Điều khiển động cơ trên ô tô

Điều khiển động cơ trên ô tô Điều khiển động cơ trên ô tô Điều khiển động cơ trên ô tô Điều khiển động cơ trên ô tô Điều khiển động cơ trên ô tô Điều khiển động cơ trên ô tô Điều khiển động cơ trên ô tô Điều khiển động cơ trên ô tô Điều khiển động cơ trên ô tô Điều khiển động cơ trên ô tô Điều khiển động cơ trên ô tô Điều khiển động cơ trên ô tô

TỔNG QUAN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG VÀ ĐIỀU CHỈNH ĐỘNG CƠ Điều khiển động xăng: - Điều khiển đánh lửa - Điều khiển chế độ cung cấp nhiên liệu - Điều khiển gió (khí nạp) - Điều khiển chế độ không tải bù không tải Điều khiển động co diesel: - Điều khiển chế độ nhiên liệu thời điểm phun nhiên liệu - Điều khiển không tải bù khiing tải - Điều khiển tắt máy Các điều khiển chung: - Điều khiển hâm nóng máy - Điều khiển nạp thông minh (VVT-i, VVTL- i… ) - Điều khiển tăng áp - Điều khiển làm mát động - Điều khiển kiểm soát phát thải Chương ĐIỀU KHIỂN NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG Trong trình làm việc động địi hỏi thành phần hồ khí chế độ làm việc khác STT Các chế độ làm việc Tỉ lệ khơng khí nhiên liệu (A/FR) Khởi động nhiệt độ thấp (00C) 1:1 Khởi động nhiệt độ thường (200C) 5:1 Không tải 11:1 Chạy chậm 12-13:1 Tăng tốc Công suất cực đại 12-13:1 Tốc độ trung bình 16-18:1 8:1 1.1 ĐIÊU KHIỂN NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ CHẾ HỊA KHÍ Để dảm bảo thành phần hịa khí yêu cầu theo chế độ làm việc động cơ, BCHK hoạt động theo nguyên tắc trì cấp xăng theo tuyến xăng (chỉ tạo hịa khí nghèo) cấp xăng bổ xung theo tuyến xăng bổ trợ khác, như: tuyến xăng họng thứ hai, tuyến xăng toàn tải, tuyến xăng tăng tốc, tức nguyên tắc cộng đường xăng kết hợp với việc điều khiển đóng, mở bướm gió Tuyến xăng a Tổng quát b Tuyến xăng Hình 1.1 Tuyến xăng Tuyến xăng tồn tải a Tổng quát b Trạng thái làm việc Hình 1.2 Tuyến xăng toàn tải Tuyến xăng họng thứ hai a Điều khiển chân khơng b Điều khiển bướm gió Hình 1.3 Tuyến xăng họng thứ hai Tuyến xăng khơng tải Hình 1.4.Tuyến xăng khơng tải tải Tuyến xăng tăng tốc Hình 1.5 Tuyến xăng tăng tốc kiểu bơm piston Hình 1.6 Tuyến xăng tăng tốc loại màng Điều khiển bướm gió Hình 1.7 Cơ cấu điều khiển bướm gió Điều khiển bù ga Hình 1.8 Điều khiển tốc độ không tải hộp màng chân không (dù) 1.2 ĐIỀU KHIỂN NHIÊN LIỆU Ở ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ GIÁN TIẾP 1.2.1 Tổng quan phun xăng gián tiếp Hình 1.9 Hệ thống phun xăng sử dụng cảm biến gió loại cánh gạt (trượt), bơm xăng lắp ngồi thùng xăng Hệ thống có nhiều kiểu nhiều cách phân loại Trên hình 1.9 1.10 hai kiểu tiêu biểu Các hệ thống khác cụm thiết bị cách bố trí, số tính năng, có ngun lý hoạt động chung Hình 1.10 Hệ thống phun xăng sử dụng cảm biến gió loại dây sấy cảm biến chân không, bơm xăng lắp thùng xăng (không mô tả) Hoạt động bản: đề động nổ máy, bơm xăng điện hút xăng từ thùng xăng, đẩy xăng qua lọc xăng để lọc cặn bẩn cấp đến vòi phun xăng (còn gọi béc phun) hình 1.9, 1.10 Áp suất xăng trì khoảng 2,1 - 3,7 kG/cm2 nhờ van điều áp xăng Vòi phun xăng van điện đặc biệt, có xung điện điều khiển từ hộp ECU (hộp điều khiển điện tử, lập trình máy tính, cịn