PHÂN TÍCH CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN OBD II PHƯƠNG PHÁP KẾT NỐI VÀ CHẨN ĐOÁN VỚI CÁC THIẾT BỊ AUTO SCAN

Hệ thống này bao gồm máy tính bộ vi điều khiển cùng phần mềm chẩn đoán và các cảm biến.. Một số động cơ của các hãng khác không sử dụng tín hiệu này, mà thay vào đó là tín hiệu NE do cảm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

PHÂN TÍCH CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN

OBD II - PHƯƠNG PHÁP KẾT NỐI VÀ CHẨN ĐOÁN

VỚI CÁC THIẾT BỊ AUTO SCAN

Họ và tên sinh viên: TRẦN THỊ THU THỦY

LÊ HOÀI VỌNG Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Niên khóa: 2006 – 2010

Tháng 07/2010

PHÂN TÍCH CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN OBD II PHƯƠNG PHÁP KẾT NỐI VÀ CHẨN ĐOÁN VỚI CÁC THIẾT BỊ AUTO SCAN

Giáo viên hướng dẫn:

Thạc sĩ Bùi Công Hạnh

Kỹ sư Phan Minh Hiếu

Tháng 07/2010

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa Cơ Khí Công Nghệ, trường Đại Học

Nông Lâm đã tạo điều kiện tốt cho chúng em thực hiện khóa luận tốt nghiệp này

Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Bùi Công Hạnh và Thầy Phan Minh

Hiếu đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong Khoa đã tận tình giảng

dạy, trang bị cho chúng em những kiến thức quý báu trong những năm học vừa qua

Chúng con xin nói lên lòng biết ơn sâu sắc đối với Ông Bà, Cha Mẹ đã chăm

sóc, nuôi dạy chúng con thành người

Xin chân thành cảm ơn các anh chị và bạn bè đã ủng hộ, giúp đỡ và động viên

chúng em trong thời gian học tập và nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện đề tài chúng em đã cố gắng hết sức mình nhưng cũng

khó có thể tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự thông cảm và

tận tình chỉ bảo của của quý Thầy Cô và các bạn

Nhóm sinh viên thực hiện Trần Thị Thu Thủy – Lê Hoài Vọng

TÓM TẮT

1 Tên đề tài

“PHÂN TÍCH CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG CHẨN ĐOÁN OBD II - PHƯƠNG PHÁP KẾT NỐI VÀ CHẨN ĐOÁN VỚI CÁC THIẾT BỊ AUTO SCAN”

2 Thời gian và địa điểm

- Thời gian: Từ ngày 05 tháng 04 đến ngày 30 tháng 06 năm 2010

- Địa điểm: Xưởng thực hành, thí nghiệm Bộ môn Công nghệ Ôtô, khoa

Cơ Khí - Công nghệ, trường Đại học Nông Lâm TP.HCM

3 Mục đích đề tài

Đề tài được thực hiện với những mục đích sau:

- Ứng dụng công nghệ hiện đại vào việc kiểm tra và chẩn đoán hư hỏng trên ôtô ngày nay

- Tìm hiểu và khảo sát các tính năng các thiết bị kiểm tra chẩn đoán hệ thống điện, điện tử trên ôtô gồm có thiết bị chẩn đoán X-431 và thiết bị Carman Scan VG+

- Vận hành – khảo nghiệm các thiết bị trên một số động cơ giúp cho người sử dụng sau này có cơ sở sử dụng và đánh giá

5 Kết quả thực hiện

- Hiểu được các tính năng cơ bản và nắm vững cách vận hành các thiết bị chẩn đoán Auto Scan như: X-431và CarmanScan

- Tiến hành khảo nghiệm trên các loại động cơ

- Đọc và nhận biết lỗi của một số động cơ xăng và Diesel tại xưởng

- Rút ra được sự so sánh giữa hai thiết bị mới (CarmanScan) và cũ 431)

(X-MỤC LỤC

Trang tựa i

Lời cảm tạ ii

Tóm tắt iii

Mục lục v

Danh sách các hình viii

Danh sách các bảng xi

Danh sách các chữ viết tắt xii

Chương 1 MỞ ĐẦU 1 

1.1 Đặt vấn đề 1 

1.2 Mục đích đề tài 2 

Chương 2 TỔNG QUAN 3 

2.1 Phân tích cơ sở lý thuyết của hệ thống chẩn đoán OBDII 3 

2.1.1 OBD 3 

2.1.1.1 Mã chẩn đoán (OBD diagnostic trouble code) 5 

2.1.1.2 Lấy mã chẩn đoán kiểm tra qua cổng DLC (check connector) 5 

2.1.2 Hệ thống chẩn đoán thống nhất tích hợp OBD II 6 

2.1.2.2 Các loại cổng kết nối 9 

2.1.2.3 Đọc mã chẩn đoán OBD II 10 

2.2 Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng 14 

2.2.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ: 14 

2.2.2 Bộ điều khiển điện tử (ECU – electronic control unit) 14 

2.2.2.1 Tổng quan 14 

2.2.2.3 Cấu trúc ECU 16 

2.2.2.4 Mạch giao tiếp ngõ vào: 18 

2.3 Các loại cảm biến và tín hiệu ngõ vào 21 

2.3.1 Cảm biến đo lưu lượng khí nạp: 21 

2.3.1.1 Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt (đời 80 đến 95) 21 

