Giáo trình hệ thống máy tính điều khiển ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
NĂM XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIỂN

60

ĐỖ VĂN DŨNG
NGUYỄN VĂN LONG GIANG

GIÁO TRÌNH

HỆ THỐNG MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN Ơ TƠ

NHÀ XUẤT BẢN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
--------------------

PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG,
TS. NGUYỄN VĂN LONG GIANG

GIÁO TRÌNH

HỆ THỐNG MÁY TÍNH
ĐIỀU KHIỂN Ơ TƠ

NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2021


2


LỜI NÓI ĐẦU
Sự cải tiến trong thiết kế, vật liệu và kỹ thuật chế tạo đƣợc kết hợp
để tạo ra một chiếc xe mang tính an tồn. Những cơng việc bảo dƣỡng,
sửa chữa nhƣ xoáy lại xylanh, sửa chữa thanh truyền, đại tu hộp số,…
khơng cịn là kỹ năng cần thiết cho các kỹ thuật viên ô tô hiện nay.
Mặc dù nó cũng là một kỹ năng cơ bản khơng kém quan trọng,
nhƣng việc thay đổi công nghệ tự động đã đạt đƣợc hiệu quả từ việc giới
thiệu nhiều hệ thống điều khiển bằng máy tính. Những kỹ năng đã đƣợc
thêm vào cần đƣợc quan tâm. Tuy nhiên nó địi hỏi các kỹ thuật viên cần
phải có sự hiểu biết tồn diện về kỹ thuật và ngun lý mang tính khoa
học để điều khiển những hệ thống trên xe. Chẳng hạn nhƣ, hệ thống khí
thải có thể bị trục trặc, trƣớc tiên có thể là chất xúc tác trong hệ thống khí
thải bị hỏng. Nhƣng yếu tố khác cũng ảnh hƣởng nhƣ là: bình lọc khí, áp
suất nhiên liệu, kim phun, hệ thống đánh lửa, các van trong động cơ, áp
suất trong xylanh,… Tơi cũng có thể giả định đƣợc rằng hầu hết các độc
giả của tài liệu này sẽ xem những công việc bảo dƣỡng động cơ trong
sách hƣớng dẫn hoặc là trong trƣờng học để họ có thể hiểu về những
nguyên lý cơ bản mang tính khoa học và họ có thể tìm ra đƣợc những sai
sót trong những hệ thống điều khiển bằng máy tính để đóng góp vào
cơng việc bảo dƣỡng, sửa chữa.
Chƣơng 1 của tài liệu sẽ giới thiệu tổng quan các hệ thống máy tính
điều khiển ơ tơ đƣợc dùng hiện nay. Những chƣơng tiếp theo tập trung
vào những khía cạnh của cơng nghệ, điều đó cho phép các kỹ thuật viên

trong các trạm sửa chữa thực hiện chẩn đoán và những nhiệm vụ khác
liên quan đến việc bảo trì và sửa chữa ơ tô hiện đại.
Cùng với các thiết bị hỗ trợ cũng nhƣ sự hiểu biết, kỹ năng và nỗ
lực của chính bản thân, các chuyên viên kỹ thuật cũng nhƣ sinh viên có
thể thực hiện đƣợc quy trình chẩn đốn và sửa chữa.
Hi vọng cuốn sách sẽ là tài liệu bổ ích làm nền tảng ban đầu cho
các sinh viên thiết kế và các kỹ thuật viên tham gia các khóa học ở các
trƣờng đại học và cao đẳng.
Tác giả
3


4


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ......................................................................................... 3
MỤC LỤC ................................................................................................ 5
KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ..................................................................... 10
Chƣơng 1 ................................................................................................ 11
TỔNG QUAN ......................................................................................... 11
1.1 QUY TRÌNH TỔNG QUÁT ............................................................. 11
1.2 NHỮNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LIÊN QUAN ĐẾN
ĐỘNG CƠ ........................................................................................ 12
1.3 HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ................................................................. 12
1.3.1 Hệ số năng lƣợng hệ thống đánh lửa ....................................... 12
1.3.2 Hệ thống đánh lửa số (đánh lửa theo chƣơng trình) ................ 14
1.3.3 Hệ thống đánh lửa dùng bộ chia điện ...................................... 16
1.3.4 Hệ thống đánh lửa dùng cảm biến quang điện từ .................... 18
1.3.5 Cảm biến kích nổ ..................................................................... 19

1.3.6 Sự đánh lửa thích hợp .............................................................. 20
1.4 MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ................... 20
1.4.1 Kim phun đơn điểm ................................................................. 21
1.4.2 Kim phun đa điểm ................................................................... 22
1.5 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ (EMS) ................................ 27
1.5.1 Sự luân hồi khí thải .................................................................. 27
1.5.2 Máy tính điều khiển sự bay hơi khí thải .................................. 28
1.6 PHANH ABS ..................................................................................... 29
1.6.1 Hoạt động của ABS ................................................................. 31
1.6.2 Một vài điểm khái quát về phanh ABS .................................... 31
1.7 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LỰC KÉO............................................. 31
5


