nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiển động cơ mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

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

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÔ HÌNH
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MERCEDES
PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC GIẢNG DẠY THỰC TẬP
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T45 - 2008

S KC 0 0 2 1 4 2

Tp. Hồ Chí Minh, 2009


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

-----------------------

ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO
MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MERCEDES
PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC GIẢNG DẠY THỰC TẬP

MÃ SỐ: T45 - 2008

THUỘC NHÓM NGÀNH: KHOA HỌC KỸ THUẬT
NGƯỜI CHỦ TRÌ
: ThS. NGUYỄN VĂN LONG GIANG
ĐƠN VỊ
: KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TP. HỒ CHÍ MINH – 01/2009


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

CHƢƠNG I

DẪN NHẬP

I.

Mở đầu

Ngày nay, đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá, hội
nhập phát triển. Cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành khoa học tiên tiến
trên thế giới, các ngành khoa học của nước ta trong những năm gần đây cũng có những
bước phát triển vượt bậc, gặt hái được nhiều thành tựu to lớn, có nhiều công trình khoa
học được cả thế giới biết đến. Đội ngũ các nhà khoa học không ngừng phát triển cả về
số lượng và chất lượng, nhiều công trình nghiên cứu của họ được áp dụng vào trong
sản suất thực tế đã và đang góp phần không nhỏ vào sự phát triển kinh tế của nước
nhà.
Do quá trình phát triển hội nhập với thế giới, trong suốt gần hai thập niên trở lại
đây, các thành tựu khoa học tiến bộ trên thế giới đã liên tục được du nhập vào Việt
Nam. Thêm vào đó, sự gia tăng đầu tư của các tập đoàn kinh tế thế giới vào nước ta
cũng đã đem theo nhiều thành tựu kỹ thuật mới, giúp nền sản xuất của nước nhà không
ngừng được nâng cao và mở rộng.
Muốn đất nước phát triển nhanh chóng và phát triển vững chắc trong xu thế phát
triển ngày nay thì nhân tố con người phải được đặt lên hàng đầu. Con người mới phải
tiếp thu kịp những thành tựu khoa học tiên tiến trên thế giới, phải có năng lực và tay
nghề tốt trong sản xuất. Phải có đạo đức tốt và một tư tưởng chính trị vững chắc. Phải
có tác phong và phong cách làm việc chuyên nghiệp. Có được như vậy thì công cuộc
công nghiệp hoá của đất nước mới thành công. Phát triển nhanh chóng để “đi tắt, đón
đầu”, trở thành quốc gia giàu mạnh trên thế giới.
Để đáp ứng được nhu cầu về con người trong thời đại mới thì nền giáo dục của
đất nước giữ vai trò trung tâm, quan trọng nhất. Giáo dục phải đào tạo ra những người
thợ giỏi, vững vàng về chuyên môn nghề nghiệp, có tay nghề cao, đáp ứng được yêu
cầu của thị trường. Phải đào tạo ra những nhà khoa học giỏi, để bắt kịp phát triển của
nền khoa học tiên tiến thế giới. Thực tế trong nhiều năm trở lại đây, nước ta đã không
ngừng đầu tư cho giáo dục. Đội ngũ các thầy cô giáo giỏi về chuyên ngành, vững vàng

về chuyên môn, nghiệp vụ đã phát triển nhanh chóng. Bên cạnh đó, các tài liệu giáo
khoa dạy nghề, các phương tiện kỹ thuật dạy nghề mới cũng được đầu tư phát triển
không ngừng. Đáp ứng kịp nhu cầu học tập của học sinh - sinh viên.
Với mong muốn được đóng góp chút công sức trong lĩnh vực giáo dục đào tạo
các kỹ sư, công nhân lành nghề cho sự nghiệp chung của đất nước. Tôi thực hiện đề
tài: “Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiển động cơ Mercedes phục vụ cho công
tác giảng dạy thực tập.” Góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy và hình thành các
kỹ năng cho sinh viên chuyên ngành cơ khí động lực.

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

1


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

II. Mục tiêu đề tài:
 Nghiên cứu, chế tạo ra mô hình điều khiển động cơ Mercedes, tạo điều kiện cho
sinh viên quan sát, khảo nghiệm các thông số của hệ thống điều khiển động cơ
với mô hình một cách trực quan, biết được hình dạng và vị trí các chi tiết lắp
đặt trên hệ thống phun xăng.
 Giúp sinh viên có thể kiểm tra các tín hiệu đầu vào cũng như những thong số
đầu ra của hệ thống phun xăng trên động cơ thông qua bảng giắc.

III. Phƣơng pháp nghiên cứu
 Nghiên cứu lý thuyết hệ thống điều khiển động cơ của hang Mercedes
 Tham khảo các mô hình giảng dạy hiện có tại Khoa Cơ khí Động lực để cải tiến
mô hình cho phù hợp hơn.
 Thực nghiệm mô hình phục vụ cho giảng dạy.

