Nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa điện tử cho ô tô có kết nối máy tính ứng dụng trong đào tạo

Tìm hiểu chung về hệ thống phun xăng điện tử. Thiết kế mô hình sa bàn mô phỏng phun xăng điện tử, phân tích thiết kế phần cứng hệ thống đo và truyền thông tin về máy tính, phân tích thiết kế phần mềm hệ thống. Sản phẩm, một số tính năng của phần mềm, một số hình ảnh khi sử dụng phần mềm

ỨNG DỤNG TRONG ĐÀO TẠO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội – Năm 2018

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

-

ĐỖ ANH CƯỜNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG

ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ CHO Ô TÔ CÓ KẾT NỐI MÁY TÍNH

ỨNG DỤNG TRONG ĐÀO TẠO

Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS.HOÀNG SĨ HỒNG

Hà Nội – Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Hoàng Sỹ Hồng Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình

Hà Nội, 4/2018 Học viên

Đỗ Anh Cường

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

CÁC CHỮ VIẾT TẮT THƯỜNG DÙNG 5

DANH MỤC CÁC HÌNH 6

MỞ ĐẦU 8

1 Lý do chọn đề tài 8

2 Mục tiêu nghiên cứu 10

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 10

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 10

5 Cấu trúc luận văn 11

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ 12

1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống phun xăng điện tử 12

1.2 Khái niệm EFI 13

1.3 Ưu điểm của hệ thống EFI so với các loại hệ thống phun xăng khác 13

1.4 Phân loại 15

1.4.1 Phân loại theo số vòi phun 15

1.4.2 Phân loại theo kiểu hệ thống phun 16

1.4.3 Phân loại theo đối tượng điều khiển theo chương trình 17

1.4.4 Phân loại theo kỹ thuật điều khiển kim phun 17

1.5 Hệ thống phun xăng điện tử đa điểm động cơ bốn kỳ thông dụng 18

1.5.1 Cấu tạo chung 18

1.5.2 Hệ thống nạp khí 19

1.5.3 Hệ thống nhiên liệu 20

1.5.4 Hệ thống điều khiển điện tử 22

1.6 Khảo sát mô hình phun xăng KFZ – 2001D – Khoa Công nghệ động lực –

Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 43

1.6.1 Mô hình hệ thống phun xăng KFZ-2001D 43

1.6.2 Ưu và nhược điểm của mô hình 43

1.7 Một số yêu cầu trong đào tạo hệ thống phun xăng điện tử 44

1.8 Kết luận 44

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 45

2.1 Ý tưởng thiết kế 45

2.2 Thiết kế tổng thể 45

2.3 Thiết kế mô hình sa bàn mô phỏng phun xăng điện tử 47

2.4 Phân tích thiết kế phần cứng hệ thống đo và truyền thông tin về máy tính (ECU mới) 49

2.4.1 Các loại cảm biến được sử dụng 51

2.4.2 Vi điều khiển ATMEGA 32 61

2.4.3 Sơ đồ mạch nguyên lý của hệ thống 71

2.5 Phân tích thiết kế phần mềm hệ thống 76

2.5.1 Lưu đồ thuật toán chương trình đo và truyền dữ liệu lên máy tính 76

2.5.2 Tính toán góc đánh lửa 78

2.5.3 Tính tốc độ động cơ từ tín hiệu NE 80

2.5.4 Thiết kế phần mềm mô phỏng hệ thống trên máy tính 80

2.5.5 Giao tiếp máy tính với thiết bị ngoại vi qua cổng RS232 80

CHƯƠNG 3: SẢN PHẨM VÀ KẾT QUẢ 85

3.1 Sản phẩm 85

3.2 Một số tính năng của phần mềm 86

3.3 Một số hình ảnh khi sử dụng phầm mềm 88

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 90

4.1 Kết luận 90

4.2 Đề nghị 90

PHỤ LỤC 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

CÁC CHỮ VIẾT TẮT THƯỜNG DÙNG

EFI Electronic Fuel Injection Phun nhiên liệu điện tử

ECU Electronic Control Unit Khối xử lý điện tử trung tâm

MPI Multi Point Fuel Injection Phun đa điểm

CIS Continuous Injection System Hệ thống phun liên tục

AFC Air Flow Controlled Fuel

Injection

Phun nhiên liệu điểu khiển theo dòng khí nạp

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1-1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống EFI 19

Hình 1-2: Cấu tạo bơm xăng điện 20

Hình 1-3: Cấu tạo vòi phun 22

Hình 1-4: Sơ đồ nguyên lý mô hình mô phỏng hệ thống điểu khiển điện tử 23

Hình 1-5: Khối xử lý ECU 24

Hình 1-6: Mạch ổn áp dùng IC 25

Hình 1-7: Các loại cảm biến lưu lượng khí nạp 27

Hình 1-8: Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy 27

Hình 1-9: Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu cánh 28

Hình 1-10: Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dòng xoáy Karman quang học 29

Hình 1-11: Cảm biến áp suất đường ống nạp 30

Hình 1-12: Cảm biến vị trí bướm ga loại tiếp điểm 31

Hình 1-13: Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính 32

Hình 1-14: Cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall 33

Hình 1-15: Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga loại tuyến tính 34

Hình 1-16: Cảm biến vị trí chân ga kiểu phần tử Hall 34

Hình 1-17: Cảm biến từ điện loại nam châm đứng yên 35

Hình 1-18: Cảm biến từ điện loại nam châm quay cho loại động cơ 8 xylanh 36

Hình 1-19: Kiểu cảm biến lắp trong bộ chia điện 36

Hình 1-20: Kiểu cảm biến lắp ở đầu trục cam 37

Hình 1-21: Cảm biến G và NE loại tách rời Cảm biến vị trí trục cam (G) 38

Hình 1-22: Nguyên lý làm việc của cảm biến quang 39

Hình 1-23: Kết cấu cảm biến dạng HALL 39

Hình 1-24: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát 40

Hình 1-25: Cảm biến nhiệt độ khí nạp 41

Hình 1-26: Cấu tạo cảm biến oxy 42

Hình 1-27: Mô hình phun xăng KFZ-2001D 43

Hình 2-1: Sơ đồ tổng thể các khối của hệ thống 46

Hình 2-2: Bản vẽ sắp xếp các khối trong hệ thống mô phỏng phun xăng điện tử đa điểm 48