2.3.1.2 Cảm biến đo gió kiểu Karman: 22 

2.3.1.3 Cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt (trong LH-Jetronic) 23 

2.3.2 Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp 23 

2.3.3 Cảm biến tốc độ và vị trí piston 24 

2.3.3.1 Cảm biến vị trí piston (TDC sensor): 24 

2.3.3.2 Cảm biến tốc độ động cơ 24 

2.3.4 Cảm biến vị trí cánh bướm ga (Throttle position sensor): 25 

2.3.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (Coolant water tempereture sensor): 25 

2.3.6 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 27 

2.3.7 Cảm biến khí thải hay cảm biến oxy: 28 

2.3.8 Cảm biến tốc độ xe (Vehicle Speed sensor): 30 

2.3.9 Cảm biến kích nổ (Knock or detonation sensor): 31 

2.3.10 Một số tín hiệu khác 31 

Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 34 

3.1 Địa điểm 34 

3.2 Phương tiện thực hiện 34 

3.3 Phương pháp tiến hành kiểm tra 34 

3.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 34 

3.3.2 Phương pháp thực hiện 34 

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 

4.1 Tìm hiểu các thiết bị chẩn đoán Auto Scan 35 

4.1.1 Thiết bị chẩn đoán đa năng X-431 35 

4.1.1.1 Giới thiệu chung 35 

4.1.1.2 Thông số kỹ thuật và các bộ phận chính 36 

4.1.1.3 Chức năng của X-431 39 

4.1.2 Thiết bị chẩn đoán CarmanScan VG+ 40 

4.1.2.1 Giới thiệu chung 40 

4.1.2.2 Thông số kỹ thuật và các bộ phận chính 40 

4.1.2.3 Chức năng của thiết bị CarmanScan 44 

4.2 Tiến hành khảo nghiệm trên các loại động cơ 45 

4.2.1 An toàn lao động khi vận hành và kiểm tra 45 

4.2.2 Các bước chuẩn bị và tiến hành kiểm tra 46 

4.2.3 Sử dụng thiết bị X-431 47 

4.2.3.1 Khảo nghiệm trên động cơ New Grandeur GX 47 

4.2.3.2 Khảo nghiệm trên động cơ Santafe 51 

4.2.4 Sử dụng thiết bị CarmanScan 55 

4.2.4.1 Khảo nghiệm động cơ New Grandeur GX 57 

4.2.4.2 Khảo nghiệm hộp số tự động động cơ New Grandeur GX 61 

4.3 Phương pháp sửa chữa và xóa mã lỗi 63 

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 69 

5.1 Kết luận 69 

5.2 Đề nghị 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

PHỤ LỤC 72

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống OBD 3

Hình 2.2: Đèn kiểm tra 4

Hình 2.3: Check connector 4 

Hình 2.4: Cổng DLC 5 

Hình 2.5: Các chức năng của OBD II 6 

Hình 2.6: So sánh tín hiệu của hai cảm biến oxy 8 

Hình 2.7: Cổng kết nối 9 

Hình 2.8: Cổng kết nối DLC 3 của Toyota 10 

Hình 2.9: Mã chẩn đoán OBD II 10 

Hình 2.10: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ 14 

Hình 2.11: Sơ đồ khối của các hệ thống trong máy tính với microprocessor 16 

Hình 2.12: Cấu trúc máy tính 17 

Hình 2.13: Cấu trúc CPU 17 

Hình 2.14: Bộ chuyển đổi A/D 18 

Hình 2.15: Bộ đếm 18 

Hình 2.16: Bộ nhớ trung gian 19 

Hình 2.17: Bộ khuếch đại 19 

Hình 2.18: Bộ ổn áp 20 

Hình 2.19: Giao tiếp ngõ ra 20 

Hình 2.20: Bộ đo gió kiểu cánh trượt 21 

Hình 2.21: Bộ đo gió kiểu Karman quang 22 

Hình 2.22: Mạch điện cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt 23

Hình 2.23: Sơ đồ nguyên lý cảm biến áp suất đường ống nạp 24 

Hình 2.24: Mạch điện cảm biến áp suất đường ống nạp 24 

Hình 2.25: Sơ đồ nguyên lý của CB tốc độ và vị trí piston loại dùng CB điện từ 25 

Hình 2.26: Mạch điện của cảm biến nhiệt độ nước làm mát 26 

Hình 2.27: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 26 

Hình 2.28: Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát 27 

Hình 2.29: Cảm biến nhiệt độ khí nạp 28 

Hình 2.30: Mạch điện của cảm biến nhiệt độ khí nạp 28 

Hình 2.31: Cảm biến khí thải với thành phần zirconium 29 

Hình 2.32: Mạch điện của cảm biến oxy loại titanium 30 

Hình 4.1: Thiết bị chẩn đoán ôtô model X-431 35 

Hình 4.2: Sơ đồ hình dáng bên ngoài của X-431 37 

Hình 4.3: Các thiết bị chính của X-431 38 

Hình 4.4a: Mặt phía trước máy CarmanScan 41 

Hình 4.4b: Mặt bên phải máy CarmanScan 42 

Hình 4.4c: Mặt bên trái máy CarmanScan 42 

Hình 4.4d: Mặt phía trên máy CarmanScan 43 

Hình 4.4e: Mặt phía sau máy CarmanScan 43 

Hình 4.5: Chức năng chẩn đoán 44 

Hình 4.6: Chức năng đo đạc và mô phỏng 44 

Hình 4.7: Chức năng thông tin bảo dưỡng 45 

Hình 4.8: Các bước tiến hành khảo nghiệm động cơ New Ganduer GX 47 

Hình 4.9: Miniprinter 47 

Hình 4.10: Dữ liệu khảo nghiệm động cơ New Grandeur GX in ra từ thiết bị X-431 48  Hình 4.11: Các bước tiến hành khảo nghiệm động cơ Santafe trên máy X-431 51 