1.8 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH Ô TÔ ................................... 34
1.9 ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ................................................................. 36
1.10 MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN BỘ GIẢM CHẤN ............................... 39
1.11 MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN NHỮNG HỆ THỐNG CHỦ
YẾU TRONG ĐỘNG CƠ DIESEL ................................................. 41
1.11.1 Điều khiển vành tràn.............................................................. 43
1.11.2 Điều khiển thời điểm ............................................................. 44
1.11.3 Điều khiển tốc độ cầm chừng ................................................ 45
CÂU HỎI ÔN TẬP ................................................................................. 47
Chƣơng 2 ................................................................................................ 49
HỆ THỐNG MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ ........................... 49
2.1 NHỮNG THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MỘT MÁY TÍNH.......... 49
2.1.1 Bộ nhớ máy tính ...................................................................... 50
2.1.2 Bộ định thời ............................................................................. 50
2.2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ............................................ 51
2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG ........................................................... 54

2.4 DỮ LIỆU MÁY TÍNH ...................................................................... 55
2.4.1 Sự chuyển đổi dữ liệu .............................................................. 55
2.4.2 Những yêu cầu khi truyền dữ liệu ........................................... 56
2.5 GIAO DIỆN MÁY TÍNH .................................................................. 56
2.6 SỰ ĐIỀU KHIỂN CỦA NHỮNG THIẾT BỊ NGÕ RA ................... 57
2.7 BỘ NHỚ MÁY TÍNH ....................................................................... 59
2.7.1 Bộ nhớ chỉ đọc ......................................................................... 59
2.7.2 Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên ..................................................... 61
2.7.3 Những kiểu bộ nhớ máy tính khác .......................................... 61
2.8 MÃ LỖI ............................................................................................. 62
2.9 KHẢ NĂNG ĐIỀU KHIỂN CỦA ECM ........................................... 63
2.10 MẠNG MÁY TÍNH ........................................................................ 63
2.10.1 Những hệ thống cơ bản .......................................................... 64
6


2.10.2 Hệ thống máy tính đƣợc kết nối thành hình sao .................... 64
2.10.3 Những thông tin ..................................................................... 65
2.10.4 Những giao thức .................................................................... 66
2.11 NHỮNG HỆ THỐNG MẠNG TRÊN Ô TÔ .................................. 67
2.11.1 Nguyên lý của hệ thống truyền dữ liệu trên ô tô ................... 68
2.11.2 Dữ liệu truyền đi cho các ứng dụng khác .............................. 69
2.11.3 Mã hóa dữ liệu ....................................................................... 71
2.12 HỆ THỐNG MẠNG ........................................................................ 72
CÂU HỎI ÔN TẬP ................................................................................. 75
Chƣơng 3 ................................................................................................ 78
Q TRÌNH TỰ CHẨN ĐỐN VÀ MÃ LỖI ................................... 78
3.1 SỰ TRUY CẬP ĐẾN DTC ............................................................... 78
3.1.1 Phƣơng pháp 1: bảng điều khiển đèn....................................... 79
3.1.2 Phƣơng pháp 2: mã lỗi đƣợc trình bày thơng qua đầu

dị logic hay đèn thử ......................................................................... 83
3.1.3 Phƣơng pháp 3: các máy đọc mã lỗi và máy quét ................... 85
3.2 NHỮNG CẢI TIẾN TRONG PHƢƠNG PHÁP TỰ CHẨN
ĐOÁN ............................................................................................... 91
3.2.1 OBD I ...................................................................................... 92
3.2.2 OBD II ..................................................................................... 92
3.3 THIẾT BỊ CHẨN ĐOÁN VÀ NHỮNG HẠN CHẾ CỦA
MÃ LỖI ............................................................................................ 95
CÂU HỎI ÔN TẬP ................................................................................. 97
Chƣơng 4 ................................................................................................ 99
CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ..................... 99
4.1 CÁC CẢM BIẾN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG
CƠ..................................................................................................... 99
4.1.1 Cảm biến kiểu công tắc ........................................................... 99
4.1.2 Cảm biến dạng điện trở biến thiên ......................................... 103
4.1.3 Cảm biến tần số tín hiệu dạng tƣơng tự ................................. 109
7


