SO SÁNH PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA CẢM BIẾN MAP GM VÀ TOYOTA, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THAY THẾ MAP SENSOR GM BẰNG MAP SENSOR TOYOTA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

SO SÁNH PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA CẢM
BIẾN MAP GM VÀ TOYOTA, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THAY
THẾ MAP SENSOR GM BẰNG MAP SENSOR TOYOTA

Họ và tên sinh viên: LÊ HOÀNG ÂN
HỒ TẤN LỰC
Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Niên khóa: 2009-2013
Tháng 07 năm 2013


SO SÁNH PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA CẢM BIẾN MAP
GM VÀ TOYOTA, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THAY THẾ MAP SENSOR
GM BẰNG MAP SENSOR TOYOTA

Tác giả

LÊ HOÀNG ÂN
HỒ TẤN LỰC

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành
Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô

Giáo viên hướng dẫn:
Th.s NGUYỄN TRỊNH NGUYÊN

Tháng 07 năm 2013
i


LỜI CẢM TẠ
Từ khi còn bỡ ngỡ bước chân vào giảng đường đại học, với ước mơ sẽ trở thành
một kỹ sư cơ khí, chúng em đã luôn nhận được sự ủng hộ, dìu dắt tận tình của quý
thầy cô giáo và sự giúp đỡ rất nhiều của bạn bè. Ngày hôm nay, khi sắp hoàn thành
môn học cuối cùng của khóa học nhóm em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành
đến:


Ban giám hiệu trường ĐH Nông Lâm Tp.HCM



Ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí-Công Nghệ



Quý thầy cô giáo đã tận tình giảng dạy chúng em trong suốt quá trình

học tập tại trường.


Thầy Th.s Nguyễn Trịnh Nguyên đã nhiệt tình hướng đẫn để nhóm em

thực hiện đề tài này.


Xin cảm ơn các bạn bè đã luôn động viên giúp đỡ mình trong quá trình

học tập.


Cuối cùng, chúng tôi xin gởi lời biết ơn chân thành đến gia đình đã luôn

quan tâm, lo lắng và động viên trên mỗi chặn đường chúng tôi đã đi.
Trong quá trình thực hiện đề tài cũng còn nhiều thiếu sót mong quý thầy cô và
các bạn góp ý thêm.
Chân thành cảm ơn!...

TP.HCM ngày 20 tháng 6 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Lê Hoàng Ân
Hồ Tấn Lực

ii


TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “So sánh phân tích đặc tính làm việc của cảm biến MAP
sensor GM và Toyota, đề xuất phương án thay thế MAP sensor GM bằng MAP sensor
Toyota”. Đề tài đã được tiến hành tại xưởng thực tập khoa Cơ Khí-Công Nghệ, thời
gian từ ngày 25 tháng 02 năm 2013 đến ngày 24 tháng 06 năm 2013 với sự hướng dẫn
của thầy Nguyễn Trịnh Nguyên.


Nội dung chính đã thực hiện:
–

Nghiên cứu tài tiệu, sách báo có liên quan đến đề tài.

–

Nghiên cứu thiết bị đo lấy tín hiệu điện áp chân PIM của MAP sensor.

–

Tìm hiểu lập trình trên LabVIEW lấy tín hiệu điện áp dạng sóng.

–

Tiến hành các thí nghiệm để thu thập đường đặc tính làm việc của MAP

sensor Toyota và GM.
–

Dựa vào các đường đặc tính so sánh, phân tích để rút ra kết luận phương

án thay thế MAP sensor Toyota lên động cơ GM.



–

Kiểm nghiệm việc thay thế MAP Toyota lên động cơ GM.

–

Rút ra kết luận sau quá trình nghiên cứu.

Kết quả đạt được:
Qua đề tài, nhóm đã đưa ra được phương án thay thế MAP sensor Toyota lên

động cơ GM mà vẫn đảm bảo tính làm việc ổn định của động cơ, khắc phục một số
nhược điểm của hệ thống điều khiển phun xăng ở động cơ GM cũ.

iii


MỤC LỤC
Trang
Trang tựa ........................................................................................................ i
LỜI CẢM TẠ ................................................................................................ ii
TÓM TẮT ..................................................................................................... iii
MỤC LỤC .................................................................................................... iv
DANH SÁCH CÁC HÌNH ........................................................................... vii
Chương 1: MỞ ĐẦU ................................................................................... 1
Chương 2: TỔNG QUAN ........................................................................... 3
2.1 Khái quát về hệ thống phun xăng trên động cơ ....................................... 3
2.1.1 Giới thiệu ......................................................................................... 3
2.1.2 Lịch sử phát triển phun xăng ........................................................... 4
2.1.3 Phân loại hệ thống phun xăng .......................................................... 5
2.1.3.1 Loại CIS (continuous injection system) (phun liên tục) ........... 5
2.1.3.2 Loại AFC (air flow controlled fuel injection) (điều khiển phun
dựa trên lưu lượng gió) ......................................................................... 5
2.1.3.3 Loại TBI (throttle body injection) (phun đơn điểm) ................ 6
2.1.3.4 Loại MPI (multi point fuel injection) (phun đa điểm) .............. 6
2.1.4 Ưu điểm của hệ thống phun xăng điện tử ........................................ 7