Hình 2-3: Sa bàn mô phỏng hệ thống phun xăng điện tử đa điểm 49

Hình 2-4: Dạng sóng 7 50

Hình 2-5: Mô hình mô phỏng quá trình hoạt động hệ thống 50

Hình 2-6:Sơ đồ chi tiết các khối của hệ thống 51

Hình 2-7: Nguyên lý hoạt động và đường đặc tính của cảm biến 52

Hình 2-8: Sơ đồ đấu nối cảm biến lưu lượng khí nạp 52

Hình 2-9: Đường đặc tính cảm biến theo datasheet 53

Hình 2-10: Đường đặc tính phi tuyến theo công thức nội suy 53

Hình 2-11: Cảm biến vị trí bướm ga và đường đặc tính của cảm biến 54

Hình 2-12: Cảm biến vị trí chân ga và đặc tính của cảm biến 55

Hình 2-13: Sơ đồ mạch điện và dạng tín hiệu xung G và NE 56

Hình 2-14:Các bộ tạo tín hiệu G và NE loại độc lập 57

Hình 2-15: Các bộ tạo tín hiệu G và NE loại cảm biến vị trí trục khuỷu 58

Hình 2-16: Cấu tạo, mạch điện và đặc tính của cảm biến nhiệt độ nước làm mát và nhiệt độ khí nạp 58

Hình 2-17: Đường đặc tính cảm biến nhiệt điện trở 59

Hình 2-18: Cảm biến oxy 60

Hình 2-19: Sơ đồ cấu trúc bên trong Atmega32 64

Hình 2-20: Sơ đồ chân vi điều khiển Atmega32 66

Hình 2-21: Tạo nguồn AVCC từ VCC 67

Hình 2-22:Sơ đồ khối bộ định thời 1 70

Hình 2-23: Sơ đồ khối nguồn 71

Hình 2-24: Sơ đồ khối truyền thông nối tiếp 72

Hình 2-25: Sơ đồ khối vi xử lý trung tâm 73

Hình 2-26: Mạch khuếch đại cảm biến oxy 74

Hình 2-27: Sơ đồ khối chuẩn hóa tín hiệu dạng xung 75

Hình 2-28: Khối cách ly quang 75

Hình 2-29: Lưu đồ thuật toán chương trình 77

Hình 2-30: Góc đánh lửa 78

Hình 2-31: Tín hiệu IGT 78

Hình 2-32: Tính toán góc đánh lửa 79

Hình 2-33: Lưu đồ thuật toán tính góc đánh lửa 79

Hình 2-34: Frame truyền RS232 82

Hình 2-35: Lấy SerialPort từ Toolbox 83

Hình 2-36:Thay đổi các thông số của SerialPort 84

Hình 3-1: Mặt trước sản phẩm 85

Hình 3-2: Mặt sau sản phẩm 85

Hình 3-3:Sản phẩm khi hoàn thiện 86

Hình 3-4: Giao diện phần mềm 87

Hình 3-5: Hướng dẫn lựa chọn hiển thị thông tin liên quan tới các thông số được đo 87

Hình 3-6: Thông tin hiển thị khi click chuột trái vào thông số cần xem 88

Hình 3-7: Bugi 2 đánh lửa 88

Hình 3-8: Vòi 3 phun xăng 89

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Động cơ đốt trong ra đời đã đánh dấu một bước ngoặt lớn trong lịch sử phát triển của ngành cơ khí động lực Cùng với sự phát triển đó là sự gia tăng nhanh chóng cả về số lượng lẫn chủng loại ôtô trên toàn thế giới Tuy nhiên nguồn năng lượng hóa lỏng không phải là vô hạn mà ngày càng cạn kiệt dần Đồng thời mức độ ô nhiễm do động

cơ đốt trong tạo ra cũng dần được nhìn nhận một cách nghiêm túc

Hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ đốt trong là hệ thống quyết định lớn tới việc tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường Thành tựu của ngành công nghiệp điện tử, tự động hóa và công nghệ thông tin đã nhanh chóng được áp dụng vào ngành công nghệ ôtô Đặc biệt là các hệ thống trên động cơ đốt trong nhằm hoàn thiện quá trình cháy Đi tiên phong trong lĩnh vực nghiên cứu phát triển hệ thống phun nhiên liệu điện tử cho động cơ đốt trong sử dụng trên ôtô là hãng Bosch (Đức)

từ những thập niên cuối thế kỷ trước Đến năm 1984, người Nhật mua bản quyền của Bosch và ứng dụng hệ thống phun nhiên liệu điện tử cho các mẫu xe của Toyota, hệ thống này phân phối nhiên liệu đến các xilanh của động cơ tốt hơn so với chế hoà khí bằng việc phun nhiên liệu có điều khiển điện tử Ngày nay, hầu hết các phương tiện

sử dụng động cơ đốt trong (như ôtô, xe máy,…) đều được trang bị hệ thống phun nhiên liệu điện tử EFI

Hệ thống EFI được coi là trái tim của cả phương tiện, do đó nhu cầu tìm hiểu về cấu tạo, quy trình vận hành của hệ thống EFI có ý nghĩa quan trọng, nhất là trong các trường dạy nghề Tuy nhiên, trong quá trình tiếp cận tôi nhận thấy người học gặp một

số khó khăn sau:

- Hệ thống phun xăng điện tử được lắp ráp vào xe, việc quan sát, theo dõi sự vận hành của chúng sẽ gặp nhiều khó khăn Các yếu tố như thời gian đốt nhiên liệu, lưu lượng nhiên liệu, không thể theo dõi liên tục trong quá trình vận hành của động

cơ

- Việc sử dụng phần mềm theo dõi của các hãng cần phải mua bản quyền, và các phần mềm này chỉ biểu hiện ở dạng các đồ thị, chỉ có tác dụng chuẩn đoán, khó khăn trong tìm hiểu và đánh giá, muốn sử dụng có hiệu quả cần kết hợp cả phần cứng

- Một số mô hình trên thị trường chỉ mô phỏng lại quá trình làm việc của hệ thống, sử dụng tương tác bằng các nút bấm, chưa có khả năng xuất dữ liệu để đánh giá được hiệu suất hệ thống cũng như quan sát trên máy tính

- Một số cơ sở đào tạo hoặc là không có mô hình EFI hoặc là có mô hình nhưng còn sơ sài, chưa đáp ứng được nhu cầu học tập trực quan

Nhận thấy tính cấp thiết từ những điểm trên, với sự hướng dẫn của PGS TS Hoàng

Sỹ Hồng tôi đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa điện tử cho ô tô có kết nối máy tính ứng dụng trong đào tạo” để thực

hiện luận văn của mình

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều hãng xe cũng như loại xe khác nhau, tuy nhiên loại thông dụng nhất đó là xe của các nước châu Á như Nhật Bản, Hàn Quốc Trong luận văn này tôi lựa chọn hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ 1NZ-FE được Toyota trang bị trên các mẫu xe Vios và Yaris (2007) tại Việt Nam để làm mô hình thí nghiệm vì những lý do sau:

- Tính phổ biến: Hai mẫu xe trên là những mẫu xe phổ biến, dễ gặp tại Việt Nam (Toyota Vios là mẫu xe bán chạy nhất trong nước từ năm 2014 đến 2017)

- Tính hoàn thiện: Động cơ 1NZ-FE của Toyota được hãng sử dụng trong thời gian dài, được đánh giá là một trong những mẫu động cơ tốt nhất của Toyota cũng như với các đối thủ cùng phân khúc

