Hệ Thống Điều Khiển Điện Tử - Cấu tạo, vai trò & nguyên lý vận hành

Hệ thống điều khiển động cơ gồm có ba nhóm các cảm biến (và các tín hiệu đầu ra của cảm biến), ECU động cơ, và các bộ chấp hành. Chương này giải thích các cảm biến (các tín hiệu), sơ đồ mạch điện và sơ đồ nối mát, và các điện áp cực của cảm biến.

Các chức năng của ECU động cơ được chia thành điều khiển EFI, điều khiển ESA, điều khiển ISC, chức năng chẩn đoán, các chức năng an toàn và dự phòng, và các chức năng khác.

Mạch Nguồn

Mạch nguồn là các mạch điện cung cấp điện cho ECU của động cơ. Các mạch điện này bao gồm khoá điện, rơle chính EFI, v.v.

Mạch nguồn được xe ô tô sử dụng thực sự gồm có 2 loại sau đây:

1. Loại điều khiển bằng khoá điện
– Như trình bày ở hình minh họa này, sơ đồ chỉ ra loại trong đó rơle chính EFI được điều khiển trực tiếp từ khoá điện. Khi bật khoá điện ON, dòng điện chạy vào cuộn dây của rơle chính EFI, làm cho tiếp điểm đóng lại. Việc này cung cấp điện cho các cực + B và + B1 của ECU động cơ.
– Điện áp của ắc quy luôn luôn cung cấp cho cực BATT của ECU động cơ để tránh cho các mã chẩn đoán và các dữ liệu khác trong bộ nhớ của nó không bị xóa khi tắt khoá điện OFF.

2. Loại điều khiển bằng ECU động cơ
Mạch nguồn trong hình minh họa là loại trong đó hoạt động của rơle chính EFI được điều khiển bởi ECU động cơ.
Loại này yêu cầu cung cấp điện cho ECU động cơ trong vài giây sau sau khi tắt khoá điện OFF. Do đó việc đóng hoặc ngắt của rơle chính EFI được ECU động cơ điều khiển.
Khi bật khóa điện ON, điện áp của ắc quy được cấp đến cực IGSW của ECU động cơ và mạch điều khiển rơle chính EFI trong ECU động cơ truyền một tín hiệu đến cực M-REL của ECU động cơ, bật mở rơle chính EFI. Tín hiệu này làm cho dòng điện chạy vào cuộn dây, đóng tiếp điểm của rơle chính EFI và cấp điện cho cực +B của ECU động cơ.
Điện áp của ắc quy luôn luôn cung cấp cho cực BATT có lí do giống như cho loại điều khiển bằng khoá điện.
Ngoài ra một số kiểu xe có một rơle đặc biệt cho mạch sấy nóng cảm biến tỷ lệ không khí – nhiên liệu, yêu cầu một lượng dòng điện lớn.
Trong các kiểu xe mà ECU động cơ điều khiển hệ thống khoá động cơ, rơle chính EFI cũng được điều khiển bởi tín hiệu của công tắc báo mở khóa.

Mạch Nối Mass

ECU động cơ có 3 mạch nối mát cơ bản sau đây.

1. Nối mát để điều khiển ECU động cơ (E1)
Cực E1 này là cực tiếp mát của ECU động cơ và thường được nối với buồng nạp khí của động cơ.

2. Nối mát cho cảm biến (E2, E21)
Các cực E2 và E21 là các cực tiếp mát của cảm biến, và chúng được nối với cực E1 trong ECU động cơ.
Chúng tránh cho các cảm biến không bị phát hiện các trị số điện áp lỗi bằng cách duy trì điện thế tiếp mát của cảm biến và điện thế tiếp mát của ECU động cơ ở cùng một mức.

3. Nối mát để điều khiển bộ chấp hành (E01, E02)
Các cực E01 và E02 là các cực tiếp mát cho bộ chấp hành, như cho các bộ chấp hành, van ISC và bộ sấy cảm biến tỷ lệ không khí-nhiên liệu. Cũng giống như cực E1, E01 và E02 được nối gần buồng nạp khí của động cơ.

Điện Áp Của Cảm Biến

Các cảm biến này biến đổi các thông tin khác nhau thành những thay đổi điện áp mà ECU động cơ có thể phát hiện. Có nhiều loại tín hiệu cảm biến, nhưng có 5 loại phương pháp chính để biến đổi thông tin thành điện áp. Hiểu đặc tính của các loại này để có thể xác định trong khi đo điện áp ở cực có chính xác hay không.

