Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử

Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái Được học tập và rèn luyện tại trường Đại học Giao Thông Vận Tải Thành phố Hồ Chí Minh là niềm vinh dự và tự hào của mỗi sinh viên. Tuy ngành Cơ khí Ô Tô là ngành mới so với nhiều trường khác, cơ sở vật chất còn thiếu thốn, nhưng bù lại chúng em lại được các Thầy Cô nhiệt tình, tâm huyết giảng dạy. Đặc biệt là các thầy trong khoa Cơ khí đã trang bị cho chúng cho em một nền tảng cơ bản về kiến thức chuyên ngành để phần nào đáp ứng cho nhu cầu phát triển của xã hội. Trên nền tảng kiến thức đó, nhà trường đã khuyến khích và tạo điều kiện cho chúng em được tham gia nghiên cứu các đề tài khoa học, các hội thi tay nghề Sau 3 tháng làm việc vất vả dưới sự hướng dẫn tận tình của Thầy Giáo Th.S Dương Minh Thái, em và các bạn trong nhóm đã hoàn thành tốt luận văn của mình, em xin được gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến Thầy, người đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành luận văn cũng như khi Thầy giảng dạy trên lớp. Luận văn đã hoàn thành theo đúng dự kiến. Song do khả năng còn nhiều hạn chế, thời gian thực hiện có hạn, và vì một số lí do khách quan nên chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong nhận được sự thông cảm và góp ý của các Thầy trong bộ môn và các bạn sinh viên. Một lần nữa, em xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến các Thầy Cô đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong những năm học vừa qua, đặc biệt là Thầy Giáo Th.S Dương Minh Thái, người đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành luận văn này! SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 1 LỜI CẢM ƠN! Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TP HCM, ngày … tháng … năm 2013 Giảng Viên Hướng Dẫn NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 2 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái TP HCM, ngày … tháng … năm 2013 Giảng Viên Chấm Phản Biện MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGIÊN CỨU 1. Đặt vấn đề 7 2. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài 7 2.1 Nhiệm vụ của đề tài 7 2.2 Giới hạn của đề tài 7 3. Phương pháp nghiên cứu 8 4. Các bước thực hiện 8 Chương II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN Ô TÔ SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 3 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái 1. Lịch sử phát triển hệ thống phun xăng trên Ô Tô 9 2. Sơ lược về hệ thống phun xăng điện tử EFI 13 2.1 Phân loại 13 2.2 Các kết cấu cơ bản của hệ thống nhiên liệu 16 2.2.1. Các cảm biến cho tín hiệu ngõ vào 16 2.2.2. Khối điều khiển điện tử (ECU) 16 2.2.3. Tín hiệu ngõ ra và các cơ cấu chấp hành 19 2.3 Ưu nhược điểm của EFI với hệ thống dùng chế hòa khí 20 Chương III: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA 5S – FE 1. Giới thiệu về động cơ 5S – FE 21 2. Hệ thống nhiên liệu động cơ Toyota 5S-Fe 22 2.1 Sơ đồ tổng quát và nguyên lý hoạt động 22 2.2 Cấu tạo các bộ phận của hệ thống nhiên liệu 23 2.2.1. Kim phun nhiên liệu 23 2.2.2. Bơm nhiên liệu 24 2.2.3. Lọc nhiên liệu 25 2.2.4. Ống phân phối 26 2.2.5. Bộ điều áp 26 2.2.6. Bộ giảm rung động 27 3. Điều khiển nhiên liệu trên động cơ Toyota 5S-FE 27 3.1 Sơ đồ mạch điện điều khiển 27 3.2 Hệ thống cảm biến 30 3.2.1 Cảm biến áp suất đường ống nạp MAP 30 3.2.2 Tín hiệu Ne và tín hiệu G 32 3.2.3 Cảm biến vị trí bướm ga 34 3.2.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 35 3.2.5 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 36 3.2.6 Cảm biến kích nổ 37 3.2.7 Cảm biến Oxy 37 SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 4 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái 3.2.8 Một số tín hiệu khác 40 3.3 Điều khiển lượng nhiên liệu 40 3.3.1 Điều khiển lượng phun cơ bản 40 3.3.2 Điều khiển lượng phun hiệu chỉnh 42 3.3.2.1 Hiệu chỉnh để khởi động 42 3.3.2.2 Hiệu chỉnh để hâm nóng 42 3.3.2.3 Hiệu chỉnh để tăng tốc 43 3.3.2.4 Hiệu chỉnh phản hồi kín 43 3.3.2.5 Hiệu chỉnh để tăng công suất 44 3.3.2.6 Hiệu chỉnh cắt nhiên liệu 44 3.3.2.7 Hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp 45 3.3.2.8 Hiệu chỉnh theo điện áp accu 45 3.4 Điều khiển bơm nhiên liệu 46 3.5 Điều khiển kim phun nhiên liệu 47 