Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống đánh lửa sớm điện tử trên ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN GIA TUẤN NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA SỚM ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN GIA TUẤN NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA SỚM ĐIỆN TỬ TRÊN Ơ TƠ Chun ngành : Kỹ thuật tô - Máy kéo Mã số : 60.52.35 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Cán hướng dẫn: PGS.TS ĐÀO MẠNH HÙNG HÀ NỘI – 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Những nội dung trình bày luận văn tơi thực với hướng dẫn khoa học thầy giáo PGS.TS Đào Mạnh Hùng, thầy giáo Bộ mơn Cơ khí ơtơ – Trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội giúp đỡ bạn bè, đồng nghiệp Toàn nội dung luận văn hoàn toàn phù hợp với nội dung đăng ký phê duyệt Hiệu trưởng Trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội Các số liệu, kết luận văn trung thực TÁC GIẢ LUẬN VĂN NGUYỄN GIA TUẤN LỜI CẢM ƠN Tôi xin bảy tỏ lòng cảm ơn chân thành tới PGS-TS Đào Mạnh Hùng tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi suất q trình học tập hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn thầy cô bạn đồng nghiệp nhiệt tình giúp đỡ tơi q trình hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 1.2 CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ Ô TÔ 1.2.1 Khái quát hệ thống điều khiển động ô tô 1.2.2 Hê thống phun xăng điện tử 1.2.3 Hệ thống điều khiển tốc độ chạy không tải 1.2.4 Hệ thống tuần hồn khí xả 11 1.2.5 Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử 14 1.2.6 Hệ thống tự chẩn đoán 16 1.2.7.Hệ thống đánh lửa sớm điện tử .18 1.3 CÁC CHỈ TIÊU KHÍ THẢI ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỘNG CƠ Ô TÔ 19 1.3.1 Tiêu chuẩn khí thải Mỹ cho xe xe tải nhẹ .19 1.3.2 Tiêu chuẩn khí thải Châu Âu 21 1.3 Tiêu chuẩn áp dụng Việt Nam 22 1.3 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 22 CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA SỚM ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ 24 2.1 KHÁI QUÁT HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA SỚM ĐIỆN TỬ 24 2.1.1 Tổng quan hệ thống đánh lửa 24 2.1.2 Công dụng, phân loại, yêu cầu .26 2.2 KẾT CẤU HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA SỚM ĐIỆN TỬ .28 2.2.1.Sơ đồ cấu tạo 28 2.2.2 Nguyên lý làm việc .30 2.2.2.1.Điều khiển thời điểm đánh lửa 32 2.2.2.2 Góc đánh lửa sớm .33 2.2.2.3 Điều khiển góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh 35 2.2.3 Hệ thống cảm biến sử dụng động .37 2.2.4 Bộ điều khiển trung tâm ECU 48 2.3 MƠ HÌNH TỐN HỌC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA SỚM ĐIỆN TỬ 51 2.3.1.Xây dựng mơ hình tốn học điều khiển hệ thống đánh lửa sớm điện tử.51 2.3.2 Điều khiển góc đánh lửa sớm điện tử 67 CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA SỚM ĐIỆN TỬ 76 3.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK .76 3.2 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA SỚM ĐIỆN TỬ 78 3.2.1 Mơ hình mơ hệ thống ESA .78 3.2.2 Mơ hình tính tốn lượng khí nạp vào đường ống nạp khối điều khiển 79 3.2.2.2 Mơ hình tính tốn lưu lượng khí nạp vào xylanh 80 3.2.2.3 Mơ hình tính tốn mơ men động 81 3.3 KẾT QUẢ KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ 84 3.3.1 Lựa chọn đối tượng khảo sát: .84 KẾT LUẬN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ khối chức Hình 1.2: Các hệ thống điều khiển động xăng Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử Hình 1.4: Sơ đồ cấu trúc khối chức hệ thống điều khiển lập trình cho động .7 Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển phun xăng với phản hồi ngược .8 Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống điều khiển tốc độ chạy không tải Hình 1.7: Sơ đồ đồ thị biểu diễn độ mở van ISC điều khiển khởi động .9 Hình 1.8: Sơ đồ đồ thị biểu diễn tốc độ chạy không tải điều khiển hệ thống hâm nóng 10 Hình 1.9: Sơ đồ hệ thống điều khiển phản hồi 11 Hình 1.10: Sơ đồ hệ thống tuần hồn khí xả EGR 12 Hình 1.11: Khi động nguội động chạy không