Giáo trình dành cho đại học - cao đẳng
Khái niệm cơ điện tử
Khái niệm chung
Hình 1.1 Khái niệm Cơ điện tử
Khái niệm Cơ điện tử được khởi nguồn từ định nghĩa của công ty điện tử Yasakawa Trong các tài liệu xin bảo hộ thương hiệu, Yasakawa đã định nghĩa Cơ điện tử một cách rõ ràng và cụ thể.
Thuật ngữ mechatronics (Cơ điện tử) kết hợp hai yếu tố chính: “mecha” từ mechanism (cơ cấu) và “tronics” từ electronics (điện tử) Điều này cho thấy rằng các công nghệ và sản phẩm đang ngày càng tích hợp chặt chẽ các thành phần điện tử vào trong các cơ cấu, khiến cho việc xác định ranh giới giữa chúng trở nên khó khăn.
Cơ điện tử là lĩnh vực đang phát triển mạnh mẽ, bắt đầu từ định nghĩa đầu tiên của Yasakawa Một định nghĩa khác, được Harashima, Tomizuka và Fukada đưa ra vào năm 1996, cũng đã góp phần làm rõ khái niệm này.
Sự kết hợp chặt chẽ giữa kỹ thuật cơ khí, điện tử và điều khiển máy tính thông minh trong thiết kế và chế tạo sản phẩm cũng như quy trình công nghiệp đã được nhấn mạnh Cùng năm đó, Auslander và Kempf đã đề xuất một định nghĩa khác liên quan đến lĩnh vực này.
“Cơ điện tử là sự ứng dụng các quyết định liên hợp tạo nên hoạt động của các hệ vật lý.”
Năm 1997, Shetty và Kolk lại quan niệm:
“Cơ điện tử là một phương pháp luận được dùng để thiết kế tối ưu các sản phẩm cơ điện.”
Và gần đây, Bolton đề xuất định nghĩa:
Hệ Cơ điện tử là sự tích hợp hoàn hảo giữa các hệ cơ khí, điện và hệ điều khiển, tạo nên một hệ thống đồng bộ và hiệu quả.
Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống chống va chạm của ô tô
Mặc dù các định nghĩa và phát biểu về Cơ điện tử đều có giá trị, nhưng chúng vẫn chưa đủ để định nghĩa toàn diện thuật ngữ này Đã có nhiều nỗ lực nhằm phân loại sản phẩm Cơ điện tử và phát triển chương trình giảng dạy chuẩn, nhưng vẫn chưa đạt được một quan điểm thống nhất về định nghĩa chính xác của Cơ điện tử.
Cơ điện tử là một lĩnh vực đang phát triển và còn mới mẻ, điều này thể hiện qua sự thiếu nhất trí về định nghĩa của nó Mặc dù chưa có một định nghĩa thống nhất, các kỹ sư trong ngành vẫn có thể hiểu và làm việc với khái niệm này Sự đa dạng trong cách tiếp cận cho thấy tiềm năng và sự phong phú của Cơ điện tử.
5 chất triết học của Cơ điện tử từ những định nghĩa trên và từ bản thân kinh nghiệm sống của họ.
Vai trò của cơ điện tử
Hệ thống cơ điện tử trong ô tô sử dụng ECU (bộ vi xử lý) để điều khiển chính xác động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống phanh và các hệ thống khác Đây là một hệ thống điều khiển tổng hợp, kết nối các ECU khác nhau để đảm bảo tính năng cơ bản của xe Sự phát triển của các hệ thống cơ điện tử trên ô tô nhằm giải quyết các vấn đề liên quan đến hiệu suất và an toàn.
- Tối ưu hóa quá trình làm việc của động cơ nhằm giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm phát thải khí độc hại và tăng công suất của động cơ
- Tăng tính an toàn chuyển động của ô tô (bao gồm an toàn chủ động và an toàn thụ đông)
- Tăng tính tiện nghi sử dụng nhằm giảm mệt mỏi cho người ngồi trên xe…
Lịch sử phát triển của cơ điện tử
Sự phát triển của cơ điện tử trên ô tô bắt đầu từ những hệ thống cơ bản với mạng điện xe hơi vào khoảng năm 1950 chỉ gồm khoảng 40 đường dây, chủ yếu phục vụ cho pin, bộ khởi động, đánh lửa và hệ thống ánh sáng Đến thập niên 1960, rađiô là thiết bị điện tử đáng kể duy nhất, trong khi các chức năng khác vẫn chủ yếu mang tính cơ khí Dây đai an toàn ra đời nhằm tăng độ an toàn cho người sử dụng, hoạt động hoàn toàn cơ khí, và tất cả hệ thống động cơ đều do người lái hoặc các điều khiển cơ khí khác điều khiển Trước khi có cảm biến và vi điều khiển, bộ phân phối cơ khí được dùng để lựa chọn bugi đánh lửa, nhưng quá trình đốt cháy nhiên liệu vẫn chưa tối ưu về tiết kiệm nhiên liệu, mặc dù có một thời điểm tối ưu để đốt nhằm tăng hiệu quả nhiên liệu.
Vào năm 1966, hãng BOSCH đã phát triển thành công hệ thống phun xăng cơ khí K-Jetronic, trong đó nhiên liệu được phun liên tục vào trước supap hút Hệ thống này, với tên gọi K-Kontant (liên tục) và Jetronic (phun), đã được áp dụng trên các xe của hãng Mercedes và nhiều xe khác, tạo nền tảng cho các hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE-Jetronic, Mono-Jetronic, L-Jetronic và Motronic Thời điểm phun nhiên liệu phụ thuộc vào tải, tốc độ và các đại lượng đo khác.
Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ
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)
Hệ thống phun nhiên liệu 7 hoặc KE – Motronic, kèm theo điều khiển góc đánh lửa sớm, đã được phát triển bởi BOSCH vào đầu những năm 80 nhằm khắc phục nhược điểm của hệ thống phun cơ khí Hệ thống này sử dụng kim phun điều khiển bằng điện, với hai loại chính là L-Jetronic.
Hệ thống phun xăng L-Jetronic và D-Jetronic, lần lượt xác định lượng nhiên liệu dựa vào cảm biến đo lưu lượng khí nạp và áp suất trên đường ống nạp, đã được người Nhật mua bản quyền từ BOSCH vào năm 1984 Toyota đã áp dụng hệ thống này cho động cơ 4A-ELU của mình, trong khi đó, vào năm 1987, Nissan đã sử dụng L-Jetronic để thay thế bộ chế hòa khí trên xe Nissan Sunny.