3.6 Điều khiển cầm chừng và kiểm soát khí thải 48 3.7 Chức năng tự chẩn đoán 51 Chương IV: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ TOYOTA 5S – FE XÂY DỰNG BÀI GIẢNG THỰC HÀNH KIỂM TRA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ TOYOTA 5S - FE 1. Giới thiệu mô hình 53 2. Mục đích và ý nghĩa của mô hình 53 3. Cấu tạo mô hình 53 4. Sơ đồ mạch điện 55 5. Các yêu cầu khi sử dụng 57 6. Các bài giảng thực hành 58 6.1. Kiểm tra điện trở 58 SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 5 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái 6.2. Kiểm tra điện áp 60 6.3. Kiểm tra mạch cấp nguồn 62 6.4. Kiểm tra bơm xăng 65 6.5. Kiểm tra kim phun 61 6.6. Kiểm tra cảm biến vị trí cánh bướm ga 71 6.7. Kiểm tra cảm biến áp suất đường ống nạp 73 6.8. Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát 75 6.9. Kiểm tra cảm biến Oxy 77 6.10. Kiểm tra tín hiệu Ne, G 79 6.11. Kiểm tra tìm pan thông qua đèn check 81 Chương V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 1. Kết luận 83 2. Hướng phát triển 83 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGIÊN CỨU 1. Đặt vấn đề Hiện nay, khi mà nền công nghiệp Ô Tô đang phát triển lên đến trình độ rất cao, các kỹ sư, các nhà khoa học vẫn đang miệt mài nghiên cứu để cho ra các công nghệ mới nhằm tăng tính năng tiện lợi an toàn trong sử dụng cũng như tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện với môi trường. Trong lĩnh vực phát triển động cơ, nhiều công nghệ mới như công nghệ đánh lửa trực tiếp DIS, điều khiển van thông minh VVT-i, phun xăng trực tiếp GDI đã được ứng dụng để thay thế cho các công nghệ trước đây. HIện nay, hệ thống phun xăng điện tử EFI là hệ thống được dùng phổ SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 6 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái biến nhất trên Ô Tô dùng động cơ xăng. Chính vì lẽ đó, nghiên cứu về EFI có ý nghĩa rất thiết thực đối với sinh viên nghành Cơ Khí Ô Tô. 2. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài 2.1. Nhiệm vụ của đề tài Đề tài luận văn “Nghiên cứu khai thác hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ Toyota 5S – FE ; Thiết kế mô hình động cơ Toyota 5S – FE” nhằm tạo ra một tài liệu nghiên cứu có giá trị trong học tập cũng như khai thác sửa chữa động cơ Toyota 5S - Fe được sử dụng trên các xe Toyota Camry được sảm xuất trong giai đoạn từ tháng 8/1996 đến tháng 7/2001, từ đó làm cơ sở để khai thác các động cơ khác , cũng như thiết kế nên một mô hình học tập khoa học và hợp lý, có tính trực quan cao, tạo điều kiện cho sinh viên có thêm cơ hội cọ xát thực hành trên động cơ thật, không bị bỡ ngỡ khi ra trường đi làm. 2.2. Giới hạn của đề tài Được nghiên cứu và đầu tư kĩ lưỡng thông qua nhiều nguồn tài liệu trong và ngoài nước, các tài liệu đào tạo của hãng Toyota, các tạp chí Ô Tô trên thế giới, luận văn đã trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động, khai thác sử dụng của động cơ, tạo thuận lợi cho việc sữa chữa và cho việc nghiên cứu các động cơ khác, đồng thời thiết kế được một mô hình phục vụ học tập có ý nghĩa. Tuy nhiên với kiến thức thực tế còn khiêm tốn, chỉ dừng ở việc chế tạo mô hình trên động cơ đã có sẵn, luận văn vẫn chưa đề cập đến phần lập trình điều khiển, có đôi chỗ luận văn còn trình bày theo hướng thuần lý thuyết, có thể gây khó khăn cho những độc giả không chuyên về Ô Tô. 3. Phương pháp nghiên cứu Trong quá trình thực hiện luận văn, kiến thức được đúc kết từ những hướng sau:  Vận dụng kiến thức đã được học về EFI ở trên lớp và trong giai đoạn thực tập.  Tận dụng các giáo trình, tạp chí nghiên cứu về động cơ xăng.  Kết hợp quan sát và thực hành sữa chữa, kiểm tra trên mô hình. SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 7 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái  Tham khảo tài liệu Toyota Technical Training. 