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

2


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

CHÖÔNG II

GIỚI THIỆU MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ MERCEDES C220
I. Mô hình động cơ Mercedes C220

Hình 1: Mô hình động cơ Mercedes phục vụ giảng dạy thực tập
Mô hình sử dụng động cơ Mercedes-Benz C220 (thị trường Bắc Mỹ) đời 1996.
Động cơ sử dụng hệ thống phun xăng đa điểm và phun theo thứ tự công tác kết
hợp với hệ thống đánh lửa không sử dụng bộ chia điện (Bo6bin đội)
Các cảm biến được sử dụng:
 Cảm biến đo gió kiểu dây nhiệt
 Cảm biến vị trí trục khuỷu loại điện từ
 Cảm biến vị trí trục cam loại Hall
 Cảm biến vị trí cánh bướm ga
 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
 Cảm biến nhiệt độ không khí nạp
 Cảm biến kích nổ
 Cảm biến Oxy
Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

3

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

Các chức năng điều khiển của động cơ
 Điều khiển phun nhiên liệu
 Điều khiển đánh lửa
 Điều khiển tốc độ cầm chừng
 Điều khiển van luân hồi khí xả
 Điều khiển rơ le bơm nhiên liệu
 Điều khiển cam thông minh
 Điều khiển nung nóng cảm biến Oxy

II. Bố trí sơ đồ chân ECU động cơ

Hình 2: Bố trí sa bàn của mô hình
Trên sa bàn gồm có:
 Bảng giắc các chân ECU.
 Relay chính, relay bơm, relay quạt.
 Công tắc máy.
 Các đèn báo ( Check engine, Charge, Oil).
ECU được gắn trên khung giá đỡ động cơ.


Các cơ cấu khác:
1. Khung gá đỡ động cơ.
2. Accu.
3. Thùng xăng và bơm xăng.
4. Đường nhiên liệu.

Đặc biệt, trên mô hình có bố trí một bảng giắc được đấu với các chân của hộp
điều khiển động cơ (ECU) để thuận tiện cho việc đo đạc, kiểm tra của người sử dụng.

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

4


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

III. Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ và ký hiệu các chân ECU
1. Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ
Ắc quy
B

R

80A

30
15
15A
80A

F25

F24

10A 10A

ACC
OFF

ON
ST

80A

Công tắc máy

Cb vò trí trục cam

1.40

kim phun 2
kim phun 3

2
1
1
2

2.24

11 22 33 44

2.12

10 21 32 43

2.2

1

20 31 42

8

19 30 41

7 18 29 40
6

17 28 39

1.29

4
6

K3

1

1.43

2

CB tốc độ xe
1.8

3
2

24 35
2.21

Đồng hồ tốc độ

23 34

CB vò trí
trục khuỷu

2.29

1

G

2.30

GrB

2

44 33 22 11

2.5

2.7

CB vò trí

bướm ga

2.39

Mù
8
5
3

2.6
2.18
2.26

CB nhiệt độ
nước
CB nhiệt độ khí
nạp

1

2.28

4

2.36

1

2.27

2

Engine side

7

2.4

43 32 21 10
42 31 20

9

41 30 19

8

40 29 18

7

39 28 17
38 27 16

6

5ù

1.18
14ù

1.19

1

Giắc chẩn đoán

CB lưu lượng không khí

2.27

6

Mù

25 36

2

2

Bơm xăng

3
2

5
1

Van đốt hơi xăng

4 15 26 37

2.9

1

2

9

5 16 27 38

2

Bugi 2 Bô bin 1
Bugi 3

K1

Relay bơm

1
2

Bugi 1 Bô bin 2
Bugi 4

2

2.23

Vehicle side

kim phun 4

1.39

1.27
2
1

K2

3

2.1

Relay bảo vệ quá áp

5

Bộ đk cam thông minh

kim phun 1

1

15A

2.8

2.19

Đồng hồ tốc độ động cơ

5

37 26 15

4

36 25 14

3

35 24 13

2

34 23 12

1

1.40
1.41

CB kích
nổ

1.32
1.33

CB ôxy
1.30
1.34
1.35

2.37

3
2
1

Hộp ECU
Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ xe Mercedes-Benz C220

Nghiên cứu, chế tạo mơ hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho cơng tác giảng dạy thực tập

5


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

2. Ký hiệu các chân ECU
a. Engine side
Kí hiệu

Tên gọi các chân

1

Điều khiển cam thông minh

2

Kim phun 4

3

Không sử dụng

4

Nguồn cấp motor ISC

5

Tín hiệu cảm biến đo gió

6

Mass van ISC

7

Tín hiệu ISC

8

Tín hiệu cảm biến vị trí trục cam

9

Bobin máy số1 vàsố 4

10

Không sử dụng

11

Không sử dụng

12

Kim phun 3

13

Không sử dụng

14

Cơ cấu chấp hành nạp khí

15

Modul điều khiển bơm khí

16

Không sử dụng

17

Nguồn cấp cảm biến đo gió

18

Nguồn cấp van ISC (5V)

19

Mass cảm biến vị trí trục cam.