4.1.4 Cảm biến tần số tín hiệu dạng số ........................................... 112
4.1.5 Cảm biến điện áp biến thiên .................................................. 119
4.2 CÁC CƠ CẤU CHẤP HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN ĐỘNG CƠ ......................................................................... 132
4.2.1 Hệ thống nhiên liệu................................................................ 132
4.2.2 Hệ thống đánh lửa .................................................................. 142
4.2.3 Motor ..................................................................................... 149
4.2.4 Van điện từ (Solenoid)........................................................... 154
Chƣơng 5 .............................................................................................. 157
KỸ THUẬT VÀ QUY TRÌNH CHẨN ĐỐN HỆ THỐNG MÁY
TÍNH ĐIỀU KHIỂN Ơ TƠ ................................................................. 157

5.1 KIỂM TRA MẠCH ĐIỆN............................................................... 157
5.2 NHỮNG CHI TIẾT ĐẶC BIỆT TRÊN XE .................................... 160
5.3 SÁU BƢỚC ĐỂ TIẾP CẬN THÔNG TIN ..................................... 160
5.4 KỸ NĂNG CẦN THIẾT CHO VIỆC CHẨN ĐOÁN .................... 161
5.5 PHƢƠNG PHÁP TIẾP CẬN ĐẾN NHỮNG LỖI TÌM
THẤY ............................................................................................. 162
5.6 KIỂM TRA HỆ THỐNG LIÊN QUAN ĐẾN HỆ THỐNG
KHÍ THẢI....................................................................................... 166
5.6.1 Cảm biến oxy ......................................................................... 166
5.6.2 Cảm biến kích nổ ................................................................... 172
5.6.3 Đồng hồ đo dịng khí ............................................................. 173
5.6.4 Vị trí cơng tắc bàn đạp ga ...................................................... 175
5.6.5 Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát ........................................... 178
5.6.6 Cảm biến đo áp suất tuyệt đối trên đƣờng ống nạp
(map) ............................................................................................... 180
5.7 KIỂM TRA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ........................................... 183
5.8 KIM PHUN ...................................................................................... 184
5.9 KIỂM TRA CẢM BIẾN VÀ CÁC TÍN HIỆU KHÁC ................... 188
5.9.1 Cảm biến tốc độ bánh xe ....................................................... 188
8


5.9.2 Kiểm tra cảm biến điều chỉnh khoảng sáng gầm xe .............. 190
5.10 SỰ CỐ GIÁN ĐOẠN .................................................................... 191
CÂU HỎI ÔN TẬP ............................................................................... 192
PHỤ LỤC ............................................................................................. 194
A.1 NHỮNG CÔNG TY CUNG CẤP THIẾT BỊ VÀ DỮ LIỆU
CHẨN ĐOÁN ................................................................................ 194
A.2 TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI ÔN TẬP ............................................... 194
A.3 NHỮNG MÃ LỖI TIÊU CHUẨN OBD II .................................... 195

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................... 207

9


KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
ECU (Electronic Control Unit): Bộ điều khiển điện tử
ECM (Electronic Control Module): Bộ điều khiển điện tử
TDC (Top Dead Center): Tử điểm thƣợng
LED (Light-emitting Diode): Điốt phát quang
MAP (Manifold Absolute Pressure) sensor: Cảm biến áp suất đƣờng ống nạp
ROM (Read Only Memory): Bộ nhớ chỉ cho phép đọc
EMS (Engine Management Systems): Hệ thống điều khiển động cơ
EGR (Exhaust Gas Recirculation) valve: Van luân hồi khí thải
ABS (Anti-lock Braking): Hệ thống phanh chống hãm cứng
CAN (Controller Area Network) system: Hệ thống mạng điều khiển nội bộ
DTCs (Diagnostic Trouble Codes): Mã lỗi chẩn đoán
RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên
PWM (Pulse Width Modulation): Điều biến độ rộng xung
EPROM (Electrically Programmable Read Only Memories): Bộ nhớ chỉ đọc
EEPROM (Electrically Erasable PROM): Bộ nhớ có thể xóa bằng tín hiệu điện
CD ROMs (Compact Discs): Đĩa CD
LAN (A Local Area Network): Mạng cục bộ
SAE (Society of Automotive Engineers): Hiệp hội các kỹ sƣ ô tô
OBD (On board Diagnostics): Máy chẩn đoán
MIL (Malfunction Indicator Lamp): Đèn báo hỏng
EOBD (European On-board Diagnostics): Máy chẩn đoán tiêu chuẩn Euro
LCDs (Liquid Crystal Displays): Màn hình tinh thể lỏng
TFT (Thin Film Transistor): Tranzitor màng mỏng
MAF (Mass Air Flow Sensor): Cảm biến lƣu lƣợng dịng khí

EUI (Electronic Unit Injectors): Kim phun điện tử
CTS (Coolant Temperature Sensor): Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát
SRS (Supple Mentary Restraint Systems): Hệ thống túi khí