gọi hộp đen) mở cho xăng phun vào cổ hút động Tại đây, xăng hòa trộn với dịng khí nạp vào động kỳ nạp, tạo thành hịa khí cấp vào xylanh động Hình 1.11 Các phương pháp phun vịi phun xăng Để điều khiển vòi phun xăng phun lượng xăng thích hợp cho chế độ làm việc đó, ECU phải nhận loạt tín hiệu cần thiết, hai tín hiệu là: tốc độ động mức tải động để tính tốn chế độ phun Kết hợp với tín hiệu hiệu chỉnh khác như: nhiệt độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, tốc độ tơ v.v… ECU xác định thời gian mở vòi phun (tỷ lệ với lượng xăng phun) điều khiển mở vòi phun cho xăng phun vào cổ hút động Điểm đặc biệt hệ thống phun xăng gián tiếp đa điểm là: cổ hút có vịi phun xăng, thời điểm phun không phụ thuộc vào kỳ làm việc xylanh, mà lập trình theo góc quay trục khuỷu máy số ECU điều khiển vịi phun phun theo thứ tự nổ động cơ, phun theo hai ba nhóm (động máy), bốn nhóm (động máy) phun đồng thời (hình 1.11) Các hệ thống phun xăng gián tiếp, tùy theo hãng, theo loại cảm biến, chúng có số đặc điểm khác biệt bố trí cụm thiết bị hệ thống, số điều khiển cụ thể, có nguyên lý trình bày 1.2.2 Một số điều khiển hệ thống nhiên liệu - Điều khiển áp suất xăng - Điều khiển bơm xăng - Điều khiển vòi phun xng 1.2.2.2 iu khin ỏp sut xng Trên hình 1.12 sơ đồ tuyến xăng HTPX MPI Trong đó, sơ đồ 1.12a tuyến xăng với bơm xăng lắp thùng xăng có thêm vòi phun phụ lắp khoang chia khí Tuyến xăng có đ-ờng xăng: đ-ờng cấp lên đ-ờng xăng hồi từ van điều áp xăng thùng xăng Sơ đồ hình 1.12c lắp bơm xăng thùng xăng nh-ng vòi phun phụ Sơ đồ tuyến xăng hình 1.12b đ-ợc gọi tuyến xăng không đ-ờng hồi (no return fuel line), áp dụng cho ôtô sản xuất từ đầu năm 2000 Van điều áp xăng thiết bị trì áp suất xăng vòi phun xăng ống chia xăng Về hình dáng, chóng cã thĨ cã mét sè kiĨu kh¸c Tuy nhiªn, chóng cã thĨ chia nhãm chÝnh: nhãm lắp thùng xăng nhóm lắp bơm xăng thùng xăng Các loại van điều áp xăng lắp thùng xăng có đ-ờng xăng vào, nối với ống chia xăng; đ-ờng xăng hồi đ-ờng ống chân không đ-ợc nối với cổ hút động ống cao su Đ-ờng chân không có tác dụng thay đổi áp suất xăng theo chế độ tải động b) a) Hình 1.12 Sơ đồ số tuyến xăng tiêu biểu c) 1.Thùng xăng; Bơm xăng; Lọc xăng; ng chia xăng; Van điều áp xăng; Vòi phun xăng chính; Vòi phun phụ (vòi phun khởi động lạnh); Cỉ hót; Khoang chia khÝ Do sù thay ®ỉi độ chân không đ-ờng ống nạp, l-ợng nhiên liệu phun thay đổi phụ thuộc vào lực hút đáy kim áp suất nhiên liệu đầu kim không đổi Do đó, để đạt đ-ợc l-ợng phun nhiên liệu xác, tổng áp suất nhiên liệu A độ chân không đ-ờng ống nạp B hay độ chênh áp đầu kim đáy kim phun phải đ-ợc giữ không đổi (hỡnh 1.13) Hình 1.13 Đặc tính van điều áp xăng Nhiên liệu có áp suất từ ống chia xăng tác động vào màng van điều áp làm mở van Một phần nhiên liệu chảy trở lại bình chứa qua đ-ờng ống hồi L-ợng nhiên liệu hồi phụ thuộc vào độ căng lò xo áp suất nhiên liệu thay đổi theo l-ợng nhiên liệu hồi p suất đ-ờng ống nạp đ-ợc dẫn vào buồng lò xo phía d-ới màng, làm giảm sức căng lò xo tăng l-ợng nhiên liệu hồi, kết áp suất xăng giảm Tóm lại, độ chân không đ-ờng nạp tăng lên (giảm áp), áp suất nhiên liệu giảm t-ơng ứng với giảm áp suất Vì vậy, tổng