Hệ thống đánh lửa điện tử, ra đời vào cuối thập niên 1970, là một trong những ứng dụng đầu tiên của công nghệ điều khiển điện tử trong ngành công nghiệp ô tô Nó bao gồm các bộ cảm biến như cảm biến vị trí trục khuỷu và trục cam, cùng với bộ vi điều khiển để xác định thời điểm đánh lửa của buji Ban đầu, hệ thống chỉ sử dụng một cảm biến Hall để xác định vị trí rôto, nhưng sau đó đã tiến bộ với việc loại bỏ bộ chia điện và áp dụng vi xử lý Đến những năm 80, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình (ESA) được giới thiệu, và vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) ra đời, không cần delco, trở thành tiêu chuẩn trên hầu hết các xe mới Ngày nay, ô tô đều được trang bị hệ thống điều khiển động cơ tiên tiến, giúp cải thiện hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải Cùng với đó, vào cuối thập niên 1970, hệ thống phanh chống bó (ABS) cũng được áp dụng, hoạt động bằng cách phát hiện và điều chỉnh áp suất thủy lực để ngăn chặn tình trạng trượt của bánh xe.
Hệ thống kiểm soát lực kéo (TCS) đã được ứng dụng trong ô tô từ cuối thập niên 1990 TCS hoạt động bằng cách phát hiện sự trượt khi tăng tốc và điều chỉnh công suất truyền cho bánh xe đang trượt Nhờ đó, hệ thống đảm bảo xe có thể tăng tốc tối đa trong các điều kiện đường và xe nhất định.
Hình 1.4 Sơ đồ các hệ thống điều khiển gầm cơ bản
Hệ thống điều khiển động lực ô tô (VDC) ra đời vào cuối những năm 1990, hoạt động tương tự như hệ thống kiểm soát lực kéo (TCS) nhưng bổ sung thêm cảm biến tốc độ lệch và cảm biến gia tốc ngang VDC xác định mục đích của bánh xe phát động dựa trên vị trí bánh lái và so sánh với hướng chuyển động thực tế Hệ thống TCS sẽ được kích hoạt để điều chỉnh công suất truyền cho bánh xe, kiểm soát vận tốc ô tô và giảm thiểu sự khác biệt giữa hướng bánh lái và hướng di chuyển Trong một số tình huống, hệ thống phanh chống bó cứng (ABS) cũng được sử dụng để giảm tốc độ ô tô nhằm thực hiện điều khiển hiệu quả hơn.
Trong ô tô hiện đại, các bộ vi điều khiển 8, 16 và 32-bit được sử dụng để điều khiển các hệ thống khác nhau Bộ vi điều khiển này bao gồm bộ nhớ (EEPROM/EPROM), đầu ra số và tương tự, bộ chuyển đổi A/D, và các chức năng như đo độ rộng xung Bộ xử lý 32-bit thường được dùng cho quản lý động cơ, điều khiển truyền động và túi khí; bộ xử lý 16-bit phục vụ cho ABS, TCS, VDC, cụm thiết bị và hệ thống điều hòa không khí; trong khi bộ xử lý 8-bit điều khiển ghế, gương và hệ thống nâng hạ cửa Hiện nay, mỗi chiếc ô tô có khoảng 30-60 bộ vi điều khiển, con số này dự kiến sẽ tăng lên nhờ mô-đun hóa các hệ cơ điện tử trong tương lai.
Cơ điện tử đã trở thành yếu tố quan trọng để phân biệt các loại ô tô, thay thế cho thiết kế động cơ truyền thống Kể từ khi khái niệm động cơ đốt trong ra đời gần một thế kỷ trước, sự khác biệt trong thiết kế không còn là yếu tố chủ yếu Vào những năm 1970, các nhà sản xuất Nhật Bản đã chiếm lĩnh thị trường xe hơi Mỹ với những mẫu xe nhỏ tiết kiệm nhiên liệu nhưng vẫn đảm bảo chất lượng Trong thập niên 1980, chất lượng xe trở thành yếu tố chính để phân biệt các sản phẩm trên thị trường.
Trong những năm 1990, hệ thống điện trong xe hạng sang đã phát triển lên tới khoảng 3 km, cho thấy sự phức tạp ngày càng tăng của các phương tiện Sự gia tăng tỷ lệ thiết bị điện tử trong ô tô chủ yếu nhờ vào tiến bộ trong công nghệ vi điện tử và cảm biến Người tiêu dùng ngày càng mong đợi chất lượng và độ tin cậy cao từ các nhà sản xuất ô tô Ban đầu, nhiều hệ thống mới được tích hợp thông qua các thiết bị điều khiển điện tử riêng biệt, hoạt động độc lập Tuy nhiên, để cải thiện khả năng trao đổi dữ liệu, các kết nối giữa các đơn vị điều khiển điện tử trở nên cần thiết, với tín hiệu PWM là một ví dụ Hiện nay, tùy thuộc vào loại xe, số lượng đơn vị điều khiển điện tử có thể dao động từ 20 đến 80 trên mỗi xe con.
Số lượng vi điều khiển trong xe hơi đã gia tăng đáng kể trong những năm gần đây, nhờ vào khả năng điều khiển các thiết bị quan trọng như động cơ, hệ thống phanh chống bó cứng và túi khí.
Tỷ lệ điện và điện tử trong xe cơ giới đang gia tăng do các yêu cầu nghiêm ngặt về khí thải, dẫn đến sự gia tăng số lượng thành phần trong hệ thống truyền động, như cảm biến khí thải Để đáp ứng các tiêu chuẩn tiết kiệm nhiên liệu, các thiết bị van mới cần thêm các thành phần điện tử Sự phát triển của các hệ thống điện tử trong các lĩnh vực an toàn, thoải mái, thuận tiện và thông tin giải trí cũng là nguyên nhân chính thúc đẩy sự gia tăng này.
CÁC THÀNH PHẦN CỦA CƠ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ
Cảm biến
Hình 2.1 Một số cảm biến thuộc các hệ thống cơ điện tử ô tô
Hình 2.2 Một số cảm biến thuộc động cơ ô tô
Cảm biến là thiết bị có khả năng nhận diện và chuyển đổi các đại lượng vật lý như cơ học, nhiệt học, quang học, hóa học và các đại lượng không điện khác thành các tín hiệu điện để đo lường và xử lý.
Hình 2.3 Định nghĩa cảm biến
Các đại lượng cần đo, hay còn gọi là đầu vào φ, cùng với yếu tố gây nhiễu Yi, tác động lên cảm biến để tạo ra một đại lượng đầu ra E, đại diện cho phản ứng của cảm biến Đại lượng E, có thể là điện áp, dòng điện, tần số hoặc xung, chứa thông tin giúp xác định giá trị của đại lượng đo Đặc trưng E là hàm của đại lượng cần đo φ.
