Tài liệu điều khiển tốc độ cầm chừng cho một số động cơ thông dụng tại việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ CẦM CHỪNG CHO MỘT SỐ ĐỘNG CƠ THÔNG DỤNG TẠI VIỆT NAM S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: T2010 - 25 S KC 0 0 3 0 2 0 Tp. Hồ Chí Minh, 2010 Đề tài NCKH Cấp Trường Lê Quang Vũ TÓM TẮT Hiện nay, thị trường ô tô Việt Nam đang có nhiều biến động tích cực. Ngành công nghiệp ô tô có chiều hướng nhập khẩu xe nguyên chiếc ào ạt nhờ áp dụng mức thuế mới. Vì thế số lượng xe tăng lên nhanh chóng, nhất là ở các đô thị lớn. Một đặc điểm của dòng xe nhập khẩu là rất hiếm phụ tùng thay thế và thiếu các cơ sở bảo dưỡng sửa chữa. Bên cạnh đó, dòng xe này chủ yếu là dòng xe đã qua sử dụng. Vì thế các hư hỏng và trục trặc kỹ thuật của dòng xe này là rất thường gặp. Trong các hệ thống của dòng xe này, hệ thống thường gặp trục trặc nhất là hệ thống cầm chừng hay hệ thống không tải. Nó là một trong ba hệ thống quan trọng nhất trên một chiếc động cơ xe hơi đời mới. Hệ thống này thường gây ra các hiện tượng trong một thời điểm tức thời rất khó kiểm tra kỹ thuật như: Òa ga, sượng ga hay tăng tốc đột ngột gây ra những tai nạn giao thông đáng tiếc. Vì thế việc nhiên cứu phương pháp điều khiển, chế tạo một hệ thống điều khiển độc lập hợp lý để an toàn hóa hệ thống này khi nó đã gặp trục trặc là vấn đề cần thiết và đầy ý nghĩa chi dòng xe nhập khẩu đã qua sử dụng ở Việt Nam hiện nay. Do thời gian thực hiện đề tài còn hạn chế nên đề tài chỉ mới tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: - Khảo sát các loại van cầm chừng của một số động cơ thông dụng. - Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển các loại van cầm chừng. - Lập trình cho mạch điều khiển tốc độ cầm chừng - Thử nghiệm hệ thống trên xe lưu hành Điều khiển tốc độ cầm chừng cho một số động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 1 Đề tài NCKH Cấp Trường Lê Quang Vũ Mục lục Phần I Đặt vấn đề Đối tượng nghiên cứu ................................................................................................ 4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ................................................................ 4 Những vấn đề còn tồn tại ........................................................................................... 5 Phần II Giải quyết vấn đề I. Mục đính của đề tài .................................................................................. 6 II. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 6 III. Nội dung ..................................................................................................... 6 1. Khảo sát thực trạng các hệ thống cầm chừng sử dụng tại Viêt Nam ..... 6 1.1. Loại sử dụng motor bước 6 day ................................................ 6 1.2. Loại van xoay ............................................................................ 9 1.3. Loại ACV điều khiển bằng hệ số tác động ............................ 10 1.4. Loại VSV điều khiển bật tắt .................................................... 11 2. Cơ sở lý thuyết điều khiển tốc độ cầm chừng ...................................... 13 2.1. Các loại cảm biến được sử dụng trong hệ thống..................... 13 2.2. Lý thuyết điều khiển tốc độ cầm chừng .................................. 19 3. Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển tốc độ cầm chừng .......................... 21 3.1. Thiết kế mạch điều khiển ....................................................... 