10


Chương 1
TỔNG QUAN
Chƣơng này sẽ giới thiệu tổng quan các hệ thống máy tính điều
khiển ơ tơ đƣợc dùng hiện nay. Những kiến thức này dùng chung cho
nhiều hệ thống cho phép một kỹ thuật viên ô tô phát triển một nền
tảng những kỹ năng để tham gia vào công việc chẩn đốn các hệ thống
của ơ tơ.
1.1 QUY TRÌNH TỔNG QUÁT
Chỉ trong vài năm gần đây, công nghệ trong điện tử và phƣơng
pháp chế tạo đã thay đổi một cách nhanh chóng. Những bộ vi điều khiển
(máy tính nhỏ) đã trở thành chi tiết trọng tâm trong những hệ thống điều
khiển trang bị trên những xe ô tô.
Những bộ vi xử lý, cùng với những máy tính khác, chứa đựng một
bộ phận điều khiển và có thể dự đốn theo một trình tự để tránh bất kỳ sự
nhầm lẫn nào có thể xảy ra. Cái “hộp đen” đó đƣợc biết đến nhƣ là cụm
điều khiển điện tử (ECU). Hiện nay nó đƣợc xem nhƣ là một hệ thống
điều khiển bằng điện (ECM). Trong cuốn sách này, thuật ngữ ECM đƣợc
dùng khi nó dựa vào hệ thống điều khiển mà trƣớc đây đƣợc biết đến nhƣ
là ECU.
Khi những hệ thống trên xe đã phát triển, nó sẽ là điều kiện phát
triển của quy trình điều khiển điện tử bằng máy tính. Sự thống nhất của
nhiều hệ thống điều khiển bằng điện tử sẽ tạo ra một quy trình chung,
giúp cho những kỹ thuật viên ơ tơ có thể chẩn đốn và sửa chữa trên

nhiều xe. Thực vậy, nhiều nhà sản xuất đã đƣa ra những máy tự động để
kiểm tra những thiết bị và bây giờ đang sản xuất những thiết bị đó để
cung cấp những thơng tin và dữ liệu về các mã lỗi chẩn đốn, cung cấp
những thơng tin để ngƣời kỹ thuật viên biết về hƣớng đi để họ có khả
năng chẩn đốn và sửa chữa những hệ thống hiện đại trên xe.
Bây giờ chúng ta sẽ nhìn lại những sự lựa chọn điển hình đã
đƣợc sử dụng trên những hệ thống hiện đại để chúng ta có sự thống
nhất chung.
11


1.2 NHỮNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LIÊN QUAN ĐẾN
ĐỘNG CƠ
Những hệ thống trên động cơ đã đƣợc khảo sát và có sự thống nhất
chung trong việc sử dụng, cụ thể nhƣ là hệ thống đánh lửa, hệ thống nhiên
liệu, hệ thống điều khiển lƣợng khí thải. Mục đích chính của sự khảo sát
những hệ thống đó là xác định sự thống nhất chung để làm rõ những chi
tiết của những hệ thống, từ đó có thể thực hiện việc kiểm tra, hơn nữa
nhiều hệ thống bên ngồi địi hỏi cần phải có thiết bị kiểm tra đặc biệt.
Bằng việc kiểm tra ba hệ thống đánh lửa, ta có thể lựa chọn những
thiết bị đã biết để thống nhất trong việc sử dụng. Trong quy trình kiểm
tra một số hệ thống khác, chúng ta sẽ nhìn thấy những nguyên lý cơ bản
đã đƣợc thống nhất đến vài hệ thống đã đƣợc dùng trên xe.
1.3 HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA
Hệ thống đánh lửa sử dụng vài thiết bị bằng điện để tạo ra một xung
điện bằng cách đóng hay mở dịng sơ cấp, vì vậy điện áp cao đƣợc sinh
ra trong cuộn thứ cấp để tạo ra tia lửa điện đúng thời điểm.
Có nhiều phƣơng pháp để tạo ra xung điện áp cơ bản cho hệ thống
đánh lửa, nhƣng tài liệu này sẽ giới thiệu sâu hơn về ba phƣơng pháp cơ
bản hơn cả. Những hệ thống đánh lửa dựa trên việc sử dụng ba phƣơng

pháp đó bây giờ đƣợc biết đến nhƣ sau:
1.3.1 Hệ số năng lƣợng hệ thống đánh lửa

Hình 1.1: Bánh răng roto trong cảm biến điện từ và đầu dò
12


Hình 1.1 biểu diễn một hệ thống đánh lửa dùng bộ chia điện đƣợc
sử dụng trong nhiều năm. Trục bộ chia điện đƣợc dẫn động từ trục cam
động cơ và làm quay một phần tốc độ động cơ.
Mỗi thời điểm vấu trên roto qua bộ cảm biến và tạo ra xung điện
áp, một xung năng lƣợng điện đƣợc tạo ra trong cuộn dây cảm ứng. Cuộn
cảm ứng đƣợc kết nối tới bộ đánh lửa điện tử và khi mà xung điện áp
máy phát đạt đến giới hạn đã biết, dòng điện điều khiển cơng tắc ON có
dịng đến cuộn sơ cấp hệ thống đánh lửa.

