Nghiên cứu thiết kế, chế tạo board mạch điều khiển phun xăng, đánh lửa điện tử trang bị trên ô tô hiện đại

K – Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE –Jetronic, Mono-Jetro

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành:Công nghệ kỹ thuật ô tô

GVHD: KS TRẦN NGỌC ANH

NHA TRANG – 06/2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành:Công nghệ kỹ thuật ô tô

GVHD: KS TRẦN NGỌC ANH

NHA TRANG – 06/2014

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: Võ Văn Chinh Lớp: 52OT MSSV: 52130299

Và: Trần Văn Hiệu Lớp: 52OT MSSV: 52130303

Chuyên ngành : Công nghệ kỹ thuật ôtô Mã ngành: 52510205

Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo board mạch điều khiển phun xăng, đánh lửa điện tử trang bị trên ô tô hiện đại” Số trang: 124 Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo: 12 Hiện vật:  03 đĩa CD chứa toàn bộ nội dung đồ án và 03 cuốn đồ án  Board mạch điều khiển phun xăng, đánh lửa NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Kết luận

Nha trang, ngày… tháng… năm 2014 Cán bộ hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)

KS Trần Ngọc Anh

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Võ Văn Chinh Lớp: 52OT MSSV: 52130299

Và: Trần Văn Hiệu Lớp: 52OT MSSV: 52130303

Chuyên ngành : Công nghệ kỹ thuật ôtô Mã ngành: 52510205

Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo board mạch điều khiển phun xăng, đánh lửa điện tử trang bị trên ô tô hiện đại” Số trang: 124 Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo: 12 Hiện vật:  03 đĩa CD chứa toàn bộ nội dung đồ án và 03 cuốn đồ án  Board mạch điều khiển phun xăng, đánh lửa NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Điểm phản biện Nha Trang, ngày….tháng… năm 2014

Cán bộ phản biện

(Ký và ghi rõ họ tên)

Nha Trang,ngày …tháng…năm 2014

Chủ tịch hội đồng

(ký và ghi rõ họ tên)

ĐIỂM CHUNG

Bằng số Bằng chữ

MỤC LỤC

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC HÌNH ix

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN VỀ PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ ĐỜI MỚI 3

1.1 Lịch sử hình thành phun xăng và đánh lửa điện tử trên ô tô 3

1.2 Lý thuyết về phun xăng và đánh lửa trên ô tô 4

1.2.1 Khái niệm, đặc điểm, phân loại hệ thống phun xăng 4

1.2.2 Lý thuyết hệ thống phun xăng 7

1.2.2.1 Tỷ lệ xăng– không khí………7

1.2.2.2 Tỷ lệ khí hỗn hợp lý tưởng……… 7

1.2.2.3 Hệ số dư lượng không khí……… 8

1.2.2.4 Độ đồng nhất của hỗn hợp cháy……… 10

1.2.2.5 Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cháy đến hiệu suất của động cơ10 1.2.2.6 Ảnh hưởng của đến công suất có ích (Ne) và công suất tiêu thụ nhiên liệu(g e) của động cơ……… 12

1.2.3 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống đánh lửa điện tử 15

1.2.4 Lý thuyết đánh lửa điện tử trong ôtô 15

1.3 Kết cấu và hoạt động của hệ thống phun xăng, đánh lửa điển hình 19

1.3.1 Kết cấu hệ thống phun xăng điện tử 19

1.3.2 Nguyên lý của hệ thống phun xăng 21

1.3.3 Kết cấu hệ thống đánh lửa điện tử 22

1.4 Xu hướng phát triển phun xăng và đánh lửa trên ô tô hiện nay 24

CHƯƠNG 2 27

PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 27

2.1 Đặt vấn đề 27

2.2 Phân tích các phương án thiết kế chế tạo 28

2.2.1 Phương án 1: Thiết kế board mạch theo ECU có sẵn 28

2.2.2 Phương án 2: Thiết kế board mạch dựa vào thực tế của động cơ 29

2.2.3 Phương án 3: Kết hợp giữa ECU có sẵn và thực tế của động cơ 30

2.3 Lựa chọn phương án thiết kế 31

2.3.1 Phương án thiết kế 31

2.3.2 Phương án điều khiển phun xăng điện tử 31

2.3.3 Phương án điều khiển đánh lửa điện tử 35

2.3.4 Phương án phần cứng ECU phun xăng, đánh lửa 40

2.3.5 Phương án lập trình cho ECU phun xăng, đánh lửa 40

2.3.6 Sơ đồ chân ECU 42

2.4 Giới thiệu động cơ mẫu 44

2.4.1 Thông số kỹ thuật xe Toyota caldina 44

2.4.2 Giới thiệu hệ thống phun xăng, đánh lửa của xe toyota calinda 2002 46

CHƯƠNG 3 47

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, VIẾT PHẦN MỀM, THỬ NGHIỆM VÀ ĐIỀU CHỈNH BOARD MẠCH 47

3.1 Xây dựng thuật toán điều khiển phun xăng và đánh lửa 47

3.2 Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống 50

3.2.1 Công thức tính thời gian phun theo một số tín hiệu cơ bản của động cơ 50 3.2.1.1 Thời điểm phun xăng………50

3.2.1.2 Thời gian phun xăng……… 51

3.2.2 Tính toán các thông số cho hệ thống đánh lửa lập trình ECU 57

3.2.2.1 Thời gian ngậm điện cần thiết để nạp vào chương trình………… 57

3.2.2.2 Hiệu chỉnh góc đánh lửa theo các chế làm việc động cơ………… 59

3.3 Tính toán, thiết kế phần cứng ECU 62

3.3.1 Chọn linh kiện chế tạo board mạch 62

3.3.2 Sơ đồ các khối trong ECU 69

3.3.2.1 Sơ đồ khối chung……… 69

3.3.2.2 Khối nguồn……… 70

3.3.2.3 Khối cảm biến……… 70

3.3.2.4 Khối vi điều khiển atmega16………76

3.3.2.5 Khối điều khiển ra phun xăng, đánh lửa (Khối công suất) 79 3.3.3 Quy trình làm board mạch 82

3.3.3.1 Chuẩn bị……… 82

3.3.3.2 Các bước làm board mạch……… 82

3.4 Viết chương trình điều khiển phun xăng, đánh lửa 87

3.5 Thử nghiệm điều chỉnh board mạch 88

3.5.1 Quy trình kiểm tra 88

3.5.2 Chạy thử 89

3.5.3 Kết quả 90

3.5.4 Đánh giá 90

3.5.5 Một số hình ảnh sau thực nghiệm 91

CHƯƠNG 4 93

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 93

4.1 Kết luận 93

4.2 Đề xuất ý kiến 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 PHỤ LỤC 96

