Nghiên cứu chế tạo thiết bị điều tra ECU của các xe ô tô đời mới.

Bộ giao thông vận tải
trờng cao đẳng giao thông vận tải






Báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ

nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm tra ecu
của các xe ô tô đời mới


Chủ nhiệm đề tài: ts . vũ ngọc khiêm

6876
14/4/2008

hà nội - 2008




1
Chơng 1: Tổng quan về hệ thống phun xăng điện tử
1.1. Giới thiệu về hệ thống phun xăng
1.1.1. Giảm tiêu hao nhiên liệu của động cơ
1.1.2. Tăng hiệu suất
1.1.3. Động cơ làm việc ở quá trình chuyển tiếp tốt hơn
1.1.4. Giảm độc hại khí thải
1.2. Phân loại hệ thống phun xăng
1.2.1. Phân loại theo số vòi phun đợc sử dụng
1.2.1.1. Hệ thống phun xăng một điểm (hệ thống phun xăng trung tâm)
1.2.1.2. Hệ thống phun xăng 2 điểm
1.2.1.3. Hệ thống phun xăng nhiều điểm
1.2.2. Phân loại theo nguyên lý đo lu lợng khí nạp
1.2.2.1. Hệ thống phun xăng với lu lợng kế
1.2.2.2. Hệ thống phun xăng với th. bị đo lu lợng kiểu áp suất-tốc độ
1.2.2.3. Hệ thống phun xăng với thiết bị đo lu lợng kiểu siêu âm
1.2.3. Phân loại theo nguyên tắc làm việc của hệ thống phun
1.2.3.1. Hệ thống phun xăng cơ khí
1.2.3.2. Hệ thống phun xăng điện tử
1.3. Nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng điện tử

1.3.1. Khối cảm biến
1.3.2. Khối điều khiển (ECU)
1.3.3. Khối chấp hành

Chơng 2: nghiên cứu đặc tính các tín hiệu và nguyên tắc điều
khiển của ECU
2.1. Kết cấu và hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử
2.1.1. Hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu
2.1.1.1. Bơm xăng
2.1.1.2. Bộ lọc xăng
2.1.1.3. Dàn phân phối xăng
2.1.1.4. Thiết bị điều chỉnh áp suất
2.1.1.5. Vòi phun điện từ
2.1.1.6. Bộ giảm dao động áp suất
2.1.2. Định lợng hỗn hợp nhiên liệu-khí
2.1.2.1. Xác định lu lợng khí nạp
2.1.2.2. Xác định tốc độ quay động cơ, vị trí trục khuỷu và pha làm việc
của các xilanh
2.1.2.3. Xác định lợng xăng phun vào động cơ
2.2. Đặc tính các tín hiệu đầu vào của ecu
2.2.1. Những nguyên lý cơ bản và các đặc trng đo lờng
2.2.2. Cảm biến áp suất đờng ống nạp (Manifold Absolute Pressure)MAP
2.2.3. Cảm biến tốc độ quay và cảm biến thời điểm
2.2.4. Cảm biến nhiệt độ động cơ và nhiệt độ khí nạp
2.2.5. Cảm biến vị trí bớm ga
2.2.6. Cảm biến Lambda



2

2.3. Quá trình xử lý tín hiệu của ecu và nguyên tắc điều khiển đầu ra của cơ cấu
chấp hành
2.3.1. Phân tích quá trình xử lý tín hiệu vào của ECU
2.3.1.1. Chuyển đổi tơng tự số (A/D)
2.3.1.2. Chuyển đổi xung số
2.3.1.3. Chuyển đổi từ tín hiệu on/off sang tín hiệu số.
2.3.2. Phân tích quá trình điều khiển ra của ECU
2.3.2.1. Điều khiển vòi phun
2.3.2.2. Điều khiển đánh lửa
2.3.2.3. Điều khiển van không tải

Chơng 3: nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị kiểm tra ECU
3.1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị kiểm tra ecu
3.1.1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị kiểm tra ECU
3.1.2. Lu đồ thuật toán điều khiển thiết bị kiểm tra ECU
3.2. Thiết kế mạch mô phỏng tín hiệu tơng tự
3.3. Thiết kế mạch mô phỏng tín hiệu dạng xung
3.4. Thiết kế mạch điều khiển cung cấp nguồn cho ecu
3.5. Thiết kế mạch đo độ rộng xung phun và xung đánh lửa
3.6. thiết kế mạch đo các dạng tín hiệu điều khiển van không tải và van điều hoà
3.7. thiết kế mạch chính nhận và điều khiển các mạch vào ra
3.10. thiết kế mạch in và lựa chọn các linh kiện lắp ráp

Chơng 4: Thử nghiệm thiết bị kiểm tra ECU
4.1. Hoạt động của hệ thống điều khiển xe ô tô Toyota Corolla
4.1.1. Phun xăng điện tử (Electronic Fuel Injection EFI)
4.1.2. Các cảm biến
4.1.3. Bộ điều khiển điện tử (Electronic Control Unit ECU)
4.1.4. Hệ thống chẩn đoán
4.1.5. Chẩn đoán và phát hiện lỗi của hệ thống

4.1.6. Phát hiện lỗi của hệ thống
4.2. Phơng pháp chẩn đoán lỗi của ecu và hệ thống nhờ thiết bị chẩn đoán
4.3. Chẩn đoán lỗi của ECU nhờ thiết bị kiểm tra ECU là kết quả nghiên cứu của đề tài
4.1.2 Đấu dây cơ cấu chấp hành
4.1.3 Đấu dây hệ thống chẩn đoán
4.2 Khởi động chơng trình
4.3 Thực hành tìm hiểu sự ảnh hởng của các thông số đầu vào tới các tín hiệu đầu ra





