Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ

MỤC LỤC

*****

Chưng 1: DẪN NHẬP
1.1. Lý do chọn đề tài 1
1.2. Mục đích nghiên cứu
1.3. Đối tượng nghiên cứu và giới hạn của đề tài 2
1.4. Phương pháp nghiên cứu
Chưng 2 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
CHO ĐỘNG C XĂNG
2.1. Khái quát 3
2.1.1. Lịch sử phát triển.
2.1.2. Phân loại và ưu nhược điểm 4
2.2.Cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình và thuật toán điều khiển 5
2.2.1. Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng 5
2.2.2. Thuật toán điều khiển lập trình 7
2.3. Các loại cảm biến tín hiệu ngõ vào 10
2.3.1. Cảm biến đo lưu lượng khí nạp.
a. Cảm biến đo gió kiểu cánh trượt.
b. Cảm biến đo gió dạng xoáy lốc (KARMAN) 12
c. Cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt 14
d. Cảm biến áp suất tuyệt đối đường ống nạp (MAP) 15
2.3.2. Cảm biến tốc độ và vị trí piston 16
a. Loại dùng cảm biến điện từ 17
b. Loại dùng cảm biến quang 18
c, Loại dùng cảm biến Hall 19
2.3.3. Cảm biến vị trí bướm ga 21
a. Loại công tắc
b. Loại dùng biến trở 22
c. Một số loại cảm biến bướm ga có thêm giắc phụ 23

2.3.4. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và nhiệt độ khí nạp.
a. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
b. Cảm biến nhiệt độ khí nạp 24
2.3.5. Cảm biến oxy 25
2.3.6. Cảm biến tốc độ xe 27
2.3.7. Cảm biến kích nổ 28
2.3.8. Một số tín hiệu khác 29
2.4. Bộ điều khiển điện tử (ECU-Electronic Control Unit) 31
2.4.1. Tổng quan.
2.4.2. Cấu tạo.
2.4.3. Cấu trúc ECU 32
2.4.4. Mạch giao tiếp ngõ vào 33
2.4.5. Giao tiếp ngõ ra 34
2.5. Điều khiển đánh lửa 35
2.5.1. Cơ bản về đánh lửa theo chương trình.
2.5.2. Hệ thống đánh lửa lập trình có bộ chia điện 38
2.5.3. Hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện 39
2.5.4 Hiệu chỉnh góc đánh lửa theo chế độ làm việc của động cơ 43
2.5.5 Điều khiển chống kích nổ 44
2.6. Điều khiển phun xăng 46
2.6.1 Khái quát
2.6.2 Điều khiển bơm xăng 47
2.6.3 Điều khiển kim phun 48
2.6.4. Điều khiển tốc độ cầm chừng 54
Chưng 3 : HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA TRÊN XE
TOYOTA, NISSAN, MITSUBISHI VÀ FORD
3.1. Hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên xe Toyota 60
3.1.1. Sơ đồ hệ thống.
3.1.2. Cảm biến tín hiệu ngõ vào cơ bản 61
a. Loại đặt trong bộ chia điện

b. Loại tách rời 62
c. Thực nghiệm xác định dạng tín hiệu NE, G 66
3.1.3 Khảo sát các tín hiệu vào cơ bản trên các động cơ xe Honda 67
3.1.4. Điều khiển phun xăng, đánh lửa
3.2. Hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên xe Nissan 68
3.2.1. Sơ đồ hệ thống.
3.2.2. Cảm biến tín hiệu ngõ vào cơ bản 69
a. Cấu tạo cảm biến phát tín hiệu G và NE trên các xe Nissan
b. Dạng xung của cảm biến quang 4-360 trên động cơ 4 xy lanh 70
c. Cảm biến quang 6-360 trên các động cơ 6 xy lanh
d. Cảm biến quang 4d-360 trên động cơ 4 xy lanh
e. Cảm biến Hall 10-34. 71
3.2.3 Điều khiển phun xăng và đánh lửa 72
3.3. Hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên xe Mitsubishi
3.3.1. Sơ đồ hệ thống 74
3.3.2. Cảm biến tín hiệu ngõ vào cơ bản 75
a. Cảm biến quang và cảm biến Hall 1-4
b. Cảm biến Hall và cảm biến quang 2-4 77
3.3.3. Điều khiển phun xăng, đánh lửa
3.4. Hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên xe Ford 78
3.4.1. Sơ đồ hệ thống.
3.4.2. Cảm biến tín hiệu ngõ vào cơ bản 79
a. Cảm biến Hall (kiểu Gear tooth sensor)
b. Cảm biến vị trí trục cam (CMP-Camshaft Position sensor)
c. Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP-Crankshaft Position sensor) 80
d. Xác định dạng xung
3.4.3. Điều khiển phun xăng, đánh lửa 81
3.5. So sánh các dạng xung tín hiệu và điều khiển.
Chưng 4 : CHẾ TẠO MÁY CHẨN ĐOÁN ECU BẰNG VI ĐIỀU KHIỂN
4.1. Tổng quan về vi điều khiển, lập trình vi điều khiển và LCD 82

4.1.1 Tổng quan về vi điều khiển 82
4.1.2 Tổng quan về ngôn ngữ lập trình Assembly 89
4.1.3 Tổng quan về LCD 91
4.2 Thiết kế các mạch giả xung G và NE
4.2.1 Mạch phát xung vuông 92
a. Sơ đồ nguyên lý 93
b. Phương án tạo xung vuông bằng vi điều khiển
4.2.2 Mạch phát xung sin 95
a. Sơ đồ nguyên lý 96
b. Phương án tạo xung sin bằng vi điều khiển
4.2.3 Tính toán thời gian trễ (delay) cho các dạng xung 97
4.3 Thiết kế chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU 99
4.3.1 Sơ đồ khối điều khiển của máy chẩn đoán
4.3.2 Thiết kế các mạch điện cơ bản của máy 99
a. Mạch cấp nguồn và điều khiển 99
b. Mạch phát xung tín hiệu G và NE 100
c. Mạch ghi nhận tín hiệu điều khiển từ ECU 101
d. Mạch hiển thị 102
4.3.3 Chế tạo máy chẩn đoán ECU 103
4.4 Lưu đồ thuật toán điều khiển và chương trình xử lý
4.4.1 Lưu đồ thuật toán 106
4.1.2 Chương trình xử lý của vi điều khiển 107
Chưng 5 : THỰC NGHIỆM CHẨN ĐOÁN ECU
5.1 Hướng dẫn sử dụng máy chẩn đoán các loại ECU 131
5.1.1 Cấu tạo máy chẩn đoán
5.1.2 Chức năng của máy chẩn đoán 132
5.1.3 An toàn khi sử dụng máy
5.2. Thực nghiệm chẩn đoán ECU của xe Nissan 132
5.2.1 Sơ đồ đấu dây
5.2.2 Vận hành chẩn đoán 133

5.2.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm 134
5.3 Thực nghiệm chẩn đoán ECU của xe Mitsubishi 135
5.3.1 Chẩn đoán ECU của Mitsubishi Galant, Huyndai Elantra.
a. Sơ đồ đấu dây
b. Vận hành 136
c. Đánh giá kết quả thực nghiệm.
5.3.2 Chẩn đoán ECU của Mitsubishi Lancer 138
a. Sơ đồ đấu dây
b. Vận hành 139
c. Đánh giá kết quả thực nghiệm
5.4 Thực nghiệm chẩn đoán ECU của xe Ford 141
5.4.1 Sơ đồ đấu dây
5.4.2 Vận hành 142
5.4.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm
5.5 Thực nghiệm chẩn đoán ECU của xe Toyota 143
5.5.1 Sơ đồ đấu dây
5.5.2 Vận hành
5.5.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm
Chưng 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
6.1 Kết luận 145
6.2 Đề nghị.
6.3 Hướng phát triển của đề tài 146
Tài liệu tham khảo. 147


“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH: Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
1
Chương 1: DẪN NHẬP
1.1. Lý do chọn đề tài