áp suất nhiên liệu A độ chân không đ-ờng nạp B đ-ợc trì không đổi Loại van điều áp lắp thùng xăng đ-ờng ống chân không Vì vậy, áp suất xăng không phụ thuộc vào áp suất cổ hút mà phụ thuộc vào sức căng lò xo p sut xng õy nhận giá trị cố định khoảng 3,7 kg/cm2 Như hệ điều khiển hở Hình 1.14 Sơ đồ khối hệ điều khiển áp sut xng 1.2.2.3 Điều khiển bơm xăng Bơm xăng điều khiển theo cách sau: điều khiển qua công tắc bơm xăng giắc bơm xăng, ®iỊu khiĨn ON/OFF vµ ®iỊu khiĨn 2-3 tèc ®é Một số kiểu điều khiển bơm xăng đơn giản áp dụng cho xe trước năm 1989 Trong đó, bơm xăng đấu qua tiếp điểm rơle EFI tiếp điểm rơle bơm xăng (RLBX) hình 1.15 Hình 1.15 Điều khiển bơm xăng đơn giản Tiếp điểm rơle EFI đóng cuộn dây L1 cấp điện từ khóa điện (khi khóa điện bật ON đề) Cịn tiếp điểm RLBX đóng đề (cuộn dây L3 cấp điện) cuộn dây L2 cấp điện (do gió hút vào động làm cánh gạt CB gió di trượt cơng tắc bơm xăng đóng) Khi máy nổ, kết thúc đề nên cuộn dây L3 bị cắt điện, cuộn dây L2 tiếp tục cấp điện để tiếp điểm rơle bơm xăng đóng cấp điện cho bơm xăng Một số HTPX khơng dùng CB gió loại cánh gạt nên khơng có cơng tắc bơm xăng CB gió, cơng tắc thay giắc bơm xăng Để kiểm tra, chẩn đoán bơm xăng rơle điều khiển sử dụng hai giắc +B FP giắc chẩn đoán Các HTPX xe hầu hết điều khiển bơm xăng qua ECU động Hình 1.16 Điều khiển bơm xăng kiểu ON/OFF Tín hiệu NE từ chia điện dùng để xác định tốc độ động cơ, theo Tr ECU điều khiển chuỗi xung có tỷ lệ thường trực thay đổi (tỷ lệ ON OFF) Cuộn dây cấp điện theo nhịp xung đó, cịn bơm xăng cấp điện gián đoạn Khi nổ máy, tín hiệu NE báo tốc độ cao Tr1 điều khiển ON, Tr2 OFF nên tiếp điểm K3 trở vị trí A Khi bơm xăng cấp điện qua điện trực tiếp quay tốc độ cao Khi nổ máy, tín hiệu NE báo tốc độ thấp Tr1, Tr2 điều khiển ON nên tiếp điểm K3 bị W3 hút vị trí B Khi bơm xăng cấp điện qua điện trở nối tiếp quay tốc độ chậm Hình 1.17 Bơm xăng điều khiển tốc độ Khi khóa điện bật ON, khơng đề, khơng nổ máy: Tr1 điều khiển OFF, bơm xăng không hoạt động động đột ngột tắt máy Khi khởi động (đề) động cơ, tín hiệu STA gửi ECU, Tr1 điều khiển ON Tr2 điều khiển OFF nên hai cuộn dây W1, W2 cấp điện, cuộn W3 bị cắt điện Tiếp điểm K3 vị trí A, K1 K2 đóng Bơm xăng cấp điện trực tiếp qua tiếp điểm K1,K2,K3 (ở vị trí A) 1.2.2.4 Điều khiển vòi phun xăng a Vị trí lắp b Điều khiển c Cấu tạo Hình 1.18 Vòi phun xăng gián tiếp loại điện từ Vòi phun xăng HTPX gián tiếp lắp cổ hút xylanh Chúng loại van điện chế tạo xác, điều khiển mở dòng điện 1A (loại vòi phun trở kháng cao, R = 13 – 17 Ω) 2A (loại vòi phun trở kháng thấp, R = 1,5– 3,0 Ω) Cấu tạo vịi phun trình bày hình 1.18c Phương pháp điều khiển điện áp cho vòi phun điện trở thấp vịi phun điện trở cao Hình 1.19 Phương pháp điều khiển điện áp cho vòi phun điện trở thấp điện trở cao Phương pháp điều khiển dòng điện (với vòi phun điện trở thấp): Trong phương pháp này,vịi phun có điện trở thấp gắn trực tiếp với nguồn dòng điều khiển trực tiếp cách đóng mở transisto ECU Khi có xung đưa đến cuộn dây kim phun, dòng 8A chạy qua, gây nên tăng dòng đột ngột Điều làm van kim mở nhanh, nhờ cải thiện đáp ứng trình phun giảm thời gian phun không điều khiển