1
Mở đầu

Trong những năm gần đây, số lợng ô tô hiện đại sử dụng động cơ xăng
nhập vào nớc ta ngày càng nhiều. Các kiểu ô tô này đều đã đợc cải tiến theo
xu hớng tăng công suất, tốc độ, giảm tiêu thụ nhiên liệu, điện tử hoá quá
trình điều khiển và đặc biệt đã áp dụng mọi biện pháp, thành tựu khoa học để
giảm đến mức tối thiểu các chất độc hại nh cacbua hyđrô (CH), mono oxit
cacbon (CO), oxit nitơ (NO
X
), các hạt các bon tự do (C) trong thành phần
khí xả của động cơ. Nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin
và tự động hoá, hầu hết các hệ thống trên xe ô tô đều đợc điều khiển bằng kỹ
thuật số DME (Digital Motor Electronics). Tuỳ vào mức độ hiện đại của từng
đời xe mà hệ thống điều khiển ô tô có thể bao gồm các bộ điều khiển điện tử
Electronic Control Unit (ECU) nh: ABS ECU (Anti Locking System): hệ
thống chống hãm cứng khi phanh; ECT ECU: điều khiển truyền lực; EMS
ECU: điều khiển hệ thống treo; TRC ECU: điều khiển đặc tính kéo; PS ECU:

điều khiển hệ thống lái có trợ lực; A/C ECU: điều khiển điều hòa; ENGINE
ECU: điều khiển động cơ Đối với bộ điều khiển động cơ, tuỳ thuộc vào các
nhà sản suất mà có thể có tên nh ECU (Engine Control Unit), ECM (Engine
Control Module) PCM, Fuel Computer ECTTrong khuôn khổ của đề tài
này, chúng ta nghiên cứu tiến hành nghiên cứu bộ điều khiển động cơ, dới
đây gọi tên là ECU.
Nh đã đề cập ở trên, ngày nay hầu hết các xe ô tô hiện đại sử dụng
động cơ xăng trên thế giới và trong nớc đều sử dụng hệ thống nhiên liệu
phun xăng điện tử. Đây là hệ thống có nhiều u điểm so với hệ thống nhiên
liệu sử dụng chế hoà khí (carburator) về tính kinh tế và tính hiệu quả. Đồng
thời khi sử dụng hệ thống này có thể giảm tối đa lợng khí thải độc hại của
động cơ xả ra môi trờng. Tâm điểm của hệ thống phun xăng điện tử là ECU.

2
Đây là một bộ vi xử lý điều khiển số. Bộ vi xử lý này thu nhận các thông tin
về tình trạng làm việc của động cơ thông qua các cảm biến nh cảm biến tốc
độ động cơ, cảm biến vị trí bớm ga, cảm biến lu lợng không khí, cảm biến
nhiệt độ động cơ sau đó xử lý và điều khiển mọi quá trình làm việc của động
cơ. Trong quá trình hoạt động của động cơ, do tác động của môi trờng, sự già
hoá linh kiện nên sau một khoảng thời gian, hoạt động của các cảm biến,
ECU và các cơ cấu chấp hành bị sai lệch. Điều này ảnh hởng đến chất lợng
làm việc của động cơ. Để phát hiện lỗi hay các h hỏng của hệ thống, trên các
ô tô đều đợc trang bị hệ thống tự động chẩn đoán bằng đèn CHECK. Theo đó
các h hỏng đều đợc tự động báo lỗi khi động cơ làm việc thông qua tín hiệu
bằng đèn. Hệ thống tự động chẩn đoán này có hạn chế là do ngời thợ chỉ
nhận biết đợc lỗi thông qua việc đếm số lần chớp của đèn, nên việc nhận biết
và phân biệt các lỗi khác nhau theo số lần chớp khác nhau là tơng đối khó
khăn. Đồng thời sau khi nhận biết đợc số lần chớp của mỗi lỗi phải tiến hành
tra bảng để xác định h hỏng của hệ thống. Mặt khác hệ thống này chỉ có thể
kiểm tra đợc ECU đã đợc kết nối đầy đủ trên xe mà không kiểm tra đợc

các ECU rời.
Để thuận tiện hơn cho việc chẩn đoán tình trạng làm việc của ECU
cũng nh toàn bộ hệ thống điều khiển xe ôtô trên thế giới đã có rất nhiều hãng
sản xuất thiết bị chẩn đoán nh Autodianogistic T660, Automotive Dino
nhằm mục đích giúp ngời thợ nhanh chóng phát hiện và khắc phục kịp thời
các h hỏng của hệ thống. Các thiết bị này còn cho phép dịch mã lỗi dới
dạng chữ viết hoặc vẽ đồ thị của một số thông số cơ bản nh thời gian phun
xăng, góc đánh lửa sớm ở Việt Nam loại thiết bị này rất ít đợc sử dụng do
giá thành khá cao. Mặt khác các thiết bị kể trên cũng chỉ có thể kiểm tra đ
ợc
các ECU đang lắp trên xe ô tô. Những ECU rời bên ngoài không kiểm tra
đợc gây khó khăn cho việc đánh giá chất lợng các ECU mới và các ECU
cần thay thế trong sửa chữa.

3
Trớc thực trạng đó, nhóm nghiên cứu mạnh dạn đăng ký đề tài nghiên
cứu chế tạo thiết bị kiểm tra ECU cho phép kiểm tra các ECU rời và ECU gắn
trên xe, giúp cho thợ sửa chữa động cơ ôtô có những kết luận chính xác và
thuyết phục.
Do thời gian và khả năng có hạn, cùng những sự hạn chế về mặt thiết bị
công nghệ tại Việt nam, chắc chắn đề tài còn có những hạn chế nhất định.
Nhóm tác giả mong muốn nhận đợc sự góp ý phê bình của bạn đọc gần xa.
Mọi ý kiến xin gửi về Phòng Khoa học Công nghệ và Đối ngoại, Trờng Cao
đẳng GTVT, 54 Triều Khúc, Thanh Xuân, Hà Nội.
Hà Nội, tháng 02 năm 2006




