MPI – Hệ thống phun xăng đa điểm

MPI – Hệ thống phun xăng đa điểm

MỤC LỤC

1.3 Phun nhiên liệu đa điểm (MPI – Multipoint Fuel Injection) 2-3

2.5 Hiệu chỉnh phu dựa trên thông tin từ các cảm biến và các nguồn khác 2-19

2.1 Статическая система зажигания с двухвыводными катушками зажигания 3-4 2.2 Статическая система зажигания с индивидуальными катушками зажигания 3-5

3.7 Управление током генератора 4-23

3.3 Обучение работе на холостом ходу 6-32

Глава 1

Общие сведения о системе MPI

1 Системы подачи топлива бензиновых двигателей

Для нормальной работы бензинового двигателя необходимо подавать в камеру сгорания топливовоздушную смесь, которая должна обладать следующими свойствами:

• находиться в газообразной фазе (жидкость не горит)

• быть гомогенной (однородной, хорошо перемешанной)

• тщательно дозирована (отношении массы бензина к массе воздуха должно поддерживаться таким образом, чтобы обеспечить наиболее полное сгорание)

Коэффициент избытка воздуха λ

λ > 1 смесь обеднённая

λ < 1 смесь обогащённая

Рис.1.1 Стехиометрическое соотношение

Установлено, что идеальное количество воздуха необходимое для полного сгорания топлива, в весовых единицах составляет 14,7:1(стехиометрическое соотношение)

Коэффициент избытка воздуха λ - показывает во сколько раз действительное количество

воздуха, отличается от теоретически необходимого количества

Стехиометрическое отношение массы топлива к массе воздуха

λ = Действительное отношение

массы топлива к массе воздуха

В зависимости от режима работы двигателя оптимальная величина воздушно-топливного отношения меняется и может отличаться от идеального стехиометрического значения:

• (λ > 1) - экономичный состав смеси (обеднённая смесь) - в этой смеси имеется избыток

воздуха, обеспечивающий сгорание всего топлива, содержащегося в смеси

• (λ < 1) - мощностной состав смеси (обогащённая смесь) - в этой смеси имеется избыток

топлива, что позволяет увеличивать скорость сгорания

Общие сведения о системе MPI

Рис.1.2 Состав топливовоздушной смеси при различных условиях движения автомобиля

На большинстве режимов движения автомобиля состав топливной смеси близок к стехиометрическому, однако при изменении режимов и условий работы двигателя его необходимо корректировать

При запуске двигателя топливо подаётся с избытком (отношение от 1:1 до 5:1), т.к в холодном двигателе оно плохо испаряется и конденсируется на стенках впускного коллектора, но при этом свечи зажигания заливаться не должны

Для устойчивой работы при прогреве двигателя смесь должна быть обогащённой (отношение примерно 11:1) Степень обогащения зависит от температуры охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха

После прогрева в режиме холостого хода и установившемся режиме движения, двигатель работает на стехиометрическом составе смеси

В переходных режимах, т.е при резком изменении нагрузки, дроссельная заслонка открывается достаточно быстро и во впускной коллектор поступает больше воздуха, поэтому смесь необходимо кратковременно обогащать

При движении автомобиля с полной нагрузкой, для получения максимальной мощности смесь необходимо обогащать (отношение от 12:1 до 13:1)

В режиме торможения двигателем топливоподача полностью прекращается При снижении частоты вращения коленчатого вала ниже заданной величины топливоподача восстанавливается

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MPI

2 Tổng quan về cấu tạo hệ thống MPI

2.1 Sơ đồ điển hình của hệ thống MPI

Hình.1.3 Sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu đa điểm MPI tiêu biểu

Hệ thống phun xăng điều khiển điện tử được sử dụng trên ô tô của Mitsubishi Motors, gồm có:

mà phải dựa trên các thông số cơ bản khác (áp suất đường ống nạp, nhiệt độ không khí nạp)

CB kích nổ

CB Oxy

Hình 1-4 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu tiêu biểu

Hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng trên xe của Mitsubishi được thiết kế để phân phối chính xác lượng nhiên liệu cần thiết để đảm bảo đạt được sự cân bằng giữa công suất, tiết kiệm nhiên liệu, hạn chế tối đa lượng khí thải độc hại

Bộ Engine-ECU (bộ điều khiển điện tử) nhận các tín hiệu từ các cảm biến liên quan và điều khiển các vòi phun cung cấp tỉ lệ nhiên liệu-không khí phù hợp với các tình trạng hoạt động khác nhau của động cơ Khi các tình trạng động cơ thay đổi, thì sự cung cấp nhiên liệu phải được điều chỉnh kịp thời

CB kích nổ

CB tốc độ xe Công tắc, khóa khởi động (Công tắc cần số ở hộp số tự động)

