SO SÁNH PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA CẢM BIẾN MAP GM VÀ TOYOTA, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THAY THẾ MAP SENSOR GM BẰNG MAP SENSOR TOYOTA

 Kết quả đạt được: Qua đề tài, nhóm đã đưa ra được phương án thay thế MAP sensor Toyota lên động cơ GM mà vẫn đảm bảo tính làm việc ổn định của động cơ, khắc phục một số nhược điểm của

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

SO SÁNH PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA CẢM BIẾN MAP GM VÀ TOYOTA, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THAY THẾ MAP SENSOR GM BẰNG MAP SENSOR TOYOTA

Họ và tên sinh viên: LÊ HOÀNG ÂN

HỒ TẤN LỰC Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Niên khóa: 2009-2013

SO SÁNH PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA CẢM BIẾN MAP

GM VÀ TOYOTA, ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN THAY THẾ MAP SENSOR

GM BẰNG MAP SENSOR TOYOTA

Tác giả

LÊ HOÀNG ÂN

HỒ TẤN LỰC

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng kỹ sư ngành

Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô

Giáo viên hướng dẫn:

Th.s NGUYỄN TRỊNH NGUYÊN

Tháng 07 năm 2013

LỜI CẢM TẠ

Từ khi còn bỡ ngỡ bước chân vào giảng đường đại học, với ước mơ sẽ trở thành một kỹ sư cơ khí, chúng em đã luôn nhận được sự ủng hộ, dìu dắt tận tình của quý thầy cô giáo và sự giúp đỡ rất nhiều của bạn bè Ngày hôm nay, khi sắp hoàn thành môn học cuối cùng của khóa học nhóm em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến:

 Ban giám hiệu trường ĐH Nông Lâm Tp.HCM

 Ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí-Công Nghệ

 Quý thầy cô giáo đã tận tình giảng dạy chúng em trong suốt quá trình học tập tại trường

 Thầy Th.s Nguyễn Trịnh Nguyên đã nhiệt tình hướng đẫn để nhóm em thực hiện đề tài này

 Xin cảm ơn các bạn bè đã luôn động viên giúp đỡ mình trong quá trình học tập

 Cuối cùng, chúng tôi xin gởi lời biết ơn chân thành đến gia đình đã luôn quan tâm, lo lắng và động viên trên mỗi chặn đường chúng tôi đã đi

Trong quá trình thực hiện đề tài cũng còn nhiều thiếu sót mong quý thầy cô và các bạn góp ý thêm

Chân thành cảm ơn!

TP.HCM ngày 20 tháng 6 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Lê Hoàng Ân

Hồ Tấn Lực

TÓM TẮT

Đề tài nghiên cứu “So sánh phân tích đặc tính làm việc của cảm biến MAP sensor GM và Toyota, đề xuất phương án thay thế MAP sensor GM bằng MAP sensor Toyota” Đề tài đã được tiến hành tại xưởng thực tập khoa Cơ Khí-Công Nghệ, thời gian từ ngày 25 tháng 02 năm 2013 đến ngày 24 tháng 06 năm 2013 với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Trịnh Nguyên

 Nội dung chính đã thực hiện:

– Nghiên cứu tài tiệu, sách báo có liên quan đến đề tài

– Nghiên cứu thiết bị đo lấy tín hiệu điện áp chân PIM của MAP sensor – Tìm hiểu lập trình trên LabVIEW lấy tín hiệu điện áp dạng sóng

– Tiến hành các thí nghiệm để thu thập đường đặc tính làm việc của MAP sensor Toyota và GM

– Dựa vào các đường đặc tính so sánh, phân tích để rút ra kết luận phương

án thay thế MAP sensor Toyota lên động cơ GM

– Kiểm nghiệm việc thay thế MAP Toyota lên động cơ GM

– Rút ra kết luận sau quá trình nghiên cứu

 Kết quả đạt được:

Qua đề tài, nhóm đã đưa ra được phương án thay thế MAP sensor Toyota lên động cơ GM mà vẫn đảm bảo tính làm việc ổn định của động cơ, khắc phục một số nhược điểm của hệ thống điều khiển phun xăng ở động cơ GM cũ

MỤC LỤC

Trang tựa i

LỜI CẢM TẠ ii

TÓM TẮT iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC HÌNH vii

Chương 1: MỞ ĐẦU 1

Chương 2: TỔNG QUAN 3

2.1 Khái quát về hệ thống phun xăng trên động cơ 3

2.1.1 Giới thiệu 3

2.1.2 Lịch sử phát triển phun xăng 4

2.1.3 Phân loại hệ thống phun xăng 5

2.1.3.1 Loại CIS (continuous injection system) (phun liên tục) 5

2.1.3.2 Loại AFC (air flow controlled fuel injection) (điều khiển phun dựa trên lưu lượng gió) 5

2.1.3.3 Loại TBI (throttle body injection) (phun đơn điểm) 6

2.1.3.4 Loại MPI (multi point fuel injection) (phun đa điểm) 6

2.1.4 Ưu điểm của hệ thống phun xăng điện tử 7

2.1.5 Cấu trúc điều khiển phun xăng điện tử 8

2.2 Phun xăng điện tử loại D-Jetronic Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp MAP (manifold absolute pressure) 8

