Chương 1 TỔNG QUAN Chƣơng này sẽ giới thiệu tổng quan các hệ thống máy tính điều khiển ô tô đƣợc dùng hiện nay. Những kiến thức này dùng chung cho nhiều hệ thống cho phép một kỹ thuật viên ô tô phát triển một nền tảng những kỹ năng để tham gia vào công việc chẩn đoán các hệ thống của ô tô.1 QUY TRÌNH TỔNG QUÁT Chỉ trong vài năm gần đây, công nghệ trong điện tử và phƣơng pháp chế tạo đã thay đổi một cách nhanh chóng. Những bộ vi điều khiển (máy tính nhỏ) đã trở thành chi tiết trọng tâm trong những hệ thống điều khiển trang bị trên những xe ô tô. Những bộ vi xử lý, cùng với những máy tính khác, chứa đựng một bộ phận điều khiển và có thể dự đoán theo một trình tự để tránh bất kỳ sự nhầm lẫn nào có thể xảy ra.
Cái “hộp đen” đó đƣợc biết đến nhƣ là cụm điều khiển điện tử (ECU). Hiện nay nó đƣợc xem nhƣ là một hệ thống điều khiển bằng điện (ECM). Trong cuốn sách này, thuật ngữ ECM đƣợc dùng khi nó dựa vào hệ thống điều khiển mà trƣớc đây đƣợc biết đến nhƣ là ECU. Khi những hệ thống trên xe đã phát triển, nó sẽ là điều kiện phát triển của quy trình điều khiển điện tử bằng máy tính.
Sự thống nhất của nhiều hệ thống điều khiển bằng điện tử sẽ tạo ra một quy trình chung, giúp cho những kỹ thuật viên ô tô có thể chẩn đoán và sửa chữa trên nhiều xe. Thực vậy, nhiều nhà sản xuất đã đƣa ra những máy tự động để kiểm tra những thiết bị và bây giờ đang sản xuất những thiết bị đó để cung cấp những thông tin và dữ liệu về các mã lỗi chẩn đoán, cung cấp những thông tin để ngƣời kỹ thuật viên biết về hƣớng đi để họ có khả năng chẩn đoán và sửa chữa những hệ thống hiện đại trên xe. Bây giờ chúng ta sẽ nhìn lại những sự lựa chọn điển hình đã đƣợc sử dụng trên những hệ thống hiện đại để chúng ta có sự thống nhất chung.2 NHỮNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘNG CƠ Những hệ thống trên động cơ đã đƣợc khảo sát và có sự thống nhất chung trong việc sử dụng, cụ thể nhƣ là hệ thống đánh lửa, hệ thống nhiên liệu, hệ thống điều khiển lƣợng khí thải. Mục đích chính của sự khảo sát những hệ thống đó là xác định sự thống nhất chung để làm rõ những chi tiết của những hệ thống, từ đó có thể thực hiện việc kiểm tra, hơn nữa nhiều hệ thống bên ngoài đòi hỏi cần phải có thiết bị kiểm tra đặc biệt.
Bằng việc kiểm tra ba hệ thống đánh lửa, ta có thể lựa chọn những thiết bị đã biết để thống nhất trong việc sử dụng. Trong quy trình kiểm tra một số hệ thống khác, chúng ta sẽ nhìn thấy những nguyên lý cơ bản đã đƣợc thống nhất đến vài hệ thống đã đƣợc dùng trên xe.3 HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA Hệ thống đánh lửa sử dụng vài thiết bị bằng điện để tạo ra một xung điện bằng cách đóng hay mở dòng sơ cấp, vì vậy điện áp cao đƣợc sinh ra trong cuộn thứ cấp để tạo ra tia lửa điện đúng thời điểm. Có nhiều phƣơng pháp để tạo ra xung điện áp cơ bản cho hệ thống đánh lửa, nhƣng tài liệu này sẽ giới thiệu sâu hơn về ba phƣơng pháp cơ bản hơn cả. Những hệ thống đánh lửa dựa trên việc sử dụng ba phƣơng pháp đó bây giờ đƣợc biết đến nhƣ sau: 1.1 Hệ số năng lƣợng hệ thống đánh lửa Hình 1.1: Bánh răng roto trong cảm biến điện từ và đầu dò 12 Hình 1.1 biểu diễn một hệ thống đánh lửa dùng bộ chia điện đƣợc sử dụng trong nhiều năm.