Hiện nay, ôtô là phương tiện giao thông cần thiết của con người mà không gì có thể thay
thế được. Theo thống kê trên thế giới, số lượng người tham gia giao thông bằng ôtô chiếm tỉ
lệ rất cao so với các phương tiện giao thông khác. Do đó, tỉ lệ tăng trưởng trong sản xuất và
lắp ráp ôtô ngày càng tăng. Sản lượng ôtô trên thế giới hiện nay tập trung vào các công ty chế
tạo và lắp ráp ôtô nổi tiếng như: Toyota, Nissan, Ford, Mitsubishi, Honda, General Motor…
Để nâng cao tính kinh tế nhiên liệu của động cơ và giảm bớt tình trạng ô nhiễm môi
trường do khí thải của ôtô gây ra, hầu hết các ôtô con hiện nay đều được trang bị động cơ
phun xăng và đánh lửa được điều khiển bằng điện tử. Trên các động cơ này, bộ điều khiển
điện tử (ECU-Electronic Control Unit) điều khiển lượng nhiên liệu phun và thời điểm đánh
lửa tối ưu theo các chế độ vận hành của động cơ. Tuy nhiên, ôtô sau một thời gian sử dụng sẽ
có các hỏng hóc, trục trặc trong quá trình vận hành chẳng hạn như động cơ không khởi động
được, hoặc động cơ bị dư xăng, thiếu xăng…Các hiện tượng vừa kể trên có thể do hư hỏng
của các bộ phận cơ khí trong động cơ, hoặc là do hỏng hóc từ hệ thống điều khiển phun xăng
và đánh lửa, trong đó có bộ điều khiển điện tử ECU-Electronic Control Unit.
Để có thể chẩn đoán được tình trạng kỹ thuật của ECU đòi hỏi phải có các thiết bị
chuyên dùng đắt tiền và phải phù hợp cho từng kiểu động cơ, nhà chế tạo. Chỉ có các trạm sửa
chữa lớn, trạm bảo hành của các công ty lắp ráp ôtô mới có thể có đầy đủ trang thiết bị phục
vụ cho công việc chẩn đoán các hỏng hóc trong hệ thống điều khiển điện tử trên ôtô.
Trong thực tế, công việc sửa chữa các pan trên ôtô hiện nay gặp nhiều khó khăn do
thiếu các thiết bị chẩn đoán chuyên dùng để chẩn đoán trình trạng kỹ thuật của ECU. Từ vấn
đề nêu trên, với sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Đỗ Văn Dũng người nghiên cứu đã chọn đề
tài “Nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ”.
1.2. Mục đích nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU có hai mục đích chính:
• Dùng để kiểm tra các loại ECU điều khiển động cơ trên ôtô, phục vụ cho công việc sửa
chữa.
• Sử dụng làm mô hình giảng dạy về hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên ôtô
trong các trường dạy nghề.
1.3. Đối tượng nghiên cứu và giới hạn của đề tài
Chỉ tập trung nghiên cứu về hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên các xe

Toyota, Nissan, Mitsubishi và Ford. Thực nghiệm xác định thông số và dạng xung tín hiệu
của các cảm biến cơ bản như cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP) hay còn gọi là tín hiệu NE và
cảm biến vị trí trục cam (CMP) còn gọi là tín hiệu G trên các động cơ xe Toyota, Nissan,
Mitsubishi, Ford. Thông qua các thông số thực nghiệm của các cảm biến này để nghiên cứu
chế tạo mạch tạo các xung tín hiệu giả cho các xe đã khảo sát bằng vi điều khiển.
Tùy thuộc vào từng đời xe, lựa chọn loại cảm biến để phát các xung tín hiệu giả thích
hợp truyền vào bộ điều khiển điện tử (ECU), từ đó xác định các tín hiệu ra điều khiển phun
xăng, đánh lửa của ECU thông qua sự hiển thị của các đèn LED và màn hình LCD. Từ các kết
quả hiển thị này xác định được chức năng điều khiển của ECU và đánh giá kết quả kiểm tra
ECU điều khiển động cơ, được thể hiện như sơ đồ sau:

“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH: Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
2

1.4. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện đề tài, người nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
• Phương pháp nghiên cứu tài liệu.
• Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.
• Phương pháp lập trình vi điều khiển.
• Phương pháp thiết kế chế tạo mạch.
Trên cơ sở các phương pháp nghiên cứu nêu trên, đề tài sẽ tập trung vào các lãnh vực
nghiên cứu:
• Lý thuyết về hệ thống điều khiển có lập trình cho động cơ xăng, các cảm biến tín hiệu
ngõ vào, bộ điều khiển điện tử ECU, hoạt động điều khiển phun xăng và đánh lửa của
ECU.
• Nghiên cứu sơ đồ thực tế về hệ thống điều khiển phun xăng và đánh lửa trên các xe
Toyota, Nissan, Mitsubishi và Ford, thực nghiệm xác định các dạng xung tín hiệu số
vòng quay động cơ NE, tín hiệu vị trí của piston G và tín hiệu điều khiển phun xăng,
đánh lửa, so sánh các dạng xung tín hiệu.

• Nghiên cứu lý thuyết về các mạch tạo xung, vi điều khiển và lập trình cho vi điều khiển
để từ đó thiết kế và chế tạo mạch tạo các xung tín hiệu giả cho các xe đã khảo sát, mạch
hiển thị kết quả điều khiển phun xăng và đánh lửa của ECU bằng lập trình vi điều
khiển. Chế tạo máy chẩn đoán các loại ECU điều khiển động cơ.
• Thực nghiệm kiểm tra chẩn đoán ECU trên các xe đã khảo sát, so sánh và đánh giá các
kết quả chẩn đoán.

“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
3
Chng 2: H THNG ĐIU KHIN LP TRÌNH
CHO ĐNG C ÔTÔ
2.1 Khái quát v h thng điu khin lp trình cho đng c
2.1.1. Lịch sử phát trin
Vào thế kỷ 19, một kỹ sư ngưi Pháp ông Stevan đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu cho
một máy nén khí. Sau đó một thi gian một ngưi Đức đã cho phun nhiên liệu vào bung
cháy nhưng không mang lại hiệu quả nên không được thực hiện. Đầu thế kỷ 20, ngưi Đức áp
dụng hệ thng phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ này
là dầu hoả nên hay bị kích n và hiệu suất rất thấp). Tuy nhiên, sau đó sáng kiến này đã được
ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thng cung cấp nhiên liệu cho máy bay  Đức.
Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thng phun xăng kiểu cơ
khí. Trong hệ thng phun xăng này, nhiên liệu được phun liên tục vào trước supap hút nên có
tên gọi là K – Jetronic (K- Konstant – liên tục, Jetronic – phun). K – Jetronic được đưa vào
sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một s xe khác, là nền tảng cho việc
phát triển cho hệ thng phun xăng thế hệ sau như KE –Jetronic, Mono-Jetronic, L-Jetronic,
Motronic …
Tên tiếng Anh của K-Jetronic là CIS (Continuous Injection System) đặc trưng cho các
hãng xe Châu Âu và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K –Jetronic – với cảm biến oxy
và KE – Jetronic( có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE – Motronic (kèm điều khiển
góc đánh lửa sớm). Do hệ thng phun cơ khí còn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80,

BOSCH đã cho ra đi hệ thng phun sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Có hai loại: hệ
thng L-Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định nh cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D-
Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định dựa vào áp suất trên đưng ng nạp).
Đến năm 1984 ngưi Nht (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thng phun
xăng L-Jetronic và D-Jetronic trên các xe của hãng Toyota ( dùng với động cơ 4A – ELU).
Đến năm 1987 hãng Nissan dùng L – Jetronic thay cho bộ chế hoà khí của xe Nissan Sunny.
Song song với sự phát triển của hệ thng phun xăng, hệ thng điều khiển đánh lửa theo
chương trình (ESA – Electronic Spark Advance) cũng được đưa vào sử dụng vào những năm
đầu thp kỷ 80. Sau đó vào đầu những năm 90, hệ thng đánh lửa trực tiếp (DIS – Direct
Ignition System) ra đi, cho phép không sử dụng bộ chia điện (delco) và hệ thng này đã có
mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới.
Ngày nay, gần như tất cả các ô tô đều được trang bị hệ thng điều khiển động cơ cả
xăng và diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được các yêu cầu gt gao về khí xả và
tính tiết kiệm nhiên liệu. Thêm vào đó, công suất động cơ cũng được cải thiện rõ rệt.
2.1.2. Phân loại và u nhợc đim
Phân loại:
Hệ thng phun nhiên liệu có thể được phân loại theo nhiều kiểu. Nếu phân biệt theo cấu
tạo kim phun ta có 02 loại:
Loại CIS - Continuous Injection System: là kiểu sử dụng kim phun cơ khí, gm 4 loại cơ bản:
- Hệ thng K – Jetronic: việc phun nhiên liệu hoàn toàn điều khiển bằng cơ khí.
- Hệ thng K – Jetronic có cảm biến khí thải: có thêm một cảm biến oxy.
- Hệ thng KE – Jetronic: Hệ thng K-Jetronic với mạch điều chỉnh áp lực phun bằng
điện tử.
- Hệ thng KE – Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng điện tử.
Các hệ thng vừa nêu sử dụng trên các xe châu Âu model trước 1987.
Loại AFC- Air Flow Controlled Fuel Injection: sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Hệ
thng phun xăng với kim phun điện có thể chia làm hai loại chính:
- D-Jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất) với lượng xăng phun
“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng

4
được xác định bi áp suất sau cánh bướm ga bằng MAP-manifold absolute pressure sensor.


Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển phun xăng
- L – Jetronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là không khí) với lượng xăng phun
được tính tóan dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió loại cánh trượt. Sau đó có
các phiên bản: LH – Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt, LU – Jetronic với cảm biến gió
kiểu siêu âm…
Nếu phân biệt theo vị trí lp đặt kim phun, hệ thng phun xăng AFC được chia làm 02
loại:
Loại TBI -Throttle Body Injection: phun đơn điểm
Hệ thng này còn có các tên gọi khác như: SPI - Single Point Injection, CI-Central
Injection, Mono – Jetronic. Đây là loại phun trung tâm. Kim phun được b trí phía trên cánh
bướm ga và nhiên liệu được phun bằng một hay hai kim phun. Nhược điểm của hệ thng này
là tc độ dịch chuyển của hòa khí tương đi thấp do nhiên liệu được phun  vị trí xa supáp hút
và khả năng thất thoát trên đưng ng nạp cũng lớn.
Loại MPI-Multi Point Fuel Injection: phun đa điểm
Đây là hệ thng phun nhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xylanh được b trí
gần supáp hút (cách khoảng 10 – 15 mm). ng góp hút được thiết kế sao cho đưng đi của
không khí từ bướm ga đến xylanh khá dài, nh vy, nhiên liệu phun ra được hòa trộn tt với
không khí nh xoáy lc. Nhiên liệu cũng không còn thất thoát trên đưng ng nạp. Hệ thng
“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
5
phun xăng đa điểm ra đi đã khc phục được các nhược điểm cơ bản của hệ thng phun xăng
đơn điểm. Tùy theo cách điều khiển kim phun, hệ thng này có thể chia làm 3 loại chính:
phun độc lp hay phun từng kim (independent injection), phun nhóm (group injection) hoặc
phun đng loạt (simultaneous injection).
Nếu căn cứ vào đi tượng điều khiển theo chương trình, ngưi ta chia hệ thng điều

khiển động cơ ra 3 loại chính: chỉ điều khiển phun xăng (EFI-Electronic Fuel Injection theo
tiếng Anh hoặc Jetronic theo tiếng Đức), chỉ điều khiển đánh lửa (ESA-Electronic Spark
Advance) và loại tích hợp tức điều khiển cả phun xăng và đánh lửa (hệ thng này có nhiều tên
gọi khác nhau: Bosch đặt tên là Motronic, Toyota có tên TCCS-Toyota Computer Control
System, Nissan gọi tên là ECCS-Electronic Concentrated Control System, … Nh tc độ xử
lý của CPU khá cao, các hộp điều khiển động cơ đt trong ngày nay thưng gm cả chức
năng điều khiển hộp s tự động và quạt làm mát động cơ.
Nếu phân biệt theo kỹ thut điều khiển ta có thể chia hệ thng điều khiển động cơ làm 2
loại: Analog và Digital.  những thế hệ đầu tiên xuất hiện từ 1979 đến 1986, kỹ thut điều
khiển chủ yếu dựa trên các mạch tương tự (Analog).  các hệ thng này, tín hiệu đánh lửa lấy
từ âm bôbin được đưa về hộp điều khiển để từ đó hình thành xung điều khiển kim phun. Sau
đó, đa s các hệ thng điều khiển động cơ đều được thiết kế, chế tạo trên nền tảng của các bộ
vi xử lý (Digital).
u nhợc đim của h thng phun xăng:
• Có thể cấp hỗn hợp khí nhiên liệu đng đều đến từng xi lanh.
• Có thể đạt được tỷ lệ khí nhiên liệu chính xác với tất cả các chế độ làm việc của động
cơ.
• Đáp ứng kịp thi với sự thay đi góc m bướm ga.
• Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng:có thể làm đm hỗn hợp khi nhiệt
độ thấp hoặc ct nhiên liệu khi giảm tc.
• Hiệu suất nạp hỗn hợp không khí – nhiên liệu cao.
2.2. Cu trúc h thng điu khin lp trình và thut toán điu khin
2.2.1. S đồ cu trúc và các khi chức năng
Sơ đ cấu trúc và các khi chức năng của hệ thng điều khiển động cơ theo chương
trình được mô tả trên hình 2.1 và 2.1. Hệ thng điều khiển bao gm; ngõ vào (inputs) với chủ
yếu là các cảm biến; hộp ECU – Electronic Control Unit là bộ não của hệ thng có thể có
hoặc không có bộ vi xử lý; ngõ ra(outputs) là các cơ cấu chấp hành (actuators) như kim phun,
bôbin, van điều khiển cầm chừng…

Hình 2.2 Sơ đồ các khối chức năng của hệ thống điều khiển phun xăng

“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
6




Hình 2.3 Sơ đồ điều khiển động cơ 1ZZ-FE 1.8L, Toyota Corolla Altis 2001



Cảm biến lưu lượng khí nạp VG
Cảm biến nhiệt độ khí nạp THA
Cảm biến nhiệt độ nước THW
Cảm biến vị trí bướm ga VTA
Cảm biến trục khuỷu NE
Cảm biến trục cam G
Tín hiệu khi động STA
Tín hiệu tc độ xe SPD
Công tc áp suất dầu trợ lực PS
Công tc điều hòa AC
Rơ le đèn sau ELS
Rơ le xông kính hu ELS2
Công tc đèn phanh STP
Cụm cảm biến túi khí F/PS
Gic DLC3 TC/SIL
EFI Vòi phun #1
Vòi phun #2

Vòi phun #3
Vòi phun #4
ESA Cuộn dây và IC đánh lửa
ISC Cuộn dây quay
Điều khiển ct điều hòa, bộ
khuếch đại AC
Điều khiển quạt làm mát, rơle
quạt làmmát
Điều khiển bơm xăng, rơle
m mạch
Điều khiển rơle EFI
Đèn báo kiểm tra động cơ
TÍN HIU ĐU VÀO TÍN HIU ĐU RA

ECU
c quy
#1
#4
IGF
IGT1÷
IGT4
FAN
FP
MREL
W
RSO
ACT
“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
7
2.2.2. Thut toán điu khin lp trình
Thut toán điều khiển lp trình cho động cơ được nhà chế tạo viết và cài đặt sẵn trong
CPU. Tùy thuộc vào từng chế độ làm việc hay tình trạng động cơ, mà ECU tính toán dựa trên
lp trình có sẵn đó để đưa ra những tín hiệu điều khiển sao cho động cơ làm việc ti ưu nhất.
- Lý thuyết điều khiển
Các hệ thng điều khiển kiểu c điển trên ô tô thưng được thiết kế theo kiểu hi tiếp
(feedback control). Mặc dù trong một hệ thng điều khiển có nhiều thông s phụ thuộc, đầu
tiên ta hãy xem xét hệ thng với một thông s. Sơ đ nguyên lý của hệ thng này được trình
bày trên hình 2.4.