được.Trong ty kim giữ, dòng giảm xuống 2A giảm tiêu hao công suất sinh nhiệt 10 CHƯƠNG ĐIỀU KHIN NH LA 4.1 TễNG QUAN a) Góc đánh lửa sớm b) Thời điểm đánh lửa tối -u Hình 4.1 Góc đánh lửa sớm ảnh h-ởng Góc đánh lửa sớm ảnh h-ởng lớn đến công suất,tính kinh tế (hình 4.1 b) độ ô nhiễm khí thải động Khi đạt đ-ợc thời điểm đánh lửa tối -u, động phát huy công suất cực đại mức tiêu hao nhiên liệu gần nh- thấp Khi đánh lửa sớm quá, khí cháy cản lại chuyển động píttông tiến ĐCT, gây nên t-ợng cháy kích nổ, sinh tiếng gõ động làm giảm công suất động Khi đánh lửa muộn, khí cháy cháy kéo dài trình chuyển động píttông từ ĐCT xuống điểm chết d-ới (ĐCD BDT) gây t-ợng nóng máy giảm công suất động Góc đánh lửa sớm tối -u phụ thuộc vào rÊt nhiỊu u tè :  0pt = f(pb®,tb®,p,twt,tmt,n,N0) Trong : pbđ : áp suất buồng đốt thời điểm đánh lửa tbđ : nhiệt độ buồng đốt p : áp suất đ-ờng ống nạp twt : nhiệt độ n-ớc làm mát động tmt : nhiệt độ môi tr-ờng n : số vòng quay động N0 : số octan xăng áp suất đ-ờng ống nạp (họng hút) động cơ, phản ảnh mức tải động tốc độ quay động có ảnh h-ởng lớn đến góc ®¸nh lưa sím  0pt Sù phơ thc cđa gãc đánh lửa sớm vào thông số đ-ợc mô tả đồ thời điểm đánh lửa (còn gọi bề mặt lập trình thời điểm đánh lửa) hình 4.2 33 Hình 4.2 Bề mặt lập trình thời điểm đánh lửa tối -u Bề mặt lập trình tập hợp thông số phản ảnh mối quan hệ góc đánh lửa sớm tối -u phụ thuộc vào tốc độ động mức tải động (thông qua tín hiệu l-ợng không khí nạp áp suất đ-ờng ống nạp) ứng với tốc độ mức tải động có điểm t-ơng ứng bề mặt lập trình, góc đánh lửa sớm tối -u cho chế độ làm việc động Các thông số đ-ợc cài đặt vào chíp ch-ơng trình ESA (Electronic Spark AdvanceCh-ơng trình đánh lửa sớm) ECU động Hình 4.3 Cu trỳc iu khin ng c a) b) Hình 4.4 Sơ đồ cấu trúc HTĐL SI Nguyên lý làm việc: Khi khóa điện bật ON động hoạt động, chia điện phát xung NE, G chíp ch-ơng trình ESA Kết hợp với tín hiệu mức tải động cơ, ESA tìm 34 điểm góc đánh lửa sớm tối -u bề mặt lập trình mà hệ thống điều khiển động phải đáp ứng Từ ESA thông qua tranzito Tr1 xt xung IGT (Ignition Timing- xung thêi ®iĨm đánh lửa) nh- hình 2.18a sang ICĐL Xung IGT thông qua mạch điều khiển Tr2 điều khiển Tr2 mở thông mạch (ON) cho dòng điện sơ cấp I1 chạy qua cuộn W1 bôbin Dòng điện sơ cấp tạo từ tr-ờng lõi thép bôbin, l-ơng đ-ợc tích lũy để tạo nên điện cao áp cuộn W2 Xung IGT đ-ợc xuất đến ICĐL vào thời điểm tr-ớc điểm chết (TDC) xylanh động vào cuối kỳ nén 4.2 IU KHIỂN THỜI ĐIỂM ĐÁNH LỬA Cã thÓ thÊy giai đoạn ON xung IGT Tr2 ON xuất dòng điện sơ cấp i1 bôbin để tạo từ tr-ờng Còn xung IGT OFF dòng điện i1 bị ngắt, tạo biến thiên đột ngột từ tr-ờng lõi thép bôbin cảm ứng điện cao áp để đánh lửa Vậy muốn thay đổi thời điểm đánh lửa HTĐL lập trình ESA việc dịch chuyển vị trí xung IGT so với điểm chết TDC a) xung IGT tr-ớc điểm chết i b) Dòng điện sơ cấp đồng với IGT Hình 4.5 Xung IGT tính đồng với xung khác Bằng việc lập trình tối -u thời điểm đánh lửa thông qua thời điểm xuất xung IGT mà HTĐL lập trình luôn đáp ứng yêu cầu đánh lửa lý t-ởng động (hình 4.6) a) Đặc tính theo tốc độ động b) Đặc tính theo mức tải động Hình 4.6 Đặc tính điều chỉnh đánh lửa