Trong những năm vừa qua, ô tô được sử dụng một cách rộng rãi và được coi như là phương tiện đi lại thông dụng. Hiện nay ngành công nghệ ô tô đã có những bước phát triển vượt bậc, các vấn đề về tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ mội trường luôn được đặt lên hàng đầu. Nên em xin chọn đề tài “Khai thác hệ thống phun xăng đánh lửa trực tiếp trên ô tô Audi A8” là nội dung bài luận văn của mình. Bố cục bài luận văn gồm các chương như sau:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐÁNH LỬA
Sơ lược về hệ thống phun xăng điện tử
Hệ thống gồm 3 thành phần chính: Các loại cảm biến và tín hiệu đầu vào, Bộ điều khiển điện tử ECU, và các thành phần cơ cấu chấp hành
Hình 1.1: Sơ đồ khối của hệ thống phun xăng đánh lửa điện tử
Lưu lượng khí nạp hoặc áp suất đường ống nạp ĐẦU VÀO ( CẢM BIẾN) ĐẦU RA ( CƠ CẤU CHÂP HÀNH)
Nhiệt độ nước làm mát
Cảm biến oxy Điện áp ắc qui
Hệ thống đánh lửa Điểu khiển không tải
Hệ thống tự chẩn đoán
Các điều khiển khác Các cảm biến khác
+) 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.
Hệ thông phun xăng diên tử
Hình 1.2: Sơ dồ hệ thống phun xăng điện tử 1-Công tắc máy, 2-ắc quy, 3-đèn báo check, 4-máy nén, 5-giắc kiểm tra, 6-ECU, 7-cảm biến nhiệt dộ khí nạp, 8-lọc gió, 9-cảm biến đo lưu lượng khí nạp, 10-van khí phụ, 11-van điểu khiển tốc độ không tải, 12-cảm biến vị trí bướm ga, 13-đường ống đến bình tích chân không, 14-công tắc nhiệt
Trang 3 thời gian, 15-cảm biến nhiệt độ nước làm mát, 16-cảm biến oxy, 17-kim phun, 18-kim phun khởi động lạnh, 19-bộ điều áp, 20-van chân không, 21-bôbine đánh lửa, 22-bộ chia điện, 23-lọc nhiên liệu, 24-thùng xăng, 25-bơm xăng
Hình 1.2 giới thiệu sơ đồ một hệ thống phun xăng điên tử tiêu biểu Xăng được cung cấp đến các vòi phun nhờ bơm xăng đặt trong thùng xăng, chênh lệch áp suất trên và dưới vòi phun được giữ ổn định nhờ bộ điều áp 19 Sự chênh lệnh này cũng được điều chỉnh nhờ van chân không 20 điều khiên từ ECU nhằm điều tiết lượng nhiên liệu phun 𝑚 𝑓 chính xác theo khối lượng ma ở mọi chế độ làm việc của động cơ và đáp ứng thành phần hòa khí yêu cầu (bảng 6.1) Lương nhiên liệu phun phụ thuộc vào thơi gian mở vòi phun theo xung điều khiển phun (tinj) của ECU ( thời gian phun)
Hình 1.3: Phương pháp điều khiển hệ thống phun xăng
Nhiệt dộ làm mất động cơ
Số vòng quay động cơ Lượng oxy thải ra
Vị trí van bướm ga
ECM điều khiển số lượng phun nhiên liệu
Nhiên liệu Bơm nhiên liệu
Bộ điều chỉnh áp suất
Bộ điều chỉnh áp suất Các kim phun
Các xylanh ống phân phối
Hệ thống phun nhiên liệu cơ bản
Căn cứ vào tín hiệu nhận được ECM tính toán thời gian và khi nào mở kim phun để cung cấp đúng số lượng nhiên liệu
Vị trí của bộ điều chỉnh áp suất thay đổi với hệ thống khi nhiên liệu dư thừa được hồi về bình chứa (loại hồi vè) Bộ điều chỉnh áp suất là sau các kim phun Trên đường hồi về hê thống nhiên liệu, bộ điều chỉnh áp suất nằm nằm trong thùng chứa nhiên liệu
Bảng 1.1 Chế độ làm việc của động cơ và thành phần hòa khí yêu cầu
Chế độ làm việc của động cơ Tỷ lệ không khí - nhiên liệu AFR
Chạy tiết kiệm (đốt nghèo) 16 – 18 : 1