21 3.2. Thi công mạch điều khiển ....................................................... 27 4. Lập trình cho mạch điều khiển ............................................................. 28 4.1. Thuật toán điều khiển ............................................................. 28 5. Thực nghiệm hệ thống trên động cơ thực ............................................ 34 IV. Kết quả đạt được....................................................................................... 40 1. Tính khoa học ....................................................................................... 40 2. Khả năng triển khai ứng dụng thực tế .................................................. 40 3. Hiệu quả kinh tế, xã hội........................................................................ 40 Phần II Kết luận Điều khiển tốc độ cầm chừng cho một số động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 2 Đề tài NCKH Cấp Trường Lê Quang Vũ PHAÀN I ÑAËT VAÁN ÑEÀ I. ÑOÁI TÖÔÏNG NGHIEÂN CÖÙU Một động cơ ô tô đời mới hoạt động được bình thường cần có ba hệ thống điều khiển chính: Hệ thống đánh lửa bằng đện tử, hệ thống phun xăng điều khiển bằng máy tính và hệ thống đều khiển tốc độ cầm chừng. Cả ba hệ thống này còn được gọi là hệ thống điều khiển động cơ bằng máy tính. Nếu như hai hệ thống phun xăng và đánh lửa là điều khiện cần cho động cơ hoạt động thì hệ thống điều khiển tốc độ cầm chừng là đều khiện đủ. Thiếu nó động cơ vẫn hoạt động được nhưng tạo ra những vấn đề nhất thời ảnh hưởng đến chế độ hoạt động của động cơ và mức độ an toàn khi xe lưu thông. Những triệu chứng và hậu quả khi hệ thống này hoạt động không bình thường là hoàn toàn không thể kiểm soát được. Vì thế đề tài nghiên cứu chế tạo một modul sử dụng mạch vi điều khiển để điều khiển hệ thống này một cách độc lập cho những xe đã có triệu chứng hư hỏng hệ thống điều khiển cầm chừng. Modul chỉ nhận tín hiệu từ động cơ như tốc độ động cơ, cảm biến bướm ga và tín hiệu máy lạnh để điều khiển van cầm chừng theo đúng chế độ nguyên thủy của động cơ xe hơi khi chưa gặp sư cố kỹ thuật. II. TÌNH HÌNH NGHIEÂN CÖÙU TRONG VAØ NGOAØI NÖÔÙC Sự cố về tốc độ cầm chừng hay tốc độ không tải là một vấn đề lớn đối với xe hiện hành. Một số tài xế có thời gian điều khiển xe lâu năm còn gọi sự cố này là “bệnh nan y” và họ chỉ biết chấp nhận sự cố mà chưa có biện pháp khắc phục. Ở các cơ sở bảo trì của các hãng lớn tại Việt Nam thì họ chỉ biết dự đoán và thay thế một vài phụ tùng liên quan đến sự hoạt động của hệ thống. Một đặc điểm của hệ thống này là khi có sự bảo dưỡng, thay thế. Nó có thể hoạt động bình thường trong một khoảng thời gian ngắn mà không khắc phục được hoàn toàn. Như vậy có thể nói việc khắc phục sự cố này ở Việt Nam hoàn toàn chưa có cơ sở kỹ thuật đúng đắn. Vì thế đề tài “điều khiển tốc độ cầm chừng cho một số loại động cơ thông dụng tại Việt Nam” là mới mẽ và hết sức cần thiết. Điều khiển tốc độ cầm chừng cho động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 3 Đề tài NCKH Cấp Trường Lê Quang Vũ III. NHÖÕNG VAÁN ÑEÀ COØN TOÀN TAÏI Hộp ECU điều khiển động cơ khi xuất xưởng luôn có một hệ số điều khiển nhất định cho một hệ thống chấp hành. Trong quá trình hoạt động, do sự hao mòn về cơ khí và lão hóa về thời gian nên hệ số này của các bộ chấp hành có sự thay đổi và không có thông số phù hợp với thông số trong bộ nhớ của chương trình đều khiển. Vì thế sau một thời gian hoạt động, ECU tự điều chỉnh thông số để phù hợp với cơ cấu chấp hành nên trong bộ nhớ của nó cũng có sự thay đổi thông số này. Vì