(TIỂU LUẬN) đồ án tốt NGHIỆP đề tài thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa xe KIA MORNING 2015

Tổng quan về hệ thống phun xăng đánh lửa

Tổng quan về hệ thống phun xăng

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống phun xăng

1.1.1 Khái niệm về phun xăng điển tử:

Chữ EFI ở phía sau thân xe ô tô đời mới và trên động cơ là viết tắt của Electronic Fuel

Injection, có nghĩa là hệ thống phun xăng được điều khiển điện tử Hệ thống này đảm bảo hỗn hợp khí và xăng hoàn hảo Tuy nhiên, tùy thuộc vào chế độ làm việc của xe, EFI thay đổi tỷ lệ khí nhiên liệu để luôn cung cấp cho động cơ một hỗn hợp khí tối ưu Đặc biệt khi xuất phát trong thời tiết lạnh, hỗn hợp khí được cung cấp sẽ đậm đặc xăng hơn, sau khi động cơ đã có đủ nhiệt độ hoạt động, hỗn hợp khí sẽ loãng xăng hơn Ở chế độ tốc độ cao, hỗn hợp khí sẽ đậm đặc xăng trở lại. Ô tô sử dụng một trong hai thiết bị hoặc hệ thống để cung cấp hỗn hợp nhiên liệu theo một tỷ lệ cụ thể đến các xi-lanh của động cơ ở các dải tốc độ; bộ chế hòa khí hoặc hệ thống phun xăng điện tử Hai hệ thống đo lượng khí nạp này nếu thay đổi theo góc mở bướm ga và tốc độ động cơ sẽ cung cấp tỷ lệ không khí-nhiên liệu thích hợp cho các xi-lanh dựa trên lượng khí nạp

Do thiết kế tương đối đơn giản của bộ chế hòa khí, nó đã được sử dụng trong hầu hết các động cơ xăng cho đến nay Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu ngày nay về khí thải sạch hơn,tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn, nâng cao khả năng vận chuyển, v.v., bộ chế hòa khí hiện tại cần phải được trang bị thêm các thiết bị hiệu chỉnh khác, điều này khiến nó trở nên phức tạp hơn rất nhiều

Do đó, thay vì bộ chế hòa khí, hệ thống EFI được sử dụng, thông qua phun xăng điện tử, đảm bảo tỷ lệ nhiên liệu không khí chính xác cho động cơ tùy thuộc vào chế độ lái.

Hình vẽ: hệ thống EFI điển hình

1.1.1 Lịch sử phát triển:

Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Mỹ tên là Stenvan đã phát minh ra cách bơm nhiên liệu vào máy nén khí Sau một thời gian, một người Đức thực hiện phun nhiên liệu vào buồng đốt, nhưng nó không hiệu quả Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun xăng cho động cơ 4 kỳ tĩnh tại (nhiên liệu sử dụng trong động cơ này là dầu hỏa nên dễ bị kích nổ và hiệu suất thấp) Dù vậy, sáng kiến này đã đóng góp rất lớn trong việc chế tạo hệ thống phun xăng cơ khí Với hệ thống phun này, nhiên liệu được phun trực tiếp vào phía trước xupap , do đó có tên là K-Jetronic.K-Jetronic đã được đưa vào sản xuất và sử dụng trên xe Mercedes và một số loại xe khác, tạo cơ sở cho việc phát triển các hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE-Jetronic,Mono-Jetronic,L-Jetronic,Motronic,vv.

Do hệ thống phun xăng cơ khí vẫn còn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 1980, BOSCH đã ra mắt hệ thống phun xăng sử dụng hai loại kim phun điều khiển bằng điện:

Hệ thống L - Jetronic (lượng nhiên liệu phun được xác định bởi cảm biến lưu lượng khí nạp) và D - Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định bởi áp suất trong đường ống nạp) Năm 1984, người Nhật mua bản quyền từ BOSCH và áp dụng hệ thống phun xăng L- Jetronic và D-Jetronic cho xe Toyota (dùng với động cơ 4A-ELU) Năm 1987, Nissan sử dụng L-Jetronic để thay thế bộ chế hòa khí trên xe Sunny. Điều khiển EFI có thể được chia thành hai loại dựa trên các phương pháp khác nhau được sử dụng để xác định lượng nhiên liệu phun vào Một là loại mạch tương tự điều khiển lượng phun dựa trên thời gian để sạc và phóng vào tụ điện Loại còn lại được điều khiển bằng bộ vi xử lý, sử dụng dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ nhằm xác định lượng phun

Loại điều khiển tương tự bằng mạch của hệ thống EFI là loại đầu tiên được Toyota sử dụng trong hệ thống EFI của mình Còn loại điều khiển bằng bộ vi xử lý đã được sử dụng vào năm 1983.

Loại hệ thống EFI điều khiển bằng bộ vi xử lý đã được sử dụng trên xe Toyota được gọi là TCCS (Toyota Computer Control System- Hệ thống điều khiển bằng máy tính của

Toyota ), nó không chỉ kiểm soát lượng phun mà còn bao gồm ESA (Electronic Spark

Advance - Đánh lửa sớm điện tử) để kiểm soát thời điểm đánh lửa; ISC (Idle speed control - Kiểm soát tốc độ không tải) và các hệ thống điều khiển khác, cũng như các chức năng chẩn đoán và sao lưu Hai hệ thống này có thể được phân loại như sau:

Sơ đồ phân loại hệ thống phun xăng điện tử

Loại mạch tương tự EFI và vi điều khiển dựa trên bộ vi xử lý về cơ bản thì đều giống nhau, nhưng ta có thể nhận ra một số khác biệt ví dụ là trong các lĩnh vực điều khiển và độ chính xác.

