Đồ án hệ thống phun xăng đánh lửa

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG TRÊN Ô TÔ 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Công dụng - Cung cấp hỗn nhiên liệu đến từng xylanh trong động cơ - Kiểm soát lượng xăng phun theo thời gian theo lượng khí nạp để đạt tỉ lệ mong muốn - Tăng lượng nhiện liệu ở chế độ làm nóng sau khởi động lạnh - Bù lượng nhiên liệu bám trên ống nạp - Cắt nhiên liệu khi giảm tốc độ hoặc tốc độ quá cao - Hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp và áp suất khí nạp - Điều chỉnh tốc độ cầm chừng - Điếu chỉnh lưu hồi khí thải - Hệ thống sẽ giúp cho nhiên liệu không bị thất thoát trên đường ống nạp và hòa khí được trộn tốt hơn 1.1.2 Phân loại a) Theo phương pháp điều khiển lượng phun * Hệ thống phun xăng gián tiếp ( L-EFI) : Với lượng phun xăng được tính toán dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ các cảm biến khí nạp như loại cánh trượt , karman quang , karman siêu âm hoặc cảm biến dây nhiệt ) * Hệ thống phun xăng trực tiếp ( D-EFI) : Lượng xăng phun vào được xác định dựa vào áp suất sau bướm ga bằng cảm biến MAP , hoặc cảm biến tốc độ động cơ b) Theo phương pháp lắp đặt kim phun * Loại TBI : Phun đơn điểm * Loại PI : Phun trên đường ống nạp , trước supap hút * Loại DI: Phun trực tiếp vào buồng đốt c) Theo phương pháp điêu khiển bơm nhiên liệu * Bơm xăng không qua ECU - Hệ thống phun xăng loại này chỉ sử dụng bộ cảm biến đó gió kiểu cánh trượt và chỉ làm việc khi động cơ hoạt động , Loại này có đặc điểm an toàn cao cho hệ thống . Sơ đồ mạch điện như trên hình sau .

MỤC LỤC

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG TRÊN Ô TÔ 1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Công dụng

- Cung cấp hỗn nhiên liệu đến từng xylanh trong động cơ

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

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

- Bù lượng nhiên liệu bám trên ống nạp

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

- Hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp và áp suất khí nạp

- Điều chỉnh tốc độ cầm chừng

- Điếu chỉnh lưu hồi khí thải

- Hệ thống sẽ giúp cho nhiên liệu không bị thất thoát trên đường ống nạp và hòa khí được trộntốt hơn

1.1.2 Phân loại

a) Theo phương pháp điều khiển lượng phun

* Hệ thống phun xăng gián tiếp ( L-EFI) : Với lượng phun xăng được tính toán dựa vào lưulượng khí nạp lấy từ các cảm biến khí nạp như loại cánh trượt , karman quang , karman siêu

âm hoặc cảm biến dây nhiệt )

* Hệ thống phun xăng trực tiếp ( D-EFI) : Lượng xăng phun vào được xác định dựa vào áp suấtsau bướm ga bằng cảm biến MAP , hoặc cảm biến tốc độ động cơ

b) Theo phương pháp lắp đặt kim phun

* Loại TBI : Phun đơn điểm

* Loại PI : Phun trên đường ống nạp , trước supap hút

* Loại DI: Phun trực tiếp vào buồng đốt

c) Theo phương pháp điêu khiển bơm nhiên liệu

* Bơm xăng không qua ECU

- Hệ thống phun xăng loại này chỉ sử dụng bộ cảm biến đó gió kiểu cánh trượt và chỉ làm việckhi động cơ hoạt động , Loại này có đặc điểm an toàn cao cho hệ thống Sơ đồ mạch điện nhưtrên hình sau

Mạch điều khiển bơm xăng không qua ECU

* Bơm xăng qua ECU

- Loại này sử dụng hộp ECU cộng với các cảm biến như tốc độ trục khuỷa , tốc độ động cơ đểđiều khiển đóng ngắt transistor làm đóng mở relay để điều khiển bơm xăng Sơ đồ như hìnhbên dưới

Mạch điều khiển bơm xăng qua ECU

* Bơm xăng qua ECU có thay đổi điều khiên tốc độ bơm

- Loại này tương tự như loại thứ 2 , chỉ sử dụng thêm một con điện trở làm cho dòng điện điqua motor bơm bị thay đổi từ đó điều khiển được tốc độ bơm xăng Sơ đồ như hình sau

