ỨNG DỤNG LABVIEW ĐỂ HIỂN THỊ CÁC THÔNG SỐ HOẠT ĐỘNG TRÊN MÔ HÌNH GIẢNG DẠY ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG LABVIEW ĐỂ HIỂN THỊ CÁC THÔNG SỐ
HOẠT ĐỘNG TRÊN MÔ HÌNH GIẢNG DẠY ĐỘNG CƠ
PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ

Họ và tên học sinh: ĐẶNG QUANG HY
Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Niên khóa: 2009 – 2013

Tháng 6 năm 2013


ỨNG DỤNG LABVIEW ĐỂ HIỂN THỊ CÁC THÔNG SỐ HOẠT
ĐỘNG TRÊN MÔ HÌNH GIẢNG DẠY ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG
ĐIỆN TỬ

Tác giả

ĐẶNG QUANG HY

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:
ThS. Nguyễn Lê Tường
KS. Phan Minh Hiếu

Tháng 6 năm 2013

i


LỜI CẢM TẠ
Trong thời gian học tập tại trường Đại Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh,
em đã rút ra rất nhiều kinh nghiệm trong học tập cũng như trong cuộc sống. Để có
thể đứng vững trên đôi chân tới ngày hôm nay, em xin chân thành cảm ơn tất cả
các quý thầy cô ở trường Đại Học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh nói chung
và các quý thầy cô khoa Cơ khí – Công nghệ trường Đại học Nông Lâm thành phố
Hồ Chí Minh nói riêng đã giúp đỡ em trong quá trình học tập ở trường.
Trong suốt thời gian thực hiện đề tài này, tôi nhận được sự hướng dẫn tận tình
của cô ThS. Nguyễn Lê Tường và thầy KS. Phan Minh Hiếu, thầy và cô đã truyền
đạt những kiến thức quý báu để tôi có thể hoàn thành tốt đề tài này. Em xin chân
thành cảm ơn cô Nguyễn Lê Tường và thầy Phan Minh Hiếu.
Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn ThS. Thi Hồng Xuân chủ nhiệm lớp
cùng các thầy cô thuộc bộ môn Công nghệ ô tô đã tận tình chỉ dạy chúng em trong
suốt những năm được học ở trường, giúp cho chúng em nắm vững những kiến thức
được học để tự tin bước đi trên con đường sau này.
Cũng xin cảm ơn đến tất cả các bạn học cùng lớp DH09OT đã cùng tôi vượt
qua những khó khăn trong học tập và cũng xin cảm ơn đến hai bạn Trương Văn
Lượng và Nguyễn Văn Luân lớp DH09CD đã giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này.
Con cũng xin cảm ơn ba mẹ , người đã chăm sóc, nuôi dưỡng con nên người để
con có được những thành quả như ngày hôm nay.
Do trình độ kiến thức chuyên môn còn hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện đề
tài còn mắc phải nhiều thiếu sót, tôi rất mong nhận được sự đóng góp, giúp đỡ của
quý thầy cô và các bạn để cho bài khóa luận tốt nghiệp này được hoàn thiện hơn.
ĐH Nông Lâm Tp.HCM, tháng 6 năm 2013

Sinh viên thực hiện
Đặng Quang Hy

ii


TÓM TẮT
1. Tên đề tài:
“Ứng dụng LabVIEW để hiển thị các thông số hoạt động trên mô hình giảng
dạy động cơ phun xăng điện tử”.
2. Thời gian và địa điểm:
 Thời gian: Từ ngày 25 tháng 02 đến ngày 24 tháng 06 năm 2013.
 Địa điểm: Đề tài được thực hiện tại xưởng thực hành thí nghiệm, bộ môn
Công nghệ ô tô, khoa Cơ khí - Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm Tp.
Hồ Chí Minh.
3. Mục đích đề tài:
-

Kiểm tra, phục hồi đường dây điện của hệ thống điều khiển động cơ Toyota

1ZZ-FE.
-

Tìm hiểu thêm về các thành phần của hệ thống điều khiển động cơ, sơ đồ

cấu tạo của các cảm biến, hộp điều khiển động cơ ECU và các cơ cấu chấp hành
khác.
-

Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình LabVIEW và ứng dụng các chức năng chính

của LabVIEW trong việc hiển thị, thu thập dữ liệu của các cảm biến trên động cơ.
-

Giúp cho sinh viên có thể quan sát được các đặc tính của các cảm biến hiển

thị trên máy tính thông qua các thiết bị phần mềm.
4. Phương pháp thực hiện:
Phương pháp lý thuyết:
Phần lớn là tìm hiểu thông tin cần biết thông qua các giáo trình ô tô và sách
hướng dẫn lập trình phần mềm LabVIEW, đồng thời tra cứu và tìm hiểu thông tin
liên quan trên mạng Internet.
Phương pháp thực nghiệm:
-

Kiểm tra, phục hồi đường dây điện trên mô hình động cơ.

-

Tạo giao diện hiển thị LabVIEW.

-

Thu thập số liệu của các cảm biến bằng thiết bị đo đạc thực tế và thu thập số

liệu bằng phần mềm LabVIEW.

iii

5. Kết quả:
-

Sau khi phục hồi động cơ đã hoạt động bình thường nhưng một vài cảm

biến không còn độ chính xác cao như cảm biến lưu lượng khí nạp.
-

Thu thập được các tín hiệu từ động cơ để hiển thị trên máy tính bằng phần

mềm LabVIEW.

iv


MỤC LỤC
Trang
TRANG TỰA ............................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... ii
TÓM TẮT ............................................................................................................... iii
MỤC LỤC.................................................................................................................v
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT................................................................... vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ................................................................................... viii
DANH SÁCH CÁC BẢNG .................................................................................... xi
Chương 1. MỞ ĐẦU...............................................................................................1
1.1. Dẫn nhập ...........................................................................................................1
1.2. Mục đích của đề tài ...........................................................................................2
Chương 2. TỔNG QUAN ......................................................................................3
2.1. Giới thiệu sơ lược về động cơ...........................................................................3
2.2. Hệ thống điều khiển động cơ ............................................................................4

2.2.1. Bộ điều khiển điện tử ECU ............................................................................4
2.2.2. Điều khiển phun xăng ....................................................................................7
2.2.3. Điều khiển đánh lửa .......................................................................................8
2.2.4. Các cảm biến trong hệ thống điều khiển động cơ..........................................9
2.3. Phần mềm LabVIEW......................................................................................16
Chương 3. PHƯƠNG PHÁP – PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN.......................25
3.1. Thời gian và địa điểm thực hiện .....................................................................25
3.2. Phương tiện thực hiện .....................................................................................25
3.3. Phương pháp ...................................................................................................25
3.4. Đảm bảo an toàn cho các thiết bị trong qua trình thực nghiệm ......................26
Chương 4. KẾT QUẢ - THẢO LUẬN ................................................................27
4.1. Kiểm tra, phục hồi đường dây điện trên động cơ Toyota 1ZZ – FE ..............28
4.1.1. Tình trạng mô hình động cơ lúc ban đầu .....................................................28
4.1.2. Động cơ sau khi phục hồi ............................................................................28

v


4.2. Thiết bị kết nối phần mềm LabVIEW và mô hình động cơ – Card HDL USB
9090 ................................................................................................................30
4.2.1. Giới thiệu Card HDL USB 9090 .................................................................30
4.2.2. Cài đặt thư viện Card HDL USB 9090 ........................................................31
4.2.3. Cách thức thu thập dữ liệu của Card USB 9090 ..........................................32
4.3. Thiết kế giao diện sử dụng..............................................................................34
4.3.1. Giao diện người sử dụng (Front Panel) .......................................................34
4.3.2. Sơ đồ khối chương trình (Block Diagram) ..................................................36
4.4. Cài đặt kết nối và chạy thử chương tình .........................................................37
4.4.1. Cài đặt chương trình ....................................................................................37
4.4.2. Lắp đặt thiết bị kết nối chương trình – Card USB HDL 9090.....................38
4.4.3. Chạy thử chương trình .................................................................................38