2.2.1 D-Jetronic 8

2.2.2 Vai trò của MAP sensor 9

2.2.3 Phân loại MAP sensor 11

2.2.3.1 Loại áp điện kế 11

2.2.3.2 Loại điện dung 14

2.2.3.3 Loại sai lệch tuyến tính 15

3.1.1 Thời gian 16

3.1.2 Địa điểm 16

3.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 16

3.3 Phương tiện thực hiện 17

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 19

4.1 Tìm hiểu thiết bị 19

4.1.1 Tìm hiểu MAP sensor (bộ phận chuyển đổi sơ cấp) 21

4.1.1.1 Giới thiệu MAP sensor 21

4.1.1.2 Dấu hiệu hư hỏng MAP sensor 23

4.1.1.3 Cách thay thế MAP sensor 23

4.1.2 Tìm hiểu, sử dụng card INOC (bộ phận xử lý tín hiệu) 23

4.1.2.1 Sơ đồ bố trí chân card INOC 23

4.1.2.2 Giao tiếp card INOC 25

4.1.3 Lập trình LabVIEW xử lý tín hiệu điện áp chân PIM và hiển thị lên màn hình (bộ phận xử lý tín hiệu tiếp theo đồng thời là bộ phận hiển thị) 26 4.1.3.1 Cài đặt phần mềm LabVIEW 26

4.1.3.2 Các thuật ngữ thường dùng trong LabVIEW 26

4.1.3.3 Giao diện chương trình LabVIEW 27

4.1.3.4 Soạn thảo một VI trong LabVIEW 31

4.1.3.5 Tạo một SubVI trong LabVIEW 31

4.1.3.6 Lập trình lấy tín hiệu điện áp trên LabVIEW 33

4.2 Tiến hành thí nghiệm đo điện áp chân PIM MAP sensor Toyota và GM 40

4.2.1 Thí nghiệm riêng cho MAP sensor GM 41

4.2.1.1 Thí nghiệm với áp cố định 41

4.2.2.2 Thí nghiệm với áp thay đổi 42

4.2.2 Thí nghiệm riêng cho MAP sensor Toyota 44

4.2.2.1 Thí nghiệm với áp cố định 44

4.2.2.2 Thí nghiệm với áp thay đổi 46

4.2.3 Thí nghiệm cho 2 MAP sensor cùng lúc 47

4.2.3.1 Thí nghiệm với áp cố định 47

4.2.3.2 Thí nghiệm với áp thay đổi 49

4.3 Kết quả và nhận xét 50

4.4 Thay thế kiểm nghiệm 52

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 53

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Sơ đồ các khối chức năng của hệ thống điều khiển phun xăng

điện tử 8

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý loại D-Jetronic và L-Jetronic 9

Hình 2.3: Vị trí lắp đặt MAP sensor trên xe 9

Hình 2.4: Sơ đồ điều khiển và vị trí của MAP sensor 10

Hình 2.5: Sơ đồ cấu tạo của MAP sensor loại áp điện kế 12

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý của MAP sensor loại áp điện kế 13

Hình 2.7: Mạch điện của MAP sensor loại áp điện kế 13

Hình 2.8: Đường đặc tính của MAP sensor loại áp điện kế 13

Hình 2.9: Sơ đồ cấu tạo MAP sensor loại điện dung 14

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý MAP sensor loại sai lệch từ tuyến tính 15

Hình 3.1: Thiết bị đo điện áp chân PIM 17

Hình 3.2: MAP sensor Toyota 17

Hình 3.3: MAP sensor GM 18

Hình 3.4: Mô hình động cơ Daewoo 18

Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý chung của thiết bị đo 19

Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo điện áp chân PIM MAP sensor 20 Hình 4.3: Kí hiệu trên MAP sensor Toyota 21

Hình 4.4: Kí hiệu trên MAP sensor GM 22

Hình 4.5a,b: Sơ đồ chân card INOC, card INOC 24

Hình 4.6: Sơ đồ kết nối card INOC với máy tính 25

Hình 4.7: Front Panel 27

Hình 4.8: Bảng Controls 28

Hình 4.9: Bảng Block Diagram 29

Hình 4.10: Sơ đồ kết nối các hàm và SubVI với các control và indicator 29

Hình 4.11: Bảng Functions 30

Hình 4.12: SubVI (khối INOC-inovation center) 32

Hình 4.13: Giao diện lập trình trên Front Panel 33

Hình 4.14: Lập trình trên Block Diagram và giải thuật 34

Hình 4.15: Lập trình xử lý tín hiệu và xuất tín hiệu trong LabVIEW 35

Hình 4.16: Khối INOC 35

Hình 4.17: Lập trình khai báo nguồn tín hiệu 36

Hình 4.18: Lập trình xử lý nguồn 36

Hình 4.19: Lập trình lưu kết quả vào tệp 37

Hình 4.20: Sơ đồ kết nối phần cứng để kiểm tra hoạt động của thết bị 37

Hình 4.21: Kết nối thực tế kiểm tra hoạt động của thiết bị 38

Hình 4.22: Kiểm tra kết nối cổng COM 39

Hình 4.23: Mô hình động cơ Daewoo dùng tạo áp thay đổi 40

Hình 4.24: Sơ đồ kết nối đo điện áp chân PIM MAP sensor GM với áp cố định 41

Hình 4.25: Kết nối thực tế đo điện áp chân PIM MAP sensor GM với áp cố định 41

Hình 4.26: Hiển thị điện áp chân PIM MAP sensor GM với áp cố định trên màn hình 42