- Tính ưu việt: Loại hệ thống EFI điều khiển bằng bộ vi xử lý được sử dụng trong xe của Toyota gọi là TCCS, nó không chỉ điều khiển lượng phun mà còn bao gồm ESA - điều khiển thời điểm đánh lửa; ISC - điều khiển tốc độ không tải và các

hệ thống điều khiển khác; cũng như chức năng chẩn đoán và dự phòng

- Tính hợp lý: Chi phí hệ thống hợp lý, không quá đắt như các mẫu hệ thống khác

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống phun xăng điện tử đa điểm ứng dụng trong đào tạo, có kết nối với máy tính để quan sát, theo dõi, tính toán các thông số, đạt tới các mục đích sau:

- Nguyên lý làm việc tương đương với hệ thống khi lắp ráp vào ô tô

- Các thông số được theo dõi liên tục

- Có thể thay đổi điều kiện làm việc, thay đổi thông số hệ thống nếu cần

- Các modun dễ quản lý và thay thế khi muốn khảo sát các thiết bị khác nhau

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu cấu tạo của hệ thống phun xăng điện tử trên ô tô, đặc tính các cảm biến, các dạng tín hiệu truyền về ECU từ cảm biến, từ đó thiết kế mô hình của hệ thống phun xăng điện tử đa điểm có kết nối với máy tính Cụ thể nghiên cứu và mô phỏng

hệ thống EFI của động cơ 1NZ-FE được Toyota trang bị trên các mẫu xe Vios và Yaris 2007 bán tại Việt Nam

- Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu cấu tạo chung, phân loại của hệ thống phun xăng điện tử

Nghiên cứu đặc tính chung, đặc tính tín hiệu của các cảm biến

Thiết kế mô hình tổng thể hệ thống gồm phần cứng và phần mềm, có thể hiển thị dữ liệu trên máy tính để quan sát quá trình hoạt động của hệ thống EFI

Tính toán góc đánh lửa của động cơ

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống phun xăng điện tử đa

điểm, nghiên cứu về đặc tính của các cảm biến trong hệ thống

- Ý nghĩa thực tiễn :Nghiên cứu thiết kế mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa

điện tử ứng dụng trong đào tạo cho các trường dạy nghề một cách trực quan

5 Cấu trúc luận văn

Luận văn bao gồm 4 chương như sau:

Chương 1: Tìm hiểu chung về hệ thống phun xăng điện tử

Chương 2: Thiết kế hệ thống

Chương 3: Sản phẩm và kết quả

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ

Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu chung về hệ thống phun xăng điện tử: lịch sử phát triển, khái niệm, ưu điểm, phân loại, cấu tạo, nguyên lý hoạt động

1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống phun xăng điện tử

Vào cuối thế kỹ 19, một kỹ sư người Pháp ông Stévaan đã nghĩ ra cách phân phối nhiên liệu khi dùng một máy nén khí Sau đó một thời gian, người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng đốt, nhưng việc này không đạt được hiệu quả cao nên không thực hiện

Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun xăng trên động cơ 4 kỳ tĩnh tại (nhiên liệu dùng cho động cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu quả thấp), với sự đóng góp này đã đưa ra một công nghệ chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức

Từ đó trở đi, hệ thống phun xăng được áp dụng trên các loại ôtô ở Đức và nó đã thay dần động cơ sử dụng bộ chế hòa khí Công ty Bosch đã áp dụng hệ thống phun xăng trên mô tô 2 kỳ, bằng cách cung cấp nhiên liệu dưới áp lực cao

Việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống phun xăng bị gián đoạn trong một khoảng thời gian dài Đến năm 1962, người Pháp triển khai nó trên ôtô Peugoet 404 Họ điều khiển sự phân phối nhiên liệu bằng cơ khí nên hiệu quả không cao và công nghệ vẫn chưa đáp ứng tốt được Đến năm 1966, người Đức đã đưa thế giới tiến bộ bằng kỹ thuật áp dụng trong điều khiển

Năm 1973, các kỹ sư người Đức đã đưa ra hệ thống phun xăng kiểu cơ khí gọi là Jetronic Loại này được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên hãng xe Mercedes Vào năm 1981 hệ thống Kjetronic được cải tiến thành KE-Jetronic và nó được sản xuất hàng loạt vào năm 1984 và được trang bị trên các xe của hãng Mercedes

K-Dù đã có nhiều thành công lớn khi ứng dụng hệ thống K-Jetronic và KE-Jetronic trên ôtô Nhưng các kiểu này có khuyết điểm là bảo dưỡng sửa chữa khó và giá thành chế tạo rất cao Do vậy các kỹ sư đã không ngừng nghiên cứu và đưa ra các loại khác như L-Jetronic, Mono-jetronic và Motronic

Người Mỹ đã theo người Đức cho chế tạo K-Jetronic dùng trên các xe của hãng GM, Chrysler, Ngoài ra họ còn cho ứng dụng hệ thống L-Jetronic, Mono-Jetronic và Motronic trên các xe Cadilac

Đến năm 1984, người Nhật mới ứng dụng hệ thống phun xăng trên các xe của hãng Toyota Sau đó các hãng khác như Nissan của Nhật cũng ứng dụng kiểu L-Jetronic thay cho bộ chế hoà khí

1.2 Khái niệm EFI

Mặc dù K-Jetronic và KE-Jetronic ra đời đã đáp ứng được tỷ lệ hỗn hợp theo yêu cầu của các chế độ làm việc của động cơ theo hướng cải thiện đặc tính tải, tiêu hao nhiên liệu kinh tế hơn, giảm ô nhiễm môi trường Tuy nhiên vẫn còn điều khiển bằng cơ khí kết hợp điện tử Để đạt hiệu quả cao hơn người ta đã chế tạo ra loại phun xăng hoàn toàn điều khiển bằng điện tử (EFI) Hệ thống này cung cấp tỷ lệ khí hỗn hợp cho động cơ một cách tối ưu Tùy theo chế độ hoạt động của ôtô, EFI điều khiển thay đổi tỷ lệ xăng – không khí một cách chính xác Cụ thể ở chế độ khởi động trong thời tiết giá lạnh, khí hỗn hợp được cung cấp giàu xăng Sau khi động cơ đã đạt nhiệt độ vận hành, khí hỗn hợp sẽ nghèo xăng hơn Ở các chế độ cao tốc và tăng tốc khí hỗn hợp lại được cung cấp giàu xăng đúng yêu cầu

1.3 Ưu điểm của hệ thống EFI so với các loại hệ thống phun xăng khác

- Có thể cấp hỗn hợp khí – nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh:

Do mỗi một xylanh đều có vòi phun của mình và do lượng phun được điều chỉnh chính xác bằng ECU theo sự thay đổi về tốc độ động cơ và tải trọng, nên có thể phân phối đều nhiên liệu đến từng xylanh Hơn nữa, tỷ lệ khí – nhiên liệu có thể điều chỉnh

tự do nhờ ECU bằng việc thay đổi thời gian hoạt động của vòi phun (khoảng thời gian phun nhiên liệu) Vì các lý do đó, hỗn hợp khí nhiên liệu được phân phối đều đến tất

cả các xylanh & tạo ra được tỷ lệ tối ưu Chúng có ưu điểm về cả khía cạnh kiểm soát khí xả lẫn tính năng về công suất

