Đồ án khoa cơ điện, điện tử, đại học lạc hồng (35)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CƠ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU THI CƠNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN
ĐỘNG CƠ 3S-FE

SVTT

MSVV

NGUYỄN VĂN MƯỜI

118000302

TRẦN THANH LIÊM

118001346

GVHD: Th.s PHẠM CƠNG SƠN

Biên Hịa, thán1g 6 năm 2022


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CƠ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU THI CƠNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN

ĐỘNG CƠ 3S-FE

SVTT

MSVV

NGUYỄN VĂN MƯỜI

118000302

TRẦN THANH LIÊM

118001346

GVHD: Th.s PHẠM CƠNG SƠN

Biên Hịa, thán1g 6 năm 2022


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..................................................1
1.1. Đặt vấn đề ..................................................................................................... 1
1.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu ........................................................... 1
1.3. Mục tiêu đề tài............................................................................................... 2
1.4. Giới hạn của đề tài......................................................................................... 2
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TRÊN
Ô TÔ ...........................................................................................................................................3

2.1. Lịch sử phát triển........................................................................................... 3
2.2. Thuật tốn điều khiển lập trình và ngun lý điều khiển động cơ................... 4
2.2.1 Một số khái niệm về hệ thống điều khiển tự động sử dụng trên ôtô .......... 4
2.2.2 Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng ....................................................... 5
2.2.3 Thuật tốn điều khiển lập trình cho ECU. ................................................. 6

2.3. Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ 3S-FE......................................... 7
2.3.1 Mô tả hệ thống ......................................................................................... 7
2.3.2 Chức năng của hệ thống điều khiển động cơ 3S-FE .................................. 7
2.3.3 Kết cấu của hệ thống điều khiển động cơ 3S-FE ....................................... 8
Chương 3: NGHIÊN CỨU – KHAI THÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN
ĐỘNG CƠ 3S-FE ................................................................................................................. 10
3.1. Hệ thống các cảm biến ................................................................................ 10
3.1.1 Cảm biến áp suất trên đường ống nạp ..................................................... 10
3.1.2 Cảm biến vị trí trục cam G2 ................................................................... 14
3.1.3 Cảm biến vị trí trục khuỷu ...................................................................... 14
3.1.4 Cảm biến vị trí bướm ga ......................................................................... 17
3.1.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ............................................................ 21
3.1.6 Cảm biến Oxy ........................................................................................ 24
3.1.7 Cảm biến tiếng gõ .................................................................................. 28


3.1.8 Cảm biến nhiệt độ khí nạp ...................................................................... 31
3.1.9 Cảm biến lưu lượng khí nạp ................................................................... 34
3.2. Bộ điều khiển trung tâm (ECU) ................................................................... 36
3.2.1 Bộ phận và cấu trúc chung của ECU ...................................................... 36
3.2.2 Các thành phần và chức năng của từng bộ phận chính ............................ 37
3.2.3 Mạch cấp nguồn - Mạch VC -Mạch nối đất ECU ................................... 40
Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG – ĐÁNH
LỬA ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ 3S-FE .....................................................................45

4.1. Ý nghĩa........................................................................................................ 45
4.2. Phương án lựa chọn ..................................................................................... 45
4.3. Sử dụng mô hình ..................................................................................... 47
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .................. 52
5.1. Kết luận ..................................................................................................... 52
5.2. Hướng phát triển ....................................................................................... 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO


DANH MỤC HÌNH
Hinh 2.1: Sơ đồ khối hệ thống hở..........................................................................................4
Hình:2.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển có cơ cấu phản hồi .........................................4
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý điều khiển tự động trên ơ tơ ...................................................5
Hình 2.4 Thuật tốn điều khiển động cơ ..............................................................................6
Hình 2.5 Sơ đồ các bộ phận trong hệ thống điều khiển động cơ 3S -FE .......................7
Hình 2.6. Tổng quan sơ đồ cấu trúc điều khiển ..................................................................9
Hình 3.1: Cấu tạo cảm biến MAP. ..................................................................................... 10
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý cảm biến MAP.......................................................................11
Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và áp suất đường ống nạp của
cảm biến MAP. ........................................................................................................................ 11
Hình 3.4: Sơ đồ mạch điện cảm biến MAP. .....................................................................11
Hình 3.5: Hình dáng và vị trí cảm biến MAP. .................................................................12
Hình 3.6: Kiểm tra điện áp nguồn cấp cho cảm biến...................................................... 12
Hình 3.7: Tháo ống chân khơng ra khỏi đường ống nạp. .............................................. 13
Hình 3.8: Kiểm tra điện áp ra cảm biến. ............................................................................ 13
Hình 3.9: Cảm biến vị trí trục cam. ..................................................................................... 14
Hình 3.10 Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu. .................................................................15
Hình 3.11: Dạng sóng tín hiệu NE ..................................................................................... 15
Hình 3.12: Sơ đồ mạch cảm biến vị trí trục khuỷu ......................................................... 15
Hình 3.13: Hình dáng và vị trí cảm biến vị trí trục khuỷu. ........................................... 16