4

Chơng 1

Tổng quan về hệ thống phun xăng điện tử

1.1. giới thiệu về hệ thống phun xăng

Ngày nay xe ôtô hiện đại sử dụng động cơ xăng đều đợc cải tiến theo
xu hớng tăng công suất, tốc độ, giảm suất tiêu hao nhiên liệu, điện tử hoá các
quá trình điều khiển và đặc biệt đã đợc áp dụng mọi biện pháp, thành tựu
khoa học để giảm đến mức tối thiểu các chất độc hại nh CH, CO, NO
X

trong thành phần khí xả của động cơ. Để cải thiện quá trình cháy nhằm đạt
hiệu quả cao và chống ô nhiễm môi tròng, hệ thống nhiên liệu và hệ thống
điện của động cơ xăng hiện đại đã đợc thay đổi và phức tạp hơn trớc đây rất
nhiều. Việc ứng dụng kỹ thuật phun xăng cho phép khắc phục những nhợc
điểm của bộ chế hoà khí cổ điển. Ưu điểm của hệ thống phun xăng là:
1.1.1. Giảm tiêu hao nhiên liệu của động cơ
- Các hệ thống phun xăng cho phép định lợng nhiên liệu rất chính xác,
phù hợp với mọi điều kiện làm việc của động cơ bao gồm môi trờng nhiệt độ,
áp suất không khí, tình trạng kỹ thuật và các yêu cầu về mức độ độc hại của
khí xả
- Việc phun xăng vào gần xu pap nạp cho phép phân bố tốt hỗn hợp cho
từng xi lanh và tránh đợc hiện tợng hơi xăng ngng đọng trên đờng nạp và
tình trạng hỗn hợp không đồng nhất, không đều ở các xilanh. Thậm chí có một
số hệ thống phun xăng điện tử còn cho phép điều chỉnh lợng nhiên liệu cung
cấp của từng vòi phun có tính đến trạng thái hao mòn của từng xilanh riêng
biệt (Pireburg Ecoject M).
Kết quả thử nghiệm cho thấy [3] với cùng một xe ôtô trong cùng một
điều kiện vận hành, hệ thống phun xăng cho phép tiết kiệm tới 11% nhiên liệu

so với bộ chế hoà khí cổ điển.



5
1.1.2. Tăng hiệu suất
- Đối với động cơ phun xăng, sức cản khí động trên đờng nạp đợc
giảm bớt do bỏ bộ chế hoà khí. Kết cấu đờng nạp có thể đợc tối u hoá để
nạp đầy tối đa động cơ trong mọi chế độ vận hành.
- Bộ điều khiển điện tử trung tâm của một số hệ thống phun xăng còn
chỉ huy đồng thời cả hệ thống đánh lửa, nhờ đó cho phép tối u hoá cả hai quá
trình phun xăng và đánh lửa để tăng hiệu suất của động cơ.
- Việc dùng hệ thống phun xăng sẽ tạo thuận lợi hơn cho việc tăng áp
đối với động cơ.
1.1.3. Động cơ làm việc ở quá trình chuyển tiếp tốt hơn
- Động cơ làm việc ở quá trình chuyển tiếp tốt hơn do các quá trình điều
khiển bằng điện tử có quán tính rất nhỏ.
- Tính tăng tốc tốt, rút ngắn và tối u hoá các quá trình khởi động và
sấy nóng động cơ, cải thiện đợc sự làm việc ổn định của động cơ ở chế độ
không tả
1.1.4. Giảm độc hại khí thải
- Do xăng đợc phun dới dạng sơng mù với đờng kính hạt chỉ vài
trăm àm nên hỗn hợp đợc chuẩn bị tốt hơn và cháy tốt hơn.
- Việc sử dụng cảm biến Lamda và bộ xúc tác khí thải cho phép đạt
đợc hỗn hợp chuẩn ở các chế độ làm việc của động cơ và giảm mức thải độc
hại của khí xả.
1.2. phân loại hệ thống phun xăng
Để phân loại hệ thống phun xăng ngời ta có thể dựa vào một số tiêu
chí nh: phân loại theo số vòi phun đợc sử dụng trong hệ thống, phân loại
theo nguyên tắc làm việc của hệ thống phun, và phân loại theo nguyên tắc đo

lu lợng khí nạp:
1.2.1. Phân loại theo số vòi phun đợc sử dụng



6
1.2.1.1. Hệ thống phun xăng một điểm (hệ thống phun xăng trung tâm)
Việc chuẩn bị hỗn hợp đợc thực hiện ở một vị trí tơng tự nh trờng
hợp bộ chế hoà khí, sử dụng một vòi phun duy nhất. Xăng đợc phun vào
đờng nạp, phía trên bớm ga. Hỗn hợp đợc tạo thành trên đờng nạp.
1.2.1.2. Hệ thống phun xăng 2 điểm
Thực chất đây là một dạng hệ thống phun xăng một điểm có đợc sử
dụng thêm một vòi phun xăng thứ hai đặt phía dới bớm ga để cải thiện chất
lợng quá trình tạo hỗn hợp.
1.2.1.3. Hệ thống phun xăng nhiều điểm
Mỗi xilanh động cơ đợc cung cấp nhiên liệu bởi một vòi phun riêng
biệt. Xăng đợc phun vào đờng ống nạp ở vị trí gần xupap nạp.
1.2.2. Phân loại theo nguyên lý đo lu lợng khí nạp
Đối với hệ thống phun xăng lu lợng không khí thực tế nạp vào xilanh
là một trong những thông số quan trọng nhất cần đợc đo liên tục để xác định
lợng nhiên liệu tối u cần cung cấp cho động cơ (Trong khi đó đối với động
cơ sử dụng bộ chế hoà khí cổ điển, lợng xăng đợc cung cấp thông qua các
giclơ tuỳ theo sự chênh lệch áp suất trong đờng nạp. Việc định lợng nh thế
là không hoàn hảo so với hệ thống phun xăng).
1.2.2.1. Hệ thống phun xăng với lu lợng kế
Xác định lu lợng không khí bằng các đo trực tiếp theo phơng pháp
thể tích hoặc khối lợng lợng không khí l
u thông trên đờng nạp. Thông tin
về lu lợng không khí đợc cung cấp cho bộ điều khiển trung tâm dới dạng
tín hiệu điện.

