Đang tải... (xem toàn văn)
Hệ thống phun xăng điện tử EFI trên ô tô ngày càng chiếm ưu thế so với hệ thống nhiên liệu sử dụng bộ chế hòa khí do những ưu điểm không thể chối cãi như: Khả năng đáp ứng tốc độ và tải tốt, tiết kiệm nhiên liệu, công suất cũng như Moment xoắn cao hơn so với hệ thống nhiên liệu sử dụng bộ chế hòa khí. Thấy được những ưu điểm không thể chối cãi của hệ thống phun xăng diện tử EFI, các nhà sản xuất ô tô đã áp dụng các công nghệ điều khiển phun trên vào động cơ Diesel và cũng đạt được khá nhiều thu hoạch, đỉnh cao đó chính là các động cơ Diesel hồi trước chỉ từng áp dụng trên ô tô thương mại – ô tô tải thì hiện nay ta đã thấy rất nhiều động cơ Diesel được trang bị trên ô tô Du lịch. Với hệ thống phun dầu điện tử EFI, ta thường nhắc đến nhất đó là hệ thống phun dầu điện tử EFI thông thường (Sử dụng trên các ô tô tải cỡ nhỏ) và Hệ thống phun dầu điện tử có sử dụng thanh tích áp Commonrail. Các bác có thể tham khảo thêm về 2 hệ thống trên với 2 đường dẫn tương ứng nhé.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hệ thống phun xăng tự động EFI Hệ thống phun xăng điện tử, tên gọi tắt: EFI FI (Electronic Fuel Injection Fuel Injection) Hệ thống phun xăng điện tử thuật ngữ vô quen thuộc sử dụng xe máy Quy trình hoạt động hoạt động Fi sử dụng khối hệ thống tinh chỉnh điều khiển điện tử để can thiệp vào bước phun nhiên liệu vào buồng đốt thiết bị động nhằm tối ưu hóa việc dùng nhiên liệu Hệ thống bao gồm hai thành phần phận máy cảm biến phận điều khiển trung tâm Bộ phận máy cảm biến liên dõi bước hoạt động thiết bị động cơ, bao gồm vị trí bướm ga, áp suất ống nạp, nhiệt lượng khí nạp, nhiệt dầu, vận tốc động máy… & truyền đạt tín hiệu tới điều khiển 1.2 Lich sử đời Hệ phun xăng điện tử thương mại hóa Bosch 1955 Wright R3350.Hệ thống cải biến trên hệ thống diesel có áp lực cao gắn cánh bướm ga (diesel cổ điển khơng có bướm ga) Nó dùng bơm xăng bình thường cung cấp nhiên liệu cho vịi phun tăng áp vào buồng đốt.Khi kết hợp với valve Desmo xe đua 300SL tạo sức >100 mã lực /mỗi 1000 cc xem tốt xe ngày không xài turbo Sản phẩm điện tử EFI thương mại Electrojector đời 1957 American Motors cho động 288 bhp (214.8 kW) Nhưng chưa đưa vào đại trà, năm 1957 Chrysler sử dụng hệ phun xăng điện tử EFI (electronic fuel injection) đời thương mại Bendix Corporation 1958 Chrysler xe Chrysler 300D, Dodge D500, Plymouth Fury DeSoto Adventurer.Nhưng quyền sáng chế lại tay Bosch Bosch phát minh hệ EFI gọi D-Jetronic (D for Druck, German =áp suất)") xe VW 1600TL in 1967 Đây hệ dùng vận tốc tỉ trọng khơng khí để tính tốn khối lượng khí cần từ tính thể tích nhiện liệu cần Hệ thống sử dụng cảm biến điện tử thứ bị ảnh hưởng rung động tạp chất Sau hệ K-Jetronic L-Jetronic đời 1974 dùng cảm biến lưu lượng khí cảm biến áp suất, nhiệt độ khối lượng đời Năm 1982 Bosch giới thiệu hệ có cảm biến đo trực tiếp khối lượng khí nạp gọi LH-Jetronic (L for Luftmasse and H for Hitzdraht, German for "air mass" and "hot wire", respectively).Cảm biến dùng cuộn platin nung nóng đặt luồng khí nạp.Tốc độ làm lạnh cuộn dây tỉ lệ với khối lượng khí thổi qua.Vì đo trực tiếp khối lượng khí nên cảm biến áp suất nhiệt độ không cần.Một hệ LH Jetronic hệ EFI hoàn chỉnh làm cho sau này.Sự tiến việc tạo vi mạch số (digital microprocessor) cho phép tổng hợp nguồn điều khiển chung Với phát minh EFI, Honda áp