1.1.2 Phân loại hệ thống phun xăng:

Hệ thống phun nhiên liệu có thể được chia thành nhiều loại khác nhau Khác nhau về cấu tạo của kim phun ta có 2 loại:

1.1.3.1 Loại CIS: Đây là hệ thống sử dụng kim phun cơ, nó chỉ được sử dụng trong một số động cơ, kim phun mở liên tục, khi áp suất thay đổi thì sẽ thay đổi lượng nhiên liệu phun vào Gồm 4 loại cơ bản như sau:

• Hệ thống K - Jectronic: Đây là hệ thống phun nhiên liệu mà điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí và thuỷ lực, sau này được nâng cấp thành hệ thống KE - Jectronic, trang bị hệ thống ECM mạnh hơn Đây là hệ thống phun nhiên liệu cơ bản của các loại hình phun nhiên liệu điện tử ngày nay Đặc điểm của hệ thống này là không cần những cơ cấu dẫn động của động cơ, nghĩa là việc phun nhiên liệu được điều khiển bởi độ chân không trong đường ống hút Việc phun nhiên liệu liên tục được xác định bởi lượng khí nạp Dùng cho các dòng xe như Audi: coupe, quattro, 80, 90, 100, 200.Xe BMW: 318, 520,vv.

• Hệ thống K - Jectronic với cảm biến khí thải: Được trang bị thêm thiết bị cảm biến oxy

• Hệ thống KE - Jectronic: Phát triển thêm dựa trên hệ thống K-Jectronic với mạch điều khiển áp suất phun điện tử.

1.1.3.2 Loại AFC: Đây là hệ thống phun xăng sử dụng kim phun được điều khiển bằng điện Hệ thống phun xăng được trang bị kim phun điện sẽ được chia thành 2 loại chính:

• L - Jectronic (bắt nguồn từ tiếng Đức, Luft có nghĩa là không khí): là hệ thống phun xăng đa điểm điều khiển điện tử Xăng được bơm vào các cửa nạp của xi lanh động cơ theo định kỳ, không phải liên tục Việc phun nhiên liệu và đo nhiên liệu dựa trên hai tín hiệu gốc bao gồm : tín hiệu khối lượng không khí nạp và tín hiệu tốc độ trục khuỷu từ động cơ.

Chức năng của L-Jectronic là cung cấp cho mỗi xi-lanh một lượng nhiên liệu khác nhau phù hợp với những chế độ tải khác nhau của động cơ Một hệ thống cảm biến ghi lại thông tin về trạng thái hoạt động của ô tô và tình trạng hiện tại của động cơ và chuyển thông tin này thành tín hiệu điện ECU xử lý và phân tích thông tin nhận được và sẽ tính toán lượng nhiên liệu chính xác sẽ được bơm vào Lưu lượng phun nhiên liệu được xác định bởi thời lượng mở van của béc phun nhiên liệu.

• D - Jectronic: Lượng nhiên liệu phun vào được xác định bởi áp suất phía sau cánh bướm ga bởi cảm biến MAP.

Tùy thuộc vào vị trí lắp đặt của các kim phun, hệ thống phun nhiên liệu sẽ được phân chia thành hai loại:

Giới thiệu chung về hệ thống đánh lửa

2.1 Tổng quan về hệ thống đánh lửa

2.1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống đánh lửa điện tử a Công dụng:

Hệ thống đánh lửa của động cơ giúp biến đổi dòng điện một chiều điện áp thấp (12 V hoặc 24 V) thành xung điện áp cao (15 kV đến 35 kV) Các xung điện áp cao này được gửi đến bugi của xi lanh vào đúng thời điểm để tạo ra tia lửa điện cao áp đốt cháy hòa khí trong xi lanh. b Yêu cầu

Hệ thống đánh lửa hoạt động tốt thì cần đáp ứng các yêu cầu sau:

- Hệ thống đánh lửa phải tạo ra sức điện động thứ cấp đủ mạnh để phóng điện qua khe hở điện cực bugi ở mọi chế độ hoạt động

- Tia lửa điện ở bugi phải có đủ năng lượng và thời lượng để đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp.

- Góc đánh lửa sớm phải chính xác ở tất cả các chế độ vận hành của động cơ.

- Những linh kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt ở nhiệt độ cao và rung động mạnh

- Độ mòn điện cực của bugi phải nằm trong phạm vi cho phép. c Phân loại

Hiện nay, hệ thống đánh lửa bán dẫn được sử dụng trên hầu hết các ô tô vì loại này có ưu điểm là tạo ra tia lửa mạnh ở điện cực bugi, đáp ứng được nhu cầu hoạt động của động cơ, độ bền cao Trong quá trình phát triển, hệ thống đánh lửa điện tử được sản xuất và cải tiến thành nhiều kiểu khác nhau, nhưng có thể chia thành hai loại chính như sau:

- Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp : Ở hệ thống này, các linh kiện điện tử được kết hợp thành một cụm mạch gọi là igniter. Cụm mạch này có chức năng đóng mở mạch sơ cấp nhờ đưa vào các tín hiệu đánh lửa (tín hiệu điện áp) Hệ thống đánh lửa bán dẫn này cũng được chia thành hai loại:

+ Có vít điều khiển : Hệ thống đánh lửa bán dẫn có vít điều khiển có cấu tạo giống như hệ thống đánh lửa thường, nhưng chỉ điều khiển đóng mở.

+ Hệ thống đánh lửa không có vít điều khiển: Công suất được điều khiển bằng cảm biến đánh lửa.

- Hệ thống đánh lửa bằng kỹ thuật số :

Hệ thống đánh lửa kỹ thuật số còn có tên khác là hệ thống đánh lửa chương trình Dựa trên các tín hiệu như: tốc độ động cơ, vị trí trục khuỷu, vị trí bướm ga, nhiệt độ động cơ… sẽ giúp cho bộ vi xử lý (ECU- electronic control unit) tính toán và điều chỉnh thời điểm đánh lửa.