- Có thể đạt được tỷ lệ khí - nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ động

cơ

Vòi phun đơn của chế hoà khí không thể điều khiển chính xác tỷ lệ khí – nhiên liệu

ở tất cả các dải tốc độ, nên việc điều khiển chia thành hệ thống tốc độ chậm, tốc độ cao thứ nhất, tốc độ cao thứ hai…và hỗn hợp phải được làm đậm khi chuyển từ một

hệ thống này sang hệ thống khác Vì lý do đó, nếu hỗn hợp khí nhiên liệu không được làm đậm hơn một chút thì các hiện tượng không bình thường (nổ trong ống nạp và nghẹt) rất dễ xảy ra khi chuyển đổi Mặc dù vậy, với EFI một hỗn hợp khí – nhiên liệu chính xác và liên tục luôn được cung cấp tại bất kỳ chế độ tốc độ & tải trọng nào của động cơ Đây là ưu điểm ở khía cạnh kiểm soát khí xả và tiết kiệm nhiên liệu

- Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở bướm ga

Ở động cơ lắp chế hoà khí, từ bộ phận phun nhiên liệu đến xylanh có một khoảng cách dài Cũng như, do có sự chênh lệch lớn giữa tỷ trọng riêng của xăng và không khí, nên xuất hiện sự chậm trễ nhỏ khi xăng đi vào xylanh tương ứng với sự thay đổi của luồng khí nạp Mặc dù vậy, ở hệ thống EFI, vòi phun được bố trí gần xylanh và

và được nén với áp suất khoảng 2 đến 3 kgf/cm 2 , cao hơn so với áp suất đường nạp cũng như nó được phun qua một lỗ nhỏ, nên nó dễ dàng tạo thành dạng sương mù

Do vậy, lượng phun thay đổi tương ứng với sự thay đổi của lượng khí nạp tuỳ theo

sự đóng mở của bướm ga, nên hỗn hợp khí nhiên liệu phun vào trong các xylanh thay đổi ngay lập tức theo độ mở của bướm ga Nói tóm lại, nó đáp ứng kịp thời với sự thay đổi của vị trí chân ga

- Hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu

+ Bù tại tốc độ thấp: Khả năng tải tại tốc độ thấp được nâng cao do nhiên liệu ở dạng sương mù tốt được phun ra bằng vòi phun khởi động lạnh khi động cơ khởi động Cũng như, do lượng không khí đầy đủ được hút vào qua van khí phụ, khả năng tải tốt được duy trì ngay lập tức sau khi khởi động

+ Cắt nhiên liệu khi giảm tốc: Trong quá trình giảm tốc, động cơ chạy với tốc độ cao ngay cả khi bướm ga đóng kín Do vậy, lượng khí nạp vào xylanh giảm xuống và độ chân không trong đường nạp trở nên rất lớn Ở chế hoà khí, xăng bám trên thành của đường ống nạp sẽ bay hơi và vào trong xylanh do độ chân không của đường ống nạp tăng đột ngột, kết quả

là một hỗn hợp quá đậm, quá trình cháy không hoàn toàn và làm tăng lượng cháy không hết trong khí xả Ở động cơ EFI, việc phun nhiên liệu bị loại

bỏ khi bướm ga đóng và động cơ chạy tại tốc độ lớn hơn một giá trị nhất định, do vậy nồng độ lượng cháy không hết trong khí xả giảm xuống và làm tiêu hao nhiên liệu

+ Nạp hỗn hợp khí - nhiên liệu có hiệu quả: Ở chế hoà khí, dòng không khí

bị thu hẹp tại họng khuếch tán để tăng tốc độ dòng khí, tạo nên độ chân không bên dưới họng khếch tán Đó là nguyên nhân hỗn hợp khí – nhiên liệu được hút vào trong xylanh trong hành trình đi xuống của piton Tuy nhiên họng khếch tán làm hẹp (cản trở) dòng khí nạp và đó là nhược điểm của động cơ Mặt khác, ở EFI một áp suất xấp xỉ 2 - 3 kgf/cm 2 luôn được cung cấp đến động cơ để nâng cao khả năng phun sương của hỗn hợp khí – nhiên liệu, do có thể làm đường ống nạp nhỏ hơn nên có thể lợi dụng quán tính của dòng khí nạp của hỗn hợp khí – nhiên liệu tốt hơn

Mặc dù có đầy đủ các ưu điểm trên, tuy nhiên hệ thống phun xăng điện tử cũng có một số nhược điểm như cấu tạo phức tạp, có yêu cầu khắt khe về chất lượng lọc sạch nhiên liệu và không khí; bảo dưỡng, sửa chữa cần có trình độ chuyên môn cao; giá thành đắt

1.4 Phân loại

1.4.1 Phân loại theo số vòi phun

- Loại TBI – Phun đơn điểm

Hệ thống này còn có các tên gọi khác như: SPI (single point injection), CI (central

injection), Mono – Jetronic Đây là loại phun trung tâm, kim phun được bố trí phía

trên cánh bướm ga và nhiên liệu được phun bằng một hay hai kim phun Nhược điểm của hệ thống này là tốc độ dịch chuyển của hòa khí tương đối thấp do nhiên liệu được phun ở vị trí xa xu-páp hút và khả năng thất thoát trên đường ống nạp

- Loại MPI – phun đa điểm

Đây là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xy lanh được

bố trí gần xu-páp hút (cách khoảng 10-15 mm) Ống góp hút được thiết kế sao cho đường đi của không khí từ bướm ga đến xylanh khá dài, nhờ vậy, nhiên liệu phun ra được hòa trộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc Nhiên liệu cũng không còn thất thoát trên đường ống nạp Hệ thống phun xăng đa điểm ra đời đã khắc phục được các nhược điểm cơ bản của hệ thống phun xăng đơn điểm Tùy theo cách điều khiển kim phun,

hệ thống này có thể chia làm 3 loại chính: Phun độc lập hay phun từng kim, phun nhóm hoặc phun độc lập

1.4.2 Phân loại theo kiểu hệ thống phun

- Loại CIS - đây là kiểu sử dụng kim phun cơ khí, gồm 4 loại cơ bản:

+ Hệ thống K-J tronic: việc phun nhiên liệu được điều khiển hoàn toàn bằng

cơ khí

+ Hệ thống K-J tronic có cảm biến khí thải: có thêm cảm biến oxy

+ Hệ thống KE-J tronic: Hệ thống - K-J tronic với mạch điều chỉnh áp lực phun bằng điện tử

+ Hệ thống KE-Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng điện tử Các hệ thống này được sử dụng trên các xe model trước năm 1987