Engine-ECU

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống đánh lửa tiêu biểu

Để đảm bảo cho sự cháy diễn ra triệt để nhất, hệ thống đánh lửa phải đốt cháy hỗn hợp nhiên không khí ngay tức thì Thời điểm đánh lửa chính xác bảo đảm cho nhiệt độ và áp suất tạo ra từ quá trình cháy tác dụng đúng ngay thời điểm tối ưu nhất theo vị trí của piston Bộ Engine-ECU nhận tín hiệu từ cảm biến góc quay trục khuỷu, cảm biến vị trí trục cam… để điều khiển khí nạp và thời điểm đánh lửa Thời điểm đánh lửa sớm được điều chỉnh phù hợp với từng điều kiện làm việc của động cơ dựa vào các yếu tố như nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp, áp suất khí trời, kích nổ…

Engine-ECU Công tắc điều hòa không khí

CB-Công tắc nhiệt điều hòa không khí

CB tốc độ xe

CB áp suất dầu trợ lực lái Công tắc, khóa khởi động (công tắc cần số ở hộp số tự động) Chân tín hiệu đưa ra từ máy phát - FR

Công tắc đánh lửa - IG Công tắc khởi động - ST

Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống kiểm soát tốc độ cầm chừng

Hệ thống kiểm soát bao gồm hệ thống kiểm soát khí nạp và hệ thống kiểm soát tốc độ cầm chừng Hệ thống kiểm soát khí nạp điều hòa lượng không khí tối ưu khi lái xe trong điều kiện bình thường thông qua việc kiểm soát độ dịch chuyển của bướm ga

Hệ thống kiểm soát tốc độ cầm chừng điều hòa tốc độ dòng không khí nạp khi bướm ga đóng hoàn toàn

Hệ thống này kiểm soát số vòng quay động cơ thông qua vị trí bướm ga và các tín hiệu đầu vào khác

Khi động cơ nguội, từng 2 van riêng lẻ sẽ điều chỉnh tốc độ cầm chừng (trên hầu hết các đời xe) Bộ hạn chế kiểu lưỡng kim (bimetal type limiter) hoạt động tùy thuộc vào nhiệt độ nước làm mát động cơ

Khi khởi động ở tình trạng nguôi, bộ giới hạn cho phép không khí đi vào đường ống nạp nhiều hơn, làm tăng số vòng quay của động cơ Khi động cơ ở nhiệt độ hoạt động bình thường, thì bộ giới hạn đóng và tốc độ cầm chừng được kiểm soát chỉ bởi một van điều khiển bằng motor bước

CB tốc độ xe

CB áp suất dầu trợ lực lái Công tắc, khóa khởi động (công tắc cần số ở hộp số tự động) Chân tín hiệu đưa ra từ máy phát - FR

Công tắc đánh lửa - IG Công tắc khởi động - ST

Hình 1.7 Sơ đồ tiêu biểu của hệ thống điều khiển bướm ga điện tử

Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử điều khiển độ mở bướm ga theo độ nhấn của bàn đạp ga Bộ Engine-ECU xác định góc nhấn của bàn đạp ga nhờ tín hiệu gửi về từ cảm biến vị trí bàn đạp ga Qua đó ECU tính toán độ mở của bướm ga và cấp xung điện đến motor bước điều khiển bướm ga với góc mở tương ứng

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MPI

2.5 Hệ thống kiểm soát khí thải

Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống kiểm soát khí thải tiêu biểu

Hệ thống kiểm soát khí thải nhằm hạn chế các thành phần độc hại trong khí thải như Hydrocarbons (HC), Carbon Monoxide (CO), và Oxides Nitrogen (NOx) Dưới đây là các hệ thống kiểm soát khí thải trang bị trên xe Mitsubishi

Hệ thống thông khí hộp trục khuỷu (PCV - Positive Crankcase Ventilation)

Khí cháy từ buồng đốt rò rỉ qua các xecmang đi xuống hộp cacte Đây là các khí độc, nếu thải ra ngoài

sẽ gây ô nhiễm môi trường

Do đó phải có hệ thống thông khí hộp trục khuỷu với bộ phận chính là van PCV Hệ thống này đưa ngược những khí cháy bên trong hộp cacte về cổ góp nạp, hòa trộn với hòa khí và đưa lại vào buồng đốt

Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu

Hệ thống này sẽ đưa hơi nhiên liệu vào lưu trữ ở bình hấp thụ hơi nhiên liệu, thành phần chủ yếu là Hydro Carbon (HC) bốc hơi từ bình chứa nhiên liệu

Hơi nhiên liệu được lưu trữ ở đó cho đến khi được hòa trộn với khí nạp và được đốt cháy trong động cơ

