Tài liệu Hệ thống điều khiển và các cảm biến trong hệ thống nhiên liệu disel điện tử

VF
PIM
THF
THW
THA
VRP
VC
TE2
MAP
Sensor
3
2
1
Caûm bieán
vò trí böôùm ga
Caûm bieán nhieät ñoä khí naïp
Caûm bieán nhieät ñoä nöôùc
Caûm bieán nhieät ñoä daàu diesel
4
3
1
2
Caûm bieán toác ñoä ñoäng cô
Caûm bieán vò trí truïc khuyûu
Relay chính
E1
E2
E01
E02
+IG 15A
Ñoàng hoà taùp loâ
Relay SPV
Relay HT xoâng
SPV
HT xoâng
+IG 80A
Relay_SPV
SPV
TCV
Relay chính
VRT
VRP
TACH
SPD
GIND
W
Van VSV2
Van VSV1
Van EGR
BATT
M_REL
VSV1
VSV2
EGR
TE2
TE1
VF
+B1
Giaéc chaån ñoaùn
E2
VTA
IDL
PIM
VC
1
1
2
2
TDC+
TDC-
NE-
NE+
STA
IGSW
THA
THW
THF
E2
+B1
S_REL
Van SPV
Van TCV
Ñieän trôû VRT
Ñieän trôû VRP
G_REL
+IG 40A
+IG 30A
Ñoàng hoà taùp loâ
Hoäp ECU
Hình 52 :Sơ đồ mạch điều khiển Động cơ ECU 1KZ- TE 
E02
E1
NE-
E01
TCV
SPV
VSV1
VSV2
NE+
IGSW
+B
S_REL
M_REL
BATT
G_REL
W
E2
IDL
VTA
TE1
VRT
VF
PIM
THF
THW
THA
VRP
TE2
MAP
Sensor
3
2
1
Caûm bieán
vò trí böôùm ga
Caûm bieán nhieät ñoä khí naïp
Caûm bieán nhieät ñoä nöôùc
Caûm bieán nhieät ñoä daàu diesel
4
3
1
2
Caûm bieán toác ñoä ñoäng cô
Caûm bieán vò trí truïc khuyûu
Relay chính
E1
E2
E01
E02
+IG 15A
Ñoàng hoà taùp loâ
Relay SPV
Relay HT xoâng
SPV
HT xoâng
+IG 80A
Relay_SPV
SPV
TCV
Relay chính
VRT
VRP
TACH
SPD
GIND
W
Van VSV2
Van VSV1
Van EGR
BATT
M_REL
VSV1
VSV2
EGR
TE2
TE1
VF
+B1
Giaéc chaån ñoaùn
E2
VTA
IDL
PIM
VC
1
1
2
2
TDC+
TDC-
NE-
NE+
STA
IGS/W
THA
THW
THF
E2
+B1
S_REL
Van SPV
Van TCV
Ñieän trôû VRT
Ñieän trôû VRP
G_REL
+IG 40A
+IG 30A
Ñoàng hoà taùp loâ
Hoäp ECU
TDC-TDC+
VC
STA
EGR
Hình 53 :Sơ đồ mạch điều khiển Động cơ ECU Toyota 2L TE89661 
2. CÁC CẢM BIẾN 
 Hình 53 : Sơ đồ khối các cảm biến 
2.1. Vị trí các cảm biến 
Hình 54 : Vị trí các cảm biến trong hệ thống nhiên liệu EFI- Diesel với bơm cao 
áp 
1. Cảm biến tốc độ 5. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 
2. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 6. Cảm biến áp suất tuabin 
3. Cảm biến vị trí bàn đạp ga 7. Cảm biến vị trí trục khuỷu 
4. Cảm biến nhiệt độ khí nạp 
Hình 55 : Vị trí các cảm biến trong hệ thống nhiên liệu EFI- Diesel ống phân 
phối 
1. Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 6. Cảm biến vị trí trục cam 
2. Cảm biến áp suất nhiên liệu 7. Cảm biến nhiệt độ nước 
3. Cảm biến lưu lượng không khí nạp 8. Cảm biến áp suất tuabin 
4. Cảm biến vị trí bàn đạp ga 9. Cảm biến vị trí trục khuỷu 
5. Cảm biến nhiệt độ khí nạp 
2.2. Cấu tạo và hoạt động của các cảm biến 
2.2.1. Cảm biến bàn đạp ga 
Hình 56 : Cảm biến vị trí bàn đạp ga 
Có hai kiểu cảm biến bàn đạp ga : 
- Cảm biến vị trí bàn đạp ga, nó tạo thành một cụm cùng với bàn đạp ga. Cảm biến này là loại có một phần tử 
Hall, nó phát hiện góc mở của bàn bàn đạp ga. Một điện áp tương ứng với góc mở của bàn đạp ga có thể phát hiện được 
tại cực tín hiện ra. 