- Loại AFC - sử dụng kim phun điều khiển bằng điện Hệ thống phun xăng với kim phun điện có thể chia làm 2 loại chính:

+ D – Jetronic: với lượng xăng phun được xác định bởi áp suất sau cánh bướm

ga bằng cảm biến MAP (manifold absolute pressure sensor)

+ L – Jetronic: với lượng xăng phun được tính toán dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió loại cánh trượt Sau đó có các phiên bản: LH -

Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt, LU - Jetronic với cảm biến đo gió kiểu siêu âm

1.4.3 Phân loại theo đối tượng điều khiển theo chương trình

Nếu căn cứ vào đối tượng điều khiển theo chương trình, người ta chia hệ thống điều khiển động cơ ra 3 loại chính:

- Chỉ điều khiển phun xăng EFI

- Chỉ điều khiển đánh lửa ESA

- Loại tích hợp tức là điều khiển cả phun xăng và đánh lửa

Ngày nay các loại xe chủ yếu sử dụng loại tích hợp, ngoài ra các hộp điều khiển động

cơ đốt trong thường gồm các chức năng điều khiển khác như điều khiển hộp số…

1.4.4 Phân loại theo kỹ thuật điều khiển kim phun

Nếu phân loại theo kỹ thuật điều khiển ta có thể chia hệ thống điều khiển động cơ làm 3 loại:

- Hệ thống phun xăng cơ khí: Được điều khiển bằng cần ga, bơm cơ khí và bộ điều tốc để kiểm soát số lượng nhiên liệu phun vào động cơ

- Hệ thống phun xăng thủy lực: Được trang bị các bộ phận di động bởi áp lực của gió hay của nhiên liệu Điều khiển thủy lực sử dụng cảm biến cánh bướm gió và

bộ phân phối nhiên liệu để điều khiển lượng xăng phun vào động cơ

- Hệ thống phun xăng điện tử (EFI): ở các hệ thống phun xăng loại này, một loạt các cảm biến sẽ cung cấp thông tin dưới dạng tín hiệu điện liên quan đến các thông số làm việc của động cơ cho ECU Sau khi xử lý các thông tin này, bộ điều khiển trung tâm sẽ xác định lượng xăng cần cung cấp cho động cơ theo một chương trình tính toán đã được lập trình sẵn và chỉ huy sự hoạt động của các vòi phun xăng (thời điểm phun và thời gian phun) Tùy theo kiểu và mức độ hoàn thiện, EFI còn có thể thực hiện một số chức năng khác như:

+ Điều khiển đồng bộ quá trình đánh lửa bán dẫn hoặc điện tử

+ Chống kích nổ tự thích ứng

+ Điều chỉnh Lambda: điều chỉnh hệ số dư lượng không khí thông qua cảm biến Oxy đặt trên đường thải để có hỗn hợp chuẩn

+ Điều khiển thiết bị thu hồi hơi xăng: Bình xăng chỉ được thông với khí quyển thông qua một bộ hấp thụ hơi xăng dùng than hoạt tính Hơi xăng sẽ được tự động đưa trở lại đường nạp ở những điều kiện nhất định

+ Luân hồi khí thải: vì ôxít nitơ (NOx) được tạo ra chủ yếu trong khoảng nhiệt

độ 1800oC – 2000oC, nên việc giảm nhiệt độ cháy cực đại sẽ góp phần hạn chế lượng khí độc hại này Trong trường hợp hàm lượng khí NOx trong khí thải vượt quá mức quy định, thiết bị luân hồi cho phép đưa một lượng khí thải từ đường thải trở về đường nạp, qua đó làm giảm lượng oxy trong khí nạp, dẫn đến hạ nhiệt độ cháy

+ Điều chỉnh tự thích ứng: khả năng tự động điều chỉnh các cảm biến

+ Điều khiển hoạt động của các động cơ trong các chế độ vận hành không ổn định (khởi động, chạy ấm máy, tăng hoặc giảm tốc, …)

độ hao mòn và nhiệt độ động cơ, cũng như việc có tải trọng phụ khi xe đỗ

1.5 Hệ thống phun xăng điện tử đa điểm động cơ bốn kỳ thông dụng

1.5.1 Cấu tạo chung

Từ tài liệu của Toyota, ta có được sơ đồ nguyên lý hệ thống EFI, cũng như thành các thành phần của hệ thống được trình bày trên Hình 1-1 có thể chia thành 3 khối chính:

- Hệ thống điều khiển điện tử

- Hệ thống nhiên liệu

- Hệ thống nạp khí

Hình 1-1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống EFI

1.5.2.3 Cổ họng gió

Bao gồm bướm ga để điều khiển lượng không khí nạp trong quá trình hoạt động của động cơ Một đường khí phụ để cho phép một lượng khí nhỏ đi vào trong quá trình chạy không tải Một cảm biến vị trí bướm ga để nhận biết góc mở bướm ga Một số loại cổ họng gió còn trang bị một bộ đệm chân ga để cho phép bướm ga trả từ từ khi

nó đóng lại hay khi dùng van khí phụ loại sáp

1.5.2.4 Van khí phụ

Van khí phụ điều khiển tốc độ của động cơ khi động cơ còn lạnh

1.5.3 Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống cung cấp nhiên liệu đảm nhiệm các chức năng là:

+ Hút năng từ thùng chứa để bơm đến các vòi phun

+ Tạo áp suất cần thiết để phun xăng

+ Duy trì áp suất nhiên liệu cố định trong ốc chia vòi phun

1.5.3.1 Bơm xăng điện

Hình 1-2: Cấu tạo bơm xăng điện

Cấu tạo của bơm xăng điện được minh họa trong Hình 1-2, điện được thiết kế để bơm xăng nhiều hơn mức yêu cầu tối đa của động cơ Yếu tố này tạo được áp suất cần thiết trong mạch ở bất kì chế độ hoạt động nào của động cơ Bơm được thiết kế van chặn

bố trí tại cửa thoát của bơm xăng ngăn không cho xăng tháo lui tới thùng chứa khi bơm nhiên liệu ngừng bơm Van giới hạn áp suất giới hạn áp suất xăng đi Khi nối mạch công tắc máy và công tắc khởi động thì bơm xăng hoạt động tức thì và liên tục sau khi khởi động xong

1.5.3.2 Bầu lọc xăng

Có công dụng lọc sạch các tạp chất trong xăng nhằm bảo vệ các vòi phun xăng Bầu lọc có hai phần tử lọc: Một lõi lọc bằng giấy và một tấm lọc Xăng phải chui xuyên qua lõi giấy và tấm lọc trước khi chảy vào bộ phân phối

1.5.3.3 Ống chia các vòi phun xăng

Ống chia xăng có chức năng như một kho chứa nhiên liệu của các vòi phun Dung tích của nó lớn hơn nhiều lần so với lượng xăng cần thiết cung cấp cho chu kì hoạt động của động cơ Nhờ vậy tránh được tình trạng làm thay đổi áp suất trong ống chia Ống chia có tác dụng sau đây:

+ Cung cấp xăng đồng thời cho các vòi phun dưới áp suất bằng nhau

+ Làm nơi gá, lắp các vòi phun và giúp cho việc tháo, lắp các vòi phun dễ dàng

1.5.3.4 Bộ điều áp nhiên liệu

Trong mạch cung cấp nhiên liệu, bộ điều áp điều chỉnh áp suất nhiên liệu vào vòi phun ở 324 kPa (3,3 kgf/cm2) (giá trị này có thể thay đổi tùy loại động cơ) Ngoài ra,

bộ điều áp còn duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu cũng như cách thức duy trì ở van một chiều của bơm nhiên liệu

1.5.3.5 Vòi phun

Vòi phun phun nhiên liệu vào các cửa nạp của các xi lanh theo tín hiệu từ ECU động

cơ (Hình 1-3) Các tín hiệu từ ECU động cơ làm cho dòng điện chạy vào cuộn dây điện từ, làm cho pít-tông bơm bị kéo, mở van để phun nhiên liệu

Hình 1-3: Cấu tạo vòi phun

1.5.4 Hệ thống điều khiển điện tử

Hệ thống điều khiển điện tử bao gồm các cảm biến, bộ vi xử lý trung tâm và các cơ cấu chấp hành Sơ đồ nguyên lý của hệ thống được mô tả trong Hình 1-4

Bộ xử lý trung tâm nhận các tín hiệu từ các cảm biến gửi về phân tích, xử lý và lựa chọn chế độ phun nhiên liệu hợp lý được lưu trữ trong bộ nhớ của ECU, đồng thời xuất tín hiệu điều khiển các cơ cấu chấp hành cho hệ thống cung cấp nhiên liệu Điểm khác nhau căn bản giữa hệ thống cung cấp nhiên liệu thông thường với hệ thống phun xăng điện tử ở chỗ:

- Với hệ thống cung cấp nhiên liệu thông thường, chế độ làm việc của động cơ phụ thuộc hoàn toàn vào bàn đạp chân ga, hỗn hợp nhiên liệu và không khí được hòa trộn trong xy-lanh nhờ sự tụt áp

- Trong khi đó, với hệ thống phun xăng điện tử, chế độ làm việc của động cơ không chỉ phụ thuộc vào bàn đạp chân ga mà còn phụ thuộc vào trạng thái môi trường làm việc (nhiệt độ nước), phụ tải (có bật điều hòa hay không), mức độ và thành phần khí thải (cảm biến ôxy), số vòng quay của trục khuỷu động cơ, trục cam (cảm biến vị trí trục khuỷu, trục cam), lưu lượng không khí (cảm biến lưu lượng khí), áp suất đường ống nạp (cảm biến áp suất đường ống nạp)

Hình 1-4: Sơ đồ nguyên lý mô hình mô phỏng hệ thống điểu khiển điện tử

Do đó, hỗn hợp không khí được pha trộn theo tỷ lệ hợp lý hơn, giúp cho quá trình cháy hoàn hoàn hảo hơn Chính vì lý do đó mà động cơ có hệ thống phun xăng điện

tử sẽ tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường hơn động cơ với hệ thống cung cấp nhiên liệu thông thường

1.5.4.1 Bộ xử lý trung tâm ECU

- Nguyên lý hoạt động của ECU

ECU (Hình 1-5) được coi như là bộ não của xe, điều khiển chi phối tất cả mọi hoạt động của động cơ thông qua việc tiếp nhận dữ liệu các cảm biến trên động cơ hoặc ô

tô, sau đó được truyền về ECU xử lý tín hiệu và đưa ra “mệnh lệnh” buộc các cơ cấu chấp hành phải thực hiện như việc điều khiển nhiên liệu, góc đánh lửa, góc phối cam,

ga tự động, lực phanh ở mỗi bánh

Hình 1-5: Khối xử lý ECU

Mặc khác, cơ cấu chấp hành phải luôn bảo đảm thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến nhằm đem lại sự chính xác và thích ứng cần thiết Bên cạnh đó, nhằm giảm tối đa chất độc hại trong khí thải và cải thiện lượng tiêu hao nhiên liệu, đảm bảo công suất tối ưu ở các chế độ hoạt động của động cơ Hơn hết, ECU can thiệp và xử lý nhanh những tính huống mất kiểm soát của người khi gặp tình huống nguy hiểm và điều đặc biệt giúp việc chuẩn đoán “bệnh” của động cơ một cách nhanh chóng

Tóm lại, ECU ngày nay trên những mẫu ô tô hiện đại có thể hiểu đó là bộ tổ hợp vi mạch và bộ phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, trữ thông tin, tính toán, gửi đi các tín hiệu thích hợp và quyết định chức năng làm việc của xe sao cho hiệu quả nhất trong các tình huống khác nhau

- Cấu tạo của ECU

Khối xử lý ECU là sự tập hợp của nhiều modul khác nhau : ổn áp, mạch khuyếch đại, chuyển đổi Analog sang Digital và ngược lại, vi điều khiển, thạch anh tạo dao động, mạch tách tín hiệu…Tất cả được tích hợp trên một bo mạch cứng qua đó tín hiệu được truyền cho nhau với tốc độ nhanh hơn tiết kiệm năng lượng hơn và ổn định

+ Bộ ổn áp

Máy phát điện và acquy trong ôtô cung cấp điện áp 12V không ổn định, lúc cao hơn lúc thấp hơn Chíp vi điều khiển và các cảm biến với những linh kiện điện tử bán dẫn cần điện áp nhỏ hơn và ổn định Vì thế cần có một bộ ổn áp cung cấp điện áp ổn định Người ta sử dụng IC ổn áp để làm mạch ổn áp (Hình 1-6)

Hình 1-6: Mạch ổn áp dùng IC

+ Bộ chuyển đổi Analog/Digital (A/D)

Các hoạt động của động cơ thường rất nhanh, do vậy tín hiệu điều khiển từ ECU truyền đi cũng phải tương ứng Do vậy giải pháp truyền tín hiệu trong hệ thống là truyền song song Các cảm biến liên tục và đồng loạt gửi tín hiệu đến ECU Những tín hiệu có nhiều mức giá trị như nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp, cảm biến oxy, vận tốc trục cam … Ví dụ với tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát có

dải điện áp thay đổi từ 0 - 5V ứng với nhiệt độ thay đổi từ 90oC đến 0oC sẽ có 256 mức tín hiệu, mỗi mức tương ứng với 5/256 = 0,0195Vol

+ Vi điều khiển

Có rất nhiều họ vi điều khiển và do nhiều hãng chế tạo được sử dụng trong ECU: General Instrument, Motorola, Dallas… Nhưng đều có nhiệm vụ chung là xử lý tín hiệu gửi đến từ cảm biến và đưa ra cơ cấu chấp hành theo một chương trình đã định sẵn