20

Không sử dụng

21

Bobin máy số 2 và số 3

22

Mass ECU

23

Kim phun1

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

6


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

24

Kim phun 2

25

Van EGR

26

Mass motor ISC

27

Mass cảm biến đo gió

28

Mass cảm biến nhiệt độ nước

29

Mass cảm biến trục khuỷu

30

Tín hiệu cảm biến trục khuỷu

31

Không sử dụng

32

Không sử dụng

33

Không sử dụng

34

Tiếp điểm cầm chừng

35

Không sử dụng

36

Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước

37

Tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp

38

Không sử dụng

39

Tín hiệu phản hồi van ISC

40

Mass cảm biến kích nổ

41

Tín hiệu cảm biến kích nổ

42

Không sử dụng

43

Không sử dụng

44

Không sử dụng

b. Vehicle side
Kí hiệu

Tên gọi các chân

1

Không sử dụng

2

Không sử dụng

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

7


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

3

Không sử dụng

4

Công tắc đèn phanh

5

Không sử dụng

6

Không sử dụng

7

Điều khiển quạt nước làm mát

8

Tín hiệu cảm biến tốc độ xe từ hệ thống phanh ABS

9

Không sử dụng

10

Không sử dụng

11

Tín hiệu ly hợp máy nén

12

Không sử dụng

13

Không sử dụng

14

Không sử dụng

15

Tín hiệu Oxy 1

16

Tín hiệu Oxy 2

17

Tín hiệu vị trí trục cam

18

Tín hiệu tốc độ động cơ đến Tap lô

19

Giắc chuẩn đoán

20

Công tắc khởi động trung gian

21

Tín hiệu khởi động

22

Tín hiệu điều khiển Cruise control

23

Không sử dụng

24

Mass Oxy 2

25

Tín hiệu Oxy 2

26

Dây mass chống nhiễu

27

Nguồn ECU

28

Không sử dụng

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

8


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

29

Điều khiển rơ le bơm

30

Nung nóng Oxy 1

31

Rơ le nung nóng Oxy 2

32

Mass ECU

33

Mass ECU

34

Mass Oxy 1

35

Tín hiệu Oxy 1

36

Dây mass chống nhiễu

37

Không sử dụng

38

Không sử dụng

39

Nguồn ECU

40

Nguồn ECU

41

Nung nóng Oxy 2

42

Không sử dụng

43

Không sử dụng

44

Không sử dụng

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

9


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

CHƢƠNG III

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
I. Tổng quát hệ thống điều khiển động cơ Mercedes C220

Hình 3: Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ Mercedes C220.
1. Nguồn Accu và nguồn cung cấp

Thời gian phun nhiên liệu phụ thuộc vào điện áp trên xe. Để cân bằng thời gian
phun nhiên liệu dưới sự thay đổi điện áp trên xe, ECM điều khiển thời gian phun nhiên
liệu là điều cần thiết. Nếu điện áp quá cao, thời gian phun nhiên liệu sẽ ngắn lại. Nếu
điện áp quá thấp thì thời gian phun nhiên liệu sẽ được kéo dài ra.
2. Điều khiển Cam
Sự điều chỉnh cam nạp thực hiện trên cam truyền động và 1 phần cánh bướm ga.
Với tốc độ động cơ đạt 1200 vòng/ phút, thời điểm cam nạp được giảm đi. Khi tốc độ
động cơ từ 1200 đến 4300 vòng/ phút, thời điểm cam nạp sẽ sớm hơn. Khi tốc độ động
cơ lớn hơn 4300 vòng/ phút, thời điểm cam nạp được giảm lại.
3. Giới hạn tốc độ động cơ
Để bảo vệ động cơ, bộ chuyển đổi mô men quay và hệ thống truyền lực, ECM sẽ
giới hạn tốc độ động cơ dưới điều kiện hoạt động cho phép. Tốc độ động cơ được giới
hạn khi hỗn hợp hòa khí nghèo hoặc sự phun nhiên liệu dừng lại và đánh lửa trễ đi.

