944 chuong 2 vu sua vldxp 20130111020701

CHƯƠNG 2
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG
ĐIỆN TỬ KIỂU MOTRONIC (BOSCH)
2.1. Các vấn đề chung về HTPX kiểu Motronic
Hãng Bosch bắt đầu sản xuất HTPX kiểu Motronic đầu tiên vào năm
1979. Motronic là hệ thống phun xăng điều khiển điện tử hiện đại nhất, vừa
điều khiển phun xăng và điều khiển đánh lửa. Ngoài ra hệ thống còn thực
hiện rất nhiều chức năng khác.
Với hệ thống Motronic, các chức năng chính bao gồm:
+ Giám sát các thơng số vận hành
+ Xử lý dữ liệu vận hành
+ Chẩn đoán điện tử
+ Quản lý phương tiện.
2.1.1. Sơ đồ khối của HTPX kiểu Motronic
Sơ đồ tổng thể của một HTPX kiểu Motronic được giới thiệu trên
Hình 2.1. Đặc điểm khác biệt cơ bản của HTPX kiểu Motronic so với
HTPX kiểu Jectronic là trên động cơ khơng cịn mơ-bin đánh lửa và bộ chia
điện thường, thay vào đó là cuộn dây đánh lửa được điều khiển từ ECU
(chúng được tích hợp cùng với bugi và bố trí riêng biệt cho từng xi lanh).
Ngồi ra, tín hiệu số vịng quay của động cơ không lấy từ bộ chia điện như
HTPX kiểu Jectronic mà lấy từ vành răng trên trục khuỷu của động cơ.

18


1

Tín hiệu vào
Phân tích tín hiệu
cảm biến
Áp suất mơi trường

2

18

Xử lý tín hiệu
- Tính lượng nhiên liệu
phun
- Kiểm sốt nạp xi lanh
-Tính thời điểm đánh
lửa
-Tính nạp xi lanh
-Kiểnm sốt tốc độ
khơng tải
-Kiểm sốt hàm lượng
ơ xy
-Kiểm sốt hàm lượng
ơ xy
-Kiểm sốt kích nổ
-Kiểm sốt lượng
khơng khí thứ cấp
-Kiểm sốt hệ thống
bay hơi nhiên liệu
-Kiểm soát hệ thống
bay hơi nhiên liệu
-Kiểm soát áp suất tăng
áp
-Immobilizer
-Kiểm soát mạch
-Giới hạn tốc độ

3
4
5
6
7
8
9
10
11

19

20
21
22
23
24
25

Chẩn đoán
Chức năng phụ

12

26
27

Tầng ra
Tín hiệu ra

Liên lạc CAN
Chẩn đốn
Kết thúc chương
trình

13
14

Nguồn nuôi

15

28
29
Bộ phận điều chỉnh
30

17

16

CAN

31
32

Liên lạc
2.8.Sơ đồ
nguyên lý
HTPX

tử tử Motronic (Bosch) [7].
Hình 2.1. Sơ đồ khối các bộ phận của HTPXđiện
điện
kiểu M`Motronic,
[1]
Tín hiệu ra

19


Các ký hiệu trong Hình 2.1 được giải thích như sau:
1.Cảm biến vị trí bàn đạp ga

2.Cảm biến vị trí của bướm ga

3.Cảm biến tốc độ động cơ (trục khủy)

4.Cảm biến pha (trục cam)

5.Cảm biến lưu lượng khí nạp

6.Cảm biến nhiệt độ khí nạp

7.Cảm biến áp suất mơi trường

8.Cảm biến áp suất tăng áp

9. Cảm biến nhiệt độ khí tăng áp

10. Cảm biến nhiệt độ động cơ

11. Cảm biến oxy

12. Cảm biến nhiệt độ khí xả

14. Cổng 15

15.Cơng tắc ly hợp

16.Cổng 50
17.Các công tắc để điều khiển chế độ tiết kiệm nhiên liệu
18.Bu gi + cuộn dây đánh lửa

19.Vòi phun xăng

20. Vị trí bướm ga

21.Bơm xăng (điện)

22. Van tuần hồn khí thải

23. Van kiểm sốt hơi nhiên liệu

24. Điều khiển trục cam

25. Van cấp khí thứ cấp

26. Bơm cấp khí thứ cấp

27. Đường nạp biến thiên

28. Điều khiển quạt gió

29. Giao diện ISO

31.Đèn báo lỗi

32. Giao diện CAN

2.1.2. Giám sát các thông số vận hành
a. Các cảm biến và bộ tạo giá trị cài đặt
Motronic sử dụng các cảm biến và các bộ tạo giá trị cài đặt (setpoinr
Generators) để thu thập những dữ liệu vận hành cần thiết cho q trình điều
khiển động cơ theo chu trình vịng kín hoặc mở (Hình 2.1). Các bộ tạo giá
trị cài đặt (ví dụ như các loại cơng tắc) sẽ ghi nhận các lựa chọn mà người
điều khiển phương tiện đã thực hiện. Những thơng số được giám sát bao
gồm:
- Vị trí của chìa khóa trong cơng tắc đánh lửa (cổng 15).
- Vị trí của cơng tắc điều hịa khơng khí
- Các cài đặt cho hệ thống điều khiển vận hành tiết kiệm nhiên liệu.
Bằng việc giám sát các thông số vật lý và hoá học, các cảm biến sẽ