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ theo kiểu hồi tiếp
Thông s điều khiển xuất hiện  đầu ra (động cơ đt trong) được ký hiệu
ξ
(t). Tín hiệu
so r(t) đã được định sẵn. Cảm biến sẽ đưa ra tín hiệu V
ξ
(t) tỉ lệ thun với
ξ
(t), tức là:
V
ξ
(t) = ks.
ξ
(t)
Khi đó sẽ xuất hiện sự chênh lệch điện thế giữa tín hiệu thực và tín hiệu so Ve(t):
Ve(t) = r(t) - V
ξ
(t)
Nếu hệ thng làm việc lý tưng thì giá trị Ve(t) trong một khoảng thi gian nào đó (ví
dụ  chế độ động cơ đã n định) phải bằng 0. Trên thực tế, giữa 2 tín hiệu nêu trên luôn có sự
chênh lệch và mạch điều khiển điện tử sẽ dựa vào sự chênh lệch này để hình thành xung V
A
(t)
điều khiển cơ cấu chấp hành (chẳng hạn kim phun). Việc thay đi này sẽ tác động đến thông
s đầu vào U(t) của động cơ (ví dụ tỉ lệ hòa khí).
Ngày nay, có rất nhiều phương pháp điều khiển động cơ dựa trên cơ s sử dụng máy
tính để xử lý tín hiệu. Thông thưng các máy tính này giải bài toán ti ưu có điều kiện biên để
điều khiển động cơ. Mục tiêu của bài toán ti ưu là điều khiển động cơ đạt công suất lớn nhất
với mức tiêu hao nhiên liệu nh nhất trong các điều kiện giới hạn về độ độc hại của khí thải.
Như vy, ta có thể biểu diễn hệ thng điều khiển ô tô ti ưu trong mi quan hệ của 3 vectơ

sau:
y = (y
1
, y
2
, y
3
, y
4
);
u = (u
1
, u
2
, u
3
, u
4
, u
5
);
x = (x
1
, x
2
, x
3
);
Vectơ y(t) là hàm phụ thuộc các thông s  ngõ ra bao gm các thành phần sau:
y

1
(x(t), u(t)) - tc độ tiêu hao nhiên liệu.
y
2
(x(t), u(t)) - tc độ phát sinh HC.
y
3
(x(t), u(t)) - tc độ phát sinh CO.
y
4
(x(t), u(t))- tc độ phát sinh NO
x

Vectơ x(t) mô tả tình trạng của động cơ tức điều kiện hoạt động, phụ thuộc vào các
thông s:
x
1
- áp suất trên đưng ng nạp.
x
2
- tc độ quay của trục khuỷu.
x
3
- tc độ xe.
Vectơ u(t) mô tả các thông s được hiệu chỉnh bi hệ thng điện tử, bao gm các thành
phần:
u
1
- tỉ lệ khí – nhiên liệu trong hòa khí (AFR – air fuel ratio).
u

2
- góc đánh lửa sớm.
Xử lý
tín hiệu
Cơ cấu
chấp hành
Động cơ
đt trong
Cảm
biến

r(t) V
e
V
A
U(t) ξ(t)
V
ξ
(t)
“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
8
u
3
- sự lưu hi khí thải (EGR – exhaust gas recirculation).
u
4
- vị trí bướm ga.
u
5

- tỉ s truyền của hộp s.
Để giải bài toán ti ưu nêu trên với các điều kiện biên, ngưi ta xác định mục tiêu ti ưu
là lượng tiêu hao nhiên liệu F theo chu trình thử EPA – Environmental Protection Agency:
() ()()
∫
=
T
dttu,txyF
0
1

Trong đó:
x
3
(t): Là tc độ xe qui định khi thử nghiệm xác định thành phần khí thải theo chu trình
EPA, T là thi gian thử nghiệm. Như vy, động cơ đt trong sẽ được điều khiển sao cho F
luôn đạt giá trị nh nhất với các điều kiện biên là qui định của các nước về nng độ các chất
độc hại trong khí thải.
() ()()
∫
〈
T
Gdttu,txy
0
22

() ()()
∫
〈
T

Gdttu,txy
0
33

() ()()
∫
〈
T
Gdttu,txy
0
44

Trong đó:
G
2
, G
3
, G
4
- hàm lượng chất độc trong khí xả theo qui định tương ứng với HC, CO và
NOx. Trong quá trình xe chạy, các vectơ x(t), u(t) là các thông s động. Khi giải bài toán ti
ưu nêu trên, ta cũng có thể đặt ra các giới hạn của các vectơ này. Trên thực tế, các kết quả ti
ưu thưng được xác định bằng thực nghiệm và được nạp vào bộ nhớ EEPROM dưới dạng
bảng tra (look-up table).
Trình tự tính toán và tìm kiếm các thông s ti ưu của động cơ được mô tả trên lưu đ
thut toán điều khiển trình bày trên hình 2.5.

“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
9


Hình 2.5 Thuật toán điều khiển động cơ
False True
Nhp tín hiệu tc độ động
cơ và vị trí xylanh
Khởi động
Động
cơ chưa
hoạt động

Tải hoặc
tc độ thay đi
Nhp tín hiệu tải động cơ
Nhp t/h vị trí bướm ga
Nhp t/h điện áp hệ thng
Nhp t/h nhiệt độ ĐC
Nhp tín hiệu kích n
Động cơ
đang khi
động
Động cơ
vượt tc
Tìm thi gian phun
Điều chỉnh thi gian
phun theo nhiệt độ ĐC
Điều chỉnh thi gian
phun theo vị trí bướm ga
Ct nhiên liệu
Động cơ
bị kích n
Điều chỉnh
sớm 1
0

Điều chỉnh
trễ 2
0
Điều chỉnh thi gian
phun theo điện áp
Tính lượng phun cơ bản

 chế độ khi động
Tính góc ngm điện cơ
bản  chế độ khi động
Tính góc đánh lửa sớm cơ
bản  chế độ khi động
Hiệu chỉnh thi gian
phun theo t
o
độ động cơ
True False
False True
True False
Tìm thi gian m kim
Tìm góc đánh lửa sớm
Hiệu chỉnh lượng phun
và đánh lửa sớm theo
nhiệt độ động cơ
Xuất tín hiệu điều khiển
kim phun và bobine
False

“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
10
2.3. Các loại cảm bin tín hiu ngõ vào
2.3.1. Cảm bin đo lu lợng khí nạp
Cảm biến đo lưu lượng khí được dùng trên động cơ phun xăng loại L-jectronic để đo
lượng khí nạp đi vào xylanh động cơ. Đây là một trong những cảm biến quan trọng nhất của
động cơ loại này. Tín hiệu lưu lượng khí nạp được sử dụng để tính toán lượng xăng phun cơ
bản và góc đánh lửa sớm cơ bản.

Có các loại cảm biến lưu lượng khí nạp như sau:
• Cảm biến lưu lượng khí nạp: bao gm loại cánh trượt và loại xoáy quang học Karman
• Cảm biến khi lượng khí nạp: Loại dây sấy.
a. Cảm bin đo gió loại cánh trợt (đi 80 đến 95)
Có hai loại cảm biến đo gió loại cánh trượt, chúng khác nhau về mạch điện nhưng các
cơ phn thì ging nhau.
• Cu tạo và nguyên lý hoạt đng
Bộ đo gió kiểu trượt bao gm cánh đo gió được giữ bằng một lò xo hi vị, cánh giảm
chấn, bung giảm chấn, cảm biến nhiệt độ không khí nạp, vít chỉnh cầm chừng, mạch rẽ phụ,
điện áp kế kiểu trượt được gn đng trục với cánh đo gió và một công tc bơm xăng.

Hình 2.6 Cấu tạo bộ đo gió loại cánh trượt
1. Cánh đo 7. Cảm biến nhiệt độ khí nạp
2. Đưng khí rẽ 8. Khí nạp từ bộ lọc gió
3. Vít chỉnh hỗn hợp cầm chừng 9. Tiếp điểm trượt
4. Đến khoang nạp 10. Biến tr
5. Cánh giảm rung 11. Bung giảm rung
6. Lò xo hi vị
Khi không khí đi từ lọc gió qua cảm biến lưu lượng khí nạp, nó sẽ đẩy m tấm đo cho
đến khi lực tác động lên tấm đo cân bằng với lực của lò xo. Một biến tr được lp đng trục
với tấm đo, sẽ chuyển hóa lượng không khí nạp thành tín hiệu điện áp (tín hiệu VS) đưa đến
ECU.
• Buồng giảm chn và cánh giảm chn
Có công dụng n định chuyển động của cánh đo gió. Do áp lực gió thay đi, cánh đo
gió sẽ bị rung gây ảnh hưng đến độ chính xác. Để ngăn ngừa dao động cánh đo gió, ngưi ta
thiết kế một cánh giảm chấn liền với cánh đo để dp tt độ rung.
• Công tắc bm nhiên liu (chỉ có trên xe Toyota)
Công tc bơm nhiên liệu được b trí chung với điện áp kế. Khi động cơ chạy, gió được
hút vào nâng cánh đo gió lên làm công tc đóng. Khi động cơ ngừng, do không có lực gió tác
động lên cánh đo làm cánh đo quay về vị trí ban đầu làm cho công tc h, bơm xăng không

hoạt động dù công tc máy đang  vị trí ON. Các loại xe khác không mc công tc điều khiển
bơm trên bộ đo gió loại cánh trượt.
• Vít điu chỉnh hn hợp không tải (vít chỉnh CO)
“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
11
Bộ đo gió có hai mạch gió: mạch gió chính đi qua cánh đo gió và mạch gió rẽ đi qua vít
chỉnh CO. Lượng gió qua mạch rẽ tăng sẽ làm giảm lượng gió qua cánh đo gió vì thế, góc m
của cánh đo gió sẽ nh lại và ngược lại.
Vì lượng xăng phun cơ bản phụ thuộc vào góc m cánh đo gió, nên tỷ lệ xăng gió có thể
thay đi bằng cách điều chỉnh lượng gió qua mạch rẽ. Nh chỉnh tỷ lệ hỗn hợp  mức cầm
chừng thông qua vít CO nên thành phần % CO trong khí thải sẽ được điều chỉnh. Tuy nhiên,
điều này chỉ thực hiện được  tc độ cầm chừng vì khi cánh đo gió đã m lớn, lượng gió qua
mạch rẽ ảnh hưng rất ít đến lượng gió qua mạch chính. Trên thực tế, ngưi ta còn có thể điều
chỉnh hỗn hợp bằng cách thay đi sức căng của lò xo.

