MỤC LỤC ***** Chưng 1: DẪN NHẬP 1.1. Lý do chọn đề tài 1 1.2. Mục đích nghiên cứu 1.3. Đối tượng nghiên cứu và giới hạn của đề tài 2 1.4. Phương pháp nghiên cứu Chưng 2 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CHO ĐỘNG C XĂNG 2.1. Khái quát 3 2.1.1. Lịch sử phát triển. 2.1.2. Phân loại và ưu nhược điểm 4 2.2.Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình và thuật toán điều khiển 5 2.2.1. Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng 5 2.2.2. Thuật toán điều khiển lập trình 7 2.3. Các loại cảm biến tín hiệu ngõ vào 10 2.3.1. Cảm biến đo lưu lượng khí nạp. a. Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt. b. Cảm biến đo gió dạng xoáy lốc (KARMAN) 12 c. Cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt 14 d. Cảm biến áp suất tuyệt đối đường ống nạp (MAP) 15 2.3.2. Cảm biến tốc độ và vị trí piston 16 a. Loại dùng cảm biến điện từ 17 b. Loại dùng cảm biến quang 18 c, Loại dùng cảm biến Hall 19 2.3.3. Cảm biến vị trí bướm ga 21 a. Loại công tắc b. Loại dùng biến trở 22 c. Một số loại cảm biến bướm ga có thêm giắc phụ 23 2.3.4. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và nhiệt độ khí nạp. a. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát. b. Cảm biến nhiệt độ khí nạp 24 2.3.5. Cảm biến oxy 25 2.3.6. Cảm biến tốc độ xe 27 2.3.7. Cảm biến kích nổ 28 2.3.8. Một số tín hiệu khác 29 2.4. Bộ điều khiển điện tử (ECU-Electronic Control Unit) 31 2.4.1. Tổng quan. 2.4.2. Cấu tạo. 2.4.3. Cấu trúc ECU 32 2.4.4. Mạch giao tiếp ngõ vào 33 2.4.5. Giao tiếp ngõ ra 34 2.5. Điều khiển đánh lửa 35 2.5.1. Cơ bản về đánh lửa theo chương trình. 2.5.2. Hệ thống đánh lửa lập trình có bộ chia điện 38 2.5.3. Hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện 39 2.5.4 Hiệu chỉnh góc đánh lửa theo chế độ làm việc của động cơ 43 2.5.5 Điều khiển chống kích nổ 44 2.6. Điều khiển phun xăng 46 2.6.1 Khái quát 2.6.2 Điều khiển bơm xăng 47 2.6.3 Điều khiển kim phun 48 2.6.4. Điều khiển tốc độ cầm chừng 54 Chưng 3 : HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA TRÊN XE TOYOTA, NISSAN, MITSUBISHI VÀ FORD 3.1. Hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên xe Toyota 60 3.1.1. Sơ đồ hệ thống. 3.1.2. Cảm biến tín hiệu ngõ vào cơ bản 61 a. Loại đặt trong bộ chia điện b. Loại tách rời 62 c. Thực nghiệm xác định dạng tín hiệu NE, G 66 3.1.3 Khảo sát các tín hiệu vào cơ bản trên các động cơ xe Honda 67 3.1.4. Điều khiển phun xăng, đánh lửa 3.2. Hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên xe Nissan 68 3.2.1. Sơ đồ hệ thống. 3.2.2. Cảm biến tín hiệu ngõ vào cơ bản 69 a. Cấu tạo cảm biến phát tín hiệu G và NE trên các xe Nissan b. Dạng xung của cảm biến quang 4-360 trên động cơ 4 xy lanh 70 c. Cảm biến quang 6-360 trên các động cơ 6 xy lanh d. Cảm biến quang 4d-360 trên động cơ 4 xy lanh e. Cảm biến Hall 10-34. 71 3.2.3 Điều khiển phun xăng và đánh lửa 72 3.3. Hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên xe Mitsubishi 3.3.1. Sơ đồ hệ thống 74 3.3.2. Cảm biến tín hiệu ngõ vào cơ bản 75 a. Cảm biến quang và cảm biến Hall 1-4 b. Cảm biến Hall và cảm biến quang 2-4 77 3.3.3. Điều khiển phun xăng, đánh lửa 3.4. Hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên xe Ford 78 3.4.1. Sơ đồ hệ thống. 