20


cung cấp thông tin về trạng thái vận hành của động cơ. Những thông số
được giám sát bao gồm:
+ Nhiệt độ động cơ
+ Khối lượng khí nạp
+ Áp suất trong đường ống nạp

+ Góc mở của bướm ga
+ Hệ số dư luợng khơng khí
+ Tốc độ quay của trục khủy đơng cơ
+ Vị trí của trục cam
+ Tốc độ vận hành của xe relay
Các cảm biến khác nhau sẽ tín hiệu ra dạng dạng số, dạng xung hoặc
dạng tín hiệu tương tự.
b. Xử lý tín hiệu trong ECU
Mạch tín hiệu vào (Input circuit), thể nằm trong bộ điều khiển điện tử
hoặc nằm trong bản thân cảm biến, có nhiệm vụ chuẩn bị tín hiệu thơ cho
q trình xử lý của ECU. Chúng sẽ chuyển tín hiệu điện áp tới mức yêu cầu
cho quá trình xử lý theo sau của vi xử lý trong bộ điều khiển.
Vi điều khiển sẽ ghi lại trực tiếp những tín hiệu đầu vào đã ở dạng tín
hiệu số. Những tín hiệu đầu vào dạng tương tự sẽ phải đi qua bộ biến đổi
tín hiệu-ADC(Analog-Digital converter) để được chuyển thành dữ liệu
dạng số.
c. Các giao diện
HTPX kiểu Motronic có các giao diện sau:
+ Giao diện với thiết bị chẩn đoán
+ Giao diện mạng cục bộ CAN (với các hệ thống điện tử khác trên xe)
+ Các đèn báo hỏng hóc

21


2.1.3. Xử lý dữ liệu vận hành
Các dữ liệu về trạng thái vận hành hiện tại của động cơ, kết hợp với
yêu cầu trực tiếp (được ghi nhận từ người lái và thiết bị tiêu thụ công suất)
sẽ cung cấp những thơng tin cơ bản cho q trình xử lý dữ liệu vận hành.
Sau khi xử lý, ECU sẽ tạo tín hiệu điều khiển cho cơ cấu chấp hành. ECU

của hệ thống Motronic có 4 nhóm chức năng là chức năng cơ bản, các chức
năng phụ, các chức năng bổ sung và các chức năng tiện ích.
+ Chức năng cơ bản: Motronic có hai chức năng cơ bản: Thứ nhất là
xác định và hiệu chỉnh lượng nhiên liệu (xăng) phun phù hợp với lượng
khơng khí nạp vào xi lanh động cơ. Thứ hai là xác định thời điểm đánh lửa
tối ưu theo chế độ làm việc của động cơ. Do vậy đặc tính vận hành của
động cơ sử dụng HTPX kiểu Motronic sẽ là tối ưu nhất.
+ Chức năng phụ: Do đạt được sự tăng thêm về dung luợng của bộ vi
điều khiển, Motronic có thể tích hợp thêm nhiều chức năng để hỗ trợ động
cơ trong các chế độ vận hành, làm giảm thiểu tối đa ô nhiễm môi truờng.
Các chức năng phụ bao gồm:
- Kiểm soát tốc độ khơng tải
- Kiểm sốt vịng lặp kín thơng qua tín hiệu của cảm biến lambda
- Điều khiển hệ thống kiểm sốt hơi xăng
- Kiểm sốt kích nổ
- Tuần hồn khí thải để giảm thiểu hàm lượng NOx
- Điều khiển hệ thống phun khơng khí thứ cấp để đảm bảo độ nhạy
cao của BXLKT kiểu xúc tác 3 chức năng.
+ Chức năng bổ sung:
- Kiểm sốt vịng lặp kín sự làm việc của tuabin tăng áp
- Kiểm soát sự thay đổi kích thước hình học đường ống nạp để cải
thiện mơ men và công suất (trong tăng áp cộng hưởng)

22


- Kiểm soát trục cam để thay đổi pha phối khí để giảm độc hại khí thải
trong khi vẫn tăng được cơng suất và tính kinh tế.
- Giới hạn mơ men xoắn và tốc độ để bảo vệ động cơ và xe.
+ Chức năng tiện ích:

- Kiểm sốt tiết kiệm nhiên liệu
- Kiểm sốt tiết kiệm nhiên liệu thích hợp nhất
- Điều chỉnh mô men trong khi sang số với hệ thống tuyền lực tự động
- Kiểm soát chuyển tiếp tải (đảm bảo lái êm dịu)
2.1.4. Chẩn đoán điện tử
Chức năng chẩn đốn được tích hợp trong ECU sẽ giám sát hệ thống
Motronic (gồm các cảm biến, các cơ cấu chấp hành cũng như chính bản
thân ECU) để phát hiện lỗi và các sự cố. Hệ thống phản ứng với các vấn đề
đã phát hiện bằng cách lưu trữ những mã lỗi trong bộ nhớ và hệ thống cũng
có thể bắt đầu kích hoạt chiến lược điều khiển mặc định theo u cầu. Khi
đó, đèn chẩn đốn hoặc hiển thị trên panel điều khiển sẽ cảnh báo cho
người vận hành xe về vấn đề đang gặp phải.
Giao diện chẩn đoán cung cấp khả năng truy cập với mọi mã lỗi và
các dữ liệu trạng thái bổ sung khác chứa trong ECU. Ban đầu, chức năng
chẩn đoán nhằm hỗ trợ các chuyên viên kỹ thuật thông qua việc cung cấp
dịch vụ sửa chữa tại hiện trường. Sau đó, với việc ban hành điều luật yêu
cầu tích hợp hệ thống tự chẩn đốn OBD (On-Board Diagnosis) tại Mỹ, nó
trở thành cơng cụ tiện ích để nhận dạng và cảnh báo các vấn đề liên quan
đến hệ thống kiểm sốt ơ nhiễm. Hiện nay Châu Âu đã có quy định bắt
buộc về việc sử dụng hệ thống EOBD trên phương tiện (phỏng theo hệ
thống OBD của Mỹ).

23


2.1.5. Quản lý phương tiện
Hệ thống đường truyền dữ liệu CAN hỗ trợ việc truyền dữ liệu qua
lại giữa ECU của hệ thống Motronic với các hệ thống điện tử khác có trên
phương tiện.

1-ECU của hệ thống điều khiển động cơ Motronic
2-Bộ điều khiển ESP (ABS và ASR)
3-Bộ điều khiển hệ thống truyền lực
4-ECU kiểm sốt khí hậu
5-Panel điều khiển trên cabin xe
6-ECU kiểm soát dừng/đỗ
7-Động cơ khởi động
8-Máy phát điện
9-Máy nén của hệ thống điều hịa khơng khí

Hình 2.2 Ví dụ về các bộ phận có trao đổi dữ liệu với hệ thống Motronic,
[7].
Trên Hình 2 là ví dụ về các bộ phận trên xe có thể trao đổi dữ liệu
với hệ thống điều khiển động cơ Motronic. Bộ điều khiển của hệ có thể kết
hợp dữ liệu từ các hệ thống khác như là dữ liệu đầu vào bổ sung cho việc
điều khiển vịng lặp kín và mở của chính nó. Ví dụ như, khi nhận được tín
hiệu chỉ thị rằng hệ thống truyền lực đang đổi số,hệ thống điều khiển

24


Motronic sẽ giảm mô men xoắn của động cơ để đạt được quá trình chuyển
số êm dịu.
2.1.6. Cấu trúc hệ thống Motronic
Một vài năm trước đây có thể trình bày và mô tả những chức năng
của HTPX Motronic bằng một hệ thống đơn giản. Hiện nay,việc điều chỉnh
và điều khiển vận hành của động cơ xăng đã trở lên rất phức tạp do đó việc
miêu tả cấu trúc hệ thống là điều cần thiết.
Việc đưa vào Cấu trúc mômen (Torque Structure) có thể xem là điểm
mốc trong q trình phát triển của hệ thống Motronic. Tất cả các yêu cầu

mô men trong động cơ được quản lý bởi hệ thống Motronic (dữ liệu mô
men và trung tâm điều phối). Cấu trúc này lần đầu tiên được đưa vào
HTPX kiểu ME-Motronic. Hệ thống này sẽ tính tốn mơ men u cầu và
phân phát chúng bằng cách thực hiện các điều chỉnh sau:
+ Van điện tử điều khiển bướm ga (hệ thống khí nạp)
+ Góc đánh lửa (hệ thống đánh lửa)
+ Lượng nhiên liệu phun (trong trường hợp phun xăng trực tiếp)
+ Sử dụng việc ngừng phun
+ Điều khiển van xả khí trong động cơ có tăng áp tua bin khí xả.
Trên Hình 2.2 là cấu trúc hệ thống được sử dụng trên hệ thống
Motrronic thế hệ mới và những hệ thống con của chúng. Trong cấu trúc
này, một số hệ thống con hoàn toàn là phần mềm đặt trong ECU, trong khi
các hệ thống con khác được tích hợp từ những bộ phận phần cứng (ví dụ
như hệ thống nhiên liệu và vòi phun). Mỗi hệ thống con sẽ được kết nối bởi
một giao diện xác định. Hiện nay, cấu trúc mô men này cũng đã được dùng
cho hệ thống M-Motronic thế hệ mới.