Hệ thống tuần hoàn khí xả (EGR – Exhaust Gas Recirculation)

Hệ thống này sẽ cho hồi lưu một phần khí xả về lại đường nạp vào một thời điểm nào đó để làm giảm nhiệt độ bên trong buồng đốt, qua đó giảm được lượng Oxit Nitơ (NOx) sinh ra từ các khí do sự cháy ở nhiệt

độ cao

Bộ xúc tác khí xả Catalytic Converter

Bộ Catalytic Converter giúp giảm bớt lượng khí độc hại thoát ra bằng cách thực hiện như là một buồng cháy thứ 2 Bộ Catalytic Converter giúp tạo ra một phản ứng hóa học để tiếp tục đốt cháy cá khí cháy, làm giảm phần lớn các khí thoát ra từ quá trình cháy Để bộ Catalytic Converter hoạt động với hiệu suất cao nhất thì tỉ lệ không khí nhiên liệu phải được điều chỉnh một cách chính xác

Để phục vụ trong việc kiểm tra và chẩn đoán hệ thống kiểm soát khí thải, trên một số đời xe còn trang bị

hệ thống chẩn đoán EOBD (Enhance On Board Diagnostic)

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MPI

3 Tổng quan về các bộ phận trên hệ thống MPI

Hệ thống phun xăng đa điểm MPI được điều khiển bởi bộ Engine-ECU Bộ Engine-Ecu sử dụng tín hiệu từ các cảm biến khác nhau để tính toan thời điểm phun nhiên liệu tối ưu, lượng nhiên liệu cần phun, thời điểm đánh lửa, và hệ số hiệu chỉnh tốc độ cầm chừng… Nó đưa ra các tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành liên quan tương ứng với các kết quả đã tính toán

Cảm biến lưu lượng khí nạp

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Cảm biến góc quay trục khuỷu

Hình 1.9 Các cảm biến ghi lại các thông số về tình trạng động cơ để xác định các yêu cầu cho việc cung cấp nhiên liệu, thời điểm đánh lửa, dòng không khí điều khiển tốc độ cầm chừng Một trong số các tình trạng đó

là nhiệt đô nước làm mát động cơ, và lươngj không khí đi qua đường ống nạp, Các cảm biến này đo các tình trạng của động cơ và cung cấp thông tin cho bộ Engine-ECU

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MPI

3.1 Tổng quan về bộ điều khiển điện tử (Engine-ECU)

Chương trình xử lý Các tình trạng hoạt

động của động cơ (Các cảm biến)

Bôbin đánh lửa

Vòi phun nhiên liệu

Bộ Engine-ECU nhận biết đựoc các tình trạng hoạt động, điều kiện môi trường và sử dụng chương trình xử lý được lưu bên trong để tính toán chính xác sự cung cấp nhiên liệu và thời điểm đánh lửa, sau đó thực hiện các quyết định điều chỉnh khác

Sau khi thực hiện các công việc tính toán, bộ Engine-ECU truyền tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành (Actuator) để cung cấp lượng nhiên liệu chính xác và đốt cháy nhiên liệu ở thời điểm chính xác, phù hợp với tình trạng hoạt động của động cơ ở thời điểm hiện tại

Khi cá điều kiện hoạt động của động cơ thay đổi, bộ Engine-ECU tiếp tục cập nhật các tính toán của nó

và điều chỉnh việc cung cấp nhiên liệu, thời điểm đánh lửa, và các quyết định điều chỉnh khác khi cần thiết Quá trình này cứ tiếp tục khi động cơ còn làm việc

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MPI

3.2 Cơ cấu chấp hành (Actuator)

Transistor công suất

Cơ cấu chấp hành là thiết bị dùng để thực hiện các lệnh bộ Engine-ECU ra quyết định điều khiển Có ba

cơ cấu chấp hành chính trong hệ thống phun nhiên liệu đa điểm:

• Vòi phun nhiên liệu (Béc phun)

• Motor bước điều khiển tốc độ cầm chừng (Van điện từ không tải)

• Transistor công suất và bôbin đánh lửa

Giả sử, nếu bạn muốn tăng tốc độ cầm chừng, thì bộ Engine-ECU sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến ISC – Idle Speed Control servo để tăng lượng không khí đi qua bướm ga

Các cơ cấu chấp hành hoạt động dựa trên tín hiệu cấp đến từ Engine-ECU Hầu hết chúng không gửi tín hiệu phản hồi về cho bộ Engine-ECU

3.3 Sự khác nhau giữa hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí và hệ thống phun xăng

Để giúp bạn hiểu được hệ thống MPI, dưới đây sẽ trình bày sự khác nhau cơ bản giữa một hệ thống phun nhiên liệu (MPI) và một hệ thống dùng bộ chế hòa khí