- Mô tả chung hệ thống đánh lửa điện tử :

Các tiếp điểm trong hệ thống đánh lửa cơ bản cần phải được bảo dưỡng thường xuyên vì chúng bị oxy hóa trong quá trình sử dụng do các tia lửa

Hệ thống đánh lửa điện tử được cải tiến để loại bỏ nhu cầu bảo trì định kỳ, nhằm giúp giảm chi phí bảo trì cho người sử dụng Trong hệ thống đánh lửa điện tử, máy phát tín hiệu nằm trong bộ chia điện để thay thế cam và tiếp điểm, tạo ra điện áp, mở đánh lửa nhằm ngắt dòng điện sơ cấp bên trong cuộn dây đánh lửa Vì nó được sử dụng để đóng mạch điện sơ cấp và không tiếp xúc kim loại cho nên nó không bị mòn và không bị sụt áp. Để ECU xác định chính xác thời điểm đánh lửa của từng xi lanh động cơ theo thứ tự nổ, ECU cần có các tín hiệu cần thiết, chẳng hạn như: Số vòng quay của động cơ, vị trí cốt máy, lượng khí nạp, nhiệt độ động cơ Tín hiệu nhận được càng nhiều thì xác định góc đánh lửa sớm tối ưu càng chính xác.

1 - Tín hiệu số vòng quay động cơ (NE).

2 - Tín hiệu vị trí cốt máy (G).

4 - Tín hiệu cảm biến vị trí cánh bướm ga.

5 - Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát.

Ngoài ra còn có các tín hiệu từ các cảm biến như: cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến tốc độ xe, cảm biến ôxy Sau khi nhận được tín hiệu từ các cảm biến ECU sẽ xử lý thông tin và đưa ra một xung điều khiển đến Igniter để điều chỉnh việc đánh lửa Trong số các loại tín hiệu đầu vào trên, tín hiệu quan trọng nhất là tín hiệu số vòng quay - vị trí cốt máy và tín hiệu tải.

Giới thiệu chung về hệ thống phun xăng điện tử EFI trên KIA MORNING 2015

Sơ lược về hệ thống phun xăng điện tử

Hệ thống gồm có 3 thành phần chính: Các loại cảm biến và tín hiệu đầu vào, Bộ điều khiển điện tử

ECU, và thành phần cơ cấu chấp hành.

Hình2.1 Cấu trúc của hệ thống điều khiển Động cơ

+) Cảm biến và tín hiệu đầu vào.

Cảm biến và các tín hiệu đầu vào có nhiệm vụ tìm ra các trạng thái làm việc của động cơ và các giá trị thay đổi yêu cầu trong quá trình làm việc Quá trình chuyển đổi ở đây là từ các đại lượng vật lý chuyển thành các tín hiệu điện.

ECU xử lý các thông tin từ cảm biến, bằng việc so sánh với bộ dữ liệu tối ưu được nạp sẵn vào bộ vi xử lý, sau đó ECU sẽ tính toán và đưa ra tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành ECU điều khiển các cơ cấu chấp hành bằng các tín hiệu điện ECU cũng được kết nối với các hệ thống điều khiển khác và hệ thống chuẩn đoán trên xe

Cơ cấu chấp hành chuyển các tín hiệu điện từ ECU thành các chuyển động cơ khí hoặc các chuyển động điện

So sánh hệ thống phun xăng với hệ thống dùng chế hòa khí

Khi làm việc bình thường ở chế độ ổn định thì hệ thống phun xăng không có gì khác so với bộ chế hòa khí Khi có sự thay đổi, ở các chế độ khác nhau ta thấy rõ được sự khác nhau của hệ thống phun xăng so với dùng chế hòa khí.

2.1 Ở chế độ không tải chuẩn

+ Đối với bộ chế hòa khí:

Bướm ga hầu như đóng kín, xăng không được hút ra từ họng chính vì độ chân không của họng nhỏ, mà xăng được hút qua đường không tải thông với không gian sau bướm ga Lúc ấy trong xylanh có hệ số khí sót rất lớn, muốn cho động cơ chạy ổn định cần có hòa khí đậm (=0,6) Do hòa khí rất đậm sẽ gây ra suất tiêu hao nhiên liệu rất lớn và lượng độc hại của thành phần khí xả bao gồm CO và HC rất lớn.

+ Đối với hệ thống phun xăng điện tử: Để tạo một thành phần hòa khí hoàn hảo nhất thì thông thường nó được thực hiện bằng hai van khí chỉ điều chỉnh riêng thành phần không khí Còn lượng xăng đưa vào bao nhiêu được quyết định bởi tốc độ động cơ Hệ thống này ưu việt hơn hẳn bộ chế hòa khí do trong chế hòa khí xăng được đưa vào chế độ không tải là nhờ độ chân không sau bướm ga hoàn toàn không điều khiển được lượng xăng còn hệ thống phun xăng điện tử lượng xăng đưa vào được tính toán một cách chính xác Có thể nói trong hệ thống phun xăng điện tử số vòng quay không tải thấp nhất, hỗn hợp cháy không tải nhạt nhất mà vẫn đảm bảo sự làm việc của động cơ.

+ Đối với bộ chế hòa khí:

Khi đột ngột tăng tốc hỗn hợp trở nên nghèo, một lượng nhiên liệu sẽ được bù thêm vào trong suốt quá trình tăng tốc Hơn nữa trong một thời gian ngắn khi tăng tốc động cơ chấp nhận sử dụng hỗn hợp có =0,9 để đạt được mômen cực đại Tín hiệu nhận biết tăng tốc là sự thay đổi đột ngột vị trí bướm ga thông qua hệ thống cơ khí làm cho bơm tăng tốc ngay lập tức phun một lượng xăng vào trước họng đảm bảo hỗn hợp không quá nhạt

+ Đối với hệ thống phun xăng điện tử:

Cũng tương tự bộ chế hòa khí cần thêm nhiên liệu để hỗn hợp không bị nhạt Để đảm bảo lượng xăng chính xác tạo cho quá trình chuyển tiếp được tốt và đạt sức kéo lớn trong khi tăng tốc thì tín hiệu được xác định lượng phun cần thiết dựa trên nhiệt động cơ và sự thay đổi đột ngột vị trí bướm ga.