3.4.2. Cảm biến tín hiệu ngõ vào cơ bản 79 a. Cảm biến Hall (kiểu Gear tooth sensor) b. Cảm biến vị trí trục cam (CMP-Camshaft Position sensor) c. Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP-Crankshaft Position sensor) 80 d. Xác định dạng xung 3.4.3. Điều khiển phun xăng, đánh lửa 81 3.5. So sánh các dạng xung tín hiệu và điều khiển. Chưng 4 : CHẾ TẠO MÁY CHẨN ĐOÁN ECU BẰNG VI ĐIỀU KHIỂN 4.1. Tổng quan về vi điều khiển, lập trình vi điều khiển và LCD 82 4.1.1 Tổng quan về vi điều khiển 82 4.1.2 Tổng quan về ngôn ngữ lập trình Assembly 89 4.1.3 Tổng quan về LCD 91 4.2 Thiết kế các mạch giả xung G và NE 4.2.1 Mạch phát xung vuông 92 a. Sơ đồ nguyên lý 93 b. Phương án tạo xung vuông bằng vi điều khiển 4.2.2 Mạch phát xung sin 95 a. Sơ đồ nguyên lý 96 b. Phương án tạo xung sin bằng vi điều khiển 4.2.3 Tính toán thời gian trễ (delay) cho các dạng xung 97 4.3 Thiết kế chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU 99 4.3.1 Sơ đồ khối điều khiển của máy chẩn đoán 4.3.2 Thiết kế các mạch điện cơ bản của máy 99 a. Mạch cấp nguồn và điều khiển 99 b. Mạch phát xung tín hiệu G và NE 100 c. Mạch ghi nhận tín hiệu điều khiển từ ECU 101 d. Mạch hiển thị 102 4.3.3 Chế tạo máy chẩn đoán ECU 103 4.4 Lưu đồ thuật toán điều khiển và chương trình xử lý 4.4.1 Lưu đồ thuật toán 106 4.1.2 Chương trình xử lý của vi điều khiển 107 Chưng 5 : THỰC NGHIỆM CHẨN ĐOÁN ECU 5.1 Hướng dẫn sử dụng máy chẩn đoán các loại ECU 131 5.1.1 Cấu tạo máy chẩn đoán 5.1.2 Chức năng của máy chẩn đoán 132 5.1.3 An toàn khi sử dụng máy 5.2. Thực nghiệm chẩn đoán ECU của xe Nissan 132 5.2.1 Sơ đồ đấu dây 5.2.2 Vận hành chẩn đoán 133 5.2.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm 134 5.3 Thực nghiệm chẩn đoán ECU của xe Mitsubishi 135 5.3.1 Chẩn đoán ECU của Mitsubishi Galant, Huyndai Elantra. a. Sơ đồ đấu dây b. Vận hành 136 c. Đánh giá kết quả thực nghiệm. 5.3.2 Chẩn đoán ECU của Mitsubishi Lancer 138 a. Sơ đồ đấu dây b. Vận hành 139 c. Đánh giá kết quả thực nghiệm 5.4 Thực nghiệm chẩn đoán ECU của xe Ford 141 5.4.1 Sơ đồ đấu dây 5.4.2 Vận hành 142 5.4.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm 5.5 Thực nghiệm chẩn đoán ECU của xe Toyota 143 5.5.1 Sơ đồ đấu dây 5.5.2 Vận hành 5.5.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm Chưng 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 6.1 Kết luận 145 6.2 Đề nghị. 6.3 Hướng phát triển của đề tài 146 Tài liệu tham khảo. 147 “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c” HVTH: Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng 1 Chương 1: DẪN NHẬP 1.1. Lý do chọn đề tài Hiện nay, ôtô là phương tiện giao thông cần thiết của con người mà không gì có thể thay thế được. Theo thống kê trên thế giới, số lượng người tham gia giao thông bằng ôtô chiếm tỉ lệ rất cao so với các phương tiện giao thông khác. Do đó, tỉ lệ tăng trưởng trong sản xuất và lắp ráp ôtô ngày càng tăng. Sản lượng ôtô trên thế giới hiện nay tập trung vào các công ty chế tạo và lắp ráp ôtô nổi tiếng như: Toyota, Nissan, Ford, Mitsubishi, Honda, General Motor… Để nâng cao tính kinh tế nhiên liệu của động cơ và giảm bớt tình trạng ô nhiễm môi trường do khí thải của ôtô gây ra, hầu hết các ôtô con hiện nay đều được trang bị động cơ phun xăng và đánh lửa được điều khiển