4.5. Thu thập và kiểm tra các cảm biến bằng phần mềm LabVIEW so với giá trị
đo thực tế của cảm biến ..................................................................................39
4.5.1. Cảm biến vị trí bướm ga ..............................................................................39
4.5.2. Tốc độ động cơ ............................................................................................41
4.5.3. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát .................................................................42
4.5.4. Cảm biến nhiệt độ khí nạp ...........................................................................44
4.5.5. Cảm biến lưu lượng khí nạp ........................................................................46
4.5.6. Thời gian kim phun ......................................................................................47
4.5.7. Tín hiệu cảm biến NE và G .........................................................................48
4.5.8. Tín hiệu đánh lửa IGT..................................................................................49
4.5.9. Tín hiệu cảm biến kích nổ KNK ..................................................................50
4.5.10. Sự thay đổi giá trị điện áp của VTA và THW theo thời gian ......................51
Chương 5. KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ ....................................................................53
5.1. Kết luận .............................................................................................53
5.2. Đề nghị ..............................................................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................55
PHỤ LỤC 1 .............................................................................................................56
PHỤ LỤC 2 .............................................................................................................58

vi


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
EFI:

Electronic Fuel Injection.

ECU:

Electronic Control Unit.

VVT-i:

Variable Vale Timing – intelligent.

LabVIEW:

Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench.

NI:

National Instruments

FBGA:

Fine pitch Ball Grid Array.

DOHC:

Double Over Head Camshaft.

ESA:

Electronic Spark Advance.

ISC:

Idle Speed Control.

ADC:

Analog to Digital Converter.

vii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1: Mô hình tổng thể động cơ 1ZZ-FE ...........................................................4
Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ...........................................................5
Hình 2.3: Sơ đồ mạch cấp nguồn cho ECU ..............................................................5
Hình 2.4: Sơ đồ mạch nguồn 5V...............................................................................6
Hình 2.5: Sơ đồ mạch điện khởi động ......................................................................6
Hình 2.6: Sơ đồ mạch điện nối mát ..........................................................................6
Hình 2.7: Mạch điều khiển bơm xăng có ECU điều khiển .......................................7
Hình 2.8: Mạch điện điều khiển kim phun ...............................................................8
Hình 2.9: Xung điều khiển kim phun ứng với các chế độ làm việc của động cơ .....8
Hình 2.10: Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bôbin cho từng máy ..............9
Hình 2.11: Dạng xung điều khiển đánh lửa trực tiếp ................................................9
Hình 2.12: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ..........................................................10
Hình 2.13: Sơ đồ khối mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát .......................10
Hình 2.14: Cảm biến lưu lượng khí nạp loại dây nhiệt...........................................11
Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý cảm biến lưu lượng khí nạp .......................................11
Hình 2.16: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga ...........................................................12
Hình 2.17: Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga ......................................................12
Hình 2.18: Cảm biến vị trí trục cam .......................................................................13
Hình 2.19: Sơ đồ mạch điện và dạng tín hiệu cảm biến trục cam ..........................13
Hình 2.20: Cảm biến vị trí trục khuỷu ....................................................................14
Hình 2.21: Dạng xung tín hiệu cảm biến NE ..........................................................14
Hình 2.22: Cảm biến kích nổ ..................................................................................15

Hình 2.23: Đồ thị điện áp cảm biến kích nổ ...........................................................15
Hình 2.24: Mô phỏng phần mềm LabVIEW ..........................................................16
Hình 2.25: Khả năng kết hợp các phần cứng của LabVIEW.................................18
Hình 2.26: Minh họa code lập trình LabVIEW ......................................................18
Hình 2.27: Front Panel ............................................................................................21