25


FS
Động cơ xăng

SC

AS

TS

OD

TD

ES
Trục khuỷu

IS
CO

AC

DS

MO

SD

Liên kết
động cơ
Chuyển đổi
dữ liệu

+ SC (System Control)

: Hệ thống điều khiển

+ TD (Torque Demand)

: Yêu cầu mô men

+ TS (Torque Structure)

: Cấu trúc mô men

+ AS (Air System)

: Hệ thống khơng khí

+ FS (Fuel System)

: Hệ thống nhiên liệu

+ IS (Igition System)

: Hệ thống đánh lửa

+ ES (Exshaust System)

: Hệ thống khí thải

+ OD (OperatingData)

: Dữ liệu vận hành

+ CO (Communication)

: Hệ thống liên lạc

+ AC (Accessory Control)

: Điều khiển phụ

+ DS (Diagnostic System)

: Hệ thống chẩn đốn

+ SD (System Documentation)

:Hệ thống dữ liệu

Hình 2.3. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển Motrronic (Bosch,)[7].
2.2. Hệ thống phun xăng kiểu M-Motronic
M-Motronic bao gồm tất cả các bộ phận cần thiết để quản lý, điều
khiển động cơ phun xăng trên đường nạp và sử dụng bướm ga truyền
thống. Quy mô của hệ thống được xác định bởi đặc tính kỹ thuật của động
cơ và yêu cầu của các điều luật ô nhiễm phổ biến. Trung tâm điều khiển
của hệ thống M-Motronic là ECU của động cơ, nó có chức năng thu nhận
những tín hiệu đầu vào và tạo tín hiệu điều khiển gửi đến cơ cấu chấp hành.
Trong lịch sử của sự phát triển của hệ thống Motronic, các model
thành công nhất (M1, M3, M7) chủ yếu khác nhau ở thiết kế phần cứng. Sự

26


khác biệt cơ bản là họ vi xử lý, modul ngoại vi và tầng tín hiệu ra (OutputStage Module).
2.2.1. Sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ nguyên lý của HTPX kiểu M-Motronic được trình bày trên
Hình 2.4 Ta thấy, HTPX kiểu M-Motronic bao gồm các phần sau:
+ Các bộ phận của hệ thống khơng khí
+ Các bộ phận của hệ thống nhiên liệu

+ Các bộ phận của hệ thống đánh lửa
+ Các bộ phận của hệ thống kiểm sốt ơ nhiễm
+ Các bộ phận của hệ thống tự chẩn đoán (OBD)
+ Hệ thống phụ trợ

27


1

4

2

3

11

12
5

13
6

8

7

9

16

10
15

21

14

18

17

20
19
23

22

33

24
30

25

31

26
27

29

28

Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý HTPX điện tử M-Motronic,[7].

28


Các ký hiệu trong Hình 2.4 được giải thích như sau:
1- Hộp than hoạt tính

2- Modul chẩn đốn dị lọt xăng

3- Van thơng hơi

4- Bơm khơng khí thứ cấp

5- Van cấp khơng khí thứ cấp
6- Cảm biến đo lưu lượng khơng khí cùng với cảm biến nhiệt độ
7- Cảm biến áp suất trong đường nạp
8- Đoạn ống nạp có kích thước hình học được thay đổi
9- Ống phân phối xăng

10- Vòi phun điện từ

11- Cảm biến và cơ cấu chấp hành thay đổi pha phối khí
12- Cuộn đánh lửa cùng với bugi

13- Cảm biến pha của trục cam

14- Cảm biến góc mở của bướm ga
15- Van điều chỉnh chạy khơng tải, sấy nóng
16- Bướm ga

17- Van hồi lưu khí thải

18- Cảm biến kích nổ

19- Cảm biến nhiệt độ động cơ

20- Cảm biến Lamđa trước BXLKT

21- ECU

22- Cảm biến tốc độ động cơ

23- BXLKT xúc tác 3 chức năng

24- Giao diện chẩn đốn

25- Đèn chỉ thị hỏng hóc

26- Giao diện với ECU của xe
27- Giao diện với ECU của hệ thống truyền động
28- Giao diện mạng cục bộ CAN

29- thùng xăng

30 Cảm biến áp suất trong thùng xăng

31- Đường dẫn nhiên liệu

32- Bơm xăng, bầu lọc xăng và bộ điều chỉnh áp suất xăng
33- Cảm biến Lamđa sau BXLKT.

2.2.2. Các bộ phận của hệ thống khơng khí
* Bướm ga : Bàn đạp chân ga được kết nối với bướm ga (16) thông
qua cơ cấu dẫn động thanh hoặc dẫn động cáp. Vị trí của bàn đạp chân ga
sẽ xác định độ mở của bướm ga. Độ mở này sẽ điều khiển lượng khơng khí
nạp vào xy lanh động cơ.