- Cảm biến vị trí bướm ga, nó được đặt tại họng khuyếch tán và là loại sử dụng một biến trở. 
Hình 57 : Cảm biến vị trí bướm ga 
2.2.2. Cảm biến tốc độ động cơ. 
Hình 58 : Cảm biến tốc độ động cơ 
Cảm biến tốc độ động cơ được lắp trong bơm cao áp. Nó gồm có một rôto được lắp ép lên một trục dẫn động, và 
một cảm biến( là 1 cuộn dây). Điện trở của cuộn dây ở 
020 C là 205 – 255 . Các tín hiệu điện được tạo ra trong 
cảm biến (cuộn dây) phù hợp với sự quay của rôto. 
Hình 59 : Quan hệ giữa sự quay của rôto và dạng sóng sinh ra 
 - ECU sẽ đếm số lượng xung để phát hiện ra tốc độ động cơ. 
 - Rôto tạo nửa vòng quay đối với mỗi vòng quay của động cơ. 
 - ECU sẽ phát hiện góc tham khảo này từ phần răng sóng bị mất, mà răng này được bố trí trên chu vi của rôto. 
2.2.3. Cảm biến vị trí trục khuỷu. 
Hình 60 : Cảm biến vị trí trục khuỷu 
Cảm biến vị trí trục khuỷu được lắp lên thân máy. Nó phát hiện vị trí tham khảo của góc trục khuỷu dưới dạng tín 
hiệu TDC. 
Cảm biến vị trí trục khuỷu kiểu ống phân phối tạo ra các tín hiệu tốc độ động cơ (NE). Nó phát hiện góc trục 
khuỷu trên cơ sở các tín hiệu NE đó. 
 Hoạt động : Một xung được tạo ra khi phần nhô ra lắp trên trục khuỷu đi đến gần cảm biến do sự quay của 
trục khuỷu. Một xung được tạo ra đối với mỗi vòng quay của trục khuỷu và nó được phát hiện dưới dạng một tín hiệu 
vị trí tham khảo của góc trục khuỷu. 
2.2.4. Cảm biến vị trí trục cam. 
Hình 61: Cảm biến vị trí trục cam 
Cảm biến vị trí trục cam sử dụng trên một số động cơ thay cho vị trí tham khảo góc quay của trục khuỷu được 
phát hiện dưới dạng một tín hiệu G. Cảm biến vị trí trục cam sử dụng một phần từ Hall. 
Trigơ định giờ trên bánh răng phối khí sẽ phát hiện vị trí của trục cam bằng việc phát ra một tín hiệu đối với hai 
vòng quay của trục khuỷu. 
2.2.5. Cảm biến áp suất tuabin. 
 Cảm biến áp suất tăng áp tua-bin được nối với đường ống nạp qua một ống mềm dẫn không khí và một VSV, 
và phát hiện áp suất đường ống nạp (lượng không khí nạp vào). 
Hình 62 : Cảm biến áp suất tuabin 
2.2.6. Cảm biến nhiệt độ. 
 Hình 63 : Cảm biến nhiệt độ 
 Có 3 kiểu cảm biến nhiệt độ được sử dụng để điều khiển EFI- Diesel: 
 - Cảm biến nhiệt độ nước được lắp trên thân máy để phát hiện nhiệt độ của nước làm mát động cơ. 
- Cảm biến nhiệt độ khí nạp được lắp lên ống nạp của động cơ để phát hiện nhiệt độ của không khí nạp vào. 
- Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu được lắp lên bơm và phát hiện nhiệt độ của nhiên liệu. 
Hình 64 : Cấu tạo và đặc tính của cảm biến nhiệt độ 
Mỗi kiểu cảm biến nhiệt độ đều có một nhiệt điện trở lắp bên trong, giá trị điện trở của nó thay đổi theo nhiệt độ 
và đặc tính của nó được mô tả trong biểu đồ. 