1.2.2.2. Hệ thống phun xăng với thiết bị đo lu lợng kiểu áp suất-tốc độ
Lợng không khí nạp đợc xác định thông qua áp suất tuyệt đối trong
ống nạp và chế độ tốc độ động cơ. Các đầu đo áp suất đợc sử dụng thờng là
cảm biến áp suất kiểu áp điện - điện trở.



7
1.2.2.3. Hệ thống phun xăng với thiết bị đo lu lợng kiểu siêu âm
Một cơ cấu đặc biệt đợc lắp trên đờng nạp nhằm tạo ra các chuyển
động xoáy lốc của không khí ở một ví trí xác định. Số lợng các vòng xoáy
lốc sẽ tỉ lệ với lợng thể tích. Một nguồn sóng siêu âm đặt trên thành ống nạp,
phát sóng có tần số xác định theo hớng vuông góc với dòng chảy không khí.
Tốc độ lan truyền của sóng siêu âm xuyên qua dòng khí phụ thuộc vào lợng
khí chuyển động xoáy. Một thiết bị nhận sóng siêu âm sẽ đo tốc độ này và gửi
tín hiệu điện đến bộ điều khiển trung tâm.
1.2.3. Phân loại theo nguyên tắc làm việc của hệ thống phun
Có hai loại: hệ thống phun xăng cơ khí và hệ thống phun xăng điện tử.
1.2.3.1. Hệ thống phun xăng cơ khí
Trong hệ thống loại này việc dẫn động, điều khiển, điều chỉnh định
lợng hỗn hợp đợc thực hiện theo một số nguyên lý cơ bản nh động học,
động lực học, cơ học chất lỏng, nhiệt động lực học có hai loại hệ thống
phun xăng cơ khí là loại đợc dẫn động bởi động cơ đốt trong, bao gồm một
bơm xăng và một bộ phận định lợng nhiên liệu hoạt động nh hệ thống phun
nhiên liệu của động cơ diesel, loại thứ hai hoạt động độc lập, không có dẫn
động cơ khí từ động cơ.
1.2.3.2. Hệ thống phun xăng điện tử
Đối với hệ thống phun xăng điện tử, bộ điều khiển trung tâm sẽ xử lý
hàng loạt các thông tin nhận đợc từ các cảm biến cung cấp tới dới dạng tín
hiệu điện phản ánh các thông số công tác của động cơ. Sau khi xử lý các

thông tin này, bộ điều khiển trung tâm sẽ xác định lợng xăng cần cung cấp
cho động cơ theo một chơng trình đã đợc lập trình sẵn và chỉ huy hoạt động
của các vòi phun xăng.
1.3. nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng điện
tử



8
Qa
N
n (pc)
Tm
Ta
Lu lợng kế
Cảm biến
Công tắc
Nhiệt kế
Nhiệt kế
Ub
Sc
Bọ xử lý và điều khiển trung tâm
Vòi phun
Đến động cơ
Thông số
Cảm biến Chấp hành Nhiên liệu
Bình chứa
Bơm điện
Lọc xăng
Điều chỉnh

Cảm biến
Thông số chuẩn
(Cartographie)
Điều khiển
đánh lửa
Lambda
tốc độ
bớm ga
áp suất

Hình 1.1. Nguyên lý của HTPX điện tử
Trên hình vẽ giới thiệu sơ đồ nguyên lý của hệ thống phun xăng điện tử
Bosh Motronic, là một trong những hệ thống hiện đại hiện nay. Hệ thống này
là một hệ thống điếu khiển tích hợp cả hai quá trình phun xăng và đánh lửa
của động cơ. Hệ thống bao gồm 3 khối thiết bị:



9
1.3.1. Khối cảm biến
Các cảm biến có nhiệm vụ ghi nhận các thông số hoạt động của động
cơ (lu lợng khí nạp, tốc độ động cơ, nhiệt độ, tải trọng, nồng độ ô xi trong
khí thải).
1.3.2. Khối điều khiển (ECU)
Bộ xử lý và điều khiển trung tâm tiếp nhận và xử lý các thông tin do
các cảm biến cung cấp. Tính hiệu đa đến từ các cảm biến sẽ đợc chuyển đổi
thành tín hiệu số, rồi đợc xử lý theo một chơng trình vạch sẵn. Những số
liệu cần thiết cho việc tính toán đã đợc ghi nhớ sẵn trong một bộ nhớ của
máy tính dới dạng các bộ thông số vận hành hay đặc tính chuẩn. Bộ điều
khiển trung tâm bao gồm các cơ cấu sau:

+ Bộ vi xử lý (CPU Central Processor Unit)
+ Bộ nhớ ROM (Read Only Memory) và bộ nhớ RAM (Random
Access Memory) có nhiệm vụ lu trữ chơng trình tính toán và các số liệu.
+ Mạch vào / ra (I/O Input/Output): chuẩn hoá tín hiệu vào, lọc,
khuyếch đại tín hiệu ra
+ Bộ chuyển đổi tín hiệu từ dạng tơng tự Analog (cơ, điện, từ, quang)
sang tín hiệu số (Digital).
+ Tầng khuyếch đại công suất cho mạch phun xăng: dòng điện cung
cấp để kích thích cho vòi phun xăng đòi hỏi khá lớn (có thể hơn 7A), nên tầng
khuyếch đại này đợc thiết kế riêng để đảm bảo sự hoạt động tin cậy của các
vòi phun.
+ Tầng công suất đánh lửa (có thể có hoặc không tuỳ thuộc vào từng
loại hệ thống phun xăng).
+ Bộ nguồn nuôi.
1.3.3. Khối chấp hành
Các tín hiệu ra (tín hiệu điều khiển) của bộ điều khiển trung tâm đợc
khuyếch đại và đa vào khối chấp hành. Bộ phận này có nhiệm vụ phát các