Mạch điều khiển bơm xăng qua ECU có điều chỉnh tốc độ bơm

1.1.3 Yêu cầu

- Dảm bảo mạch điều khiển hoạt động tốt trong mọi trường hợp

- Lưu lượng nhiên liệu phun vào phải đáp ứng hiệu quả nhất trong mọi tính huống điều khiển người lái và môi trường

- Đảm bảo an toàn về điện đồi với mạch điều khiển

- Đảm bào an toàn cháy nổ đối với hệ thống bơm xăng nhiên liệu

1.2 Cấu tạo của hệ thống điều khiển phun xăng ( có qua ECU )

1.2.1 Công tăc máy

- Đối với bài thực hành của nhóm Nhóm sử dụng công tắc dạng xoay ( lười gà ) gồm có 3 tiếpđiểm tương ứng với 3 dây , 1 dây từ nguồn đi vào công tắc và 2 dây đi ra

1.2.2 Relay

- Relay sử dụng trong hệ thống điều khiển phun xăng gồm gồm 2 relay Một relay 4 chân đóng

vai trò là rolay chính , 1 relay 5 chân đóng vai trò là relay bơm

* Công dụng chung của relay : là thiết bị để đóng ngắt mạch điện trong tất cả các hệ thống điệntrên ô tô Đồng thời tác dụng chính của nó là giảm dòng qua công tắc máy tránh hư hỏng côngtắc máy giảm chi phí cho người sử dụng

* Phân loại : Ta có relay 4 chân , 5 chân , 8 chân …

* Cấu tạo :

- Cuộn hút ( nam châm điện ) : có tác dụng khi cấp nguồn thì hút thanh tiết điểm lại để đảotrạng thái chân NO và NC

- Phần mạch tiếp điểm ( mạch lực ) : dùng để dóng ngắt tín hiệu và các thiết bị tải với dòng nhỏ

và được cách ly với cuộn hút

* Nguyên lý : Khi cấp nguồn điện vào cuộn hút thí nó trở thành nam châm điện và hút tiếpđiểm khi đó tiếp điểm thường mở NO sẽ đóng , tiếp điểm thường đóng NC sẽ mở để cho dòngđiện chạy qua tải

1.2.3 Các cảm biến

a) Cảm biến áp suất nạp sau bướm ga ( MAP )

* Công dụng : Khi tải của động cơ thay đổi áp suất tuyệt đối trên đường ống náp sẽ thay đổi vàcảm biến MAP sẽ chuyển thành tín hiệu điến áp báo về ECU để tính để tính toán lượng khôngkhí đi vào xykanh , nhờ đó ECU sẽ điều khiển thời gian mở kim phun

* Cấu tạo

- Cảm biến bao gồm một tấm silicon nhỏ ( hay còn gọi là màng ngăn ) dày hơn ở 2 mép ngoài (khoảng 0,25mm) và mỏng ở giữa ( khoảng 0,25mm) Hai mép được làm kín cùng với mặttrong của tấm silicon tạo thành buồng chân không trong cảm biến Mặt ngoài tấm silicon tiếpxúc với áp suất đường ống nạp Hai mặt của tấm silicon được phủ thạch anh để tạo thành điệntrở áp điện Khi áp suất đường ống nạp thay đổi giá trị điện áp trở điện sẽ thay đổi

* Mạch điện :

- Gồm 3 chân :

+ Chân VC là chân cấp nguồn 5 V ( lấy từ chân VC của ECU)

+ Chân PIM là chân tín hiệu

+ Chân E2 là chân nối mass

* Nguyên lý :

- Khi gió vào thì sẽ làm cho màng trong cảm biến bị cong

+ Gió vào nhiều áp suất sau bướm ga lớn sẽ làm cho màng bị cong nhiều làm cho giá trị điện trở bị thay đổi nhiều dẫn đến sự sự chênh lệch mức điện áp lớn sẽ làm con OPAM trong cảm biến dẫn làm transistor dẫn sẽ làm chi tín hiệu ở chân UPIM ở mức thấp

+ Gió vào ít áp suất sau bướm ga nhỏ sẽ làm cho màng bị cong nhẹ làm cho giá trị điện trở bị thay đổi ít dẫn đến sự sự chênh lệch mức điện áp thấp con OPAM không dẫntransistor trong cảm biến ngắt sẽ làm chi tín hiệu ở chân UPIM ở mức cao

