Tài liệu totnghiep ppt

Nhiệt độ thích hợp để động cơ hoạt động 82°C * ECU sử dụng tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát để - Bật/tắt quạt làm mát - Làm đậm/loãng nhiên liệu - Sử dụng hồi lưu khí xả... -

BÁO CÁO TỐT NGHIỆP

HỆ THỒNG ECU _ CẢM BIẾN

.

Hệ Thống Cảm Biến - ECU

KHOA : CƠ KHÍ Ô TÔ

.

GiỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ (EFI)

 Sơ đồ cấu trúc & các khối chức năng

Kim phun

Hệ thống đánh lửa

Điều khiển cầm chừng

Hệ thống chuẩn đoán

Hệ thống cấp NL

Kim phun Động cơ

Điều khiển tốc

độ cầm chừng

Các CB khác

CB lưu lượng gió

Điều khiển hỗn hợp cầm chừng

Hệ thống

cấp khí

ECU

CB bướm ga

PHẦN 1 KHỐI TÍN HIỆU- CẢM BiẾN

1.Cảm biến vị trí bướm ga

+ Cảm biến có một trục quay gắn trên đó là một đĩa có rãnh xoắn chân ốc.Trục quay được lai với trục quay của bướm ga Khi trục này quay sẽ làm đĩa xoắn ốc quay đẩy dần cực E2 đến tiếp xúc với cực PSW hoặc IDL nằm ở hai đầu của rãnh xoắn ốc

+ Cảm biến có nhiệm vụ xác định chế độ không tải và có tải của động cơ

LOẠI CÔNG TẮC

Sơ đồ mạch

+ Khi IDL được đóng mạch với

E2 sẽ có dòng điện 5V (12V) về

mass, gây ra sự tụt áp tại cực

IDL, mô tả tín hiệu bướm ga

đóng (động cơ chạy không tải)

+ Khi PSW được đóng mạch với

E2 sẽ cho tín hiệu bướm ga mở

hết cỡ (động cơ chạy toàn tải)

+ Khi IDL đóng mạch với E2,

bướm ga mở một góc là 1,5o ; &

khi PSW đóng mạch với E2,

bướm ga mở một góc là 70o

Loại liên tục

+ Loại này có

cấu tạo gồm hai

con trượt, ở mỗi

đầu con trượt

điện áp tăng dần ở VTA tương ứng

với góc cánh bướm ga mở hoàn toàn

+ Khi cánh bướm ga đóng hoàn

toàn, tiếp điểm nối cực IDL với E2.

+ Trên đa số các xe, trừ TOYOTA, cảm biến bướm ga loại biến trở chỉ

có 3 dây : VC, VTA, E2 mà không

có IDL.

2.Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Sơ đồ mạch

+ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát là một

biến trở nhiệt, dòng điện qua biến trở tỉ lệ

thuận với nhiệt độ

+ Cực THW nối với bộ nguồn 5V(12V),

luôn có một dòng điện chạy từ cực THW về

E2 ra mass

+ Khi nhiệt độ tăng, điện trở của biến trở

giảm, cường độ dòng điện qua biến trở tăng,

gây ra sự tụt áp ở cực THW và E2.

+ Do cảm biến mắc song song với bộ

chuyển đổi tương tự sang số (ACD) nên tín

hiệu mà bộ vi điều khiển nhận được sẽ mô tả

đúng dạng tín hiệu mà cảm biến gửi đến

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

+ Khi động cơ khởi động lạnh các chi tiết chuyển động ma sát vời nhau trong động cơ không giãn nở đều, bơm dầu cũng chưa kịp chuyển dầu đến các

bộ phận đó làm tăng ma sát Động cơ rất khó khởi động làm thoát ra không khí một lượng khí thải độc hại, do vậy phải làm đậm đặc nhiên liệu trong hỗn hợp cháy giúp động cơ dễ khởi động Ngược lại khi động cơ quá nóng cũng làm hư hỏng và bó cứng các chi tiết Nhiệt độ thích hợp để động cơ hoạt động 82°C

* ECU sử dụng tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát để

- Bật/tắt quạt làm mát

- Làm đậm/loãng nhiên liệu

- Sử dụng hồi lưu khí xả

3.Cảm biến nhiệt độ khí nạp

+ Về bản chất cảm biến nhiệt độ khí nạp hoạt động giống như

cảm biến nhiệt độ nước làm mát.Việc xác định nhiệt độ khí nạp là

cần thiết vì thay đổi nhiệt độ sẽ dẫn đến sự thay đổi áp xuất và mật

độ của không khí.Vì không khí sẽ đậm đặc hơn khi lạnh và loảng

hơn khi nóng

+ Đểxác định được độ đậm đặc của không khí ở nhiệt độ hiện tại,

ECU sẽ tính toán dựa vào hai dữ liệu đưa vào là: nhiệt độ khí nạp, độ

chân không tại họng hút

* Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ khí nạp được ECU sử dụng để:

- Điều khiển kim phun nhiên liệu làm đậm/loảng nhiên liệu

- Kết hợp với cảm biến chân không xác định lưu lượng khí nạp

- Van hồi lưu khí thải

Sơ đồ mạch

4.Cảm biến áp suất đường ống nạp

+ Cảm biến áp suất đường

+ Chip Silic có một bên thông với

buồng chân không, một bên thông với ống nối của đường ống nạp.