10
xung điện chỉ huy việc phun xăng và đánh lửa, cũng nh chỉ huy một số cơ
cấu và thiết bị khác (luân hồi khí xả, điều khiển các mạch nhiên liệu và mạch
khí)
Tuỳ thuộc vào kiểu và mức độ hoàn thiện mà hệ thống phun xăng điện
tử đợc thiết kế để thực hiện một số chức năng cụ thể nh:
- Chỉ huy đồng bộ quá trình đánh lửa bán dẫn hoặc điện tử.
- Chống kích nổ tự thích ứng: Dựa trên các thông tin do cảm biến kích
nổ cung cấp, bộ điều khiển trung tâm sẽ hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm và áp
suất khí nạp (ở động cơ tăng áp) theo một chơng trình đã vạch sẵn để đảm

bảo cho động cơ luôn làm việc ở giới hạn không xảy ra kích nổ.
- Điều chỉnh Lambda: là điều chỉnh hệ số d lợng không khí thông
qua cảm biến ôxi đặt trên đờng thải để luôn có hỗn hợp chuẩn ( = 1).
- Điều khiển thiết bị thu hồi hơi xăng: Bình xăng chỉ đợc thông với khí
quyển thông qua một bộ hấp thụ hơi xăng dùng than hoạt tính. Hơi xăng sẽ
đợc tự động đa trở lại đờng nạp ở những điều kiện xác định.
- Luân hồi khí thải: Vì NO
x
đợc tạo ra chủ yếu trong nhiệt độ từ
khoảng 1800
0
C - 2000
0
C, nên việc giảm nhiệt độ cháy cực đại sẽ góp phần
hạn chế lợng khí độc hại này. Trong trờng hợp hàm lợng NO
x
trong khí
thải vựot quá mức qui định, thiết bị luân hồi cho phép đa một lợng khí thải
từ đờng thải trở về đờng nạp làm giảm lợng ôxi trong khí nạp dẫn đến hạ
nhiệt độ cháy.
- Điều chỉnh tự thích ứng: Một số hệ thống phun xăng điện tử có khả
năng tự động hiệu chỉnh các cảm biến, hoặc có tính đến phơng án làm việc
sự cố. Ví dụ trong trờng hợp một trong các cảm biến bị hỏng, bộ điều khiển
trung tâm sẽ làm việc dựa theo các thông tin nhận đợc từ các cảm biến còn
lại hoặc sẽ tự thay thế thông tin thiếu hay sai lạc do cảm biến h hỏng bằng
một giá trị khác đợc lập trình từ trớc.



11

- Điều khiển động cơ hoạt động trong các chế độ vận hành không ổn
định nh khởi động, chạy ấm máy, tăng tốc hoặc giảm tốc
+ Khi khởi động: Hệ thống phun xăng làm việc ở ché độ không đồng
bộ. Vòi phun phun liên tục cho đến khi động cơ hoạt động. Để tránh hiện
tợng sặc xăng trong trờng hợp khởi động quá lâu mà động cơ không nổ, vòi
phun sẽ tự động ngừng cung cấp xăng sau một thời gian nhất định.
+ Quá trình sấy nóng: số vòng quay không tải khi động cơ chạy ấm
máy sẽ đợc tự động tăng lên. Góc đánh lửa sớm cũng đợc điều chỉnh thích
hợp và lợng xăng phun ra sẽ biến đổi liên tục tuỳ theo nhiệt độ động cơ hoặc
nhiệt độ nớc làm mát.
+ Giảm ga đột ngột: hệ thống điều klhiển trung tâm sẽ ngắt quá trình
phun xăng nếu ở thời điểm giảm ga đột ngột số vòng quay và nhiệt độ động cơ
lớn hơn một ngỡng định trớc, nhằm giảm tiêu hao, hạn chế độc hại và tránh
làm tăng nhiệt độ của bình xúc tác khí thải Chơng trình tính toán của bộ
điều khiển trung tâm sẽ thiết lập lại quá trình phun vào thời điểm thích hợp,
bảo đảm sự chuyển tiếp êm dịu giữa các chế độ làm việc của động cơ.
+ Tăng tốc: xăng sẽ đợc phun bổ sung để đáp ứng nhu cầu tăng nhanh
số vòng quay.
+ Hạn chế tốc độ tối đa: hệ thống phun xăng tự động ngừng cung cấp
nhiên liệu nếu số vòng quay động cơ vợt quá giới hạn tốc độ qui định.
+ Hiệu chỉnh toàn tải: làm đậm hỗn hợp qua việc phun bổ sung nhiên
liệu để đạt công suất tối đa.
- Điều chỉnh chạy chậm không tải: tự động điều chỉnh lợng hỗn hợp
nạp vào xilanh để giữ ổn định số vòng quay không tải, không bị ảnh hởng bởi
mức độ hao mòn và nhiệt độ động cơ, cungc nh việc có tải trọng phụ khi xe
đỗ (đèn, điều hào nhiệt độ, radio).
- Hiệu chỉnh độ cao để tính đến sự giảm lu lợng khí nạp do áp suất
khí quyển giảm.

12
- Thiết bị chống khởi động mã hoá, đối thoại với hộp số tự động, liên
lạc với máy tính của xe, chẩn đoán và thông báo sự cố.

Chơng 2

nghiên cứu đặc tính các tín hiệu
và nguyên tắc điều khiển của ECU

Để thiết kế chế tạo đợc thiết bị kiểm tra ECU ta phải hiểu đợc nguyên
lý làm việc của toàn bộ hệ thống, đặc tính các tín hiệu đầu vào, quá trình xử lý
tín hiệu và nguyên tắc điều khiển đầu ra của ECU. Trên cơ sở đó xây dựng
nguyên lý làm việc của thiết bị kiểm tra ECU và các mạch điện của thiết bị.
2.1. kết cấu và hoạt động của hệ thống phun xăng
điện tử
Trong phần này chúng ta đề cập tới cấu tạo và hoạt động của một hệ
thống phun xăng điện tử nhiều điểm điển hình. Đây là một hệ thống phun
xăng điện tử hiện đại điều khiển cả hai quá trình phun xăng và đánh lửa của
động cơ.
2.1.1. Hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu
Sơ đồ hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu đợc trình bày trên
hình 2.1.
2.1.1.1. Bơm xăng
Bơm xăng có nhiệm vụ cung cấp xăng cho vòi phun với lu lợng và áp
suất qui định. Bơm đợc dùng thờng là bơm điện kiểu phiến gạt. Bơm đợc
ECU điều khiển khởi động hay ngắt bơm một cách thích hợp thông qua một rơ
- le bơm. Bơm chỉ hoạt động khi động cơ khởi động và làm việc. Vì lý do an
toàn, bơm sẽ ngừng hoạt động khi động cơ dừng, ngay cả khi khoá điện vẫn ở
vị trí mở.