=> Dựa vào giá trị điện áp ở chân UPIM để điều chỉnh lượng phun

b) Cảm biến tốc độ xe và cảm biến vị trí trục khuỷa

* Cảm biến vị trí trục khuỷu ( tín hiệu GE)

- Cảm biến vị trí trục khuỷu có nhiệm vụ đo tín hiệu tốc độ trục khuỷu , vị trí trục khuỷu để gửi

về ECU và ECU sử dụng tín hiệu đó để tính toán góc đánh lửa sớm cơ bản và thời gian phunnhiên liệu cơ bản cho động cơ

* Cảm biến tốc độ ( tín hiệu NE )

- Cảm biến tốc độ động cơ (tương tụ cảm biến vị trí trục khuỷu ) dùng để báo tốc độ động cơ vềECU để tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tối ưu nhờ đó sẽ điều chỉnh lượng phun nhiên liệu sẽphun vào từng xylanh Cảm biến này được dùng vào mục đích điều khiển tốc độ không tảihoặc cắt nhiên liệu ở chế độ không tải cưỡng bức

- Cảm biến G và NE trên động cơ thường được bố trí trong delco ( bộ chia điện ) , hoặc trênbánh đà , trên bánh răng cốt cam …

* Cấu tạo của cảm biến GE và NE

- Cấu tạo gồm có : Rotor để khép mạch từ và cuộn dây cảm ứng mà lõi gắn với một nam châmvĩnh cửu đưng yên Số răng trên rotor và số cuộn dây cảm ứng thay đổi tùy thuộc vào loạiđộng cơ

c) Cảm biến nhiệt độ ( nhiệt độ nước làm mát , nhiệt độ khí nạp , … )

* Công dụng : Các biến nhiệt độ dùng để xác định nhiệt độ ( nước làm mát , không khí nạp ) từ

đó gửi tín hiệu đến ECU ECU sẽ tính toán từ đó điều khiển lượng phun xăng , góc đánh lửasớm , tốc độ không tải và cả tốc độ quạt làm mát két nước

* Cấu tạo : Cấu tạo của các loại cảm biến nhiệt độ đều giống nhau , có cầu cơ bản là cái nhiệtđiện trở âm ( dương ) được đặt trong 1 trụ rỗng có ren ngoài

* Nguyên lý : Khi nhiệt độ thay đổi thì sẽ làm cho giá trị điện trờ thay đổi , sự thay đổi giá trịđiện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp gửi đến ECU , từ đó ECU sẽ tính toán để điều chỉnhlượng phun và thời gian phun

d) Cảm biến vị trí bướm ga

* Chức năng : Cảm biến vị trí bướm ga có nhiệm vụ xác định độ mở của bướm ga và gửi thông

tin về bộ xử lý trung tâm giúp điều chỉnh lượng phun nhiên liệu tối ưu theo độ mở bướm ga.Trên các dòng xe sử dụng hộp số tự động, vị trí bướm ga là thông số quan trọng để kiểm soátquá trình chuyển số Cảm biến này thường được lắp trên cổ họng gió

* Phân loại và cấu tạo :

- Loại tiếp điểm : Có cấu tạo gồm một cần xoay đồng trục với cánh bướm ga , cam dẫn hướngxoay theo cần , tiếp điểm di động di chuyển dọc theo rãnh của cam dẫn hướng , tiếp điểm cầmchừng ( IDL ) , tiếp điểm toàn tải PSW

- Loại tuyến tính : Loại cảm biến này gồm có 2 con trượt và một điện trở và các tiếp điểm chocác tín hiệu IDL và VTA được cung cấp ở các đầu của mỗi tiếp điểm

- Loại phần tử Hall: Cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử Hall gồm có mạch IC Hall làm bằngcác phần tử Hall và các nam châm quay quanh chúng Các nam châm được lắp ở trên trụcbướm ga và quay cùng với bướm ga

Loại Hall Loại tuyến tính Loại tiếp điểm

* Nguyên lý : Bướm ga được mở ga hoặc đóng lại khi tài xế đạp hoặc nhả bàn đạp ga Lúc này,cảm biến bướm ga sẽ ghi lại hoạt động mở của bướm ga và chuyển hóa góc mở bướm ga thànhmột tín hiệu điện áp và gửi tới ECU ECU sẽ tính toán và điểu khiển thời gian nhấc kim giúpđiều chỉnh lưu lượng xăng phun vào đường ống nạp