Hình 3.14: Kiểm tra điện trở cảm biến vị trí trục khuỷu. .............................................. 16
Hình 3.15: Dạng xung tín hiệu NE. ................................................................................... 17
Hình 3.16: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga. ....................................................................18
Hình 3.17: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và độ mở bướm ga. .............. 18
Hình 3.18: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga. ................................................. 18
Hình 3.19: Hình dáng và vị trí cảm biến vị trí bướm ga. ............................................... 19
Hình 3.20: Kiểm tra điện trở cảm biến vị trí bướm ga. .................................................. 20
Hình 3.21: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ......................................21


Hình 3.22: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở của cảm biến
nhiệt độ nước làm mát động cơ............................................................................................ 22
Hình 3.23: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt nước làm mát. ......................................... 22
Hình 3.24: Hình dáng và vị trí cảm biến nhiệt độ nước làm mát. ................................ 23
Hình 3.25: Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát ................................................... 23
Hình 3.26: Mạch cảm biến nhiệt độ nước làm mát ......................................................... 24
Hình 3.27: Cấu tạo cảm biến oxy ....................................................................................... 25
Hình 3.28: Đặc tính của cảm biến. ..................................................................................... 25
Hình 3.29: Sơ đồ mạch điện cảm biến oxy.......................................................................26
Hình 3.30: Hình dáng và vị trí cảm biến nhiệt độ khí nạp. ........................................... 26
Hình 3.31: Đo điện trở bộ sấy cảm biến. .......................................................................... 27
Hình 3.32: Kiểm tra điện áp cảm biến oxy.......................................................................27
Hình 3.33: Dạng sóng cảm biến oxy. ................................................................................ 28
Hình 3.34: Cấu tạo cảm biến tiếng gõ ............................................................................... 28
Hình 3.35: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa điện áp và tần số. ................................ 29
Hình 3.36: Tín hiệu cảm biến tiếng gõ. .............................................................................. 29
Hình 3.37: Sơ đồ mạch điện cảm biến tiếng gõ. .............................................................. 29
Hình 3.38: Hình dáng và vị trí cảm biến tiếng gõ. .......................................................... 30
Hình 3.39: Kiểm tra cảm biến. ............................................................................................ 30
Hình 3.40: Dạng sóng của tín hiệu KNK. ......................................................................... 31

Hình 3.41: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ khí nạp ..................................................................31
Hình 3.42: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở của cảm biến
nhiệt độ khí nạp ....................................................................................................................... 32
Hình 3.43: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ khí nạp . .............................................. 32
Hình 3.44: Hình dáng và vị trí cảm biến nhiệt độ khí nạp. ........................................... 33
Hình 3.45: Đo điện trở cảm biến. ....................................................................................... 33
Hình 3.46: Kiểm tra điện áp cảm biến ............................................................................... 34
Hình 3.47: Cấu tạo cảm biến lưu lượng kiểu dây nóng................................................... 34
Hình 3.48: Sơ đồ kết cấu và điều khiển của cảm biến đo lưu lượng khơng khí ........ 35
Hình 3.49: Sơ đồ phân loại bộ nhớ bán dẫn ......................................................................37
Hình 3.50: Cấu trúc chung ....................................................................................................38