29


* Van điều chỉnh chạy khơng tải, sấy nóng: Van (15) này cho phép
cho phép khơng khí nạp đi vịng qua bướm ga với một lưu lượng xác định.
Đây là biện pháp để giữ tốc độ động cơ ở mức không đổi khi chạy không
tải cầm chừng. Để thực hiện việc này, ECU của động cơ sẽ điều khiển tiết
diện lưu thông của rãnh không tải nối tắt qua bướm ga.
* Cảm biến xác định chế độ tải của động cơ: Tải động cơ là một
thông số vận hành quan trọng đối với quá trình điều khiển động cơ bằng
điện tử. Nó là thước đo lượng khí nạp có trong xy lanh tại thời điểm cháy.
Đây là thông số quyết định cho việc tính tốn thời gian phun.

a. Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu cánh quay
b. Cảm biến khối lượng khí nạp kiểu sợi đốt
c. Cảm biến khối lượng khí nạp kiểu màng nóng
d. Cảm biến vị trí bướm ga

e. Cảm biến áp suất khí trong đường ống nạp

Hình 2.5. Những loại cảm biến dùng để xác định chế độ tải
trong hệ thống M-Motronic,[7].
Có những phương pháp khác để xác định chế độ tải. Đối với hệ
thống M-Motronic, có thể sử dụng những loại cảm biến sau đây để xác định
chế độ tải của động cơ (Hình 2.5): Cảm biến lưu lượng khí nạp; Cảm biến

30


khối lượng khí nạp kiểu sợi đốt; Cảm biến khối lượng khí nạp kiểu màng
nóng; Cảm biến áp suất khí trên đường nạp; Cảm biến độ mở bướm ga.
+ Cảm biến lưu lượng khí nạp: Cảm biến lưu lượng khí nạp được bố
trí ở giữa bầu lọc khơng khí và bướm ga. Nó xác định lưu lượng (tính theo
m3/h) của khơng khí nạp. Khi khí nạp tác động trực tiếp một lực lên cửa đo
của cảm biến lưu lượng sẽ làm nó lệch đi một góc. Góc lệch của cửa đo tỷ
lệ với lưu lượng khí nạp vào xi lanh. Tín hiệu góc lệch này được biến đổi
thành tín hiệu điện áp thông qua bộ điện áp. Trong trường hợp tính đến sự
thay dổi tỷ trọng của khí nạp theo nhiệt độ thì cảm biến áp lưu lượng khí
nạp được tích hợp thêm cảm biến nhiệt độ. Tín hiệu của cảm biến nhiệt độ
khí nạp được ECU sử dụng để tính tốn hệ số hiệu chỉnh. Trước đây, cảm
biến lưu lượng khí nạp là một bộ phận tiêu chuẩn của hệ thống Motronic
nhưng hiện nay nó dần được thay thế bởi cảm biến khối lượng khí nạp.
+ Cảm biến khối lượng khí nạp: Cảm biến khối lượng khí nạp (Hình
2.4) cũng được bố trí giữa bầu lọc khơng khí và bướm ga để xác định khối
lượng (tính theo kg/h) khơng khí nạp vào xi lanh. Cảm biến khối lượng khí
nạp kiểu sợi đốt và kiểu màng nóng là các cảm biến kiểu tải trọng nhiệt.
Chúng hoạt động theo cùng một nguyên lý là dòng khi nạp khi đi qua phần
tử nóng của cảm biến sẽ lấy nhiệt từ nó. Cường độ dịng điện cấp cho phần

tử cảm biến để nó có nhiệt độ khơng đổi sẽ tỷ lệ với khối lượng khí nạp thổi
qua nó. Mạch đo của cảm biến sẽ xử lý cường độ dòng điện và tạo ra một
tín hiệu điện áp tương ứng. Trong cảm biến khối lượng khí nạp kiểu sợi đốt
phần tử cảm biến là một dây platin mỏng và còn được gọi là “sợi đốt”.
Trong cảm biến khối lượng khí nạp kiểu màng nóng, phần tử đo là một tấm
platin mỏng, còn gọi là “màng nóng”, được đặt cùng với các bơ phận khác
của cảm biến trong một vỏ gốm. Cảm biến khối lượng khí nạp kiểu màng
nóng cịn có khả năng nhận diện và tính tốn cả lượng khí “thổi ngược” qua

31


cảm biến Các HTPX kiểu M-Motronic hiện nay chỉ sử dụng cảm biến lưu
lượng khí nạp kiểu màng nóng.
+ Cảm biến áp suất khí trong đường ống nạp: Cảm biến áp suất khí
nạp được lắp trên đường nạp (Hình 2.4) và đo áp suất tuyệt đối trong đường
nạp. Dựa vào giá trị áp suất trong đường nạp, nhiệt độ khí nạp và tốc độ
động cơ sẽ tính tốn được khối lượng khí nạp vào trong xy lanh.
+ Cảm biến vị trí/góc mở bướm ga: Cảm biến vị trí bướm ga dùng để
xác định vị trí của bướm ga và tạo ra một tín hiệu ra dạng tương tự. Tín
hiệu này thường chỉ được sử dụng như là tín hiệu tải thứ cấp. Nó cung cấp
những thơng tin bổ sung cho chức năng động lực học, cho việc xác định
khoảng vận hành của động cơ (chế độ không tải, bướm ga mở nhỏ, bướm
ga mở lớn). Nó cũng là tín hiệu tải dự phịng khi tín hiệu tải chính bị lỗi.
Nếu cảm biến vị trí bướm ga được sử dụng là tín hiệu tải chính thì nó cần
có độ chính xác cao hơn (có thể sử dụng hai bộ đo điện thế và ổ đỡ của van
có chất lượng cao). Khối khơng khí nạp vào động cơ được tính tốn từ hai
yếu tố là độ mở của bướm ga và tốc độ động cơ. Sự thay đổi tỷ trọng khí
nạp theo nhiệt độ sẽ được xét đến thông qua việc đo nhiệt độ khí nạp.
* Hệ thống tuần hồn khí thải: Việc tuần hồn khí thải sẽ làm tăng