+ Sự thay đổi áp suất sẽ làm thay đổi hình dạng chíp silic và làm giá trị điện trở của chíp silic cũng thay đổi theo.

+ Sự dao động của tín hiệu điện trở này được chuyển hóa thành một tín hiệu điện áp gửi đến ECU động cơ ở cực

PIM.

* ECU cần tín hiệu này để điều

chỉnh lượng phun và góc phun sớm.

- Khi cấp chân không áp

suất 40kPa thì điện áp gửi về ECU là 1,3 đến 1,9V

- Khi cấp áp suất 170kPa thì điện áp giử về ECU là 3,7 đến 4,3V

5.Cảm biến nồng độ oxy

+ Cảm biến oxy được gắn trên đường ống

xả, tiếp xúc trực tiếp với khí xả động cơ

+ Chất xúc tác sẽ phản ứng với oxy có

trong khí xả làm điện trở của nó thay đổi

Tín hiệu điện áp đó giúp ECU biết được

trong khí xả có dư nhiều hay ít oxy Biết

rằng với tỷ lệ không khí/nhiên liệu là 14,7/1

oxy sẽ được đốt hết trong qúa trình cháy ở

buồng đốt

* ECU sử dụng tín hiệu từ cảm biến oxy

để điều chỉnh tỉ lệ không khí/nhiên liệu

Sơ đồ mạch

6.BỘ TẠO TÍN HIỆU G VÀ Ne

- Nhận thấy từ biểu đồ tín hiệu của hai cảm biến này cơ thể thấy ECU kiểm

soát được hoạt động của động cơ sau 30º góc quay của trục khuỷu

+ Từ biểu đồ tín hiệu của hai cảm biến này cơ thể thấy ECU kiểm soát được hoạt động của động cơ sau 30º góc quay của trục khuỷu

* ECU sử dụng tín hiệu từ cảm biến vận tốc trục cam để:

- Điều khiển góc đánh lửa và

thời gian tia lửa

- Tăng giảm độ rộng xung điều khiển kim phun

-Công tắc van không tải nhanh

- Số tự động

7.Cảm biến tiếng gõ

- Cảm biến tiếng gõ được lắp trên thân máy, và nhận biết tiếng gõ trong động cơ.

- Khi xảy ra tiếng gõ động cơ ECU động cơ dùng tín hiện KNK để làm muộn thời điểm đánh lửa sớm nhằm ngăn chặn tiếng nổ.

- Cảm biến này bao gồm một phần tử

điện áp, nó sẽ tạo ra điện áp khi bị biến dạng do rung động của thân máy khi có tiếng gõ.

Cảm biến tiếng gõ

1 : Đáy cảm biến; 2 : Tinh thể thạch anh;

3 : Khối lượng quán tính; 5: Nắp, Dây đan;

7: Đầu cảm biến

Cảm biến tiếng gõ

- Thành phần áp điện trong cảm biến tiếng gõ được chế tạo bằng tinh thể thạch anh Do tiếng gõ của động cơ có tần số xấp xỉ 7kHz nên điện áp do cảm biến tiếng gõ phát ra sẽ đạt mức cao nhất tại tần số này (2.4V)

- Có 2 loại cảm biến tiếng gõ Một loại tạo ra điện áp cao trong dải tần số hẹp của rung động, còn loại kia tạo ra điện áp cao trong dải tần số rộng.

- ECU động cơ nhận biết có tiếng gõ hay không bằng cách đo điện áp của tín hiệu KNK cao hay thấp so với mức điện áp chuẩn Khi ECU động cơ nhận thấy

có tiếng gõ, nó làm chận thời điểm đánh lửa sớm, khi tiếng gõ kết thúc, thời điểm đánh lửa được làm sớm trở lại sau một khoảng thời gian nhất định.

CB tiếng gõ

KNK

Điện trở

ECU

8.TÍN HIỆU KHỞI ĐỘNG

Tín hiệu này được dùng để phát hiện động cơ đang được quay khởi động chức năng chính của nó là cho phép ECU động cơ tăng lượng phun nhiên liệu trong khi khởi động.