Tín hiệu để nhận biết tăng tốc chính là tín hiệu của cảm biến bướm ga Đối với bướm ga kiểu chiết áp tín hiệu để nhận biết xe tăng tốc chính là sự thay đổi đột ngột điện áp ở chân giữa của chiết áp Nếu bình thường thì ECU phải biết được sự thay đổi lượng khí nạpvào hoặc sự thay đổi của độ chân không đường nạp, sau đó tính toán lượng xăng cần thiết, như thế sẽ quá lâu Để tăng tốc thì khi ECU nhận được tín hiệu thay đổi đột ngột của bướm ga, thì ngay lập tức nó dựa vào nhiệt độ động cơ để phun chứ không cần biết lưu lượng khí hoặc độ chân không đường nạp là bao nhiêu Vòi phun sẽ phun đúp vài lần (tùy theo từng hãng) chờ sẵn ở đường nạp mỗi xilanh.

2.3 Chế độ khởi động động cơ

+ Đối với bộ chế hòa khí:

Khi khởi động, số vòng quay động cơ nhỏ nên độ chân không ở họng rất nhỏ, nhiên liệu bị hút vào ít, không tơi và khó bay hơi do nhiệt độ thấp Do đó để dễ dàng cho việc khởi động cần có thêm một lượng nhiên liệu để hỗn hợp có thể đậm hơn Để giải quyết vấn đề này bộ chế thường dùng bướm gió, do khi khởi động bướm gió đóng kín nên độ chân không sau bướm gió lớn nên cả hệ thống chính và hệ thống không tải đều hoạt động làm cho hỗn hợp đậm theo yêu cầu Khi động cơ đã nổ, để tránh hiện tượng hỗn hợp quá đậm do chưa mở bướm gió thì trên bướm gió lắp một van khí nhằm bù thêm không khí khi động cơ đã nổ mà chưa mở bướm gió.

+ Đối với động cơ phun xăng:

Khi động cơ vừa khởi động do tốc độ động cơ dao động rất lớn vì thế phép đo lượng không khí vào không chính xác Lúc này lượng xăng phun dựa vào tín hiệu khởi động và nhiệt độ động cơ Trong suốt quá trình khởi động không chỉ có một lượng xăng lớn được vòi phun phun vào mà một lượng nhiên liệu nữa cũng được phun bởi vòi phun khởi động lạnh đặt ở giữa đường chia khí phía sau bướm ga Một công tắc nhiệt lắp trên đường nước làm mát động cơ sẽ xác định thời gian vòi phun khởi động lạnh làm việc, công tắc này đặc biệt là ngoài việc nhận nhiệt từ nước làm mát nó còn được đốt nóng bởi một dòng điện trong quá trình động cơ khởi động Mục đích của việc đốt nóng công tắc nhiệt là khi trời quá lạnh công tắc nhiệt sẽ tự cắt sau 78 giây nhằm tránh hiện tượng sặc xăng Lượng nhiên liệu phun thêm vào là cần thiết do trong quá trình khởi động số vòng quay rất thấp nên sự xoáy lốc tạo hỗn hợp rất kém làm cho hỗn hợp rất nghèo ngoài ra do nhiệt độ đường ống nạp thấp nên nhiên liệu bay hơi hòa trộn rất ít mà đa phần bị ngưng đọng trên đường ống nạp Để giải quyết vấn đề này và tạo cho động cơ lạnh dễ dàng thì vòi phun khởi động lạnh phun thêm nhiên liệu trong một thời gian ngắn khi động cơ khởi động

+ Thay đổi đặc tính phun khi khởi động được rất nhiều hãng áp dụng đối với loại xe không trang bị vòi phun khởi động riêng Lượng xăng phun thêm sẽ do các vòi phun chính đảm nhiệm Thay vì chỉ phun 1 hoặc 2 lần ECU sẽ điều khiển xăng phun nhiều lần trong một chu trình động cơ nhằm tạo mục đích tạo ra hỗn hợp đậm Lượng xăng phun thêm sẽ giảm dần khi tốc độ động cơ vượt qua một ngưỡng nhất định tùy theo nhiệt độ và số vòng quay.

+ Khi động cơ phun xăng khởi động không chỉ có một lượng xăng được phun thêm mà thời điểm đánh lửa cũng được quá trình khởi động và quá trình sưởi ấm máy mỗi lần khởi động Tín hiệu để tạo sự hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa là tốc độ động cơ, nhiệt độ động cơ và nhiệt độ khí nạp Nếu nhiệt độ động cơ lạnh và tốc độ động cơ thấp thì góc đánh lửa tốt nhất là ở gần điểm chết trên Nếu góc đánh lửa quá lớn thì có thể gây nguy hiểm do sự trở ngược của mô men quay gây hư hỏng môtơ khởi động Nếu tốc độ động cơ ban đầu lớn và thêm nữa góc đánh lửa cũng được hiệu chỉnh tốt thì động cơ sẽ dễ dàng khởi động và nhiệt độ động cơ tăng lên nhanh chóng Nếu động cơ nóng, sự trả ngược của mômen quay thậm trí xảy ra với góc đánh lửa nhỏ, nguyên nhân là do hỗn hợp của nhiên liệu và không khí hòa trộn rất tốt nên khả năng cháy và tốc độ cháy lớn. Để giải quyết vấn đề này góc đánh lửa được giảm bớt tương xứng khi nhiệt độ động cơ tăng lên Và góc đánh lửa cũng vì thế mà giảm đi nhiệt độ không khí đương nạp cao hơn nhiệt độ cuối nén của động cơ nhằm tránh kích nổ có thể xảy ra.