hàm lượng khí trơ trong lượng khí nạp mới đi vào trong xy lanh đơng cơ.
Hệ thống tuần hồn khí thải sẽ tạo đường nối giữa hệ thống thải với đường
nạp của động cơ. Sự thay đổi về độ mở của van tuần hồn khí thải (17) trên
Hình 2.4 sẽ điều khiển lượng khí thải được hút ngược trở lại xy lanh (tỷ lệ
khí thải tuần hồn). Việc tuần hồn khí thải sẽ làm giảm nhiệt độ cháy cực
đại và giảm hàm lượng NOx trong khí thải. Độ mở của van tuần hồn khí
xả được điều khiển trực tiếp bởi tín hiệu PWM (pulse-width modulation) từ
ECU, thông qua một cơ cấu chấp hành kiểu điện khí nén. Gần đây, van tuần
hồn khí xả cũng có thể được điều khiển trực tiếp bằng điện và có khả năng
hồi tiếp vị trí. Chính vì vậy, nó có khả năng kiểm sốt chính xác độ mở của

32


van. Mức độ tuần hồn khí xả cho phép chủ yếu phụ thuộc vào tình trạng
và điều kiện vận hành của động cơ (ví dụ như nhiệt dộ động cơ). Nếu mức
độ tuần hồn khí thải q lớn, q trình cháy xảy ra muộn, thâm chí động
cơ bị “mất lửa” và gây ra hiện tượng vận hành không ổn định của động cơ.
Những điều này cần được tính đến khi tính tốn mức độ tuần hồn khí thải
cho một loại động cơ riêng biệt
* Đường ống nạp thay đổi hình dạng: Đường nạp có khả năng thay
đổi hình dạng (8) trên Hình 2.4 có thể được sử dụng để tăng cường khả
năng tăng áp quán tính cho động cơ. Với việc sử dụng đường nạp có khả
năng thay đổi hình dạng sẽ tăng khả năng nạp đầy và do vậy sẽ cải thiện
đặc tính mơ men của động cơ. Hình dạng đường nạp được thay đổi bởi
ECU của động cơ, thơng qua tín hiệu điện hoặc bằng các cánh được điều
khiển bằng điện khí- nén, và phụ thuộc vào trạng thái vận hành của động cơ
(nhất là tốc độ và chế độ tải).
* Tăng áp bằng tua bin khí thải: Tăng áp bằng tua bin khí thải là
một biện pháp khác để tăng lượng môi chất nạp và cải thiện đặc tính mơ

men của động cơ. Bộ tua bin-máy nén được bố trí trên đường thải của động
cơ. Trong quá trình đi q máy nén, khí nạp bị sấy nóng. Do vậy, trong một
số trường hợp nó được làm mát trước khi đi vào động cơ. Áp suất khí tăng
áp được điều chỉnh theo trạng thái vận hành của động cơ. Tại chế độ tốc độ
cao và mô men xoắn yêu cầu lớn, lượng khí thải ra từ động cơ quá lớn (dẫn
đến áp suất khí tăng áp nạp vào xi lanh lớn) và có thể dẫn đến hiện tượng
quá tải cho động cơ nếu khơng có biện pháp xử lý phù hợp. Khi đó, một
phần khí thải sẽ khơng đi qua bộ tua bin mà đi qua van xả. Do vậy, sẽ giới
hạn tốc độ của tua bin cũng như áp suất khí tăng áp trong đường nạp. Độ
mở của van xả được kiểm soát bởi van kiểm soát áp suất khí tăng áp (điều
khiển bằng điện khí nén). Van kiểm sốt áp suất khí tăng áp được điều
khiển bởi ECU thơng qua tín hiệu kiểu PWM.