Hệ thống phun xăng điện tử được điều khiển từ ECU thông qua các tín hiệu gửi đến từ cảm biến (Hình 1.2) Khi người lái đạp bàn đạp ga (mong muốn công suất động cơ lớn hơn mức hiện có), tín hiệu từ cảm biến bướm ga được gởi đên ECU, ECU nhận được yêu cầu này và thực hiện thao tác chọn lựa thành phần hòa khí Đồng thời với việc nhận dạng tín hiệu lưu lượng khí nạp thực đi vào xylanh động cơ, nhiệt dộ khí nạp, nhiệt dộ nước làm mát động cơ , tốc độ động cơ, dựa vào dữ liệu trong bộ nhớ, ECU xác đinh thời gian điều khiển mở kim phun hợp lý theo yêu cầu thành phần hòa khí
Hệ thống phun xăng sử dụng vòi phun diều khiển bằng điện (Jetronic) được BOSCH cho ra đời vào cuối những năm 70 của thế kỷ 20 Dựa vào phương pháp do khí nạp cấp vào động cơ, người ta chia hệ thống phun xăng ra làm hai loai chính : Loại đo trực tiếp (L- Jetronic) và đo gián tiếp (D-Jetronic)
D-Jetronic: với lượng xăng phun được xác định dựa vào áp suất sau cánh bướm ga bằng cảm biến MAP (manifold absolute pressure sensor) và tốc độ động cơ
Phun nhiên liệu Kim phun Đường ống dẫn
L-Jetronic: với lượng xăng phun được tính toán dựa vào lượng lượng khí nạp loại cánh trượt Sau đó có các phiên: LH – Jetronic với cảm biến khí nạp dây nhiệt, LU-Jetronic với cảm biến gí kiểu siêu âm …
1.2.3 Phân biệt theo theo vị trí lắp đặ kim phum
Loại TBI (Throttle Body Injection) – phun đơn điểm
Hệ thống này còn có các tên gọi khác như: SPI (single point injection), CI (central injection), Mono – Jetronic Đây là kiểu phun trung tâm Kim phun được bố trí phía trên cánh bướm ga và nhiên liệu được phun bằng một hay hai kim phun Nhược điểm của hệ thống này là tốc dịch chuyển của hòa khí tương đối thấp do nhiên liệu được phun ở vị trí xa xupap hút và khả năng thất thoát trên đường ống nạp
Loại PI (Port Injection) – phun trên đường ống nạp, trước supap hút
Hình 1.5: Phun trên đường ống nạp, trước supap hút Đây là hệ thống phun xăng nhiên liệu trên đường nạp vào kỳ hút, với mỗi kim phun cho từng xylanh được bố trí gần supap hút (cách khoảng 10 – 15 mm), áp suất đưa đến kim phun cỡ 3 kgf/cm 2 ống góp hút được thiết kế sao cho đường di của không khí từ bướm ga
Trang 6 đến xylanh khá dài, nhờ vậy nhiên liệu phun ra được hòa trộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc Nhiên liệu cũng không còn thất thoát trên đường ống nạp Hệ thống phun xăng trên đường nạp ra đời đã khắc phục được các nhược điểm cơ bản của bộ chế hoài khí và phun xăng đơn điểm Tùy theo cách điều khiển kim phun, hệ thống này có thể chia làm ba loại chính: phun độc lập, phun từng kim (independent injection) hay trình tự (sequential injection), phun nhóm (group injection) hoặc phun đồng loạt (simultaneous injection)
Loại DI (Direet Injection) – phun trực tiếp vào buổng đốt
Hình 1.6 Phun trực tiếp vào buổng đốt Trong loại DI, nhiên liệu được phun vào kỳ nén nên áp suất đưa đến kim phun tăng cao (30kgf/cm 2 ) thông qua một bơm cao áp Chế độ phun DI chỉ được thực hiện ở chế độ tải nhỏ hoặc trung bình và phải có đỉnh piston dạng lòi lõm hoặc sử dụng buống đốt phụ đế tạo ra sự phân lớp của hỗn hợp: hỗn hợp hòa khí siêu nghèo (ultra lean) trong buồng đốt và lambda gần bằng 1 ở vùng gần bougie Trện một số xe, có sự kết hợp giữa DI và PI, chẳng hạn động cơ 4 xylanh nhưng có 4 kim phun đặt tên đường nạp và 4 kim phun đặt trong buồng đốt.