bằng điện tử. Trên các động cơ này, bộ điều khiển điện tử (ECU-Electronic Control Unit) điều khiển lượng nhiên liệu phun và thời điểm đánh lửa tối ưu theo các chế độ vận hành của động cơ. Tuy nhiên, ôtô sau một thời gian sử dụng sẽ có các hỏng hóc, trục trặc trong quá trình vận hành chẳng hạn như động cơ không khởi động được, hoặc động cơ bị dư xăng, thiếu xăng…Các hiện tượng vừa kể trên có thể do hư hỏng của các bộ phận cơ khí trong động cơ, hoặc là do hỏng hóc từ hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa, trong đó có bộ điều khiển điện tử ECU-Electronic Control Unit. Để có thể chẩn đoán được tình trạng kỹ thuật của ECU đòi hỏi phải có các thiết bị chuyên dùng đắt tiền và phải phù hợp cho từng kiểu động cơ, nhà chế tạo. Chỉ có các trạm sửa chữa lớn, trạm bảo hành của các công ty lắp ráp ôtô mới có thể có đầy đủ trang thiết bị phục vụ cho công việc chẩn đoán các hỏng hóc trong hệ thống điều khiển điện tử trên ôtô. Trong thực tế, công việc sửa chữa các pan trên ôtô hiện nay gặp nhiều khó khăn do thiếu các thiết bị chẩn đoán chuyên dùng để chẩn đoán trình trạng kỹ thuật của ECU. Từ vấn đề nêu trên, với sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng người nghiên cứu đã chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ”. 1.2. Mục đích nghiên cứu Đề tài nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU có hai mục đích chính: • Dùng để kiểm tra các loại ECU điều khiển động cơ trên ôtô, phục vụ cho công việc sửa chữa. • Sử dụng làm mô hình giảng dạy về hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên ôtô trong các trường dạy nghề. 1.3. Đối tượng nghiên cứu và giới hạn của đề tài Chỉ tập trung nghiên cứu về hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên các xe Toyota, Nissan, Mitsubishi và Ford. Thực nghiệm xác định thông số và dạng xung tín hiệu của các cảm biến cơ bản như cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP) hay còn gọi là tín hiệu NE và cảm biến vị trí trục cam (CMP) còn gọi là tín hiệu G trên các động cơ xe Toyota, Nissan, Mitsubishi, Ford. Thông qua các thông số thực nghiệm của các cảm biến này để nghiên cứu chế tạo mạch tạo các xung tín hiệu giả cho các xe đã khảo sát bằng vi điều khiển. Tùy thuộc vào từng đời xe, lựa chọn loại cảm biến để phát các xung tín hiệu giả thích hợp truyền vào bộ điều khiển điện tử (ECU), từ đó xác định các tín hiệu ra điều khiển phun xăng, đánh lửa của ECU thông qua sự hiển thị của các đèn LED và màn hình LCD. Từ các kết quả hiển thị này xác định được chức năng điều khiển của ECU và đánh giá kết quả kiểm tra ECU điều khiển động cơ, được thể hiện như sơ đồ sau: “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c” HVTH: Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng 2 1.4. Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện đề tài, người nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau: • Phương pháp nghiên cứu tài liệu. • Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. • Phương pháp lập trình vi điều khiển. • Phương pháp thiết kế chế tạo mạch. Trên cơ sở các phương pháp nghiên cứu nêu trên, đề tài sẽ tập trung vào các lãnh vực nghiên cứu: • Lý thuyết về hệ thống điều khiển có lập trình cho động cơ xăng, các cảm biến tín hiệu ngõ vào, bộ điều khiển