Hình 4.12: Dữ liệu động cơ Santafe in từ X-431 52 

Hình 4.13: Sơ đồ các bước sử dụng thiết bị CarmanScan 55 

Hình 4.14: Các chức năng chính chương trình chẩn đoán của máy Carman Scan 56 

Hình 4.15a: Khảo nghiệm động cơ ở chế độ cầm chừng 57 

Hình 4.15b: Khảo nghiệm động cơ ở tốc độ 2000 v/p 57 

Hình 4.15c: Khảo nghiệm động cơ ở tốc độ 3000 v/p 58 

Hình 4.16: Dao động ký 60 

Hình 4.17: Hộp số tự động ở tốc độ cầm chừng 61 

Hình 4.19: Màn hình chính thông tin bảo trì sửa chữa 63 

Hình 4.20: Thông tin trợ giúp theo thành phần 64 

Hình 4.21: Mô tả những sự cố 65 

Hình 4.22: Hình ảnh chi tiết 65 

Hình 4.23: Sơ đồ vị trí 65 

Hình 4.24: Mô tả chi tiết 66 

Hình 4.25: Đặc điểm của chi tiết 66 

Hình 4.26: Trợ giúp theo loại sự cố 66 

Hình 4.27: Nguyên nhân sự cố 67 

Hình 4.28: Những chi tiết liên quan 67 

Hình 4.29: Biện pháp khắc phục 67

Hình 4.30:Danh sách sơ đồ mạch điện các hãng xe 68

Hình 4.31: Sơ đồ mạch điện 68

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Bảng mã lỗi OBD II 11 

Bảng 4.1: Kết quả khảo nghiệm động cơ New Grandeur GX bằng X-431 49 

Bảng 4.2: Kết quả khảo nghiệm động cơ Santafe trên máy X-431 53 

Bảng 4.3: Kết quả khảo nghiệm động cơ New Grandeur trên máy CarmanScan 59 

Bảng 4.4: Kết quả khảo nghiệm HSTĐ New Grandeur GX trên máy CarmanScan 62

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ABS: Anti-lock Braking System

DLC: Data Link Connector

DTC: Diagnostic Trouble Codes

ECU: Electronic Control Unit

MAF: Mass Air Flow

OBD: On-board Diagnostics

RPM: Round Per Minute

TDC: Top Dead Center

TPS: Throttle Position Sensor

VSS: Vehicle Speed Sensor

Ngày nay trên các xe hiện đại trang bị những cổng kết nối từ ECU của xe, cung cấp đầy đủ dữ liệu về tình trạng của xe Dữ liệu cũng có sự thống nhất về cách thức gửi và nhận Do đó trên thị trường có rất nhiều loại thiết bị kiểm tra chẩn đoán

mà có thể sử dụng cho nhiều loại xe Kèm theo đó các nhà sản xuất còn cung cấp các phần mềm tạo giao diện đẹp và dễ sử dụng Hơn thế nữa các thiết bị còn có thể kết nối với mạng internet đến nhà sản xuất, để tải các chỉ tiêu kỹ thuật mới nhất phục vụ cho kiểm tra chẩn đoán

Được sự phân công của Khoa Cơ Khí- Công Nghệ, dưới sự hướng dẫn của thầy Thạc sĩ Bùi Công Hạnh và Kỹ sư Phan Minh Hiếu đã giúp chúng tôi thực hiện

đề tài “ Phân tích cơ sở lý thuyết của hệ thống chẩn đoán OBDII Phương pháp kết nối và chẩn đoán với các thiết bị Auto Scan”

Việc thực hiện đề tài này là điều rất cần thiết, vì nó giúp chúng tôi được tìm hiểu một cách sâu hơn về các thiết bị chẩn đoán điện tử để có thể giúp ích cho việc kiểm tra lỗi và khắc phục sự cố được dễ dàng hơn Những điều này tạo điều kiện thuận lợi cho chúng tôi trong công việc sau này, góp phần đáp ứng được một phần nào đó nhu cầu của xã hội

Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên quyển luận văn này còn nhiều sai sót Vì vậy, chúng tôi rất mong quý thầy cô, các bạn bè và độc giả đóng góp ý kiến thêm để kiến thức chúng tôi sâu hơn và những đề tài sau được hoàn thiện hơn

ƒ Vận hành – khảo nghiệm các thiết bị trên một số động cơ giúp cho người sử dụng sau này có cơ sở sử dụng và đánh giá

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Phân tích cơ sở lý thuyết của hệ thống chẩn đoán OBDII