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

EFI : Electronic Fuel Injection

ECU : Electronic Control Unit

LCD : Liquid Crystal Display

ADC : Analog to Digital Convert

LED : Lighting Emision Diode

BTDC : Trước điểm chết trên (Before Top Dead Center) CIS : Continuous Injection System

TBI : Throttle Body Injection

ESA : Electronic Spark Advance

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Giới thiệu sơ đồ chân nối của ECU 43

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật xe Toyota caldina 2002 45

Bảng 3.1 Một số thông số của mô hình khảo sát 50

Bảng 3.2 Thời gian phun cơ bản 53

Bảng 3.3 Thời gian hiệu chỉnh theo THW 55

Bảng 3.4 Thời gian hiệu chỉnh theo điện áp 56

Bảng 3.5 Kết quả tính toán với các dòng I ng khác nhau 58

Bảng 3.6 Bản đồ góc đánh lửa 61

Bảng 3.7 Góc đánh lửa hiệu chỉnh 62

Bảng 3.8 Chức năng các chân LCD 16 × 2 78

Bảng 3.9 Kết quả thay đổi tải sau thử nghiệm 90

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Loại điều khiển theo áp suất đường ống nạp 5

Hình 1.2 Loại điều khiển theo lưu lượng khí nạp 6

Hình 1.3 Đường biểu diễn thành phần hỗn hợp khí cung cấp cho động cơ ở nhiều chế độ tải khác nhau 8

Hình 1.4 Ngưỡng của tỷ lệ nhiên liệu không khí cần phải duy trì nhằm giúp bộ xúc tác hóa khử ba chức năng hoạt động tốt 8

Hình 1.5 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đối với công suất động cơ P và đối với suất tiêu hoa nhiên liệu ge 9

Hình 1.6 Ảnh hưởng của  đến tvà i 11

Hình 1.7 Ảnh hưởng của  đến Ne và ge của động cơ xăng 12

Hình 1.8 So sánh đặc tuyến điều chỉnh góc đánh lửa sớm kiểu cơ khí và điện tử 16

Hình 1.9 Bản đồ góc đánh lửa sớm lý tưởng 17

Hình 1.10 Góc đánh lửa sớm thực tế 18

Hình 1.11 Xung điều khiển đánh lửa IGT 19

Hình 1.12 Kết cấu cơ bản hệ thống phun xăng điều khiển bằng điện tử 20

Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng điện tử 21

Hình 1.14 Kết cấu cơ bản của hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử 22

Hình 2.1 ECU thực tế 28

Hình 2.2 Mạch điều khiển động cơ dùng vi điều khiển 89S51 29

Hình 2.3 Kết cấu hệ thống phun xăng L-EFI 31

Hình 2.4 Phun xăng đơn điểm 32

Hình 2.5 Phun xăng đa điểm 33

Hình 2.6 Phương pháp phun độc lập 34

Hình 2.7 Phương pháp phun từng nhóm 34

Hình 2.8 Phương pháp phun đồng loạt 35

Hình 2.9 Sơ đồ hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử 35

Hình 2.10 Đánh lửa điện tử có bộ chia điện 36

Hình 2.11 Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bobine cho từng bougie 38

Hình 2.12 Hệ thống đánh lửa trực tiếp mỗi bobine cho từng cặp bougie 39

Hình 2.13 Đánh lửa điện tử sử dụng một bobine cho tất cả bugie 39

Hình 2.14 Sơ đồ chân ECU 42

Hình 2.15 Xe Toyota caldina 2002 44

Hình 2.16 Sơ đồ hệ thống đánh lửa lập trình có bộ chia điện 46

Hình 2.17 Sơ đồ mạch điện hệ thống phun xăng độc lập 46

Hình 3.1 Thuật toán điều khiển phun xăng đánh lửa theo chương trình 48

Hình 3.2 Sơ đồ tín hiệu phun 51

Hình 3.3 Mối quan hệ giữa điện trở nhiệt độ nước làm mát và hiệu điện thế 54

Hình 3.4 Mạch điện điều khiển vòi phun khởi động lạnh 56

Hình 3.5 Thời gian phun thực tế 57

Hình 3.6 Góc đánh lửa sớm thực tế 60

Hình 3.7 Sơ đồ chân của vi điều khiển ATMEGA 16 63

Hình 3.8 Sơ đồ khối vi điều khiển ATMEGA16 66

Hình 3.9 IC ổn áp 7805 67

Hình 3.10 Diode 1N5399 67

Hinh 3.11 Opto PC817 68

Hình 3.12 LM 358 68

Hình 3.13 IRF 3205 69

Hình 3.14 Sơ đồ khối 69

Hình 3.15 Khối tạo nguồn 5V cho vi điều khiển 70

Hình 3.16 Sơ đồ tín hiệu cảm biến lưu lượng khí nạp 70

Hình 3.17 Cảm biến vị trí bướm ga 71

Hình 3.18 Sơ đồ tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát 72

Hình 3.19 Sơ đồ mạch điện dạng xung tín hiệu G và Ne 72

Hình 3.20 Sơ đồ tín hiệu cảm biến vị trí piston 73

Hình 3.21 Giản đồ mô tả nguyên lý đo tốc độ động cơ và 75

điều khiển thời điểm đánh lửa 75

Hình 3.22 Sơ đồ tín hiệu khởi động 76

Hình 3.23 Các chân tín hiệu vào và các chân tín hiệu ra điều khiển 76

Hình 3.24 Khối mạch RESET cho vi điều khiển 77

Hình 3.25 Khối tạo xung nhịp dao động cho vi điều khiển 77

Hình 3.26 Màn hình LCD 16 × 2 79

Hình 3.27 Sơ đồ mạch khối ra điều khiển vòi phun 79

Hình 3.28 Sơ đồ mạch khối ra điều khiển đánh lửa 81

Hình 3.29 Giao diện phần mềm orcad 10.5 82

Hình 3.30 Giao diện layout in proteus 82

Hình 3.31 Linh kiện sắp xếp trên phần mềm proteus 83

Hình 3.32 Sơ đồ mạch in sau khi in ra giấy 83

Hình 3.33 Cắt phần layout từ giấy in 84

Hình 3.34 Cắt board đồng 84

Hình 3.35 Ủi mạch 85

Hình 3.36 Board mạch sau khi ngâm vào dung dịch chứa bột sắt 85

Hình 3.37 Board mạch sau khi vệ sinh 86

Hình 3.38 Khoan mạch 86

Hình 3.39 Hàn mạch 87

Hình 3.40 Board mạch sau khi hoàn thành 87

Hình 3.41 Kết cấu của board mạch phun xăng, đánh lửa 89

Hình 3.42 Chế độ khởi động lạnh 91

Hình 3.43 Chế độ sau khởi động 91

Hình 3.44 Chế độ thay đổi tải 92

LỜI NÓI ĐẦU

Hệ thống phun xăng, đánh lửa điện tử ngày càng được sử dụng rộng rãi trên ô

tô nhằm mục đích tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường

Trong quá trình học tập, tích lũy kiến thức, việc bắt tay vào tính toán thiết kế một bộ phận, một hệ thống là rất quan trọng Phần nào nó củng cố thêm kiến thức