2.1.5 Cấu trúc điều khiển phun xăng điện tử ............................................ 8
2.2 Phun xăng điện tử loại D-Jetronic. Cảm biến áp suất tuyệt đối trên
đường ống nạp MAP (manifold absolute pressure) ...................................... 8
2.2.1 D-Jetronic ......................................................................................... 8
2.2.2 Vai trò của MAP sensor ................................................................... 9
2.2.3 Phân loại MAP sensor ..................................................................... 11
2.2.3.1 Loại áp điện kế ......................................................................... 11
2.2.3.2 Loại điện dung ......................................................................... 14
2.2.3.3 Loại sai lệch tuyến tính ............................................................ 15
Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............. 16
3.1 Thời gian, địa điểm ................................................................................. 16
iv


3.1.1 Thời gian ......................................................................................... 16
3.1.2 Địa điểm .......................................................................................... 16
3.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu ................................................... 16
3.3 Phương tiện thực hiện ............................................................................. 17
Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................. 19
4.1 Tìm hiểu thiết bị ..................................................................................... 19
4.1.1 Tìm hiểu MAP sensor (bộ phận chuyển đổi sơ cấp) ....................... 21
4.1.1.1 Giới thiệu MAP sensor ........................................................... 21
4.1.1.2 Dấu hiệu hư hỏng MAP sensor ................................................ 23
4.1.1.3 Cách thay thế MAP sensor ...................................................... 23
4.1.2 Tìm hiểu, sử dụng card INOC (bộ phận xử lý tín hiệu) .................. 23
4.1.2.1 Sơ đồ bố trí chân card INOC ................................................... 23
4.1.2.2 Giao tiếp card INOC ................................................................ 25
4.1.3 Lập trình LabVIEW xử lý tín hiệu điện áp chân PIM và hiển thị lên
màn hình (bộ phận xử lý tín hiệu tiếp theo đồng thời là bộ phận hiển thị) 26
4.1.3.1 Cài đặt phần mềm LabVIEW .................................................. 26

4.1.3.2 Các thuật ngữ thường dùng trong LabVIEW .......................... 26
4.1.3.3 Giao diện chương trình LabVIEW .......................................... 27
4.1.3.4 Soạn thảo một VI trong LabVIEW .......................................... 31
4.1.3.5 Tạo một SubVI trong LabVIEW ............................................. 31
4.1.3.6 Lập trình lấy tín hiệu điện áp trên LabVIEW .......................... 33
4.2 Tiến hành thí nghiệm đo điện áp chân PIM MAP sensor Toyota và
GM ................................................................................................................ 40
4.2.1 Thí nghiệm riêng cho MAP sensor GM .......................................... 41
4.2.1.1 Thí nghiệm với áp cố định ....................................................... 41
4.2.2.2 Thí nghiệm với áp thay đổi ...................................................... 42
4.2.2 Thí nghiệm riêng cho MAP sensor Toyota ..................................... 44
4.2.2.1 Thí nghiệm với áp cố định ....................................................... 44
4.2.2.2 Thí nghiệm với áp thay đổi ...................................................... 46
4.2.3 Thí nghiệm cho 2 MAP sensor cùng lúc ......................................... 47
4.2.3.1 Thí nghiệm với áp cố định ....................................................... 47
v


4.2.3.2 Thí nghiệm với áp thay đổi ...................................................... 49
4.3 Kết quả và nhận xét ................................................................................ 50
4.4 Thay thế kiểm nghiệm ............................................................................ 52
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................... 53

vi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Sơ đồ các khối chức năng của hệ thống điều khiển phun xăng
điện tử ............................................................................................................ 8
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý loại D-Jetronic và L-Jetronic ............................. 9

Hình 2.3: Vị trí lắp đặt MAP sensor trên xe ................................................. 9
Hình 2.4: Sơ đồ điều khiển và vị trí của MAP sensor ................................. 10
Hình 2.5: Sơ đồ cấu tạo của MAP sensor loại áp điện kế ........................... 12
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý của MAP sensor loại áp điện kế ....................... 13
Hình 2.7: Mạch điện của MAP sensor loại áp điện kế ................................ 13
Hình 2.8: Đường đặc tính của MAP sensor loại áp điện kế ........................ 13
Hình 2.9: Sơ đồ cấu tạo MAP sensor loại điện dung ................................. 14
Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý MAP sensor loại sai lệch từ tuyến tính .......... 15
Hình 3.1: Thiết bị đo điện áp chân PIM ...................................................... 17
Hình 3.2: MAP sensor Toyota ..................................................................... 17
Hình 3.3: MAP sensor GM .......................................................................... 18
Hình 3.4: Mô hình động cơ Daewoo ........................................................... 18
Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý chung của thiết bị đo ........................................ 19
Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo điện áp chân PIM MAP sensor . 20
Hình 4.3: Kí hiệu trên MAP sensor Toyota ................................................. 21
Hình 4.4: Kí hiệu trên MAP sensor GM ...................................................... 22
Hình 4.5a,b: Sơ đồ chân card INOC, card INOC ........................................ 24
Hình 4.6: Sơ đồ kết nối card INOC với máy tính ........................................ 25
Hình 4.7: Front Panel ................................................................................... 27
Hình 4.8: Bảng Controls .............................................................................. 28
Hình 4.9: Bảng Block Diagram ................................................................... 29
Hình 4.10: Sơ đồ kết nối các hàm và SubVI với các control và indicator .. 29
Hình 4.11: Bảng Functions .......................................................................... 30
Hình 4.12: SubVI (khối INOC-inovation center) ........................................ 32
Hình 4.13: Giao diện lập trình trên Front Panel .......................................... 33
vii