Hình 3.51: Sơ đồ mạch cấp nguồn. .................................................................................... 40
Hình 3.52: Kiểm tra điện áp cấp cho ECU động cơ ....................................................... 41
Hình 3.53: Kiểm tra rơle EFI chính. .................................................................................. 41
Hình 3.54: Kiểm tra hoạt động của rơle EFI chính. ........................................................ 42
Hình 3.55: Sơ đồ mạch VC..................................................................................................43
Hình 3.56: Mạch cấp nguồn 5V. .......................................................................................... 43
Hình 3.57: Đo điện áp VC ...................................................................................................44
Hình 3.58: Sơ đồ mạch nối đất. .......................................................................................... 44
Hình 4.1 Mơ hình thực tế ......................................................................................................46
Hình 4.2 Bản vẽ mơ hình ......................................................................................................46


LỜI CẢM ƠN
Nhận được sự phân công từ Khoa Cơ Khí Động Lực Trường Đại Học Sư
Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh và sự đồng ý của giảng viên hướng
dẫn Th.s Phạm Cơng Sơn, nhóm chúng em đã thực hiện đề tài “ NGHIÊN CỨU
THI CƠNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ”. Để đề tài nghiên cứu này

đạt kết quả tốt nhất, chúng em đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ, giúp đỡ từ các
quý Thầy trong Khoa Cơ Khí Động Lực và đặc biệt là các Thầy trong Bộ Mơn
Động Cơ đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ cho nhóm chúng em. Với tình cảm chân
thành của mình, cho phép chúng em gửi đến quý Thầy lời cảm ơn chân thành và
sâu sắc nhất vì đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng em trong quá trình
nghiên cứu đề tài.
Trước hết chúng em xin gửi đến các Thầy trong Khoa Cơ Điện-Điện Tử với
lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn chân thành nhất. Trong suốt thời gian thực hiện
đồ án, nhóm em khơng thể tránh khỏi những thiếu sót nhóm chúng em rất mong
nhận được sự nhận xét, góp ý của quý Thầy để nhóm hồn thành tốt hơn bài báo
cáo của mình.
Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành đến Thầy Th.s Phạm
Công Sơn. Chúng em thật sự biết ơn thầy rất nhiều vì đã tận tình chỉ bảo và quan
tâm trong suốt thời gian chúng em thực hiện đề tài. Thầy đã hỗ trợ rất nhiều cả
về cơ sở vật chất và những kiến thức, đó thật sự là những giá trị vô giá mà chúng
em may mắn nhận được từ Thầy.
Cuối cùng nhóm xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã ln tạo
điều kiện, quan tâm, giúp đỡ và động viên chúng em trong q trình học tập và
hồn thành đồ án tốt nghiệp.
TP Biên Hịa, tháng 04 năm 2022
Nhóm sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Mười
Trần Thanh Liêm


TĨM TẮT
Nhận thấy rằng, ơ tơ đã và đang trở thành một phương tiện không thể thiếu
trong cuộc sống. Không dừng lại ở việc phục vụ cho nhu cầu đi lại mà giờ đây, ơ
tơ cịn được tích hợp nhiều tiện ích hiện đại, phục vụ cho nhiều mục đích khác.
Tuy vậy, bên cạnh lợi ích mà nó đem lại thì chúng ta cũng phải thừa nhận rằng,

nó tiềm ẩn khơng ít rủi ro về mặt an tồn khi sử dụng, và cũng gây ơ nhiễm mơi
trường.
Do đó, để tăng tính an tồn khi lái xe, giảm thiểu ơ nhiễm môi trường. Con
người đã không ngừng nghiên cứu và tạo ra nhiều hệ thống an tồn và thơng minh.
Ơ tơ giờ đây khơng cịn phụ thuộc q nhiều vào người lái, mà nó đã có thể tự mình
quyết định một số việc khi vận hành. Cảnh báo đến người lái một số nguy hiểm
nhất định. Giữ vai trò quan trọng trong hệ thống đó, phải kể đến các cảm biến trên
xe.
Xe ô tô được trang bị rất nhiều cảm biến, và mỗi loại lại có cách vận hành
và chức năng riêng. Đôi khi chúng cũng gặp lỗi, ảnh hưởng không nhỏ đến việc
vận hành cũng như an toàn của xe ô tô.
Vì vậy, việc nắm rõ về cơ sở lý thuyết cũng như kiểm tra chuẩn đoán cho
các cảm biến cũng rất quan trọng. Ngay từ khi còn ngồi trên ghế nhà trường. Các
bạn sinh viên đã được tiếp thu rất nhiều kiến thức về chúng, tuy nhiên các bạn vẫn
cần phải trau dồi thêm, và tìm kiếm nhiều kiến thức mới. Hiểu được điều đó, nhóm
chúng em quyết định chọn đề tài " NGHIÊN CỨU THI CƠNG MƠ HÌNH ĐIỀU
KHIỂN ĐỘNG CƠ ". Đây như một tài liệu tham khảo đáng tin cậy, mà nhóm đã
tìm hiểu và góp nhặt kiến thức từ nhiều nguồn uy tín. Khơng thể xem là đầy đủ
nhất nhưng đây sẽ là một tài liệu giúp bạn đọc có một cái nhìn tổng quan về cảm
biến, là một tài liệu dạy và học hữu ích.