Các cảm biến nói chung được phân loại theo các tiêu chí khác nhau:
+ Theo nguyên lý biến đổi đầu vào-đầu ra có các kiểu: nhiệt-điện, quang-điện, từ-điện, hóa-điện;
Các kiểu thiết bị được phân loại dựa trên các tính năng và đặc tính như độ nhạy, độ chính xác, độ phân giải, độ chọn lọc, độ tuyến tính, công suất tiêu thụ, dải tần, độ trễ, khả năng quá tải, tốc độ đáp ứng, độ ổn định, tuổi thọ, điều kiện môi trường sử dụng, kích thước và trọng lượng.
+ Theo dạng kích thích có các kiểu:
- Âm thanh: biên pha, phân cực; phổ; tốc độ truyền sóng…
- Điện: điện tích, dòng điện; điện thế, điện áp; điện trường (biên, pha, phân cực, phổ); điện dẫn, hằng số điện môi
- Từ: từ trường (biên, pha, phân cực, phổ); từ thông, cường độ từ trường; độ từ thẩm…
- Quang: biên, pha, phân cực, phổ; tốc độ truyền; hệ số phát xạ, khúc xạ; hệ số hấp thụ, hệ số bức xạ…
- Cơ học: vị trí; lực, áp suất; gia tốc, vận tốc, tốc độ quay; ứng suất, độ cứng; mômen; khối lượng, tỷ trọng; vận tốc lưu chất, độ nhớt …
- Nhiệt: nhiệt độ; thông nhiệt; nhiệt dung, tỷ nhiệt …
- Bức xạ: kiểu bức xạ; năng lượng bức xạ; cường độ bức xạ …
Hình 2.4 Cảm biến dạng Active và Passive
Hình 2.5 Một số dạng cảm biến
Tuy nhiên, để đơn giản hơn, các cảm biến trên ôtô có thể được phân chia thành ba kiểu:
+ Kiểu chỉ thị/hành động;
+ Kiểu tín hiệu liên tục;
+ Kiểu tín hiệu dạng xung
* Kiểu chỉ thị/hành động:
- Các cảm biến trong kiểu này lại có thể phân chia theo 3 nhóm:
+ Nhóm cảm biến có chức năng phát hiện trạng thái đóng/mở
+ Nhóm cảm biến về an toàn hay chống trộm
+ Nhóm cảm biến theo dõi nhiên liệu, độ mòn hay thông tin về người lái/hành khách
* Kiểu tín hiệu liên tục:
Kiểu này có thể phân chia thành các nhóm sau:
Tín hiệu liên tục có thể chia thành hai loại chính: tín hiệu tuyến tính, phù hợp cho dải đo rộng, và tín hiệu không tuyến tính, thường được sử dụng cho phạm vi đo hẹp như tỷ lệ hòa khí hay độ võng lò xo.
+ Tín hiệu không liên tục, dạng 2 bậc, nhiều bậc: Dùng để theo dõi giá trị giới hạn
Hình 2.6 Một số dạng tín hiệu
* Kiểu tín hiệu dạng xung:
+ Tín hiệu tương tự: Dòng điện, điện áp, tần số, tỷ lệ thường trực xung
+ Tín hiệu rời rạc: tín hiệu số (mã nhị phân)…
Hình 2.7 Dạng tín hiêu tương tự và xung 2.1.3 Cảm biến trên ô tô
A Cảm biến tốc độ bánh xe
Cảm biến tốc độ bánh xe chuyển đổi chuyển động quay của bánh xe thành tín hiệu điện áp xoay chiều, với tần số tỷ lệ thuận với tốc độ quay của bánh.
Hình 2.8 Vị trí lắp cảm biến
Vị trí và số lượng cảm biến tốc độ hay rotor cảm biến thay đổi tùy theo kiểu xe Cảm biến tốc độ bánh trước thường được lắp vào cam quay, trong khi cảm biến tốc độ bánh sau được gắn vào mâm cầu sau Rotor cảm biến được lắp trên trục trước chủ động và trục bánh xe sau, cùng quay với bánh xe.
Cảm biến tốc độ bánh xe được chia thành hai loại chính: cảm biến điện từ và cảm biến HALL, trong đó cảm biến điện từ được sử dụng phổ biến hơn Cảm biến này bao gồm một nam châm vĩnh cửu để từ hóa cuộn dây, cuộn dây này tạo ra dòng điện xoay chiều và một lõi từ Rotor của cảm biến là một đĩa có răng đều, với A là khe hở giữa hai đầu lõi từ và vành răng.
Hình 2.9 Cấu tạo cảm biến tốc độ loại điện từ
Khi bánh xe quay, các cảm biến phát ra tín hiệu điện từ, được coi là "Con mắt" của bộ điều khiển điện tử (ECU), giúp ECU nhận biết tốc độ và tình trạng khóa của bánh xe Mỗi cảm biến sử dụng cơ cấu rotor bánh răng, hay còn gọi là "Vòng cảm biến", "Vòng kích thích" hoặc "Vòng từ trở", được gắn trên may ơ hoặc trục bánh xe và quay cùng với bánh xe.
Khi bánh răng của vòng cảm biến đi qua cuộn dây cảm biến, tín hiệu điện xoay chiều được tạo ra, với tần số và biên độ tín hiệu tăng theo tốc độ bánh xe Nếu bánh xe đứng yên, tần số tín hiệu sẽ bằng 0 Hệ thống đánh giá logic trong bộ điều khiển điện tử thiết lập một tốc độ chuẩn để điều khiển phanh Sự thay đổi tốc độ của một hoặc nhiều bánh xe sẽ được ghi nhận, và nếu giảm tốc độ quá mức so với tốc độ chuẩn, sẽ được nhận diện như nguy cơ bó cứng Tín hiệu điện từ được truyền về ECU qua một cặp dây dẫn, với xung điện áp có thể dưới 100 mV ở tốc độ thấp hoặc trên 100 mV ở tốc độ cao, tùy thuộc vào cấu tạo của cảm biến và khe hở giữa chúng.
Nam chân vĩnh cửu Cuộn dây
Lâi Nam ch©n vĩnh cửu
Hình 2.10 Nguyên lý hoạt động của cảm biến 1: Nam châm vĩnh cửu 4: Hướng quay của vành răng
2: Cuộn dây 5: Khe hở giữa vành răng và đầu cảm biến; 3: Vòng răng cảm biến
Khe hở không khí A giữa lõi từ và đỉnh răng của vành răng cảm biến chỉ khoảng 1mm, và độ sai lệch phải nằm trong giới hạn cho phép Nếu khe hở không đạt giá trị tiêu chuẩn, hệ thống ABS sẽ không hoạt động hiệu quả.