tải 12 Hình 1.12: Khi bướm ga nằm nằm cửa EGR EGR”R” 13 Hình 1.13: Khi van tiết lưu mở hồn tồn 14 Hình 1.14: Sơ đồ mô hệ thống 14 Hình 1.15: Kết cấu cổ họng gió .15 Hình 1.16: Điều khiển góc mở bướm ga chế độ khác 16 Hình 1.18: Nguyên lý phát lỗi cảm biến nhiệt độ động 17 Hình 1.10: Mơ hình hệ thống đánh lửa sớm điện tử 18 Hình 2.1: Góc đánh lửa sớm 24 Hình 2.2: Giai đoạn cháy trễ hịa khí .25 Hình 2.3: Giai đoạn lan truyền lửa 26 Hình 2.4: Bản đồ góc đánh lửa sớm mơ hình hệ thống .28 Hình 2.5: Thời điểm phát tín hiệu IGT 31 Hình 2.6: Trình tự đánh lửa động .31 Hình 2.7: Sơ đồ điều khiển khởi động .32 Hình 2.8: Điều chỉnh đánh lửa sau khởi động 33 Hình 2.9: Xác định góc dánh lửa sớm 34 Hình 2.10: Hiệu chỉnh hâm nóng .35 Hình 2.11: Hệu chỉnh nhiệt .35 Hình 2.12: Hiệu chỉnh tốc độ chạy khơng tải 36 Hình 2.13: Hiệu chỉnh theo tiếng gõ động 37 Hình 2.14: Bộ chia điện 38 Hình 2.15: Cảm biến G xung tín hiệu .39 Hình 2.16: Cảm biến Ne xung tín hiệu 39 Hình 2.18: Mạch điện dạng sóng tín hiệu G Ne 40 Hình 2.19: Mạch điện dạng sóng tín hiệu G Ne 41 Hình2.20 : Mạch điện dạng sóng tín hiệu G Ne 41 Hình 2.21: Mạch điện dạng sóng tín hiệu G Ne 41 Hình 2.22: Mạch điện dạng sóng tín hiệu G Ne 41 Hình 2.23: Mạch điện dạng sóng tín hiệu G Ne 42 Hình 2.24 Cảm biến vị trí bướm ga .43 Hình 2.25: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 43 Hình 2.26: Mạch điện cảm biến nước làm mát 44 Hình 2.27: Đường đặc tính cảm biến nước làm mát .45 Hình 2.28: Cấu tạo cảm biến ôxy 45 Hình 2.29 Mạch điện cảm biến ôxy .46 Hình 2.30: Cấu tạo cảm biến kích nổ .47 Hình 2.31: Đồ thị biểu diễn tần số kích nổ 48 Hình 2.32 : Mạch điện cảm biến kích nổ .48 Hình 2.33: Sơ đồ khối hệ thống máy tính với microprocessor 50 Hình 2.39: Sự phụ thuộc hiệu điện đánh lửa vào tốc độ tải động 52 Hình 2.40:Bản đồ góc đánh lửa sớm theo tốc độ tải động ô tô đời 56 Hinh 2.41: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đánh lửa 58 Hình 2.42 : Sơ đồ tương đương mạch sơ cấp hệ thống đánh lửa 58 Hình 2.43 : Quá trình tăng trưởng dòng sơ cấp 60 Hình 2.44: Sơ đồ tương đương hệ thống đánh lửa 64 Hình 2.45: Quy luật biến đổi dòng điện sơ cấp i1 hiệu điện thứ cấp U 2m 65 Hình 2.46: Quy luật biến đổi hiệu điện U m cường độ dịng điện thứ cấp i transistor cơng suất ngắt 66 Hình 2.47: Góc đánh lửa sớm thực tế 69 Hình 2.48: Dạng xung IGT điều khiển đánh lửa 70 Hình 2.49: Sơ đồ hệ thống đánh lửa với cấu điều khiển góc đánh lửa sớm điện tử có sử dụng delco xe TOYOTA 70 Hình 2.50: Sơ đồ điều khiển kích nổ kiểu hồi tiếp 71 Hình 2.51: Phương pháp điều khiển kích nổ 71 Hình 2.52: Điều khiển góc đánh lửa sớm chế độ khởi động .72 Hình 2.53: Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ động 74 Hình 3.54: Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo ổn định động chế độ cầm chừng 75 Hình 3.1: Giao diện phần mềm Matlab – Simulink .76 Hình 3.2: Giao diện khởi động phần mềm Matlab 77 Hình 3.3: Chương trình Matlab mô điều khiển hệ thống ESA 79 Hình 3.4:Mơ hình tính tốn động học đường ống nạp 80 Hình 3.5: Mơ hình tính tốn lưu lượng khí nạp vào xylanh 81 Hình 3.6:Mơ hình tính tốn mơ men động 82 Hình3.7 : Mơ hình tính tốn tốc độ động 83 Hình 3.8: Mơ hình xác định hệ số lamđa .83 Hình 3.9: Bản đồ góc đánh lửa sơm điện tử động ô tô Honda Civic 2.0 84 Hình 3.9: Góc mở bướm ga(Độ) Hình 3.10: Góc đánh lửa sớm(deg) .85 Hình 3.11: Mơmen động cơ(Nm) Hình 3.12: Tốc độ động cơ(V/phút) .86 ... Nghiên cứu hệ thống đánh lửa sớm điện tử động ô tô Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu kết cấu hệ thống đánh lửa sớm điện tử động ô tô con; - Mô đánh giá hệ thống đánh lửa sớm điện tử động ô tô phần mềm... đề tài ? ?Nghiên cứu mô hệ thống đánh lửa sớm điện tử ô tô? ?? Mục tiêu nghiên cứu đề tài: - Nghiên cứu số số hệ thống điều khiển động - Nghiên cứu hệ thống đánh lửa sớm điện tử ô tô - Nghiên cứu xây... hệ thống đánh lửa sớm điện tử ô tô - Ứng dụng phần mềm Matlab/Simulink để mô hệ thống đánh lửa sớm điện tử ô tô đánh giá chất lượng động có sử dụng hệ thống Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu hệ