HTĐL lập trình 35 Hình 4.7 Điều chỉnh đánh lửa theo tín hiệu kích nổ 4.3 CHIA TH T N Mạch dòng điện thứ cấp (dòng điện cđa tia lưa ë bugi) khÐp kÝn qua bugi đ-ợc mô tả hình 4.8 Hình 4.8 Dòng điện I2 HTĐL bôbin kép khép kín qua hai bugi Hình 4.9 Điều khiển chia thứ tự nổ 36 CHNG ĐIỀU KHIỂN VÀ KIỂM SỐT PHÁT THẢI Trên mơ hình điều khiển động (hình 5.1), người lái xe điều khiển lượng gió qua bướm ga động Bộ điều khiển điện tử (ECU) nhận thông tin từ tín hiệu lượng gió, dựa vào tín hiệu tín hiệu tốc độ động cơ, tính tốn lượng nhiên liệu cần phun xác định thời gian phun (tinj) Sau ECU điều khiển mở kim phun phun nhiên liệu vào cổ hút Khơng khí nhiên liệu hịa trộn đưa vào buồng đốt Trong số chế độ hoạt động, tỷ lệ hịa khí hỗn hợp cháy đo nhờ cảm biến ôxy cảm biến A/F Tỷ lệ tín hiệu hồi tiếp ECU, để điều chỉnh lại lượng phun cho phù hợp (chế độ điều khiển kiểu vịng kín) nhằm giảm lượng khí thải độc hại động Hình 5.1 Hệ thống điều khiển thành phần hịa khí Các hệ thống điều khiển kiểu cổ điển ô tô thường thiết kế với liên hệ ngược ( feedback control ) Mặc dù hệ thống điều khiển có nhiều thơng số phụ thuộc, ta xem xét hệ thống với thông số Sơ đồ nguyên lý hệ thống trình bày hình 2.5 Hình 5.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động với liên hệ ngược Thông số điều khiển xuất đầu ( động đốt ) kí hiệu Tín hiệu so r(t) định sẵn Cảm biến đưa tín hiệu V , tức : Khi xuất chênh lệch tín hiệu thực tín hiệu so Ve(t): Ve(t) = r(t) – V Nếu hệ thống làm việc lý tưởng giá trị Ve(t) khoảng thời gian ( ví dụ chế độ động ổn định ) phải Trên thực tế, tín hiệu nêu ln có chênh lệch mạch điều khiển điện tử dựa vào chênh lệch để hình thành xung V A(t) điều khiển cấu chấp hành ( chẳng hạn kim phun) Việc thay đổi tác động đến thông số đầu vào U(t) động ( ví dụ tỉ lệ hồ khí) Ngày nay, có nhiều phương pháp điều khiển động dựa sở sử dụng máy tính để xử lý tín hiệu Thơng thường máy tính giải tốn tối ưu có điều kiện biên để điều khiển động Mục tiêu toán tối ưu điều khiển động đạt công suất lớn với 37 mức tiêu hao nhiên liệu nhỏ điều kiện giới hạn độ độc hại khí thải Như vậy, ta điều khiển động tối ưu mối quan hệ vectơ sau: y = (y1, y2, y3, y4); u = (u1; u2; u3; u4): x= (x1, x2, x3 ) Véc tơ y(t)là hàm phụ thuộc vào thông số ngõ bao gồm thành phần sau: y1(x(t), u(t)- tốc độ tiêu hao nhiên liệu y2(x(t), u(t))- tốc độ phát sinh HC y3(x(t), u(t))-tốc dộ phát sinh CO y4(y2(x(t), u(t))-u(t))-tốc độ phát sinh NOx Véc tơ x(t)mơ tả tình trạng động tức điều kiện hoạt động phụ thuộc vào thông số : x1- áp xuất đường ống nạp x2- tốc độ quay trục khuỷu x3- tốc độ xe Véc tơ u(t)mô tả thông số dược hiệu chỉnh hệ thống điện tử, bao gồm thơng số sau u1- tỷ lệ khí – nhiên liệu hồ khí ( AFR - air fuel ratio) u2- góc đánh lửa sớm u3 – tuần hồn khí thải ( EGR- exhaust gas recirculation ) u4 – vị trí bướm ga u5 – tỷ số truyền hộp số Để giải toán tối ưu nêu với điều kiện biên, người ta xác định mục tiêu tối ưu lượng tiêu hao nhiên liệu F theo chu trình thử EPA (environmental protection agency); T F=  y1 (x(t ), u (t ))dt Trong X3(t): tốc độ xe quy định thử nghiệm xác định thành phần khí thải theo chu trình EPA, T thời gian thử