2.2.7. Cảm biến áp suất nhiên liệu. 
Cảm biến áp suất nhiên liệu sử dụng trong điezen kiểu ống phân phối phát hiện áp suất của nhiên liệu trong ống 
phân phối. 
Trên cơ sở các tín hiệu từ cảm biến áp suất nhiên liệu, ECU sẽ điều khiển SCV (van điều khiển hút) để tạo ra áp 
suất quy định phù hợp với các điều kiện lái xe. 
Hình 65 : Cảm biến áp suất nhiên liệu 
2.2.8. Cảm biến lưu lượng khí nạp. 
Hình 66 : Cảm biến lưu lượng khí nạp 
Một cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy được sử dụng trong diezen EFI kiểu ống phân phối để phát hiện 
lượng không khí nạp vào. 
3. BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM ECU( Electric Control Unit ) 
3.1. Khái quát về ECU 
Hình 67 : Khái quát ECU 
Về mặt điều khiển điện tử, vai trò của ECU là xác định lượng phun nhiên liệu, định thời điểm phun nhiên liệu và 
lượng không khí nạp vào phù hợp với các điều kiện lái xe, dựa trên các tín hiện nhận được từ các cảm biến và công tắc 
khác nhau. Ngoài ra, ECU chuyển các tín hiệu để vận hành các bộ chấp hành. Đối với hệ thống EFI-diesel thông 
thường và hệ thống EFI-diesel ống phân phối. 
3.1.1. Đối với hệ thống EFI – Diesel thông thường 
Hình 68 : Khi động cơ chưa làm việc 
Hình 69 : ECU tiếp nhận các tín hiệu gửi từ các cảm biến và xử lý để điều 
khển lượng phun 
Hình 70 : ECU tiếp nhận các tín hiệu gửi từ các cảm biến và xử lý để điều khiển 
thời điểm phun 
3.1.2. Đối với hệ thống EFI – Diesel ống phân phối 
 Hình 71: Khi động cơ chưa làm việc 
Hình 72: ECU tiếp nhận các tín hiệu gửi từ các cảm biến và xử lý để điều khển 
lượng phun 
Hình 73 : ECU tiếp nhận các tín hiệu gửi từ các cảm biến và xử lý để điều khiển 
thời điểm phun 
3.2. Xác định lượng phun. 
 ECU thực hiện ba chức năng để xác định lượng phun : 
 - Tính toán lượng phun cơ bản. 
 - Tính toán lượng phun tối đa. 
 - Điều chỉnh lượng phun. 
 - So sánh lượng phun cơ bản và lượng phun tối đa. 
3.2.1. Tính toán lượng phun cơ bản. 
Việc tính toán lượng phun cơ bản được thực hiện trên cơ sở các tín hiệu tốc độ động cơ và lực bàn đạp tác động 
lên bàn đạp ga 
Hình 74 : ECU tính toán lượng phun cơ bản 
3.2.2. Tính toán lượng phun tối đa. 
Hình 75 : ECU tính toán lượng phun tối đa 
Việc tính toán lượng phun tối đa được thực hiện trên cơ sở các tín hiệu từ cảm biến tốc độ động cơ ( Cảm biến 
NE ), cảm biến nhiệt độ nước, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến nhiệt độ nhiên liệu và áp suất tua-bin. Đối với EFI-
diesel kiểu ống phân phối, các tín hiệu từ cảm biến áp suất nhiên liệu cũng được sử dụng. 
ECU so sánh lượng phun cơ bản đã tính toán và lượng phun tối đa và xác định lượng nhỏ hơn làm lượng phun. 
3.2.3 Điều chỉnh lượng phun. 
Hình 76: ECU điều chỉnh áp suất và nhiệt độ khí nạp 
Điều chỉnh áp suất không khí nạp vào: Lượng phun được điều chỉnh phù hợp với áp suất không khí nạp vào 
(lưu lượng). 
Điều chỉnh nhiệt độ không khí nạp vào Tỉ trọng của không khí nạp vào (lượng không khí) thay đổi phù hợp với 
nhiệt độ không khí nạp vào. 