Hình 4.27: Đồ thị điện áp chân PIM theo thời gian của MAP sensor GM với áp cố định 42

Hình 4.28: Sơ đồ kết nối đo điện áp chân PIM MAP sensor GM với áp thay đổi 43

Hình 4.29: Kết nối thực tế đo điện áp chân PIM MAP sensor GM với áp thay đổi 43

Hình 4.30: Đồ thị điện áp chân PIM theo thời gian của MAP sensor GM với áp thay đổi 44

Hình 4.31: Sơ đồ kết nối đo điện áp chân PIM MAP sensor Toyota với áp cố định 44

Hình 4.32: Kết nối thực tế đo điện áp chân PIM MAP sensor Toyota với áp cố định 45

Hình 4.33: Đồ thị điện áp chân PIM theo thời gian của MAP sensor Toyota với áp cố định 45

áp thay đổi 46

Hình 4.35: Kết nối thực tế đo điện áp chân PIM MAP sensor Toyota với

áp thay đổi 46

Hình 4.36: Đồ thị điện áp chân PIM theo thời gian của MAP sensor

Toyota với áp thay đổi 47

Hình 4.37: Sơ đồ kết nối đo điện áp chân PIM MAP sensor Toyota và

Hình 4.40: Sơ đồ kết nối đo điện áp chân PIM MAP sensor Toyota và

GM cùng lúc với áp thay đổi 49

Hình 4.41: Kết nối thực tế đo điện áp chân PIM MAP sensor Toyota

và GM với áp thay đổi 49

Hình 4.42: Đồ thị điện áp chân PIM theo thời gian của MAP sensor

Toyota và GM với áp thay đổi 50

Hình 4.43: So sánh đường đặt tính điện áp chân PIM MAP sensor

Toyota và GM 51

Hình 4.44: Tính ổn định điện áp chân PIM của MAP sensor Toyota và

GM đối với áp thay đổi 51

Hình 4.45: Giới hạn min, max báo lỗi ECU GM đối với điện áp chân PIM 52 Hình 4.46: Kết quả thay thế MAP sensor Toyota lên động cơ Daewoo 52

Chương 1

MỞ ĐẦU

Hiện nay, với nền kinh tế đang trong giai đoạn khó khăn thì không phải ai cũng

có thể mua được một chiếc xe mới vì vậy hầu hết các Showroom thường nhập xe cũ về nhiều hơn là xe mới Khả năng tiêu thụ xe mới giảm, lượng xe cũ trong nước cũng khá nhiều dẫn đến nhu cầu bảo dưỡng sửa chữa tăng cao Cũng trong tình hình kinh tế khó khăn như vậy, nhu cầu giảm chi phí sửa chữa là điều tất yếu Qua đó, nhóm tôi đã thực hiện đề tài này; mong sẽ đáp ứng được một phần nhu cầu giảm chi phí trong sửa chữa đồng thời cải thiện được tình trạng làm việc của động cơ

Ô tô đang lưu hành tại Việt Nam rất đa dạng, với nhiều dòng xe có tuổi đời cao, thậm chí nhiều loại phụ tùng xe không còn sản xuất nữa Việc vận hành trong điều kiện khí hậu nóng ẩm khiến các chi tiết của cảm biến đo gió nhanh chóng thay đổi tính năng hoặc hư hỏng, đã làm ảnh hưởng đến đặc tính làm việc của động cơ Nhiều ôtô ở nước ta vẫn được tiếp tục khai thác vận hành với các cảm biến bị sai lệch do lão hoá hoặc hư hỏng làm giảm tính năng của động cơ, tăng ô nhiễm môi trường, tăng mức tiêu hao nhiên liệu, tăng chi phí khai thác Việc sửa chữa cũng gặp nhiều khó khăn do không tìm được phụ tùng đúng chủng loại để thay thế Trong khi đó, phụ tùng ô tô rất

đa dạng, với nhiều chủng loại có tính năng kỹ thuật tương đương nhưng cho đến nay ta vẫn chưa biết được đặc tính làm việc của các chi tiết, đặc biệt là các chi tiết trên hệ thống điều khiển động cơ, cũng như mối quan hệ lắp lẫn giữa các chi tiết cùng chủng loại Đối tượng nghiên cứu chính trong đề tài là MAP sensor, một chi tiết trong hệ thống phun xăng loại D-jetronic, thu thập đường đặc tính tín hiệu điện áp chân PIM, trên cơ sở so sánh phân tích để lên phương án lắp MAP sensor Toyota lên động cơ