thế khi động cơ gặp sự cố về tốc độ cầm chừng là lúc các thông số đã thay đổi khác xa nhau. Điều này gây ra một tình trạng là hệ thống cũ không thể hoạt động được bình thường mà khi thay mới phụ tùng cũng không thể đáp ứng được thông số hoạt động cho hệ thống. Vì thế giải pháp chế tạo một modul rời để điều khiển chế độ cầm chừng cho động cơ là một giải pháp có thể khắc phục được sự cố này của động cơ xe hơi đời mới. Điều khiển tốc độ cầm chừng cho động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 4 Đề tài NCKH Cấp Trường Lê Quang Vũ PHAÀN II GIAÛI QUYEÁT VAÁN ÑEÀ I. MUÏC ÑÍCH ÑEÀ TAØI Để giải quyết vấn đề cấp bách và mang tính thời sự đó, đề tài nghiên cứu vấn đề này nhằm hai mục đích chính: - Giải quyết sư cố thường gặp và gây ra nhiều hậu quả của hệ thống điều khiển tốc độ cầm chừng trên động cơ ô tô đời mới. - Chế tạo một hệ thống nhỏ nhằm hoàn thiện mạch điều khiển hệ thống điện động cơ với phương hướng nhắm tới việc chế tạo hoàn thiện hộp ECU điều khiển phun xăng đánh lửa cho động cơ ô tô phục vụ cho các phòng thí nghiệm ô tô và lắp lẫn phụ tùng trên thị trường. II. PHÖÔNG PHAÙP NGHIEÂN CÖÙU Trong quá trình thực hiện đề tài, người làm đề tài đã sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp nghiên cứu tài liệu - Phương pháp khảo sát đối tượng - Phương pháp lập trình vi xử lý - Phương pháp thực nghiệm và xử lý số liệu III. NOÄI DUNG: 1. Khảo sát thực trạng các hệ thống cầm chừng sử dụng tại Việt Nam 1.1. Loại sử dụng Motor bước 6 dây Van ISC loại mơ tơ bước được đặt ở buồng nạp hoặc thân bướm gió. Nó điều chỉnh tốc độ không tải động cơ bằng mô tơ bước và van kim, van kim điều khiển thể tích không khí qua nhánh phụ của bướm ga. Van điều khiển tốc độ không tải điều chỉnh không khí qua nhánh phụ từ đường khí nạp qua bướm gió theo hướng đến ống góp nạp qua một lỗ mở giữa van kim và đế van. Điều khiển tốc độ cầm chừng cho động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 5 Đề tài NCKH Cấp Trường Lê Quang Vũ Hình 1.1 Vị trí van loại motor bước a. Cấu tạo: 1-Rotor 2-Stator 3-Van 4-Bệ van 5-Trục van Hình 1.2 Cấu tạo van loại motor bước
Rotor : gồm một nam châm vĩnh cửu 16 cực. Số cực phụ thuộc vào từng loại động cơ.
Stator : gồm hai bộ lõi, 16 cực xen kẽ nhau. Mỗi lõi được quấn hai cuộn dây ngược chiều nhau. b. Hoạt động ECU điều khiển chuyển động của van kim bằng cách nối đất liên tục bốn cuộn dây stato. Mỗi dòng điện gây ra một xung qua các cuộn dây, trục van sẽ di chuyển một bước. Chiều quay được đảo chiều bằng cách đảo trật tự dòng điện qua các cuộn dây stato. Với loại rotor và stator 16 cực, cứ mỗi lần dòng điện đi qua các cuộn dây thì rotor quay được 1/32 vòng. Cụm van bao gồm cuộn dây stator điện, rotor nam châm vĩnh cửu, van và trục van. Trục van là một trục vít được bắt vít vào trong rôto. Một Điều khiển tốc độ cầm chừng cho động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 6 Đề tài NCKH Cấp Trường Lê Quang Vũ motor bước được gắn trong van ISC. Motor này quay roto thuận hay ngược chiều kim đồng hồ, làm van chuyển động ra hay vào, do vậy làm tăng hay giảm khe hở giữa van và đế van, do đó điều chỉnh được lượng khí đi qua đường khí tắt. Van ISC có 125 bước kể từ vị trí đóng hoàn toàn đến vị trí mở hoàn toàn. Van ISC có khả năng điều chỉnh lượng lớn không khí chạy qua, nó cũng được dùng để điều khiển tốc độ không tải nhanh. Và vì vậy, không cần phải dùng thêm van khí phụ. Hình 1.3 Giản đồ hoạt động của motor bước c. Mạch điện Van ISC được nối với ECU như hình vẽ dưới đây. Tốc độ không