Trục bộ chia điện đƣợc dẫn động từ trục cam động cơ và làm quay một phần tốc độ động cơ. Mỗi thời điểm vấu trên roto qua bộ cảm biến và tạo ra xung điện áp, một xung năng lƣợng điện đƣợc tạo ra trong cuộn dây cảm ứng. Cuộn cảm ứng đƣợc kết nối tới bộ đánh lửa điện tử và khi mà xung điện áp máy phát đạt đến giới hạn đã biết, dòng điện điều khiển công tắc ON có dòng đến cuộn sơ cấp hệ thống đánh lửa.2: Tín hiệu điện áp ở ngõ ra ở tốc độ thấp và cao Khi bánh răng trong cảm biến điện từ tiếp tục quay, điện áp trong cuộn cảm biến bắt đầu giảm và điều này làm cho công tắc đánh lửa OFF, có dòng sơ cấp đến cuộn đánh lửa; điện áp cao làm cho bugi đánh lửa và cảm ứng trong cuộn thứ cấp cuộn đánh lửa. Giai đoạn giữa thời điểm công tắc ON và OFF trong dòng sơ cấp cuộn đánh lửa gọi là thời gian ngậm.
Hiệu quả sẽ tăng lên trong góc ngậm khi tốc độ động cơ tăng, nghĩa là dòng trong cuộn cảm đạt đến giá trị tối ƣu ở hầu hết động cơ tăng tốc.2 biểu diễn các dạng xung điện áp máy phát khi vấu của bánh răng trong cảm biến điện từ qua bộ cảm biến. Từ những biểu đồ trong hình này có thể nhìn thấy dòng sơ cấp cuộn đánh lửa lúc công tắc ON, khi mà xung điện áp máy phát xấp xỉ 1V và công tắc OFF khi điện áp giảm xuống. Ở những động cơ tốc độ cao, xung điện áp máy phát tạo ra một điện áp cao và công tắc ON, điện áp xấp xỉ 1V, biểu diễn ở phần hai của Hình 1. Tuy nhiên, công tắc tiếp điểm OFF không ảnh hƣởng đến tốc độ và điều này có nghĩa là góc ngậm giữa công tắc dòng sơ cấp ON-OFF tăng lên khi tốc độ động cơ tăng.
Điều này có nghĩa là tăng thời 13 gian cho dòng trong cuộn sơ cấp, là yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến tia lửa điện. Đây là lý do để hệ thống đánh lửa này thuộc kiểu hệ thống đánh lửa với hệ số năng lƣợng không đổi. Loại hệ thống đánh lửa này đều có ký hiệu để máy ly tâm và máy đo độ chân không có thể tự động điều chỉnh thời điểm đánh lửa.2 Hệ thống đánh lửa số (đánh lửa theo chƣơng trình) Hệ thống đánh lửa đƣợc lập trình sử dụng trong công nghệ máy tính và cho phép các dạng cơ học, hơi khí, các yếu tố khác của bộ phân phối để phân phối chúng.3 biểu diễn một cách đơn giản từ việc lập trình hệ thống đánh lửa.3: Hệ thống đánh lửa theo chương trình Bộ vi điều khiển, dành riêng cho máy tính, có khả năng đọc đƣợc các tín hiệu đầu vào từ động cơ nhƣ là: tốc độ động cơ, vị trí trục khuỷu, lƣợng tải. Những tín hiệu đọc đó đƣợc so sánh với dữ liệu từ bộ nhớ máy tính và máy tính, rồi gửi tín hiệu đầu ra đến hệ thống đánh lửa.
Đây là cách làm cổ điển để đƣa ra dữ liệu mà nó đạt đƣợc từ việc kiểm tra tốc độ động cơ, điều này đƣợc biểu diễn bằng biểu đồ ba chiều nhƣ trong Hình 1.4: Biểu đồ hệ thống đánh lửa được lưu trữ trong ROM của ECM Bất kỳ điểm nào trên bản đồ cũng đều có thể đƣợc biểu diễn bằng một số điểm quy chiếu. Ví dụ nhƣ: Tốc độ động cơ 1000 rpm; Áp suất đƣờng ống nạp 0.5 bar; Góc đánh lửa sớm 5o. Những con số này đƣợc chuyển đổi vào máy tính bằng số nhị phân 0 và 1. Bản đồ đƣợc lƣu trữ vào bộ nhớ máy tính, bộ xử lý sử dụng bản đồ để cung cấp góc đánh lửa chính xác ở các chế độ làm việc của động cơ.