13

Hình 2.1. Sơ đồ mạch cung cấp nhiên liệu
1. Bình xăng; 2. bơm xăng điện; 3. lọc xăng; 4. dàn phân phối xăng;
5. bộ điều chỉnh áp suất; 6. bộ giảm dao động áp suất; 7. đờng
xăng hồi; 8. vòi phun; 9. vòi phun khởi động lạnh

2.1.1.2. Bộ lọc xăng
Bộ lọc xăng có nhiệm vụ bảo vệ các chi tiết của hệ thống nhiên liệu,
đặc biệt là vòi phun khỏi các tạp chất chứa trong xăng.
2.1.1.3. Dàn phân phối xăng
Dàn phân phối xăng có nhiệm vụ phân phối đồng đều nhiên liệu cho tất
cả các vòi phun. Dàn phân phối có thể tích lớn hơn nhiều so với lợng cung
cấp cho chu trình, dàn phân phối xăng có chức năng hạn chế dao động áp suất
nhiên liệu trong mạch cung cấp nhiên liệu. Ngoài ra bộ phận này còn tạo điều
kiện dễ dàng cho việc lắp đặt các vòi phun xăng.
2.1.1.4. Thiết bị điều chỉnh áp suất
Thiết bị điều chỉnh áp suất có nhiệm vụ có nhiệm vụ duy trì ổn định độ
chênh áp (từ 2,5-3 bar) giữa áp suất xăng cung cấp cho vòi phun và áp suất



14
trên đờng nạp. Nhờ vậy lợng xăng cung cấp bởi vòi phun điện từ chỉ phụ
thuộc vào thời giam mở của kim phun, cho phép đơn giản hoá quá trình tính
toán lợng cung cấp chu trình do ECU điều khiển.

2.1.1.5. Vòi phun điện từ (Hình 2.2)
Vòi phun điện từ có nhiệm vụ phun xăng vào đờng nạp ở khu vực gần
xupap nạp một lợng xăng nhất định, vào thời điểm nhất định.

Hình 2.2. Vòi phun xăng kiểu điện từ
1. lọc xăng; 2. đầu nối điện; 3. cuộn dây kích từ; 4. lõi từ tính; 5.
kim phun; 6. đầu kim phun; 7. dàn phân phối xăng; 8. chụp bảo
vệ; 9. doăng trên; 10. doăng dới.

Khi cha có dòng điện chạy qua cuộn dây của nam châm điện 3, lò xo
ép kim phun 5 xuống đế. Lúc này vòi phun ở trạng thái đóng kín. Khi có dòng
điện kích thích, nam châm điện sẽ hút lõi từ 4 và kim phun đợc nâng lên
khoảng 0,1 mm. Nhiên liệu sẽ đợc phun ra qua một tiết diện hình vành
khuyên có kích thớc hoàn toàn xác định. Quán tính của vòi phun (thời gian
mở và đóng) vào khoảng từ 1-1,5 ms. Tuỳ thuộc vào thiết bị, vòi phun có thể
đợc mắc nối tiếp với một điện trở phụ. Để giảm quán tính đóng, mở xung



15
điện kích thích vòi phun có thể có cờng độ ban đầu khá lớn ( 7,5A). Khi
kim phunđợc nâng lên thì dòng điện giảm xuống đáng kể ( 3A).
Các vòi phun thờng đợc mắc song song thành một dàn (động cơ 4 xi
lanh) hoặc 2 dàn (động cơ chữ V 6-8 xi lanh). Quá trình phun có thể đợc tiến
hành theo 2 phơng án sau:
- Phun xăng đồng thời: các vòi phun hoạt động đồng thời ở cùng một
thời điểm. Số lần phun sau mỗi chu trình làm việc của động cơ có thể là 1 (cứ
hai vòng quay trục khuỷu phun một lần) hoặc hai (cứ mỗi vòng quay trục
khuỷu phun một lần).
- Phun xăng đồng bộ theo pha làm việc của các xi lanh: mỗi vòi phun

chỉ phun một lần sau mỗi chu trình. Thời điểm phun đợc xác định theo pha
làm việc của các xi lanh tơng ứng. Trong trờng hợp này, hệ thống phun
xăng phải đợc trang bị thêm một cảm biến để xác định pha làm việc của các
xi lanh, thờng có liên quan đến trục cam hoặc bộ phân phối đánh lửa. Việc
xử lý thông tin và xác định thời điểm phun sẽ trở nên phức tạp hơn. Bù lại quá
trình phun xăng sẽ hoàn thiện hơn, có thể cho phép hiệu chỉnh lợng xăng
phun từng xi lanh riêng biệt. Cần chú ý rằng việc đấu mạch điện của các vòi
phun phải theo thứ tự làm việc, giống nh đối với bugi.
Hỗn hợp nhiên liệu khí đợc hình thành ở khu vực trớc xu pap nạp
và bên trong xilanh, nhờ các chuyển động rối đợc tạo ra khi không khí đợc
hút vào xilanh qua xupap nạp.
2.1.1.6. Bộ giảm dao động áp suất
Thiết bị này có nhiệm vụ hạn chế các xung động và sự lan truyền sóng
áp suất trong mạch nhiên liệu. Các xung động này gây ra do sự đóng mở của
các vòi phun xăng và van hồi xăng trong thiết bị điều chỉnh áp suất. Bộ giảm
dao động áp suất đợc lắp trên đờng hồi xăng, giữa thiết bị điều chỉnh áp
suất và bình chứa xăng.
2.1.2. Định lợng hỗn hợp nhiên liệu-khí