tải tiêu chuẩn tường ứng với từng nhiệt độ nước làm mát và trạng thái hoạt động của điều hòa không khí được lưu trong bộ nhớ của ECU. Hình 1.4 Mạch nguyên lý điểu khiển van loại motor bước 1.2. Loại van xoay Điều khiển tốc độ cầm chừng cho động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 7 Đề tài NCKH Cấp Trường Lê Quang Vũ ISCV loại solenoid quay được lắp đặt vào trong thân bướm gió. Loại van nhỏ, nhẹ, và có độ tin cậy cao này kiểm soát lượng khí vào và cho phép đi qua van bướm gió. Vì vậy không cần phải dùng thêm một van khí phụ nào nữa.Theo cách này, thể tích lượng khí nạp qua đường tắt nạp vào động cơ được thực hiện bằng một van xoay di động, van này đóng kín hoặc mở lỗ thông dựa vào tín hiệu nhận từ ECU. Mặc dù các kiểu động cơ cũ vẫn có một vit chỉnh tốc độ không tải, nhưng ngày nay nó không còn được sử dụng nữa. Iscv loại solenoid quay đáp ứng được lượng không khí lớn nên nó được dùng để điều khiển tốc độ không tải lạnh nhanh và các loại hệ thống không tải khác. a. Cấu tạo Hình 1.5 Cấu tạo của van xoay  Nam châm vĩnh cửu: Đặt ở đầu trục van có hình trụ. Nó sẽ quay dưới tác dụng của lực đẩy hay lực kéo của 2 cuộn T1 và T2.  Van: Đặt treo ở tiết diện giữa của trục van. Nó sẽ điều khiển lượng gió đi qua mạch rẽ. van xoay cùng với trục của nam châm  Cuộn T1 và T2: đặt đối diện nhau, ở giữa là nam châm vĩnh cửu. ECU nối mass một trong hai cuộn dây để điều khiển đóng mở van  Cuộn lò xo lưỡng kim: Dùng để đóng mở van theo nhiệt độ nước làm mát khi mạch điều khiển điện không làm việc. Một đầu của cuộn lò xo lưỡng kim được bắt vào chốt cố định, còn điểm kia bắt vào chấu bảo vệ. trên chấu bảo vệ có một rãnh, một chốt xoay liền trục với van sẽ đi vào rãnh này. Chốt xoay sẽ không kích hoạt Điều khiển tốc độ cầm chừng cho động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 8 Đề tài NCKH Cấp Trường Lê Quang Vũ sự hoạt động của lò xo lưỡng kim khi hệ thống điều khiển cầm chừng hoạt động không tốt cũng như lúc lò xo lưỡng kim không tiếp xúc với mặt cắt có vát rãnh trên chấu bảo vệ. cơ cấu này là thiết bị an toàn không cho tốc độ cầm chừng quá cao hay quá thấp do mạch điều khiển bị hư hỏng. b. Mạch điện Hình 1.6 Mạch điều khiển van xoay Hai cuộn dây được nối với hai transitor đặt trong ECU như hình vẽ. khi transitor T1 mở, có dòng điện chạy qua cuộn dây đó. Từ trường của cuộn đây và từ trường của nam châm vĩnh cửu sẽ làm cho van quay theo chiều kim đồng hồ, khi T2 mở, van sẽ quay theo chiều ngược lại. ECU điều khiển chuyển động của van bằng cách gởi một tín hiệu điện ápdạng xung vào mỗi cuộn dây. Vị trí của van sẽ được quyết đinh bởi sự khác nhau giữa hai từ trường của van(một của nam châm vĩnh cửu, một do cuộn dây tạo ra). Tần số hoạt động rất cao khoảng 250hz. Tần số cao này giúp van duy trì được vị trí tối ưu để đáp ứng thích hợp lượng khí nạp vào động cơ. Mạch điện trong ecu được thiết kế để tạo ra dòng điện xoay chiều trong cuộn T1 khi hệ số tác dụng thấp và trong cuộn T2 khi hệ số tác dụng cao. Bằng cách thay đổi hệ số tác dụng (thời gian mở trên thời gian đóng), sự thay đổi từ trường làm cho trục van quay. 1.3. Loại ACV điều khiển bằng hệ số tác dụng Van này dược lắp trên ống góp nạp. Nó kiểm soát lượng không khí đi qua van bướm gió bằng cách mở hoặc đóng đường khí phụ. Thời gian mở van là một đặc trưng của một tín hiệu chu trình làm việc nhận từ ECU. ACV có thể cho một lượng khí lớn đi qua, vì vậy một van không khí cơ khí riêng biệt được sử dụng cho không tải lạnh Điều khiển tốc độ cầm chừng cho