1. Dùng điện áp VC (VTA, PIM)
Một điện áp không đổi 5V (Điện áp VC) để điều khiển bộ vi xử lý ở bên trong ECU động cơ bằng điện áp của ắc quy. Điện áp không đổi này, được cung cấp như nguồn điện cho cảm biến, là điện áp cực VC.
Trong loại cảm biến này, một điện áp (5V) được đặt giữa các cực VC và E2 từ mạch điện áp không đổi trong ECU động cơ như trình bày trong hình minh họa. Sau đó cảm biến này thay góc mở bướm ga hoặc áp suất đường ống nạp đã được phát hiện bằng điện áp thay đổi giữa 0 và 5V để truyền tín hiệu đi.

GỢI Ý KHI SỬA CHỮA:
Nếu có sự cố trong mạch điện áp không đổi hoặc ngắn mạch VC, nguồn điện cấp cho bộ vi xử lý sẽ bị ngắt, làm cho ECU động cơ ngừng hoạt động và động cơ bị chết máy.

2. Dùng một nhiệt điện trở (THW, THA)
Giá trị điện trở của nhiệt điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Vì vậy các nhiệt điện trở được sử dụng trong các thiết bị như cảm biến nhiệt độ nước và cảm biến nhiệt độ khí nạp, để phát hiện các thay đổi của nhiệt độ.
Như trình bày trong hình minh họa, điện áp được cấp vào nhiệt điện trở của cảm biến từ mạch điện áp không đổi (5V) trong ECU động cơ qua điện trở R. Các đặc tính của nhiệt điện trở này được ECU động cơ sử dụng để phát hiện nhiệt độ bằng sự thay đổi điện áp tại điểm A trong hình minh họa.
Khi nhiệt điện trở hoặc mạch của dây dẫn này bị hở, điện áp tại điểm A sẽ là 5V, và khi có ngắn mạch từ điểm A đến cảm biến này, điện áp sẽ là 0V. Vì vậy, ECU động cơ sẽ phát hiện một sự cố bằng chức năng chẩn đoán.

3. Dùng điện áp Bật/Tắt

(1) Các thiết bị dùng công tắc (IDL, NSW)
Khi điện áp bật ON và tắt OFF, làm cho cảm biến này phát hiện được tình trạng Bật/Tắt của công tắc.
Một điện áp 5V được ECU động cơ cấp vào công tắc này. Điện áp ở cực ECU động cơ là 5V khi công tắc này Tắt OFF, và 0V khi công tắc này Bật ON.
ECU động cơ dùng sự thay đổi điện áp này để phát hiện tình trạng của cảm biến.
Ngoài ra, một số thiết bị sử dụng điện áp 12 V của ắc quy.

(2) Các thiết bị dùng tranzito (IGF, SPD)
Đây là một thiết bị dùng chuyển mạch của tranzito thay cho công tắc. Như với thiết bị trên đây, việc Bật ON và Tắt OFF điện áp được dùng để phát hiện điều kiện làm việc của cảm biến.
Đối với các thiết bị sử dụng công tắc, một điện áp 5V được đặt vào cảm biến từ ECU động cơ, và ECU động cơ sử dụng sự thay đổi điện áp đầu cực khi tranzito bật ON hoặc ngắt OFF để phát hiện tình trạng của cảm biến này.
Ngoài ra một số thiết bị sử dụng điện áp 12V của ắc quy.

4. Sử dụng nguồn điện khác từ ECU động cơ (STA, STP)
ECU động cơ xác định xem một thiết bị khác đang hoạt động hay không bằng cách phát hiện điện áp được đặt vào khi một thiết bị điện khác đang hoạt động.
Hình minh họa thể hiện một mạch điện của đèn phanh, và khi công tắc bật ON, điện áp 12V của ắc quy được đặt vào cực ECU động cơ, và khi công tắc này bị ngắt OFF, điện áp sẽ là 0V.

5. Sử dụng điện áp do cảm biến tạo ra (G, NE, OX, KNK)
Khi bản thân cảm biến tự phát và truyền điện, không cần đặt điện áp vào cảm biến này. ECU động cơ sẽ xác định điều kiện hoạt động bằng điện áp và tần số của dòng điện sinh ra này.

GỢI Ý:
Khi kiểm tra điện áp cực của ECU động cơ, tín hiệu NE, tín hiệu KNK và v.v… được truyền đi dưới dạng sóng AC. Do đó, có thể thực hiện các phép đo có độ chính xác cao bằng cách dùng máy đo hiện sóng.