Hình 4.14: Lập trình trên Block Diagram và giải thuật ............................... 34
Hình 4.15: Lập trình xử lý tín hiệu và xuất tín hiệu trong LabVIEW ......... 35

Hình 4.16: Khối INOC ................................................................................ 35
Hình 4.17: Lập trình khai báo nguồn tín hiệu ............................................. 36
Hình 4.18: Lập trình xử lý nguồn ................................................................ 36
Hình 4.19: Lập trình lưu kết quả vào tệp ..................................................... 37
Hình 4.20: Sơ đồ kết nối phần cứng để kiểm tra hoạt động của thết bị ...... 37
Hình 4.21: Kết nối thực tế kiểm tra hoạt động của thiết bị ......................... 38
Hình 4.22: Kiểm tra kết nối cổng COM ...................................................... 39
Hình 4.23: Mô hình động cơ Daewoo dùng tạo áp thay đổi ....................... 40
Hình 4.24: Sơ đồ kết nối đo điện áp chân PIM MAP sensor GM với áp cố
định ............................................................................................................... 41
Hình 4.25: Kết nối thực tế đo điện áp chân PIM MAP sensor GM với áp
cố định .......................................................................................................... 41
Hình 4.26: Hiển thị điện áp chân PIM MAP sensor GM với áp cố định
trên màn hình ................................................................................................ 42
Hình 4.27: Đồ thị điện áp chân PIM theo thời gian của MAP sensor GM
với áp cố định ............................................................................................... 42
Hình 4.28: Sơ đồ kết nối đo điện áp chân PIM MAP sensor GM với áp
thay đổi ......................................................................................................... 43
Hình 4.29: Kết nối thực tế đo điện áp chân PIM MAP sensor GM với áp
thay đổi ......................................................................................................... 43
Hình 4.30: Đồ thị điện áp chân PIM theo thời gian của MAP sensor GM
với áp thay đổi .............................................................................................. 44
Hình 4.31: Sơ đồ kết nối đo điện áp chân PIM MAP sensor Toyota với áp
cố định .......................................................................................................... 44
Hình 4.32: Kết nối thực tế đo điện áp chân PIM MAP sensor Toyota
với áp cố định ............................................................................................... 45
Hình 4.33: Đồ thị điện áp chân PIM theo thời gian của MAP sensor Toyota
với áp cố định ............................................................................................... 45
Hình 4.34: Sơ đồ kết nối đo điện áp chân PIM MAP sensor Toyota với
viii

áp thay đổi .................................................................................................... 46
Hình 4.35: Kết nối thực tế đo điện áp chân PIM MAP sensor Toyota với
áp thay đổi .................................................................................................... 46
Hình 4.36: Đồ thị điện áp chân PIM theo thời gian của MAP sensor
Toyota với áp thay đổi .................................................................................. 47
Hình 4.37: Sơ đồ kết nối đo điện áp chân PIM MAP sensor Toyota và
GM cùng lúc với áp cố định ......................................................................... 47
Hình 4.38: Kết nối thực tế đo điện áp chân PIM MAP sensor Toyota
và GM cùng lúc với áp cố định .................................................................... 48
Hình 4.39: Đồ thị điện áp chân PIM theo thời gian của MAP sensor
Toyota và GM cùng lúc với áp cố định ........................................................ 48
Hình 4.40: Sơ đồ kết nối đo điện áp chân PIM MAP sensor Toyota và
GM cùng lúc với áp thay đổi ........................................................................ 49
Hình 4.41: Kết nối thực tế đo điện áp chân PIM MAP sensor Toyota
và GM với áp thay đổi .................................................................................. 49
Hình 4.42: Đồ thị điện áp chân PIM theo thời gian của MAP sensor
Toyota và GM với áp thay đổi ...................................................................... 50
Hình 4.43: So sánh đường đặt tính điện áp chân PIM MAP sensor
Toyota và GM ............................................................................................... 51
Hình 4.44: Tính ổn định điện áp chân PIM của MAP sensor Toyota và
GM đối với áp thay đổi ................................................................................. 51
Hình 4.45: Giới hạn min, max báo lỗi ECU GM đối với điện áp chân PIM 52
Hình 4.46: Kết quả thay thế MAP sensor Toyota lên động cơ Daewoo ..... 52