Cấu tạo chung của vi điều khiển sẽ gồm có các chân vào/ra (I/O) để nhận và truyền

dữ liệu, CPU xử lý các phép toán cộng trừ nhân chia và các phép toán logic Ram để lưu các dữ liệu xử lý tức thời, PRom bộ ghi nhờ trương chình do nhà sản xuất cài vào, cùng các đường các đường truyền dữ liệu (BUS)

+ Chương trình điều khiển

Chương trình điều khiển do nhà sản xuất nạp vào trong bộ nhớ Rom của vi điều khiển

Vi điều khiển dựa vào chương trình để xử lý tín hiệu và điều khiển các bộ phận hoạt động Chương trình thường được viết bằng hợp ngữ sau khi được dịch sang dạng mã máy để vi điều khiển hiểu được sẽ được nạp vào trong bộ nhớ PRom

1.5.4.2 Các loại cảm biến trong hệ thống điều khiển điện tử

Các cảm biến xác định tình trạng động cơ, xăng, gió … báo về cho ECU Sử dụng cảm biến để thu nhận các biến đổi về nhiệt độ, sự chuyển dịch vị trí của các chi tiết,

độ chân không…Chuyển đổi thành các dạng tín hiệu điện mà có thể lưu trữ trong bộ nhớ, truyền đi, so sánh Ở phần này ta chỉ tìm hiểu cấu tạo chung và phân loại

- Cảm biến lưu lượng khí nạp (Hình 1-7): được dùng trong EFI kiểu L

Cảm biến lưu lượng khí nạp được sử dụng để phát hiện khối lượng hoặc thể tích không khí nạp Tín hiệu khối lượng hoặc thể tích không khí nạp được ECU sử dụng

để tính toán lượng phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản Cảm biến lưu lượng khí nạp chủ yếu được chia thành 2 loại: Đo lưu lượng với thể tích dòng khí (cánh trượt, Karman…) và đo lưu lượng bằng khối lượng dòng khí (dây nhiệt)

Hình 1-7: Các loại cảm biến lưu lượng khí nạp

+ Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy (Hình 1-8):

Cấu tạo: Là loại phích cắm được đặt vào đường không khí nạp bao gồm nhiệt điện trở và dây sấy được ghép vào mạch cầu

Cảm biến lưu lượng loại dây sấy có kết cấu gọn, nhẹ, không gây cản trở chuyển động của dòng khí nạp và có độ bền cao Do vậy ngày nay hầu hết các loại động cơ phun xăng đều sử dụng loai cảm biến đo lưu lượng khí nạp kiểu này

Hình 1-8: Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy

+ Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu cánh (Hình 1-9):

Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu cánh gồm nhiều bộ phận như hình 1-9

Nguyên lý hoạt động: Khi không khí đi qua cảm biến lưu lượng khí nạp này từ bộ lọc khí, nó đẩy tấm đo mở ra cho đến khi lực tác động vào tấm đo cân bằng với lò xo phản hồi Chiết áp, được nối đồng trục với tấm đo này, sẽ biến đổi thể tích không khí nạp thành một tín hiệu điện áp (tín hiệu VS) được truyền đến ECU động cơ

Hình 1-9: Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu cánh

+ Cảm biến Kiểu dòng xoáy Karman quang học (Hình 1-10):

Kiểu cảm biến lưu lượng khí nạp này trực tiếp cảm nhận thể tích không khí nạp bằng quang học So với loại cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu cánh, nó có thể làm nhỏ hơn

và nhẹ hơn về trọng lượng Cấu tạo đơn giản của đường không khí cũng giảm sức cản của không khí nạp

Một trụ "bộ tạo dòng xoáy" được đặt ở giữa một luồng không khí đồng đều tạo ra gió xoáy được gọi là "gió xoáy Karman" ở hạ lưu của trụ này Vì tần số dòng xoáy Karman được tạo ra tỷ lệ thuận với tốc độ của luồng không khí, thể tích của luồng không khí có thể được tính bằng cách đo tần số của gió xoáy này Các luồng gió xoáy được phát hiện bằng cách bắt bề mặt của một tấm kim loại mỏng (được gọi là

"gương") chịu áp suất của các gió xoáy và phát hiện các độ rung của gương bằng quang học bởi một cặp quang điện (một LED được kết hợp với một tranzito quang)

Hình 1-10: Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dòng xoáy Karman quang học

- Cảm biến áp suất đường ống nạp (Hình 1-11) là một trong những cảm biến

quan trọng nhất trong EFI kiểu D

Trên hệ thống phun xăng , lượng khí nạp đi vào xylanh được xác định gián tiếp thông qua cảm biến này Khi tải thay đổi , áp suất trong đường ống nạp sẽ thay đổi và cảm biến sẽ chuyển thành tín hiệu điện thế báo về ECU để tính ra lượng không khí đi vào xylanh Sau đó dựa vào giá trị này ECU sẽ điều khiển thời gian mở kim phun và thời điểm đánh lửa

Hình 1-11: Cảm biến áp suất đường ống nạp

- Cảm biến vị trí bướm ga:

Cảm biến vị trí bướm ga được lắp đặt ở trên trục cánh bướm ga Cảm biến này đóng vai trò chuyển vị trí góc mở cánh bướm ga thành tín hiệu điện áp đến ECU Hiện nay,

có 3 loại, loại tiếp điểm, loại tuyến tính và loại có phần tử Hall được sử dụng Ngoài

ra, 2 đầu ra hệ thống được sử dụng để tăng độ tin cậy

+ Loại tiếp điểm

Loại cảm biến vị trí bướm ga này dùng tiếp điểm không tải (IDL) và tiếp điểm trợ tải (PSW) để phát hiện xem động cơ đang chạy không tải hoặc đang chạy dưới tải trọng lớn Cấu tạo nguyên lý và mạch điện của cảm biến được thể hiện trên Hình 1-12 Khi bướm ga được đóng hoàn toàn, tiếp điểm IDL đóng ON và tiếp điểm PSW ngắt OFF

Hình 1-12: Cảm biến vị trí bướm ga loại tiếp điểm

- Loại tuyến tính

Cảm biến này gồm có 2 con trượt và một điện trở, và các tiếp điểm cho các tín hiệu IDL và VTA được cung cấp ở các đầu của mỗi tiếp điểm Khi tiếp điểm này trượt dọc theo điện trở đồng thời với góc mở bướm ga, điện áp này được đặt vào cực VTA theo

tỷ lệ thuận với góc mở của bướm ga

Các cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính hiện nay có các kiểu không có tiếp điểm IDL hoặc các kiểu có tiếp điểm IDL nhưng nó không được nối với ECU động cơ Các kiểu này dùng tín hiệu VTA để thực hiện việc điều khiển đã nhớ và phát hiện trạng thái chạy không tải

Một số kiểu sử dụng tín hiệu ra hai hệ thống (VTA1, VTA2) để tăng độ tin cậy Cấu tạo nguyên lý và mạch điện của cảm biến được thể hiện trên Hình 1-13