PHẦN 2

ECU ĐỘNG CƠ

1.KHỐI XỬ LÝ 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

2.Sơ đồ mạch điện cung cấp điện cho ECU

* Khi bật khoá điện ON, dòng điện chạy vào cuộn dây của rơle chính EFI, làm cho tiếp điểm đóng lại Việc này cung cấp điện cho các cực + B và + B1 của ECU động cơ.

* Điện áp của ắc quy luôn luôn cung cấp cho cực BATT của ECU động cơ

để tránh cho các mã chẩn đoán và các

dữ liệu khác trong bộ nhớ của nó không bị xóa khi tắt khoá điện OFF

3.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 thực hiện việc này:

4.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 hệthống 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 dộ khí nạp, cảm biến oxy, vận tốc trục cam đều là tín hiệu dạng tương tự… sẽ được chuyển đổi sang tín hiệu dạng số Chíp vi điều khiển sử dụng truyền tin dạng 8 bít.

- 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 176ºF đến 0ºF sẽ có 256 mức tín hiệu, mỗi mức tương ứng với 5/256 = 0,0195Vol.

5.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 Chíp vi điều khiển trong ECU động cơ 5A FE có dạng hình

thanh 42 chân vào/ra.

- 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).

6.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 Ví dụ tại chân I/O - P0.1 của vi điều khiển nối với cực IDL xuất hiện mức bít 0 điều này có nghĩa bướm ga đóng, động cơ chạy ở chế độ

không tải Ngay lập tức vi điều khiển sẽ truyền một bít cao 1 đến chân I/O - P2.1, chân này nối với bộ khuyếch đại điều khiển van điện từ mở mạch không tải

Move P2.1,#1

- Thông thường vi điều khiển sẽ có hai phương thức để điều khiển các hoạt động của các bộ

phận Một là dựa vào các sự kiện mới do cảm biến gửi đến đển tiến hành ngắt ưu tiên các phục vụ mới Hai là vi điều khiển sẽ liên tục kiểm tra các hoạt động và nếu phát hiện cần ưu tiên phục vụ chức năng nào sẽ phục vụ chức năng đó

- Tạo trễ: tùy theo họ vi điều khiển mà có các công cụ tạo trễ hay bộ định thời khác nhau Nhưng

về bản chất là việc cho vi điều khiển lặp đi lặp lại một số hạn định lệnh nào đó, mỗi lệnh vi điều khiển sẽ xử lý mất η giây Từ đó xác định số lần lặp để có thời gian trễ hợp lý nhất

7.Chức năng của ECU

 Các chức năng của ECU động cơ được chia thành :

+ Điều khiển EFI.

+ Điều khiển ESA.

+ Điều khiển ISC.

+ Chức năng chẩn đoán.

+ Các chức năng an toàn và dự phòng.

+ Và các chức năng khác.

PHẦN 3 ECU ĐIỀU KHIỂN

1 ĐIỀU KHIỂN KIM PHUN

Rơ le chính

#10

#20

B1 B+

BATT

E1 E2

Các CB khác

STA

IG

- ECU sử dụng tín hiệu từ các cảm biến để xác định khoảng thời gian phun cần thiết nhằm đạt được tỉ lệ không khí/nhiên liệu tối ưu phù hợp với điều kiện hoạt động của động cơ.

2.ĐIỀU KHIỂN ĐÁNH LỬA

Tại bộ chia điện có 7 đầu dây ra, bao gồm :

1) IGF (xác nhận đánh lửa): Sức điện động đảo chiều tạo ra khi dòng điện trong

cuộn sơ cấp bị ngắt sẽ làm cho mạch điện này gửi một tín hiệu IGF đến ECU, nó sẽ biết được việc đánh lửa có thực sự diễn ra hay không nhờ tín hiệu này

2) IGT (thời điểm đánh lửa): ECU động cơ gửi một tín hiệu IGT đến IC đánh lửa dựa trên tín hiệu từ cảm biến sao cho đạt được thời điểm đánh lửa tối ưu.Tín hiệu IGT này phát ra chỉ ngay trước thời điểm đánh lửa được tính toán bởi bộ vi xử lý, sau đó tắt ngay Bugi sẽ phát tia lửa điện khi tín hiệu này tắt đi

3) NE: Tín hiệu NE được ECU động cơ sử dụng để nhận biết tốc độ động cơ Tín hiệu NE được sinh ra trong cuộn dây nhận tín hiệu nhờ roto Roto tín hiệu NE có 24 răng Nó kích hoạt cuộn dây nhận tín hiệu NE 24 lần trong một vòng quay của bộ chia điện