Cấu tạo Bao gồm một ống khuếch tán, vòi phun chính,

bướm ga, phao, và các bộ phận khác

Bao gồm các bộ phận của hệ thống nạp không khí (chẳng hạn như bướm ga), các bộ phận của hệ thống phun nhiên liệu (như các vòi phun), các bộ phận của hệ thống điều khiển (chẳng hạn như ECU và các cảm biến), và các bộ phận khác

- Nhiện liệu được hút qua vòi phun chính không

đủ dưới các điều kiện nào đó, vì vậy phải được

bổ sung khi cần thiết bằng cách dùng lỗ cầm chừng và bơm tăng tốc

- Tốc độ không khí đi vào động cơ được xác định trực tiếp bởi Engine-ECU (phù hợp với tín hiệu của cảm biến lưu lượng khí nạp) hoặc gián tiếp (phù hợp với tín hiệu cảm biến áp suất đường ống nạp)

- Bộ Engine-Ecu tính toán được lượng nhiên liệu cần thiết

để đốt cháy phù hợp với tỉ lệ của không khí

- Bộ Engine-ECU sử dụng một tín hiệu để kích mở vòi phun trong một thời gian phù hợp với lượng nhiên liệu đã tính toán

- Bộ Engine-ECU điều chỉnh lượng nhiên liệu phun nếu như các tín hiệu từ cảm biến liên quan cho thấy sự cần thiết để hiệu chỉnh

Engine-ECU sử dụng các thông tin thu thập được từ các cảm biến để đưa ra các lệnh điều khiển tương ứng với các dữ liệu được lập trình sẵn bên trong nó

Sau đó Engine-ECU sẽ phát ra các tín hiệu điều khiển đến các thành phần tương ứng để thực hiện các lệnh được đưa ra

hệ thống) tương ứng với “OFF” và 0V tương ứng vơi “ON” (ON được định nghĩa như công tắc thực hiện hoàn thành một đường đi của điện)

Kiểm tra cảm biến

Những thiết bị dưới đây có thể sử dụng để kiểm tra cảm biến loại này:

• Đồng hồ đo hiệu điện thế Voltmeter

• Đông fhồ đo kiểu kĩ thuật số (logic)

• Đồng hồ MUT-II hoặc MUT-III (một số tín hiệu)

• Máy đo hiện sóng Oscilloscope

Tín hiệu của loại này đưa đến bộ Engine-ECU là một dạng sóng vuông (5V – 0V – 5V – 0V…) với tần số thay đổi

Kiểm tra cảm biến

Những thiết bị dưới đây có thể sử dụng để kiểm tra cảm biến loại này:

• Đồng hồ đo hiệu điện thế Voltmeter

• Đông fhồ đo kiểu kĩ thuật số (logic)

• Đồng hồ MUT-II hoặc MUT-III (một số tín hiệu)

• Máy đo hiện sóng Oscilloscope Máy MUT-II, MUT-III và các đồng hồ vôn chỉ có thể cung cấp hạn chế về chất lượng của loại tín hiệu cảm biến này

Cảm biến loại này là một bộ phận của mạch phát tín hiệu đầu vào cho Engine-ECU ở dạng điện áp thay đổi, thường trong khoảng 5V – 0V Trong hình 1.15, khi điện trở thay đổi thi dòng điện đi về mass thay đổi, làm ảnh hưởng đến điện áp gửi về Engine-ECU

Kiểm tra tín hiệu cảm biến

Những thiết bị dưới đây có thể sử dụng để kiểm tra cảm biến loại này:

• Đồng hồ đo hiệu điện thế Voltmeter

• Đồng hồ MUT-II hoặc MUT-III (một số tín hiệu)

• Máy đo hiện sóng Oscilloscope

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MPI

4.1.4 Cảm biến tạo ra điện áp

Hình 1.16

Các cảm biến tạo ra điện áp được tìm thấy trong các ứng dụng như: cảm biến Oxy, Cảm biến kích

nổ Tín hiệu đầu vào đến bộ Engine-ECU ở dạng của một tín hiệu điện áp thay đổi theo một thông số đã được đo Ví dụ, tín hiệu cảm biến Oxy có thể ở một giá trị bất kì giữa 0 và 1V, phụ thuộc vào tỉ lệ không khí - nhiên liệu trong quá trình cháy

Kiểm tra tín hiệu cảm biến

Những thiết bị dưới đây có thể sử dụng để kiểm tra tín hiệu cảm biến loại này:

• Đồng hồ đo hiệu điện thế Voltmeter

• Đồng hồ MUT-II hoặc MUT-III (một số tín hiệu)

• Máy đo hiện sóng Oscilloscope