viii


Hình 2.28: Block Diagram ......................................................................................22
Hình 2.29: Các bảng công cụ thực hiện ..................................................................23
Hình 2.30: Giao diện hiển thị của một VI ...............................................................24
Hình 2.31: Sơ đồ khối lập trình...............................................................................24
Hình 4.1: Sơ đồ khối quá trình thực hiện khảo nghiệm ..........................................27
Hình 4.2: Mô hình động cơ Toyota 1ZZ-FE...........................................................28
Hình 4.3: Sa bàn đấu dây hộp ECU ........................................................................29
Hình 4.4: Lắp đặt thùng chứa nhiên liệu.................................................................29
Hình 4.5: Card HDL USB 9090 ..............................................................................30
Hình 4.6: Thư viện của card HDL USB 9090 ........................................................31
Hình 4.7: Cách nối biến trở vào mạch điện và code lập trình ................................33
Hình 4.8: Code lập trình thu tín hiệu ......................................................................33
Hình 4.9: Trang bìa đề tài .......................................................................................34
Hình 4.10: Giao diện hiển thị chính ........................................................................34
Hình 4.11: Đồ thị xung tín hiệu NE và G ...............................................................35
Hình 4.12: Đồ thị tín hiệu đánh lửa IGT .................................................................35
Hình 4.13: Đồ thị tín hiệu cảm biến kích nổ ...........................................................36
Hình 4.14: Đồ thị hiển thị sự thay đổi của VTA và THW ......................................36
Hình 4.15: Sơ đồ khối code lập trình ......................................................................37
Hình 4.16: Cài đặt phần mềm LabVIEW 2009.......................................................37
Hình 4.17: Cài đặt NI VISA 4.5 .............................................................................38

Hình 4.18: Kết nối Card 9090 với động cơ.............................................................38
Hình 4.19: Giao diện chương trình đang hoạt động ...............................................39
Hình 4.20: Giao diện vị trí bướm ga .......................................................................39
Hình 4.21: Đồ thị giá trị điện áp cảm biến bướm ga ..............................................40
Hình 4.22: Giao diện đồng hồ tốc độ động cơ ........................................................41
Hình 4.23: Đồ thị tốc độ động cơ............................................................................42
Hình 4.24: Giao diện đồng hồ đo nhiệt độ nước làm mát.......................................43
Hình 4.25: Đồ thị giá trị cảm biến nhiệt độ nước làm mát .....................................44
Hình 4.26: Giao diện đồng hồ nhiệt độ khí nạp ......................................................44
Hình 4.27: Đồ thị giá trị điện áp cảm biến nhiệt độ khí nạp ...................................45

ix


Hình 4.28: Giao diện đồng hồ đo lưu lượng khí nạp ..............................................46
Hình 4.29 : Giao diện đồng hồ thời gian kim phun ................................................47
Hình 4.30 : Dạng xung tín hiệu NE và G................................................................49
Hình 4.31 : Tín hiệu IGT ........................................................................................50
Hình 4.32 : Tín hiệu kích nổ KNK .........................................................................51
Hình 4.33 : Sự thay đổi giá trị điện áp của VTA và THW .....................................52
Phụ lục
Hình 1 : Sử dụng nhiệt kế đo nhiệt độ nước làm mát tại nắp két nước ..................58
Hình 2 : Sử dụng đồng hồ VOM đo giá trị điện áp của các cảm biến ....................58
Hình 3 : Sử dụng đèn Timing Light để đo tốc độ thực của động cơ.......................59
Hình 4 : Kết nối card USB 9090 trên mô hình động cơ .........................................59
Hình 5 : Kết nối với máy tính làm việc...................................................................60
Hình 6 : Nối dây tín hiệu NE+ khi động cơ đang hoạt động ..................................60

x

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật của Card HDL USB 9090 .......................................30
Bảng 4.2: Mô tả các chân sử dụng của hàm USB 9090 ........................................32
Bảng 4.3: Giá trị điện áp tiêu chuẩn của cảm biến bướm ga ................................39
Bảng 4.4: Giá trị điện áp của cảm biến bướm ga đo thực nghiệm ........................40
Bảng 4.5: Tốc độ động cơ thu được từ máy đo tốc độ Timing Light ...................41
Bảng 4.6: Tốc độ động cơ đọc được trên giao diện hiển thị (LabVIEW) .............42
Bảng 4.7: Giá trị cảm biến nhiệt độ nước tiêu chuẩn ............................................43
Bảng 4.8: Giá trị của cảm biến nhiệt độ nước làm mát đo thực nghiệm ...............43
Bảng 4.9: Giá trị đo thực nghiệm cảm biến nhiệt độ khí nạp ...............................45
Bảng 4.10: Giá trị điện áp cảm biến lưu lượng khí nạp theo tốc độ động cơ .......46

xi


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1.