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

10


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

Bộ chuyển đổi mô men được bảo vệ khi tay số ở vị trí P hay N bởi vì bộ chuyển
đổi mô men dễ bị hư hỏng khi tăng áp suất bên trong. Khi tay số ở vị trí số P hay N với
tốc độ xe lớn hơn 3 dặm/ giờ, tốc độ động cơ đạt tới 4000 vòng/ phút.
Hệ thống truyền lực được bảo vệ khi tăng tốc đột ngột. Trong quá trình tăng tốc,
tốc độ động cơ giới hạn đến 3500 vòng/ phút trong 1 giây khi gài số và tốc độ xe thấp
hơn 18 dặm/ giờ.
Để bảo vệ động cơ khỏi hư hỏng, xy lanh thứ 2 theo thứ tự cháy sẽ được tắt khi tốc
độ động cơ lớn hơn 6200 vòng/ phút. Tất cả xy lanh sẽ tắt khi tốc độ động cơ lớn hơn
6350 vòng/ phút. Sau khi tất cả xy lanh động cơ được tắt và tốc độ giảm thấp hơn 6325

vòng/ phút thì xy lanh thứ 2 theo thứ tự cháy sẽ được bật lại. Tất cả xy lanh sẽ được
cháy lại khi tốc độ động cơ thấp hơn 6200 vòng/ phút.
4. Hệ thống đánh lửa trợ giúp với sự điều khiển tốc độ cầm chừng
Nếu một sự thay đổi tốc độ cầm chừng xảy ra, thì thời điểm đánh lửa sẽ được thay
đổi theo sự điều khiển tốc độ cầm chừng. Thời điểm đánh lửa có thể sớm hay trễ trong
khoảng 8 độ.
5. Giảm rung động bƣớm ga
Khi bướm ga bị nhả đột ngột với góc mở bướm ga lớn hơn 8 độ, bướm ga đóng dần
dần trong khoảng tốc độ cầm chừng. ECM sử dụng tín hiệu tốc độ động cơ, tín hiệu
nhiệt độ nước làm mát, tín hiệu vị trí bướm ga, và tín hiệu tốc độ xe để điều khiển
giảm rung động bướm ga.
6. Mô men quay vòng
Khi cánh bướm ga mở hoàn toàn, ECM giảm mô men động cơ bằng cách thay đổi
thời điểm đánh lửa. ECM thay đổi thời điểm đánh lửa khi tốc độ xe nhỏ hơn 75 dặm/
giờ, tốc độ động cơ lớn hơn 3400 vòng/ phút, bướm ga mở hoàn toàn được nhận biết,
và độ cao thấp hơn 5250 fit so với mặt nước biển.
7. Sự nhận biết hộp số quá tải
Sự bảo vệ hộp số quá tải là một công tắc áp suất dầu thủy lực được kết nối với
mạch hoạt động áp suất của phanh dãy B1. Công tắc chức năng phụ thuộc vào áp suất
hoạt động B1. ECM dùng sự nhận biết quá tải hộp số để bảo vệ hộp số không bị quá
tải.
8. Dải tín hiệu hộp số
Dải tín hiệu hộp số được gởi từ bộ điều khiển bướm ga bằng điện tử hay bộ điều
khiển bướm ga/ tốc độ cầm chừng. Dải tín hiệu hộp số được gởi từ bộ tương ứng thông
qua hệ thống CAN đến ECM. ECM dùng dải tín hiệu hộp số để điều khiển sự phun
nhiên liệu sau đó bắt đầu giàu nhiên liệu, bộ xúc tác ấm lên, trì hoãn 2-3, điều chỉnh
trục cam, và giới hạn tốc độ động cơ.
9. Sự trì hoãn hộp số
Để bộ xúc tác đạt đến nhiệt độ làm việc nhanh chóng hơn, bướm ga đóng và một
phần tải được đóng và được trì hoãn tối đa 150 giây sau khi động cơ khởi động và

nhiệt độ nước ở 40 – 212 0F gây ra để xảy ra tại tốc độ động cơ cao hơn. Bướm ga
đóng 3-4 được trì hoãn lên đến 34 dặm/ giờ.

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

11


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

ECM trì hoãn bởi sự điều khiển trì hoãn van luân hồi và bộ chân không. ECM dùng
tín hiệu nhiệt độ nước làm mát, tín hiệu tốc độ xe, tín hiệu dải hộp số, và thời gian
chạy sau khi khởi động để điều khiển trì hoãn.
II. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ Mercedes C220



.

Hình 4: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ Mercedes C220
Hệ thống điều khiển động cơ bao gồm các cảm biến tín hiệu, ECM và các cơ cấu
chấp hành. Các cảm biến được bố trí xung quanh để xác định tình trạng làm việc của

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

12


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

động cơ. Tín hiệu từ các cảm biến được ECU tiếp nhận và nó sẽ tính toán để điều
khiển các cơ cấu chấp hành hoạt động sao cho động cơ làm việc là tối ưu nhất.
Hệ thống điều khiển động cơ bao gồm:


Tín hiệu đầu vào (các cảm biến)



ECM điều khiển.