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ESA (Electronic Spark Advance): Đánh lửa sớm điện tử.
ECU (Electronic Control Unit): Bộ điều khiển điện tử.
OBD (On Board Diagnosis): Hệ thống chẩn đốn.
IGT: Tín hiệu đánh lửa do ECU cấp đến IC của hãng TOYOTA.
IGF: Tín hiệu phản hồi đánh lửa do IC cấp đến ECU của hãng TOYOTA.
DIS (Direct Ignition System): Hệ thống đánh lửa trực tiếp.
LED (Lighting Emision Diode): Phần tử cảm quang.

EFI (Electronic Fuel Injection): Hệ thống phun xăng điện tử.
VVT-i (Variable Valve Timing with intelligence): Hệ thống điều khiển van nạp
nhiên liệu biến thiên thơng minh.
IC (Integrated Circuit): Mạch tích hợp.
CPU (Central Processing Unit): Bộ vi xử lý trung tâm.
TBĐK: Thiết bị điều khiển.
ĐTĐK: Đối tượng điều khiển.
GDI (Gasoline Direct Injection): Động cơ phun xăng trực tiếp.


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: ThS. Phạm Công Sơn

Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Đặt vấn đề
Trong vòng 20 năm trở lại đây, cơng nghiệp ơ tơ đã có những sự thay đổi lớn
lao. Đặc biệt, hệ thống điện và điện tử trên ơ tơ đã có bước phát triển vượt bậc nhằm
đáp ứng các yêu cầu: tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm độ độc
hại của khí thải, tăng tính an tồn và tiện nghi của ô tô. Ngày nay chiếc ô tô là một hệ
thống phức hợp bao gồm cơ khí và điện tử. Trên hầu hết các hệ thống điện ô tô đều
có mặt các bộ vi xử lý để điều khiển các quá trình của hệ thống. Các hệ thống mới
lần lượt ra đời và được ứng dụng rộng rãi trên các loại xe, từ các hệ thống điều khiển
động cơ và hộp số cho đến các hệ thống an toàn và tiện nghi trên ơ tơ. Điển hình như
hệ thống đánh lửa điện tử đã thay cho hệ thống đánh lửa điều khiển bằng vít lửa, bộ
chế hịa khí đã được thay bằng hệ thống phun xăng điện tử. Vì vậy tôi hiểu rằng điện
điện tử trên ô tô là rất quan trọng và đặc biệt là hệ thống điện động cơ. Do đó tơi chọn
đề tài “Nghiên cứu – khai thác hệ thống điều khiển động cơ. Thiết kế mơ hình điều
khiển phun xăng, đánh lửa trên động cơ 3S-FE” để tìm hiểu sâu hơn nhằm phục vụ
cho cơng việc của tôi sau này.