GM, giảm được chi phí trong sửa chữa

Trên thị trường MAP sensor thì MAP sensor của hãng Toyota chỉ có giá khoảng 1/4 giá của MAP sensor hãng GM Trong sửa chữa, việc thay thế MAP sensor GM bằng MAP sensor Toyota sẽ giảm được chi phí sửa chữa rất nhiều MAP sensor là cảm

đến ECU để xử lý và đưa tín hiệu điều chỉnh lượng phun của kim phun trên động cơ xăng Tín hiệu đúng, ổn định là cơ sở để lượng phun tốt nhất, giúp động cơ làm việc

ổn định; tránh rung động Việc thay thế, cần thiết phải lấy tín hiệu điện áp chân PIM của hai hãng trên để so sánh sự khác nhau cơ bản giữa chúng từ đó đưa ra phương hướng cải tiến và phương pháp thay thế mà vẫn phải đảm bảo lượng phun là ổn định, đúng và không ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của động cơ

Ngoài ra nhóm còn ứng dụng thiết bị card INOC và phần mềm chuyên dùng LabVIEW để hỗ trợ công việc đo lường và thu thập tín hiệu giúp giải quyết các vấn đề

kỹ thuật của đề tài

Được sự động viên và hướng dẫn nhiệt tình của thầy cô trong khoa cơ khí chúng tôi đã mạnh dạng đưa ra đề tài này với mong muốn góp một phần nhỏ bé trong việc giới thiệu cách dùng card INOC, ứng dụng phần mềm LabVIEW trong nghiên cứu kỹ thuật và đưa ra được phương hướng cải tiến thay thế MAP sensor của GM bằng MAP sensor của hãng Toyota, giảm được chi phí sửa chữa và cải thiện được tình trạng làm việc của động cơ GM cũ

Chương 2 TỔNG QUAN 2.1 Khái quát về hệ thống phun xăng trên động cơ

2.1.1 Giới thiệu

Hệ thống phun xăng đã phát triển từ lâu nhưng vào thời kì đầu công nghệ chế tạo còn rất kém nên nó không được sử dụng thực tế Ngày nay, nhờ các thành tựu về kinh tế, kỹ thuật đã giúp cho các hãng chế tạo hoàn thiện và phát triển hệ thống phun xăng Với hệ thống phun nhiên liệu được phun vào đường ống nạp bên cạnh supap nạp bằng các bộ phận bằng cơ khí hay điện tử chứ không nhờ vào sức hút của dòng khí như các động cơ dùng bộ chế hòa khí Khi nhiên liệu phun vào, nó sẽ được hòa trộn với không khí để tạo thành hỗn hợp có tỉ lệ không khí và nhiên liệu là tối ưu

Trong hệ thống phun xăng, nhiên liệu phun vào với một áp suất nhất định Áp suất này phải đảm bảo cho sự hình thành hỗn hợp cháy xảy ra là tốt nhất Nhờ hệ thống phun xăng, các nhà chế tạo nâng cao được công suất của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giải quyết được phần lớn các vấn đề độc hại của khí thải

Hệ thống phun xăng điện tử được ra đời nhằm khắc phục những bất lợi của hệ thống phun xăng kiểu cơ khí Nó có ưu điểm là loại bỏ được hoàn toàn việc định lượng

và phân phối nhiên liệu bằng cơ khí Do vậy, hệ thống đơn giản, dễ dàng hơn trong bảo dưỡng và sửa chữa

Hệ thống phun xăng kiểu cơ khí có các đặc điểm sau: Nó là hệ thống phun đa điểm, các kim phun liên tục, áp suất phun thay đổi và để định lượng phun nhiên liệu bằng cách người ta thay đổi áp suất phun

Còn ở hệ thống phun xăng điện tử là hệ thống phun xăng đơn điểm hoặc đa điểm, áp suất phun của kim phun được giữ không đổi, kim phun gián đoạn và có chu

kì để định lượng nhiên liệu phun bằng cách người ta thay đổi thời gian mở kim phun

Hệ thống phun xăng đa điểm: Số lượng kim phun được bố trí bằng với số xylanh của động cơ Các kim phun được bố trí trên đường ống nạp

Hệ thống phun đơn điểm: Là hệ thống phun xăng điện tử, người ta sử dụng một hay hai kim phun được bố trí ở trung tâm để phân phối nhiên liệu cho các xylanh của động cơ Ở kiểu này sự phân phối nhiên liệu cho các xylanh gần giống động cơ sử dụng bộ chế hòa khí

2.1.2 Lịch sử phát triển phun xăng

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 supap 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, KE- 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 hòa khí của xe Nissan Sunny