Dẫn nhập:

Động cơ đốt trong trên ô tô là một hệ thống cơ điện tử phức tạp, các hệ thống
điện động cơ và điều khiển động cơ đều được các máy tính lập trình thông minh,
điều khiển các quá trình hoạt động sao cho động cơ làm việc tối ưu nhất, giúp cho
động cơ trên ô tô đáp ứng được các yêu cầu khắt khe về tiêu chuẩn khí thải cũng
như tính tiết kiệm nhiên liệu. Việc ứng dụng các phần mềm giao tiếp giữa máy
tính và động cơ để lấy dữ liệu trong điều khiển động cơ giúp ta có thể quan sát
được sự thay đổi trong quá trình làm việc của động cơ một cách trực quan và hiển

thị các thông số hoạt động của động cơ trên máy tính.
Một trong những phần mềm đáp ứng được các vấn đề trên là LabVIEW.
LabVIEW còn được biết đến như là một ngôn ngữ lập trình đồ họa bằng cách diễn
đạt cú pháp thông qua các hình ảnh trực quan, sử dụng rất rộng rãi trong khoa học,
kỹ thuật, giáo dục nhằm nhanh chóng và dễ dàng tạo ra các ứng dụng giao tiếp
máy tính, đo lường, thu thập dữ liệu, mô phỏng hệ thống, kết nối các thiết bị phụ
trợ với máy tính.
Để góp phần ứng dụng những kiến thức đã được học vào việc giải quyết các
vấn đề thực tế trên. Tôi tiến hành thu thập, hiển thị các thông số hoạt động và tín
hiệu chính trên động cơ phun xăng điện tử như là: tốc độ động cơ, độ mở bướm
ga, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp, điện áp cảm biến lưu lượng khí nạp,
tín hiệu cảm biến NE và G, tín hiệu đánh lửa IGT và tín hiệu cảm biến kích nổ
KNK để phục vụ quá trình khảo nghiệm, kiểm tra các cảm biến trên mô hình động
cơ phun xăng điện tử 1ZZ-FE.

1


1.2.

Mục đích của đề tài:

Được sự chấp thuận của Ban chủ nhiệm khoa Cơ khí – Công nghệ trường Đại
học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, cùng với sự giúp đỡ, chỉ dẫn tận tình của
cô ThS. Nguyễn Lê Tường và thầy KS. Phan Minh Hiếu và các thầy cô thuộc Bộ
môn Công nghệ ô tô, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Ứng dụng LabVIEW để hiển
thị các thông số hoạt động trên mô hình giảng dạy động cơ phun xăng điện tử”
nhằm mục đích:
-

Giúp tôi có thể hiểu thêm về các thành phần của hệ thống điều khiển động

cơ phun xăng, sơ đồ cấu tạo của các cảm biến, hộp điều khiển động cơ ECU và
các cơ cấu chấp hành khác.
-

Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình LabVIEW và ứng dụng các chức năng chính

của LabVIEW trong việc hiển thị và thu thập dữ liệu của các cảm biến trên động
cơ, nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên
hướng dẫn sinh viên trong quá trình thực tập.
-

Giúp sinh viên có điều kiện quan sát được các đặc tính làm việc của các

cảm biến trên mô hình động cơ qua sự hiển thị trên máy tính.
-

Góp phần hiện đại hóa phương tiện và phương pháp dạy thực hành trong

giáo dục và đào tạo hiện nay.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1.

Giới thiệu sơ lược về động cơ:

Mô hình động cơ phun xăng điện tử 1ZZ-FE của hãng Toyota là loại động cơ
tương đối hiện đại thuộc thế hệ Z được ứng dụng hàng loạt cải tiến nhằm tăng
công suất, giảm ô nhiễm khí xả và tiết kiệm nhiên liệu.
Động cơ được lắp đặt trên xe Toyota Corolla Altis sản xuất năm 2001- 2006,
các thông số chính của động cơ:
+ Số xy lanh:

4 xy lanh

+ Dung tích (cm3):

1794

+ Nhiên liệu:

xăng

+ Tỉ số nén:

10,5 : 1

+ Cơ cấu phân phối khí:

DOHC 16 xupáp

+ Công suất cực đại:

99 kW tại 6000 vòng/phút

+ Mômen xoắn cực đại:

162 N.m tại 4400 vòng/phút

Hệ thống điều khiển của động cơ 1ZZ-FE cũng được cải tiến với nhiều cơ cấu
mới như:
+ Điều khiển phun nhiên liệu đa điểm tuần tự cho từng xy lanh.
+ Hệ thống đánh lửa trực tiếp dùng bô bin đơn.
+ Hệ thống điều khiển thời điểm phân phối khí thông minh VVT-i.
+ Hoạt động của bơm xăng được điều khiển bằng ECU.
+ Quạt làm mát được điều khiển bằng ECU theo tín hiệu từ cảm biến nhiệt
độ nước làm mát.
+ Van điều khiển tốc độ cầm chừng loại cuộn dây quay.

3


+ Dùng cảm biến đo lưu lượng khí nạp loại dây nhiệt kết hợp với cảm biến
nhiệt độ không khí nạp.
+ Về cảm biến tín hiệu G và NE thì sử dụng loại cảm biến từ lắp ngay trên
trục cam và trục khuỷu.
+ Sử dụng cảm biến bướm ga loại tuyến tính.

Hình 2.1: Mô hình tổng thể động cơ 1ZZ-FE.
2.2.

Hệ thống điều khiển động cơ:

2.2.1. Bộ điều khiển điện tử ECU:
2.2.1.1. Tổng quan:

Bộ điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit) là thiết bị cho phép kết
nối các hệ thống cơ khí và điện tử trên xe ôtô, phân tích và tính toán các số liệu để
điều khiển động cơ ôtô chạy hiệu quả nhất theo từng chế độ nhằm giảm tối đa
lượng khí xả độc hại phát ra môi trường.
Tất cả những thông tin mà cảm biến thu nhận được sẽ được gửi về bộ điều
khiển trung tâm ECU. Tại đây những tham số này được xử lý và tính toán ra lượng
khí cần nạp, định lượng và thời điểm cần bơm nhiên liệu vào buồng đốt, thời điểm
đánh lửa, đảm bảo quá trình đốt cháy nhiên liệu đạt hiệu quả tối ưu. Ngoài ra, ECU
cũng đảm bảo công suất tối đa ở các chế độ hoạt động của động cơ và giúp chuẩn
đoán động cơ khi có sự cố xảy ra.

4


Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ.
2.2.1.2. Mạch điện của ECU:
Mạch nguồn:
Mạch nguồn là các mạch cung cấp điện cho ECU của động cơ. Các mạch điện
này bao gồm khóa điện, rơle chính EFI, …

a) Điều khiển bằng khóa điện

b) Điều khiển bằng ECU

Hình 2.3: Sơ đồ mạch cấp nguồn cho ECU.
Mạch nguồn 5V:
Từ điện áp ắc-quy, ECU cung cấp:
-

Nguồn 5V cung cấp cho bộ vi xử lí.

-

Nguồn 5V cung cấp cho các cảm biến.

-

Nguồn 5V cung cấp qua điện trở đến các cảm biến.

5


Hình 2.4: Sơ đồ mạch nguồn 5V.
Mạch điện khởi động:
Tín hiệu STA được đưa đến ECU để xác nhận rằng là động cơ có đang quay
khởi động không, để ECU động cơ điều chỉnh lượng phun nhiên liệu trong khi
động cơ đang quay khởi động.

Hình 2.5: Sơ đồ mạch điện khởi động.
Mạch nối mát:
-

Nối mát để điều khiển ECU động cơ (E1).

-

Nối mát cho các cảm biến (E2, E21).

-

Nối mát để điều khiển bộ chấp hành (E01, E02).