2.1.1 OBD

OBD: Được viết tắt của từ (On - Board Diagnostics) hiểu là hệ thống chẩn

đoán được tích hợp trong ECU Hệ thống này bao gồm máy tính (bộ vi điều khiển) cùng phần mềm chẩn đoán và các cảm biến Hệ thống OBD giám sát chức năng của phun xăng EFI, đánh lửa ESA và các hệ thống khác gồm các cảm biến và cả bản thân nó

Vậy OBD về bản chất là một hệ thống điện toán sử dụng giải pháp ‘nhúng’

vi điều khiển vào việc tính toán, điều khiển hoạt động kiểm tra chẩn đoán Hiện nay

có rất nhiều phần mềm để cài đặt cho OBD giúp việc xuất dữ liệu ra màn hình LCD

có giao diện thân thiện Đồng thời cung cấp dữ liệu mới và tiêu chuẩn mới cho việc kiểm tra chẩn đoán, xác định tình trạng của động cơ theo tiêu chuẩn hiện hành

ƒ Đèn kiểm tra động cơ (Đèn check engine)

Đèn kiểm tra gắn trên bảng táp lô của xe, đèn này sáng khi động cơ đang hoạt động đồng nghĩa đã có hư hỏng ở động cơ, hộp số hay bộ phận nào đó Bình

thường đèn sẽ sáng khi bật khóa điện ở vị trí ON và sẽ tắt khi động hoạt động được

1) Cực FB có chức năng kiểm tra bơm xăng

2) Cực W có chức năng cấp tín hiệu cho đèn báo lỗi

3) Cực E1 và T

Trong đó cực E1 luôn nối mass (-) Cực T nối với ECU Khi tiến hành kiểm tra chẩn đoán bằng đèn kiểm tra tiến hành nối ngắn cực T với E1

4) Cực VF điện áp hồi tiếp (voltage feedback)

Sử dụng để xác định tỷ lệ không khí/nhiên liệu

5) Cực IG- sử dụng để xác định vận tốc động cơ

Bản chất của tín hiệu này được lấy từ cực âm (-) của cuộn đánh lửa Khi điện áp tại cực âm của cuộn đánh lửa vượt quá 150V, ECU nhận biết tín hiệu sơ cấp này

Một số động cơ của các hãng khác không sử dụng tín hiệu này, mà thay vào đó là tín hiệu NE do cảm biến tốc độ trục cam cung cấp, ví dụ: động cơ 5A-FE

2.1.1.1 Mã chẩn đoán (OBD diagnostic trouble code)

Mã chẩn đoán được phát ra bởi hệ thống chẩn đoán OBD, được lưu trữ và lấy ra từ trong bộ nhớ của ECU Mã chẩn đoán chỉ cho biết mạch mà ở đó có lỗi đã được hệ thống OBD phát hiện.Việc thiết lập được mã chẩn đoán của người sử dụng

là theo dõi thời gian bật sáng và tắt của đèn kiểm tra

2.1.1.2 Lấy mã chẩn đoán kiểm tra qua cổng DLC (check connector)

Để kiểm tra chẩn đoán, người

thợ sẽ gắn một dây cáp đến các cực

của ECU thông qua một cổng DLC

Tải các thông tin từ hệ thống chẩn

đoán về máy tính, máy tính sẽ thể hiện

các thông tin đó trên màn hình Qua sự

phân tích của phần mềm cài trong đó

hay qua sự ước tính của nguời thợ để

biết được xe ôtô hoạt động như thế nào

Máy tính phục vụ chẩn đoán trên xe sẽ

phát ra một mã chẩn đoán nếu có hư

hỏng hoặc một vấn đề rắc rối khác hiện

tại trên xe mà nó đang gặp phải

Hình 2.4: Cổng DLC

2.1.2 Hệ thống chẩn đoán thống nhất tích hợp OBD II (on board diagnostic system, generation II)

Từ năm 1996 các hãng xản suất ôtô

cho ra đời hệ thống OBD II OBD II mang

tính thống nhất về tiêu chuẩn chẩn đoán và

xác định hư hỏng giữa các loại động cơ do

các hãng khác nhau chế tạo Được thống nhất

và áp dụng đầu tiên tại Mỹ Với mục đích

nhằm phát hiện các chất có hại trong khí thải

vào khí quyển, hệ thống OBD cho phép ECU

động cơ phát hiện bất kỳ hư hỏng nào của

động cơ và hệ thống kiểm soát khí xả cũng

như báo cho lái xe các trạng thái này qua đèn

“check engine” Một chức năng của ECU

động cơ để lưu các dữ liệu điều khiển quan

trọng vào bộ nhớ trong khi phát hiện thấy hư

hỏng Đặc điểm chính của OBD II là tính

thống nhất của mã chẩn đoán và sử dụng một

dụng cụ thử đặc biệt Kết quả là, phương thức

thông tin giữa dụng cụ thử và DLC (giắc nối

liên kết dữ liệu) và ECU động cơ được tiêu

chuẩn hóa Hơn nữa, trong trường hợp OBD II, việc đo tốc độ động cơ và kiểm tra chức năng của ECU động cơ không thể thực hiện được mà không có dụng cụ thử đặc biệt

Hình 2.5: Các chức năng của

OBD II

1 Chẩn đoán cảm biến oxy:

Tăng khả năng chẩn đoán cảm biến oxy bao gồm việc giám sát sự suy giảm chức năng và bám bẩn của cảm biến Bằng việc giám sát tần số đóng ngắt mạch của cảm biến oxy theo tỷ lệ không khí/nhiên liệu tăng hay giảm