đã học ở trường, thể hiện sự am hiểu về kiến thức cơ bản và một phần là sự vận dụng lí thuyết vào thực tế tính toán sao cho hợp lý, cũng có nghĩa là sinh viên được làm quen với công việc của một cán bộ kỹ thuật

Khi mà vấn đề về năng lượng và môi trường đang hết sức nóng, thì vấn đề

nghiên cứu và tìm hướng giải quyết là điều cấp bách Ô tô sử dụng hệ thống điện - điện tử trong việc điều khiển động cơ nó đang góp phần quan trọng trong việc giải quyết vấn đề này Nằm trong tiến trình đó với tư cách là một sinh viên ngành công nghệ kỹ thuật ô tô nhóm thực hiện cũng cố gắng tìm hiểu và nghiên cứu để góp phần giải quyết vấn đề này trong khuôn khổ đề tài thiết kế Vì mục tiêu trên, nhóm

được Thầy giáo Trần Ngọc Anh hướng dẫn đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo

board mạch điều khiển phun xăng, đánh lửa điện tử trang bị trên ô tô hiện đại ”

Đây là một đề tài vừa có thể nghiên cứu lí thuyết vừa có thể kiểm nghiệm lí

thuyết nghiên cứu bằng ứng dụng thực tế nên rất thiết thực đối với sinh viên

Sau gần 3 tháng nỗ lực cố gắng, nhóm thực hiện đã hoàn thành nội dung cơ bản của đề tài cụ thể gồm 4 chương như sau:

Chương1:Tổng quan về phun xăng và đánh lửa điện tử trên động cơ ô tô đời mới Chương2:Phân tích và lựa chọn phương án

Chương3:Tính toán, thiết kế, viết phần mềm, thử nghiệm và điều chỉnh board mạch

Chương4:Kết luận và đề xuất

Mặc dù đã hết sức cố gắng, nhưng do kiến thức và thời gian có hạn, thiếu kinh nghiệm thực tế, đồ án này chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Nhóm

thực hiện xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trần Ngọc Anh cùng Quý thầy trong

Bộ môn kỹ thuật ô tô bằng thiện chí và nhiệt tình nghề nghiệp đã chỉ bảo và hướng

dẫn trong thời gian thiết kế đề tài cùng tất cả các bạn sinh viên đã giúp nhóm hoàn thành đồ án này Một lần nữa chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

Nhóm thực hiện

Võ Văn Chinh Trần Văn Hiệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ

TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ ĐỜI MỚI

1.1 Lịch sử hình thành phun xăng và đánh lửa điện tử trên ô tô

Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp - ông Stevan - đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu cho một máy nén khí Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp) Tuy nhiên, sau

đó sáng kiến này đã được ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí Trong hệ thống phun xăng này, nhiên liệu được phun liên tục vào trước xupáp hút nên có tên gọi là K – Jetronic (K- Konstant – liên tục, Jetronic – phun) K – Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE –Jetronic, Mono-Jetronic, L-Jetronic, Motronic…

Tên tiếng Anh của K-Jetronic là CIS (continuous injection system) đặc trưng cho các hãng xe Châu Âu và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K –Jetronic– với cảm biến oxy và KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE – Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm) Do hệ thống phun cơ khí còn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80, BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun sử dụng kim phun điều khiển bằng điện Có hai loại: hệ thống L-Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D-Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định dựa vào áp suất trên đường ống nạp)

Đến năm 1984, người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thống phun xăng L-Jetronic và D-Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với động cơ 4A – ELU) Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L – Jetronic thay cho bộ chế

hoà khí của xe Nissan Sunny Song song, với sự phát triển của hệ thống phun xăng,

hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình (ESA – electronic spark advance) cũng được đưa vào sử dụng vào những năm đầu thập kỷ 80 Sau đó, vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – direct ignition system) ra đời, cho phép không sử dụng delco và hệ thống này đã có mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới Ngày nay, gần như tất cả các ô tô đều được trang bị hệ thống điều khiển động

cơ xăng và diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được các yêu cầu gắt gao về khí xả và tiết kiệm nhiên liệu Thêm vào đó, công suất động cơ cũng được cải thiện rõ rệt

Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời Đó là động cơ phun trực tiếp: GDI (gasoline direct injection) Trong tương lai gần, chắc chắn GDI sẽ được sử dụng rộng rãi

1.2 Lý thuyết về phun xăng và đánh lửa trên ô tô

1.2.1 Khái niệm, đặc điểm, phân loại hệ thống phun xăng

 Khái niệm về phun xăng điển tử

Phun xăng điện tử là quá trình phun nhiên liệu vào động cơ được điều khiển bởi một hệ thống điện tử được gọi là ECU (electronic control unit) ECU là một bộ

vi xử lý, khi nhận được các tín hiệu từ cảm biến, ECU sẽ tính toán để đưa ra được

thời điểm và lượng phun tối ưu nhất theo từng chế độ làm việc của động cơ

 Đặc điểm hệ thống phun xăng điện tử

- Kiểm soát lượng xăng phun theo thời gian theo lượng khí nạp để đạt tỉ lệ mong muốn

- Tăng lượng nhiên liệu ở chế độ làm nóng sau khởi động lạnh

- Tăng lượng khí nạp lẫn nhiên liệu cho động cơ nguội vì ma sát lớn

- Bù lượng nhiên liệu bám trên đường ống nạp

- Cắt nhiên liệu khi giảm tốc hoặc tốc độ quá cao

- Điều chỉnh tốc độ cầm chừng

- Điều chỉnh , điều chỉnh lưu hồi khí xả

 Phân loại hệ thống phun xăng

- Loại CIS (continuous injection system)

Đây là hệ thống kiểu sử dụng kim phun cơ khí, chỉ sử dụng trên một số động

cơ, bộ phun mở liên tục, sự thay đổi áp suất đối với nhiên liệu sẽ làm thay đổi lượng nhiên liệu được phun Gồm bốn loại cơ bản sau:

+ Hệ thống K – Jectronic: Đây là hệ thống phun nhiên liệu được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí và thủy lực sau đó được cải thiện thành hệ thống KE – Jectronic với hệ thống ECM mạnh hơn

+ Hệ thống K – Jectronic có cảm biến khí thải: có thêm một cảm biến oxy + Hệ thống KE – Jectronic: là hệ thống được phát triển từ hệ thống (K – Jectronic) với mạch điều chỉnh áp lực phun bằng điện tử

- Loại AFC ( air flow controlled fuel injection)

 D - Jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất): với lượng xăng phun được xác định bởi áp suất sau cánh bướm ga bằng cảm biến MAP (manifold absolute pressure sensor)