Hình 2.6: Sơ đồ mạch điện nối mát.
6


2.2.2. Điều khiển phun xăng:
2.2.2.1. Mạch điện điều khiển bơm xăng:

Hình 2.7: Mạch điều khiển bơm xăng có ECU điều khiển.
Nguyên lý hoạt động:
Bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy. Thậm chí khi khoá điện
được bật đến vị trí On, nếu động cơ chưa nổ máy, thì bơm nhiên liệu cũng sẽ
không làm việc. Khi bật khoá điện ở vị trí IG, rơle EFI được mở. Khoá điện ở vị trí
Start (ST), động cơ quay khởi động, một tín hiệu STA (tín hiệu máy khởi động)
được truyền đến ECU động cơ từ cực ST của khoá điện. Khi tín hiệu STA được
đưa vào ECU động cơ, động cơ kích tranzito mở và rơle mở mạch được bật On.
Sau đó, dòng điện được chạy vào bơm nhiên liệu để vận hành bơm. Cùng một lúc
khi động cơ quay khởi động, ECU động cơ nhận tín hiệu NE từ cảm biến tốc độ
động cơ (NE), làm cho tranzito này tiếp tục mở, duy trì hoạt động của bơm nhiên
liệu. Khi khoá điện ở vị trí IG, nếu động cơ chết máy, tín hiệu NE sẽ không còn
được đưa vào ECU động cơ, nên ECU động cơ sẽ ngắt tranzito, dẫn tới ngắt rơle
mở mạch, làm cho bơm nhiên liệu ngừng lại.

7


2.2.2.2. Mạch điện điều khiển kim phun:

Hình 2.8: Mạch điện điều khiển kim phun.

Nguyên lý hoạt động:
Trong quá trình hoạt động của động cơ, ECU liên tục nhận được những tín hiệu
đầu vào từ các cảm biến. Qua đó, ECU sẽ tính ra thời gian mở kim phun. Quá trình
mở và đóng của kim phun diễn ra ngắt quãng, ECU gởi tín hiệu đến kin phun trong
bao lâu phụ thuộc vào độ rộng của xung.

Hình 2.9: Xung điều khiển kim phun ứng với các chế độ làm việc của động cơ.
2.2.3. Điều khiển đánh lửa:
Đa số các hệ thống đánh lửa trực tiếp thuộc loại điều khiển góc đánh lửa sớm
bằng điện tử nên việc đóng mở tranzito công suất trong igniter thực hiện bởi ECU.
Nhờ tần số hoạt động của mỗi bô bin nhỏ hơn trước nên các cuộn dây sơ cấp
và thứ cấp ít nóng hơn. Vì vậy, kích thước của bô bin rất nhỏ và đươc gắn dính với
nắp chụp bugi.
8


ECU sau khi xử lý tín hiệu từ các cảm biến sẽ gởi tín hiệu đến cực B của từng
tranzito công suất trong igniter theo thứ tự thì nổ và thời điểm đánh lửa.

Hình 2.10: Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bôbin cho từng máy.

Hình 2.11: Dạng xung điều khiển đánh lửa trực tiếp.
2.2.4. Các cảm biến trong hệ thống điều khiển động cơ:
2.2.4.1. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát:
Cảm biến này khá quan trọng vì tín hiệu của nó được ECU dùng để điều khiển
lượng phun xăng, góc đánh lửa sớm, tốc độ không tải và cả quạt làm mát két nước.
Cấu tạo:
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát có cấu tạo dạng trụ rỗng có ren ngoài, bên
trong có lắp một điện trở bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm.

9


Hình 2.12: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
Nguyên lý hoạt động:
Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt độ)
đến cảm biến rồi trở về ECU về mát. Như vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở
trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp. Điện áp điểm giữa cầu được đưa đến bộ
chuyển đổi tín hiệu tương tự - số (bộ chuyển đổi ADC – Analog to Digital
converter).

Hình 2.13: Sơ đồ khối mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ
biến đổi ADC lớn. Tín hiệu điện áp được chuyển đổi thành một dãy xung vuông và
được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECU biết động cơ đang lạnh. Khi
động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm, báo cho
ECU động cơ biết là động cơ đang nóng.
2.2.4.2. Cảm biến lưu lượng khí nạp loại dây nhiệt:
Cảm biến lưu lượng khí nạp là một trong những cảm biến quan trọng nhất vì nó
được sử dụng trong phun xăng EFI kiểu L để phát hiện khối lượng không khí nạp.
Tín hiệu khối lượng của không khí nạp được dùng để tính thời gian phun cơ bản và
góc đánh lửa sớm cơ bản.

