CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TRÊN Ô TÔ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG



Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp – ơng Stevan – đã nghĩ ra cách phun nhiên

liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên

liệu vào buồng cháy nhưng khơng mang lại hiệu quả. Đầu thế kỷ 20, người Đức áp

dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên

động cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp). Tuy nhiên, sau đó

sáng kiến này đã được ứng dụng thành cơng trong việc chế tạo hệ thống cung cấp

nhiên liệu cho máy bay ở Đức. Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành cơng trong

việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí. Trong hệ thống phun xăng này, nhiên

liệu được phun liên tục vào trước supap hút nên có tên gọi là K – Jetronic (K –

Konstant – liên tục, Jetronic – phun). K – Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng

dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát

triển các hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE – Jetronic, Mono – Jetronic, L –

Jetronic, Motronic…

Tên tiếng Anh của K – Jetronic là CIS (continuous injection system) đặc trưng cho

các hãng xe Châu Âu và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K – Jetronic với

các cảm biến oxy và KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE –

Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm). Do hệ thống phun cơ khí còn nhiều

nhược điểm nên đầu những năm 80, BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun sử dụng

kim phun điều khiển bằng điện. Có hai loại: hệ thống L – Jetronic (lượng nhiên liệu

phun được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D – Jetronic (lượng

nhiên liệu phun được xác định dựa vào áp suất trên đường ống nạp).

Đến năm 1984, người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thống

phun xăng L – Jetronic và D – Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với động

cơ 4A – ELU). Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L– Jetronic thay cho bộ chế hồ

khí của xe Nissan Sunny.

Song song với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửa

theo chương trình (ESA – Electronic Spark Advance) cũng được đưa vào sử dụng

vào những năm đầu thập kỷ 80. Sau đó, vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa

trực tiếp (DIS – Direct Ignition System) ra đời, cho phép khơng sử dụng delco và hệ

thống này đã có mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới.

Ngày nay, gần như tất cả các ơtơ đều được trang bị hệ thống điều khiển động cơ cả

động cơ xăng và động cơ Diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được các

u cầu gắt gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu. Thêm vào đó cơng suất động

cơ cũng được cải thiện rõ rệt.

Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời. Đó là động

cơ phun xăng trực tiếp GDI (Gasoline Direct Injection). Trong tương lai gần, chắc

chắn GDI sẽ được sử dụng rộng rãi.



5



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG



2.2. Thuật tốn điều khiển lập trình và ngun lý điều khiển động cơ

2.2.1 Một số khái niệm về hệ thống điều khiển tự động sử dụng trên ơtơ



 Hệ thống điều khiển tự động

Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống khơng có sự tham gia trực tiếp của con

người trong q trình điều khiển.

 Hệ thống điều khiển vòng hở



Là hệ thống thực hiện ngun tắc khống chế cứng. Tức là tín hiệu ra Y khơng

cần đo lường để đưa trở về ban đầu. Mọi sự thay đổi của tín hiệu ra Y khơng phản

ánh vào TBĐK. Tín hiệu X đặt vào như thế nào thì tín hiệu Y ra như thế ấy, khả

năng phản hồi của hệ thống hở khơng có.

X



TBĐK



U



Y



ĐTĐK



Hinh 2.1: Sơ đồ khối hệ thống hở.

 Hệ thống điều khiển vòng kín



Là hệ thống thực hiện điều khiển có phản hồi tức là tín hiệu Y được đo lường và

dẫn đến đầu vào phối hợp với tín hiệu X tác dụng lên TBĐK để tạo ra tín hiệu U sau

đó tác động vào ĐTĐK gây sự biến đổi Y.