động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 9 Đề tài NCKH Cấp Trường Lê Quang Vũ nhanh của động cơ được trang bị hệ thống này. Kết cấu của van này bao gồm: solenoid điện, van thường đóng để đóng nhánh khí sạch từ bầu lọc khí đến ống nạp, ECU kiểm soát van này bằng cách áp dụng một tỉ lệ làm việc đa dạng tần số 10HZ đến solenoid, làm cho van truyền lượng không khí vào ống góp nạp. Vị trí của van điện từ được xác định bằng tỉ lệ giữa thời gian dòng điện chạy qua so với thời gian mà nó tắt. Nói theo cách khác, van mở rộng khi dòng điện chạy lâu hơn trong cuộn dây. Hình 1.7 Van cầm chừng loại ACV 1.4. Loại van VSV điều khiển bật tắt Hình 1.8 Van cầm chừng loại VSV Hệ thống ISC loại bật tắt van ngắt chân không được điều khiển bởi các tín hiệu từ ECU hoặc trực tiếp bằng các mạch điện đèn sau và bộ sấy kính cửa sau. VSV được lắp điển hình trên động cơ (thường là dưới ống góp nạp) hoặc trong khoang động cơ, điều khiển lượng không khí cố định vào ống góp nạp động cơ. Loại van này thường đóng và chỉ mở khi có dòng điện chạy qua các cuộn dây của solenoid. Không giống Điều khiển tốc độ cầm chừng cho động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 10 Đề tài NCKH Cấp Trường Lê Quang Vũ như các mạch điều khiển ECU bị nối đất khác, ECU điều khiển VSV bằng cách cung cấp dòng điện đến cuộn solenoid khi đáp ứng được các điều kiện đã được lập trình trước. Ngoài ra, dòng điện được cấp đến solenoid từ mạch điện đèn sau hoặc bộ sấy kính cửa sau chay xuyên qua các điod cách ly. VSV cho phép chỉ một lượng nhỏ không khí qua van bướm gió thường đóng khi nó mở, tốc độ động cơ tăng khoảng 100v/p khi nó được kích hoạt (cấp điện). Hệ thống ISC không dùng để điều khiển không tải lạnh nhanh, các động cơ được trang bị hệ thống này dùng một van không khí cơ khí để điều khiển không tải lạnh nhanh. Hình 1.9 Sơ đồ mạch điện loại VSV Kết cấu của loại van này như hình vẽ. các tín hiệu từ ECU động cơ làm cho dòng điện chạy qua cuộn dây. Dòng này sẽ kích thích cuộn dây, làm mở van, tăng tốc độ không tải xấp xỉ khoảng 100v/p (tốc độ không tải nhanh được điều khiển bằng một van khí phụ) 2. Cơ sở lý thuyết điều khiển tốc độ cầm chừng Điều khiển tốc độ cầm chừng cho động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 11 Đề tài NCKH Cấp Trường 2.1. Lê Quang Vũ Các loại cảm biến được sử dụng trong hệ thống 2.1.1. Cảm biến tốc độ động cơ Cảm biến này báo về tốc độ động cơ để tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tối ưu và lượng nhiên liệu sẽ phun cho từng xy lanh. Cảm biến này cũng được dùng vào mục đích điều khiển tốc độ cầm chừng hoặc cắt nhiên liệu ở chế độ cầm chừng cưỡng bức. Có nhiều cách bố trí cảm biến NE trên động cơ: trong delco, trên bánh đà hoặc trên bánh răng cốt cam. Đôi khi ECU chỉ dựa vào một xung lấy từ cảm biến hoặc IC đánh lửa để xác định tốc độ động cơ. Cảm biến tốc độ động cơ có nhiều loại khác nhau như: cảm biến điện từ loại nam châm quay hoặc nam châm đứng yên, cảm biến quang, cảm biến Hall… 2.1.1.1. Loại cảm biến điện từ a. Cấu tạo Hình 2.1 Cảm biến điện từ Toyota Hình trên trình bày sơ đồ bố trí của cảm biến tốc độ động cơ dạng điện từ trên xe TOYOTA loại nam châm đứng yên. Cảm biến gồm có rotor để khép kín mạch từ và cuộn dây cảm ứng mà lõi gắn với một nam châm vĩnh cửu đứng yên. Số răng trên rotor và số cuộn dây cảm ứng thay đổi tùy thuộc vào loại động cơ. Phần tử phát xung NE có thể có 4; 24 hoặc sử dụng số răng của bánh đà. ở đây ta xem xét cấu tạo và hoạt động của bộ tạo tín hiệu NE loại một cuộn dây cảm ứng – rotor 4 răng. Rotor này đươc gắn đồng trục với bộ chia điện. b. Nguyên lý hoạt động Điều khiển tốc độ cầm chừng cho động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 12 Đề tài NCKH Cấp Trường Lê Quang Vũ Bộ phận chính của cảm biến là một cuộn cảm ứng, một nam châm vĩnh cửu và một rotor dùng để khép kín mạch từ có số răng tùy loại động cơ. Khi cựa răng của rotor không nằm đối diện với cực từ, từ thông đi qua cuộn cảm ứng sẽ có giá trị thấp vì khe hở không khí lớn có từ trở cao. Khi một cựa răng tiến đến gần cực từ của cuộn dây, khe hở không khí giảm dần khiến từ thông tăng nhanh. Như vậy, nhờ sự biến thiên từ thông, trên cuộn dây sẽ xuất hiện một sức điện động. khi cựa răng đối diện với cực từ của cuộn dây, từ thông đạt giá trị cực đại, nhưng điện áp ở hai đầu cuộn dây bằng không. Khi cựa răng rotor di chuyển ra khỏi cực từ, thì khe hở không khí tăng dần làm từ thông giảm sinh ra một sức điện động theo chiều ngược lại. hoàn toàn tương tự cho loại 24 răng. c. Mạch điện và dạng xung Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý cảm biến điện từ 4 xung Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý cảm biến điện từ 4 xung hai cuộn dây Điều khiển tốc độ cầm chừng cho động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 13 Đề tài NCKH Cấp Trường Lê Quang Vũ Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý cảm biến điện từ loại 24 xung 2.1.2. Cảm biến vị trí bướm ga Cảm biến vị trí cánh bướm ga được lắp trên trục cánh bướm ga. Cảm biến này đóng vai trò chuyển vị trí góc mở cánh bướm ga thành tín hiệu điên áp gửi về ECU. Tín hiệu cầm chừng (IDL) dùng để điều khiển phun nhiên liệu khi động cơ hoạt động ở chế độ cầm chừng cũng như hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa. Tín hiệu toàn tải (PSW) dùng để tăng lượng nhiên liệu phun ở chế độ toàn tải để tăng công suất động cơ. Trên một số xe, cảm biến vị trí bướm ga còn giúp ECU điều khiển hộp số tự động. Có nhiều loại cảm biến vị trí bướm ga. Nhưng hiện nay phổ biến nhất là cảm biến bướm ga loại tuyến tính. a. Cấu tạo Hình 2.4 Cảm biến vị trí bướm ga loại có chân IDL Điều khiển tốc độ cầm chừng cho động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 14 Đề tài NCKH Cấp Trường Lê Quang Vũ Loại này có cấu tạo gồm hai con trượt, ở đầu mỗi con trượt được thiết kế có các tiếp điểm cho tín hiệu cầm chừng và tín hiệu góc mở cánh bướm ga, có cấu tạo như hình vẽ trên. b. Mạch điện Hình 2.5 Sơ đồ mạch điện cảm biến bướm ga Một điện áp không đổi 5V từ ECU cung cấp đến cực VC. Khi cánh bướm ga mở, con trượt trượt dọc theo điện trở và tạo ra điện áp tăng dần ở cực VTA tương ứng với góc mở cánh bướm ga. Khi cánh bướm ga đóng hoàn toàn, tiếp điểm cầm chừng nối cực IDL với cực E2, trên đa số các xe, trừ Toyota, cảm biến bướm ga loại biến trở chỉ có 3 dây VC, VTA và E2 mà không có dây IDL. 2.1.3. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW) a. Nguyên lý Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ. Nó được làm bằng vật liệu bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm(NTC- negative temperature coeficient). Khi nhiệt độ tăng thì điện trở giảm và ngược lại. các loại cảm biến nhiệt độ hoạt động cùng nguyên lý nhưng mức hoạt động và sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ có khác nhau. Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp được gửi đến ECU trên nền tảng cầu phân áp. Điều khiển tốc độ cầm chừng cho động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 15 Đề tài NCKH Cấp Trường Lê Quang Vũ B+ Bộ ổn áp Cảm biến nhiệt độ nước Bộ chuyển đổi A/D Điện trở chuẩn Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý đo nhiệt độ nước làm mát Trên sơ đồ ta thấy: Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt độ) tới cảm biến, trở về ECU rồi về mass. Như vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến nhiệt độ nước làm mát tạo thành một cầu phân áp. Điện áp giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự - số.(bộ chuyển đổi ADCanalog to digital converter). Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ chuyển 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 đông cơ đang lạnh. Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặ giảm, báo cho ECU biết là động cơ đang nóng. b. Cấu tạo: Thường là trụ rỗng có ren ngoài, bên trong có gắn một điện trở dạng bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm. 3 1 2 3 2 1 Đầu ghim Vỏ Điện trở Hình 2.7 Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát Điều khiển tốc độ cầm chừng cho động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 16 Đề tài NCKH Cấp Trường Lê Quang Vũ Ở động cơ làm mát bằng nước, cảm biến được gắn ở thân máy, gần bọng nước làm mát. Trong một số trường hợp cảm biến được lắp trên lắp máy. c. Mạch điện: E C U Đến rơle 5V +B +B ADC CPU E2 THW E2 E1 Cảm biến nhiệt độ nước Hình 2.8 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát d. Đường đặc tuyến: R (kΩ) 20 10 5 2 1 0.5 0.3 0.2 0.1 - 20 0 12 20 40 60 76 100 0 C 212 Hình 2.9 Đặc tuyến theo nhiệt độ của cảm biến nhiệt độ nước làm mát Điều khiển tốc độ cầm chừng cho động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 17 Đề tài NCKH Cấp Trường Lê Quang Vũ 2.2. Lý thuyết điều khiển tốc độ cầm chừng 2.2.1. Khái quát Để điều khiển tốc độ cầm chừng, người ta cho thêm một lượng gió đi tắt qua cánh bướm ga vào động cơ nhằm tăng lượng hỗn hợp để giữ tốc độ cầm chừng khi động cơ hoạt động ở các chế độ tải khác nhau. Lượng khí tắt này được kiểm soát bởi một van điện gọi là van điều khiển cầm chừng. Đôi khi biện pháp mở thêm cánh bướm ga cũng được sử dụng. Hình 2.10 Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển tốc độ cầm chừng 2.2.2. Các chế độ hoạt động a. Chế độ khởi động: Khi động cơ ngưng hoạt động, tức không có tín hiệu tốc độ động cơ gửi đến ECU thì van điều khiển mở hoàn toàn, giúp động cơ khởi động lại dễ dàng. Điều khiển tốc độ cầm chừng cho động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 18 Đề tài NCKH Cấp Trường Lê Quang Vũ b. Chế độ sau khởi động Nhờ thiết lập trạng thái khởi động ban đầu, việc khởi động dễ dàng và lượng gió phụ vào nhiều hơn. Tuy nhiên, khi động cơ đã nổ (tốc độ tăng) nếu van vẫn mở lớn hoàn toàn thì tốc độ động cơ sẽ tăng quá cao. Vì vậy, khi động cơ đạt được một tốc độ nhất định (phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát), ECU gửi tín hiệu đến van điều khiển cầm chừng để đóng từ vị trí mở hoàn toàn đến vị trí được ấn định theo nhiệt độ nước làm mát. % độ mở 100% A B t0 nước 200 Hình 2.11 Đặc tuyến điều khiển chế độ sau khởi động c. Chế độ hâm nóng Khi nhiệt độ động cơ tăng lên, van điều khiển tiếp tục đóng từ B tới C cho đến khi nhiệt độ nước làm mát đạt 800C. %độ mở 100% A B C t0nước 200 800 Hình 2.12 Đặc tuyến điều khiển chế độ hâm nóng d. Chế độ máy lạnh Khi động cơ đang hoạt động, nếu ta bật điều hòa không khí, do tải của máy nén lớn sẽ làm tốc độ cầm chừng của động cơ tụt xuống. Nếu sự chênh lệch tốc độ thật sự của Điều khiển tốc độ cầm chừng cho động cơ thông dụng ở Việt Nam Trang 19