điện tử ECU, hoạt động điều khiển phun xăng và đánh lửa của ECU. • Nghiên cứu sơ đồ thực tế về hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên các xe Toyota, Nissan, Mitsubishi và Ford, thực nghiệm xác định các dạng xung tín hiệu số vòng quay động cơ NE, tín hiệu vị trí của piston G và tín hiệu điều khiển phun xăng, đánh lửa, so sánh các dạng xung tín hiệu. • Nghiên cứu lý thuyết về các mạch tạo xung, vi điều khiển và lập trình cho vi điều khiển để từ đó thiết kế và chế tạo mạch tạo các xung tín hiệu giả cho các xe đã khảo sát, mạch hiển thị kết quả điều khiển phun xăng và đánh lửa của ECU bằng lập trình vi điều khiển. Chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ. • Thực nghiệm kiểm tra chẩn đoán ECU trên các xe đã khảo sát, so sánh và đánh giá các kết quả chẩn đoán. “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c” HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng 3 Chng 2: H THNG ĐIU KHIN LP TRÌNH CHO ĐNG C ÔTÔ 2.1 Khái quát v h thng điu khin lp trình cho đng c 2.1.1. Lịch sử phát trin Vào thế kỷ 19, một kỹ sư ngưi Pháp ông Stevan đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thi gian một ngưi Đức đã cho phun nhiên liệu vào bung cháy nhưng không mang lại hiệu quả nên không được thực hiện. Đầu thế kỷ 20, ngưi Đức áp dụng hệ thng phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ này là dầu hoả nên hay bị kích n và hiệu suất rất thấp). Tuy nhiên, sau đó sáng kiến này đã được ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thng cung cấp nhiên liệu cho máy bay  Đức. Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thng phun xăng kiểu cơ khí. Trong hệ thng 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 s xe khác, là nền tảng cho việc phát triển cho hệ thng 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 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 thng phun cơ khí còn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80, BOSCH đã cho ra đi hệ thng phun sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Có hai loại: hệ thng L-Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định nh cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D- Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định dựa vào áp suất trên đưng ng nạp). Đến năm 1984 ngưi Nht (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thng 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 hoà khí của xe Nissan Sunny. Song song với sự phát triển của hệ thng phun xăng, hệ thng điều khiển đánh lửa theo chương trình (ESA – Electronic Spark Advance) cũng được đưa vào sử dụng vào những năm đầu thp kỷ 80. Sau đó vào đầu những năm 90, hệ thng đánh lửa trực tiếp (DIS – Direct Ignition System) ra đi, cho phép không sử dụng bộ chia điện (delco) và hệ thng này đã có mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới. Ngày nay, gần như tất cả các ô tô đều được trang bị hệ thng điều khiển động cơ cả xăng và diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được các yêu cầu gt gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu. Thêm vào đó, công suất động cơ cũng được cải thiện rõ rệt. 2.1.2. Phân loại và u nhợc đim Phân loại: Hệ thng phun nhiên liệu có thể được phân loại theo nhiều kiểu. Nếu phân biệt theo cấu tạo kim