Trên một số xe, ngoài cảm biến tốc độ bánh xe, còn có cảm biến giảm tốc giúp ECU xác định chính xác sự giảm tốc trong quá trình phanh, từ đó cải thiện mức độ đáp ứng của hệ thống ABS Cảm biến này thường được sử dụng trên xe 4WD, vì nếu một bánh xe bị hãm cứng, các bánh xe khác cũng có xu hướng bị ảnh hưởng do tất cả đều kết nối với cơ cấu truyền lực Cảm biến giảm tốc còn được gọi là cảm biến “G”.
Hình 2.11 Vị trí cấu tạo cảm biến giảm tốc
Cảm biến được cấu tạo từ hai cặp đèn LED và phototransistors, kết hợp với một đĩa xẻ rãnh và mạch biến đổi tín hiệu Đèn LED có đặc điểm phát sáng khi được cấp điện.
Điện và phototransistors dẫn điện khi có ánh sáng, và khi xe giảm tốc, đĩa xẻ rãnh lắc theo chiều dọc xe tương ứng với mức độ giảm tốc Các rãnh trên đĩa cho phép ánh sáng từ đèn LED chiếu vào phototransistors, làm chúng đóng mở và gửi tín hiệu về ECU ECU nhận tín hiệu này để xác định trạng thái mặt đường và thực hiện các điều chỉnh cần thiết, từ đó điều khiển chế độ làm chậm tăng mômen xoay của xe.
C Cảm biến gia tốc ngang
Hình 2.12 Cảm biến gia tốc ngang
Cảm biến gia tốc ngang được trang bị trên một số loại xe, giúp cải thiện khả năng xử lý khi phanh trong quá trình quay vòng, đồng thời làm chậm quá trình gia tăng mô men xoay Khi xe quay vòng, các bánh xe phía trong thường bị nhấc khỏi mặt đất do lực ly tâm, trong khi các bánh xe bên ngoài, đặc biệt là bánh xe phía trước bên ngoài, bị ép chặt xuống mặt đường Do đó, bánh xe phía trong dễ bị bó cứng hơn so với bánh xe bên ngoài Cảm biến tốc độ ngang có nhiệm vụ đo lường gia tốc ngang của xe trong khi quay và gửi tín hiệu về ECU để điều chỉnh hiệu suất.
Cảm biến phototransistors hoặc cảm biến bán dẫn được lắp đặt theo trục ngang của xe để đo gia tốc ngang và giảm tốc Cảm biến bán dẫn có khả năng đo cả gia tốc ngang và dọc, giúp cung cấp thông tin chính xác về sự giảm tốc của phương tiện.
D Cảm biến tốc độ và vị trí
Bộ xử lý trung tâm, ECU
2.2.1 Vai trò của ECU điều khiển
ECU, hay còn gọi là hộp đen, được xem như "bộ não" của động cơ, chịu trách nhiệm điều khiển mọi hoạt động của xe Nó tiếp nhận dữ liệu từ các cảm biến trên động cơ và ô tô, sau đó xử lý tín hiệu để đưa ra các "mệnh lệnh" cho các cơ cấu chấp hành, bao gồm điều khiển nhiên liệu, góc đánh lửa, góc phối cam, ga tự động và lực phanh ở từng bánh.
Cơ cấu chấp hành cần đảm bảo thực hiện lệnh từ ECU và phản hồi chính xác từ các cảm biến để đạt được độ chính xác và khả năng thích ứng cần thiết Đồng thời, việc giảm thiểu chất độc hại trong khí thải và cải thiện hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu là rất quan trọng, nhằm đảm bảo công suất tối ưu cho động cơ trong mọi chế độ hoạt động Hơn nữa, ECU có khả năng can thiệp và xử lý nhanh chóng các tình huống mất kiểm soát trong trường hợp khẩn cấp, đồng thời hỗ trợ chẩn đoán sự cố của động cơ một cách hiệu quả.
ECU, hay bộ điều khiển điện tử, trên các mẫu ô tô hiện đại hiện nay là một hệ thống vi mạch và các thành phần phụ trợ, có chức năng nhận diện tín hiệu, lưu trữ thông tin, thực hiện tính toán, và phát đi các tín hiệu cần thiết Nó quyết định cách thức hoạt động của xe để đạt hiệu quả tối ưu trong nhiều tình huống khác nhau.
Hình 2.30 Các thành phần của ECU
ECU cấu thành từ 3 bộ phận chính: bộ nhớ trong ECU, bộ vi xử lý (bộ não của ECU) và đường truyền – BUS
34 a) Bộ nhớ trong ECU bao gồm 4 thành viên đãm nhiệm chức năng riêng biệt:
ROM (Bộ nhớ chỉ đọc) là loại bộ nhớ dùng để lưu trữ thông tin một cách lâu dài Nó chỉ cho phép đọc dữ liệu đã được lập trình sẵn và không thể ghi thêm thông tin mới Do đó, ROM đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dữ liệu cho bộ vi xử lý.
RAM (Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên) là loại bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ thông tin mới do vi xử lý ghi nhận RAM cho phép đọc và ghi dữ liệu tại bất kỳ địa chỉ nào, giúp cải thiện hiệu suất xử lý thông tin.
PROM (Bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình) có cấu trúc tương tự như ROM nhưng cho phép lập trình và nạp dữ liệu tại nơi sử dụng, không giống như ROM chỉ được lập trình tại nhà sản xuất PROM cung cấp khả năng chỉnh sửa chương trình điều khiển để đáp ứng các yêu cầu khác nhau.
KAM (Keep Alive Memory) là bộ nhớ dùng để lưu trữ thông tin tạm thời cung cấp cho bộ vi xử lý KAM có khả năng duy trì thông tin ngay cả khi động cơ ngưng hoạt động hoặc khi công tắc máy bị tắt Tuy nhiên, bộ nhớ KAM sẽ bị mất nếu nguồn cung cấp từ acquy đến máy tính bị ngắt Bộ vi xử lý (Microprocessor) là thành phần quan trọng trong hệ thống này.
ECU (Bộ điều khiển điện tử) nhận thông tin từ các cảm biến trên động cơ và gửi tín hiệu đến bộ vi xử lý để tính toán và đưa ra lệnh cho các bộ phận chấp hành Bộ vi xử lý là phần quan trọng nhất của ECU, đảm nhiệm việc xử lý dữ liệu và ra quyết định Đường truyền – BUS, có vai trò chuyển các lệnh và số liệu trong ECU, giúp thông tin được truyền tải nhanh chóng từ bộ vi xử lý đến các cơ cấu chấp hành Trước đây, các máy tính điều khiển động cơ thường sử dụng loại 4, 8 hoặc 16 bit, với loại 4 bit là phổ biến nhất.