Cơ cấu so sánh



U



G(s)



Y



X1

H(s)



2.2.2 Sơ

cấu trúc

khối chức



Hình:2.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển có cơ cấu phản hồi



đồ

và các

năng



 Một trong những vấn đề chủ yếu mà điều khiển tự động trên ơ tơ phải giải

quyết là điều khiển các thơng số ra của các hệ thống trang bị trên xe sao cho đảm



6



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG



bảo tính năng và sự an tồn của ơ tơ là tốt nhất trong mọi điều kiện hoạt động. Đối

với ơtơ khi vận hành ln có sự thay đổi về tốc độ, tải trọng, khí hậu mơi trường,

điều kiện mặt đường … Vì cần phải điều khiển các thơng số ra cho những hệ thống

trên ơ tơ khá đa dạng và phức tạp, ngồi ra các hệ thống này Compurator

còn chịu ảnh hưởng của

những tác động bên ngồi. Do vậy, điều khiển tự động trên ơtơ thường áp dụng hệ

thống điều khiển kín và có hồi tiếp. Sự áp dụng loại hệ thống này tạo được mối liên

hệ trực tiếp giữa những tác động cần thiết để điều khiển hệ thống với các thơng số

hoạt động của hệ thống đồng thời loại bỏ những tác động nhiễu đến thơng số này

đảm bảo cho giá trị của chúng ln phù hợp với giá trị mà ta mong muốn.

 Các hệ thống được điều khiển tự động trang bị trên ơtơ hiện nay là những hệ

thống điều khiển bằng máy tính (Computer Control System).



 Các cảm biến có vai trò xác định thơng tin và hoạt động của động cơ cũng

như các thơng tin về mơi trường ngồi có liên quan đến sự hoạt động của

động cơ, những thơng tin này ở dạng các tín hiệu địên áp (Electric Signals)

được cảm biến gửi về bộ vi xử lý thơng qua thiết bị giao tiếp đầu vào

(khuyếch đại, chuyển đổi A/D …)



 Bộ vi xử lý sẽ so sánh những thơng tin này so với những thơng tin trong bộ

nhớ máy tính để từ đó phát ra tín hiệu điều khiển thích hợp. Tín hiệu điều

khiển U được gửi đến các thiết bị thực hiện thơng qua các thiết bị kiểm sốt

giao tiếp đầu ra để tác động điều khiển các thơng số hoạt động của động cơ.

2.2.3 Thuật tốn điều khiển lập trình cho ECU.



7



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG



Hình 2.5 Thuật tốn điều khiển động cơ



8



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG



2.

3. Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ 1NZ-FE

2.3.1 Mơ tả hệ thống

Các chức năng của hệ thống điều khiển động cơ bao gồm EFI, ESA,ISC,

ETCS-i, VVT-i,…chúng điều khiển các tính năng cơ bản của động cơ, chức năng

chẩn đốn, rất hữu ích khi sửa chữa, chức năng dự phòng và an tồn chỉ hoạt động

khi có trục trặc trong các hệ thống điều khiển này. Ngồi ra, còn có các thiết bị điều

khiển phụ trên động cơ như hệ thống điều khiển cắt số truyền tăng, hệ thống điều

khiển khí nạp, hệ thống kiểm sốt hơi nhiên liệu v.v. Các chức năng này đều được

điều khiển bằng ECU động cơ.



Hình 2.6 Sơ đồ các bộ phận trong hệ thống điều khiển động cơ 1NZ -FE

2.3.2 Chức năng của hệ thống điều khiển động cơ 1NZ-FE

Ngày nay với sự ra đời và phát triển mạnh của khoa học - cơng nghệ tự động

điều khiển đã làm cơ sở và nền tảng cho việc thiết lập các hệ thống điều khiển theo

chương trình trên động cơ 1NZ-FE đã giải quyết được các vấn đề hiện đang đặt ra

như: cơng suất, suất tiêu hao nhiên liệu, khí thải…



9



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG



EFI (phun xăng điện tử)

ESA (đánh lửa sớm điện tử)

ISC (điều khiển tốc độ khơng tải)



Hệ thống điều

khiển động cơ



Chức năng chẩn đốn

Chức năng an tồn

Chức năng dự phòng

Các hệ thống điều khiển khác



2.3.3 Kết cấu của hệ thống điều khiển động cơ 1NZ-FE



TÍN HIỆU VÀO



BỘ PHẬN CHẤP HÀNH



Tín hiệu G, Ne

Lưu lượng gió

(MAP)