phun ta có 02 loại: Loại CIS - Continuous Injection System: là kiểu sử dụng kim phun cơ khí, gm 4 loại cơ bản: - Hệ thng K – Jetronic: việc phun nhiên liệu hoàn toàn điều khiển bằng cơ khí. - Hệ thng K – Jetronic có cảm biến khí thải: có thêm một cảm biến oxy. - Hệ thng KE – Jetronic: Hệ thng K-Jetronic với mạch điều chỉnh áp lực phun bằng điện tử. - Hệ thng KE – Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng điện tử. Các hệ thng vừa nêu sử dụng trên các xe châu Âu model trước 1987. Loại AFC- Air Flow Controlled Fuel Injection: sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Hệ thng phun xăng với kim phun điện có thể chia làm hai loại chính: - D-Jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất) với lượng xăng phun “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c” HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng 4 được xác định bi áp suất sau cánh bướm ga bằng MAP-manifold absolute pressure sensor. Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển phun xăng - L – Jetronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là không khí) với lượng xăng phun được tính tóan 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 gió kiểu siêu âm… Nếu phân biệt theo vị trí lp đặt kim phun, hệ thng phun xăng AFC được chia làm 02 loại: Loại TBI -Throttle Body Injection: phun đơn điểm Hệ thng 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 b trí phía trên cánh bướm ga và nhiên liệu được phun bằng một hay hai kim phun. Nhược điểm của hệ thng này là tc độ dịch chuyển của hòa khí tương đi thấp do nhiên liệu được phun  vị trí xa supáp hút và khả năng thất thoát trên đưng ng nạp cũng lớn. Loại MPI-Multi Point Fuel Injection: phun đa điểm Đây là hệ thng phun nhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xylanh được b trí gần supáp hút (cách khoảng 10 – 15 mm). ng góp hút được thiết kế sao cho đưng đi của không khí từ bướm ga đến xylanh khá dài, nh vy, nhiên liệu phun ra được hòa trộn tt với không khí nh xoáy lc. Nhiên liệu cũng không còn thất thoát trên đưng ng nạp. Hệ thng “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c” HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng 5 phun xăng đa điểm ra đi đã khc phục được các nhược điểm cơ bản của hệ thng phun xăng đơn điểm. Tùy theo cách điều khiển kim phun, hệ thng này có thể chia làm 3 loại chính: phun độc lp hay phun từng kim (independent injection), phun nhóm (group injection) hoặc phun đng loạt (simultaneous injection). Nếu căn cứ vào đi tượng điều khiển theo chương trình, ngưi ta chia hệ thng điều khiển động cơ ra 3 loại chính: chỉ điều khiển phun xăng (EFI-Electronic Fuel Injection theo tiếng Anh hoặc Jetronic theo tiếng Đức), chỉ điều khiển đánh lửa (ESA-Electronic Spark Advance) và loại tích hợp tức điều khiển cả phun xăng và đánh lửa (hệ thng này có nhiều tên gọi khác nhau: Bosch đặt tên là Motronic, Toyota có tên TCCS-Toyota Computer Control System, Nissan gọi tên là ECCS-Electronic Concentrated Control System, … Nh tc độ xử lý của CPU khá cao, các hộp điều khiển động cơ đt trong ngày nay thưng gm cả chức năng điều khiển hộp s tự động và quạt làm mát động cơ. Nếu phân biệt theo kỹ thut điều khiển ta có thể chia hệ thng điều khiển động cơ làm 2 loại: Analog và Digital.  