Máy tính 4 bit có khả năng chứa nhiều lệnh hơn nhờ vào việc thực hiện các lệnh logic hiệu quả Trong khi đó, máy tính 8 bit lại cho hiệu suất tốt hơn trong các phép đại số và đạt độ chính xác cao hơn.
16 lần so với loại 4 bit Vì vậy, hiện nay để điều khiển các hệ thống khác nhau
35 trên ôtô với tốc độ thực hiện nhanh và chính xác cao, người ta sử dụng máy tính
Hình 2.31 Sơ đồ đường truyền tín hiệu trong ECU
Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston đóng vai trò quan trọng trong việc giúp ECU xác định thời điểm đánh lửa và phun xăng tối ưu, từ đó cải thiện hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu Ngoài ra, cảm biến vị trí bướm ga giúp xác định lưu lượng không khí nạp, cho phép ECU tính toán lượng nhiên liệu phù hợp với từng chế độ tải Các cảm biến khác cung cấp dữ liệu về tốc độ động cơ, tải trọng và nhiệt độ, cho phép ECU xử lý và điều chỉnh góc đánh lửa sớm tối ưu cho từng chế độ hoạt động Nhờ những ưu điểm nổi bật, hệ thống đánh lửa điều khiển điện tử kết hợp với phun xăng đã hoàn toàn thay thế hệ thống đánh lửa bán dẫn truyền thống.
Hình 2.32 Sơ đồ mạch điều khiển đánh lửa-phun xăng
Trên thế giới hiện nay, nhiều nước châu Âu hướng đến tiêu chuẩn khí thải (EURO
ECU đóng vai trò quan trọng trong việc giảm khí thải ô nhiễm môi trường, đặc biệt trong các xe ô tô đạt tiêu chuẩn EURO 6 Một trong những phương pháp phổ biến để giảm thiểu khí thải là sử dụng bộ hoá khử ba chiều (TWC - Three way catalyst), hoạt động hiệu quả nhất khi đạt tỷ lệ hoà khí lý tưởng Cảm biến Oxy sẽ xác định tỷ lệ hoà khí tức thời trong khí nạp và gửi tín hiệu về ECU, từ đó điều chỉnh tỷ lệ hoà khí phù hợp với từng điều kiện hoạt động.
ECU đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển các hệ thống an toàn trên ô tô như hệ thống cân bằng ESP, hỗ trợ phanh khẩn cấp BA và hệ thống phân bổ lực phanh EBD Thông qua các cảm biến, ECU liên tục ghi nhận và truyền tín hiệu, sau đó so sánh dữ liệu với các chương trình đã được lập trình sẵn Khi gặp tình huống nguy hiểm, ECU giúp người lái phản ứng kịp thời trước các hiện tượng như đánh lái gấp, tăng lực phanh nhanh chóng và hiện tượng trượt.
Khi phanh, 37 cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến ECU, yêu cầu xe hoạt động theo các chương trình đã được lập trình Điều này bao gồm việc điều chỉnh góc xoay, kiểm soát tốc độ từng bánh xe và lực phanh của mỗi bánh, nhằm giảm thiểu tối đa sự mất kiểm soát của người lái.
ĐIỀU KHIỂN CÁC HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ
Hệ thống phun xăng điện tử
3.1.1 Khái niệm Ưu điểm chính của bất kỳ loại hệ thống phun nhiên liệu nào là kiểm soát chính xác lượng nhiên liệu phun vào động cơ theo từng chế độ làm việc Nguyên lý cơ bản của hệ thống phun xăng điện tử là nếu xăng được cung cấp cho một kim phun (van điều khiển bằng điện tử), tại các mức áp suất khác nhau, lượng nhiên liệu được phun tỷ lệ với thời gian mở kim phun Hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử cho phép hoạt động của hệ thống phun kết hợp chặt chẽ với các yêu cầu của động cơ Có nhiều cách phân loại về hệ thống phun xăng điện tử Phân loại theo số vòi phun thì có:
Phân loại theo vị trí vòi phun thì có: Trực tiếp và gián tiếp
Trong hệ thống phun xăng gián tiếp lại có thể phân loại thành: L-Type và D- Type
3.1.2 Hệ thống phun xăng điện tử gián tiếp
Hệ thống phun xăng điện tử gián tiếp gồm hai loại cơ bản là:
Loại cảm biến lưu lượng khí nạp lắp sau lọc gió (L-Type) bao gồm 6 loại cảm biến gió khác nhau Quy trình dẫn khí diễn ra từ gió vào lọc gió, sau đó đi qua cảm biến gió, tiếp tục qua ống mềm và cụm bướm ga, cuối cùng là vào khoang chia khí.
Cổ hút (intake manifold) của động cơ 42 chamber sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp để phát hiện lượng không khí vào đường ống Có hai phương pháp phát hiện: một là trực tiếp đo lượng không khí nạp, và hai là thực hiện các hiệu chỉnh dựa trên thể tích không khí.
Hình 3.1 Hệ thống phun xăng điện tử L-Type
- Loại điều khiển đường ống nạp (D-Type)
Hình 3.2 Hệ thống phun xăng điện tử D-Type
Loại D-TYPE được sử dụng để đo áp suất trong đường ống nạp, giúp phát hiện lượng không khí nạp dựa trên tỷ trọng của nó Hệ thống phun xăng gián tiếp có cấu trúc cơ bản bao gồm ba khối chức năng chính.
1 Khối cấp xăng a Công dụng
Khối cấp xăng có nhiệm vụ cung cấp lượng xăng phù hợp để kết hợp với không khí, tạo thành hỗn hợp cháy đưa vào xy lanh động cơ Quá trình này là phần quan trọng trong chu trình làm việc của động cơ, bao gồm các giai đoạn hút, nén, nổ và xả.
The fuel system comprises several essential components, including the fuel tank, fuel pump, fuel filler, fuel rail, fuel pressure regulator, and fuel injector Each part plays a crucial role in the fuel delivery process, ensuring efficient engine performance The fuel tank stores the gasoline, while the fuel pump transports it to the engine The fuel filler allows for easy refueling, and the fuel rail distributes the fuel to the injectors The fuel pressure regulator maintains optimal pressure, ensuring the injectors deliver the right amount of fuel for combustion Together, these elements work seamlessly in the fuel delivery cycle.
Chu trình cấp xăng thứ nhất bao gồm các thiết bị thiết yếu như thùng nhiên liệu, bơm, lọc nhiên liệu, ống dẫn, ống chia xăng và van điều chỉnh áp suất nhiên liệu bằng chân không.