nghiệm Như vậy, dộng đốt điều khiển cho F đạt giá trị nhỏ với điều kiện biên quy định nước nồng độ chất độc hại khí thải T  y (x(t ), u(t ))dt < G2 T  y (x(t ), u(t ))dt < G3 38 T  y (x(t ), u(t ))dt < G4 Trong đó: G2, G3, G4 – hàm lượng chất độc khí xả theo qui định tương ứng với HC, CO NOx Trong trình xe chạy, véctơ x(t), u(t) thơng số động Khi giải tốn tối ưu nêu trên, ta đặt giới hạn vectơ Trên thực tế, kết tối ưu thường xác định thực nghiệm nạp vào nhớ EEPROM dạng bảng tra (look – up table ) Điều khiển công suất động cơ: - Hỗn hợp giàu  < : công suất đạt cực đại nhờ lượng nhiên liệu tăng Sử dụng phổ biến chế độ tải lớn trước 1970 Ngày dùng chế độ làm nóng (warm – up ) động Hàm lượng chất độc khí thải cao - Hỗn hợp lý tưởng  = 1: công suất tương đối cao Được sử dụng để tăng hiệu suất xúc tác - Hỗn hợp tương đối nghèo <  < 1.5 : hiệu suất tốt nhờ tăng lượng khí nạp hàm lượng NOx tăng Sử dụng chế độ tải nhỏ trước 1980 - Hỗn hợp nghèo  > 1.5 : hiệu suất cao hàm lượng NOx cịn lớn, phải có xúc tác cho NOx Lượng nhiên liệu tổng cộng phun phụ thuộc vào thơng số sau: - Lưu lượng khí nạp theo thời gian mα’ - Góc mở bướm ga αt - Tốc độ động n - Nhiệt độ động te - Nhiệt độ mơi trường ( khí nạp ) ta - Điện áp quy ua Điều khiển chống nhiễm Việc hồ trộn hỗn hợp thực cách phun đường ống nạp phun xylanh ( GDI ) Nếu đủ thời gian, hỗn hợp hồ khí phân bố đồng xylanh với tỉ lệ thay đổi khoảng 0,9<  1,3 phải tạo vùng hỗn hợp tương đối giàu vùng gần bugi buồng cháy Quá trình cháy có tia lửa đặc trưng bởi: + Ngọn lửa màu xanh hỗn hợp đồng tỷ lệ lý tưởng Trường hợp khơng có muội than hình thành 39 + Ngọn lửa màu vàng hỗn hợp phân lớp tỉ lệ hồ khí nghèo Muội than hình thành Các chất độc khí thải như: CO, HC, NOX phụ thuộc mạnh vào tỉ lệ hồ khí:  < 1: tăng lượng HC CO  = 1: có đủ chất CO, HC, NOX để phản ứng với xúc tác Sau xúc tác có chất độc   1.1: lượng NOx đạt giá trị cực đại nhiệt độ buồng cao thừa oxy  > 1: giảm NOx nhiệt độ buồng cháy, tăng hàm lượng HC không cháy hỗn hợp  > 1.5: chế độ đốt nghèo với khí độc thấp trừ NOx a) b) Hình 5.3 Điều khiển điều chỉnh chống nhiễm Hàm lượng O2 cịn ống xả dùng để xác định tỉ lệ  λ  thông qua cảm biến oxy tạo tìn hiệu Giàu/ Nghèo để hiệu chỉnh lại Có phương pháp: điều khiển phản hồi theo chu trình kín (hình 5.3a) điều chỉnh theo chu trình hở (hình 5.3b) Trong cách điều khiển hình 5.3a, chương trình điều khiển phun xăng EFI ECU động cấp tín hiệu điều khiển vịi phun xăng tạo hịa khí giàu hịa khí nghèo Qúa trình cháy với thành phần hịa khí kiểm ta (đo) nhờ cảm biến khí xả để xác định thành phần hịa khí vừa cháy Căn vào thành phần hịa khí, cảm biến khí xả gửi tín hiệu “Giàu” tín hiệu “Nghèo” ECU động để điều khiển phun xăng giảm phun xăng tăng lên Trong cách điều khiển hình 5.3b, chương trình điều khiển phun xăng EFI ECU động nhận tín hiệu điều khiển vịi phun xăng từ biến trở điều chỉnh thành phần hịa khí tạo hịa khí giàu hịa khí nghèo Nếu từ biến trở gửi tín hiệu “Giàu” tín hiệu “Nghèo” ECU động chương trình EFI điều khiển phun xăng giảm phun xăng tăng lên theo lệnh 40 Tuần hồn khí xả (ln hồi khí xả)- EGR Hệ thống tuần hồn khí xả (HTTHKX) đưa phần khí xả quay