Ngày nay, gần như tất cả các ôtô đều được trang bị hệ thống điều khiển động cơ

cả xăng và diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được các yêu cầu gắt gao

về khí xả và tính 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

2.1.3 Phân loại hệ thống phun xăng

2.1.3.1 Loại CIS (continuous injection system) (phun liên tục)

Đây là kiểu sử dụng kim phun cơ khí, gồm 4 loại cơ bản:

 Hệ thống K – Jetronic: Việc phun nhiên liệu được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí

 Hệ thống K – Jetronic có cảm biến khí thải: Có thêm một cảm biến oxy

 Hệ thống KE – Jetronic: Hệ thống K-Jetronic với mạch điều chỉnh áp lực phun bằng điện tử

 Hệ thống KE – Motronic: Kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng điện tử

Các hệ thống vừa nêu sử dụng trên các xe Châu Âu model trước 1987

2.1.3.2 Loại AFC (air flow controlled fuel injection) (điều khiển phun dựa trên lưu lượng gió)

Sử dụng kim phun điều khiển bằng điện Phun xăng với kim phun điện có thể chia làm 2 loại chính:

 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)

 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…

Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC được chia làm 2 loại:

2.1.3.3 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 Nhược điểm của hệ thống này là tốc độ dịch chuyển của hòa khí tương đối thấp do nhiên liệu được phun ở vị trí xa supap hút và khả năng thất thoát trên đường ống nạp

2.1.3.4 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 supap 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 Hệ thống phun xăng đa điểm ra đời đã khắc phục được các nhược điểm cơ bản của hệ thống phun xăng đơn điểm 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)

 Phun đồng loạt (simultaneous injection)

Nếu căn cứ vào đối tượng điều khiển theo chương trình, người ta chia hệ thống điều khiển động cơ ra 3 loại chính:

 Chỉ điều khiển phun xăng EFI (electronic fuel injection) (tiếng Anh) hoặc Jetronic (tiếng Đức)

 Chỉ điều khiển đánh lửa ESA (electronic spark advance)

 Loại tích hợp tức điều khiển cả phun xăng và đánh lửa, hệ thống này có nhiều tên gọi khác nhau:

 Bosch đặt tên là Motronic

 Toyota có tên TCCS (Toyota computer control system)

 Nissan gọi tên là ECCS (electronic concentrated control system…) Nhờ tốc độ xử lý của CPU khá cao, các hộp điều khiển động cơ đốt trong ngày nay thường gồm cả chức năng điều khiển hộp số tự động và quạt làm mát động cơ

Nếu phân biệt theo kỹ thuật điều khiển ta có thể chia làm 2 loại:

 Analog: Ở những thế hệ đầu tiên xuất hiện từ 1979 đến 1986, kỹ thuật điều khiển chủ yếu dựa trên các mạch tương tự (analog) Ở các hệ thống này, tín hiệu đánh lửa lấy từ âm bobine được đưa về hộp điều khiển để hình thành xung điều khiển kim phun

 Digital: Sau đó, đa số các hệ thống điều khiển động cơ đều được thiết kế, chế tạo trên nền tảng của các bộ vi xử lý (digital)

2.1.4 Ưu điểm của hệ thống phun xăng điện tử

1) Khởi động dễ dàng và nhanh chóng Trong quá trình khởi động lượng nhiên liệu phun cơ bản dựa vào tín hiệu khởi động STA từ cotact máy và cảm biến nhiệt độ nước làm mát Lượng phun hiệu chỉnh thêm nhiên liệu được lấy từ cảm biến nhiệt độ không khí nạp và điện áp ắc quy

2) Thời điểm đánh lửa sớm ứng với chế độ khởi động

3) Hỗn hợp không khí nhiên liệu giữa các xylanh được phân phối đồng đều

4) Tỉ lệ hỗn hợp được đáp ứng tối ưu ở mọi chế độ làm việc của động cơ

5) Do không sử dụng bộ chân không để hút nhiên liệu như bộ chế hòa khí

Do vậy, người ta tăng đường kính và chiều dài của ống nạp để làm giảm sức cản và tận dụng quán tính lớn của dòng khí để nạp đầy

6) Ở chế độ cầm chừng nhanh, tốc độ cầm chừng của động cơ được điều khiển từ van không khí hoặc van điều tốc cầm chừng nhanh thay đổi đều và rất ổn định theo nhiệt độ của nước làm mát

7) Nhiên liệu được cung cấp qua kim phun ở dạng tơi sương dưới một góc

độ phun hợp lý nên sự hình thành hỗn hợp đạt kết quả cao hơn bộ chế hòa khí

8) Điều khiển cắt nhiên liệu khi giảm tốc nhằm tiết kiệm nhiên liệu và giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi sinh

9) Lượng khí thải được kiểm tra để hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun cho chính xác…

10) Từ các ưu điểm trên nên ở động cơ phun xăng người ta nâng cao được công suất, hiệu suất, tỉ số nén của động cơ và giải quyết được phần lớn vấn đề ô nhiễm môi sinh

2.1.5 Cấu trúc điều khiển phun xăng điện tử

Hình 2.1: Sơ đồ các khối chức năng của hệ thống điều khiển phun xăng điện tử 2.2 Phun xăng điện tử loại D-Jetronic Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp MAP (manifold absolute pressure)