ix


Chương 1

MỞ ĐẦU
Hiện nay, với nền kinh tế đang trong giai đoạn khó khăn thì không phải ai cũng
có thể mua được một chiếc xe mới vì vậy hầu hết các Showroom thường nhập xe cũ về
nhiều hơn là xe mới. Khả năng tiêu thụ xe mới giảm, lượng xe cũ trong nước cũng khá
nhiều dẫn đến nhu cầu bảo dưỡng sửa chữa tăng cao. Cũng trong tình hình kinh tế khó
khăn như vậy, nhu cầu giảm chi phí sửa chữa là điều tất yếu. Qua đó, nhóm tôi đã thực
hiện đề tài này; mong sẽ đáp ứng được một phần nhu cầu giảm chi phí trong sửa chữa
đồng thời cải thiện được tình trạng làm việc của động cơ.
Ô tô đang lưu hành tại Việt Nam rất đa dạng, với nhiều dòng xe có tuổi đời cao,
thậm chí nhiều loại phụ tùng xe không còn sản xuất nữa. Việc vận hành trong điều
kiện khí hậu nóng ẩm khiến các chi tiết của cảm biến đo gió nhanh chóng thay đổi tính
năng hoặc hư hỏng, đã làm ảnh hưởng đến đặc tính làm việc của động cơ. Nhiều ôtô ở
nước ta vẫn được tiếp tục khai thác vận hành với các cảm biến bị sai lệch do lão hoá
hoặc hư hỏng làm giảm tính năng của động cơ, tăng ô nhiễm môi trường, tăng mức
tiêu hao nhiên liệu, tăng chi phí khai thác. Việc sửa chữa cũng gặp nhiều khó khăn do
không tìm được phụ tùng đúng chủng loại để thay thế. Trong khi đó, phụ tùng ô tô rất
đa dạng, với nhiều chủng loại có tính năng kỹ thuật tương đương nhưng cho đến nay ta
vẫn chưa biết được đặc tính làm việc của các chi tiết, đặc biệt là các chi tiết trên hệ
thống điều khiển động cơ, cũng như mối quan hệ lắp lẫn giữa các chi tiết cùng chủng
loại. Đối tượng nghiên cứu chính trong đề tài là MAP sensor, một chi tiết trong hệ
thống phun xăng loại D-jetronic, thu thập đường đặc tính tín hiệu điện áp chân PIM,
trên cơ sở so sánh phân tích để lên phương án lắp MAP sensor Toyota lên động cơ
GM, giảm được chi phí trong sửa chữa.
Trên thị trường MAP sensor thì MAP sensor của hãng Toyota chỉ có giá khoảng
1/4 giá của MAP sensor hãng GM. Trong sửa chữa, việc thay thế MAP sensor GM
bằng MAP sensor Toyota sẽ giảm được chi phí sửa chữa rất nhiều. MAP sensor là cảm
biến chân không đường ống nạp trên ô tô, cảm biến này đưa tín hiệu dưới dạng điện áp
1

đến ECU để xử lý và đưa tín hiệu điều chỉnh lượng phun của kim phun trên động cơ
xăng. Tín hiệu đúng, ổn định là cơ sở để lượng phun tốt nhất, giúp động cơ làm việc
ổn định; tránh rung động. Việc thay thế, cần thiết phải lấy tín hiệu điện áp chân PIM
của hai hãng trên để so sánh sự khác nhau cơ bản giữa chúng từ đó đưa ra phương
hướng cải tiến và phương pháp thay thế mà vẫn phải đảm bảo lượng phun là ổn định,
đúng và không ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của động cơ.
Ngoài ra nhóm còn ứng dụng thiết bị card INOC và phần mềm chuyên dùng
LabVIEW để hỗ trợ công việc đo lường và thu thập tín hiệu giúp giải quyết các vấn đề
kỹ thuật của đề tài.
Được sự động viên và hướng dẫn nhiệt tình của thầy cô trong khoa cơ khí
chúng tôi đã mạnh dạng đưa ra đề tài này với mong muốn góp một phần nhỏ bé trong
việc giới thiệu cách dùng card INOC, ứng dụng phần mềm LabVIEW trong nghiên
cứu kỹ thuật và đưa ra được phương hướng cải tiến thay thế MAP sensor của GM bằng
MAP sensor của hãng Toyota, giảm được chi phí sửa chữa và cải thiện được tình trạng
làm việc của động cơ GM cũ.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1