trở lại hệ thống nạp khí (đường nạp) thơng qua van màng (van EGR) Khi khí xả hịa trộn vào thành phần hịa khí tốc độ lan truyền lửa buồng cháy chậm lai, phần lớn khí xả khí trơ (khơng cháy được) Như vậy, nhiệt độ cháy giảm chút (vì khí trơ hấp thụ nhiệt tỏa q trình cháy) giảm lượng khí độc NOX khí xả a Đường tuần hồn khí xả b Điều khiển van EGR Hình 5.4 Hệ thống tuần hồn khí xả Cơ cấu hoạt động: van màng EGR (hình 5.4a) lắp ống xả nhỏ (tách từ cổ xả động cơ) cổ hút động Phía buồng màng thơng với van điều khiển (loại van nhiệt van điện) để cấp áp suất chân không tới van màng xả chân khơng (thơng với khí trời) Khi áp suất chân khơng cấp tới van màng van EGR mở, khí xả thơng từ đường xả sang đường hút (tuần hồn) Khi xả chân khơng van EGR đóng khơng thực tuần hồn khí xả Việc điều khiển tuần hồn khí xả phụ thuộc vào chế độ làm việc động như: nhiệt độ, tốc độ chế độ tải động Hiện nhiều động ô tô không sử dụng van EGR loại màng hình 5.4a, mà sử dụng van điện mơtơ bước (hình 5.4b) Chúng điều khiển xác nhờ lập trình điều khiển ECU (hoặc ECM), đảm bảo việc phát thải khí độc hại động tiêu chuẩn môi trường quy định Khí thải động đốt trong nguồn chủ yếu gây ô nhiễm môi trường Hiện có nhiều phương pháp sử dụng để giảm nồng độ độc hại khí thải động vài biện pháp có tính chất điển hình trình bày Tuy nhiên cần phải nghiên cứu biện pháp liên quan đến cấu tạo, tổ chức trình làm việc động cơ, đặc biệt vấn đề điều khiển động thông minh (cập nhật lập lại đồ đặc tính động đưa vào ECU) Thơng trục khuỷu Khí lọt từ buồng cháy động qua khe hở pitston, xylanh, xéc măng vào khoang trục khuỷu, gồm lượng lớn khí chưa cháy (hình 5.) Lượng khí lọt tăng động mang tải nặng ngược lại, giảm động mang tải nhẹ Hệ thống van thơng cácte tích cực PCV buộc lượng khí lọt quay ống nạp gió đốt cháy Áp suất chân khơng 41 cổ hút tạo sức hút để hút lượng khí lọt cổ hút Van PCV lắp đường ống nạp nắp giàn cam nắp quy lát Hình 5.5 Rị rỉ khí đặc tính van PCV Mục đích hệ thống thơng trục khuỷu làm chất khí độc hại có hộp trục khuỷu trước hư hại xuất điều tiết q trình trao đổi khí thơng thường động Có hai loại thơng loại có cửa thơng cố định loại có cửa thơng thay đổi Trong điều kiện hoạt động động cơ, sinh nhiều khí rị rỉ cao động chịu tải cao nhất, động chịu tải cao áp suất chân khơng cổ nạp lại thấp Do đó, với loại có cửa thơng cố định, đường đặc tính áp suất cổ nạp đường đặc tính áp suất hộp cácte khơng tương thích với Hệ thống thơng khí có cửa thơng thay đổi gồm: van PCV, ống PCV ống thơng khí, điều tiết chế độ thông cho phù hợp với áp suất cổ nạp hình 5.6 Hoạt động sau Khi dừng động cơ: van đóng lại lực lị-xo Khi chạy khơng tải giảm tốc: van kéo tiếp nhờ áp lực chân không Khe hở van hẹp lại lượng khí lọt hút theo Hình 5.6 Thơng cácte van PCV Khi vận hành bình thường: khe van mở rộng so với chạy không tải giảm tốc, áp lực chân khơng bình thường 42 Khi tăng tốc mang tải nặng: van mở rộng, áp lực chân không thấp, để mở rộng hết cỡ khe van Một phần khí hút từ nắp đậy nắp máy vào phía trước bướm ga (phía lọc khí) lượng khí lọt thực tế lớn lượng khí qua van PCV Khi dừng động Khi chạy không tải giảm tốc Khi vận hành bình thường Khi tăng