Hệ thống đánh lửa kiểu kĩ thuật số
Trên các ô tô hiện đại, kỹ thuật số đã được áp dụng vào trong hệ thống đánh lửa từ nhiều năm nay Việc điều khiển góc đánh lửa sớm và góc ngậm điện (dwell angle) sẽ được máy tính đảm nhận Các thông số như tốc độ động cơ, tải, nhiệt độ được các cảm biến mã hóa tín hiệu đưa vào ECU (electronic control unit) xử lý và tính toán để đưa ra góc đánh lửa sớm tối ưu theo từng chế độ hoạt động của động cơ Các bộ phận như bộ đánh lửa sớm kiểu cơ khí (áp thấp, ly tâm) đã được loại bỏ hoàn toàn Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều
Trang 7 khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử (ESA-electronic spark advance) được chia làm 2 loại sau
1.3.1 Hệ thống đánh lửa lập trình không có bộ chia điện (Đánh lửa trực tiếp) a Ưu điểm của hệ thống đánh lửa trực tiếp
Hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS - direct ignition system) hay còn gọi là hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện (DLI - distributorless ignition) được phát triển từ giữa thập kỷ 80, trên các loại xe sang trọng và ngày càng được ứng dụng rộng rãi trên các loại xe khác nhờ có các ưu điểm sau:
• Dây cao áp ngắn hoặc không có dây cao áp nên giảm sự mất mát năng lượng, giảm điện dung ký sinh và giảm nhiễu vô tuyến trên mạch thứ cấp
• Không còn mỏ quẹt nên không có khe hở giữa mỏ quẹt và dây cao áp
• Bỏ được các chi tiết cơ dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu cách điện tốt như mỏ quẹt, chổi than, nắp delco b Phân loai hệ thống đánh lửa trực tiếp :
Loại 1: sử dụng mỗi bobine cho một bougie ( bobine đơn) Đa số các hệ thống đánh lửa trực tiếp thuộc loại điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử nên việc đóng mở transistor công suất trong igniter được thực hiện bởi ecu.Hệ thống đánh lửa trực tiếp được chia làm ba loại chính
Hình 1.7: sơ đồ sử dụng mỗi bobine cho từng bougie
Nhờ tần số hoạt động của mỗi bobin nhỏ hơn trước nên các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp ít nóng hơn Vì vậy kích thước của bobin rất nhỏ và được gắn dính với nắp chụp bugi
Sơ đồ HTĐL trực tiếp loại này được trình bày trên hình vẽ 1.4
Trong sơ đồ này ECU sau khi xử lý tín hiệu từ các cảm biến sẽ gửi đến các cực B của từng transistor công suất trong Igniter theo thứ tự thì nổ và thời điểm đánh lửa Cuộn sơ cấp của các bobin loại này có điện trở rất nhỏ (> R4, và từ (1), (2) ta có U1 ≈ Utc; U4 ≈ 0 Có nghĩa là tia lửa chỉ xuất hiện ở bugi số 1 Trong trường hợp ngược lại R1