33


* Cơ cấu phối khí thơng minh (Variable valve timing): Cơ cấu phơi
khí thơng minh có thể thay đổi pha phối khí tùy theo chế độ vận hành của
động cơ nhằm mục đích tăng mơ men xoắn đầu ra và giảm lưọng khí thải
độc hại. Thơng qua việc thay đổi pha của trục cam nạp, sẽ làm thay đổi góc
trùng điệp và do vậy sẽ làm thay đổi tỷ lệ khí trơ trong hỗn hợp mơi chất
nạp vào xi lanh.
2.2.3. Các bộ phận của hệ thống nhiên liệu
* Bơm nhiên liệu: Bơm nhiên liệu sử dụng trong hệ thống MMotronic là dạng bơm điện (chi tiết 32 trên Hình 2.4). Bơm sẽ chuyển
nhiên liệu từ thùng chứa (29) qua đường ống (31), với áp suất nhiên liệu
được xác định bởi bộ điều chỉnh áp suất. Trong các hệ thống cũ, bơm nhiên
liệu được đặt ngoài thùng xăng trên đường truyền nhiên liệu. Với các
HTPX hiện nay, bơm được tích hợp bên trong thùng xăng,
* Bầu lọc nhiên liệu: Bầu lọc có nhiệm vụ lọc tạp chất, cặn bẩn ra
khỏi nhiên liệu, giúp bảo vệ các bộ phận của HTPX khỏi bị tắc/nghẽn và hư

hỏng. Bầu lọc nhiên liệu có thể lắp trên đường ống cấp hoặc bố trí trong
thùng nhiên liệu.
* Bộ điều chỉnh áp suất nhiên liệu: Bộ điều chỉnh áp suất giữ cho
áp suất nhiên liệu trong hệ thống ở mức xác định trước, thông qua việc xả
lượng nhiên liệu thừa về thùng chứa. Trong hệ thống phun có đường nhiên
liệu hồi, bộ điều chỉnh áp suất thường được lắp ở cuối dàn phân phối. Bộ
điều chỉnh áp suất sử dụng tín hiệu độ chân khơng trong đường nạp để đảm
bảo sự chênh lệch không đổi về áp suất giữa vòi phun và đường nạp. Trong
hệ thống phun khơng có đường nhiên liệu hồi, áp suất trong mạch phun
được giữ có mức chênh lệch khơng đổi so với áp suất mơi trường. Khi đó,
sự thay đổi về mức chênh lệch giữa áp suất nhiên liệu và áp suất trong
đường nạp sẽ được xét đến khi tính tốn thời gian phun. Với hệ thống kiểu

34


này, bộ điều chỉnh áp suất thường được tích hợp trong thùng chứa. Tùy
theo kiểu của HTPX có thể có thêm bộ dập dao động áp suất.
* Hệ thống kiểm soát lượng nhiên liệu bay hơi: Nhiệm vụ của hệ
thống này là đảm bảo hơi nhiên liệu không bị thất thốt ra mơi trường.
Lượng nhiên liệu bay hơi từ thùng chứa được hấp thụ bởi hộp chứa than
hoạt tính (1) trong hệ thống thu hồi hơi nhiên liệu. Hơi nhiên liệu chứa
trong hộp than hoạt tính được hút đường nạp qua van dừng (2) và sau đó
vào xy lanh. Quá trình hút hơi nhiên liệu này sẽ tái sinh khả năng hấp thụ
của hộp chứa than hoạt tính (1). ECU của động cơ sẽ điều khiển dịng khí
sạch qua van tái sinh (3) tuỳ thuộc vào tình trạng vận hành của động cơ.
* Dàn phân phối nhiên liệu: Nhiên liệu do bơm điện cung cấp sẽ
được dẫn vào dàn phân phối (9), từ đây nhiên liệu được phân phối đến các
vòi phun.
* Vòi phun xăng điện từ: vòi phun điện từ (10) được bố trí nhơ vào

trong đường nạp sao cho tia nhiên liệu phun trực tiếp vào diện tích phía
trước nó hoặc vào họng xu páp nạp. Tại đó nhiên liệu được hịa trộn với
khơng khí tạo hỗn hợp cháy. Mỗi vòi phun phụ trách việc cấp nhiên liệu
cho một xy lanh. Các vòi phun được điều khiển bởi ECU. Thời gian mở của
vòi phun sẽ xác định lượng nhiên liệu được cung cấp. Tuỳ thuộc vào kiểu
phun, các vịi phun có thể hoạt động đồng thời hoặc riêng biệt. Các HTPX
thế hệ mới chỉ sử dụng kiểu phun theo dãy hoặc phun cho mỗi xy lanh
riêng biệt. Nhiên liệu được phun vào mỗi xy lanh một các chính xác về
lượng phun và thời điểm phun. Tầng tín hiệu điều khiển ra (Output-Stage
module) sẽ cấp tín hiệu điều khiển vịi phun và nó được tích hợp trong
ECU.
2.2.4. Các bộ phận của hệ thống đánh lửa
* Cuộn dây đánh lửa: Cuộn dây đánh lửa là bộ phận dự trữ năng
lượng điện để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và tạo cao áp cao theo yêu cầu