những thế hệ đầu tiên xuất hiện từ 1979 đến 1986, kỹ thut điều khiển chủ yếu dựa trên các mạch tương tự (Analog).  các hệ thng này, tín hiệu đánh lửa lấy từ âm bôbin được đưa về hộp điều khiển để từ đó hình thành xung điều khiển kim phun. Sau đó, đa s các hệ thng điều khiển động cơ đều được thiết kế, chế tạo trên nền tảng của các bộ vi xử lý (Digital). u nhợc đim của h thng phun xăng: • Có thể cấp hỗn hợp khí nhiên liệu đng đều đến từng xi lanh. • Có thể đạt được tỷ lệ khí nhiên liệu chính xác với tất cả các chế độ làm việc của động cơ. • Đáp ứng kịp thi với sự thay đi góc m bướm ga. • Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng:có thể làm đm hỗn hợp khi nhiệt độ thấp hoặc ct nhiên liệu khi giảm tc. • Hiệu suất nạp hỗn hợp không khí – nhiên liệu cao. 2.2. Cu trúc h thng điu khin lp trình và thut toán điu khin 2.2.1. S đồ cu trúc và các khi chức năng Sơ đ cấu trúc và các khi chức năng của hệ thng điều khiển động cơ theo chương trình được mô tả trên hình 2.1 và 2.1. Hệ thng điều khiển bao gm; ngõ vào (inputs) với chủ yếu là các cảm biến; hộp ECU – Electronic Control Unit là bộ não của hệ thng có thể có hoặc không có bộ vi xử lý; ngõ ra(outputs) là các cơ cấu chấp hành (actuators) như kim phun, bôbin, van điều khiển cầm chừng… Hình 2.2 Sơ đồ các khối chức năng của hệ thống điều khiển phun xăng “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c” HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng 6 Hình 2.3 Sơ đồ điều khiển động cơ 1ZZ-FE 1.8L, Toyota Corolla Altis 2001 Cảm biến lưu lượng khí nạp VG Cảm biến nhiệt độ khí nạp THA Cảm biến nhiệt độ nước THW Cảm biến vị trí bướm ga VTA Cảm biến trục khuỷu NE Cảm biến trục cam G Tín hiệu khi động STA Tín hiệu tc độ xe SPD Công tc áp suất dầu trợ lực PS Công tc điều hòa AC Rơ le đèn sau ELS Rơ le xông kính hu ELS2 Công tc đèn phanh STP Cụm cảm biến túi khí F/PS Gic DLC3 TC/SIL EFI Vòi phun #1 Vòi phun #2 Vòi phun #3 Vòi phun #4 ESA Cuộn dây và IC đánh lửa ISC Cuộn dây quay Điều khiển ct điều hòa, bộ khuếch đại AC Điều khiển quạt làm mát, rơle quạt làmmát Điều khiển bơm xăng, rơle m mạch Điều khiển rơle EFI Đèn báo kiểm tra động cơ TÍN HIU ĐU VÀO TÍN HIU ĐU RA ECU c quy #1 #4 IGF IGT1÷ IGT4 FAN FP MREL W RSO ACT “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c” HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng 7 2.2.2. Thut toán điu khin lp trình Thut toán điều khiển lp trình cho động cơ được nhà chế tạo viết và cài đặt sẵn trong CPU. Tùy thuộc vào từng chế độ làm việc hay tình trạng động cơ, mà ECU tính toán dựa trên lp trình có sẵn đó để đưa ra những tín hiệu điều khiển sao cho động cơ làm việc ti ưu nhất. - Lý thuyết điều khiển Các hệ thng điều khiển kiểu c điển trên ô tô thưng được thiết kế theo kiểu hi tiếp (feedback control). Mặc dù trong một hệ thng điều khiển có nhiều thông s phụ thuộc, đầu tiên ta hãy xem xét hệ thng với một thông s. Sơ đ nguyên lý của hệ thng này được trình bày trên hình 2.4. Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ theo kiểu hồi tiếp Thông s điều khiển xuất hiện  đầu ra (động cơ đt trong) được ký hiệu ξ (t). Tín hiệu so r(t) đã được định sẵn. Cảm biến sẽ đưa ra tín hiệu V ξ (t) tỉ lệ thun với ξ (t), tức là: V ξ (t) = ks. ξ (t) Khi đó sẽ xuất hiện sự chênh lệch điện thế giữa tín hiệu thực và tín hiệu so Ve(t): Ve(t) = r(t) - V ξ (t) Nếu hệ thng làm việc lý tưng thì giá trị Ve(t) trong một khoảng thi gian nào đó (ví dụ  chế độ động cơ đã n định) phải bằng 0. Trên thực tế, giữa 2 tín hiệu nêu trên luôn có sự chênh lệch và mạch điều khiển điện tử sẽ dựa vào sự chênh lệch này để hình thành xung V A (t) điều khiển cơ cấu chấp hành (chẳng hạn kim phun). Việc thay đi này sẽ tác động đến thông s đầu vào U(t) của động cơ (ví dụ tỉ lệ hòa khí). Ngày nay, có rất nhiều phương pháp điều khiển động cơ dựa trên cơ s sử dụng máy tính để xử lý tín hiệu. Thông thưng các máy tính này giải bài toán ti ưu có điều kiện biên để điều khiển động cơ. Mục tiêu của bài toán ti ưu là điều khiển động cơ đạt công suất lớn nhất với mức tiêu hao nhiên liệu nh nhất trong các điều kiện giới hạn về độ độc hại của khí thải. Như vy, ta có thể biểu diễn hệ thng điều khiển ô tô ti ưu trong mi quan hệ của 3 vectơ sau: y = (y 1 , y 2 , y 3 , y 4 ); u = (u 1 , u 2 , u 3 , u 4 , u 5 ); x = (x 1 , x 2 , x 3 ); Vectơ y(t) là hàm phụ thuộc các thông s  ngõ ra bao gm các thành phần sau: y 1 (x(t), u(t)) - tc độ tiêu hao nhiên liệu. y 2 (x(t), u(t)) - tc độ phát sinh HC. y 3 (x(t), u(t)) - tc độ phát sinh CO. y 4 (x(t), u(t))- tc độ phát sinh NO x Vectơ x(t) mô tả tình trạng của động cơ tức điều kiện hoạt động, phụ thuộc vào các thông s: x 1 - áp suất trên đưng ng nạp. x 2 - tc độ quay của trục khuỷu. x 3 - tc độ xe. Vectơ u(t) mô tả các thông s được hiệu chỉnh bi hệ thng điện tử, bao gm các thành phần: u 1 - tỉ lệ khí – nhiên liệu trong hòa khí (AFR – air fuel ratio). u 2 - góc đánh lửa sớm. Xử lý tín hiệu Cơ cấu chấp hành Động cơ đt trong Cảm biến r(t) V e V A U(t) ξ(t) V ξ (t) [...]... khi đi qua ECU động cơ được đưa đến TRC ECU • Tín hi u liên lạc của h th ng TRC (Traction Control) HVTH : Hồ Hữu Chấn 30 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơốn các loại ECU ơiều khiển ơộng c ” Tín hiệu này được gửi từ TRC ECU đến ECU động cơ để thơng báo cho ECU động cơ biết rằng chức năng điều khiển ch ng trượt bánh xe đang hoạt động Khi ECU TRC phát tín hiện TR, ECU động cơ sẽ thực... to độ động cơ Xuất tín hiệu điều khiển kim phun và bobine Hình 2.5 Thuật tốn điều khiển động cơ HVTH : Hồ Hữu Chấn 9 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơốn các loại ECU ơiều khiển ơộng c ” 2.3 Các loại cảm bi n tín hi u ngõ vào 2.3.1 Cảm bi n đo l u l ợng khí nạp Cảm biến đo lưu lượng khí được dùng trên động cơ phun xăng loại L-jectronic để đo lượng khí nạp đi vào xylanh động cơ Đây... thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phản h i từ các cảm biến Hoạt động của hệ th ng điều khiển động cơ đem lại sự chính xác và thích ứng cần thiết để giảm t i đa chất độc hại trong khí thải cũng như lượng tiêu hao nhiên liệu ECU cũng đảm bảo cơng suất t i ưu các chế độ hoạt động của động cơ, giúp chẩn đốn động cơ một cách hệ th ng khi có sự c xảy ra Điều khiển động cơ bao g m hệ th ng điều khiển xăng,... Dũng Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơốn các loại ECU ơiều khiển ơộng c ” Nh p tín hiệu t c độ động cơ và vị trí xylanh Khởi động Nh p t/h vị trí bướm ga Nh p t/h nhiệt độ ĐC Nh p tín hiệu tải động cơ Nh p t/h điện áp hệ th ng False True Động cơ đang kh i