16
Đối với động cơ xăng, việc xác định chính xác lợng nạp chu trình là
yếu tố rất quan trọng để tính toán lợng xăng cần cung cấp. Để làm việc đó
cần phải xác định hai thông số là lu lợng không khí và tốc độ của động cơ.
2.1.2.1. Xác định lu lợng khí nạp (Hình 2.3)

Hình 2.3. Mạch không khí và lu lợng kế
1. bớm ga; 2. lu lợng kế; 3. tín hiệu nhiệt độ khí; 4. bộ điều khiển
trung tâm; 5. tín hiệu lu lợng khí; 6. bộ lọc khí; Q

L
. lợng khí nạp;

.
góc quay của cửa đo lu lợng
Việc xác định lu lợng không khí nạp đợc thực hiện bởi lu lợng kế
khí nạp, thờng có các loại lu lợng kế khí nạp nh sau:
- Lu lợng kế khí nạp thể tích (Hình 2.4)

Hình 2.4. Lu lợng kế
1. Vít điều chỉnh nồng độ hỗn hợp chạy không tải; 2. kênh nối (by pass); 3. cửa đo
lu lợng; 4. cửa bù trừ; 5. thể tích giảm dao động



17
Chuyển động của dòng không khí đi qua lu lợng kế sẽ tác dụng một
lực tỉ lệ với lu lợng không khí lên cửa đo 3 làm cửa này quay đi một góc
cho đến khi cân bằng với lực lò xo xoắn lắp trên trục quay. Kết cấu của thiết
bị đo tạo ra một quan hệ dạng lôgarit giữa góc quay của cửa đo và thể tích
không khí, nhằm mục đích đạt đợc độ nhạy cao cả khi lu lợng nhỏ. Trong
thực tế, do quá trình nạp của động cơ không liên tục nên tồn tại các sóng áp
suất trong đờng nạp. Cửa bù trừ 4 có tác dụng ổn định vị trí góc của thiết bị
đo, vì các sóng áp suất sẽ tác dụng đồng đều lên cả hai cửa và lực tác dụng sẽ
bù trừ lẫn nhau, không làm ảnh hởng đến phép đo. thể tích 5 phía sau cửa bù
trừ 4 cũng có tác dụng giảm chấn, giữ ổn định vị trí góc trớc các xung
động áp suất.
Khi lu lợng nhỏ, cửa đo gần nh đóng kín. Vít điều chỉnh 1 cho phép
một lợng nhỏ không khí đi vào động cơ không qua cửa đo nhằm mục đích
điều chỉnh hỗn hợp chạy không tải của động cơ.

- Lu lợng kế khí nạp khối lợng kiểu dây đốt (Hình 2.5):

Hình 2.5. Sơ đồ lắp đặt dây đo lu lợng kế kiểu dây đốt
1. thành ống nạp; 2. dây đo platin
Phơng pháp đo lu lợng thể tích gặp phải một số nhợc điểm nh: có
sai số khi áp suất khí trời thay đổi hoặc xe hoạt động ở các độ cao khác nhau;
nhậy cảm với rung động và sóng áp suất trên đờng nạp; sự mài mòn và ổn



18
định của đo Lu lợng kế khối lợng kiểu dây đốtkhắc phục đợc những
hạn chế đó. Thiết bị này hoạt động theo nguyên lý nhiệt độ không đổi.
Phần tử đo là một dây platin có đờng kính 70 àm, đợc căng bên trong
đoạn ống đo lắp phía sau bộ lọc khí. Thành ống bên trong còn đợc lắp các
điện trở đo và cảm biến nhiệt độ. Hai đầu ống đo có lới bảo vệ. Các linh kiện
điện tử của thiết bịđợc lắp trong một hộp nhỏ gắn bên ngoài ống đo. Hình 2.6
là sơ đồ mạch đo dùng cầu điện trở:

Hình 2.6. Sơ đồ mạch đo dùng cầu điện trở
R
H
- dây đốt; R
K
- điện trở bù nhiệt; R
1
, R
2
, R
3

- điện trở; U
M
- điện thế của tín hiệu đo lu
lợng khí; J
H
- dòng điện đốt nóng; m- lu lợng không khí; t
L
-nhiệt độ không khí

Dây đốt có diện trở R
H
là một phần của cầu đo. Cầu đợc giữ cân bằng
thông qua một mạch đốt nóng dây nhằm duy trì không đổi nhiệt độ (tức là
điện trở) của dây. Khi có lu lợng không khí, dây đo sẽ làm nguội bởi dòng
khí, nhiệt độ và điện trở sẽ giảm dẫn đến sự mất thăng bằng trong cầu điện trở.
Khi đó mạch điều chỉnh sẽ tự động thay đổi cờng độ dòng điện đốt nóng dây
để thiết lập lại sự cân bằng ban đầu. Nh vậy có quan hệ tỉ lệ giữa cờng độ
dòng điện đốt nóng dây đo và lu lợng không khí.
Quá trình điều chỉnh này đợc thực hiện khá nhanh (vài ms) do dây đo
có kích thớc rất nhỏ. Vì điều này mà lu lợng kế loại này có u điểm quan
trọng: các xung động áp suất trên đờng nạp, nhất là ở chế độ toàn tải, có tần



19
số lớn hơn thời gian dáp ứng của cầu đo và không gây ảnh hởng đến phép đo
lu lợng. Nhờ đó, lu lợng kế này làm việc khá ổn định.
- Lu lợng kế khí nạp khối lợng kiểu tấm đốt (Hình 2.7):

Hình 2.7. Sơ đồ cấu tạo lu lợng kế khối lợng kiểu tấm đốt

1. cầu điện trở; 2. ống đo; 3. lới bảo vệ; 4. dòng khí; 5. thiết bị đo
nhiệt độ; 6. tấm đo đốt nóng
.