1.2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu lý thuyết hệ thống điện động cơ trên các tài liệu của hãng Toyota,
giáo trình giảng dạy của trường Đại Học Lạc Hồng….
Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài em có sự dụng một số phương pháp
nghiên cứu sau:
Tra cứu trong các tài liệu, giáo trình kỹ thuật, sách vở, đặc biệt là các cuốn
cẩm nang khai thác, bảo dưỡng sửa chữa của chính hãng Toyota.
Nghiên cứu, tìm kiếm thơng tin trên mạng Internet, các website trong và ngoài
nước. So sánh và chắt lọc để sử dụng những thông tin cần thiết và đáng tin cậy.
Tham khảo ý kiến của các nhà chuyên môn, các Giảng viên trong ngành cơ
khí ơ tơ. Trong đó phải kể đến các thầy trong tổ bộ mơn Cơ khí ô tô của trường ĐH
Lạc Hồng, các kỹ sư, chuyên viên kỹ thuật về ô tô tại các Trung tâm bảo hành, các
xưởng sửa chữa và các Garage chuyên dùng, và cả những người có kinh nghiệm lâu
năm trong việc sử dụng và bảo quản xe…
Nghiên cứu trực tiếp trên xe và các hệ thống cụ thể trong thực tế.
Tổng hợp và phân tích các nguồn dữ liệu thu thập được, từ đó đưa ra những đánh giá
và nhận xét của riêng mình.

1


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: ThS. Phạm Cơng Sơn

Tìm hiểu phương pháp kiểm tra và chẩn đoán các bộ phận của hệ thống điện
động cơ dựa trên cơ sở lý thuyết, kiến thức được học cùng với kiến thức thực nghiệm
qua các đợt thực tập và sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn.
Xây dựng một vài quy trình kiểm tra, chẩn đốn của các hư hỏng thường gặp.
Thiết kế mơ hình hệ thống điều khiển phun xăng, đánh lửa trên động cơ 3SFE.

1.3. Mục tiêu đề tài
Nắm vững phần lý thuyết hệ thống điện động cơ.
Trình bày các quy trình kiểm tra, chẩn đoán các hư hỏng của hệ thống.
Đồng thời bài báo cáo này cũng có thể trở thành tài liệu tham khảo cho các sinh viên
khóa sau.
1.4. Giới hạn của đề tài
- Vì giới hạn về thời gian, đề tài chỉ nghiên cứu phần lý thuyết hệ thống điện
động cơ, khơng nghiên cứu điện thân xe.
Có mơ hình thực tế.

2


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: ThS. Phạm Công Sơn

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TRÊN
Ô TÔ
2.1. Lịch sử phát triển
Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp – ông 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 không 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 công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp
nhiên liệu cho máy bay ở Đức. Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công 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 cịn 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 ôtô 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

3


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: ThS. Phạm Công Sơn

các yêu 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.
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 ôtô
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 vịng hở
Là hệ thống thực hiện nguyên 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

ĐTĐK

Y

.

Hinh 2.1: Sơ đồ khối hệ thống hở
Hệ thống điều khiển vịng 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)

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

4


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: ThS. Phạm Công Sơn

2.2.2 Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng

Một trong những vấn đề chủ yếu mà điều khiển tự động trên ô tô phải giải
quyết là điều khiển các thông số ra của các hệ thống trang bị trên xe sao cho đảm 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 ô

tô khá đa dạng và phức tạp, ngồi ra các hệ thống này cịn chịu ảnh hưởng của những
tác động bên ngoài. Do vậy, điều khiển tự động trên ôtô 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 thông số hoạt động
của hệ thống đồng thời loại bỏ những tác động nhiễu đến thông số này đảm bảo cho
giá trị của chúng luôn phù hợp với giá trị mà ta mong muốn.

Các hệ thống được điều khiển tự động trang bị trên ôtô hiện nay là những hệ
thống điều khiển bằng máy tính (Computer Control System).
Các cảm biến có vai trị xác định thơng tin và hoạt động của động cơ cũng như
các thông tin về mơi trường ngồi có liên quan đến sự hoạt động của động cơ, những
thông tin này ở dạng các tín hiệu địên áp (Electric Signals) được cảm biến gửi về bộ
vi xử lý thông qua thiết bị giao tiếp đầu vào (khuyếch đại, chuyển đổi A/D …)
Bộ vi xử lý sẽ so sánh những thông 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 thông số hoạt động của động cơ.
Compurator
Dữ
liệu
chứa
trong
bộ nhớ
máy
tính

Bộ
điều
khiển

Các thiết bị
giao tiếp đầu
vào

Thiết
bị giao
tiếp
đầu ra

Thiết
bị
thực
hiện

Hệ
thống
cần
điều
khiển

Các cảm
biến

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý điều khiển tự động trên ô tô