Khi động cơ hoạt động, bơm sẽ hút xăng từ thùng nhiên liệu qua các bước lọc, ống dẫn, ống chia và cuối cùng là vòi phun Hệ thống nhiên liệu có đường hồi và áp suất được điều chỉnh bởi van điều chỉnh áp suất ở cuối ray, giúp duy trì áp suất ổn định tương ứng với áp suất chân không trong cổ hút Lượng nhiên liệu phun ra phụ thuộc vào áp suất phun, thời gian mở vòi phun và kích thước lỗ vòi phun.
Tại một áp suất chân không nhất định của cổ hút, áp suất nhiên liệu trong ray không thay đổi, cho phép ECM điều khiển thời gian đóng mở vòi phun để điều chỉnh lượng nhiên liệu phun Khi áp suất trong ray vượt quá giới hạn, van điều chỉnh áp suất sẽ mở, cho phép nhiên liệu hồi về thùng Lò xo hồi trong van tạo ra lực duy trì áp suất trong ray ở mức 3.35 bar Điều này có nghĩa là khi áp suất trong cổ hút bằng với áp suất không khí, áp suất nhiên liệu trong ray cũng đạt 3.35 bar Khi động cơ hoạt động, áp suất chân không trong cổ hút tác động lên màng hút của van, kéo lò xo hồi và làm giảm lực của lò xo, dẫn đến giảm áp suất nhiên liệu trong ray.
Chu trình thứ hai (Chu trình không có đường hồi):
Chu trình cấp xăng thứ hai bao gồm các bộ phận quan trọng như thùng nhiên liệu, lọc nhiên liệu, bơm nhiên liệu, van điều chỉnh áp suất, ống phân phối, vòi phun và ray chứa được làm từ chất dẻo.
Khi động cơ hoạt động, bơm hút nhiên liệu từ thùng chứa qua lưới lọc và ống dẫn đến vòi phun Van điều khiển áp suất được lắp tại bơm, duy trì áp suất nhiên liệu ở mức 3.8 bar trong toàn hệ thống, bất chấp sự thay đổi của áp suất chân không trong cổ hút Để điều chỉnh áp suất trong cổ hút, thời gian đóng mở vòi phun sẽ được điều chỉnh thêm Trên ray chứa, các thiết bị giảm chấn sóng áp suất được lắp đặt, với ray chứa gần đây nhất được làm bằng chất dẻo và tích hợp thiết bị giảm chấn áp suất.
45 d Bơm xăng: Có hai loại bơm xăng là:
Hình 3.5 Bơm xăng loại cánh múc
Loại bơm này thường được lắp đặt trong thùng xăng, mang lại ưu điểm vượt trội so với bơm con lăn nhờ vào việc giảm thiểu tiếng ồn và không tạo ra dao động trong mạch nhiên liệu, do đó rất được ưa chuộng Cấu tạo của bơm này bao gồm nhiều bộ phận chính.
-Mô tơ điện một chiều
Bộ phận chính của bơm xăng bao gồm 1 hoặc 2 cánh quạt, được quay nhờ mô tơ điện Khi mô tơ hoạt động, bánh công tác sẽ hút xăng từ cửa vào và đẩy ra qua cửa ra Sau khi đi qua cửa vào, xăng sẽ được dẫn quanh mô tơ điện trước khi đến van một chiều.
Van kiểm tra, hay còn gọi là van một chiều, có chức năng đóng lại khi bơm ngừng hoạt động, giúp duy trì áp suất ổn định trong đường ống Điều này rất quan trọng để đảm bảo quá trình khởi động lại diễn ra dễ dàng Nếu áp suất không được giữ, nhiên liệu có thể bốc hơi hoặc quay trở lại thùng xăng, dẫn đến khó khăn trong việc khởi động lại hệ thống.
Van an toàn hoạt động khi áp suất vượt quá giá trị quy định, giúp bảo vệ mạch nhiên liệu khỏi tình trạng áp suất cao Van này đặc biệt quan trọng trong trường hợp nghẹt đường ống chính, ngăn ngừa các sự cố có thể xảy ra do áp suất vượt mức cho phép.
-Lọc xăng: dùng để lọc cặn bẩn trong nhiên liệu được gắn trước bơm
+Loại bơm cánh con lăn
Loại này được đặt bên ngoài thùng xăng và luôn gắn gần thùng để hiệu suất của bơm được cao hơn
Hình 3.6 Bơm xăng loại con lăn
Cấu tạo bơm này gồm các thành phần sau:
Bộ phận công tác của bơm
Van giảm áp và van một chiều
Hệ thống phun nhiên liệu Diesel điện tử
Hình 3.17 Phân loại hệ thống phun nhiên liệu Diesel điện tử
Trong giáo trình này, chúng tôi trình bày chi tiết về hệ thống phun nhiên liệu Diesel điện tử với ống phân phối (CRS), một công nghệ được nhiều nhà sản xuất ô tô áp dụng cho xe sử dụng nhiên liệu Diesel nhờ vào những ưu điểm nổi bật của nó.
- Áp suất phun: Xấp xỉ 1834 Kg/cm 2 (180 Mpa) Điều này có thể ví như 16 con voi Châu Phi ở độ tuổi trưởng thành (5,2 tấn) đứng trên tấm danh thiếp (45 cm 2 )
- Khe hở piston: Khe hở của piston từ 0,5 đến 2 μm (nhỏ hơn rất nhiều so với mặt cắt sợi tóc của con người từ 70-100μm)
- Tốc độ và lưu lượng phun:
Tốc độ phun trong giai đoạn phun sơ khởi và phun chính rất nhanh, chỉ khoảng 1,1 msec cho mỗi lần phun, trong khi một cái chớp mắt của con người mất từ 300 đến 400 msec.
3.2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống Commonrail điện tử
Hình 3.18 Cấu tạo hệ thống nhiên liệu Diesel điện tử với ống phân phối
Hình 3.19 Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử Diesel ống phân phối
Nhiên liệu được bơm từ bơm tiếp dầu lên bơm cao áp, nơi nó được nén đến áp suất cần thiết Pittong trong bơm cao áp tạo ra áp suất phun, áp suất này thay đổi theo tốc độ động cơ và điều kiện tải, dao động từ 20 MPa ở chế độ không tải.
Áp suất nhiên liệu trong hệ thống Diesel điện tử thông thường dao động từ 10 đến 80 Mpa, trong khi ở chế độ tải cao và tốc độ vận hành cao có thể đạt tới 135 Mpa ECU điều khiển van SCV (van điều khiển nạp) để điều chỉnh áp suất nhiên liệu và lượng nhiên liệu vào bơm áp cao Ngoài ra, ECU liên tục theo dõi áp suất nhiên liệu trong ống phân phối thông qua cảm biến áp suất và thực hiện điều khiển phản hồi.