Trong D-Jetronic lượng khí nạp tính bằng khối lượng có thể suy ra từ áp suất đường ống nạp P m hoặc góc mở bướm ga t Lưu lượng không khí nạp vào xylanh

cũng phụ thuộc vào các thay đổi áp suất trên ống nạp p’ m

Hình 1.1 Loại điều khiển theo áp suất đường ống nạp

 L - Jetronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là không khí): với lượng xăng phun được tính toán dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió loại cánh trượt Sau đó có các phiên bản: LH – Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt, LU – Jetronic với cảm biến gió kiểu siêu âm…

Theo vị trí lắp đặt kim phun, chia làm 2 loại:

- 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 loại phun trung tâm Kim phun được bố trí phía trên cánh bướm ga và nhiên liệu được phun bằng một hay hai kim phun

- Loại MPI (multi point fuel injection) - phun đa điểm

Đây là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xylanh được bố trí gần xupap hút (cách khoảng 10 – 15 mm) Ống góp hút được thiết kế sao cho đường đi của không khí từ bướm ga 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 Tùy theo cách điều khiển kim phun, hệ thống này có thể chia làm 3 loại chính phun độc lập hay phun từng kim (independent injection), phun nhóm (group injection) hoặc phun đồng loạt (simultaneous injection)

Hình 1.2 Loại điều khiển theo lưu lượng khí nạp

1.2.2 Lý thuyết hệ thống phun xăng

Quá trình tạo hỗn hợp cháy được coi là chất lượng cao khi thỏa mãn được những yêu cầu sau:

- Nhiên liệu phải được hòa trộn đều với toàn bộ lượng khí có trong buồng cháy

- Thành phần hỗn hợp cháy phải phù hợp với chế độ làm việc của động cơ

- Hỗn hợp cháy phải được phân bố đồng điều cho các xilanh của động cơ nhiều xilanh

1.2.2.1 Tỷ lệ xăng– không khí

Hệ thống nhiên liệu trên động cơ xăng có chức năng làm thay đổi tỷ lệ xăng – không khí để có được khí hỗn hợp tối ưu cho mọi chế độ làm việc khác nhau của động cơ Thông thường 1 gram xăng hòa trộn lẫn với 15 gram không khí, ta có tỷ lệ khí hỗn hợp cung cấp cho động cơ trong nhiều chế độ làm việc khác nhau Lúc khởi động trởi lạnh, tỷ lệ khí hỗn hợp là 1/9 Trong chế độ chạy cầm chừng 1/12, ở vận tốc trung bình khí hỗn hợp nghèo xăng hơn, vào khoảng 1/15 Lúc lái xe tăng tốc, tỷ

lệ khí hỗn hợp được thể hiện bằng các đường cong đứt quãng khi mở lớn tối đa bướm ga, khí hỗn hợp cũng được thêm xăng

Việc thay đổi tỷ lệ thích hợp nhằm mục đích luôn luôn nạp đủ nhiên liệu vào xilanh Ví dụ lúc khởi động trời lạnh, hay lúc động cơ xăng đang nguội phải cần đến một tỷ lệ khí hỗn hợp rất giàu xăng Bởi lúc này chỉ có một phần nhỏ xăng bốc hơi,

do đó phải cần thật nhiều xăng để xilanh nhận đủ lượng nhiên liệu cần thiết

1.2.2.2 Tỷ lệ khí hỗn hợp lý tưởng

Tỷ lệ hỗn hợp lý tưởng 1/14,7 được giới thiệu trên đồ thị hình (1.3) gọi là lý tưởng bởi vì lượng oxy trong khí hỗn hợp này hoàn toàn thích ứng với lượng hydrocacbon trong xăng giúp cho quá trình cháy của khí hỗn hợp được hoàn chỉnh nhất Sẽ xẩy ra tình trạng nhiều xăng đối với tỷ lệ 1/14, cũng như quá dư thừa oxy đối với tỷ lệ hỗn hợp 1/16

Nhằm giảm tình trạng ô nhiễm môi trường, ô tô thế hệ mới được trang bị bầu hóa khử (catalytic converter) Để bộ này có thể hoạt động được tốt, đòi hỏi phải duy trì tỷ lệ hỗn hợp khí ở mức lý tưởng 1/14,7

1.2.2.3 Hệ số dƣ lƣợng không khí

Để chỉ rõ mức độ sai biệt giữa tỷ lệ nhiên liệu – không khí cung cấp thực tế cho động cơ so với tỷ lệ hỗn hợp lý tưởng (1/14,7) người ta chọn hệ số dư lượng

= Lượng không khí nạp/Lượng không khí yêu cầu lý tưởng

Hình (1.5) giới thiệu đồ thị về ảnh hưởng của hệ số dư không khí  đối với công suất P và suất tiêu hao nhiên liệu ge.Ta tìm được ảnh hưởng này như sau:

Hình 1.3 Đường biểu diễn thành phần hỗn hợp khí cung cấp cho động cơ ở nhiều

chế độ tải khác nhau

Hình 1.4 Ngưỡng của tỷ lệ nhiên liệu không khí cần phải duy trì nhằm giúp bộ

xúc tác hóa khử ba chức năng hoạt động tốt

Hình 1.5 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí đối với công suất động cơ

P và đối với suất tiêu hoa nhiên liệu g e

Trong đó:

- a Giàu xăng – thiếu không khí

- b Nghèo xăng – dư không khí

Hỗn hợp quá nghèo xăng, không thể tiếp tục cháy được nếu   1 , 3

Hỗn hợp cháy tốt phát huy công suất tối đa cho động cơ Lượng không khí thiếu so với lý tưởng khoảng 5 – 15 %

85,095,





Thiếu khoảng 15 – 25 % không khí Động cơ nổ chuyên tiếp tốt, chuyển tiếp

có nghĩa là thay đổi chế độ làm việc từ chế độ này sang chế độ khác

75,085,





1.2.2.4 Độ đồng nhất của hỗn hợp cháy

Hỗn hợp cháy được gọi là đồng nhất khi nó có thành phần như nhau tại mọi khu vực trong buồng cháy Để được trạng thái này, nhiên liệu phải bốc hơi hoàn toàn và hào trộn đều với lượng khí trong xilanh

Mức độ đồng nhất của hỗn hợp cháy có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, công suất và hàm lượng các chất độc hại trong khí xả Hỗn hợp cháy càng đồng nhất thì lượng không khí thực tế cần thiết để đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng nhiên liệu sẽ càng nhỏ Nói cách khác, độ đồng nhất càng lớn thì động cơ có thể làm việc với hỗn hợp cháy có hệ số dư lượng không khí càng nhỏ mà vẫn đảm bảo yêu cầu đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu Nếu hỗn hợp cháy không đồng nhất, sẽ

có những khu vực trong buồng đốt thiếu hoặc thừa oxy Tại khu vực thiếu oxy, nhiên liệu cháy không hoàn toàn sẽ làm giảm hiệu suất nhiệt của động cơ và làm tăng hàm lượng các chất độc hại trong khí thải Việc thừa oxy quá mức cũng làm giảm hiệu suất của động cơ do phải tiêu hao năng lượng cho việc sấy nóng, nạp và

xả phần không khí quá mức, đồng thời làm giảm hiệu quả sử dụng dung tích công tác xilanh