4) G-: Dây trung hòa của cảm biến vận tốc trục cam và cảm biến tử điểm hành trình xylanh

5) G+: Tín hiệu G báo cho ECU biết góc trục khuỷu tiêu chuẩn Được sử dụng để xác định thời điểm đánh lửa và phun

nhiên liệu so với điểm chết trên (TDC) của mỗi xylanh

6) Transistor công suất điều khiển đóng cắt mạch cung cấp điện từ acquy cho cuộn sơ cấp của bobin cao áp

7) IG (-): Cực âm (-) của cuộn sơ cấp

BÔ BIN

ECU

Ne+ Ne- IIA

G-B C

-3.ĐIỀU KHIỂN BƠM NHIÊN LIỆU

- Bơm nhiên liệu trong xe được trang bị động cơ EFI chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy Điều này tránh cho nhiên liệu không bị bơm đến động cơ trong trường hợp khóa điện bật ON nhưng động cơ không chạy.

- Khi bật khóa điện ở vị trí IG, rơ le EFI bật.

- Khi động cơ quay khởi động, một tín hiệu STA (tín hiệu máy khởi

động) được truyền đến ECU động cơ từ cực ST của khoá điện Khi tín hiệu STA được đưa vào ECU động cơ, động cơ bật ON tranzito này và rơle mở mạch được bật ON.

- Sau đó, dòng điện được chạy vào bơm nhiên liệu để vận hành bơm.

- Cùng một lúc khi động cơ quay khởi động, ECU động cơ nhận tín hiệu NE từ cảm biến vị trí của trục khuỷu, làm cho tranzito này tiếp tục duy trì hoạt động của bơm nhiên liệu.

- Thậm chí khi khoá điện bật ON, nếu động cơ chết máy, tín hiệu NE sẽ không còn được đưa vào ECU động cơ, nên ECU động cơ sẽ ngắt tranzito này, nó ngắt rơle mở mạch, làm cho bơm nhiên liệu ngừng lại.

Điều khiển tốc độ bơm

- Việc điều khiển này làm giảm tốc độ của bơm nhiên liệu để

giảm độ mòn của bơm và điện năng khi không cần nhiều nhiên

liệu, như khi động cơ đang chạy ở tốc độ thấp

- Khi dòng điện chạy vào bơm nhiên liệu qua tiếp điểm B của

rơle điều khiển bơm và điện trở, bơm nhiên liệu sẽ làm việc ở tốc

độ thấp

- Khi động cơ đang quay khởi động, khi động cơ đang chạy ở tốc

độ cao, hoặc ở tải trọng lớn, ECU động cơ chuyển mạch tiếp điểm của rơle điều khiển bơm nhiên liệu sang A để điều khiển bơm

nhiên liệu ở tốc độ cao

4 ĐIỀU KHIỂN KHÔNG TẢI

Từ ECU Từ lọc không khí

Buồng nạp

Bướm ga Cảm biến

Giảm tăng

- Hệ thống ISC điều khiển tốc độ không tải bằng một van ISC

để thay đổi lượng khí đi tắt qua bướm ga phụ thuộc vào các tín hiệu từ ECU động cơ

- Khi dòng điện chạy qua do tín hiệu từ ECU động cơ, cuộn dây bị kích thích và van chuyển động Điều này sẽ thay đổi khe

hở giữa van điện từ và thân van, điều khiển được tốc độ không

tải (Tốc độ không tải nhanh được điều khiển bằng một van khí phụ) Trong hoạt động thực tế, dòng điện qua cuộn dây được bật

tắt khoảng 100lần/giây, nên vị trí của van điện từ được xác định bằng tỷ lệ giữa thời gian dòng điện chạy qua so với thời gian mà

nó tắt (có nghĩa là hệ số tác dụng) Nói theo một cách khác, van

mở rộng khi dòng điện chạy lâu hơn trong cuộn dây

5.CHỨC NĂNG CHUẨN ĐOÁN

- ECU của xe tích hợp một hệ thống tự chẩn đoán cho phép báo ra các hư hỏng của động cơ và các bộ phận

khác mà không cần phải tháo rời các chi tiết để kiểm tra Điều đó thực hiện nhờ các cảm biến theo dõi tình trạng của xe, gửi tín hiệu đến ECU để so sánh với các thông số chính xác mà nhà sản xuất đã tính toán từ trước Nếu

phát hiện sự sai khác hệ thống sẽ báo lỗi thông qua một bóng đèn nháy sáng, hoặc đưa ra một mã chẩn đoán đã được lưu trong bộ nhớ chương trình của vi điều khiển

đến một thiết bị giao diện khác.

 Chuẩn đoán tích hợp 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