Các cơ cấu chấp hành

III. Các cảm biến:
1.

Cảm biến đo gió (kiểu dây nhiệt)

Bộ đo gió được sử dụng trên động cơ để nhận biết lượng khí nạp đi vào trong
xy lanh động cơ. Nó là một trong những cảm biến quan trọng nhất. Tín hiệu lượng đo
gió được sử dụng để tính toán lượng phun xăng cơ bản va góc đánh lửa sớm cơ bản.
Bộ đo gió kiểu dây nhiệt có các ưu điểm sau:
 Phạm vi đo khối lượng không khí nạp từ tốc độ cầm chừng đến chế độ tải
lớn là rất rộng, đặc biệt là khi dùng turbo để tăng áp cho động cơ.
 Đặc tính làm việc không phụ thuộc vào sự hoạt động của xe ở vùng cao hay
vùng thấp.
 Trọng lượng bé, kích thước nhỏ gọn.
 Không sử dụng cơ cấu cơ khí nên nó có độ nhạy rất cao.

 Đo trực tiếp khối lượng không khí nạp.
 Sức cản dòng khí qua bộ đo gió nhỏ hơn kiểu van trượt.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Bộ đo gió dây nhiệt được đặt trên đường ống nạp phía trước cánh bướm ga.

Hình 5: dạng bộ đo gió dây nhiệt.
Nó có cấu tạo gồm một nhiệt điện trở (Thermistor), dây nhiệt bằng platin
(Platinum Hot Wire) đặt trên đường di chuyển của không khí và mạch điều khiển điện
tử. Nhiệt điện trở dùng để kiểm tra nhiệt độ không khí nạp vào bộ đo gió.

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

13


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

Hình 6: Sơ đồ mạch điện nguyên lý của bộ đo gió dây nhiệt.
Dây nhiệt và nhiệt điện trở được bố trí trên đường di chuyển của không khí.
Nếu lượng không khí nạp qua dây nhiệt càng nhiều, thì lượng nhiệt mang đi càng lớn
và nó càng nguội đi.
Khi nhiệt độ của dây platin được giữ ở một giá trị không đổi, có mối quan hệ
giữa lượng không khí nạp và cường độ dòng điện qua dây nhiệt để duy trì nhiệt độ của
dây nhiệt.
Trong thực tế, dây nhiệt được mắc trong một mạch cầu và điện thế tại điểm A
và B bằng nhau. Do vậy, khi dây nhiệt bị làm nguội bởi không khí nạp thì điện trở của
nó giảm, nên điện áp tại điểm A cũng giảm theo và làm cho bộ khuếch đại hoạt động,
transistor mở để cho dòng điện vào mạch điện và dòng điện qua dây nhiệt tăng → điện
trở dây nhiệt tăng cho đến khi điện thế tại điểm A bằng điểm B.

Hình 7: Tín hiệu điện áp ra của bộ đo gió dây nhiệt.
Bằng cách sử dụng tính năng của mạch cầu, lượng không khí nạp có thể xác
định bằng cách đo điện áp tại điểm B. Trong thiết kế, nhiệt độ dây nhiệt được duy trì
cao hơn nhiệt độ của khí nạp ở một mức không đổi, khi độ chênh lệch nhiệt độ càng
cao thì cảm biến càng nhạy.
Trong quá trình làm việc nếu nhiệt độ không khí nạp tăng một đại lượng là T
thì nhiệt độ dây nhiệt cũng gia tăng một đại lượng tương ứng, để giải quyết vấn đề này
bằng cách người ta lắp một điện trở nhiệt ở nhánh khác của cầu. Do vậy trong hệ thống
không cần có cảm biến nhiệt độ không khí nạp để hiệu chỉnh lưu lượng phun.

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

14


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

Khi xe chạy ở độ cao, mật độ không khí nạp giảm, khả năng làm nguội dây
nhiệt cũng kém theo, nên không cần phải hiệu chỉnh phun theo độ cao của xe đang
hoạt động.
2. Cảm biến vị trí trục khuỷu

Hình 8: Vị trí của cảm biến vị trí trục khuỷu.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cảm biến vị trí trục khuỷu là loại cảm biến điện từ, nó được bố trí bên hông của
thân máy gần phía hộp số. Cảm biến vị trí trục khuỷu bao gồm một nam châm vĩnh
cửu, một cuộn dây tín hiệu quấn quanh một lõi sắt non và một rotor tín hiệu, rotor này
quay cùng với trục khuỷu. Trên rotor này có 58 răng và có 2 răng khuyết, 2 răng
khuyết này được dùng để xác định xilanh số 1. Vì thế, với mỗi vòng quay của rotor tín
hiệu cung cấp từ trường cho cảm biến vị trí trục khuỷu dạng điện từ này tạo ra 58 tín

hiệu.