Độ đồng nhất của hỗn hợp cháy được quyết định bởi các yếu tố: tính chất vật

lý của nhiên liệu ( tính bốc hơi, sức căng bề mặt, độ nhớt), nhiệt độ không khí và của bề mặt tiếp xúc với hỗn hợp cháy (vách đường ống nạp, đỉnh piston, thành xilanh), chuyển động rối của khí trong đường ống nạp vào trong xilanh…

Các biện pháp thường được sủ dụng nhăm hạn chế độ định lượng không đồng đều ở động cơ xăng bao gồm:

- Kết cấu hệ thống nạp hợp lý

- Sấy nóng đường ống nạp để xăng hóa hơi nhanh

- Sử dụng hệ thống phun xăng đa điểm

1.2.2.5 Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cháy đến hiệu suất của động cơ

Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cháy tới hiệu suất của động cơ xăng được phát thể hiện trên hình (1.6)

Hình 1.6 Ảnh hưởng của  đến t và i

1 – với tải bộ phận, 2 – với 100% tải, 3 – với hai bugi cho mỗi xilanh

4 – với khí mới phân lớp, 5 – với buồng đốt trước

Đường nét đứt biểu diễn đặc điểm biến thiên của hiệu suất lý thuyêt (t) theo

; t sẽ giảm khi  giảm trong khu vực   1 do phần nhiên liệu cháy không hoàn toàn và nhiệt lượng chu trình là không đổi (Q=const)

Mặt khác, theo chiều tăng của  trong vùng  1, nhiệt dung riêng của môi chất công tác sẽ giảm vì cả lượng nhiệt của chu trình ứng với một đơn vị số lượng khí mới, nhiệt độ của môi chất công tác trong quá trình cháy và giản nở, hàm lượng tương đối của các khí nhiều nguyên tử (CO2, H2O) đều giảm Kết quả là hệ số đoạn nhiệt (K) sẽ tăng đôi chút và làm cho hiệu suất lý thuyết tăng nhẹ theo chiều tăng của 

Ở động cơ thực tế, hiệu suất chỉ thị (t) cũng sẽ tăng khi hỗn hợp cháy làm

loãng dần do hiệu suất lý thuyết tăng Tuy nhiên, khác với hiệu suất lý thuyết, hiệu suất chỉ thị tăng đến một giá trị nhất định, tại đó quá trình cháy nhiên liệu vẫn diễn

ra bình thường Khi hỗn hợp cháy quá loãng, quá trình cháy nhiên liệu sẽ chậm ra

và không ổn định, có thể có hiện tượng “bỏ lửa”, tất cả những yếu tố đó đều phần làm giảm hiệu suất chỉ thị của động cơ Thành phần hỗn hợp cháy phản ứng với giá

trị cực đại của hiệu suất chỉ thị được gọi là giới hạn làm lỏng có ích ê Gía trị của

Nâng cao giá trị của enói cách khác đảm bảo cho nhiên liệu cháy ổn định

với hỗn hợp cháy loãng hơn đã và đang là vấn đề được các chuyên gia trong lĩnh vực động

cơ đốt trong quan tâm không chỉ nhằm mục đích tăng hiệu suất mà còn có tác dụng giảm độ độc hại của khí thải

1.2.2.6 Ảnh hưởng của đến công suất có ích (Ne) và công suất tiêu thụ nhiên liệu(g e) của động cơ

Hình (1.7) giới thiệu dạng điển hình của đường Ne và ge theo đặc tính điều chỉnh thành phần hỗn hợp cháy của động cơ xăng, tức là đường cong thể hiện đặc điểm biến thiên của Ne và ge theo  khi động cơ chạy ở tốc độ quay không đổi trong điều kiện giữ nguyên vị trí bướm ga

Theo đặc tính điều chỉnh thành phần hỗn hợp cháy của động cơ xăng, Negiảm dần theo chiều tăng của  do tốc độ cấp nhiệt giảm Khi hỗn hợp cháy được làm đậm, công suất của động cơ sẽ tăng và đạt tới trị số cực đại ứng với  N , tại đó lượng nhiên liệu được tăng thêm do giảm cân bằng với lượng nhiên liệu cháy không hoàn toàn do thiếu oxy Nếu tiếp tục làm đậm hỗn hợp cháy, công suất của động cơ giảm do chất lượng quá trình cháy bị ảnh hưởng, nhiên liệu cháy không hoàn toàn

Về phương diện hiệu quả biến đổi năng lượng, ge sẽ giảm mạnh theo chiều tăng của trong phạm vi  < 1 do lượng nhiên liệu cháy không hoàn toàn giảm Trị số của hệ số dư lượng không khí ứng với suất tiêu hao nhiên liệu cực tiểu (g ) tùy thuộc vào nhiều yếu tố như tải, tốc độ quay, giới hạn loãng có ích Nếu tiếp tục làm loãng hỗn hợp cháy (> g), suất tiêu thụ nhiên liệu sẽ tăng do tốc độ cháy giảm, quá trình cháy không ổn định

 Kết luận

Qua quá trình phân tích như trên thì quá trình tạo hỗn hợp cháy ở động cơ xăng có ảnh hưởng trực tiếp đến hàng loạt các chỉ tiêu công tác của động cơ như: hiệu suất, công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, độ độc hại khí thải, tính năng khởi động sự làm việc ổn định Do đó, muốn cho hỗn hợp cháy có chất lượng tốt thì phải đảm bảo các điều kiện sau:

- Tỷ lệ giữa không khí và nhiên liệu thể hiện qua hệ số dư lượng không khí phải thích hợp với từng chế độ làm việc của động cơ

- Nhiên liệu trong hỗn hợp cháy phải giúp quá trình cháy tốt nhất, tức là nhiên liệu phải ở trạng thái hơi, phần nhiên liệu chưa bốc cháy phải là hạt kích thước nhỏ

- Tăng khả năng phân bố đồng đều hỗn hợp cháy cho các xilanh

Như vậy, hệ thống tạo hỗn hợp cháy ở động cơ xăng cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Phải tạo được hỗn hợp cháy có thành phần cần thiết cho mọi chế độ làm việc của động cơ Các chế độ bình thường phải đảm bảo tiết kiệm nhiên liệu Khi chạy ở chế độ toàn tải phải đảm bảo động cơ phát ra công suất lớn nhất

- Có thể điều chỉnh lượng hỗn hợp cháy và thành phần hỗn hợp cháy theo chế độ làm việc của động cơ