(Nhiệt độ không khí nạp vào thấp → điều chỉnh tăng lượng phun) 
Điều chỉnh nhiệt độ nhiên liệu: Nhiệt độ nhiên liệu cao → điều chỉnh tăng lượng phun 
Điều chỉnh động cơ lạnh: Nhiệt độ nước làm mát thấp → điều chỉnh tăng lượng phun 
Điều chỉnh áp suất nhiên liệu: Trong diezen kiểu ống phân phối những thay đổi áp suất nhiên liệu trong ống 
phân phối được phát hiện trên cơ sở các tín hiệu từ cảm biến áp suất nhiên liệu. Nếu áp suất nhiên liệu thấp hơn áp suất 
dự định thì thời gian mở vòi phun sẽ được kéo dài. 
Hình 77: ECU hiệu chỉnh nhiệt độ nhiên liệu 
3.2.4. So sánh lượng phun cơ bản và lượng phun tối đa. 
Hình 78 : ECU so sánh lượng phun cơ bản và lượng phun tối đa 
So sánh lượng phun cơ bản và lượng phun tối đa : Sự khác biệt trong lượng phun thực tế của diezen EFI thông 
thường được tạo ra do sự không ăn khớp cơ khí xảy ra đối với các bơm, sẽ được điều chỉnh. 
Xác định thời điểm phun. 
 ECU thực hiện các chức năng sau để xác định thời điểm phun: 
Đối với EFI – Diesel thông thường: 
- Xác định thời điểm phun mong muốn 
- Xác định thời điểm phun thực tế 
- So sánh thời điểm phun mong muốn và thời điểm phun thực tế 
Đối với EFI – Diesel ống phân phối: 
- So sánh thời điểm phun mong muốn và thời điểm phun thực tế 
 3.2.5. Xác định thời điểm phun mong muốn ( EFI – Diesel thông thường ) 
Thời điểm phun mong muốn được xác định bằng cách tính thời điểm phun cơ bản thông qua tốc độ động cơ và 
góc mở bàn đạp ga và bằng cách thêm giá trị điều chỉnh trên cơ sở nhiệt độ nước, áp suất không khí nạp và nhiệt độ 
không khí nạp vào. 
 Hình 79 : ECU xác định thời điểm phun mong muốn 
Thời điểm phun mong muốn được xác định bằng cách tính thời điểm phun cơ bản thông qua tốc độ động cơ và 
góc mở bàn đạp ga và bằng cách thêm giá trị điều chỉnh trên cơ sở nhiệt độ nước, áp suất không khí nạp và nhiệt độ 
không khí nạp vào. 
3.2.6. Xác định thời điểm phun thực tế ( EFI – Diesel thông thường ) 
Việc phát hiện thời điểm phun thực tế được thực hiện thông qua tính toán trên cơ sở các tín hiêụ tốc độ động cơ 
và vị trí trục khuỷu. Đối với việc điều khiển lượng phun, những sự không khớp suất hiện trong điều khiển thời điểm 
phun giữa các bơm sẽ được điều chỉnh thông qua sử dụng một điện trở hiệu chỉnh hoặc một ROM hiệu chỉnh. 
 Hình 80: ECU phát hiện thời điểm phun 
Đĩa cam và rôto (tạo ra tín hiệu NE 
của cảm biến tốc độ động cơ) quay cùng 
với nhau. Do đó, ECU có thể phát hiện 
được thời điểm khi pittông chuyển động và 
sự phun thực tế xảy ra do vị trí của tín hiệu 
NE. 
Về sự không khớp pha xảy ra giữa 
thời điểm phun thực tế và tín hiệu NE do 
những sai sót riêng của các bơm người ta 
sử dụng một điện trở điều chỉnh để hiệu 
chỉnh và nhận biết nó như một vị trí chuẩn. 
 So sánh tín hiệu NE và tín hiệu TDC của biến cảm góc 
quay của trục khuỷu và tính toán thời điểm phun liên quan đến góc 
của trục khuỷu động cơ cũng như thời điểm phun thực tế. 
3.2.7. So sánh thời điểm phun mong muốn và thời điểm phun thực tế ( EFI – 
Diesel thông thường ) 
Hình 81: ECU so sánh thời điểm phun 
ECU so sánh thời điểm phun mong muốn và thời điểm phun thực tế và chuyển các tín hiệu thời điểm phun sớm 
và thời điểm phun muộn tới van điều khiển thời điểm phun sao cho thời điểm phun thực tế và thời điểm phun mong 
muốn khớp với nhau. 