tốc tải nặng Điều khiển tốc độ không tải bù khơng tải Hình 5.7 Điều khiển tốc độ không tải động phun xăng c Điều chỉnh tốc độ không tải động (idle speed control-ISC) Van ISC loại cuộn hút: 43 Hình 5.8 Van ISC loại cuộn hút mạch điện Cuộn dây điện từ ECU điều khiển xung có tỷ lệ thường trực thay đổi (duty ratio = ON/ ∑OFF+ON %) Khi có tín hiệu, cuộn dây điện từ hoạt động làm thay đổi khe hở van cho gió vào nhiều hay tuỳ theo tỷ lệ thường trực xung cao hay thấp Van ISC loại xoay góc kiểu cũ: Hình 5.9 Cấu tạo van ISC loại xoay góc kiểu cũ - Nam châm vĩnh cửu (permanent magnet): Đặt đầu trụ van hình trụ, quay tác dụng lực đẩy kéo hai cuộn dây A B - Cuộn dây T1 T2 (coil T1 and coil T2): Đặt đối diện nhau, nam châm vĩnh cửu, ECU nối mass hai cuộn dây để điều khiển đóng mở van - Dây (lò xo) lưỡng kim (bimetal strip): Dùng để điều khiển đóng mở van theo nhiệt độ nước mạch điều khiển không làm việc, đầu cuộn lưỡng kim bắt vào chốt cố định (fixed pin), đầu bắt vào chấu bảo vệ có rãnh (Guard) Một chốt xoay liền với trục van vào rãnh Chốt xoay khơng kích hoạt hoạt động lò xo lưỡng kim hệ thống điều khiển hoạt động tốt lúc lò xo lưỡng kim khơng tiếp xúc với mặt cắt có vát rãnh vấu bảo vệ Cơ cấu thiết bị an tồn khơng cho tốc độ khơng tải q cao hay thấp mạch điện bị hư hỏng 44 Hình 5.10 Sơ đồ mạch điện điều khiển van ISC loại xoay góc kiểu cũ Van ISC loại xoay góc kiểu mới: Hình 5.11 Van ISC loại xoay góc kiểu Van gồm cuộn dây điện từ, IC, nam châm vĩnh cửu, van gắn vào cổ họng gió IC vào tỷ lệ thường trực xung từ ECU động (chân RSO) để điều khiển chiều giá trị dòng điện chạy cuộn dây làm xoay van phép lượng khơng khí tắt qua bướm ga Hình 5.12 Mạch điện van ISC loại xoay góc kiểu Van môtơ bước loại giắc chân: Gồm: - khoanh dây, khoanh dây có cuộn dây quấn ngược nhau, gọi cuộn tiến cuộn lùi Hai khoanh dây có cực từ hình móng bên đặt lệch - Một rôto nam châm nhiều cực đặt bên khoanh dây Trục rơto có ren ăn khớp ren với phần đầu van, bên rơto có ren ăn khớp với trục ren đầu van - Phần đầu van lị xo Mơ tơ bước hoạt động sau: Bằng cách cấp điện cho cuộn dây khoanh tạo cực từ hình móng khoanh dây Nếu cực từ khoanh 45 dây lệch so với cực từ rơto rơto phải xoay góc vị trí cân bằng.Nếu muốn bước tiếp bước lại phải cấp điện cho khoanh dây thứ hai Cực khoanh dây thứ hai lệch so với cực khoanh dây thứ nên rôto lại phải bước thêm bước lặp lại Hình 5.13 Cấu tạo van mơtơ bước loại giắc chân Hình 5.50 Hoạt động môtơ bước giắc chân Sơ đồ mạch điều khiển sau: Hình 5.14 Mạch điều khiển van môtơ bước giắc chân Để tăng lượng khơng khí qua van, ECU động thơng bóng theo thứ tự Tr1 → Tr2 → Tr3 → Tr4 để thơng dịng cho chân S1 → S2 → S3 → S4 Để giảm lượng khơng khí qua van, ECU động thơng bóng theo thứ tự Tr4 → Tr3 → Tr2 → Tr1 để thơng dịng cho chân S4 → S3→ S2 → S1 46 Hình 5.15 Điều khiển bướm ga thơng minh động phun xăng ECU động nhận biết chế độ hoạt động động thông qua tín hiệu từ cảm biến bàn đạp ga tín hiệu khác, dùng mơtơ điều khiển bướm ga để điều khiển góc mở bướm ga đến giá trị tối ưu Lò xo hồi để trả bướm ga vị trí cố định (khoảng 7o) Tuy nhiên chế độ khơng tải,bướm ga đóng lại nhỏ so với vị trí cố định 47