+ Sau khi khởi động, ở mức nhiệt độ thấp, vẫn cần thiết phun thêm một lượng nhiên liệu nữa để bù cho hỗn hợp nghèo do đa phần nhiên liệu đều bám trên thành vách xi lanh Lượng nhiên liệu tăng thêm cũng làm tăng thêm mômen vì thế cải thiện được chế độ không tải sang chế độ có tải Quá trình chạy sau khi khởi động cũng được điều chỉnh sao cho động cơ hoạt động mà không gặp phải vấn đề gì trong bất kỳ mức nhiệt độ nào, và đạt được sự tiêu thụ nhiên liệu là thấp nhất Lượng nhiên liệu được sử dụng thời kỳ sau khởi động được điều chỉnh dựa vào nhiệt độ và thời gian Giá trị nhiệt độ ban đầu được điều chỉnh gần như tuyến tính với thời gian.

2.4 Quá trình sấy nóng động cơ (Quá trình không tải nhanh)

+ Đối với động cơ dùng chế hòa khí cổ điển thường không được thiết kế hệ thống sấy do đó những động cơ sử dụng chế hòa khí thường bị tổn thất rất lớn làm tụt công suất thời kỳ khởi động lạnh.

+ Đối với động cơ phun xăng quá trình sấy nóng động cơ bắt đầu sau khi khởi động. Trong suốt quá trình sấy nóng động cơ phải cần thêm một lượng nhiên liệu nữa để bù vào phần nhiên liệu đọng trên thành vách xi lanh khi xi lanh còn nguội Nếu xăng này không được thêm vào thì tốc độ động cơ sẽ bị giảm xuống sau khi vòi phun khởi động lạnh làm kéo dài thời gian chạy ấm làm tăng tổn thất nhiệt và làm giảm công suất động cơ thời kỳ khởi động.

+ Vào thời kỳ này do động cơ lạnh nên sự tính toán chính xác lượng nhiên liệu là rất khó Tại vì một lượng rất lớn nhiên liệu bị ngưng tụ lại nơi cuối đường ống thành những giọt nhiên liệu Chỗ nhiên liệu này rất khó bay hơi khi động cơ còn lạnh Do đó khi nhiệt độ thấp một lượng nhiên liệu nữa phải được thêm vào hỗn hợp sao cho sự bốc cháy trong xi lanh hoàn hảo nhất tại mọi nhiệt độ.

+ Thời điểm đánh lửa cũng phụ thuộc vào nhiệt độ động cơ do đó trong chương trình này góc đánh lửa cũng phải thay đổi Hiệu ứng nhiệt độ được chương trính hóa riêng biệt cho mỗi kỳ khởi động, không tải, xuống dốc, nửa tải và toàn tải.

Các cảm biến trên hệ thống phun xăng điện tử 25 1 Sơ đồ bố trí hệ thống phun xăng điện tử

3.1 Sơ đồ bố trí chung hệ thống phun xăng điện tử.

Một bơm nhiên liệu điện cung cấp đủ nhiên liệu dưới áp suất không đổi đến các vòi phun Các vòi phun sẽ phun 1 lượng nhiên liệu định trước vào đường ống nạp theo các tín hiệu từ ECU động cơ ECU nhận các tín hiệu từ nhiều cảm biến thông báo về sự thay đổi các chế độ hoạt động của động cơ như:

- Áp suất đường ống nạp (PIM) hay lượng khí nạp (VS, KS và VG).

- Tốc độ động cơ (NE)

- Tăng tốc/ Giảm tốc (VTA)

- Nhiệt độ nước làm mát (THW)

- Nhiệt độ khí nạp (THA)

ECU sử dụng các tín hiệu này để xác định khoảng thời gian phun cần thiết nhằm đạt được hoà khí với tỉ lệ tối ưu phù hợp từng điều kiện hoạt động của động cơ.

3.2 Công dụng, cấu tạo, làm việc của các cảm biến trong hệ thống phun xăng điện tử

3.2.1 Cảm biến vị trí trục cam (G) a Công dụng:

Cảm biến vị trí trục cam được sử dụng để nhận biết vị trí tử điểm thượng hoặc trước tử điểm thượng của piston, rồi gửi tín hiệu điện tới ECU Tín hiệu của cảm biến này là để ECU xác định thời điểm đánh lửa và thời điểm phun b Cấu tạo:

Hình2.2: Sơ đồ cấu tạo cảm biến trục cam 1-Cuộn dây; 2- Thân cảm biến; 3- Lớp cách điện; 4- Giắc cắm Để tạo được tín hiệu (G) thì ngoài cảm biến ra còn có mọt đĩa tạo tín hiệu bằng sắt hình tròn có từ 1 đến 3 răng trên đĩa tạo tín hiệu, đĩa này được gắn trên trục cam c Làm việc:

Chuyển động quay của đĩa tạo ra tín hiệu G trên trục cam, làm thay đổi khe hở không khí giữa các vấu lồi của đĩa và cuộn nhận tín hiệu G Sự thay đổi khe hở không khí tạo ra lực điện từ trong cuộn dây nhận tín hiệu tạo ra tín hiệu G. d Mạch điện:

Hình 2.3 : Sơ đồ mạch điện của cảm biến trục cam e Vị trí lắp trên ô tô:

Cảm biến vị trí trục cam

3.2.2 Cảm biến tốc độ động cơ (NE) a Công dụng:

Cảm biến tốc độ động cơ được sử dụng để nhận biết tốc độ động cơ, gửi tín hiệu điện tới ECU Tín hiệu tốc độ động cơ dùng để tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tối ưu và lượng nhiên liệu sẽ phun cho từng xilanh 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 b Cấu tạo:

Hình 2.5: Cấu tạo cảm biến tốc độ động cơ

1- Cuộn dây; 2- Thân cảm biến; 3-Lớp cách điện; 4-Giắc cắm

Gồm một cảm biến và một đĩa tạo tín hiệu hình tròn có 12 răng hoặc 24 răng hoặc 36 răng c Làm việc:

Chuyển động quay của đĩa tạo ra tín hiệu NE trên trục khuỷu, làm thay đổi khe hở không khí giữa các vấu lồi của đĩa và cuộn nhận tín hiệu NE Sự thay đổi khe hở không khí tạo ra lực điện từ trong cuộn dây nhận tín hiệu tạo ra tín hiệu NE.

Tín hiệu NE tạo ra trong cuộn dây nhận tín hiệu bởi đĩa tạo tín hiệu giống như tín hiệu

G nhưng đĩa tạo tín hiệu NE có 12 răng (đĩa tạo tín hiệu G có 1 răng) và như vậy 12 tín hiệu NE tạo ra trong mỗi vòng quay. d Mạch điện:

Hình 2.6: Sơ đồ mạch điện của cảm biến tốc độ động cơ. e Vị trí lắp cảm biến

Cảm biến vị trí trục khuỷu

Hình 2.7: Cảm biến tốc độ động cơ lắp trên động cơ 2AZ của hãng TOYOTA.

3.2.3 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát. a Công dụng:

Nhận biết nhiệt độ nước làm mát và gửi tín hiệu điện về ECU b Cấu tạo:

Hình 2.8: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát.

1-Điện trở; 2-Thân cảm biến; 3-Chất cách điện; 4-Giắc cắm

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát là một trụ rỗng có ren ngoài, bên trong có gắn một điện trở dạng bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm 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 nắp máy. c Nguyên lý hoạt động: Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ Nó được làm từ vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm (khi nhiệt độ tăng thì điện trở giảm) 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. Điện áp 5V qua điện trở chuẩn (điện trở này có giá trị không đổi theo nhiệt độ) tới cảm biến về ECU rồi về mass Như vậy điện trở chuẩn và nhiệt điện trở trong cảm biến tạo thành một cầu phân áp Điện áp điểm giữa cầu được đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự-số ( bộ chuyển đổi A/D) Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộ biến đổi A/D lớn Tín hiệu điện áp được chuyển thành một dãy xung vuông và được giải mã nhờ bộ vi xử lý để thông báo cho ECU biết động cơ đang lạnh Khi động cơ nóng giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp giảm, ECU biết là động cơ nóng. d Mạch điện:

Hình 2.9: Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát e Vị trí lắp cảm biến:

Hình 2.10: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát, động cơ TOYOTA CAMRY- 2AZ

Cảm biến Nhiệt độ nước làm mát

3.2.4 Bộ cảm biến chân không tuyệt đối trong ống góp hút MAP (cảm biến áp suất) a Công dụng:

Dùng để đo khối lượng không khí nạp vào xy lanh động cơ thông qua sự thay đổi áp suất trên đường ống nạp. b Cấu tạo: Đây là loại cảm biến quan trọng sử dụng trong hệ thống phun xăng điện tử loại D-EFI, nó được bố trí trên ống góp hút, thông với độ chân không bên trong ống góp hút ở vùng phía sau bướm ga Cảm biến sẽ theo giõi, ghi nhận sự thay đổi liên tục của độ chân không trong đường ống nạp, biến đổi thành tín hiệu điện áp cung cấp cho ECU

Cấu tạo gồm một chip Silicon gắn liền với buồng chân không được duy trì độ chân không chuẩn, tất cả được đặt trong bộ cảm biến Một phía của chíp tiếp xúc với áp suất đường ống nạp, phía kia tiếp xúc với độ chân không trong buồng chân không. c Làm viêc:

Do một mặt của chíp Silicon tiếp xúc với áp suất đường ống nạp, nên mọi sự thay đổi áp suất trên đường ống nạp làm hình dạng của chíp silicon thay đổi, và giá trị điện trở cũng dao động theo mức độ biến dạng Sự dao động của giá trị điện trở này được

Hình 2.11: Cấu tạo bộ cảm biến chân không tuyệt đối trong ống góp hút MAP chuyển hoá thành tín hiệu điện áp nhờ IC lắp bên trong cảm biến và sau đó được gửi đến ECU động cơ ở cực PIM Tín hiệu PIM được dùng làm tín hiệu đo áp suất đường ống nạp Cực Vc của ECU động cơ cấp nguồn không đổi 5V đến IC Khi nhận được tín hiệu điện áp ở chân PIM ECU sẽ so sánh với điện áp không đổi 5V ở chân Vc để tính toán lượng không khí nạp trên cơ sở đó tính toán thời gian phun và góc đánh lửa sớm. d Mạch điện và đường đặc tính:

3.2.5 Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu cánh a Công dụng:

Dùng để đo lưu lượng khí nạp vào trong xy lanh động cơ b Cấu tạo :

Hình 2.13: Cấu tạo bộ cảm biến lưu lượng khí nạp lại cánh Đ iệ n á p r a ( P IM )

Cảm biến áp suất đường ống nạp Đến đường ống nạp kPa (tuyệt đối) mmHg-inHg (chân không)

Hình 2.12: a Mạch điện; b.Đường đặc tính a Áp suất đường ống nạp b

Gồm một biến trở được lắp đồng trục với tấm đo, bên trong có buồng giảm chấn và tấm giảm Trên đường khí tắt có vít chỉnh không tải. c Làm việc :