3.2.8. So sánh thời điểm phun mong muốn và thời điểm phun thực tế ( EFI – 
Diesel ống phân phối ) 
Hình 82 : ECU so sánh thời điểm phun 
Như đối với EFI- diezen thông thường, thời điểm phun phun cơ bản của EFI-diesel kiểu ống phân phối được xác 
định thông qua tốc độ động cơ và góc mở bàn đạp ga và bằng cách thêm một giá trị điều chỉnh dựa trên cơ sở nhiệt độ 
nước và áp suất không khí nạp (lưu lượng). ECU sẽ gửi các tín hiệu phun tới EDU và làm sớm hoặc làm muộn thời 
điểm phun để điều chỉnh thời điểm bắt đầu phun. 
3.3. Điều khiển lượng phun khi khởi động. 
Lượng phun khi khởi động được xác định bằng việc điều chỉnh lượng phun cơ bản phù hợp với các tín hiệu ON 
của máy khởi động (thời gian ON) và các tín hiệu của cảm biến nhiệt độ nước làm mát 
Khi động cơ nguội, nhiệt độ nước làm mát sẽ thấp hơn và lượng phun sẽ lớn hơn. 
Để xác định rằng thời điểm bắt đầu phun đã được điều chỉnh phù hợp với tín hiệu của máy khởi động, nhiệt độ 
nước và tốc độ động cơ. 
Khi nhiệt độ nước thấp, nếu tốc độ động cơ cao thì điều chỉnh thời điểm phun sẽ sớm lên. 
Hình 83: Điều chỉnh lượng phun 
3.4. Điều khiển gián đoạn phun. 
3.4.1. Phun ngắt quãng 
 Hình 84 : ECU điều khiển phun ngắt quãng 
Một bơm pittông hướng kích thực hiện việc phun ngắt quãng (phun hai lần) khi khởi động, động cơ ở nhiệt độ 
quá thấp (dưới -100) để cải thiện khả năng khởi động và giảm sự sinh ra khói đen và khói trắng 
3.4.2. Phun trước ( phun mồi ) 
Hình 85 : ECU điều khiển phun trước 
EFI-diesel kiểu ống phân phối có sử dụng phun trước. Trong hệ thống phun trước một lượng nhỏ nhiên liệu được 
phun đầu tiên trước khi việc phun chính được thực hiện. Khi việc phun chính bắt đầu thì lượng nhiên liệu được bắt lửa 
làm cho nhiên liệu của quá trình phun chính được đốt đều và êm. 
3.5. Điều khiển tốc độ không tải 
Hình 86 : ECU điều khiển tốc độ không tải 
Dựa trên các tín hiệu từ các cảm biến, ECU tính tốc độ mong muốn phù hợp với tình trạng lái xe. Sau đó, ECU so 
sánh gía trị mong muốn với tín hiệu (tốc độ động cơ) từ cảm biến tốc độ động cơ và điều khiển bộ chấp hành (SPV/ vòi 
phun) để điều khiển lượng phun nhằm điều chỉnh tốc độ không tải. 
ECU thực hiện điều khiển chạy không tải (để cải thiện hoạt động làm ấm động cơ) trong quá trình chạy không tải 
nhanh khi động cơ lạnh, hoặc trong quá trình hoạt động của điều hoà nhiệt độ/ bộ gia nhiệt. Ngoài ra, để ngăn ngừa sự 
giao động tốc độ không tải sinh ra do sự giảm tải động cơ khi công tắc A/C được tắt, và lượng phun được tự động điều 
chỉnh trước khi tốc độ động cơ dao động 
4. EDU 
EDU là một thiết bị phát điện cao áp. Được lắp giữa ECU và một bộ chấp hành, EDU khuếch đại điện áp của ắc 
quy và trên cơ sở các tín hiệu từ ECU sẽ kích hoạt SPV kiểu tác động trực tiếp trong EFI-diesel thông thường, hoặc 
phun trong hệ thống kiểu EFI-diesel có ống phân phối. 
Hình 87 : Tổng quan về EDU 
 Hoạt động của EDU : 
 - ECU → (Tín hiệu) → mạch điều khiển EDU 
 - Mạch điều khiển EDU → (tín hiệu) → mạch tạo cao áp (khuếch đại) 
 - Mạch tạo cao áp (khuếch đại) → (Điện áp cao) → SPV → EDU → Tiếp mát 
 - SPV → (tín hiệu kiểm tra) → ECU 
Hình 88 : Hoạt động ECU 
A. Mạch tạo ra điện áp cao 
 B. Mạch điều khiển