GVHD: PGSTS Đỗ Văn Dũng - 33 - HVTH: Ph m Th Anh

2.6.3 Thu t toán đi u khi n t c đ cầm ch ng

Hình 2.25: Thu t toán điều khiển tốc độ không t i [6]

Khi l a ch n các động cơ chuyển đổi có các chú ý sau:

 Thông s kỹ thu t của hai đ ng c : dung tích xy lanh, số xy lanh, công

suất, momen

 Các tín hi u c m bi n đầu vƠo

Trong động cơ phun xăng điện tử thì c m bi n v trí tr c khuỷu và tr c cam

là hai c m bi n quan tr ng để điều khiển phun xăng, đánh lửa Khi l a ch n ECU chuyển đổi cần chú ý đ n lo i c m bi n đó là lo i điện t hay lo i Hall hoặc quang Các lo i c m bi n này ph i cùng lo i, không thể l p ECU sử d ng c m bi n lo i điện t thay cho ECU sử d ng c m bi n Hall hay quang và ngư c l i

C m bi n đo gió: Ph i cùng lo i và có giá tr tương thích v i nhau

Các c m bi n nhiệt độ khí n p, nhiệt độ nư c làm mát, c m bi n v trí bư m

ga có giá tr điện áp tương thích v i nhau