Hình 1-13: Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính

- Loại phần tử Hall

Cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall gồm có các mạch IC Hall làm bằng các phần tử Hall và các nam châm quay quanh chúng Các nam châm được lắp ở trên trục bướm ga và quay cùng với bướm ga

Cảm biến này không chỉ phát hiện chính xác độ mở của bướm ga, mà còn sử dụng phương pháp không tiếp điểm và có cấu tạo đơn giản, vì thế nó không dễ bị hỏng Cấu tạo nguyên lý của cảm biến được thể hiện trên Hình 1-14

Hình 1-14: Cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall

- Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga

Cảm biến vị trí của bàn đạp ga biến đổi mức đạp xuống của bàn đạp ga (góc) thành một tín hiệu điện được chuyển đến ECU động cơ Ngoài ra, để đảm bảo độ tin cậy, cảm biến này truyền các tín hiệu từ hai hệ thống có các đặc điểm đầu ra khác nhau

Có hai loại cảm biến vị trí bàn đạp ga, loại tuyến tính và loại phần tử Hall

Hình 1-15: Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga loại tuyến tính

+ Cảm biến vị trí bàn đạp chân ga kiểu hiệu ứng Hall (Hình 1-16):

Cấu tạo và hoạt động của cảm biến này cơ bản giống như cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall Để đảm bảo độ tin cậy cao hơn, phải cung cấp một mạch điện độc lập cho từng hệ thống một

Hình 1-16: Cảm biến vị trí chân ga kiểu phần tử Hall

- Cảm biến tốc độ động cơ NE và vị trí trục cam G

Tín hiệu G và NE được tạo ra bằng rôto hay các đĩa tạo ra tín hiệu này để nhận biết góc của trục khuỷu và tốc độ động cơ Các tín hiệu này vô cùng quan trọng cho hệ thống EFI

Trong hệ thống đánh lửa lập trình, tín hiệu NE và tín hiệu cảm biến gió là hai tín hiệu chính quyết định thời điểm đánh lửa sớm cơ bản Tín hiệu G xác định tín hiệu đánh lửa Để xác định tín hiệu G và NE mỗi hãng lại có những cách khác nhau nhưng đều dựa trên 3 loại cảm biến: Cảm biến từ điện, cảm biến quang điện, cảm biến Hall

+ Cảm biến loại từ- điện

Loại nam châm đứng yên (Hình 1-17):

Cảm biến bao gồm một rotor có số cánh phát xung tương ứng với số xylanh động cơ (cũng có loại 1 ,2 hoặc 3 cánh phát xung), một cuộn dây quấn quanh một lõi sắt từ ghép với một thanh nam châm vĩnh cửu Cuộn dây và lõi sắt được đặt cách các cánh phát xung của rotor một khe nhỏ (0,2-0,4mm) và được cố định trên vỏ bộ chia điện Khi rotor quay, các cánh phát xung lần lượt tiến lại gần và lùi ra xa cuộn phát xung

Hình 1-17: Cảm biến từ điện loại nam châm đứng yên

Loại nam châm quay :

Hình 1-18 cho thấy cấu tạo của cảm biến từ điện loại nam châm quay cho loại động

cơ 8 xylanh Đối với loại này, nam châm được gắn trên rotor, còn cuộn phát xung được quấn quanh một lõi thép và cố định trên vỏ bộ chia điện Khi nam châm quay,

từ thông xuyên qua cuộn phát xung biến thiên tạo nên một sức điện động trong cuộn

phát xung Do từ thông qua cuộn phát xung đổi dấu nên sức điện động sinh ra trong cuộn phát xung lớn

Hình 1-18: Cảm biến từ điện loại nam châm quay cho loại động cơ 8 xylanh

1 Rotor nam châm ; 2 Lõi thép từ ; 3.Cuộn phát xung

Một số kiểu cảm biến từ- điện phổ biến trên thị trường

Cảm biến từ điện phổ biến trên thị trường chia làm 3 kiểu: kiểu đặt trong bộ chia điện, kiểu đặt ở đầu trục khuỷu, trục cam và kiểu tách rời

Kiểu lắp trong bộ chia điện:

Hình 1-19: Kiểu cảm biến lắp trong bộ chia điện

Đối với kiểu này cảm biến vị trí trục cam (G) và cảm biến tốc độ động cơ (NE) đều được lắp trong bộ chia điện (Hình 1-19)

Kiểu lắp ở đầu trục cam :

Kết cấu và hoạt động của kiểu lắp ở đầu trục cam giống như kiểu lắp trong bộ chia điện (Hình 1-20), nhưng phía trên rotor cảm biến G không có con quay chia điện và

nắp chia điện

Hình 1-20: Kiểu cảm biến lắp ở đầu trục cam

Kiểu lắp trên trục cam và trục khuỷu (tách rời):

So với các loại khác, cảm biến G và NE loại tách rời khác về vị trí lắp đặt của cảm biến, như trong Hình 1-21 Tuy nhiên, chức năng cơ bản là giống nhau Chuyển động quay của cánh phát xung G trên trục cam và cánh phát xung NE trên trục khuỷu làm thay đổi khe hở không khí giữa các cánh phát xung và cuộn phát xung Sự thay đổi này tạo ra sự biến thiên của từ trường trong cuộn phát xung, làm xuất hiện các xung

G và NE theo nguyên lý cảm ứng từ điện đã nêu trên

Trên trục cam đối diện với cuộn phát xung của cảm biến vị trí trục cam có các cánh

phát xung Số cánh phát xung là 1 hoặc 3 hoặc một số khác tùy theo kiểu động cơ

Hình 1-21: Cảm biến G và NE loại tách rời Cảm biến vị trí trục cam (G)

+ Cảm biến loại quang- điện

Cảm biến quang gồm hai loại, khác nhau chủ yếu ở phần tử cảm quang :

- Loại sử dụng một cặp LED - photo transistor

- Loại sử dụng một cặp LED – photo diode

Phần tử phát quang (LED – lighting emission diode) và phần tử cảm quang (photo transistor hoặc photo diode ) được đặt trong một cụm bao kín (có thể lắp trong bộ chia điện hoặc lắp ở trục cam) Đĩa cảm biến (đĩa tạo xung) được gắn vào trục và có

số rãnh xẻ tùy theo loại động cơ

Điểm đặc biệt của hai loại phần tử cảm quang này là khi có dòng ánh sáng chiếu vào,

nó sẽ trở nên dẫn điện và ngược lại Độ dẫn điện của chúng phụ thuộc vào cường độ ánh sáng

Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang được thể hiện trên Hình 1-22: khi đĩa cảm biến quay, dòng ánh sáng từ LED (phần tử phát quang) chiếu rọi về phía phần tử cảm quang sẽ bị ngắt quãng tạo ra hiện tượng dẫn - ngắt điện và bộ phận chuẩn xung sẽ tạo ra các xung vuông Hình dạng và vị trí của các rãnh xẻ trên đĩa cảm biến sẽ quyết