Khái quát về hệ thống phun xăng trên động cơ

2.1.1 Giới thiệu
Hệ thống phun xăng đã phát triển từ lâu nhưng vào thời kì đầu công nghệ chế
tạo còn rất kém nên nó không được sử dụng thực tế. Ngày nay, nhờ các thành tựu về
kinh tế, kỹ thuật đã giúp cho các hãng chế tạo hoàn thiện và phát triển hệ thống phun
xăng. Với hệ thống phun nhiên liệu được phun vào đường ống nạp bên cạnh supap nạp

bằng các bộ phận bằng cơ khí hay điện tử chứ không nhờ vào sức hút của dòng khí
như các động cơ dùng bộ chế hòa khí. Khi nhiên liệu phun vào, nó sẽ được hòa trộn
với không khí để tạo thành hỗn hợp có tỉ lệ không khí và nhiên liệu là tối ưu.
Trong hệ thống phun xăng, nhiên liệu phun vào với một áp suất nhất định. Áp
suất này phải đảm bảo cho sự hình thành hỗn hợp cháy xảy ra là tốt nhất. Nhờ hệ
thống phun xăng, các nhà chế tạo nâng cao được công suất của động cơ, tiết kiệm
nhiên liệu và giải quyết được phần lớn các vấn đề độc hại của khí thải.
Hệ thống phun xăng điện tử được ra đời nhằm khắc phục những bất lợi của hệ
thống phun xăng kiểu cơ khí. Nó có ưu điểm là loại bỏ được hoàn toàn việc định lượng
và phân phối nhiên liệu bằng cơ khí. Do vậy, hệ thống đơn giản, dễ dàng hơn trong
bảo dưỡng và sửa chữa.
Hệ thống phun xăng kiểu cơ khí có các đặc điểm sau: Nó là hệ thống phun đa
điểm, các kim phun liên tục, áp suất phun thay đổi và để định lượng phun nhiên liệu
bằng cách người ta thay đổi áp suất phun.
Còn ở hệ thống phun xăng điện tử là hệ thống phun xăng đơn điểm hoặc đa
điểm, áp suất phun của kim phun được giữ không đổi, kim phun gián đoạn và có chu
kì để định lượng nhiên liệu phun bằng cách người ta thay đổi thời gian mở kim phun.
Hệ thống phun xăng đa điểm: Số lượng kim phun được bố trí bằng với số
xylanh của động cơ. Các kim phun được bố trí trên đường ống nạp.

3


Hệ thống phun đơn điểm: Là hệ thống phun xăng điện tử, người ta sử dụng một
hay hai kim phun được bố trí ở trung tâm để phân phối nhiên liệu cho các xylanh của
động cơ. Ở kiểu này sự phân phối nhiên liệu cho các xylanh gần giống động cơ sử
dụng bộ chế hòa khí.
2.1.2 Lịch sử phát triển phun xăng
Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp, ông Stevan đã nghĩ ra cách phun nhiên
liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên

liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả. Đầu thế kỷ 20, người Đức áp
dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động
cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp). Tuy nhiên, sau đó sáng
kiến này đã được ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu
cho máy bay ở Đức. Đến năm 1966, hãng Bosch đã thành công trong việc chế tạo hệ
thống phun xăng kiểu cơ khí. Trong hệ thống 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 số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng thế hệ
sau như KE –Jetronic, Mono-Jetronic, L-Jetronic, KE- 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 thống phun cơ khí còn nhiều
nhược điểm nên đầu những năm 80, Bosch đã cho ra đời hệ thống phun sử dụng kim
phun điều khiển bằng điện. Có hai loại: Hệ thống L-Jetronic (lượng nhiên liệu được
xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D-Jetronic (lượng nhiên liệu được xác
định dựa vào áp suất trên đường ống nạp).
Đến năm 1984, người Nhật (mua bản quyền của Bosch) đã ứng dụng hệ thống
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 hòa khí của xe
Nissan Sunny.
Ngày nay, gần như tất cả các ôtô đều được trang bị hệ thống điều khiển động cơ
cả xăng và diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được các yêu cầu gắt gao
4


về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu. Thêm vào đó, công suất động cơ cũng được cải
thiện rõ rệt.
Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời. Đó là

động cơ phun trực tiếp: GDI (gasoline direct injection). Trong tương lai gần, chắc chắn
GDI sẽ được sử dụng rộng rãi.
2.1.3 Phân loại hệ thống phun xăng
2.1.3.1 Loại CIS (continuous injection system) (phun liên tục)
Đây là kiểu sử dụng kim phun cơ khí, gồm 4 loại cơ bản:


Hệ thống K – Jetronic: Việc phun nhiên liệu được điều khiển hoàn toàn

bằng cơ khí.


Hệ thống K – Jetronic có cảm biến khí thải: Có thêm một cảm biến oxy.



Hệ thống KE – Jetronic: Hệ thống K-Jetronic với mạch điều chỉnh áp lực

phun bằng điện tử.