3.2.2 Cấu tạo các cụm chi tiết chính
- Bơm cao áp loại hai piston đối nhau (bơm HP3)
Bơm cao áp HP3 có cấu tạo chính bao gồm các bộ phận như cam không đồng trục, cam vòng, hai piston đối diện, van điều khiển hút (SCV), cảm biến nhiệt độ nhiên liệu và một bơm nạp Hai piston được bố trí đối diện nhau, nằm bên ngoài cam không đồng trục, tạo nên hiệu suất hoạt động tối ưu cho bơm.
Hình 3.20 Cấu tạo bơm HP3
Cam không đồng trục được lắp vào trục quay và cam vòng, với long-gơ và van hút gắn liền Khi trục dẫn động quay, bánh xe cam sẽ quay không đồng trục, khiến vòng cam di chuyển lên xuống, từ đó làm cho piston cũng chuyển động lên xuống.
Bộ ổn định áp suất ống nhiên liệu (FRP) và cảm biến nhiệt độ nhiên liệu là những thành phần quan trọng trong hệ thống bơm cao áp Khi cam quay, nó điều khiển các piston bơm, tạo ra chu trình hút và đẩy nhiên liệu Khi piston không được cam đội, lò xo sẽ ép piston xuống, hút nhiên liệu vào bơm Ngược lại, khi piston được cam đội lên, nhiên liệu sẽ được đẩy ra ống cao áp Nhiên liệu được cung cấp từ thùng chứa đến bơm cao áp thông qua bơm tiếp vận hoặc bơm chuyển Khi động cơ hoạt động, hai piston tạo ra áp suất cao cho đường ống nhiên liệu.
ECU điều khiển dòng nhiên liệu vào buồng 2 piston, quản lý lượng và áp suất nhiên liệu cung cấp cho đường ống Hoạt động tối ưu này không chỉ nâng cao tính kinh tế nhiên liệu mà còn giảm thiểu lượng NOx trong khí thải.
Hình 3.21 Hoạt động bơm HP3 -Bơm cao áp loại 3 piston
Bơm cao áp loại 3 piston được cấu tạo từ các bộ phận cơ bản như trục lệch tâm, cam lệch tâm, piston, van hút, bơm bánh răng và van kiểm soát áp suất Trong đó, trục lệch tâm đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn động cam lệch tâm và bánh răng chủ động của bơm bánh răng.
Hình 3.22 Nguyên lý hoạt động Bơm cao áp 3 piston
Nguyên lý hoạt động của bơm cao áp dựa trên sự quay của cam, điều khiển các piston bơm Khi piston không được cam đội, lò xo sẽ ép xuống, hút nhiên liệu vào bơm Khi cam đội piston lên, nhiên liệu sẽ được ép và đẩy đến ống cao áp Nhiên liệu từ thùng chứa được đưa đến bơm cao áp thông qua bơm tiếp vận (bánh răng ăn khớp ngoài) Khi động cơ hoạt động, ba piston sẽ lần lượt cung cấp dầu áp suất cao cho đường ống nhiên liệu ECU sẽ điều khiển dòng nhiên liệu vào buồng ba piston, điều chỉnh lượng và áp suất dầu cung cấp cho ống nhiên liệu.
Van điều khiển nạp (SCV, PCV, IMV )
Hình 3.23 Đường đi của dòng nhiên liệu qua van điều khiển nạp
Dòng nhiên liệu được bơm từ thùng chứa đến van điều khiển nạp, sau đó tiếp tục di chuyển đến bơm cao áp.
Van điều khiển nạp được điều khiển bởi ECU, có vai trò quyết định áp suất Rail Các tín hiệu cần thiết để ECU điều khiển van nạp bao gồm cảm biến áp suất Rail, cảm biến vị trí trục cam và cảm biến bàn đạp chân ga.
Van nạp đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh thể tích nhiên liệu được bơm tới ống phân phối và áp suất nhiên liệu bên trong ống Độ mở của van nạp ảnh hưởng trực tiếp đến thể tích phun cuối cùng, phụ thuộc vào áp suất nhiên liệu nạp và tốc độ động cơ.
Van phân phối và bơm cao áp được kết hợp thành một khối thống nhất, bao gồm van bi, lò xo, giá đỡ và thân van Khi áp suất tại piston vượt quá áp suất trong ống phân phối, van bi sẽ mở ra để xả nhiên liệu.
1 Thân van 2 Van bi 3 Lò xo 4 Giá đỡ 5 Piston
Hình 3.25 Van một chiều Ống phân phối
Ống phân phối chứa nhiên liệu được nén từ 0 đến 220 MPa, được bơm cao áp đưa đến các vòi phun của xylanh Trên ống phân phối có gắn cảm biến áp suất, bộ giới hạn áp suất và van xả áp suất, giúp duy trì áp suất nhiên liệu không đổi khi kim phun lấy nhiên liệu Áp suất này được kiểm soát bởi van điều khiển áp suất, với giới hạn tối đa là 220 MPa Ống trữ nhiên liệu áp suất cao (Common Rail) chứa nhiên liệu áp suất cao và giảm chấn dao động áp suất do bơm cao áp tạo ra Ống này dùng chung cho tất cả các xylanh, đảm bảo áp suất phun không đổi khi kim phun mở Để phù hợp với các điều kiện lắp đặt khác nhau, ống được thiết kế với nhiều kiểu dáng, có chỗ gắn cảm biến và van điều khiển áp suất Thể tích bên trong ống luôn được lấp đầy bằng nhiên liệu có áp suất, và khả năng nén của nhiên liệu dưới áp suất cao được sử dụng để tạo hiệu quả tích trữ, duy trì áp suất thực tế khi phun Sự thay đổi áp suất là do bơm cao áp điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp để bù vào lượng nhiên liệu đã phun.
Van xả áp (Van điều khiển áp suất)
Điều khiển hệ thống phân phối khí
Từ đầu những năm 2000, khái niệm “hệ thống nạp thông minh” đã trở nên quen thuộc với người sử dụng xe tại Việt Nam Công nghệ này ngày càng phổ biến, đặc biệt trên các mẫu xe của Toyota và Honda, với các tên gọi như VVT-I, I-VTEC và MIVEC.
Công nghệ nạp thông minh đã được chú ý từ những năm 1920, nhưng chỉ đến thập kỷ 70, Alfa Romeo 2000 đời 1980 mới trở thành chiếc xe đầu tiên áp dụng công nghệ này với cơ cấu dẫn động cơ khí Năm 1987, Nissan đã phát triển công nghệ này bằng cách kết hợp điện tử để điều khiển việc đóng mở xupap nạp, nâng cao hiệu suất động cơ ở chế độ chờ và vòng quay thấp Tuy nhiên, công nghệ này đạt được sự hoàn thiện cao nhất khi BMW ra mắt công nghệ VANOS.