- Trong mọi điều kiện khí hậu phải đảm bảo cho động cơ dễ khởi động và giữ cho động cơ làm việc ở chế độ không tải với tốc độ quay thấp

- Dễ điều chỉnh theo trạng thái kỹ thuật và điều kiện sử dụng của động cơ

- Cấu tạo đơn giản, gọn, bền

Để đáp ứng nhu cầu này, hệ thống phun xăng điện tử ra đời và hiện nay nó được phổ biến trên hầu hết các dòng xe thông dụng Với bộ xử lý trung tâm (ECU), thì hệ thống sẽ cung cấp tỷ lệ hòa trộn tối ưu và chính xác hơn Các cảm biến sẽ gửi tín hiệu theo các điều kiện vận hành của động cơ về bộ xử lý, do vậy động cơ luôn đảm bảo được khả năng tiết kiệm nhiên liệu khi ở các chế độ bình thường và phát huy công suất lớn nhất ở chế độ toàn tải Trong hệ thống phun xăng điện tử, ngoài

sử dụng bốn vòi phun chính luôn cung cấp nhiên liệu cho động cơ ở mọi chế độ thì

hệ thống còn có thêm một vòi phun khởi động lạnh, nó giúp cho động cơ có thể dễ dàng khởi động ở mọi điều kiện khí hậu Vậy nên hệ thống phun xăng điện tử có thể cung cấp tỷ lệ hòa trộn chính xác hơn, tăng cường khả năng đáp ứng của động cơ, cải thiện mức tiêu thụ nhiên liệu và giảm nồng độ khí độc hại thải ra môi trường

1.2.3 Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống đánh lửa điện tử

- Nhiệm vụ

Hệ thống đánh lửa trên động cơ có nhiệm vụ biến nguồn điện xoay chiều

hoặc một chiều có hiệu điện thấp (12 hoặc 24V) thành các xung điện cao (từ 15.000 đến 40.000V) Các xung điện cao này sẽ được phân bố đến bougie của các

xylanh đúng thời điểm để tạo tia lửa điện đốt cháy hòa khí

- Yêu cầu

Một hệ thống đánh lửa làm việc tốt phải đảm bảo các yêu cầu sau:

 Hệ thống đánh lửa phải sinh ra hiệu điện thế thứ cấp đủ lớn để phóng điện qua khe hở bougie trong tất cả các chế độ làm việc của động cơ

 Tia lửa trên bougie phải đủ năng lượng và thời gian phóng để sự cháy bắt đầu

 Góc đánh lửa sớm phải đúng trong mọi chế độ hoạt động của động cơ

 Các phụ kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ cao và độ rung xóc lớn

 Khe hở điện cực bougie phải nằm khoảng cho phép

- Phân loại

Hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử

(ESA- electronic spark advance) được chia làm 2 loại sau:

 Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ vi xử lý

 Hệ thống đánh lửa sử dụng bộ vi xử lý kết hợp với hệ thống phun xăng

Nếu phân loại theo cấu tạo ta có:

 Hệ thống đánh lửa theo chương trình có delco

 Hệ thống đánh lửa theo chương trình không có delco (đánh lửa trực tiếp)

1.2.4 Lý thuyết đánh lửa điện tử trong ôtô

Trên các ôtô hiện đại, kỹ thuật số đã được ứng dụng vào trong hệ thống đánh lửa từ nhiều năm nay Việc điều khiển góc đánh lửa sớm và góc ngậm điện sẽ được máy tính đảm nhận Các thống số như tốc độ động cơ, tải, nhiệt độ được các cảm

biến mã hóa tín hiệu đưa vào ECU xử lý và tính toán để đưa ra góc đánh lửa sớm tối

ưu theo từng chế độ hoạt động của động cơ

Để có thể xác định chính xác thời điểm đánh lửả cho từng xylanh của động cơ theo thứ tự nổ, ECU cần phải nhận được các tín hiệu cần thiết như tốc độ động cơ,

vị trí cốt máy, lượng khí nạp, nhiệt độ động cơ…số tín hiệu vào ngày càng nhiều thì việc xác định đánh lửa sớm tối ưu càng chính xác Sơ đồ hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử có thể chia làm 3 phần: tín hiệu vào, ECU và tín hiệu từ ECU ra điều khiển Igniter

Ngoài ra còn có thể có các tín hiệu vào từ cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến tốc độ xe, cảm biến oxy Sau khi nhận tín hiệu từ các cảm biến ECU sẽ xử lý và đưa

ra xung đến Igniter để điều khiển đánh lửa

Trong các tín hiệu ngõ vào, tín hiệu tốc độ động cơ, vị trí piston và tín hiệu tải

là các tín hiệu quan trọng nhất Việc tính toán tốc độ động cơ và vị trí piston ta đặt một cảm biến trên một vành răng ở đầu cốt máy, bánh đà, đầu cốt cam hoặc delco Một số trường hợp dùng một vòng răng để tính tốc độ động cơ và vị trí piston

Để xác định tải của động cơ, ECU dựa vào tín hiệu áp suất trên đường ống nạp hoặc tín hiệu lưu lượng khí nạp Do sự thay đồi về áp suất trên đường ống nạp khi thay đổi tải, tín hiệu điện áp gửi về ECU sẽ thay đổi và ECU sẽ nhận tín hiệu này để

xử lý và quy ra mức tải tương ứng để xác định góc đánh lửa sớm

(a) Đặc tính góc đánh lửa sớm bằng điện tử (b) Đặc tính đánh lửa sớm bằng cơ khí

Hình 1.8 So sánh đặc tuyến điều chỉnh góc đánh lửa sớm kiểu cơ khí và điện tử

Đồ thị hình (1.9) mô tả sự sai lệch giữa hai kểu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng cơ khí và điện tử Đối với hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử, góc đánh lửa sớm được điều chỉnh gần sát với đặc tính lý tưởng Kết hợp hai đặc tính đánh lửa sớm theo tốc độ và tải có bản đồ góc đánh lửa sớm với khoảng 1000 đến 4000 điểm đánh lửa sớm được chọn lựa đưa vào bộ nhớ

Hình 1.9 Bản đồ góc đánh lửa sớm lý tưởng

Một chức năng khác của ECU trong việc điều khiển đánh lửa là sự điều chỉnh góc ngậm điện Góc ngậm điện phụ thuộc vào hai thông số là hiệu điện thế accu và tốc độ động cơ Khi khởi động chẳng hạn, hiệu điện thế accu bị giảm sút, vì vậy ECU sẽ điều khiển tăng thời gian ngậm điện trong cuộn sơ cấp Ở tốc độ thấp, do thời gian tích lũy năng lượng quá dài gây lãng phí năng lượng nên ECU sẽ điều khiển xén bớt xung điện áp điều khiển để giảm thời gian ngậm điện nhằm mục đích tiết kiệm năng lượng và tránh nóng cho bobine Trong trường hợp dòng sơ cấp vẫn tăng cao hơn giá trị ấn định, bộ phận hạn chế dòng sẽ làm việc và giữ cho dòng điện

sơ cấp không thay đổi cho đến thời điểm đánh lửa Một điểm cần lưu ý là góc ngậm điện phụ thuộc vào loại động cơ mà công việc này thực hiện trong ECU hay tải Ingiter.Vì vậy Ingiter của hai loại có và không có bộ điều chỉnh góc điện không thể lắp lẫn được với nhau