35


(của hệ thống đánh lửa) nhằm tạo ra tia lửa giữa hai cực của bugi. Với sơ
đồ nguyên lý như trên Hình 2.4, cuộn dây đánh lửa (12) được gắn trực tiếp
vào bugi. Nói cách khác, đây là hệ thống đánh lửa gồm bộ chia cao áp tĩnh
và cuộn dây đánh lửa đơn. Nó có cuộn đánh lửa tách biệt để tạo cao áp cho
mỗi xi lanh. Hiện nay, hệ thống đánh lửa kép (dual-spark ignition coil)
cũng được sử dụng khá phổ biến (gồm 2 buji được cung cấp cao áp từ cùng
một cuộn đánh lửa). Hệ thống đánh lửa dùng một cuộn đánh lửa sẽ yêu cầu
một bộ quay cơ khí để phân phối cao áp đến các buji. Cấu hình này khơng
cịn được sử dụng trên các HTPX thế hệ mới.
* Bugi: Bugi của hệ thống đánh lửa có chức năng tạo tia lửa điện để
đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu trong xy lanh động cơ.
2.2.5. Các bộ phận của hệ thống kiểm sốt ơ nhiễm

* BXLKT kiểu xúc tác 3 đường: BXLKT kiểu xúc tác 3 đường (23)
trên Hình 2.4 biến đổi những chất độc hại trong khí thải như: Cacbon
monoxyt (CO), Hydrocacbon(HC) và ơ xít nitơ (NOx) thành hơi nước
(H2O), ni tơ phân tử (N2) và Cacborn dioxyt (CO2).
*Cảm biến lamda: Cảm biến lamđa (20) sẽ đo hàm lượng ơ xy dư
trong khí thải động cơ. Nó cung cấp thơng tin về thành phần hỗn hợp cháy
(mức độ đậm nhạt) đã nạp vào xy lanh trước đó. ECU của động cơ sẽ sử
dụng thơng tin từ cảm biến lamda để duy trì hỗn hợp hợp cháy có thành
phần trung hịa (hệ số dư lượng khơng khí λ=1). Với thành phần hỗn hợp
cháy như vậy sẽ tạo điều kiện thuận lợi nhất cho quá trình xử lý các chất ô
nhiễm của BXLKT. Trong HTPX kiểu M-Motronic, chỉ sử dụng cảm biến
lamda kiểu 2 điểm (two-point). Phụ thuộc vào cấu hình của hệ thống MMotronic, có thể dùng thêm cảm biến lam đa thứ 2 (33) lắp phía sau
BXLKT để giám sát hoạt động của BXLKT kiểu xúc tác 3 đường.
* Hệ thống phun khí thứ cấp: Hệ thống phun khí thứ cấp có nhiệm
vụ phun khơng khí vào trong đường thải, trong một giai đoạn ngắn sau khi

36


động cơ khởi động, để đốt cháy tiếp lượng HC chưa cháy trên đường thải.
Điều này không chỉ giảm hàm lượng HC mà cịn góp phần giảm thời gian
sấy nóng (thời gian “khởi động”) của BXLKT giúp nó nhanh chóng đạt đến
nhiệt độ vận hành. Lượng khí phun được cung cấp bởi Bơm cấp khơng khí
thứ cấp (4). Đường ống phun khí được đóng bởi van khí thứ cấp (5) khi
bơm (4) không hoạt động. Cả hai bộ phận này đều được điều khiển bởi
ECU của động cơ.
2.2.6. Các bộ phận của hệ thống tự chẩn đốn
Trên Hình 2.4, các bộ phận có chỉ số (1) được sử dụng cho hệ thống
tự chẩn đoán OBD (On-Board Diagnosis). Điều luật kiểm sốt ơ nhiễm của
bang California (Mỹ) đặt u cầu rất cao đối với khả năng tự chẩn đoán của

HTPX kiểu Motronic. Một số hệ thống liên quan đến kiểm soát ơ nhiễm chỉ
có thể tiếp cận chẩn đốn khi có sự trợ giúp của các bộ phận bổ sung.
2.2.7. Dữ liệu vận hành
Ngoài những cảm biến đã được đề cập ở trên, cịn có một loạt cảm
biến bổ sung và các bộ tạo giá trị mong muốn (desired-value generator) nhằm
thu thập dữ liệu vận hành của động cơ. Ví dụ như:
+ Cảm biến tốc độ động cơ, chi tiết 22 trên Hình 2.4, dùng để xác
định vị trí trục khuỷu và tính tốn tốc độ động cơ.
+ Cảm biến pha, chi tiết 13 trên Hình 2.4, dùng để định pha và xác
định vị trí trục cam
+ Cảm biến nhiệt độ động cơ, chi tiết 19 -Hình 2.4, và cảm biến nhiệt
độ khí nạp được dùng để tính tốn các hiệu chỉnh liên quan đến nhiệt độ.
+ Cảm biến kích nổ động cơ, chi tiết 18 -Hình 2.4, dùng để nhận diện
hiện tượng kích nổ trong động cơ.
2.2.8. Hệ thống phụ trợ
* Quạt làm mát: Tùy thuộc vào nhiệt độ của động cơ, ECU sẽ bật/tắt
quạt gió của hệ thống làm mát để hợp hỗ trợ việc làm mát và hạ thấp nhiệt

37