4. Các bước thực hiện  Tham khảo tài liệu  Thiết kế khung đỡ động cơ  Thiết kế sa bàn và các chi tiết trên sa bàn  Thiết kế mạch điện, bản vẽ, các chi tiết phụ  Tiến hành đo đạc và kiểm tra thu thập các thông số  Hoàn thiện mô hình  Thiết kế các bài giảng dạy thực hành trên mô hình  Viết thuyết minh Chương II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN Ô TÔ 1. Lịch sử phát triển hệ thống phun xăng trên Ô Tô Lịch sử phát triển của các hệ thống phun xăng đã kéo dài khoảng hơn 100 năm, kể từ khi bơm piston được ứng dụng vào phun nhiên liệu năm 1898 trên một số dòng sản phẩm, và đến nay, các hệ thống phun xăng tiên tiến như EFI, GDI đang được ứng dụng rộng rãi trên ô tô hiện đại. SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 8 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái Vào cuối 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, Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả cao vì chi phí tốn kém và trình độ công nghệ lúc bấy giờ chưa cho phép. 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 vào năm 1937, khắc phục được nguy cơ đóng băng và cháy nổ của bộ chế hòa khí. Việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống phun xăng bị gián đoạn trong một khoảng thời gian dài do chiến tranh, đến năm 1955 Đức cho ứng dụng thử nghiệm hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt lên dòng xe thể thao 300 SL của hãng Daimler – Benz (GDI sau đó phát triển đến những năm 1970 rồi dừng lại và và quay trở lại thị trường từ năm 1966 bởi hãng Mitsubishi). đến 1962 người Pháp phát triển phun nhiên liệu trên ô tô Peugeot 404 Đến năm 1973, 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 supap hút nên có tên gọi là K – Jetronic (K- Kontinuierlich – liên tục, Jetronic – tên thương mại của Fuel Injection – phun nhiên liệu). Hệ thống này sau này được phát triển thêm với một cảm biến oxy và van tần số, một phát triến khác là Ku – Jetronic được phát triển tại Mỹ với chế độ điều khiển theo vòng kín. K – Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và rất nhiều hãng xe khác, được biết đến với tên gọi CIS (Continous Injection System ) tại Mỹ, 1994 Porsche 911 Turbo 3.6 là chiếc xe cuối cùng sử dụng hệ thống phun xăng này. Hệ thống phun xăng K-Jetronic là hệ thống phun xăng cơ bản của các kiểu phun xăng điện tử hiện đại ngày nay. Các đặc điểm kỹ thuật của hệ thống phun xăng có thể tóm lược như sau:  Được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí- thuỷ lực.  Không cần những dẫn động của động cơ, có nghĩa là động tác điều chỉnh lưu lượng xăng phun ra do chính độ chân không trong ống hút điều khiển. SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 9 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái  Xăng phun ra liên tục và được định lượng tuỳ theo khối lượng không khí nạp. Hình 2.1. Hệ thống phun xăng K-Jetronic Hệ thống K-Jetronic sau này được cải tiến thêm bằng cách dùng van tần số để thay đổi áp suất buồng dưới của các bộ chênh lệch áp suất, mục đích là để điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp để cho động cơ hoạt động được tốt hơn. Đến năm 1985, Hệ thống phun xăng KE-Jetronic được hãng BOSCH chế tạo dựa trên nền tảng của hệ thống K-Jetronic và K-Jetronic với van tần số. Các nhà thiết kế nhận thấy rằng ở hệ thống K-Jetronic với van tần số thì độ chính xác không cao lắm do các cảm biến sử dụng để nhận biết tình trạng làm việc của động cơ còn quá ít và việc sử dụng van tần số để hiệu chỉnh áp lực các buồng dưới, cũng như dùng bộ điều chỉnh áp lực theo nhiệt độ để hiệu chỉnh tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng các chế độ làm việc của động cơ là chưa hoàn thiện… Bởi vì các chế độ làm việc của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào thời gian mở và đóng của van tần số và sự thay đổi của áp suất điều chỉnh trên đỉnh piston. Nếu sự phối hợp cả hai yếu tố trên là không đồng bộ thì độ tin cậy làm việc của hệ thống là không đảm bảo. SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 10 [...]... được cung cấp giàu xăng hơn SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 12 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái Hình 2.3 - Sơ đồ kết cấu cơ bản của hệ thống EFI Hiện tại thì EFI gần như đã được phát triển hoàn thiện, và là hệ thống phun xăng phổ biến nhất hiện nay Trong tương lai, EFI sẽ dần được thay thế bởi các hệ thống phun xăng tiên tiến hơn, cụ thể là hệ thống phun xăng trực tiếp GDI.. .Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái Hình 2.2 hệ thống phun xăng KE-Jetronic 1 – Thùng xăng; 2 – Bơm xăng; 3 – Bộ tích năng; 4 – Lọc xăng; 5 – Bộ điều áp xăng; 6 – Kim phun xăng; 7 – Đường ống nạp; 8 – Kim phun xăng khởi động lạnh; 9 – Bộ định lượng và phân phối nhiên liệu; 10 – Bộ đo lưu lượng không khí; 11 – Bộ điều chỉnh áp lực bằng điện; 12 – Cảm biến... kim phun, bơm xăng thông qua các solenoid, relay Hình 2.10 Transistor đóng ngắt solenoid SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 19 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái Các cơ cấu chấp hành thừa lệnh điều khiển của ECU trong hệ thống phun xăng bao gồm bơm xăng, các kim phun và van không tải ISC (Idle Speed Control) 2.3 Ưu nhược điểm của EFI với hệ thống dùng chế hòa khí So với hệ thống. .. quy định về khí thải ngày càng khắt khe, hệ thống EFI cùng với những tính năng ưu việt của nó, đang là hệ thống phun xăng phổ biến nhất trên ô tô hiện nay SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 20 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái Chương III: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ 5S – FE 1 Giới thiệu về động cơ 5S – FE Động cơ phun xăng điện tử 5S-FE của Toyota được lắp trên xe Toyota... tế và ý nghĩa của chúng : SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 29 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử SVTH : Nguyễn Quang Trãi GVHD : Th.S Dương Minh Thái Trang 30 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái 3.2 Hệ thống cảm biến 3.2.1 Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP Sensor) Cảm biến áp suất đường ống nạp được dùng cho hệ thống EFI kiểu D để cảm nhận áp suất đường ống nạp Đây là một... mạch điện điều khiển Hình 3.8 dưới đây là sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ 5S-FE sử dụng trên xe Toyota Camry (1996-2001) và cũng chính là mạch điện tham khảo cho việc thiết kế mô hình : SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 27 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử SVTH : Nguyễn Quang Trãi GVHD : Th.S Dương Minh Thái Trang 28 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái Thứ tự các chân ECU... 13 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái Hình 2.4 Hệ thống L – EFI và D – EFI 2.2.2 Phân loại theo số điểm phun Theo số điểm phun ta cũng có hai loại như sau:  Hệ thống phun đơn điểm TBI (Throttle Body Injection) : còn gọi là SPI (Single Point Injection), CFI (Central Fuel Injection) hay Mono – Jetronic, đây là loại phun trung tâm, động cơ chỉ sử dụng một hoặc hai kim phun. .. có ren ngoài, bên trong có gắn một điện trở dạng bán dẫn có hệ số nhiệt điện trở âm (NTC – negative temperature co-efficient) Nguyên lý: Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi điện trở theo nhiệt độ Điện trở mà Cảm biến này sử dụng có hệ số nhiệt ddienj trỏ âm nên khi nhiệt độ tăng điện trở SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 35 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái giảm... nhiều, sau này các hệ thống điều khiển động cơ được thiết kế dựa trên nền tảng kỹ thuật số SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 15 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái 2.2 Các kết cấu cơ bản của hệ thống phun xăng điện tử 2.2.1 Các cảm biến cho tín hiệu ngõ vào Hệ thống EFI sử dụng các cảm biến để phát hiện tình trạng hoạt động của động cơ và của xe, tín hiệu từ các cảm biến này được... : Nguyễn Quang Trãi Trang 22 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái Hình 3.3 Một số kiểu phun Một kim phun tốt phải đáp ứng được các yêu cầu sau đây: Đo dòng nhiên liệu chính xác, chùm nhiên liệu phun phải thẳng, phạm vi hoạt động rộng (phun nhiều hay ít), chùm phun tốt, không rò rỉ, không ồn, bền Có rất nhiều loại kim phun khác nhau với chùm phun khác nhau áp dụng cho các . sử dụng hệ thống phun xăng này. Hệ thống phun xăng K-Jetronic là hệ thống phun xăng cơ bản của các kiểu phun xăng điện tử hiện đại ngày nay. Các đặc điểm kỹ thuật của hệ thống phun xăng có. II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN Ô TÔ SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 3 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái 1. Lịch sử phát triển hệ thống phun xăng trên Ô Tô. việc của hệ thống là không đảm bảo. SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 10 Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái Hình 2.2. hệ thống phun xăng KE-Jetronic 1 – Thùng xăng; 2