Hình 9: Cấu tạo của cảm biến vị trí trục khuỷu.
Khi trục khuỷu quay, rotor tín hiệu cũng quay cùng với trục khuỷu làm cho khe
hở không khí giữa cảm biến vị trí trục khuỷu và rotor thay đổi theo chu kỳ. Sự thay đổi
này dẫn đến làm thay đổi từ trường do nam châm vĩnh cửu tạo ra. Từ trường thay đổi
sẽ tạo nên một suất điện động cảm ứng xoay chiều trong cuộn dây tín hiệu. Suất điện
động cảm ứng này có biên độ thấp khi số vòng quay của rotor tín hiệu thấp và ngược
Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

15


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

lại, suất điện động cảm ứng này có biên độ cao khi số vòng quay của rotor tín hiệu
cao. Khi cảm biến đối diện với bề mặt của khe hở không khí so sánh có khoảng cách
tương ứng với 2 răng thì biên độ của suất điện động cảm ứng này cao hơn bình thường
sẽ là cơ sở cho việc xác định xilanh số 1.
Răng khuyết

Hình 10: Dạng xung tín hiệu của cảm biến vị trí trục khuỷu.
Cảm biến vị trí trục khuỷu sẽ tạo ra một xung suất điện động cảm ứng xoay
chiều cho mỗi răng của rotor tín hiệu, do đó trong một vòng quay của trục khuỷu sẽ có
58 xung suất điện động cảm ứng xoay chiều được tao ra và gởi đến ECU. ECU sẽ đọc
các xung tín hiệu này để tìm ra góc quay trục khuỷu tương ứng.
3. Cảm biến vị trí trục cam
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cảm biến vị trí trục cam là loại cảm biến Hall, nó được bố trí bên hông của nắp
máy. Nó bao gồm một cảm biến Hall và một rotor tín hiệu có 1 răng.

Hình 11: Cấu tạo cảm biến vị trí trục cam

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

16


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

Nguyên lý hoạt động dựa theo hiệu ứng Hall. Khi cấp nguồn điện đến IC Hall
và có từ trường của nam châm vĩnh cửu đi qua nó thì IC sẽ cho ra một điện áp. Nam
châm vĩnh cửu của cảm biến vị trí trục cam được bố trí cố định. Người ta dùng các
răng của rotor tín hiệu của cảm biến để dẫn từ qua Hall.

Hình 12: Nguyên lý hoạt động của cảm biến Hall.

Hình 13: Sơ đồ mạch điện nguyên lý hoạt động của cảm biến Hall.
Theo sơ đồ nguyên lý, khi có điện nguồn cung cấp đến IC Hall và có từ thông
đi qua nó thì IC Hall sẽ cho một tín hiệu điện áp đến OpAmp. OpAmp cho ra tín hiệu
điện áp cao và LED sẽ sáng. Khi không có từ thông qua IC Hall, OpAmp cho tín hiệu
điện áp là 0 vôn.
Cảm biến vị trí trục cam sẽ phát ra tín hiệu điện áp ở 200 sau điểm chết trên. Tín
hiệu điện áp này sẽ được chuyển thành xung vuông bởi bộ chuyển đổi từ mạch tương
tự sang số. ECU sử dụng tín hiệu này để điều khiển phun nhiên liệu và đánh lửa lúc
khởi động động cơ và điều khiển chống kích nổ.

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

17

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

4. Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát và cảm biến khí nạp
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình14: Vị trí của cảm biến nhiệt độ nuớc làm mát.
Cảm biến có dạng hình trụ rỗng có ren ngoài, bên trong của cảm biến có gắn
một chất bán dẫn có trị số nhiệt điện trở âm. Khi nhiệt độ nước làm mát thấp thì điện
trở của cảm biến tăng và ngược lại, điện trở cảm biến sẽ giảm khi nhiệt độ nước làm
mát tăng. Ở loại cảm biến này nó sẽ chuyển từ nhiệt độ nước làm mát của động cơ
sang tín hiệu điện áp.

Hình 15: Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát.
ECU dùng tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát để điều khiển phun nhiên
liệu, làm giàu nhiên liệu sau khởi động và khi hâm nóng động cơ. Làm giàu nhiên liệu
khi tăng tốc, ngắt nhiên liệu khi giảm tốc. Điều khiển đánh lửa khi khởi động, đánh lửa
trong lúc hâm nóng động cơ, ở tốc độ cầm chừng, điều khiển cam thông minh và
chống kích nổ.
ECU dùng nhiệt độ chuẩn là 80°C để hiệu chỉnh lượng lượng phun nhiên liệu
khi nhiệt độ nước thay đổi. Khi nhiệt độ nước làm mát bé hơn 80°C thì ECU sẽ điều
khiển tăng lượng phun.
Lượng nhiên liệu phun thay đổi theo nhiệt độ nước làm mát là rất lớn. Khi cảm
biến bị hở mạch thì điện áp chân tín hiệu sẽ rất cao, lượng nhiên liệu phun sẽ tăng
mạnh. Khi cảm biến bị ngắn mạch, điện áp tại chân tín hiệu là nhỏ nhất làm cho động
cơ hoạt động không ổn định, nhất là khi nhiệt độ động cơ dưới 80ºC.