Hệ thống KE – Motronic: Kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng

điện tử.
Các hệ thống vừa nêu sử dụng trên các xe Châu Âu model trước 1987.
2.1.3.2 Loại AFC (air flow controlled fuel injection) (điều khiển phun dựa trên
lưu lượng gió)
Sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Phun xăng với kim phun điện có thể
chia làm 2 loại chính:


D-Jetronic (xuất phát từ chữ druck trong tiếng Đức là áp suất): Với

lượng xăng phun được xác định bởi áp suất sau cánh bướm ga bằng cảm biến MAP
(manifold absolute pressure sensor).


L-Jetronic (xuất phát từ chữ luft trong tiếng Đức là không khí): Với

lượng xăng phun được tính toán 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 lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC được chia
làm 2 loại:

5


2.1.3.3 Loại TBI (throttle body injection) (phun đơn điểm)
Hệ thống 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 bố trí
phía trên cánh bướm ga và nhiên liệu được phun bằng một hay hai kim phun. Nhược
điểm của hệ thống này là tốc độ dịch chuyển của hòa khí tương đối thấp do nhiên liệu
được phun ở vị trí xa supap hút và khả năng thất thoát trên đường ống nạp.
2.1.3.4 Loại MPI (multi point fuel injection) (phun đa điểm)
Đây là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xylanh
được bố trí gần supap hút (cách khoảng 10 – 15 mm). Ống góp hút được thiết kế sao
cho đường đi của không khí từ bướm ga đến xylanh khá dài nhờ vậy nhiên liệu phun ra
được hòa trộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc. Nhiên liệu cũng không còn thất thoát
trên đường ống nạp. Hệ thống phun xăng đa điểm ra đời đã khắc phục được các nhược

điểm cơ bản của hệ thống phun xăng đơn điểm. Tùy theo cách điều khiển kim phun.
Hệ thống này có thể chia làm 3 loại chính:


Phun độc lập hay phun từng kim (independent injection)



Phun nhóm (group injection)



Phun đồng loạt (simultaneous injection)

Nếu căn cứ vào đối tượng điều khiển theo chương trình, người ta chia hệ thống
điều khiển động cơ ra 3 loại chính:


Chỉ điều khiển phun xăng EFI (electronic fuel injection) (tiếng Anh)

hoặc Jetronic (tiếng Đức)


Chỉ điều khiển đánh lửa ESA (electronic spark advance)



Loại tích hợp tức điều khiển cả phun xăng và đánh lửa, hệ thống 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…)

Nhờ tốc độ xử lý của CPU khá cao, các hộp điều khiển động cơ đốt trong ngày
nay thường gồm cả chức năng điều khiển hộp số tự động và quạt làm mát động cơ.
Nếu phân biệt theo kỹ thuật điều khiển ta có thể chia làm 2 loại:

6




Analog: Ở những thế hệ đầu tiên xuất hiện từ 1979 đến 1986, kỹ thuật

điều khiển chủ yếu dựa trên các mạch tương tự (analog). Ở các hệ thống này, tín hiệu
đánh lửa lấy từ âm bobine được đưa về hộp điều khiển để hình thành xung điều khiển
kim phun.


Digital: Sau đó, đa số các hệ thống điều khiển động cơ đều được thiết kế,

chế tạo trên nền tảng của các bộ vi xử lý (digital).
2.1.4 Ưu điểm của hệ thống phun xăng điện tử
1)

Khởi động dễ dàng và nhanh chóng. Trong quá trình khởi động lượng

nhiên liệu phun cơ bản dựa vào tín hiệu khởi động STA từ cotact máy và cảm biến
nhiệt độ nước làm mát. Lượng phun hiệu chỉnh thêm nhiên liệu được lấy từ cảm biến
nhiệt độ không khí nạp và điện áp ắc quy.
2)

Thời điểm đánh lửa sớm ứng với chế độ khởi động.

3)

Hỗn hợp không khí nhiên liệu giữa các xylanh được phân phối đồng đều.

4)

Tỉ lệ hỗn hợp được đáp ứng tối ưu ở mọi chế độ làm việc của động cơ.

5)

Do không sử dụng bộ chân không để hút nhiên liệu như bộ chế hòa khí.

Do vậy, người ta tăng đường kính và chiều dài của ống nạp để làm giảm sức cản và tận
dụng quán tính lớn của dòng khí để nạp đầy.
6)

Ở chế độ cầm chừng nhanh, tốc độ cầm chừng của động cơ được điều

khiển từ van không khí hoặc van điều tốc cầm chừng nhanh thay đổi đều và rất ổn
định theo nhiệt độ của nước làm mát.
7)

Nhiên liệu được cung cấp qua kim phun ở dạng tơi sương dưới một góc

độ phun hợp lý nên sự hình thành hỗn hợp đạt kết quả cao hơn bộ chế hòa khí.
8)

Điều khiển cắt nhiên liệu khi giảm tốc nhằm tiết kiệm nhiên liệu và giải

quyết được vấn đề ô nhiễm môi sinh.
9)

Lượng khí thải được kiểm tra để hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun cho

chính xác…
10)

Từ các ưu điểm trên nên ở động cơ phun xăng người ta nâng cao được

công suất, hiệu suất, tỉ số nén của động cơ và giải quyết được phần lớn vấn đề ô nhiễm
môi sinh.