Góc đánh lửa sớm thực tế khi động cơ hoạt động được xác định bằng công thức:

θ = θbd+ θcb+ θhc (1.1) Trong đó:

Góc đánh lửa sớm ban đầu (θbđ) phụ thuộc vào vị trí của delco hoặc cảm biến

vị trí piston (tín hiệu G) Thông thường, trên các loại xe góc đánh lửa sớm ban đầu được hiệu chỉnh trong khoảng từ50 đến100 trước tử điểm thượng ở tốc độ cầm chừng.Góc đánh lửa sớm cơ bản (θcb) sẽ được ECU đọc ra từ bộ nhớ dựa vào giá trị tốc độ động cơ và giá trị điện áp của cảm biến vị trí bướm ga báo về ECU Trong board mạch này góc đánh lửa hiệu chỉnh sẽ theo tín hiệu nhiệt độ nước làm mát đưa

về ECU

Dựa vào số vòng quay và tải động cơ (từ tín hiệu áp suất trên đường ống nạp hoặc thể tích khí nạp) ECU sẽ đọc giá trị góc đánh lửa sớm cơ bản (θcb) được lưu trong bộ nhớ

Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh (θhc) là góc đánh lửa được cộng thêm hay giảm bớt đi khi ECU nhận được các tín hiệu khác nhau như nhiệt độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, tín hiệu kích nổ, tín hiệu tốc độ xe Vì vậy góc đánh lửa sớm thực tế được tính bằng góc đánh lửa sớm ban đầu cộng với góc đánh lửa sớm cơ bản và góc đánh

lửa sớm hiệu chỉnh để đạt được góc đánh lửa sớm lý tưởng theo từng chế độ hoạt động của động cơ.Sau khi xác định được góc đánh lửa sớm, bộ xử lý trung tâm CPU

sẽ đưa ra xung điện áp để điều khiển đánh lửa

Hình (1.11) mô tả quá trình dịch chuyển xung IGT trong CPU về phía trước của từ điểm thượng khi có sự hiệu chỉnh về góc đánh lửa sớm cơ bản và góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh Ngoài ra, xung IGT có thể đã được xén khi gửi qua Igniter Để cân lửa cho hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử trên đa số các loại ta nối hai đầu của check connector trước lúc cân lửa Đối với xe Toyota ta nối hai đầu TEI và EI khi đó ECU điều khiển động cơ làm việc ở chế độ chuẩn (standard Ignition timing), các yếu tố ảnh hưởng đến góc đánh lửa sớm mới chính xác

1.3 Kết cấu và hoạt động của hệ thống phun xăng, đánh lửa điển hình

1.3.1 Kết cấu hệ thống phun xăng điện tử

Hình (1.12)

Hình 1.11 Xung điều khiển đánh lửa IGT

- Tín hiệu cảm biến

+ Cảm biến vị trí trục cam (tín hiệu G)

+ Cảm biến vị trí trục khuỷu (tín hiệu NE)

+ Cảm biến lưu lượng khí nạp hoặc cảm biến áp suất đường ống nạp

+ Cảm biến vị trí bướm ga(VTA )

+ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (tín hiệu THW)

+ Cảm biến oxy (tín hiệu OX)

1.3.2 Nguyên lý của hệ thống phun xăng

Hệ thống phun xăng bao gồm ba phần cơ bản:

1.3.3 Kết cấu hệ thống đánh lửa điện tử

Hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình là hệ thống đánh lửa mà góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng một chương trình tính toán thiết lập trong một máy tính điện tử, được bố trí trên xe gọi là ECU Góc đánh lửa sớm được tính toán thông qua các tín hiệu của các cảm biến ghi nhận từ động cơ, từ các tín hiệu này bộ

xử lý của ECU sẽ tính toán và đưa ra góc đánh lửa tối ưu nhất phù hợp với điều kiện làm việc hiện tại của động cơ

Hình 1.14 Kết cấu cơ bản của hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử

Chú thích hình (1.14)

- Tín hiệu cảm biến

+ Cảm biến vị trí trục cam (tín hiệu G)

+ Cảm biến vị trí trục khuỷu (tín hiệu NE)

+ Cảm biến lưu lượng khí nạp hoặc cảm biến áp suất đường ống nạp

+ Cảm biến vị trí bướm ga(VTA )

+ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (tín hiệu THW)

+ Cảm biến oxy (tín hiệu OX)

+ Cảm biến tốc độ xe (SPD)

+ Cảm biến kích nổ (KNK)

+ Tín hiệu đánh lửa IGT

+ Tín hiệ phản hồi đánh lửa IGF

+ Tín hiệu khởi động STA

- Khối xử lý trung tâm

 Các bộ phận chính trên sơ đồ hệ thống đánh lửa

- Các cảm biến: có nhiệm vụ nhận biết các chế độ hoạt động khác nhau của động cơ như chế độ khởi động, sau khởi động, chế độ thay đổi tải và phát ra các tín

hiệu gửi đến ECU hay còn gọi là nhóm tín hiệu vào

- ECU: có nhiệm vụ xử lý và tính toán các thông số đầu vào từ đó phát ra

các tín hiệu điều khiển đầu ra

- Cơ cấu chấp hành: là Igniter trực tiếp điều khiển bobine thông qua các tín

hiệu điều khiển nhận được từ ECU

 Hoạt động của hệ thống

Nguyên lý làm việc của hệ thống đánh lửa: ECU nhận được tín hiệu từ các cảm biến đầu vào, sau đó xử lý các tín hiệu nhận được và so sánh với chương trình

đã được lập trình trong ECU để truyền tín hiệu điều khiển đến từng máy trong động

cơ, tín hiệu sẽ được truyền đến từng máy theo thứ tự làm việc của động cơ đảm bảo việc tối ưu hóa hoạt động của động cơ

1.4 Xu hướng phát triển phun xăng và đánh lửa trên ô tô hiện nay

Tăng công suất, tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu khí xả độc hại vào môi

trường là những vấn đề các hãng xe luôn vươn tới, bởi vậy hệ thống nhiên liệu ngày càng được phát triển

- Sự phát triển của hệ thống EFI:

Hệ thống phun xăng điện tử EFI đã xuất hiện từ năm 1950 nhưng phải đến năm 1980 hệ thống mới thực sự phát triển rộng rãi ở Châu Âu Trên những mẫu xe hiện tại vẫn sử dụng hệ thống EFI, tuy nguyên lý cơ bản không thay đổi nhưng nhờ công nghệ điện tử phát triển đã giúp cho hệ thống ngày nay càng hoàn thiệt và đạt hiệu quả cao hơn rất nhiều Trong hệ thống EFI bao gồm hệ thống thống phun xăng đơn điểm, hệ thống phun xăng hai điểm và hệ thống phun xăng đa điểm Tùy thuộc vào kết cấu và chức năng của xe mà các hệ thống được lựa chọn Ví dụ: hệ thống phun xăng đơn điểm có cấu tạo đơn giản, chi phí chế tọa rẻ nên thường chỉ xuất hiện ở xe nhỏ Ngoài ra, hiện nay các xe chủ yếu sử dụng hệ thống phun xăng

đa điểm, với vòi phun bố trí gần xupap hút nên giảm được nhiên liệu thất thoát, tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí độc hại ra môi trường

- Sự ra đời của hệ thống phun xăng trực tiếp (GDI):

Hệ thống phun xăng trực tiếp (GDI) sử dụng vòi phun phun nhiên liệu trực tiếp vào trong buồng cháy với áp suất lớn Hỗn hợp cháy sẽ hình thành bên trong buồng đốt Động cơ sử dụng hệ thống phun xăng trực tiếp vào buồng cháy (Duratec Sci)tiết kệm nhiên liệu và cho khí thải sạch Nhiên liệu giảm từ 6-8%, mang lại lợi ích kinh tế lớn

Động cơ phun xăng trực tiếp có khả năng tiết kiệm nhiên liệu đặc biệt dưới điều kiện hỗn hợp cháy nghèo (tức ít xăng và nhiều không khí), như trong điều kiện không tải như chỉ có một phần của buồng cháy có hỗn hợp cháy Ở các động cơ thường thì khác, chúng cần hỗn hợp đậm đặc hơn để tạo công suất lớn hơn khi chạy không tải, chúng có xu hướng hoạt động với lượng nhiên liệu vượt quá so với lượng không khí bởi bướm ga lúc này gần như đóng Hệ thống Duratec SCi có một cách thông minh để khắc phục hiện tượng này bằng cách sử dụng các van điều khiển xoáy trong đường nạp cho phép chống cản và bóp hỗn hợp Vì thế mà động cơ tiết kiệm được nhiên liệu

Kết quả là tạo nên một quá trình cháy hiệu quả với một lượng phun nhiên liệu giảm đáng kể trong khi vẫn đủ công suất khi gia tốc tại tốc độ thấp Ngoài van điều khiển xoáy, công nghệ Sci còn thêm các công nghệ nổi trội :

+ Phun nhiên liệu trực tiếp và buồng cháy thay vì phun trên đường ống nạp + Thiết kế pít tông đặc biệt, dạng lõm không đối xứng, để phân lớp nhiên liệu đậm đặc gần bougie;

+ Hệ thống nhiên liệu tương tự như hệ thống commom rail ở động cơ diesel đạt hiệu suất lên đến 120bar, cùng với khả năng phun nhiên liệu chính xác cao; + Hệ thống xả phức tạp, gồm 3 đường xúc tác và bộ xúc tác DeNOx giúp giảm thiếu tối đa khí độc hại;

+ Bougie năng lượng cao, đánh lửa trực tiếp với 4 điện cực được thiết kế đặc biệt cho kiều đánh lửa phân lớp

Cùng với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống đánh lửa điện tử ra đời và thay thế hoàn hệ thống đánh lửa cơ khí Quá trình phát triển hệ thống đánh lửa bắt đầu từ điều khiển bằng má vít với cơ cấu điều khiển đánh lửa sớm bằng chân không hoặc ly tâm Sau đó phát triển hệ thống đánh lửa kiểu bán dẫn và kiều bán dẫn có ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử) trong hệ thống đánh lửa bán dẫn thường, góc đánh lửa sớm vẫn sử dụng như hệ thống đánh lửa bằng má vít Hệ thống đánh lửa bán dẫn kểu ESA thì góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng bộ điều khiển điện

tử ECU Hiện nay, trên các động cơ gần đây, đã sử dụng hệ thống đánh lửa trực

tiếp Đây là hệ thống đánh lửa hiện đại nhất ngay nay Thay vì sử dụng bộ chia điện,

hệ thống này sử dụng bobine đơn hoặc đôi cung cấp điện áp cao áp trực tiếp cho các bougie, thời điểm đánh lửa sớm được điều khiển bởi ESA của ECU động cơ

Hiện nay trên ô tô con các động cơ hầu hết đã sử dụng hệ thống phun xăng và đánh lửa được điều khiển bằng ECU Trên các động cơ này, bộ điều khiển điện tử (ECU- Electronic Control Unit) điều khiển lượng phun nhiên liệu và thời điểm tối

ưu theo các chế độ vận hành của động cơ Vì vậy bài toán về thời điểm đánh lửa, thời gian phun nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường luôn là vấn đề cấp bách đặt ra cho các hãng xe ô tô trước tình hình giá xăng tăng, ô nhiễm môi trường do khí xã tăng theo

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

Với xu hướng phát triển này, trong chương 2 này chúng tôi sẽ đưa ra phương

án, lựa chọn phương án “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo board mạch điều khiển

phun xăng, đánh lửa điện tử trang bị trên ô tô hiện đại” Đây là hệ thống rất quan

trọng đối với động cơ xăng

Mục đích của việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo board mạch điều khiển phun xăng, đánh lửa điện tử trang bị trên ô tô hiện đại là:

- Thỏa mãn được niềm đam mê, được nghiên cứu một phần nào đó về điều khiển tự động trên ô tô Là cơ sơ, nền tảng cho việc nghiên cứu khoa học tiếp theo

- Có thể ứng dụng vào thực tiễn trên xe máy Ví dụ như thay bộ chế hòa khí trên xe máy bằng phun xăng, đánh lửa điện tử

Vì vậy để phù hợp với điều kiện thực tế, cũng như việc điều chỉnh các thông

số kỹ thuật khác trong quá trình thử nghiệm sau này thì trong đề tài này chúng tôi sẽ xây dựng board mạch dựa trên cơ sở lý thuyết và nguyên lý làm việc của thiết bị điều khiển phun xăng L-EFI, đánh lửa điện tử Hệ thống phun xăng, đánh lửa điện

tử trong board mạch này khi thiết kế thỏa mãn yêu cầu và chất lượng đặt ra, các chỉ tiêu chất lượng phải tốt nhất theo tiêu chuẩn tối ưu là boar mạch thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm được vật liệu, đảm bảo bền và năng lượng tiêu thụ board mạch thấp, linh kiện sử dụng trong board mạch có sẵn trên thị trường việc lắp đặt, sữa chữa dễ dàng

và thuận lợi