Trong loại hệ thống đánh lửa tạo ra năng lƣợng, tín hiệu đƣợc tạo ra từ cảm biến Hall hiển thị ở Hình 1.5: Cảm biến Hall 15 Khi phần kim loại ở gờ giữa nam châm quay, tín hiệu cảm biến Hall ở đầu ra là 0. Khi có khe hở vấu của cảm biến Hall đến nam châm thì xung điện áp đƣợc tạo ra. Trong trƣờng hợp này, xung điện áp đƣợc tạo ra bởi cảm biến Hall ở mỗi thời điểm mà tia lửa điện tạo ra. Trong khi những bộ chia điện cũ đƣợc sử dụng rộng rãi trong hệ thống đánh lửa bằng điện tử, điều này có thể kích cho xung máy phát làm dẫn động trục khuỷu và bánh đà, thông thƣờng đƣợc dùng trong nhiều hệ thống hiện đại.
Đây là tiện ích để kiểm tra hệ thống không sử dụng bộ chia điện thông thƣờng mà dùng bánh đà để dẫn động xung điện áp máy phát.3 Hệ thống đánh lửa dùng bộ chia điện Hình 1.6 biểu diễn hệ thống đánh lửa cho động cơ 4 xylanh. Có hai cuộn đánh lửa, một dùng cho xylanh thứ nhất và thứ tƣ, cái còn lại dùng cho xylanh thứ hai và thứ ba. Tia lửa tạo ra ở mỗi thời điểm xylanh gần đến tử điểm thƣợng (TDC). Điều này có nghĩa là tia lửa xảy ra trong kỳ thải tốt nhƣ trong kỳ nạp.
Vì lý do này, hệ thống đánh lửa thuộc loại này thỉnh thoảng đƣợc xem nhƣ là một sự tổn thất tia lửa.6: Hệ thống đánh lửa sử dụng bôbine đôi Hình 1.6 cho thấy rằng có hai cảm biến ở bánh đà; một trong số hai cảm biến đó sẽ ghi nhận lại tốc độ động cơ, loại còn lại sẽ kích hoạt hệ thống đánh lửa. Chúng đƣợc biểu diễn chi tiết trong Hình 1.7 và cả hai hoạt động dựa trên nguyên lý từ trở biến thiên. 16 Một phƣơng án khác là dùng vòng răng để xác định vị trí tử điểm thƣợng nhƣ Hình 1. Với một cảm biến xác định vị trí tử điểm thƣợng bằng cách tạo ra xung điện áp, đây là cảm biến điện từ biến thiên.7: Chi tiết của cảm biến tốc độ động cơ và cảm biến vị trí trục khuỷu Hình 1.8: Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí trục khuỷu sử dụng vòng bánh răng tháo rời 17 1.4 Hệ thống đánh lửa dùng cảm biến quang điện từ Hình 1.9 biểu diễn một hệ thống đánh lửa điện tử dùng quang điện từ.
Có hai thiết bị điện tử hoạt động một là đèn LED cho dòng điện phát sáng, loại còn lại là điốt phát quang có thể hoạt động khi đèn LED bị lỗi.9: Cảm biến quang Một loại cảm biến khác đƣợc biểu diễn ở Hình 1. Ở đây, đĩa roto có 360 rãnh và có những lỗ lớn ở trung tâm đĩa chỉ hƣớng đến TDC. Một trong những rãnh lớn này rộng hơn những cái khác và dùng để chỉ hƣớng đến TDC của xylanh thứ nhất.10: Cảm biến quang 18 1.5 Cảm biến kích nổ Cháy kích nổ là vấn đề liên quan đến hoạt động của động cơ. Điều khiển tốc độ động cơ sớm có thể dẫn đến đánh lửa chậm, khi đó nghe đƣợc tiếng gõ.
Sau khi tiếng gõ dừng lại, động cơ có thể di chuyển từ từ.