10


Cấu tạo:
Cảm biến lưu lượng khí nạp loại dây nhiệt tích hợp luôn cả cảm biến nhiệt độ
khí nạp là loại cắm phích được đặt vào đường không khí, và làm cho phần không
khí nạp chạy qua khu vực phát hiện. Cấu tạo gồm một dây nhiệt và nhiệt điện trở,

được sử dụng như một cảm biến, lắp vào khu vực phát hiện. Bằng cách trực tiếp đo
khối lượng không khí nạp, độ chính xác phát hiện được tăng lên và hầu như không
có sức cản của không khí nạp.

Hình 2.14: Cảm biến lưu lượng khí nạp loại dây nhiệt.
Nguyên lý hoạt động:

Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý cảm biến lưu lượng khí nạp.
Dòng điện chạy vào dây sấy (bộ sấy) làm cho nó nóng lên. Khi không khí chạy
quanh dây này, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối không khí nạp. Bằng
cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ của dây sấy
không đổi, dòng điện đó sẽ tỷ lệ thuận với khối không khí nạp. Sau đó có thể đo
khối lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó. Trong trường hợp của
cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy, dòng điện này được biến đổi thành một
điện áp, sau đó được truyền đến ECU động cơ từ cực VG.

11


2.2.4.3. Cảm biến vị trí bướm ga:
Cảm biến vị trí bướm ga được lắp trên trục bướm ga. Cảm biến này biến đổi
góc mở bướm ga thành tín hiệu điện áp, được truyền đến ECU động cơ. Đa số cảm
biến bướm ga là loại tuyến tính (dạng biến trở) 3 dây gồm VTA, VC, E2. Tuy
nhiên, trên một số xe có 4 dây do bố trí thêm công tắc vị trí cầm chừng (idle).

Hình 2.16: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga.
Nguyên lý hoạt động:
Một điện áp không đổi 5V từ ECU cung cấp đến cực VC. Khi cánh bướm ga
mở, con trượt dọc theo điện trở và tạo ra điện áp tăng dần ở chân VTA tương ứng
với góc mở cánh bướm ga.

Hình 2.17: Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga.
2.2.4.4. Cảm biến vị trí trục cam:
Cảm biến vị trí trục cam (hay còn gọi là cảm biến tín hiệu G) báo cho ECU biết
vị trí điểm chết trên hoặc vị trí trục khuỷu. Trong một số trường hợp, chỉ có vị trí
pít-tông của xi lanh thứ nhất được báo về ECU, còn vị trí của các pít-tông khác sẽ
được tính toán. Công dụng của cảm biến này là để ECU xác định thời điểm đánh
lửa và cả thời điểm phun. Lưu ý, khi ECU động cơ không nhận được tín hiệu G từ
cảm biến này, có kiểu xe vẫn để động cơ chạy và có kiểu xe thì động cơ chết máy.
12


Hình 2.18: Cảm biến vị trí trục cam.
Nguyên lý hoạt động:
Đĩa tín hiệu G có 3 răng lắp trên trục cam, khi trục cam quay thì khe hở giữa
vấu răng và cảm biến sẽ thay đổi tạo ra điện áp trong cuộn dây. Tín hiệu điện áp
này sẽ đưa đến ECU để thông báo về vị trí của pít-tông hoặc góc quay của trục
khuỷu, kết hợp với tín hiệu NE từ trục khuỷu để xác định điểm chết trên của kì nén
rồi ECU sẽ tính toán điều khiển phun xăng, đánh lửa.

Hình 2.19: Sơ đồ mạch điện và dạng tín hiệu cảm biến trục cam.
2.2.4.5. Cảm biến tốc độ động cơ:
Cảm biến vị trí trục khuỷu (cảm biến tốc độ động cơ hay là tín hiệu NE) là một
cảm biến rất quan trọng. Khi ECU động cơ không nhận được tín hiệu NE từ cảm
biến này, ECU động cơ xác định rằng động cơ đã ngừng chạy, làm cho động cơ
chết máy.
Tín hiệu cảm biến NE dùng để báo tốc độ động cơ để tính toán hoặc tìm góc
đánh lửa tối ưu và lượng nhiên liệu sẽ phun cho từng xi lanh. Cảm biến này cũng
dùng vào mục đích điều khiển tốc độ không tải hoặc cắt nhiên liệu ở chế độ không
tải cưỡng bức.

13