2 Giám sát hệ thống nhiên liệu:

Khi có điều kiện xảy ra mà nguyên nhân ở bên ngoài việc điều hành của các thông số thiết kế Ví dụ : Tín hiệu lưu lượng không khí bị méo (nhiễu), áp suất nhiên liệu không đúng, hoặc các vấn đề kỹ thuật khác Hệ thống OBD II đưa ra dò tìm sự không bình thường của điều kiện điều hành Nếu điều kiện được tìm thấy dài hơn thực tế lý thuyết Một DTC đã đựơc lưu trữ Khi một DTC được lưu trữ ,vận tốc động cơ, tải, và tình trạng động cơ trước đó, được lấy ra qua đường truyền nối tiếp

3 Giám sát động cơ bỏ máy:

Bằng việc sử dụng tín hiệu tần số cao vị trí trục cam, ECU giám sát được vận tốc của nó ngay cả khi ở thì sinh công Khi một máy sinh công tốc độ của nó tại thời điểm đó tăng lên

4 Giám sát bộ trung hòa khí thải:

Hệ thống gồm hai cảm biến S1 và S2 Cảm biến S1 đặt ở vị trí khí thải chưa được xử lý qua bộ trung hòa, cảm biến S2 đặt ở vị trí khí thải đã đi qua bộ trung hòa Biểu đồ xung của cảm biến thứ nhất S1 thể hiện nồng độ oxy trong khí thải Biểu đồ xung của cảm biến thứ hai S2 thể hiện nồng độ oxy sau khi khí thải đã qua

bộ trung hòa Hệ thống chẩn đoán luôn so sánh giá trị (điện áp) của hai cảm biến này Nếu bộ trung hòa khí thải hoạt động bình thường, lượng oxy còn dư trong khí thải được phản ứng với NOx và HC vì vậy không còn oxy thoát ra ngoài Tìn hiệu của cảm biến S2 luôn thấp hơn so với cảm biến S1 Khi có sự suy giảm chức năng của bộ trung hòa khí thải, hai tín hiệu của S1 và S2 tiến đến gần nhau Thông tin đó cho hệ thống biết rằng bộ trung hòa khí thải đã mất chức năng

Hình 2.6: So sánh tín hiệu của hai cảm biến oxy

Ngoài ra hệ thống còn theo dõi tình trạng gửi tín hiệu của các cảm biến Nếu cảm biến nào không có tín hiệu gửi đến thì chứng tỏ cảm biến hỏng, ngắn mạch

hoặc đứt dây

5 Giám sát hồi lưu khí thải:

Giám sát việc mở van hồi lưu khí thải, để đưa một phần khí thải quay trở lại buồng đốt nhằm mục đích giảm lượng khí thải độc hại NOx

6 Giám sát hệ thống không khí phụ:

Xác định lượng không khí để đưa vào đường ống xả, nơi có bộ phận trung hòa khí thải Với mục đích cung cấp oxy cho quá trình phản ứng trung hòa CO, HC

và NOx

7 Báo lỗi bằng đèn nhấp nháy:

Khi một lỗi được thiết lập đèn kiểm tra sẽ bật sáng nhấp nháy liên tục để chỉ thị mã lỗi DTC có thể được xóa bằng thiết bị giao tiếp bên ngoài hoặc tháo cực accu ra

8 Readiness test:

Hệ thống chẩn đoán OBD II liên tục giám sát động cơ bỏ máy và sai hỏng của hệ thống nhiên liệu Nó cũng thi hành chức năng kiểm tra trung hòa khí thải, hệ thống hồi lưu khí thải, và các cảm biến oxy trong một hay mọi chu kỳ Tất nhiên khi tiến hành kiểm tra động cơ phải ở trạng thái hoạt động đúng theo danh nghĩa: nhiệt độ động cơ phải đúng quy định, góc bướm ga mở theo quy định, động cơ phải chịu tải theo quy định

9 Stored Engine Freeze Frame Data:

Nhờ vào việc phát hiện ra các sai hỏng, hệ thống OBD II sẽ lưu trữ tất cả các dữ liệu vào thời điểm mà DTC thiết lập Stored Engine Freeze Frame Data có thể lấy lại được các thông số bằng thiết bị bên ngoài (scan tool)

Scan tool: ECU của OBD II cho phép ghép nối với các thiết bị (máy tính)

bên ngoài Hoặc các thiết bị cầm tay phục vụ việc ghi nhận các thông số gửi ra từ ECU của động cơ

Hai cổng có các cực giống nhau Nhưng với DLC 1 hỗ trỡ việc nối ngắn cực và đo bằng đồng hồ đo thông thường DLC 2 sử dụng để kết nối với thiết bị bên ngoài (scan tool) Các động cơ có hỗ trợ OBD II Có các loại cổng kết nối riêng cho mỗi loại động cơ, tùy thuộc vào nhà sản xuất

Hình 2.8: Cổng kết nối DLC 3 của Toyota

2.1.2.3 Đọc mã chẩn đoán OBD II

Với hệ thống OBD II thống nhất thể hiện mã chẩn đoán có dạng như sau:

Mã chẩn đoán có dạng: Mã số được hiển thị trên màn hình của thiết bị chẩn đoán

mà không phải đếm số lần sáng tối của đèn kiểm tra

Hình 2.9: Mã chẩn đoán OBD II

Mã sẽ bao gồm 5 ký tự :

Ký tự thứ nhất: thể hiện bộ phận được chẩn đoán

Ký tự thứ hai :

Nếu là 0: Thể hiện lỗi đó được thống nhất giữa các loại xe

Nếu là 1: Thể hiện lỗi đó chỉ có ở sản phẩm của từng nhà sản xuất

Ký tự thứ ba:

1 : Tín hiệu điều khiển (nhiên liệu hoặc không khí)

2: Mạch kim phun

3 : Đánh lửa hoặc bỏ máy

4 : Phát tín hiệu điều khiển

5 : Vận tốc xe và điều khiển không tải

6 : Máy tính và mạch xuất tín hiệu

7 : Hộp số

8 : Hộp số

Bảng 2.1: Bảng mã lỗi OBD II

2.2 Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng

2.2.1 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ:

Hình 2.10: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển lập trình cho động cơ

2.2.2 Bộ điều khiển điện tử (ECU – electronic control unit)

2.2.2.1 Tổng quan

Hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình bao gồm các cảm biến kiểm soát liên tục tình trạng họat động của động cơ, một bộ ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lí tín hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành Cơ cấu chấp hành luôn bảo đảm thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến Hoạt động của hệ thống điểu khiển động cơ đem lại sự chính xác và thích ứng cần thiết để giảm tối đa chất độc hại trong khí thải cũng như lượng tiêu hao nhiên liệu ECU cũng đảm bảo công suất tối đa ở các chế độ hoạt động của động cơ

và giúp chẩn đoán động cơ khi có sự cố xảy ra

E C U

Điều khiển động cơ bao gồm hệ thống điều khiển xăng, lửa, tốc độ cầm chừng, quạt làm mát, góc phối cam, ga tự động Ngoài ra, trên các động cơ diesel ngày nay thường sử dụng hệ thống nhiên liệu bằng điện tử

Bộ điều khiển, máy tính, ECU là những tên gọi khác nhau của mạch điều khiển điện tử Nhìn chung, đó là bộ tổ hợp vi mạch và bộ phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, trữ thông tin, tính toán, quyết định chức năng hoạt động và gửi đi các tín hiệu điều khiển thích hợp

ECU được đặt trong một vỏ kim loại để giải nhiệt tốt và được bố trí ở nơi ít ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm

Các linh kiện điện tử của ECU được sắp xếp trong một mạch in Các linh kiện công suất của tầng cuối – nơi điều khiển các cơ cấu chấp hành - được gắn với khung kim loại của ECU với mục đích giải nhiệt Sự tổ hợp các chức năng trong IC (bộ tạo xung, bộ chia xung, bộ dao động đa hài điều khiển việc chia tần số) giúp ECU đạt độ tin cậy cao

Một đầu ghim đa chấu dùng nối ECU với hệ thống trên xe, với các cơ cấu chấp hành và các cảm biến

2.2.2.2 Cấu tạo:

Bộ nhớ: bộ nhớ trong ECU chia làm 4 loại:

ƒ ROM (read only memory)

Dùng trữ thông tin thường trục Bộ nhớ này chỉ đọc thông tin từ đó ra chứ không thể ghi vào được Thông tin của nó đã được gài sẵn ROM cung cấp thông tin cho bộ vi xử lí và được lắp cố định trên mạch in

ƒ RAM (random access memory)

Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu trữ thông tin mới được ghi trong bộ nhớ và xác định bởi vi xử lí RAM có thể đọc và ghi các số liệu theo địa chỉ bất kì RAM có hai loại:

- Loại RAM xóa được: bộ nhớ sẽ mất khi mất dòng điện cung cấp

- Loại RAM không xóa được: vẫn duy trì trong bộ nhớ cho dù khi tháo nguồn cung cấp ôtô RAM lưu trữ những thông tin về hoạt động của các cảm biến dùng cho hệ thống tự chẩn đoán

ƒ PROM (programmable read only memory)

Cấu trúc cơ bản giống như ROM nhưng cho phép lập trình (nạp dữ liệu) ở nơi

sử dụng chứ không phải ở nơi sản xuất như ROM PROM cho phép sửa đổi chương trình điều khiển theo những đòi hỏi khác nhau

ƒ KAM (keep alive memory)

KAM dùng để lưu trữ những thông tin mới (những thông tin tạm thời) cung cấp đến bộ vi xử lí KAM vẫn duy trì bộ nhớ cho dù động cơ ngưng hoạt động hoặc tắt công tắt máy Tuy nhiên, nếu tháo nguồn cung cấp từ accu đến máy tính thì bộ nhớ KAM sẽ bị mất

Bộ vi xử lí (microprocessor)

Bộ vi xử lí có chức năng tính toán và ra quyết định Nó là bộ não của ECU

Hình 2.11: Sơ đồ khối của các hệ thống trong máy tính với microprocessor

Đường truyền – BUS:

Chuyển các lệnh và số liệu trong máy tính theo 2 chiều

Hình 2.12: Cấu trúc máy tính

Bộ phận chủ yếu của nó là bộ vi xử lí hay còn gọi là CPU (control processing unit), CPU lựa chọn các lệnh và xử lí số liệu từ bộ nhớ ROM và RAM chứa các chương trình và dữ liệu ngõ vào ra (I/O) điều khiển nhanh số liệu từ các cảm biến

và chuyển dữ liệu đã xử lí đến các cơ cấu thực hiện

Sơ đồ cấu trúc của CPU như sau:

Hình 2.13: Cấu trúc CPU

Nó bao gồm các cơ cấu đại số logic để tính toán dữ liệu, các bộ ghi nhận lưu trữ tạm thời dữ liệu và bộ điều khiển các chức năng khác nhau Ở các CPU thế hệ mới, người ta thường chế tạo CPU, ROM, RAM trong một IC hay còn gọi là vi điều khiển

ROM

RAM

INPUT OUTPUT

BUS CPU

Bộ điều khiển ECU hoạt động trên cơ sở tín hiệu số nhị phân với điện áp cao biểu thị cho số 1, điện áp thấp biểu thị cho số 0

2.2.2.4 Mạch giao tiếp ngõ vào:

Bộ chuyển đổi A/D (analog to digital converter)

Dùng để chuyển các tín hiệu tương tự từ đầu vào với sự thay đổi điện áp trên các cảm biến nhiệt độ, bộ đo gió, cảm biến bướm ga thành các tín hiệu số để bộ vi

Bộ nhớ trung gian (buffer):

Dùng để chuyển tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu sóng vuông dạng số, nó không giữ lượng đếm như trong bộ đếm Bộ phận chính là một transitor sẽ đóng mở theo cực tính của tín hiệu xoay chiều

Hình 2.16: Bộ nhớ trung gian

Bộ khuếch đại (ampilifer)

Một số cảm biến có tín hiệu rất nhỏ nên trong ECU thường có các bộ khuếch đại

Hình 2.17: Bộ khuếch đại

Bộ ổn áp (voltage regulator)

Thông thường trong ECU có 2 bộ ổn áp: 12V và 5V

Hình 2.18: Bộ ổn áp Giao tiếp ngõ ra:

Tín hiệu điều khiển từ bộ vi xử lí sẽ đưa đến các transitor công suất điều khiển relay, solenoid, motor các transitor này có thể được bố trí bên trong hoặc bên ngoài ECU

Hình 2.19: Giao tiếp ngõ ra

2.3 Các loại cảm biến và tín hiệu ngõ vào

2.3.1 Cảm biến đo lưu lượng khí nạp:

Dùng để xác định lượng khí nạp (lượng gió) đi vào xylanh Người ta sử dụng các loại cảm biến khác nhau, nhưng có thể chia làm 2 kiểu: đo lưu lượng với thể tích dòng khí (kiểu cánh trượt, Karman…) và đo lưu lượng bằng khối lượng dòng khí (dây nhiệt)

2.3.1.1 Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt (đời 80 đến 95)

Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt được sử dụng trên hệ thống L-Jetronic để nhận biết thể tích gió nạp đi vào xylanh động cơ Nó là một trong những cảm biến quan trọng nhất Tín hiệu thể tích gió được sử dụng để tính toán lượng xăng phun cơ bản

và góc đánh lửa sớm cơ bản Hoạt động của nó dựa vào nguyên lý dùng điện áp kế

có điện trở thay đổi kiểu trượt

1 Cánh đo

2 Cánh giảm chấn

3 Cảm biến nhiệt độ khí nạp

4 Điện áp kế kiểu trượt

2.3.1.2 Cảm biến đo gió kiểu Karman:

Dòng lốc xoáy của không khí khi gặp vật cản sẽ làm rung một gương mỏng được phủ nhôm làm thay đổi hướng phản chiếu từ đèn LED đến photo-transistor Như vậy, tần số đóng mở của photo-transistor này sẽ thay đổi theo lưu lượng khí nạp Tần số f được xác định theo công thức sau:

f = S.V/d Trong đó:

V: vận tốc dòng khí

d: đường kính ống

S: 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 xylanh, từ đó tính ra lượng xăng phun cần thiết Khi lượng gió vào ít, tấm gương rung ít và photo-transistor sẽ đóng mở ở tần số f thấp Ngược lại, khi lượng gió vào nhiều, gương rung nhanh và tần số f cao

Hình 2.21: Bộ đo gió kiểu Karman quang

1 Photo-transistor 2 Đèn led 3 Gương (được tráng nhôm)

4 Mạch đếm dòng xoáy 5 Lưới ổn định 6 Vật tạo xoáy

7 Cảm biến áp suất khí trời 8 Dòng xoáy

2.3.1.3 Cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt (trong LH-Jetronic)

Nguyên lý của bộ đo gió kiểu nhiệt dựa 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 (thermisto) được đặt trong dòng khí nạp vào khối lượng gió G đi qua và được tính theo công thức sau:

W = K.Ìt.Gn Trong đó:

K: hằng số tỷ lệ

Ìt: chênh lệch nhiệt độ giữa phần tử nhiệt và dòng khí

n: hệ số phụ thuộc vào đặc tính trao đổi nhiệt giữa phần tử nhiệt và môi trường

Hình 2.22: Mạch điện cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt

2.3.2 Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp (MAP – Manifold Absolute Pressure sensor)