dụng phương pháp để làm lợi cho Honda giới thiệu số kiểu xe giá rẻ Bắc Mỹ dùng EFI tên gọi PGM-FI Khởi nguồn từ xe đua, PGM-FI tìm đường vào xe Honda vào cuối thập niên 1980 xe Accord Prelude máy Honda A20A, A20A3 & A20A4.Năm 1986 Honda Civic gắn PGMFI Năm 1998 xe gắn máy giới sử dụng PGMFI VFR800FI 1.3 Nhiệm vụ, phân loại yêu cầu: 1.3.1 Nhiệm vụ: Hệ thống phun xăng điện tử EFI giúp động dể dàng khởi động cho dù nhiệt độ thấp, giảm thiểu ô nhiểm môi trường, giúp tăng tốc em đặt biệt khả nằng tiết kiệm nguyên liệu vượt trội 1.3.2 Phân loại: Hệ thống phun xăng đơn điểm (Single Point Injection - SPI): Hệ thống dùng vòi phun trung tâm vào cho chế hồ khí Vịi phun nguồn nhiên liệu đặt trước bướm ga sản sinh khí hỗn hợp đường nạp Hệ thống có cấu tạo đơn giản, chi phí chế tạo rẻ, thường thấy xe nhỏ Hình 1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng đơn điểm SPI Hệ thống phun xăng điện tử hai điểm (BiPoint Injection - BPI) tăng cấp từ hệ phun nhiên liệu sử dụng đơn điểm Hệ thống sử dụng thêm vòi phun đặt sau bướm ga nhằm tăng nhiên liệu hoạt động cho hỗn hợp Bình thường khối hệ thống BPI dùng không cải tổ nhiều so với SPI Khối hệ thống phun xăng điện tử đa điểm (MultiPoint Injection - MPI): Mỗi xi-lanh trang bị vòi phun riêng lẻ đặt trước xupap Hệ thống vòi phun lấy tín hiệu từ góc quay trục khuỷu để xác định thời điểm phun mực Hình Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng đa điểm MPI Tuy nhiên, hệ thống phun xăng cải tiến hệ khơng phải hệ thống phun xăng hồn tồn khác Ví dụ, hệ thống phun xăng điện tử EFI ô tô thống phun xăng điện tử đơn điểm SPI lượng phun ban đầu nhiều dẫn đến hòa trộn không nên ta tách làm lần phun ta có hệ thống phun xăng điểm BPI, phun trước ống nạp phun sau Xupap chẳng hạn Tiếp tục phát việc phun điểm khơng thể đảm bảo lượng hịa khí hịa trộn tốt Ta tiến hành phun nhiên liệu riêng biệt cho máy động ta có hệ thống phun xăng điện tử MPI Khi đó, lượng phun giới hạn cịn có trợ giúp tạo xoáy lốc đường ống nạp nên nhiên liệu hịa trộn thành hịa khí tốt gần đạt đến hịa khí lý tưởng theo tình trạng hoạt động động ( hệ số dư lượng khơng khí dao động từ 0.9-1.1 ít) 1.3.3 Yêu cầu: Hệ thống phun xăng điện tử EFI phải hoạt động nhẹ nhàng, linh hoạt, ổn định đảm bảo tiết kiệm nguyên liệu tối ưu CHƯƠNG CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỪ EFI 2.1 Cơ cấu hệ thống xăng điện từ EFI Hình Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng EFI Theo sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng điện tử tơ, ta phân loại hệ thống phun xăng điện tử EFI thành phần bản: Cụm chi tiết đầu vào: Đây gồm cảm biến hệ thống có nhiệm vụ thu thập thông số vận hành truyền cho ECU động để ECU động tiến hành tính tốn tình trạng vận hành động Cụm chi tiết tính tốn điều khiển: Sau nhận tín hiệu từ cảm biến, ECU điều khiển động tính tốn lượng phun nhiên liệu cần thiết truyền tín hiệu điều khiển đến kim phun cấu chấp hành Cụm chi tiết cấu chấp hành: Gồm chi tiết vòi phun Các chi tiết đưa nhiên liệu vào buồng đốt tiến hành đốt cháy nhiên liệu sinh công cho động ô tô 2.2 Nguyên lý làm việc hệ thống phun xăng điện tử EFI 2.3 Các cảm biến có hệ thống 2.3.