7


2.1.5 Cấu trúc điều khiển phun xăng điện tử

Bộ đo lưu
lượng khí
nạp

Hệ thống cấp khí

Cảm biến khác

E
C
U

Cảm biến bướm ga

Kim phun xăng

Hình 2.1: Sơ đồ các khối chức năng của hệ thống điều khiển phun xăng điện tử
2.2

Phun xăng điện tử loại D-Jetronic. Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường

ống nạp MAP (manifold absolute pressure)
2.2.1 D-Jetronic
Với loại L-Jetronic sử dụng bộ đo lưu lượng gió đặt trước cánh bướm ga để đo
đạc lượng không khí vào động cơ sau đó chuyển thành tín hiệu điện áp đưa đến ECU
xử lý, tính toán ra thời gian mở kim phun.
Còn với loại D-Jetronic sử dụng một cảm biến MAP để đo đạc độ chân không
sau cánh bướm ga, trước cửa nạp, chuyển thành tín hiệu điện áp đưa đến ECU xử lý,
tính toán thời gian mở kim phun.
Khác với L-Jetronic, trên hệ thống phun xăng loại D-Jetronic lượng khí nạp đi

vào xylanh được xác định gián tiếp (phải tính lại) thông qua cảm biến đo áp suất tuyệt
đối trên đường ống nạp. Khi tải thay đổi, áp suất tuyệt đối trong đường ống nạp sẽ thay
đổi và MAP sensor sẽ chuyển thành tín hiệu điện áp báo về ECU để tính ra lượng
không khí đi vào xylanh. Sau đó, dựa vào giá trị này ECU sẽ điều khiển thời gian mở
kim phun và thời điểm đánh lửa.

8


Không khí

Không khí

Bộ đo gió

Đường ống nạp
Cảm biến chân không

Đường ống nạp

Động cơ

Động cơ

Kim phun

ECU

ECU

Kim phun

Nhiên liệu

Nhiên liệu
D-Jetronic

L-Jetronic

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý loại D-Jetronic và L-Jetronic

Hình 2.3: Vị trí lắp đặt MAP sensor trên xe
2.2.2 Vai trò của MAP sensor
Không khí trong bầu khí quyển chứa oxy. Một động cơ đốt trong hoạt động cần
phải đốt cháy oxy và nhiên liệu. Để động cơ hoạt động tốt cần có một tỉ lệ hòa khí phù
hợp.
Để xác định tỉ lệ hỗn hợp không khí và nhiên liệu chính xác cần thiết phải đo
được áp suất trên đường ống nạp (sử dụng cảm biến MAP) và một số yếu tố đo từ các

9


cảm biến khác để tính toán lượng không khí vào động cơ từ đó đưa ra lượng phun
nhiên liệu.
In put

Out put

Cảm biến MAP
hoặc bộ đo gió

E

Cảm biến số vòng
quay
Cảm biến vị trí
bướm ga
Cảm biến nhiệt độ
nước làm mát

C

Kim phun
(Thời gian phun)

Cảm biến nhiệt độ
không khí
Cảm biến ôxy
Tín hiệu khởi động

U
Điện áp ắc quy

Hình 2.4: Sơ đồ điều khiển và vị trí của MAP sensor
MAP sensor và bộ đo lưu lượng khí nạp thật ra đều là bộ đo khối lượng không
khí vào động cơ. Chỉ khác nhau là MAP sensor đo khối lượng khí nạp gián tiếp qua
độ chân không sau cánh bướm ga còn bộ đo lưu lượng thì đo trực tiếp khối lượng khí
nạp vào trước cánh bướm ga.
Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng của hệ thống điều khiển động cơ theo
chương trình được mô tả trên hình 2.4. Hệ thống điều khiển bao gồm: Ngõ vào

(inputs) với chủ yếu là các cảm biến, hộp ECU (electronic control unit) là bộ não của
hệ thống có thể có hoặc không có bộ vi xử lý, ngõ ra (outputs) là các cơ cấu chấp hành
10


(actuators) như kim phun, bobine, van điều khiển cầm chừng… Map sensor (loại DJetronic), bộ đo lưu lượng không khí nạp (loại L-Jetronic) là một trong các cảm biến
đầu vào quan trọng hệ thống phun xăng. Nó dùng để tính toán thời gian phun cơ bản.
MAP sensor thu thập sự thay đổi của áp suất đường ống nạp, chuyển tín hiệu đó thành
tín hiệu điện áp (thường có phạm vi điện áp từ 0 V đến 5 V) đưa đến ECU để tính toán
thời gian phun cơ bản. Thời gian phun cơ bản là thời gian mà ECU chỉ tính đến lượng
không khí nạp thực tế vào xylanh của động cơ dựa trên cơ sở lý thuyết (A/F= 14,7/1).
Khối lượng không khí nạp vào động cơ biểu thị trạng thái của động cơ. Sự
kiểm tra lưu lượng không khí nhằm để xác định tất cả các sự thay đổi tải của động cơ
trong suốt quá trình xe hoạt động. Sự mài mòn của các chi tiết, mụi than bám trong
buồng đốt, điều chỉnh các supap sai lệch... đều ảnh hưởng đến lưu lượng không khí
nạp.
Lượng không khí nạp phải đi qua bộ đo khối lượng không khí trước khi vào
động cơ, ngay cả khi động cơ tăng tốc lượng không khí nạp phải được kiểm tra
chính xác. Phương pháp kiểm tra lưu lượng không khí nạp sẽ đáp ứng tốt thành phần
hỗn hợp tức thời, xác định ở mọi chế độ tốc độ của động cơ.
2.2.3 Phân loại MAP sensor
2.2.3.1 Loại áp điện kế
a)