Nhiệt độ nước làm mát



ECU



Hệ thống nhiên liệu



Hệ thống đánh lửa



Nhiệt độ khí nạp

Vị trí bướm ga



Điều khiển cầm chừng

Tín hiệu khởi động

Cảm biến oxy



Hệ thống chẩn đốn



Điện áp accu

Các cảm biến khác



Hình 2.7. Tổng quan sơ đồ cấu trúc điều khiển



10



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG



4

3

2

1



#4



OCV-



#3

#2



OCV+



SIL



+B



Van VVT



WFSE



#1



FC



Kim phun



TC



W



PS



E2



Công tắc áp suất

dầu trợ lực lái



THW



TACH

KNK



CB nhiệt độ nước



CF



CB kích nổ



FAN



PRG



NE-



Van EVAP



2



SPD



3



VTA



1



VC



NE+

CB vò trí trục khuỷu



STP



ACMG



G2+



CB vò trí bướm ga



2



1



CB vò trí trục cam



HTL2



RSD



ACI



Van ISC



THR



3



1

5



Bộ đo gió

kiểu dây nhiệt



4

2

3



THA

EVG

VG



KNK

STA



ALT



EC



OXL2



PS



SPD



Đồng hồ táp lô



STP



CT đèn phanh



ALT



Máy phát



STA



Tín hiệu đề



CF



Relay quạt 1



FAN



Relay quạt 2



OXL1

4

2



CB Ôxy 1



3

1



OXL1

HTL1

HTL1



VG



EVG



E03

4

2



3

1



CB Ôxy 2



OXL2

HTL2



E1



+B

#1

5



3



M



1



2



Bơm xăng



Relay bơm



#3

#4



15A EFI

5



2



1



BATT



RSD

E02



Bô bin và

IC đánh lửa



HP

THR

ACMG

ACI



HT điều hòa

không khí



E2

WFSE



IGT3



THA



IGT4



VTA



TACH



IGF



TC

SIL



Đồng hồ táp lô



PRG

HP

OCV-



E01



NE+



Hộp ECU



W

Đèn báo lỗi



13

7



15A EFI

NE-



EC

E03

E02

E01



Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ xe Toyota Vios

(Động cơ 1NZ - SFI)

11



Giắc

DLC3



16



OCV+

G2+



Relay EFI



IG2



VC



IGT2 THW

#2



FC



3



IGT1



IGT1

IGT2

IGT3

IGT4

IGF



9

15

5

1



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG



Chương 3: NGHIÊN CỨU – KHAI THÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN

ĐỘNG CƠ 1NZ-FE

3.1. Hệ thống các cảm biến

3.1.1 Cảm biến áp suất trên đường ống nạp

3.1.1.1 Cấu tạo và ngun lý hoạt động

 Cấu tạo

Cảm biến bao gồm một chip Silic kết hợp với buồng chân khơng và một con

IC. Một mặt của màng silic bố trí tiếp xúc với độ chân khơng trong đường ống nạp

và mặt khác của nó bố trí ở trong buồng chân khơng được duy trì một áp thấp cố

định trước nằm trong cảm biến.



Hình 3.1: Cấu tạo cảm biến MAP.

 Hoạt động



Ngun lý đo của cảm biến là dựa vào độ chênh lệch áp suất trong buồng chân

khơng của cảm biến và áp suất trong đường ống nạp. Khi áp suất trong đường ống

nạp thay đổi sẽ làm cho hình dạng của màng silic thay đổi theo và trị số điện trở của

nó sẽ thay đổi. Sự dao động của tín hiệu điện trở này sẽ được chuyển thành một tín

hiệu điện áp gửi đến ECU động cơ ở cực PIM.



Hình 3.2: Sơ đồ ngun lý cảm biến MAP.



12



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



SVTH: DƯƠNG ĐỒNG QUANG



Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và áp suất đường ống nạp của

cảm biến MAP.



Hình 3.4: Sơ đồ mạch điện cảm biến MAP.

3.1.1.2 Kiểm tra

 Vị trí cảm biến



Cảm biến MAP được lắp trên đường ống nạp của động cơ



Hình 3.5: Hình dáng và vị trí cảm biến MAP.



13