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

18


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

Hình 16: Cảm biến nhiệt độ khí nạp.
Cảm biến nhiệt độ khí nạp được đặt trong cảm biến đo gió dây nhiệt.
Nó cũng là một loại cảm biến nhiệt điện trở âm và dùng để xác định nhiệt độ
của không khí nạp vào động cơ. Mật độ của không khí sẽ thay đổi theo nhiệt độ, điều
này có nghĩa là khối lượng không khí nạp vào động cơ phụ thuộc vào nhiệt độ của
lượng không khí nạp.
Cảm biến bao gồm một điện trở nhiệt có trị số nhiệt điện trở âm. Số lượng và
mật độ của không khí thay đổi theo nhiệt độ, ngay cả lượng không khí nạp qua bộ đo
gió là như nhau thì lượng nhiên liệu phun sẽ thay đổi theo nhiệt độ. ECU dùng nhiệt
độ cơ bản là 200C để giảm lượng nhiên liệu phun khi nhiệt độ không khí nạp tăng cao
và sẽ gia tăng lượng nhiên liệu khi nhiệt độ không khí bé hơn 200C. Điều này có nghĩa
là cảm biến nhiệt độ không khí là cảm biến dùng để hiệu chỉnh lưu lượng phun khi
nhiệt độ của môi trường thay đổi.

Hình 17: Cấu tạo và sơ đồ mạch điện của cảm biến nhiệt độ khí nạp.
Theo sơ đo mạch điện, dòng điện 5V từ ECU cung cấp qua điện trở cố định đến
cực 2.27 của ECU để cung cấp cho cảm biến. Khi nhiệt độ không khí nạp thay đổi thì
điện trở của cảm biến nhiệt độ khí nạp sẽ thay đổi theo. Điện áp tại cực 2.27 của ECU
cũng sẽ thay đổi theo khi điện trở cảm biến thay đổi và ECU dùng tín hiệu tại cực 2.27
của ECU đưa về bộ xử lý để xác định nhiệt độ không khí nạp.
5. Cảm biến oxy
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cảm biến oxy được bố trí trên đường ống thải, dùng để nhận biết nồng độ oxy
có trong khí thải từ đó xác định tỉ lệ nhiên liệu và không khí trong buồng đốt của động
cơ.

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

19


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

Hình 18: Cấu tạo của cảm biến Oxy.
Cảm biến oxy phần chính gồm hợp chất Zirconia (Zirconium dioxyt), điện cực
Platin và bộ xông cảm biến ( Heater). Cảm biến oxy cho ra tín hiệu điện áp cơ bản dựa
vào sự so sánh lượng oxy có trong khí thải và oxy của áp suất môi trường. Một mặt
của cảm biến tiếp xúc với khí thải và mặt còn lại tiếp xúc với khí trời. Hai điện cực
cảm biến được làm bằng platin.
Khi lượng oxy có trong khí thải nhiều,
điện áp tại hai điện cực platin sẽ thấp. Khi
lượng oxy có trong khí thải thấp, cảm biến oxy
sẽ phát ra tín hiệu điện áp cao. Khi sự chênh
lệch lượng oxy có trong khí thải và môi trường
càng lớn thì tín hiệu điện áp từ cảm biến sẽ
càng cao.
Như vậy cảm biến oxy sẽ gửi tín hiệu
điện áp đến ECM và ECM sử dụng tín hiệu
điện áp này để điều khiển phun nhiên liệu.
Từ lương oxy trong khí thải mà ECM
xác định được, nó sẽ hiệu chỉnh lại tỉ lệ hỗn
hợp trong buồng đốt. Khi hỗn hợp giàu thì tín
hiệu điện áp cảm biến oxy từ 0,6 đến 1,0 vôn.
Khi hỗn hợp trong buồng đốt nghèo, tín hiệu
điện áp phát ra sẽ thấp từ 0,4 đến 0,1 vôn. Khi
tỉ lệ không khí và nhien liệu là 14,7/1 thì tín

hiệu phát ra từ càm biến oxy là 0,45 vôn.
6. Cảm biến kích nổ
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cảm biến kích nổ được bố trí ở xy lanh động cơ. Cảm biến kích nổ được chế
tạo bằng phần tử áp điện. Khi hiện tượng kích nổ xảy ra, các xylanh bị rung động
mạnh làm biến dạng phần tử này và cảm biến phát ra xung điện áp từ 6 kHz đến
13kHz.
Khi hiện tượng kích nổ xảy ra, áp suất trong các xy lanh của động cơ tăng
nhanh đột ngột ở lân cận điểm chết trên. Sự tăng áp suất đột ngột lên các chi tiết sinh
Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

20


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

ra va đập , làm cho các chi tiết rung động mạnh, công suất và hiệu suất động cơ giảm.
Để khắc phục kích nổ xảy ra bằng cách giảm áp suất cháy trong các xy lanh của động
cơ  thực hiện đánh lửa trễ.
Cảm biến kích nổ dùng để xác định hiện tượng kích nổ xảy ra trong các xy lanh
của động cơ. ECU dùng tín hiệu này để điều khiển đánh lửa trễ cho đến khi hiện tượng
kích nổ không còn xảy ra.