Khi không khí đi từ lọc gió qua cảm biến lưu lượng khí nạp, nó sẽ đẩy mở tấm đo cho đến khi lực tác dụng cân bằng với lò xo Biến trở được lắp đồng trục với tấm đo, sẽ chuyển hoá lượng khí nạp thành tín hiệu điện áp(VS) đưa đến ECU Buồng giảm chấn và tấm giảm chấn có tác dụng ngăn không cho tấm đo rung động khi lượng khí nạp thay đổi đột ngột

Cảm biến lưu lượng loại cánh có hai kiểu tín hiệu điện áp: loại VS giảm khi lượng khí nạp lớn, loại VS tăng khi lượng khí nạp tăng. d Mạch điện:

Mục đích, yêu cầu đối với mô hình

- Phục vụ cho việc dạy và học cấu tạo và hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử và đánh lửa điện tử xe Kia Morning 2015

2.1 Vì mô hình là một thiết bị được sử dụng trong học tập, các yêu cầu chính như sau:

3.1 - Phải thể hiện rõ ràng, dễ hiểu nguyên lý mà nó trình bày.

4.1 - Dễ dàng sử dụng và điều khiển.

5.1 - Kích thước và khối lượng không lớn lắm.

6.1 - Có độ bền vững cao hoạt động tin cậy và ổn định.

8.1 - Mang tính tổng quát và phổ biến.

9.1 - Ít khác biệt so với lý thuyết

10.1 - Có thể học tập và giảng dạy chẩn đoán

11.1 - Giá thành hợp lí.

Quá trình chuẩn bị

2.1 Các thiết bị sử dụng trong quá trình dựng mô hình

2.1.1 Máy cắt ( mài) cầm tay MAKITA a Công dụng: Dùng để cắt và mài sắt khi làm khung mô hình b Cấu tạo: c Thông số kỹ thuật:

2.2.2 Máy khoan cầm tay Makita. a Công Dụng: Dùng để khoan gỗ, khoan sắt. b Cấu Tạo c Thông số kỹ thuật:

2.2.3 Máy hàn điện Jasic arc 200 a Công dụng: Dùng để hàn sắt, hàn giáp nối khi chế tạo khung mô hình. b Cấu tạo: c Thông số kỹ thuật:

Chi tiết/Model Đ/vị Maxx200 Điện áp vào V AC 85V-265V (50-60Hz)

Công suất KVA 4.98KVA Điện áp không tải V 71

Phạm vi điều chỉnh dòng hàn A 10 – 200 Điện áp hàn V 26.2

Hệ số công suất Cosφ 0.997 Đường kính que hàn Mm 1.6 – 4.0

2.2.4 Dụng cụ phục vụ quá trình làm mô hình

2.2 Các bộ phận trong mô hình phun xăng đánh lửa tự động

- Chuẩn bị các bộ phận cần thiết của hệ thống điều khiển phun xăng : Công tắc máy , relay, kim phun , đánh lửa, ECU, các cảm biến , bộ chia điện , đèn led ( giả tín hiệu ) , nguồn, cầu chì, arduino

Cầu Chì RơLe Đánh Lửa Dàn Kim Phun

Trình tự các bước xây dựng mô hình

Căn cứ vào thực trạng các mô hình và căn cứ vào mục đích và yêu cầu của mô hình để xây dựng ý tưởng

3.2 Lựa chọn phương án thiết kế cho mô hình

Mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử được chế tạo nhằm mục đích giúp có thể quan sát được đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng điện tử và đánh lửa điện tử

Hiện nay, mô hình thiết kế gồm các dạng sau:

- Thứ nhất là: mô phỏng giống như trên xe Dạng này có ưu điểm là dễ quan sát vị trí bố trí lắp ghép trên xe, nhưng lại có nhược điểm khó quan sát, hình dung được tổng thể, khó quan sát được cấu tạo và làm việc của các cảm biến

- Thứ hai là: Trải trên một tấm bảng nhưng nó không hoạt động Hình dạng này thường được sử dụng để thể hiện cấu trúc của một hệ thống quá phức tạp, vì hệ thống được chia hoặc cắt thành ẳ hoặc ẵ để thể hiện đầy đủ cỏc thành phần bờn trong Loại mụ hỡnh này giúp hiểu rõ hơn một chút về hoạt động và cấu trúc của từng cơ cấu trong hệ thống.Tuy nhiên, dạng này không thể hiện cụ thể nguyên lý hoạt động của hệ thống, khó quan sát vị trí lắp đặt trên xe, không thực hiện được các bài tập kiểm tra cảm biến.

- Thứ ba là: Dàn trải trên một bảng và hoạt động được là dạng mô hình có kết cấu của chi tiết giống thật và hoạt động được nhờ các nguồn dẫn động hay các tác động khác.

Mô hình này rất thuận tiện vì thông qua nó dễ dàng quan sát hình dung được tổng quan sơ đồ đấu ghép, nắm bắt được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống

Qua các phân tích trên, ta chọn phương án thứ ba: thiết kế mô hình hệ thống phun xăng điện tử đa điểm và hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp dàn trải trên một bảng và làm việc được

3.3 Thiết kế khung mô hình a Yêu cầu khung mô hình

Khung mô hình là nơi sẽ lắp đặt các thiết bị hệ thống: Cầu chì, khóa điện, nguồn, Arduino, giàn đánh lửa, ECU, giàn kim phun nên khung mô hình phải đáp ứng các yêu cầu sau:

- Kết cấu vững chắc, trọng lượng nhẹ.

- Kích thước của khung phải đảm bảo bố trí đầy đủ các thiết bị trên bảng.

- Chiều cao đủ để dễ dàng quan sát và vận hành.