Hình 1.2: Tín hiệu điện áp ở ngõ ra ở tốc độ thấp và cao
Khi bánh răng trong cảm biến điện từ tiếp tục quay, điện áp trong
cuộn cảm biến bắt đầu giảm và điều này làm cho cơng tắc đánh lửa OFF,
có dịng sơ cấp đến cuộn đánh lửa; điện áp cao làm cho bugi đánh lửa và
cảm ứng trong cuộn thứ cấp cuộn đánh lửa. Giai đoạn giữa thời điểm
công tắc ON và OFF trong dòng sơ cấp cuộn đánh lửa gọi là thời gian
ngậm. Hiệu quả sẽ tăng lên trong góc ngậm khi tốc độ động cơ tăng,
nghĩa là dòng trong cuộn cảm đạt đến giá trị tối ƣu ở hầu hết động cơ
tăng tốc. Hình 1.2 biểu diễn các dạng xung điện áp máy phát khi vấu của
bánh răng trong cảm biến điện từ qua bộ cảm biến. Từ những biểu đồ
trong hình này có thể nhìn thấy dịng sơ cấp cuộn đánh lửa lúc công tắc
ON, khi mà xung điện áp máy phát xấp xỉ 1V và công tắc OFF khi điện
áp giảm xuống. Ở những động cơ tốc độ cao, xung điện áp máy phát tạo
ra một điện áp cao và công tắc ON, điện áp xấp xỉ 1V, biểu diễn ở phần

hai của Hình 1.2. Tuy nhiên, cơng tắc tiếp điểm OFF không ảnh hƣởng
đến tốc độ và điều này có nghĩa là góc ngậm giữa cơng tắc dịng sơ cấp
ON-OFF tăng lên khi tốc độ động cơ tăng. Điều này có nghĩa là tăng thời
13


gian cho dòng trong cuộn sơ cấp, là yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến tia
lửa điện. Đây là lý do để hệ thống đánh lửa này thuộc kiểu hệ thống đánh
lửa với hệ số năng lƣợng không đổi. Loại hệ thống đánh lửa này đều có
ký hiệu để máy ly tâm và máy đo độ chân khơng có thể tự động điều
chỉnh thời điểm đánh lửa.
1.3.2 Hệ thống đánh lửa số (đánh lửa theo chƣơng trình)
Hệ thống đánh lửa đƣợc lập trình sử dụng trong cơng nghệ máy tính
và cho phép các dạng cơ học, hơi khí, các yếu tố khác của bộ phân phối
để phân phối chúng. Hình 1.3 biểu diễn một cách đơn giản từ việc lập
trình hệ thống đánh lửa.

Hình 1.3: Hệ thống đánh lửa theo chương trình
Bộ vi điều khiển, dành riêng cho máy tính, có khả năng đọc đƣợc các
tín hiệu đầu vào từ động cơ nhƣ là: tốc độ động cơ, vị trí trục khuỷu, lƣợng
tải. Những tín hiệu đọc đó đƣợc so sánh với dữ liệu từ bộ nhớ máy tính và
máy tính, rồi gửi tín hiệu đầu ra đến hệ thống đánh lửa. Đây là cách làm cổ
điển để đƣa ra dữ liệu mà nó đạt đƣợc từ việc kiểm tra tốc độ động cơ, điều
này đƣợc biểu diễn bằng biểu đồ ba chiều nhƣ trong Hình 1.4.
14


Hình 1.4: Biểu đồ hệ thống đánh lửa được lưu trữ trong ROM của ECM
Bất kỳ điểm nào trên bản đồ cũng đều có thể đƣợc biểu diễn bằng
một số điểm quy chiếu. Ví dụ nhƣ: Tốc độ động cơ 1000 rpm; Áp suất

đƣờng ống nạp 0.5 bar; Góc đánh lửa sớm 5o. Những con số này đƣợc
chuyển đổi vào máy tính bằng số nhị phân 0 và 1. Bản đồ đƣợc lƣu trữ
vào bộ nhớ máy tính, bộ xử lý sử dụng bản đồ để cung cấp góc đánh lửa
chính xác ở các chế độ làm việc của động cơ.
Trong loại hệ thống đánh lửa tạo ra năng lƣợng, tín hiệu đƣợc tạo
ra từ cảm biến Hall hiển thị ở Hình 1.5.