Việc điều chỉnh liên tục cả hai xupap nạp và xả giúp tối ưu hóa hiệu suất làm việc của động cơ, từ đó tăng công suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và hạn chế khí xả.
Có nhiều công nghệ khác nhau để tạo ra góc pha giữa ổ cam và trục cam, bao gồm cơ chế thủy lực trong bánh rang cam được điều khiển bởi ECU động cơ Thiết bị truyền động bánh răng cam có thể hoạt động dựa trên nguyên tắc chênh lệch áp suất hoặc xoắn Một số động cơ còn sử dụng cơ chế với biên dạng cam thay thế, cho phép chuyển đổi giữa các biên dạng cam khác nhau ở tốc độ động cơ nhất định Tài liệu này sẽ giới thiệu cấu tạo hệ thống cam biến thiên điển hình của một số hãng.
3.3.1 Hệ thống của hãng Nissan
+ Vỏ khớp dầu: lắp với bánh xích cam, lòng trong có then xoắn bước dài để lắp với then xoắn của ruột khớp dầu
Ruột khớp dầu là một loại piston, với mặt trụ ngoài được thiết kế có then xoắn khớp chặt với then xoắn của vỏ khớp dầu Mặt trụ trong của ruột khớp dầu có then thẳng, cho phép lắp trượt với chi tiết trung gian được gắn then ở đầu trục cam.
+ Lò xo hồi vị: khá cứng,luôn đẩy piston về cuối đầu trục
Hình 3.32 Hệ thống thay đổi pha phối khí hãng Nissan
Khi không có đủ dầu bôi trơn áp suất vào đầu piston, lò xo hồi vị sẽ đẩy piston về cuối trục Để piston có thể di chuyển, nó cần phải trượt và xoay một góc 20 độ ngược chiều quay của bánh xích, dẫn đến hiện tượng phối khí muộn.
Khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp, dầu đủ áp suất được cấp vào đầu piston, nén lò xo và đẩy piston di chuyển từ trái sang phải Quá trình này không chỉ làm cho piston di trượt mà còn xoay trục cam một góc 20 độ theo chiều quay của bánh xích, tạo ra pha phối khí sơm (pha phối khí thông thường).
3.3.2 Bộ điều khiển VVT-i của Toyota
Hệ thống VVT-i của Toyota sử dụng nguyên lý điện - thủy lực để tối ưu hóa góc phối khí của trục cam nạp, dựa trên chế độ làm việc của động cơ và các thông số điều khiển chủ động Các thành phần chính của hệ thống bao gồm bộ xử lý trung tâm ECU 32 bit, bơm và đường dẫn dầu, bộ điều khiển phối khí VVT với các van điện, cùng với các cảm biến như VVT, vị trí bướm ga, lưu lượng khí nạp, vị trí trục khuỷu và nhiệt độ nước Hệ thống VVT-i thường được thiết kế đồng bộ với cơ cấu bướm ga điện tử ETCS-i, đầu phun nhiên liệu 12 lỗ, bộ chia điện điện tử và bugi đầu iridium.
Bộ điều khiển VVT-i bao gồm các cánh gạt cố định với trục cam, được lắp đặt trong thân bộ điều khiển gắn chặt với đĩa xích cam Điều này tạo ra các khoang riêng biệt, mỗi khoang chứa một cánh gạt, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ.
72 gạt chia khoang thành 2 phần: Phần trước và sau cánh gạt, mỗi phần có một đường dầu vào được trục cam
Van điều khiển dầu (van điện từ OCV) là thiết bị quan trọng trong hệ thống động cơ, được điều khiển bởi ECU và có chức năng điều chỉnh dòng dầu áp suất cao tới các buồng làm việc Van này bao gồm cuộn dây điện từ, píttông van, lò xo hồi vị và giắc kết nối với ECU, giúp kiểm soát áp suất dầu cho pha phối khí sớm và muộn, đồng thời điều chỉnh dòng dầu áp suất thấp trở về cácte.
Nguyên lý hoạt động của van điện từ
Van điện từ được điều khiển bởi ECU động cơ, giúp điều chỉnh vị trí ống van phân phối áp suất dầu đến bộ điều khiển VVT, từ đó điều chỉnh thời điểm mở của xupáp nạp sớm hay muộn Khi động cơ ngừng hoạt động, trục cam nạp sẽ giữ ở vị trí tương ứng với thời điểm phối khí muộn nhất Áp suất dầu đến bộ điều khiển VVT được điều chỉnh bởi van điện từ dựa trên cường độ dòng điện từ ECU động cơ.
Bộ điều khiển VVT điều chỉnh vị trí trục cam nạp dựa trên áp suất dầu, giúp tối ưu hóa thời điểm phối khí ECU động cơ tính toán thời gian mở và đóng xupáp phù hợp với các điều kiện hoạt động khác nhau, bao gồm tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, vị trí bướm ga và nhiệt độ nước làm mát, để điều khiển van điện từ OCV một cách hiệu quả.
Bộ điều khiển i-VTEC của Honda sử dụng tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam và cảm biến vị trí trục khuỷu để tính toán thời điểm phối khí thực tế Qua đó, ECU thực hiện điều khiển phản hồi nhằm đạt được thời điểm phối khí chuẩn.
Một số hãng xe sử dụng loại hệ thống hai vấu cam với biên dạng khác nhau, như VTEC của Honda và MIVEC của Mitsubishi VTEC, viết tắt của "Variable valve Timing and lift Electronic Control", là công nghệ điều khiển thời gian và độ nâng van biến thiên, giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
73 thống này được phát triển nhằm cải thiện hiệu quả của các động cơ đốt trong tại các dải vòng tua động cơ khác nhau
Hình 3.34 Sơ đồ tổng quan cấu tạo của hệ thống i-VTEC
Hệ thống VTEC của Honda là công nghệ tối ưu hóa hiệu suất động cơ, cho phép hoạt động hiệu quả ở dải vòng tua rộng nhờ vào trục cam kép đa trạng thái Thay vì sử dụng một con đội cho mỗi van, hệ thống này có hai con đội: một cho vòng tua thấp và một cho vòng tua cao Sự chuyển đổi giữa hai con đội được điều khiển bởi máy tính, dựa trên các thông số như áp suất dầu, nhiệt độ máy, vận tốc xe và vòng tua động cơ Khi vòng tua tăng, máy tính sẽ kích hoạt con đội cho vòng tua cao, giúp van mở rộng hơn và cải thiện hiệu suất động cơ.