Hình 2.7 Vít điều chỉnh hỗn hợp cầm chừng
• Mạch đin
Có hai loại cảm biến đo gió cánh trượt chỉ khác nhau về bản chất mạch điện.
Loại 1: Điện áp VS tăng khi lượng khí nạp tăng chủ yếu dùng cho L-Jetronic đi cũ.
Loại này được cung cấp điện áp accu 12V tại đầu VB. VC có điện áp không đi nhưng nh
hơn. Điện áp  đầu VS tăng theo góc m của cánh đo gió.


Hình 2.8 Mạch điện và đường đặc tuyến cảm biến đo gió loại điện áp tăng
ECU so sánh điện áp accu (VB) với độ chênh điện áp giữa VC và VS để xác định lượng
gió nạp theo công thức:
SC
EB
VV

VV
G
−
−
=
2

G: lượng gió nạp
Nếu cực VC bị đoản mạch, lúc đó G tăng, ECU sẽ điều khiển lượng nhiên liệu phun cực
đại, bất chấp sự thay đi  tín hiệu VS. Điều này có nghĩa là khi động cơ  cầm chừng, nhiên
liệu được phun quá nhiều và động cơ sẽ bị ngộp xăng dẫn tới ngưng hoạt động.
“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
12
Nếu cực VS bị đoản mạch, VC sẽ luôn  mức cực đại làm cho G giảm, lúc này ECU sẽ
điều khiển lượng phun nhiên liệu giảm đi mặc dù có sự thay đi  tín hiệu VS.
Loại 2: Điện áp VS giảm khi lượng khí nạp tăng. Loại này ECU sẽ cung cấp điện áp 5V
đến cực VC. Điện áp ra VS thay đi và giảm theo góc m của cánh đo.

Hình 2.9 Mạch điện và đường đặc tuyến cảm biến đo gió loại điện áp giảm
b. Cảm bin đo gió dạng xoáy lc (Karman)
Nguyên lý làm vic
Các cảm biến loại này dựa trên hiện tượng vt lý sau:
Khi cho dòng khí đi qua một vt thể c định khó chảy vòng (thanh tạo xoáy-Karman
Vortex) thì phía sau nó sẽ xuất hiện sự xoáy lc thay đi tuần hoàn được gọi là sự xoáy lc
Karman. Đi với một ng dài vô tn có đưng kính d, quan hệ giữa tần s xoáy lc f và vn
tc dòng chảy V được xác định bi s Struhall:
V
df
S

.
=

Trong hiệu ứng Karman nêu trên, s Struhall không đi trong dải rộng của các s
Reinolds nên vn tc dòng chảy hay lưu lượng khí đi qua tỉ lệ thun với tần s xoáy lc f và
có thể xác định V bằng cách đo f.
S
d.f
V =

Lý thuyết về sự xoáy lc khi dòng khi đi ngang qua vt cản đã được đưa ra bi Struhall
từ năm 1878. Nhưng mãi đến năm 1934 dụng cụ đo đầu tiên dựa trên lý thuyết này mới được
chế tạo.
Ngày nay có rất nhiều sáng chế trong lĩnh vực này được ứng dụng để đo lưu lượng khí
nạp trong hệ thng điều khiển phun xăng. Có hai loại chính là: Loại Karman quang và loại
Karman siêu âm.
• Karman kiu quang
Là loại cảm biến đo lưu lượng gió kiểu quang đo trực tiếp thể tích khí nạp. So với kiểu
trượt, nó có ưu điểm là nh gọn và nhẹ hơn. Ngoài ra, cấu trúc đưng ng đơn giản sẽ giảm
tr lực trên đưng ng nạp.
Cu tạo và nguyên lý hoạt đng
Cảm biến Karman quang có cấu tạo như trình bày trên hình 2.10, bao gm một trụ đứng
đóng vai trò của bộ tạo dòng xoáy, được đặt  giữa dòng khí nạp. Khi dòng khí đi qua, sự
xoáy lc sẽ được hình thành phía sau bộ tạo xoáy còn gọi là các dòng xoáy Karman.
Các dòng xoáy Karman đi theo rãnh hướng làm rung một gương mng được phủ nhôm
làm thay đi hướng phản chiếu từ đèn LED đến phototransistor. Như vy, tần s đóng m của
transistor này sẽ thay đi theo lưu lượng khí nạp. Tần s f được xác định theo công thức sau:
“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
13

d
V
.Sf =

Trong đó:
V: là vn tc dòng khí
d: là đưng kính trụ đứng
S: là s Struhall (S = 0.2 đi với cảm biến này)
Căn cứ vào tần s f, ECU sẽ xác định thể tích tương ứng của không khí đi vào các
xylanh, từ đó tính ra lượng xăng phun cần thiết.

Hình 2.10 Bộ đo gió kiểu Karman quang
Khi lượng gió vào ít, tấm gương rung ít và phototransistor sẽ đóng m  tần s f thấp.
Ngược lại, khi lượng gió vào nhiều, gương rung nhanh và tần s f cao.

Hình 2.11 Cấu tạo và dạng xung ra của Karman quang
Mạch đin

Hình 2.12 Mạch điện bộ đo gió Karman quang

Bộ tạo xoáy
Luới
ỗn định
Mạch đếm dòng xoáy
Gương (tráng nhôm)
LED và photo-transistor
Gió vào
Đn
khoang nạp
Cảm biến nhiệt

độ khí nạp
“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
14
c. Cảm bin đo gió kiu dây nhit (trong LH-Jetronic)
Nguyên lý của bộ đo gió kiểu nhiệt dưạ trên sự phụ thuộc của năng lượng nhiệt W thoát
ra từ một linh kiện được nung nóng bằng điện (phần tử nhiệt) như : dây nhiệt, màng nhiệt
hoặc điện tr nhiệt (thermistor) được đặt trong dòng khí nạp vào khi lượng gió G đi qua và
được tính theo công thức
sau:
n
GtKW ∆=
Trong đó:
K: hằng s tỷ lệ
∆t: chênh lệch nhiệt độ giữa
phần tử nhiệt và dòng khí.
n: hệ s phụ thuộc vào đặc
tính trao đi nhiệt giữa phần
tử nhiệt và môi trưng.
Sơ đ cảm biến đo gió
loại dây nhiệt không đi
được trình bày trên hình
2.13.
Điện tr R
H
(platinum
hot wire) và điện tr bù nhiệt
R
K
(thermistor) được mc vào hai nhánh của cầu Wheatstone. Cả hai điện tr này đều được

đặt trên đưng ng nạp.
Khi ni các ngõ vào của khuếch đại thut toán l (OP AMP) với đưng chéo của cầu, OP
AMP1 sẽ giữ cho cầu luôn được cân bằng (có nghĩa là V
A
–V
B
= 0) bằng cách điều khiển
transitor T
1
và T
2
, làm thay đi cưng độ dòng điện chảy qua cầu.
Như vy, khi có sự thay đi lượng không khí đi qua, giá trị điện tr đo R
H
thay đi làm
cho cầu mất cân bằng, OP AMP1 điều chỉnh dòng qua cầu giữ cho giá trị R
H
không đi và cầu
sẽ cân bằng với bất cứ vn tc vào của dòng không khí. Tín hiệu điện thế ra của mạch đo
được lấy từ R
2
có hệ s nhiệt điện tr rất nh, do đó tỷ lệ thun với dòng điện đi qua nó. Tín
hiệu này sau khi đi qua cầu phân thế gm R
3
và R
4
được đưa đến OP AMP2 giữ chức năng
chuyển phát. Điện tr R
4
dùng để điều chỉnh điện thế  ngõ ra.