2.2.1 D-Jetronic

Với loại L-Jetronic sử dụng bộ đo lưu lượng gió đặt trước cánh bướm ga để đo đạc lượng không khí vào động cơ sau đó chuyển thành tín hiệu điện áp đưa đến ECU

xử lý, tính toán ra thời gian mở kim phun

Còn với loại D-Jetronic sử dụng một cảm biến MAP để đo đạc độ chân không sau cánh bướm ga, trước cửa nạp, chuyển thành tín hiệu điện áp đưa đến ECU xử lý, tính toán thời gian mở kim phun

Khác với L-Jetronic, trên hệ thống phun xăng loại D-Jetronic lượng khí nạp đi vào xylanh được xác định gián tiếp (phải tính lại) thông qua cảm biến đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp Khi tải thay đổi, áp suất tuyệt đối trong đường ống nạp sẽ thay đổi và MAP sensor sẽ chuyển thành tín hiệu điện áp báo về ECU để tính ra lượng không khí đi vào xylanh Sau đó, dựa vào giá trị này ECU sẽ điều khiển thời gian mở kim phun và thời điểm đánh lửa

Kim phun xăng

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý loại D-Jetronic và L-Jetronic

Hình 2.3: Vị trí lắp đặt MAP sensor trên xe 2.2.2 Vai trò của MAP sensor

Không khí trong bầu khí quyển chứa oxy Một động cơ đốt trong hoạt động cần phải đốt cháy oxy và nhiên liệu Để động cơ hoạt động tốt cần có một tỉ lệ hòa khí phù hợp

Để xác định tỉ lệ hỗn hợp không khí và nhiên liệu chính xác cần thiết phải đo được áp suất trên đường ống nạp (sử dụng cảm biến MAP) và một số yếu tố đo từ các

cảm biến khác để tính toán lượng không khí vào động cơ từ đó đưa ra lượng phun

nhiên liệu

Hình 2.4: Sơ đồ điều khiển và vị trí của MAP sensor

MAP sensor và bộ đo lưu lượng khí nạp thật ra đều là bộ đo khối lượng không khí vào động cơ Chỉ khác nhau là MAP sensor đo khối lượng khí nạp gián tiếp qua

độ chân không sau cánh bướm ga còn bộ đo lưu lượng thì đo trực tiếp khối lượng khí nạp vào trước cánh bướm ga

Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng của hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình được mô tả trên hình 2.4 Hệ thống điều khiển bao gồm: Ngõ vào

(inputs) với chủ yếu là các cảm biến, hộp ECU (electronic control unit) là bộ não của

hệ thống có thể có hoặc không có bộ vi xử lý, ngõ ra (outputs) là các cơ cấu chấp hành

Cảm biến MAP hoặc bộ đo gió

Cảm biến số vòng

quay

Cảm biến vị trí bướm ga

Điện áp ắc quy

E

C

U

(actuators) như kim phun, bobine, van điều khiển cầm chừng… Map sensor (loại Jetronic), bộ đo lưu lượng không khí nạp (loại L-Jetronic) là một trong các cảm biến đầu vào quan trọng hệ thống phun xăng Nó dùng để tính toán thời gian phun cơ bản MAP sensor thu thập sự thay đổi của áp suất đường ống nạp, chuyển tín hiệu đó thành tín hiệu điện áp (thường có phạm vi điện áp từ 0 V đến 5 V) đưa đến ECU để tính toán thời gian phun cơ bản Thời gian phun cơ bản là thời gian mà ECU chỉ tính đến lượng không khí nạp thực tế vào xylanh của động cơ dựa trên cơ sở lý thuyết (A/F= 14,7/1)

D-Khối lượng không khí nạp vào động cơ biểu thị trạng thái của động cơ Sự kiểm tra lưu lượng không khí nhằm để xác định tất cả các sự thay đổi tải của động cơ trong suốt quá trình xe hoạt động Sự mài mòn của các chi tiết, mụi than bám trong buồng đốt, điều chỉnh các supap sai lệch đều ảnh hưởng đến lưu lượng không khí nạp

Lượng không khí nạp phải đi qua bộ đo khối lượng không khí trước khi vào động cơ, ngay cả khi động cơ tăng tốc lượng không khí nạp phải được kiểm tra chính xác Phương pháp kiểm tra lưu lượng không khí nạp sẽ đáp ứng tốt thành phần hỗn hợp tức thời, xác định ở mọi chế độ tốc độ của động cơ

2.2.3 Phân loại MAP sensor

2.2.3.1 Loại áp điện kế

a) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Loại cảm biến này dựa trên nguyên lý cầu Wheatstone Mạch cầu Wheatstone được sử dụng trong thiết bị nhằm tạo ra một điện thế phù hợp với sự thay đổi điện trở