- Giá cả hợp lý b Lựa chọn vật liệu chế tạo khung mô hình

Việc lựa chọn vật liệu làm khung của mô hình là ván ép vuông sao cho mô hình nhỏ gọn nhưng vẫn đảm bảo độ vững chắc cho mô hình.Kích thước các thanh gỗ chủ yếu sử dụng: (80x5x1) cm (65x5x1) cm. c Chế tạo khung mô hình

Khung hình hộp chữ nhật được chế tạo bằng phương pháp bắn đinh và cố định bằng ốc vít để lắp đặt các thiết bị

Phía sau hộp lắp đặt cửa và khóa cửa nhằm mục đích giấu dây tăng tính thẩm mỹ cho mô hình d Bố trí chung trên mô hình Để thiết kế mô hình chúng ta có nhiều kiểu dáng khác nhau theo nhiều nguyên tắc khác nhau Nhưng để mô hình thực sự là một công cụ giúp người khác dễ dàng tiếp nhận và hiểu được hoạt động, chúng ta cần tổ chức các chi tiết sao cho sát với lý thuyết nhất có thể nhưng không quá xa thực tế Ta quyết định sắp xếp các chi tiết theo nhóm chi tiết. Các chi tiết có cùng nhiệm vụ hoặc cùng thực hiện một nhiệm vụ cụ thể được đặt gần nhau Đồng thời, để đảm bảo không xảy ra cháy, ta đặt thiết bị đánh lửa càng xa vòi phun càng tốt với các biện pháp bảo vệ thích hợp.

3.4 Xác định chân của các bộ phận trong hệ thống điều khiển phun xăng đánh lửa a Xác định chân của công tắc máy

- Trên công tắc máy có 2 chân ghi là : B , IG

+ Chân B : nối vào nguồn dương acquy

+ Chân IG : nối với relay chính b Xác định chân của relay

- Trong mô hình ta sử dụng relay (4 chân ) Quá trình xác định chân tương tự nhau chủ yêu ta phân biệt được 2 chân tín hiệu đi qua cuộn dây , còn những chân còn lại sẽ nối với nguồn và tải

- Dùng đồng hồ VOM đo thông mạch bất kỳ vào 2 chân trong 4 chân của relay Chỉnh đông hồ VOM về thang đo OHM đặt 2 đầu chân đồng hồ vào 2 chân bất kỳ , cặp chân nào kim đồng hồ lên thì đó là cặp chân tín hiệu đi qua cuộn dây 2 chân còn lại 1 chân nối nguồn và 1 chân nối tải.

3.5 Kiểm tra hoạt động của các bộ phận trong hệ thống phun xăng đánh lửa a) Kiểm tra hoạt động của relay

- Có nhiều cách để kiểm tra hoạt động của relay :

- Ở đây ta kiểm tra đơn giản như sau : Cấp nguồn và nối mass vào 2 chân tín hiệu ( đi qua cuộn dây ) Nếu nghe tiếng tạch tạch của tiếp điểm đóng mở thì relay còn tốt b) Kiểm tra hoạt động của kim phun

* Kiểm tra âm thanh hoạt động phát ra từ mỗi kim phun

B1: Cấp nguồn và nối mass cho 2 chân của kim phun

B2: Bật mở công tắc và lắng nghe âm thanh trong mỗi kim

B3: Nếu nghe tiếng nhấc của ty kim thì kim còn hoạt động c) Kiểm tra hoạt động của ECU

B1: Nối dương cấp nguồn cho các chân Bat , B1và B+ của ECU Nối mass cho chân E1 và E2 của ECU Dúng đồng hồ VOM ở thang đo điện áp Đo điện áp ở 2 đầu chân VC nếu gấn 5V thì còn tốt

B2: Lắp mạch bóng đén , kiểm tra tín hiệu IGT và lấy tín hiệu của cảm biến tốc độ động cơ và cảm biến vị trí trục khuỷu

+ Do cảm biến ( G,Ne) được đặt trong bộ chia điện nên ta sử dụng bộ chia điện của hệ thống đánh lửa

+ Lắp mạch bóng đén Ta nối chấn (+) của bóng đèn vào chân T của T của ECU nối chân âm của bóng đén vào mass

+ Quay trục của bộ chia điện nếu đèn sáng thì ECU còn tốt

3.6 Lắp đặt mạch hệ thống phun xăng đánh lửa và giả lập mạch Arduino a Lắp mạch nối dây hệ thống

- Ta lắp mạch giống như sơ đồ nguyên lý hoạt động của kim phun và đánh lửa

- Trong quá trình lắp mạch cần đảm bảo các yếu tố sau

+ Đảm bảo tối ưu đường dây điện ( ngắn , gọn ) nhất nhưng vẫn đảm bảo an toàn cho hệ thống hoạt động đường

+ Tránh các hư hỏng thường gặp như : Hở mạch , chạm dương , chạm mass , ngắn mạch , điện trở tăng bất kỳ

+ Đảm bảo vị trí các bộ phận trọng sơ đồ mạch phù hợp và thuận tiện nhất

+ Đảm bảo tính thẩm mỹ của mô hình b Thiết kế giả lập mạch Arduino

Thay vì lắp đặt hệ thống trục bánh răng động cơ chúng ta sẽ vận dụng mạch giả lập Arduino để thiết kế mô hình Mạch arduino sẽ được giả lập như sau:

#include // sử dụng thư viện TimerOne của Arduino int xungvuong = 9; // Khai báo chân số 9 của Arduino làm chân tín hiệu xuất xung int i=0,a=0; // biến con int val ; // Khai báo chân A0 là chân đọc tín hiệu biến trở void setup() { pinMode(9, OUTPUT); // Cấu hình chân 9 là đầu ra

OUTPUT pinMode(val, INPUT); // Cấu hình chân A0 là đầu vào

Timer1.attachInterrupt(CKP); // Khởi tạo Timer chạy chương trình CKP

} void CKP() // chương trình xung CKP

{ if(a