Khác với L-Jetronic, trên hệ thống phun xăng loại D-Jetronic lượng khí nạp

đi vào xylanh được xác định gián tiếp (phải tính lại) thông qua cảm biến đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp Khi tải thay đổi, áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp thay đổi và MAP sensor sẽ chuyển thành tín hiệu điện áp báo về ECU để tính ra lượng không khí đi vào xylanh Sau đó dựa trên giá trị này, ECU sẽ điều khiển thời

2.3.3 Cảm biến tốc độ và vị trí piston

2.3.3.1 Cảm biến vị trí piston (TDC sensor):

Báo cho ECU biết vị trí tử điểm thượng hoặc trước tử điểm thượng của piston Trong một số trường hợp, chỉ có vị trí piston của xylanh số 1 (hoặc số 6) được báo về ECU, còn vị trí các piston còn lại sẽ được tính toán Công dụng của cảm biến này là để ECU xác đinh thời điểm đánh lửa và thời điểm phun

2.3.3.2 Cảm biến tốc độ động cơ (Engine speed; Crankshaft angle sensor hay còn gọi là tín hiệu NE):

Dùng để báo tốc độ động cơ để tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tối ưu và lượng nhiên liệu sẽ phun vào cho từng xylanh Cảm biến này cũng được dùng vào mục đích điều khiển tốc độ cầm chừng hoặc cắt nhiên liệu ở chế độ cầm chừng cưỡng bức

Có nhiều cách bố trí cảm biến vị trí piston và cảm biến tốc độ động cơ trên động cơ: trong delco, trên bánh đà hoặc trên bánh răng cốt cam Đôi khi ECU chỉ dựa vào một xung lấy từ cảm biến hoặc IC đánh lửa để xác định vị trí piston lẫn tốc

độ trục khuỷu

Cảm biến vị trí piston và cảm biến tốc độ động cơ có nhiều dạng khác nhau như: cảm biến điện từ loại nam châm quay hoặc đứng yên, cảm biến quang, cảm biến Hall…

Hình 2.25: Sơ đồ nguyên lý của cảm biến tốc độ và vị trí piston loại dùng cảm biến

điện từ

2.3.4 Cảm biến vị trí cánh bướm ga (Throttle position sensor):

Cảm biến vị trí cánh bướm ga được lắp trên trục cánh bướm ga Cảm biến này đóng vai trò chuyển vị trí góc mở cánh bướm ga thành tín hiệu điện áp gởi về ECU Tín hiệu cầm chừng (IDL) dùng để điều khiển phun nhiên liệu khi động cơ hoạt động ở chế độ cầm chừng cũng như hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa

Tín hiệu toàn tải (PSW) dùng để tăng lượng xăng phun ở chế độ toàn tải để tăng công suất động cơ Trên một số xe, cảm biến vị trí cánh bướm ga còn giúp ECU điều khiển hộp số tự động

2.3.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (Coolant water tempereture sensor):

Dùng để xác định nhiệt độ động cơ, có cấu tạo là một điện trở nhiệt hay là một diode

Nguyên lý:

Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng thì điện trở giảm và ngược lại Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ thay đổi giá trị điện áp gửi đến ECU trên nền tảng cầu phân áp

Hình 2.26: Mạch điện của cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có trị không đổi theo nhiệt độ) tới cảm biến rồi trở về ECU về mass Như vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến trở thành một cầu phân áp Điện áp điểm giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự - số (ADC – Analog to Digital Converter) Khi nhiệt

độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ biến đổi ADC lớn Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xung vuông và được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECU biết động cơ đang lạnh Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp giảm, báo cho ECU biết động cơ

đang nóng

Cấu tạo:

Hình 2.27: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

1 Đầu ghim 2 Vỏ 3 Điện trở (NTC)

Mạch điện:

Hình 2.28: Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát

2.3.6 Cảm biến nhiệt độ khí nạp (Intake air temperature hay manifold air temperature sensor):

Cảm biến nhiệt độ khí nạp dùng để xác định nhiệt độ khí nạp Cũng giống như cảm biến nhiệt độ nước làm mát, nó gồm có một điện trở được gắn trong bộ đo gió hoặc trên đường ống nạp

Tỷ trọng của không khí thay đổi theo nhiệt độ Nếu nhiệt độ không khí cao, hàm lượng oxy trong không khí thấp Nhiệt độ không khí thấp, hàm lượng oxy trong không khí tăng Trong các hệ thống điều khiển phun xăng (trừ loại LH- Jetronic với cảm biến đo gió loại dây nhiệt) lưu lượng không khí được đo bởi các

bộ đo gió khác nhau chủ yếu được tính bằng thể tích Vì vậy, khối lượng không khí

sẽ phụ thuộc vào nhiệt độ của khí nạp Đối với các hệ thống phun xăng nêu trên (đo lưu lượng bằng thể tích), ECU sẽ xem nhiệt độ 20oC là mức chuẩn, nếu nhiệt độ khí nạp lớn hơn 20oC thì ECU sẽ điều khiển giảm lượng xăng phun; nếu nhiệt độ khí nạp nhỏ hơn 20oC thì ECU sẽ điều khiển tăng lượng xăng phun Với phương pháp này, tỉ lệ hỗn hợp sẽ được đảm bảo theo nhiệt độ môi trường