Cảm biến bao gồm một tấm silicon nhỏ (hay gọi là màng ngăn) dày hơn ở hai mép ngoài (khoảng 0,25 mm) và mỏng ở giữa (khoảng 0,025 mm) Hai mép được làm kín cùng với mặt trong của tấm silicon tạo thành buồng chân không trong cảm biến Mặt ngoài tấm silicon tiếp xúc với áp suất đường ống nạp Hai mặt của tấm silicon được phủ thạch anh để tạo thành điện trở áp điện (piezoresistor)

Hình 2.5: Sơ đồ cấu tạo của MAP sensor loại áp điện kế

sẽ có sự chênh lệch điện áp và tín hiệu này được khuếch đại để điều khiển mở transistor ở ngõ ra của cảm biến Độ mở của transistor phụ thuộc vào áp suất đường ống nạp dẫn tới sự thay đổi điện áp báo về ECU

6

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý của MAP sensor loại áp điện kế b) Mạch điện

Hình 2.7: Mạch điện của MAP sensor loại áp điện kế c) Đường đặc tính

Đến đường ống nạp Màng

silicon

Hiện nay trên các ô tô, tồn tại 2 loại cảm biến đo áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp khác nhau về tín hiệu đầu ra: Điện thế (Toyota, Honda, Daewoo, GM, Chrysler…) và tần số (Ford) Ở loại MAP sensor điện thế, giá trị điện áp thấp nhất khi

độ chân không trên đường ống nạp của động cơ là cao nhất và giá trị cao nhất lúc độ chân không trên đường ống nạp của động cơ là thấp nhất, giá trị điện áp này cũng phụ thuộc vào loại xe, gây khó khăn cho việc lắp lẫn

2.2.3.2 Loại điện dung

Cảm biến này dựa trên nguyên lý thay đổi điện dung tụ điện Cảm biến bao gồm hai đĩa silicon đặt cách nhau tạo thành buồng kín ở giữa Trên mỗi đĩa có điện cực nối hai tấm silicon với nhau Áp suất đường ống nạp thay đổi sẽ làm cong hai đĩa vào hướng bên trong, làm khoảng cách giữa hai đĩa giảm khiến tăng điện dung tụ điện Sự thay đổi điện dung tụ điện sinh tín hiệu điện áp gởi về ECU để nhận biết áp suất trên đường ống nạp

Hình 2.9: Sơ đồ cấu tạo MAP sensor loại điện dung

2.2.3.3 Loại sai lệch tuyến tính

Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý MAP sensor loại sai lệch từ tuyến tính

Cảm biến này bao gồm một cuộn dây sơ cấp, hai cuộn dây thứ cấp quấn ngược chiều nhau và một lõi sắt di chuyển Một nguồn điện áp xoay chiều được cung cấp cho cuộn sơ cấp Khi lõi ở vị trí giữa, chênh lệch điện thế giữa hai cuộn thứ cấp bằng không Khi áp suất đường ống nạp thay đổi, buồng khí áp sẽ hút lõi thép di chuyển phù hợp với tải động cơ, lúc này từ thông qua hai cuộn thứ cấp sẽ khác biệt gây nên sự chênh lệch điện thế Tín hiệu điện thế từ các cuộn thứ cấp được gởi về ECU nhận biết tình trạng áp suất trên đường ống nạp

Chương 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Thời gian, địa điểm

Nguyên cùng các thầy cô trong khoa cơ khí

3.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

1) Yêu cầu thực hiện đề tài cần thiết phải hiểu cơ bản về thiết bị đo lường lấy tín hiệu điện áp để nắm vững cách sử dụng thiết bị từ đó vận hành các thí nghiệm trong đề tài một cách nhuần nhuyễn

2) Thực hiện các thí nghiệm thu thập tín hiệu:

 Tiến hành riêng cho MAP sensor GM

 Thí nghiệm với áp cố định

 Thí nghiệm với áp thay đổi

 Tiến hành riêng cho MAP sensor Toyota

 Thí nghiệm với áp cố định

 Thí nghiệm với áp thay đổi

 Tiến hành 2 MAP cùng lúc

 Thí nghiệm với áp cố định

 Thí nghiệm với áp thay đổi

3) Phân tích các đường đặc tính tín hiệu điện áp chân PIM đã thu được Đưa ra phương án thay thế MAP Toyota lên động cơ GM

4) Kiểm nghiệm kết quả lắp MAP sensor Toyota lên động cơ Daewoo

3.3 Phương tiện thực hiện:

1) Thiết bị đo điện áp chân PIM

Hình 3.1: Thiết bị đo điện áp chân PIM

2) MAP sensor của Toyota và GM

Hình 3.2: MAP sensor Toyota

Máy tính MAP sensor

Card INOC

Ống cứng

Xy lanh

60 cc

Hình 3.3: MAP sensor GM

3) Mô hình động cơ Daewoo

Hình 3.4: Mô hình động cơ Daewoo

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Tìm hiểu thiết bị

Ngày nay, các thiết bị đo vẫn có cấu trúc cơ bản nhưng sự phát triển của các ngành điện tử, kỹ thuật số và vi xử lý ngày càng góp phần nâng cao các đặc tính kỹ thuật của dụng cụ đo Chúng có tính năng ưu việt hơn hẳn thiết bị đo thường giúp cho việc đo đạc thu thập và xử lý kết quả đo một cách chính xác, nhanh chóng, khả năng truyền dữ liệu đi xa và còn nhiều tính năng khác