5


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: ThS. Phạm Cơng Sơn

2.2.3 Thuật tốn điều khiển lập trình cho ECU.

Hình 2.4 Thuật tốn điều khiển động cơ

6


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: ThS. Phạm Công Sơn

2.3. Tổng quan về hệ thống điều khiển động cơ 3S-FE
2.3.1 Mô 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 phịng và an tồn chỉ hoạt động
khi có trục trặc trong các hệ thống điều khiển này. Ngồi ra, cịn 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 2.5 Sơ đồ các bộ phận trong hệ thống điều khiển động cơ 3S -FE
2.3.2 Chức năng của hệ thống điều khiển động cơ 3S-FE
Ngày nay với sự ra đời và phát triển mạnh của khoa học - công 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 3S-FE đã giải quyết được các vấn đề hiện đang đặt ra như:
công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, khí thải…

7


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: ThS. Phạm Công Sơn

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 phịng
Các hệ thống điều khiển khác

2.3.3 Kết cấu của hệ thống điều khiển động cơ 3S-FE

TÍN HIỆU VÀO

BỘ PHẬN CHẤP HÀNH

Tín hiệu G, Ne
Lưu lượng gió
(MAP)
Nhiệt độ nước
làm mát

Nhiệt độ khí nạp
Vị trí bướm ga
Tín hiệu khởi
động
Cảm biến oxy
Điện áp accu

E
C
U

Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống đánh lửa

Điều khiển cầm chừng

Hệ thống chẩn đoán

Các cảm biến
khác

8


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: ThS. Phạm Công Sơn

4

#4

3
2
1

#3

OCVOCV+

S IL

+B
#2

V an V VT

WFSE

#1

FC

K im phun

TC

W

PS

E2

THW

Cô
n g tắ
c á
p suấ
t
dầ
u trợ lực lá
i
TACH
K NK

CB nhiệ
t độnướ
c
CF

P RG

CB kích nổ

FAN
NE-

V an E VAP

S PD

3

NE+
CB vị trí trục khuỷ
u

VTA
STP

2

1

VC

A CMG
G 2+

CB vị trí bướ
m ga

CB vị trí trục cam
HTL2
2

1

RSD

A CI

V an ISC
THR

3

Đồ
n g hồtá
p lô

S PD

1

B ộđo gió
kiể
u dâ
y nhiệ
t

5

4
2
3

THA
EVG

VG

A LT

K NK
STA

OX L2

STP

CT đè
n phanh

A LT

Má
y phá
t

STA

Tín hiệ
u đề

CF

Relay quạt 1

FAN

Relay quạt 2

EC
PS

OX L1
4
2

3
1

CB Ô
xy 1

OX L1
HTL1
VG

HTL1

EVG

3

CB Ô
xy 2

OX L2

HTL2

1

HP
THR

E1

#1
3

M

1

2

B ơm xă
ng

#2

#3

Relay bơm

HT điề
u hò
a

khô
n g khí

A CMG
A CI

+B

5

B ôbin và
IC đá
n h lử
a

IGF

E 03
4
2

IG T1
IG T2
IG T3
IG T4

IG T1

VC

IG T2

THW

IG T3

THA

IG T4

VTA

TACH

IGF

TC
S IL

E2
WFSE
Đồ
n g hồtá
p lô

FC
P RG
#4

15A EFI

3

5

2

1

HP
B ATT

RSD

E 02

OCV-

13
7

G iắ
c
DLC3

16

9
15
5
1

OCV+
15A EFI
G 2+

Relay EFI
E 01

NE+

NE-

EC
E 03
E 02

W
IG2

Hộ
p ECU

E 01

Đè
n bá
o lỗ
i

Sơ đồmạc h điệ

n điề
u khiể
n độ
ng cơ xe Toyota Vios
(Độ
n g cơ 1NZ - SFI)

Hình 2.6. Tổng quan sơ đồ cấu trúc điều khiển

9


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: ThS. Phạm Công Sơn

Chương 3: NGHIÊN CỨU – KHAI THÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN
ĐỘNG CƠ 3S-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 nguyên lý hoạt động
Cấu tạo
Cảm biến bao gồm một chip Silic kết hợp với buồng chân không 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
Nguyên lý đo của cảm biến là dựa vào độ chênh lệch áp suất trong buồng chân

không 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.