Thiết bị này hoạt động theo cùng một nguyên lý nh loại dây đốt. Tuy
nhiên phần tử đo đợc sử dụng ở đây là các tấm có điện trở phụ thuộc nhiệt
độ, cho phép tăng độ chính xác và tuổi thọ làm việc của lu lợng kế. Trên
hình vẽ mô tả một đoạn ống đo có lới bảo vệ hai đầu đặt trong đờng nạp.
Bên trong ống này có một ống nhỏ 2 có dạng tiết lu nh họng khuyếch tán
của bộ chế hoà khí, với hai tấm đo 5 và 6 chế tạo từ hợp kim gốm. Một tấm đo
dùng để xác định lu lợng, còn tấm thứ hai cho phép xác định nhiệt độ khí
nạp. Hai tấm đo này đợc mắc với 2 điện trở khác đặt ngoài ống trong hộp
riêng.
Mạch đo nhiệt độ khí với tấm đo 5 sẽ điều chỉnh dòng điện đốt nóng
tấm đo lu lợng 6 sao cho nhiệt độ của tấm này luôn đợc giữ ở khoảng 100
0
C lớn hơn nhiệt độ không khí. Cờng độ dòng điện tỉ lệ với lu lợng khối
lợng cần đo.



20
- Lu lợng kế dùng hiệu ứng Karman kiểu siêu âm (Hình 2.8):

Hình 2.8. cấu tạo và hoạt động của lu lợng kế Karman kiểu siêu âm
1. các tấm hớng dòng; bộ phận tạo xoáy lốc; 3. khối biến điệu; 4. máy
phát sóng siêu âm; 5. thiết bị thu sóng; a. tín hiệu thô; b. tín hiệu sau
biến điệu (xung vuông)
2.
Nguyên tắc chung của loại thiết bị này là tạo ra những vòng xoáy lốc

của không khí trong đờng nạp ở khu vực đo. Tần số của các chuyển động
xoáy lốc tỉ lệ với lu lợng không khí và sẽ đợc xác định bởi một thiết bị
dùng sóng siêu âm hoặc một cảm biến áp suất.
Không khí nạp trớc khi đi vào khu vực đo đợc đa qua một bộ phận
dẫn dòng dạng tổ ong, có tác dụng làm đồng nhất dòng chảy tránh các chuyển
động rối hoặc xoáy lốc ban đầu làm ảnh hởng đến độ chính xác của phép đo.
Sau đó, dòng khí nạp sẽ đợc chia thành 2 luồng nhờ một bộ phận phân dòng
có tiết diện tam giác đặt giữa ống nạp. Dới tác dụng của tấm phân dòng này,
các vòng xoáy Karman sẽ đợc luân phiên tạo ra ở hai bên tấm với chiều xoáy
ngợc nhau. Số lợng các vòng xoáy đợc tạo ra tỉ lệ thuận với tốc độ dòng
khí qua khu vực đo. Một máy phát đặt ở thành ống nạp sẽ phát sóng siêu âm
có tần số xác định theo hớng vuông góc với dòng khí (hớng kính của ống).
Một máy thu lắp ở phía thành ống đối diện sẽ tiếp nhận các sóng truyền tới và
gửi tín hiệu đo đến ECU.



21
Khi cha có dòng chảy không khí, tức là khi cha có các chuyển động
xoáy Karman, thời gian lan truyền của sóng siêu âm qua ống là không đổi.
Ngợc lại sự có mặt của các vòng xoáy không khí sẽ làm tăng hoặc giảm tốc
độ lan truyền của sóng qua ống, tuỳ theo chiều xoáy. Nh vậy, thời gian lan
truyền của sóng từ máy phát đến máy thu sẽ có dạng hình sin. Mạch đo sẽ gửi
một xung vuông đến bộ xử lý ECU mỗi khi tín hiệu hình sin đi qua cực tiểu.
Tần số các xung vuông tỉ lệ với lu lợng khí nạp, sẽ đợc xử lý để xác định
thời gian phun xăng.
- Lu lợng kế dùng hiệu ứng Karman kiểu cảm biến áp suất (Hình
2.9)

Hình 2.9. Cấu tạo và hoạt động của lu lợng kế Karman kiểu áp suất

1. cảm biến áp suất; 2. khuyếch đại; 3. lọc; 4. mạch tạo xung vuông; 5. bộ điều
khiển trung tâm; 6. nguiồn điện; 7. xoáy lốc Karman

Nguyên tắc của loại thiết bị này cũng dùng hiệu ứng Karman. Kết cấu
đờng nạp ở khu vực đo tơng tự nh lu lợng kế loại siêu âm với bộ phận
hớng dòng và các tấm phân dòng. áp suất tĩnh ở hạ lu của tấm phân dòng
đợc lấy ra nhờ hai ống đặt ở hai phía của tấm và nối với một cảm biến áp



22
suất. Các chuyển động xoáy lốc Karman sẽ gây ra hiệu ứng bơm trong cảm
biến áp suất, kết quả là một tín hiệu hình sin có tần số tỷ lệ với lu lợng
không khí. Một mạch điện sẽ biến đổi tín hiệu này thành các xung vuông và
gửi đến bộ xử lý ECU
2.1.2.2. Xác định tốc độ quay động cơ, vị trí trục khuỷu và pha làm việc của
các xilanh
Các thông tin về tốc độ động cơ, vị trí trục khuỷu hoặc pha làm việc của
các xilanh sẽ đợc các cảm biến tốc độ cung cấp. Có hai loại cảm biến tốc độ
hoạt động theo 2 nguyên tắc là từ tính hoặc quang học.
- Cảm biến từ tính (Hình 2.10)

Hình 2.10. cảm biến tốc độ quay động cơ kiểu từ tính
1. nam châm vĩnh cửu; 2. hộp đấu dây; 3. nắp bánh đà; 4. lõi từ; 5. cuộn dây;
6. vành răng khởi động của động cơ; 7. chuẩn vị trí trục khuyủ

Cảm biến này đợc lắp cạnh bánh đà động cơ, đối diện với vành răng
khởi động, và hoạt động theo nguyên tắc cảm ứng điện từ. từ trờng đợc tạo
ra bởi nam châm vĩnh cửu 1 đợc tập trung ở lõi sắt từ 4. Khi một răng hoặc
một vật chuẩn chuyển động qua trớc lõi từ này sẽ làm biến thiên từ trờng

trong lõi sắt và tạo ra một xung điện cảm ứng trong cuộn dây.