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
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 đổi điện trở.
Cảm biến bao gồm một tấm silicon nhỏ (hay gọi là màng ngăn) dày hơn ở hai
mép ngoài (khoảng 0,25 mm) và mỏng ở giữa (khoảng 0,025 mm). Hai mép được làm

kín cùng với mặt trong của tấm silicon tạo thành buồng chân không trong cảm biến.
Mặt ngoài tấm silicon tiếp xúc với áp suất đường ống nạp. Hai mặt của tấm silicon
được phủ thạch anh để tạo thành điện trở áp điện (piezoresistor).

11


6

Hình 2.5: Sơ đồ cấu tạo của MAP sensor loại áp điện kế
1:

Mạch bán dẫn

2:

Buồng chân không

3:

Giắc cắm

4:

Lọc khí

5:

Đường ống nạp

6:

Mạch cầu Wheatstone

Khi áp suất đường ống nạp thay đổi, giá trị của điện trở áp điện sẽ thay đổi. Các
điện trở áp điện được nối thành cầu Wheatstone. Khi màng ngăn không bị biến dạng
(tương ứng với trường hợp động cơ chưa hoạt động hoặc tải lớn), tất cả bốn điện trở 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 đường ống nạp giảm, màng silicon bị biến dạng dẫn đến giá trị điện trở áp
điện cũng bị thay đổi 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 mở
transistor ở ngõ ra của cảm biến. Độ mở của transistor phụ thuộc vào áp suất đường
ống nạp dẫn tới sự thay đổi điện áp báo về ECU.

12


Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý của MAP sensor loại áp điện kế
b)

Mạch điện

Màng
silicon
Đến đường ống nạp
Hình 2.7: Mạch điện của MAP sensor loại áp điện kế
c)

Đường đặc tính

Hình 2.8: Đường đặc tính của MAP sensor loại áp điện kế
13


Hiện nay trên các ô tô, tồn tại 2 loại cảm biến đo áp suất tuyệt đối trên đường
ống nạp khác nhau về tín hiệu đầu ra: Điện thế (Toyota, Honda, Daewoo, GM,
Chrysler…) và tần số (Ford). Ở loại MAP sensor điện thế, giá trị điện áp thấp nhất khi
độ chân không trên đường ống nạp của động cơ là cao nhất và giá trị cao nhất lúc độ
chân không trên đường ống nạp của động cơ là thấp nhất, giá trị điện áp này cũng phụ
thuộc vào loại xe, gây khó khăn cho việc lắp lẫn.
2.2.3.2 Loại điện dung
Cảm biến này dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung tụ điện. Cảm biến bao gồm
hai đĩa silicon đặt cách nhau tạo thành buồng kín ở giữa. Trên mỗi đĩa có điện cực nối
hai tấm silicon với nhau. Áp suất đường ống nạp thay đổi sẽ làm cong hai đĩa vào
hướng bên trong, làm khoảng cách giữa hai đĩa giảm khiến tăng điện dung tụ điện. Sự
thay đổi điện dung tụ điện sinh tín hiệu điện áp gởi về ECU để nhận biết áp suất trên
đường ống nạp.

Hình 2.9: Sơ đồ cấu tạo MAP sensor loại điện dung

14


2.2.3.3 Loại sai lệch tuyến tính

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý MAP sensor loại sai lệch từ tuyến tính
Cảm biến này bao gồm một cuộn dây sơ cấp, hai cuộn dây thứ cấp quấn ngược
chiều nhau và một lõi sắt di chuyển. Một nguồn điện áp xoay chiều được cung cấp cho
cuộn sơ cấp. Khi lõi ở vị trí giữa, chênh lệch điện thế giữa hai cuộn thứ cấp bằng
không. Khi áp suất đường ống nạp thay đổi, buồng khí áp sẽ hút lõi thép di chuyển phù

hợp với tải động cơ, lúc này từ thông qua hai cuộn thứ cấp sẽ khác biệt gây nên sự
chênh lệch điện thế. Tín hiệu điện thế từ các cuộn thứ cấp được gởi về ECU nhận biết
tình trạng áp suất trên đường ống nạp.

15