Hình 1.5: Cảm biến Hall
15


Khi phần kim loại ở gờ giữa nam châm quay, tín hiệu cảm biến Hall
ở đầu ra là 0. Khi có khe hở vấu của cảm biến Hall đến nam châm thì xung
điện áp đƣợc tạo ra. Trong trƣờng hợp này, xung điện áp đƣợc tạo ra bởi
cảm biến Hall ở mỗi thời điểm mà tia lửa điện tạo ra. Trong khi những bộ
chia điện cũ đƣợc sử dụng rộng rãi trong hệ thống đánh lửa bằng điện tử,
điều này có thể kích cho xung máy phát làm dẫn động trục khuỷu và bánh
đà, thông thƣờng đƣợc dùng trong nhiều hệ thống hiện đại. Đây là tiện ích
để kiểm tra hệ thống không sử dụng bộ chia điện thông thƣờng mà dùng
bánh đà để dẫn động xung điện áp máy phát.
1.3.3 Hệ thống đánh lửa dùng bộ chia điện
Hình 1.6 biểu diễn hệ thống đánh lửa cho động cơ 4 xylanh. Có hai
cuộn đánh lửa, một dùng cho xylanh thứ nhất và thứ tƣ, cái còn lại dùng
cho xylanh thứ hai và thứ ba. Tia lửa tạo ra ở mỗi thời điểm xylanh gần
đến tử điểm thƣợng (TDC). Điều này có nghĩa là tia lửa xảy ra trong kỳ
thải tốt nhƣ trong kỳ nạp. Vì lý do này, hệ thống đánh lửa thuộc loại này
thỉnh thoảng đƣợc xem nhƣ là một sự tổn thất tia lửa.

Hình 1.6: Hệ thống đánh lửa sử dụng bơbine đơi
Hình 1.6 cho thấy rằng có hai cảm biến ở bánh đà; một trong số hai

cảm biến đó sẽ ghi nhận lại tốc độ động cơ, loại cịn lại sẽ kích hoạt hệ
thống đánh lửa. Chúng đƣợc biểu diễn chi tiết trong Hình 1.7 và cả hai
hoạt động dựa trên nguyên lý từ trở biến thiên.
16


Một phƣơng án khác là dùng vòng răng để xác định vị trí tử điểm
thƣợng nhƣ Hình 1.8. Với một cảm biến xác định vị trí tử điểm thƣợng
bằng cách tạo ra xung điện áp, đây là cảm biến điện từ biến thiên.

Hình 1.7: Chi tiết của cảm biến tốc độ động cơ
và cảm biến vị trí trục khuỷu

Hình 1.8: Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí trục khuỷu
sử dụng vòng bánh răng tháo rời
17


1.3.4 Hệ thống đánh lửa dùng cảm biến quang điện từ
Hình 1.9 biểu diễn một hệ thống đánh lửa điện tử dùng quang điện
từ. Có hai thiết bị điện tử hoạt động một là đèn LED cho dòng điện phát
sáng, loại cịn lại là điốt phát quang có thể hoạt động khi đèn LED bị lỗi.

Hình 1.9: Cảm biến quang
Một loại cảm biến khác đƣợc biểu diễn ở Hình 1.10. Ở đây, đĩa roto
có 360 rãnh và có những lỗ lớn ở trung tâm đĩa chỉ hƣớng đến TDC. Một
trong những rãnh lớn này rộng hơn những cái khác và dùng để chỉ hƣớng
đến TDC của xylanh thứ nhất.

Hình 1.10: Cảm biến quang

18


1.3.5 Cảm biến kích nổ
Cháy kích nổ là vấn đề liên quan đến hoạt động của động cơ. Điều
khiển tốc độ động cơ sớm có thể dẫn đến đánh lửa chậm, khi đó nghe
đƣợc tiếng gõ. Sau khi tiếng gõ dừng lại, động cơ có thể di chuyển từ từ.
Bộ điều khiển điện tử sẽ cho phép quy trình này hoạt động tự động và
cảm biến kích nổ gắn liền với hệ thống đánh lửa điện tử. Hình 1.11 biểu
diễn một loại cảm biến kích nổ đƣợc gắn với khối xylanh của động cơ
thẳng hàng.
Hiệu ứng điện áp đƣợc dùng trong cảm biến kích nổ để điều khiển
mạch điện áp trong mạch cảm biến điện tử cho phép cháy kích nổ. Cháy
kích nổ đƣợc biểu diễn bởi tín hiệu điện áp mà nó truyền đến cụm điều
khiển điện tử và bộ xử lý sẽ làm chậm lại sự cháy để cản trở sự kích nổ.
Cụm điều khiển điện tử sẽ làm chậm lại sự cháy trong một giai đoạn đến
khi sự kích nổ dừng lại. Khi sự kích nổ dừng lại, bộ điều khiển điện tử sẽ
điều khiển tia lửa sớm trong một thời gian ngắn.
Hình 1.1 biểu diễn sự hoạt động cảm biến kích nổ. Nguyên lý hoạt
động và cách kiểm tra sẽ đƣợc miêu tả chi tiết hơn trong Chƣơng 4.