Việc xác lp khoảng chênh lệch nhiệt độ ∆t giữa phần tử nhiệt R
H
và nhiệt độ dòng khí
được điều chỉnh bi R
P
. Nếu ∆t càng lớn thì độ nhạy của cảm biến càng tăng.
Khi nhiệt độ không khí nạp thay đi sẽ dẫn tới sự thay đi ∆t. Vì vy, vấn đề cân bằng nhiệt
được thực hiện bi RK mc 
một nhánh khác của cầu
Wheatstone. Thông thưng
trong các mạch tỷ lệ R
H
: R
K

=1:10.
Trong quá trình làm việc,
mạch điện tử luôn giữ cho sự
chênh lệch nhiệt độ ∆t giữa dây
nhiệt và dòng không khí vào
khoảng 150
o
C (air mass sensor
BOSCH).
Để làm sạch điện tr nhiệt
(bị dơ vì bị bám bụi, dầu…),
trong một s ECU dùng cho
động cơ có phân khi lớn, với
s xylanh Z ≥ 6 còn có mạch nung dây nhiệt trong vòng một giây, đưa nhiệt độ từ 150
o

C lên
1000
o
C sau khi tt công tc máy, trong trưng hợp động cơ đã chạy trên 1500 vòng/phút, tc
Hình 2.14 Sự phụ thuộc của hiệu điện áp ngõ ra vào
khối lượng khí nạp ở các mức chênh lệch nhiệt độ khác
nhau
100 200 300 400
G(Kg/h)
10
20
30
U(V)
∆t = 30
0
C
∆t = 56
0
C
∆t = 116
0
C
Hình 2.13 Mạch điện cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt
Rb
T1
T2
A1
U+
U-
R

H
R
K
R
P
R
1
R
2
R
3
R
4
R
7
R
6
R
5
A
2
U
ou
t

A
B
+

+

+
“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
15
độ xe trên 20km/h và nhiệt độ nước dưới 150
o
C (air mass senssor NISSAN). Theo s liệu của
một s hãng, độ ẩm của không khí gần như không ảnh hưng đến độ chính xác của cảm biến.
Trên cảm biến hãng HITACHI, cảm biến đo gió loại dây nhiệt thưng được đặt trên mạch gió
rẽ, song song với đưng gió chính. Nh vy mà hoạt động của cảm biến ít phụ thuộc vào sự
rung động của dòng khí.
Thang đo của cảm biến từ
9 ÷ 360 kg/h sai s 5÷7% và có độ nhạy cao nh hằng s thi
gian của mạch chỉ vào khoảng 20ms.
1. Cảm biến bị tác động bi dòng khí trong đưng ng nạp, bất kỳ từ hướng nào nên có thể
tăng độ sai s khi có sự xung động của dòng khí.
2. Trên các chế độ chuyển tiếp của động cơ, (tăng tc, giảm tc…) do cảm biến có độ nhạy
cao nên có thể
xảy ra trưng hợp không ăn khớp giữa tín hiệu báo về ECU và lượng không
khí thực tế đi vào bung đt. Điều đó sẽ xảy ra nếu không tính đến vị trí lp đặt của cảm biến
và các quá trình khí động học trên đưng ng nạp, sẽ làm trễ dòng khí khi tăng tc độ đột
ngột.
3. Cảm biến đo gió kiểu nhiệt đo trực tiếp khi l
ượng không khí nên ECU không cần mạch
hiệu chỉnh hòa khí theo áp suất khí tri cho trưng hợp xe chạy  vùng núi cao.
4. Vít chỉnh CO trên cảm biến không nằm trên đưng bypass mà là biến tr gn trên mạch
điện tử.
5. Trên một s xe, cảm biến đo gió kiểu nhiệt được kết hợp với kiểu xoáy Karman. Khi
dòng không khí đi qua vt tạo xoáy, sự xoáy lc của không khí sẽ ảnh hưng đến nhiệt độ dây
nhiệt theo t

ần s xoáy lc. Tần s này tỷ lệ thun với lượng không khí và được đưa về ECU
xử lý để tính lượng xăng tương ứng.
Cảm biến kiểu nhiệt thưng gặp trên các động cơ phun xăng có tăng áp (Turbo charger),
vì áp lực lớn trên đưng ng nạp nên không thể sử dụng MAP sensor hoặc cảm biến đo gió
loại cánh trượt.
Nh có quán tính thấp, kết cấu gọn, nh
ẹ, không có phần tử di động và ít cản gió, nên
cảm biến đo gió kiểu nhiệt đã được ứng dụng rộng rãi trong hệ thng điều khiển phun xăng
hiện nay.
d. Cảm bin áp sut tuyt đi đng ng nạp (MAP-Manifold Absolute Pressure sensor)
Cảm biến này được sử dụng trên hệ thng phun xăng loại D-Jetronic, dùng để đo áp suất
tuyệt đi trên đưng ng nạp. Đây là một trong những cảm biến quan trọng nhất của loại phun
xăng vừa nêu. Khi tải thay đi, áp suất tuyệt đi trong đưng ng nạp sẽ thay đi và chuyển
thành tín hiệu điện thế (chân PIM) báo về ECU để tính ra lượng không khí đi vào xylanh. Sau
đó, dự
a vào giá trị này ECU sẽ điều khiển thi gian m kim phun và thi điểm đánh lửa.
• Cu tạo và nguyên lý hoạt đng


Hình 2.15 Cấu tạo cảm biến áp suất đường ống nạp
Loại cảm biến này dựa trên nguyên lý cầu Wheatstone. Mạch cầu Wheatstone được sử
dụng trong thiết bị nhằm tạo ra một điện thế phù hợp với sự thay đi điện tr
“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
16
Cảm biến bao gm một tấm silicon nh (hay gọi là màng ngăn) dày hơn  hai mép
ngoài (khoảng 0,25 mm) và mng  giữa (khoảng 0,025 mm). Hai mép được làm kín cùng với
mặt trong của tấm silicon tạo thành bung chân không trong cảm biến. Mặt ngoài tấm silicon
tiếp xúc với áp suất đưng ng nạp. Hai mặt của
tấm silicon được phủ thạch anh để tạo thành điện

tr áp điện (Piezoresistor).
Khi áp suất đưng
ng nạp thay đi, giá trị
của điện tr áp điện sẽ thay đi. Các điện tr áp
điện được ni thành cầu Wheatstone. Khi màng
ngăn không bị biến dạng (tương ứng với trưng
hợp động cơ chưa hoạt động hoặc tải lớn), tất cả
bn điện tr áp điện đều có giá trị bằng nhau và
lúc
đó không có sự chênh lệch điện áp giữa 2 đầu
cầu. Khi áp suất đưng ng nạp giảm, màng
silicon bị biến dạng dẫn đến giá trị điện tr áp
điện cũng bị thay đi và làm mất cân bằng cầu
Wheastone. Kết quả là giữa 2 đầu cầu sẽ có sự
chênh lệch điện áp và tín hiệu này được khuếch
đại để điều khiển m
transistor  ngõ ra của cảm biến có cực C treo. Độ m của transistor phụ
thuộc vào áp suất đưng ng nạp dẫn tới sự thay đi điện áp báo về ECU.
• Mạch đin và đặc tuyn

Hình 2.17 Mạch điện và đường đặc tuyến của cảm biến MAP
Hiện nay trên các ô tô, tn tại 2 loại cảm biến đo áp suất tuyệt đi trên đưng ng nạp
khác nhau về tín hiệu đầu ra: điện áp (TOYOTA, HONDA, DAEWOO, GM, CHRYSLER…)
và tần s (FORD).  loại MAP điện áp, giá trị điện áp thấp nhất (lúc cánh bướm ga đóng
hoàn toàn) và giá trị cao nhất ( lúc toàn tải) cũng phụ thuộc vào loại xe, gây khó khăn trong
việc lp lẫn.
2.3.2 Cảm bin tc đ và vị trí piston
Cảm bin vị trí piston (TDC sensor hay còn gọi là cảm biến G)
Cảm biến này báo cho ECU biết vị trí tử điểm thượng hoặc trước tử điểm thượng của
piston. Trong một s trưng hợp, chỉ có vị trí của piston xylanh s 1 (hoặc s 6) được báo về

ECU, còn vị trí các xy lanh còn lại sẽ được tính toán. Công dụng của cảm biến này là để ECU
xác định thi điểm đánh lửa và cả thi đi
ểm phun. Vì vy, trong nhiều hệ thng điều khiển
động cơ, s xung phát ra từ cảm biến phụ thuộc vào kiểu phun (độc lp, nhóm hay đng loạt)
và thưng bằng s lần phun trong một chu kỳ Trên một s xe, tín hiệu vị trí piston xylanh s
01 còn dùng làm xung reset để ECU tính toán và nhp giá trị mới trên RAM sau mỗi chu kỳ
(2 vòng quay trục khuỷu).

Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý cảm biến
áp suất đường ống nạp
R1
R2
R3
R4
Khuếch đại
ECU

VC
PIM
E2
E1
“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
17
Cảm bin tc đ đng c (Engine speed sensor; crankshaft angle sensor, hay còn gọi là
tín hiệu NE)
Cảm biến này dùng để báo tc độ động cơ để tính toán hoặc tìm góc đánh lửa ti ưu và
lượng nhiên liệu sẽ phun cho từng xylanh. Cảm biến này cũng được dùng vào mục đích điều
khiển tc độ cầm chừng hoặc ct nhiên liệu  chế độ cầm chừng cưỡng bức.
Có nhiều cách b trí cảm biến G và NE trên động c

ơ: trong delco, trên bánh đà, hoặc trên
bánh răng ct cam. Đôi khi ECU chỉ dựa vào một xung lấy từ cảm biến hoặc IC đánh lửa để
xác định vị trí piston lẫn tc độ trục khuỷu.
Cảm biến vị trí xilanh và cảm biến tc độ động cơ có nhiều dạng khác nhau như: cảm
biến điện từ loại nam châm quay hoặc đứng yên, cảm biến quang, cảm biến Hall
a. Loại dùng cảm bin đin từ
• Cu tạo
Trên hình 2.18 trình bày sơ đ b trí của cảm biến vị trí xy lanh và tc độ động cơ loại
điện từ-nam châm đứng yên được sử dụng trên xe Toyota . Mỗi cảm biến gm có rotor để
khép mạch từ và cuộn dây cảm ứng mà lõi gn với một nam châm vĩnh cửu đứng yên. S răng
trên rotor và s cuộn dây cảm ứng thay đi tùy thuộc vào loại động cơ. Rôto phát xung G có
thể có 1; 2; 4 hoặc 6 ră
ng, còn rôto phát xung NE có thể có 4; 24 răng hoặc sử dụng s răng
của bánh đà. Hình trên trình bày cấu tạo và hoạt động của bộ tạo tín hiệu G và NE loại một
cuộn cảm ứng – một rotor 4 răng cho tín hiệu G và một cuộn cảm ứng - một rotor 24 răng cho
tín hiệu NE. Hai rotor này gn đng trục với bộ chia điện, rôto phát tín hiệu G nằm phía trên,
còn rôto phát tín hiệu NE phía dưới.
• Nguyên lý hoạt đng
Bộ phn chính của cảm biến là một cuộn cảm ứng, một nam châm vĩnh cửu và một rôto
dùng để khép mạch từ có s răng tùy loại dộng cơ. Khi cựa răng của rôto không nằm đi
diện cực từ, thì từ thông đi qua cuộn dây cảm ứng sẽ có giá trị thấp vì khe h không khí lớn
nên có từ tr cao. Khi một cựa răng đến gần cực từ củ
a cuộn dây, khe h không khí giảm dần
khiến từ thông tăng nhanh. Như vy, nh sự biến thiên từ thông, trên cuộn dây sẽ xuất hiện
mộ sức điện động cảm ứng. Khi cựa răng rotor đi diện với cực từ của cuộn dây, từ thông đạt
giá trị cực đại nhưng điện áp  hai đầu cuộn dây bằng không. Khi cựa răng rôto di chuyển ra
kh
i cực từ, thì khe h không khí tăng dần làm từ thông giảm sinh ra một sức điện động theo
chiều ngược lại.
• Tín hiu G

Cuộn cảm nhn tín hiệu G, gn trên thân của bộ chia điện. Rôto tín hiệu G có 4 răng sẽ
phát 4 xung dạng sin trong mỗi vòng quay của trục cam. (Hình 2.18 )
• Tín hiu NE
Rôto tín hiu G
(4 răng)
Cun dây tín hiu
NE
Cun dây phát
tín hiu G
Rôto tín hiu
NE (24 răng)
Hình 2.18 Cấu tạo của cảm biến điện từ
“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
18
Tín hiệu NE được tạo ra trong cuộn cảm cùng nguyên lý như tín hiệu G. Điều khác nhau
duy nhất là rôto của tín hiệu NE có 24 răng. Cuộn dây cảm biến sẽ phát 24 xung trong mỗi
vòng quay của trục delco.

Hình 2.19 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cảm biến điện từ
1- Rôto; 2- Cuộn dây cảm biến và nam châm vĩnh cửu
• Mạch đin và dạng xung

b. Loại dùng cảm bin quang
Cảm biến quang bao gm hai loại, khác nhau chủ yếu  phần tử cảm quang:
- Loại sử dụng một cặp LED - Photo transistor.
- Loại sử dụng một cặp LED - Photo diode.

Hình 2.21 Cấu tạo của cảm biến quang
Phần tử phát quang (LED-Lighting Emision Diode) và phần tử cảm quang (photo

transistor hoặc photo diode) được đặt trong delco có vị trí tương ứng với nhau. Rotor của cảm
biến (được lp với trục delco) là một đĩa nhôm mng khc vạch. Vành trong có s rãnh tương
Photo diode
LED
LED
Photo transistor
Đĩa cảm biến
G
G-
NE
ECU động cơ
180
o
góc quay trục khuỷu
Tín hiu G
Tín hiu NE
Hình 2.20 Mạch điện và dạng xung của cảm biếm điện từ 4-24 răng
“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
19
ứng với s xy lanh động cơ trong đó có một rãnh rộng hơn đánh dấu vị trí piston máy s 1.
Nhóm các rãnh này kết hợp với cặp diode phát quang (LED) và diode cảm quang
(photodiode) còn gọi là photocouple thứ nhất là bộ phn để phát xung G. Vành ngoài của đĩa
có khc 360 rãnh nh, mỗi rãnh đều ứng với 2
o
góc quay của trục khuỷu. Diode phát quang và
diode cảm quang thứ hai đặt trên quỹ đạo của rãnh nh tạo thành bộ phn phát xung NE.
Hình 2.22 là sơ đ mạch điện của một loại cảm biến quang. Cảm biến quang bao gm
ba đầu dây: Một đầu dây dương (V
cc

), một đầu dây tín hiệu (V
out
) và một đầu dây mass.
Khi đĩa cảm biến chn ánh sáng từ LED qua photo diode D2, D2 không dẫn, điện áp tại ngõ
vào (+) sẽ thấp hơn điện áp so sánh U
s
tại ngõ vào (-) trên Op-Amp A nên ngõ ra của Op-
Amp A  mức thấp, do đó transistor T ngt, tức V
out
đang  mức cao.
Khi có ánh sáng chiếu vào D2, D2 dẫn, điện áp tại ngõ vào (+) sẽ lớn hơn điện áp so
sánh U
s
tại ngõ vào (-) trên Op-Amp A nên ngõ ra của Op-Amp A  mức cao, do đó transistor
T dẫn, V
out
lp tức chuyển sang mức thấp. Xung điện áp tạo ra tại V
out
có dạng xung vuông
có giá trị cao nhất là 5V và thấp nhất là 0V được gửi đến ECU để điều khiển đánh lửa và phun
xăng.