Ngoài ra phát triển của các ngành tin học đã cho ra đời rất nhiều phần mềm hữu ích để ứng dụng trong ngành kỹ thuật đo lường Các phần mềm này kết hợp với hệ thống vi xử lý tạo ra bước đột phá trong việc xây dựng các thiết bị, dụng cụ đo lường mới

Chính vì những yêu cầu và sự phát triển mạnh mẽ trong kỹ thuật đo lường trên, trong đề tài này nhóm đã ứng dụng thiết bị đo lường mới, sử dụng bộ thu thập tín hiệu bằng vi điều khiển (card INOC) và ứng dụng phần mềm LabVIEW để thiết kế thiết bị

ảo trên hệ thống máy tính dựa trên thiết bị đo thật

Sơ đồ khối cấu trúc thiết bị đo:

Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý chung của thiết bị đo

Mạch đo

Đầu

vào Chuyển đổi sơ cấp Cơ cấu hiển

thị

Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo điện áp chân PIM MAP sensor

Chuyển đổi sơ cấp: Nhiệm vụ của vùng này là ghi nhận sự thay đổi vật lý của đối tượng đo và chuyển sự thay đổi đó sang dạng tín hiệu điện Đây là khâu quan trọng nhất của một thiết bị đo Độ chính xác cũng như độ nhạy của thiết bị đo đều quyết định bởi khâu này Trong đề tài MAP sensor đảm nhiệm chức năng này MAP sensor ghi nhận sự thay đổi độ chân không và biến đổi sự thay đổi độ chân không đó thành điện

áp đưa đến vùng tiếp theo

Mạch đo: Là khâu xử lý tín hiệu Trong đề tài, card INOC là bộ phận chuyển đổi tín hiệu dạng điện áp sang tín hiệu số, ngôn ngữ mà máy tính có thể hiểu được trước khi đưa vào máy tính Đồng thời kết hợp với phần mềm LabVIEW để xử lý tín hiệu sau đó đưa ra các dạng hiển thị trên vùng hiển thị

Bộ phận hiển thị: Là vùng hiển thị chi tiết tín hiệu đã thu được Vùng này có nhiệm vụ thể hiện các dạng tín hiệu đã nhận được thành dạng hiển thị giúp người sử dụng biết về mức độ của đối tượng vật lý Với sự trợ giúp phần mềm LabVIEW màn hình máy tính sẽ thực hiện nhiệm vụ này

Cảm biến MAP

Xử

lý tín hiệu

Màn hình LCD

4.1.1 Tìm hiểu MAP sensor (bộ phận chuyển đổi sơ cấp)

4.1.1.1 Giới thiệu MAP sensor:

Đã được đề cập ở mục 2.2.2 và 2.2.3

Trong đề tài đã sử dụng MAP sensor của hãng Toyota và GM để làm thí nghiệm, chúng đều thuộc loại áp điện kế

a) MAP sensor Toyota

Hình 4.3: Kí hiệu trên MAP sensor Toyota

Những thông số cơ bản của MAP sensor Toyota đã sử dụng trong đề tài:

 MAP sensor của hãng Toyota

VC

Hãng xe

Mã số

Mã nhà sản xuấtNước sản xuất Nhà sản xuất

Kí hiệu năm

sản xuất

b) MAP sensor GM

Hình 4.4: Kí hiệu trên MAP sensor GM

Thông số cơ bản MAP sensor GM đã sử dụng trong đề tài:

 MAP sensor của hãng GM

 Mã hãng sản xuất: 466 (Opel/Vauxhall Renault)

 Năm sản xuất: 1994

 Sản xuất ngày thứ 307 của năm

Ba chữ số để xác định:

 Cảm biến 1 bar được sử dụng trên xe hút khí tự nhiên

 Cảm biến 2 bar được sử dụng trên xe sử dụng turbo, bộ siêu tăng áp Chúng có thể đo áp xuất gấp hai lần áp suất khí quyển (29,4 psi), có nghĩa là nó có thể

đo được áp suất khí quyển là 14.7 psi cộng với 14.7 psi từ turbo, bộ siêu tăng áp

 Cảm biến 3 bar có thể đo được lên đến 44.1 psi Chúng có thể đo áp suất tăng 29.7 psi từ turbo, bộ siêu tăng áp

=> MAP sensor GM sử dụng trong đề tài là MAP sensor 1 bar có số xác định là

039

Trên MAP sensor GM thường kí hiệu chân theo:

 Chân A: Chân E2

 Chân B: Chân PIM (đầu ra cảm biến)

 Chân C: Chân cấp nguồn 5 V

Hãng xe

Kí hiệu chân

3 số chỉ ngày sản xuất trong năm

Kí hiệu năm sản xuất