động Nh p tín hiệu kích n Động cơ chưa hoạt động True False True False Động cơ vượt t c True Tải hoặc t c độ thay đ i False Tìm th i gian phun Điều chỉnh... Signal) Khi b t các hệ th ng điện cơng suất lớn trên xe, máy phát sẽ phát cơng suất lớn hơn và t c độ cầm chừng giảm do tăng tải trên máy phát H u quả là t c độ cầm chừng giảm làm động cơ rung hoặc hoạt động khơng n định Vì v y, cần phải báo cho ECU biết tín hiệu tải HVTH : Hồ Hữu Chấn 29 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơốn các loại ECU ơiều khiển ơộng c ” điện để điều khiển t c độ... PGS.TS Đỗ Văn Dũng Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơốn các loại ECU ơiều khiển ơộng c ” chương trình và dữ liệu và ngõ vào ra (I/O) điều khiển nhanh s liệu từ các cảm biến và chuyển dữ liệu đã xử lý đến các cơ cấu thực hiện Sơ đ cấu trúc của CPU trên hình 2.43 Nó bao g m cơ cấu đại s logic để tính tốn dữ liệu, các bộ ghi nh n lưu trữ tạm th i dữ liệu và bộ điều khiển các chức năng khác nhau các CPU thế hệ... cứng của xe đang hoạt động, ECU ABS g i tín hiệu về ECU động cơ điều khiển ngừng phun nhiên liệu để giảm t c độ động cơ • Tín hi u từ ECU đi u khi n h th ng trợ lực lái PS (Power steering) Khi quay tay lái, tải trên bơm trợ lực lái sẽ tăng làm giảm t c độ cầm chừng của động cơ ECU trợ lực lái sẽ g i tín hiệu PS về ECU động cơ để điểu khiển van ISCV tăng t c độ cầm chừng của động cơ • Tín hi u t c đ đ... 27 GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơốn các loại ECU ơiều khiển ơộng c ” Hình 2.37 Cấu tạo cảm biến tốc độ loại cơng tắc từ Khi nam châm quay vị trí song song với cơng t c, chiều của lực từ sẽ cảm ứng trên cơng t c thành hai nam châm cùng cực làm chúng đẩy nhau, cơng t c vị trí m Các tín hiệu từ vị trí đóng m của cơng t c sẽ được đưa trực tiếp tới ECU mà khơng qua bộ chuyển đ... hiện một loạt các hiệu chỉnh khác nhau liên quan đến điều khiển ch ng trượt như làm giảm th i điểm đánh lửa sớm • Tín hi u ECU h th ng đi u khi n ga tự đ ng (Cruise control) Khi nhấn cơng t c b t chế độ điều khiển chạy ga tự động, ECU điều khiển ga tự động sẽ nh n được tín hiệu này sau đó g i về ECU động cơ để điều khiển th i điểm đánh lửa và giữ cho t c độ xe khơng đ i • Tín hi u từ ECU h th ng phanh... giữa các ECU trên xe Tín hiệu thơng tin liên lạc là các tín hiệu được gửi giữa các ECU khác nhau nhằm ph i hợp hoạt động giữa chúng Các tín hiệu thơng tin liên lạc được mơ tả như sau: • Tín hi u góc m b ớm ga Trên xe có trang bị hộp s tự động điều khiển bằng điện, khi sang s , sẽ xuất hiện tín hiệu điều khiển đầu L1, L2 hay L3 trong ECU điều khiển hộp s tự động Tín hiệu góc này được trao đ i với ECU động . loại ECU điều khiển động cơ . 1.2. Mục đích nghiên cứu Đề tài nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU có hai mục đích chính: • Dùng để kiểm tra các loại ECU điều khiển động cơ trên ôtô,. của ECU bằng lập trình vi điều khiển. Chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ. • Thực nghiệm kiểm tra chẩn đoán ECU trên các xe đã khảo sát, so sánh và đánh giá các kết quả chẩn. 97 4.3 Thiết kế chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU 99 4.3.1 Sơ đồ khối điều khiển của máy chẩn đoán 4.3.2 Thiết kế các mạch điện cơ bản của máy 99 a. Mạch cấp nguồn và điều khiển 99 b. Mạch