Hình 2.22 Mạch điện và dạng tín hiệu của cảm biến quang trên xe Mitsubishi
c. Loại dùng cảm bin Hall
• Hiu ứng Hall
Một tấm bán dẫn loại P (hoặc N) có kích thước như hình vẽ được đặt trong từ trưng
đều B sao cho vectơ cưng độ từ trưng vuông góc với bề mặt của tấm bán dẫn (hình 2.23).
Khi cho dòng điện Iv đi qua tấm bán dẫn có chiều từ trái sang phải, các hạt điện tử đang dịch
chuyển với vn tc

v trong tấm bán dẫn sẽ bị tác
dụng bi lực Lawrence
L
F có chiều hướng từ dưới
lên trên.

vBqF
L
=

Nếu vectơ
B
vuông góc với vectơ v ta có thể viết:
FL = q.B.v
Trong đó: q là điện tích của hạt điện tử.
Như vy, dưới tác dụng của lực Lawrence, các
hạt điện tử sẽ bị dn lên phía trên của tấm bán dẫn
khiến giữa hai bề mặt A
1
và A
2
xuất hiện hai lớp
điện tích trái dấu. Sự xuất hiện hai lớp điện tích trái
dấu này tạo ra một điện trưng E giữa hai bề mặt A
1

và A
2
ngăn cản quá trình dịch chuyển của các hạt
điện tử, các hạt điện tử này sẽ chịu tác dụng của lực

Culông Fc.
Hình 2.23 Hiệu ứng Hall
d
I
v
I
H
A
1
A
2
“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
20
Fc = q . E
Khi đạt trạng thái cân bằng giữa hai bề mặt A
1
và A
2
của tấm bán dẫn, sẽ xuất hiện một điện
thế n định UH .
Khi cân bằng:
FL = FC

⇒
q. E = q.B.v

⇒
E = B.v

⇒

a
U
H
= B.v

⇒
UH = B.v.a (2.1)
Ta lại có:
Iv = j.S
Iv = q.
ρ
.v.a.d
⇒
v =
d.a.v q
I
v
ρ
(2.2)
Trong đó:
j: Vectơ mt độ dòng điện.
ρ
: Mt độ của hạt điện tử.
d: Bề dày của tấm bán dẫn.
21
AAa =

Thế (2.1) vào (2.1) ta được:

dq
IB
U
H

.
ρ
=
Điện thế U
H
chỉ vào khoảng vài trăm mV. Nếu dòng điện Iv được giữ không đi thì khi
thay đi từ trưng B, điện thế U
H
sẽ thay đi. Sự thay đi từ trưng làm thay đi điện thế U
H

tạo ra các xung điện áp được ứng dụng trong cảm biến Hall. Hiện tượng vừa trình bày trên
được gọi là hiệu ứng Hall (là tên của ngưi đã khám phá ra hiện tượng này).
Cảm bin Hall
Do điện áp U
H
rất nh nên trong thực tế, để điều khiển đánh lửa ngưi ta phải khuếch
đại và xử lý tín hiệu trước khi đưa đến Igniter hoặc ECU. Hình 2.25 là sơ đ khi của một
cảm biến Hall. Cảm biến Hall được đặt trong delco, gm một rôto bằng thép có các cánh chn
và các cửa s cách đều nhau gn trên trục của delco. S cánh chn sẽ tương ứng với s xylanh
củ
a động cơ. Khi rôto quay, các cánh chn sẽ lần lượt xen vào khe h giữa nam châm và IC
Hall.

Hình 2.24 Nguyên lý làm việc của cảm biến Hall

“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
21
Để khảo sát hoạt động của cảm biến Hall, ta xét hai vị trí làm việc của rôto ứng với khe
h IC Hall (hình 2.24). Khi cánh chn ra khi khe h giữa IC Hall và nam châm, từ trưng sẽ
xuyên qua khe h tác dụng lên IC Hall làm xuất hiện điện áp điều khiển transistor Tr, làm
cho Tr dẫn. Kết quả là trên đưng dây tín hiệu (cực C), điệp áp sẽ giảm xung chỉ còn 1V.
Khi cánh chn đi vào khe h giữa nam châm và IC Hall, từ trưng bị cánh ch
n bằng thép
khép kín, không tác động lên IC Hall, tín hiệu điện áp từ IC Hall mất làm transistor Tr ngt.
Tín hiệu điện áp ra lúc này bằng điện áp từ Igniter ni với ngõ ra của cảm biến Hall.

Như vy, khi làm việc cảm biến Hall sẽ tạo ra xung vuông làm tín hiệu đánh lửa, hoặc
tín hiệu G, NE gửi về ECU để điều khiển phun xăng và đánh lửa. Bề rộng của cánh chn xác
định góc ngm điện (Dwell Angle), hình 2.25. Do xung điều khiển là xung vuông nên không
ảnh hưng đến thi điểm đánh lửa khi thay đi s vòng quay của rôto cảm biến.


Hình 2.25 Sơ đồ cấu tạo của cảm biến Hall và dạng xung
1. Phần tử Hall; 2. n áp; 3. Op-Amp; 4. Bộ xử lý tín hiệu
2.3.3 Cảm bin vị trí bớm ga (Throttle position sensor)
Cảm biến vị trí cánh bướm ga được lp  trên trục cánh bướm ga. Cảm biến này đóng
vai trò chuyển vị trí góc m cánh bướm ga thành tín hiệu điện thế gi đến ECU.
Tín hiệu cầm chừng (IDL) được sử dụng chủ yếu để điều khiển ct nhiên liệu khi giảm tc và
hiệu chỉnh thi điểm đánh lửa. Trên một s xe, cảm biế
n vị trí bướm ga còn giúp ECU điều
khiển hộp s tự động.
Tín hiệu toàn tải (PSW), tín hiệu (VTA) được dùng chủ yếu để tăng lượng xăng phun
nhằm tăng công suất động cơ.
Trên một s xe, cảm biến vị trí bướm ga còn giúp ECU điều khiển hộp s tự động.

Có nhiều loại cảm biến vị trí cánh bướm ga, tùy theo yêu cầu và thiết kế trên các đi xe
ta th
ưng có các loại:
a. Cảm bin vị trí bớm ga loại tip đim
Cu tạo (hình 2.26)
Gm có:
- Một cần xoay đng trục với
cánh bướm ga.
- Cam dẫn hướng xoay theo cần.
- Tiếp điểm di động di chuyển
dọc theo rãnh của cam dẫn
hướng
- Tiếp điểm cầm chừng (IDL)
- Tiếp điểm toàn tải (PSW)
Hoạt đng
•  ch đ cm chừng:
Khi cánh bướm ga đóng (góc m
< 5
0
) thì tiếp điểm di động sẽ tiếp xúc
với tiếp điểm cầm chừng và gi tín hiệu
Hình 2.26 Cảm biến bướm ga loại tiếp điểm
“Nghiên cứu chế tạo máy chẩn ơoán các loại ECU ơiều khiển ơộng c”
HVTH : Hồ Hữu Chấn GVHD: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
22
điện thế thông báo cho ECU biết động cơ đang hoạt động  mức cầm chừng.
Tín hiệu này cũng dùng để ct nhiên liệu khi động cơ giảm tc đột ngột (chế độ cầm
chừng cưỡng bức). Ví dụ, khi xe đang chạy  tc độ cao ta mun giảm tc độ, ta nhả chân bàn
đạp ga thì tiếp điểm cầm chừng trong công tc cánh bướm ga đ
óng, báo cho ECU biết động

cơ đang giảm tc. Nếu tc độ động cơ vượt quá giá trị nhất định tùy theo từng loại động cơ thì
ECU sẽ điều khiển ct nhiên liệu cho đến khi tc độ cơ đạt tc độ cầm chừng n định.
•  ch đ tải lớn:
Khi cánh bướm ga m khoảng 50
0
– 70
0
(tùy từng loại động cơ) so với vị trí đóng hoàn
toàn, tiếp điểm di động tiếp xúc với tiếp điểm toàn tải và gi tín hiệu điện thế để báo cho ECU
biết tình trạng tải lớn của động cơ.
Mạch đin
• Loại âm ch
Điện áp 5V đi qua một điện tr trong ECU đưa đến cực IDL và cực PSW.  vị trí cầm
chừng điện áp từ cực IDL qua công tc tiếp xúc IDL về mass.  vị trí toàn tải điện áp từ cực
PSW qua công tc tiếp xúc PSW về mass.
• Loại dng ch
b. Cảm bin vị trí bớm ga loại bin tr (Tuyn tính)
Cu tạo
Loại cảm biến này bao gm hai tiếp điểm trượt (tại mỗi đầu của nó có lp các tiếp điểm
để tạo tín hiệu IDL và VTA).

Hình 2.28 Cấu tạo của cảm biến bướm ga loại biến trở
Một điện áp không đi 5V được cấp cho cực VC từ ECU động cơ. Khi tiếp điểm trượt
dọc theo điện tr tương ứng với góc m bướm ga, một điện áp được cấp đến cực VTA tỷ lệ
với góc m này.
Hình 2.27 Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga loại tiếp điểm
IDL
PSW
E CU
+B or 5V

Cảm biến
+B or 5V
E
+B or 5V
E CU
Cảm biến
IDL
PSW
TL
a) Loại âm ch a) Loại dương ch