Hình 19: Vị trí và các dạng xung của cảm biến kích nổ
7. Cảm biến vị trí bƣớm ga
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cảm biến bao gồm một điện trở, nguồn điện áp 5V từ ECU cung cấp vào hai
đầu của điện trở, con trượt di chuyển trên điện trở theo góc mở của cánh bướm ga. Tín
hiệu điện áp (ở chân tín hiệu) từ con trượt gởi về ECU để xác định độ mở của cánh
bướm ga.

Cảm biến vị trí bướm ga được bố trí trên thân bướm ga và được điều khiển bởi
trục của bướm ga. Nó chuyển góc mở của cánh bướm ga thành tín hiệu điện áp và gởi
về ECU. Cảm biến bướm ga có các chức năng sau:

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

21


Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

Hình20: Cấu tạo cảm biến vị trí bƣớm ga.
 Điều chỉnh tỉ lệ hỗn hợp theo tải của động cơ: Ở tốc độ cầm chừng đòi
hỏi hỗn hợp hơi giàu, khi tải lớn phải làm giàu hỗn hợp để công suất động cơ phát ra
tối đa ( = 0,85 – 0,95) và khi động cơ hoạt động ở tải trung bình phải đảm bảo động
cơ chạy tiết kiệm ( =1).
 Cắt nhiên liệu khi giảm tốc: Khi giảm tốc ECU sẽ căn cứ vào cảm biến
số vòng quay động cơ và cảm biến vị trí bướm ga để cắt nhiên liệu, nhằm tiết kiệm
nhiên liệu và chống ô nhiễm môi trường. Tốc độ cắt nhiên liệu phụ thuộc vào cảm biến
nhiệt độ nước làm mát, khi nhiệt độ động cơ càng thấp thì tốc độ cắt nhiên liệu càng
cao.
 Làm giàu hỗn hợp khi tăng tốc: Khi ấn ga đột ngột từ vị trí cầm chừng,
ECU sẽ tăng lượng nhiên liệu cung cấp để làm giàu hỗn hợp giúp cho động cơ tăng tốc
nhanh chóng.

IV. Các cơ cấu chấp hành và các chức năng điều khiển của ECU
ECU điều khiển động có các những chức năng sau:


Điều khiển sự phun nhiên liệu của các kim phun.



Điều khiển thời điểm đánh lửa.



Điều khiển tốc độ cầm chừng.



Điều khiển hệ thống chẩn đoán động cơ.



Điều khiển bơm nhiên liệu.



Chức năng an toàn.



Chức năng dự phòng …

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

22

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường – Mã số: T45 – 2008

1. Chức năng điều khiển phun nhiên liệu

Hình 21: Sơ đồ chức năng điều khiển phun xăng.
Nhiên liệu đã được bơm nhiên liệu cung cấp đầy đủ dưới một áp suất nhất định đến
các kim phun. Trong quá trình làm việc, ECU xác định tình trạng làm việc của động cơ
thông qua các tín hiệu từ các cảm biến gởi về, từ đó ECU sẽ tính toán và gởi tín hiệu
đến điều khiển thời gian mở của các kim phun để cung cấp lượng nhiên liệu chính xác
cho các xy lanh.
Tín hiệu từ các cảm biến gởi về bao gồm:


Tín hiệu điện áp từ cảm biến đo gió.



Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát.



Tín hiệu nhiệt độ không khí nạp.



Tín hiệu điện áp Accu.



Tín hiệu khởi động.



Tín hiệu từ cảm biến ôxy. v.v…

Thời gian mở thực tế của kim phun gồm thời gian phun cơ bản + thời gian phun
hiệu chỉnh.
Thời gian phun cơ bản dựa vào hai thông số: lượng không khí nạp thực tế và số
vòng quay của trục khuỷu động cơ. Lượng phun cơ bản tỉ lệ thuận với lưu lượng
không khí nạp và tỉ lệ nghịch với số vòng quay trục khuỷu.
Các cảm biến còn lại ECT, ITA, OS… dùng để hiệu chỉnh lưu lượng phun cho
chính xác.

Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều khiều động cơ Mercedes phục vụ cho công tác giảng dạy thực tập

23