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu a) Cấu tạo: Cấu tạo cảm biến vị trí trục khuỷu đơn giản, biết đến với loại thường gặp, là: loại cảm biến từ (được sử dụng nhiều nay), loại cảm biến hall Và cụ thể cấu tạo loại cảm biến, bạn xem hình đây: Hình 2 Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga b) Chức năng: Cảm biến vị trí trục khuỷu coi cảm biến có vai trị quan trọng động tơ nói chung hệ thống phun xăng điện tử EFI tơ nói riêng Cảm biến cung cấp vị trí góc quay trục khuỷu Là thơng số vô quan trọng để xác định vị trí điểm chết để động đánh lửa phun nhiên liệu vào động Chính thế, cảm biến vị trí trục khuỷu có hư hỏng khó để hệ thống phun xăng điện tử EFI xác định nên phun Cũng đó, mà hệ thống khơng phun xăng báo lỗi cho người lái yêu cầu khắc phục Không hệ thống phun xăng không hoạt động cảm biến trục khuỷu hư hỏng mà hệ thống đánh lửa biết thời điểm đánh lửa phù hợp thế, hệ thống đánh lửa báo lỗi qua hình hiển thị yêu cầu người lái khắc phục c) Nguyên lý hoạt động: Cảm biến vị trí trục khuỷu cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu, ln có từ trường định sinh Khi bánh kích từ quay, chân thép xoay từ trường gây thay đổi từ trường cảm biến tạo tín hiệu xung điện áp gửi ECU Bằng lập trình có sẳn ECU phân tích, tính tốn xác thời điểm vận hành kim phun nhiên liệu thời điểm xác để tạo lửa điện d) Sơ đồ mạch điện: Hình Sơ đồ mạch điện cảm biến Mạch điện loại điện từ cảm biến trục cam (2 không cần nguồn cấp), có xe đời sử dụng thêm đoạn dây nối mass bọc xung quanh dây tín hiệu để hạn chế tình trạng nhiễu tín hiệu Mạch điện loại Hall cảm biến trục cam gồm dây: dây nguồn cho cấp cho cảm biến – 12 V, dây mass cảm biến dây tín hiệu gửi ECU 2.3.2 Cảm biến vị trí trục cam a) Phân loại cấu tạo: Cảm biến vị trí trục cam tơ thường có hai loai: loại cảm biến điện từ loại cảm biến Hall Loại cảm biến hiệu ứng điện từ có cấu tạo cuộn dây điện từ nam châm vĩnh cửu, máy phát điện mini, hoạt động tạo xung điện áp hình sin gửi ECU Xe đời đa số sử dụng loại Hall cấu tạo phận phần tử Hall đặt đầu cảm biến, nam châm vĩnh cửu IC tổ hợp nằm cảm biến Hình Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga b) Chức năng: Cảm biến vị trí trục cam CPS (Camshaft Position Sensor) nắm vai trò quan trọng hệ thống điều khiển động ECU sử dụng tín hiệu để xác định điểm chết máy số máy, đồng thời xác định vị trí trục cam để xác định thời điểm đánh lửa (với động xăng) hay thời điểm phun nhiên liệu (động phun dầu điện tử Common rail) cho xác Với động đời trang bị thêm hệ thống điều khiển trục cam biến thiên thông minh cảm biến trục cam cịn đóng vai trị giám sát hoạt động hệ thống điều khiển trục cam biến thiên, ECU sử dụng tín hiệu cảm biến để xác định hệ thống Trục cam biến thiên có làm việc tín hiệu từ hộp ECU điều khiển hay khơng c) Sơ đồ mạch điện: Hình Sơ đồ mạch điện cảm biến truc cam d) Nguyên lý hoạt động: Khi trục khuỷu quay, thông qua dây cam dẫn động làm trục cam quay theo, trục cam có vành tạo xung có vấu cực, vấu cực quét qua đầu cảm biến, khép kín mạch từ cảm biến tạo xung tín hiệu gửi ECU để ECU nhận biết điểm chết xi lanh số hay máy khác 2.3.3 Cảm biến lưu lương khí nạp a) Chức nhiệm vụ: GVHD: Phan Quang Định Hình 18 Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát Nguyên lý hoạt động: Nằm khoang nước động ô tô tiếp xúc trực tiếp với nước làm mát Với hệ số điện trở âm, nên nhiệt độ nước làm mát ô tô tăng điện trở giảm xuống ngược lại Với thay đổi điện trở này, làm cho thay đổi điện áp chân cảm biến Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở có giá trị khơng đổi theo nhiệt độ) đến cảm biến trở ECU mass Như điện trở chuẩn nhiệt điện trở cảm biến tạo thành cầu phân áp Điện áp điểm cầu đưa đến chuyển đổi tín hiệu tương tự – số (bộ chuyển đổi ADC – Analog to Digital converter) 24 GVHD: Phan Quang Định Khi nước làm mát có nhiệt độ thấp, điện trở cảm có giá trị cao làm cho điện áp gửi ADC lớn Tín hiệu chuyển thành dạng xung vng gửi ECU thông báo cho hệ thống biết động lạnh Rồi tương tự, nước làm mát nóng lên, giá trị điện trở cảm biến giảm > điện áp gửi ADC giảm, báo thông tin động nóng 2.3.6 Cảm biến áp suất đường ống nạp Cấu tạo: Cảm biến áp suất đường ống nạp cấu tạo từ buồng chân khơng có gắn chip silicon, lưới lọc, đường ống dẫn giắc cắm 25 GVHD: Phan Quang Định Hình 19 Cấu tạo cảm biến áp suất đường ống nap Sơ đồ mạch điện: Hình 20 Sơ đồ chân cảm biến áp suất đường ống nạp Nguyên lý hoạt động: Loại cảm biến dựa nguyên lý cầu Wheatstone Mạch cầu Wheatstone sử dụng thiết bị nhằm tạo điện phù hợp với thay đổi điện trở 26 GVHD: Phan Quang Định Tấm silicon (hay gọi màng ngăn) dày hai mép (khoảng 0,25 mm) mỏng (khoảng 0,025 mm) Hai mép làm kín với mặt silicon tạo thành buồng chân không cảm biến (buồng áp suất tiêu chuẩn), mặt lại nối với đường ống nạp Khi áp suất đường ống nạp thay đổi, cách so sánh áp suất buồng chân không áp suất đường ống nạp, chip silic thay đổi điện trở áp suất đường ống nạp thay đổi, giá trị điện trở áp điện thay đổi Các điện trở áp điện nối thành cầu Wheatstone Khi màng ngăn không bị biến dạng (tương ứng với trường hợp động chưa hoạt động tải lớn), tất điện trở áp điện có giá trị lúc khơng có chênh lệch điện áp đầu cầu Khi áp suất đường ống nạp giảm, màng silicon bị biến dạng dẫn đến giá trị điện trở áp điện bị thay đổi làm cân cầu Wheatstone Kết đầu cầu có chênh lệch điện áp tín hiệu khuếch điều khiển mở transistor ngõ cảm biến có 27 GVHD: Phan Quang Định cực C treo Độ mở transistor phụ thuộc vào áp suất đường nạp dẫn tới thay đổi điện áp báo ECU 28 CHƯƠNG THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI 3.1 Sơ đồ khối hệ thống phun xăng điện tử EFI Hình Sơ đồ chức hệ thống phun xăng 3.2 Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống 29 Cảm biến vị trí bướm ga Cảm biến vị trí trục khuỷu E Kim phun nguyên liệu Cảm biến vị trí trục cam Hệ thống đánh lửa Cảm biến lưu lượng khí C Cảm biến áp suất đường ống nạp Điều khiển cầm chừng Cảm biến oxy U Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 3.3 Sơ đồ giải thuật: Hệ thống chuẩn đốn Hình Sơ đồ giải thuật 3.4 Lựa chọn lịnh kiện a) Vi điều khiển: Hình 3 Bo mạch Arduino Uno R3 Để thực nhiệm vụ thu thập xử lý liệu ta cần tính chọn vi điều khiển thích hợp Trong hệ thống đèn chiếu sáng tự động cần thu thập xử lý liệu từ cảm biến để từ kích hoạt chế độ thay đổi đèn hoạt động Với lí trên, cần chọn loại vi điều khiển mức độ trung bình, giá thành rẻ bán rộng rãi thị trường Và đây, nhóm chúng em xin chọn vi điều khiển AT Mega328 (Arduino Uno R3) + Có ưu điểm dễ tiếp cận, cộng đồng người sử dụng đông đảo khắp giới, không cần mạch nạp riêng biệt sử dụng nạp chương trình + Ngồi đặc điểm bật Arduino môi trường phát triển ứng dụng dễ sử dụng, với ngôn ngữ lập trình học cách nhanh chóng với người am hiểu điện tử lập trình Và điều làm nên tượng Arduino mức giá thấp tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm + Arduino có nhiều kích thước khác nhau, phù hợp cho nhiều mục đích sử dụng Thơng dụng Arduino Uno + Arduino đơn giản, dễ sử dụng, dễ code (ngôn ngữ tương tự C++) Một hay Arduino hỗ trợ nhiều thư viện, tiện lợi Ngoài mạch có ký hiệu rõ ràng, đầy đủ chân, thuận tiện trình sử dụng + Khi làm việc với Arduino giúp ta rút ngắn số công đoạn thiết kế… Lựa chọn Arduino Uno phù hợp vừa đảm bảo mặt chức năng, vừa đảm bảo mặt yêu cầu, giá thành phù hợp => hiệu mặt kinh tế Hình Thơng Số kĩ thuật Arduino Uno R3 3.5 Màng hình LCD 1602 module I2C Hình Màng hình LCD 1602 Thơng số kĩ thuật: - Điện áp hoạt động 5V - Kích thước: 80 x 36 x 12.5mm - Chữ đen, xanh - Có thể điều khiển với dây tín hiệu Hình Sơ đồ chân Màng hình LCD 1602 3.6 Mạch chuyển giảo tiếp đổi I2C cho LCD Hình Mạch chuyển đổi giao tieps I2C cho LCD Để sử dụng loại LCD có driver HD44780 (LCD 1602, LCD 2004,… ) cần có chân MCU kết nối với chân RS, EN, D7, D6, D5 D4 để giao tiếp với LCD Nhưng với mạch chuyển đổi giao tiếp I2C cho LCD, bạn cần chân (SDA SCL) MCU kết nối với chân (SDA SCL) module hiển thị thơng tin lên LCD Ngồi điều chỉnh độ tương phản biến trở gắn module Thông số mạch chuyển đổi giao tiếp I2C: - Kích thước: 41.5mm(L)X19mm(W)X15.3MM(H) - Trọng lượng: 5g - Điện áp hoạt động: 2.5v-6v - Jump chốt: Cung cấp đèn cho LCD ngắt - Tích hợp biến trở xoay độ tương phản cho LCD 3.7 Biến trở Hình Biến trở 100k Thơng số sản phẩm: - Độ dài núm chỉnh: 15mm - Đường kính núm chỉnh: 7mm - Loại biến trở: Volume đơn, có chân - hơng số điện: - Tổng trở kháng: 100KΩ - Tổng dung sai kháng chiến: ± 20% - Điện áp hoạt động tối đa: B Linear: DC 50V / AC 25V - Công suất định mức: B Linear: 0.5W - Tiếng ồn: Dưới 100mV - Chống cách điện: Hơn 100MΩ - Điện áp chịu được: phút AC 250 V - Tính chất lý: - Góc quay tồn bộ: 300 ± 10 (độ) - Khoảng cách quay: 10 ~ 200 gf.cm - Sức mạnh dừng quay: 3.0Kgf.cm - Độ bền kéo: đẩy: 7.0kgf phút - Vòng quay: 10.000 chu kỳ 3.8 Sơ đồ mạch điều khiển Hệ thống phun xăng điện tử EFI Hình Sơ đồ mạch điện Hệ thống phun xăng điện tử EFI CHƯƠNG TÔNG KẾT - 4.1 Về lý thuyết Hiểu rõ nguyên lý hoạt động động công nghệ ngắt xi-lanh chủ động - Hiểu cảm biến sử dụng ôtô - 4.2 Về mặt thực tế Thiết kế mạch mô lập trình theo nguyên lý tìm hiểu Tài Liệu Tham Khảo https://tailieuoto.vn/phun-xang-dien-tu-efi/ https://123docz.net/document/7014504-khai-thac-ky-thuat-he-thong-phung-xangdientu-dong-co-2nr-fe-1-5l-tren-xe-vios.htm http://trungtamdaynghethanhxuan.com.vn/nguyen-li-hoat-dong-cac-bo-phantronghe-thong-phun-xang-dien-tu https://text.123docz.net/document/951842-xay-dung-mo-hinh-he-thong-phun-xangvadanh-lua-dien-tu-tren-dong-co-2az-fe.htm ... điểm phun mực Hình Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng đa điểm MPI Tuy nhiên, hệ thống phun xăng cải tiến hệ hệ thống phun xăng hồn tồn khác Ví dụ, hệ thống phun xăng điện tử EFI ô tô thống phun xăng. .. nguyên liệu tối ưu CHƯƠNG CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỪ EFI 2.1 Cơ cấu hệ thống xăng điện từ EFI Hình Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng EFI Theo sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng điện. .. 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hệ thống phun xăng tự động EFI Hệ thống phun xăng điện tử, tên gọi tắt: EFI FI (Electronic Fuel Injection Fuel Injection) Hệ thống phun xăng điện tử thuật ngữ vô quen