Hình 1.11: Cảm biến kích nổ trên động cơ
19


1.3.6 Sự đánh lửa thích hợp
Bộ điều khiển điện tử cho phép hệ thống đánh lửa và làm thay đổi
một số chi tiết nhƣ phun xăng, mòn động cơ. Nguyên lý chung để
moment xoắn động cơ đạt tốt nhất là khi sự cháy tạo ra áp suất trong
xylanh lớn nhất sau TDC. Bộ điều khiển điện tử điều khiển gia tốc động

cơ bằng cảm biến trục khuỷu. Nếu kết quả đạt đƣợc tốt thì bản đồ sự
cháy đƣợc thiết lập để kiểm tra lại. Bài học này đƣợc bao quát hết các hệ
thống điều khiển bằng máy tính. Những hệ thống đánh lửa này đƣợc đƣa
vào bảng quy trình kỹ thuật. Cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến tốc độ,
cuộn đánh lửa, cảm biến kích nổ, cảm biến áp suất nhiên liệu đƣợc đặt
vào động cơ. Phần sau, máy tính sẽ điều khiển hệ thống nhiên liệu và quy
trình giống nhƣ trong hệ thống đánh lửa.
1.4 MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU

Hình 1.12: (a) Kim phun đơn điểm (b) Kim phun đa điểm
Máy tính điều khiển phun xăng bây giờ đã trở nên thông dụng trong
hệ thống cung cấp nhiên liệu, từ sự hịa trộn khí cháy đến sự đốt cháy
trong buồng cháy động cơ. Mặc dù nó có thể điều chỉnh lƣợng xăng vào
xylanh động cơ tƣơng tự nhƣ trong động cơ diesel, nhƣng vấn đề này hơi
khó giải quyết để điều chỉnh lƣợng xăng vào bộ phân phối. Ở đây, có hai
cách để đƣa nhiên liệu vào bộ phân phối đã đƣợc dùng. Một cách là dùng
20


kim phun đơn để phun nhiên liệu vào van bƣớm ga, cách còn lại là sử
dụng kim phun cho mỗi xylanh, mỗi kim phun đƣợc đặt ở cửa vào van.
Hai hệ thống đƣợc biết là kim phun đơn điểm và kim phun đa điểm.
Nguyên lý đã đƣợc minh họa trong Hình 1.12.
1.4.1 Kim phun đơn điểm
Kim phun sẽ phun lƣợng nhiên liệu vào bộ phân phối trong cánh
bƣớm ga, biểu diễn ở mục 4 của Hình 1.13.

1. Bộ phận điều chỉnh áp suất nhiên liệu 2. Cảm biến vị trí cánh bướm ga
3. Cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp

4. Van kim

5. Mô tơ điều khiển bướm ga

6. Đĩa bướm ga

7. Động cơ

Hình 1.13: Chi tiết kim phun đơn điểm
Cuối cùng là phun tơi vào cánh bƣớm ga, trong trƣờng hợp này bộ
điều khiển động cơ (EEC, ECM) sẽ đảm bảo tỷ lệ khơng khí và nhiên
liệu chính xác. Trong trƣờng hợp máy tính đƣa lƣợng nhiên liệu cần thiết
thì cần lƣợng khơng khí chính xác vào động cơ. Số vịng quay sẽ cho biết
thơng tin từ bộ phân phối, điều này độc lập với cảm biến áp suất, cảm
biến nhiệt độ khơng khí, cảm biến tốc độ động cơ.
Hình 1.14 biểu diễn loại kim phun. Van kim hoạt động bằng cuộn
solenoid (3), nó nhận dịng điện phù hợp với tín hiệu từ máy tính điều
khiển động cơ. Khi động cơ hoạt động đầy tải hoặc một phần tải, kim
phun sẽ phun nhiên liệu trong mỗi chu kỳ. Khi động cơ hoạt động không
tải, kim phun hoạt động một phần. Bởi vì áp suất nhiên liệu đƣợc điều
21


chỉnh bằng van ở kim phun với lƣợng nhiên liệu đƣợc xác định bằng
khoảng thời gian mà cuộn solenoid giữ cho van hoạt động.
1. Vỏ kim phun
2. Đường ống
nhiên liệu
3. Cuộn dây
điện từ

4. Lỗ tia
5. Vịng làm kín
Hình 1.14: Kim phun đơn điểm CFI (kim phun nhiên liệu tâm ở giữa)
Van tiết lƣu hoạt động khi khởi động, khi động cơ dừng, khi động
cơ chạy không tải.
1.4.2 Kim phun đa điểm
Trong hệ thống phun xăng, nó hoạt động bằng cách phun nhiên
liệu. Mỗi kim phun đƣợc nối với một ống riêng, nhƣ Hình 1.15.