10


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: ThS. Phạm Cơng Sơn

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý cảm biến MAP.

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.

11


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: ThS. Phạm Công Sơn

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.
Qui trình kiểm tra
Kiểm tra điện áp nguồn cấp cho cảm biến
Bước 1: Tắt khóa điện OFF.
Bước 2: Tháo giắc nối cảm biến MAP.
Bước 3: Bật khóa điện sang vị trí ON.
Bước 4: Dùng Vơn kế đo điện áp giữa cực VC và E2 trên giắc cảm biến MAP.
Điện áp chuẩn: 4.5 ÷ 5.5V.

Hình 3.6: Kiểm tra điện áp nguồn cấp cho cảm biến

12


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: ThS. Phạm Công Sơn

Kiểm tra điện áp ra của cảm biến MAP
Bước 1: Nối lại giắc cảm biến.
Bước 2: Tháo ống chân không ra khỏi đường ống nạp.

Hình 3.7: Tháo ống chân khơng ra khỏi đường ống nạp.
Bước 3: Bật khóa điện sang vị trí ON.
Bước 4: Dùng Vôn kế đo và ghi lại điện áp giữa chân PIM – E2 của cảm biến MAP
dưới áp suất khí quyển.
Điện áp chuẩn: 3.3V ÷ 3.9V.

Hình 3.8: Kiểm tra điện áp ra cảm biến.
Bước 5: Dùng bơm chân không cầm tay tạo chân không cho cảm biến MAP theo cấp

số cộng từ 100mmHg đến khi độ chân không đạt đến 500mmHg.
Điện áp chuẩn:
Độ chân
không(mmHg)

100

200

300

400

500

Điện áp (V)

0,3 – 0,5

0,7 – 0,9

1,1 – 1,3

1,5 – 1,7

1,9 – 2,1

13

Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: ThS. Phạm Công Sơn

3.1.2 Cảm biến vị trí trục cam G2
Trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín hiệu G2 có 4
răng. Khi trục cam quay, khe hở khơng khí giữa các vấu nhơ ra trên trục cam và cảm
biến này sẽ thay đổi. Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp trong cuộn nhận tín hiệu
được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G2. Tín hiệu G2 này được chuyển đi như
một thơng tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp nó với tín hiệu
NE từ cảm biến vị trí của trục khuỷu để xác định điểm chết trên kỳ nén của mỗi xi
lanh để đánh lửa và phát hiện góc quay của trục khuỷu. ECU động cơ dùng thông tin
này để xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa.

Hình 3.9: Cảm biến vị trí trục cam.
3.1.3 Cảm biến vị trí trục khuỷu
3.1.3.1 Chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Chức năng
Cảm biến vị trí trục khuỷu tạo ra tín hiệu NE, ECU dựa vào tín hiệu NE để
tính tốn góc đánh lửa và lượng phun nhiên liệu tối ưu cho từng xylanh.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cảm biến bao gồm một cuộn dây nhận tín hiệu, một nam châm vĩnh cửu, một
roto (32 răng nhỏ và 1 răng lớn) tạo tín hiệu. Roto cảm biến được gắn ở đầu trục
khuỷu.
Khi trục khuỷu quay khe hở khơng khí giữa các răng trên roto tín hiệu và cảm
biến trục khuỷu sẽ thay đổi. Sự thay đổi khe hở tạo ra điện áp trong cuộn nhận tín
hiệu được gắn vào cảm biến này sinh ra tín hiệu NE.

14

Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: ThS. Phạm Cơng Sơn

Roto tạo tín hiệu kích hoạt cuộn nhận tín hiệu 33 lần trong mỗi vịng quay trục
khuỷu. Từ tín hiệu này, ECU nhận biết tốc độ động cơ cũng như sự thay đổi từng 10
một của góc quay trục khuỷu.

Hình 3.10 Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu.

Hình 3.11: Dạng sóng tín hiệu NE

Hình 3.12: Sơ đồ mạch cảm biến vị trí trục khuỷu
3.1.3.2 Kiểm tra
Vị trí cảm biến
Cảm biến vị trí trục khuỷu được bố trí gần puly đầu trục khuỷu.

15