1. Kim phun
2. Vịng làm kín (đường nạp)
3. Vịng làm kín (ống nạp)
4. Ống nhiên liệu
5. Cái kẹp giữ

Hình 1.15: Đường dẫn kim phun
Áp suất mỗi ống nhiên liệu đƣợc điều khiển bằng bộ điều chỉnh nhƣ
Hình 1.16. Bộ điều chỉnh áp suất riêng này là một máy đo mà nhà sản
xuất áp dụng để ổn định với áp suất tối đa là 2.5 bar.
22


Hoạt động của bơm xăng là cung cấp lƣợng nhiên liệu mà kim phun
cần, nếu áp suất tăng thì van điều chỉnh OFF, nó cho phép lƣợng nhiên
liệu dƣ trở về thùng nhiên liệu theo đƣờng ống hồi (6). Màng bên trong
bộ điều chỉnh (2) dùng để đƣa áp suất đến bộ phân phối và điều này cho
phép màng và lò xo điều chỉnh áp suất nhiên liệu. Khi màng đƣợc nâng
lên áp suất nhiên liệu giảm, giảm xấp xỉ xuống 1.8 bar. Khi màng hạ
xuống thì áp suất sẽ tăng lên trong ống phân phối, áp suất nhiên liệu cao
xấp xỉ 2.5 bar.

1. Nhiên liệu vào
2. Màn
3. Kết nối ống chân khơng
4. Lị xo điều khiển áp suất
5. Van
6. Đường nhiên liệu hồi

Hình 1.16: Bộ điều chỉnh áp suất nhiên liệu
Với sự bố trí này, lƣợng nhiên liệu ở mỗi kim phun sẽ đƣa vào bộ
phân phối và nó quyết định thời gian mà van kim phun mở bằng hoạt
động của cuộn dây solenoid. Bằng cách kéo dài thời gian để van kim
phun mở, lƣợng nhiên liệu sẽ phun theo yêu cầu.
Nhiên liệu cần thiết cho mỗi động cơ, đƣợc biết đến từ nhà thiết kế
và chúng đƣợc đặt trong bộ nhớ cụm điều khiển điện tử. Trong quá trình
hoạt động, cụm điều khiển điện tử cung cấp những thông tin cần thiết từ
tất cả những cảm biến gắn với hệ thống nhiên liệu động cơ. Máy tính sẽ
so sánh dữ liệu đầu vào từ những cảm biến với dữ liệu trong bộ nhớ máy
tính. Từ việc so sánh dữ liệu này, bộ điều khiển điện tử cung cấp vài dữ
liệu ở đầu ra trên mỗi kim phun bằng một xung điện áp. Xung điện áp ở
kim phun này có thời gian xấp xỉ từ 2 ms đến 10 ms. Chu kỳ làm việc
đƣợc quan niệm dựa trên phần trăm giá trị thời gian, đƣợc biểu diễn trên
Hình 1.17.
23


Hình 1.17: Chu trình làm việc
Đặc điểm tiêu biểu của động cơ và khả năng dẫn động xe đƣợc xác
định bằng tín hiệu đầu vào mà nó đặt ra trong bản thiết kế và phần thiết
kế này xem nhƣ là chƣơng trình máy tính để đọc dữ liệu trong cụm điều

khiển điện tử. Bản đồ hệ thống nhiên liệu tƣơng tự nhƣ bản đồ trong hệ
thống đánh lửa ở Hình 1.4. Sự khác biệt ở đây là vị trí cánh bƣớm ga và
tia lửa sớm đƣợc thay thế bằng tỷ lệ hịa khí và nhiên liệu. Mỗi điểm của
bề mặt trên bản đồ này có thể biểu diễn bằng một mã hệ nhị phân và
phạm vi các điểm trên bản đồ đƣợc lƣu vào trong bộ nhớ của cụm điều
khiển điện tử. Dữ liệu trong bộ nhớ đƣợc so sánh với tín hiệu đầu vào từ
các cảm biến để máy tính có thể xác định đƣợc khoảng thời gian phun
nhiên liệu.
Một vài hệ thống thực hiện trên máy tính đƣợc thiết kế để ngƣời
quản lý có thể sửa đổi chƣơng trình máy tính khớp với nhu cầu khách
hàng. Chƣơng trình trong bộ nhớ rất cần thiết cho việc làm này và cơng
việc này có thể đƣợc thực hiện bởi các nhân viên.
Hệ thống phun xăng đa điểm thông thƣờng đƣợc dùng với một hoặc
hai phƣơng pháp sau:
1. Phun một nửa lƣợng nhiên liệu vào trong cửa nạp, mỗi thời
điểm piston gần đến tử điểm thƣợng.
2. Phun liên tục trong kỳ nạp.

24