– Loại nung nóng: Bên trong có điện trở để sấy nóng bộ cảm biến với mục đích nhanh chóngđưa nó lên đúng nhiệt độ làm việc, từ 600 – 650 độ F, để có thể sản sinh ra một điện thế Loạinày có thể có 2, 3 hoặc 4 dây nhằm phục vụ cho việc sấy nón

– Loại không nung nóng: Sẽ mất nhiều thời gian hơn để đạt nhiệt độ làm việc và trong khoảngthời gian này động cơ sẽ phải hoạt động với một hòa khí không đúng tiêu chuẩn

* Nguyên lý :

Khi khí xả được thải ra và đi qua cảm biến oxy, tiếp xúc của khí thải và đầu dò của cảm biến sẽkhiến cảm biến phát sinh một dòng điện có điện thế tỉ lệ nghịch với hàm lượng oxy của khí thải

để truyền đến PCM Nếu hàm lượng oxy cao hay hòa khí ‘nghèo xăng’ (lean mixture), điện thế

do cảm biến oxy phát sinh sẽ ở vào khoảng 0.1V Nếu hàm lượng oxy thấp hay hòa khí ‘giàuxăng’ (rich mixture), điện thế do cảm biến phát sinh sẽ ở vào khoảng 0.9V Dựa trên điện thếnày PCM sẽ điều chỉnh thời gian mở của các kim phun nhiên liệu một cách thích hợp để hỗnhợp khí nạp có được một tỷ lệ không khí / xăng gần với tỷ lệ lý tưởng (14.7: 1)

* Vị trí lắp đặt :

Thông thường, cảm biến oxy được vặn vào lỗ có ven răng ở ngay phía trước bộ phận lọc khíthải của động cơ, bộ phận này ở gần cuối ống thoát khí cháy Đôi khi một bộ cảm biến thứ haiđược bố trí ngay phía sau bộ lọc khí thải nhưng mục đích của bộ cảm biến này chỉ để xác địnhtính năng làm việc của chính bộ lọc khí thải này

1.2.4 Bộ điều khiển điện tử ECU

a) Tổng quan :

- ECU (hay còn gọi là hộp đen) chính là “bộ não” điều khiển chi phối tất cả mọi hoạt động củađộng cơ thông qua việc tiếp nhận dữ liệu các cảm biến trên động cơ hoặc ô tô, sau đó đượctruyền về ECU xử lý tín hiệu và đưa ra “mệnh lệnh” buộc các cơ cấu chấp hành phải thực hiệnnhư việc điều khiển nhiên liệu, góc đánh lửa, góc phối cam, ga tự động, lực phanh ở mỗibánh

- Mặc khác, cơ cấu chấp hành phải luôn bảo đảm thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín hiệu phảnhồi từ các cảm biến nhằm đem lại sự chính xác và thích ứng cần thiết Bên cạnh đó, nhằm giảmtối đa chất độc hại trong khí thải và cải thiện lượng tiêu hao nhiên liệu, đảm bảo công suất tối

ưu ở các chế độ hoạt động của động cơ Hơn hết, ECU can thiệp và xử lý nhanh những tínhhuống mất kiểm soát của người khi gặp tình huống nguy hiểm và điều đặc biệt giúp việc chuẩnđoán “bệnh” của động cơ một cách nhanh chóng

=> ECU là bộ tổ hợp vi mạch và bộ phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, trữ thông tin, tínhtoán, gửi đi các tín hiệu thích hợp và quyết định chức năng làm việc của xe sao cho hiệu quảnhất trong các tình huống khác nhau

b) Cấu tạo của ECU

* Bộ nhớ trong của ECU

- ROM (Read Only Memory): Dùng trữ thông tin thường trực Bộ nhớ này chỉ đọc thông tin đãđược lập trình sẵn, chứ không thể ghi vào được Do đó, ROM chính là nơi cung cấp thông tincho bộ vi xử lý

- RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, dùng để lưu trữ thông tin mớiđược ghi trong bộ nhớ và xác định bởi vi xử lý RAM có thể đọc và ghi các số liệu theo địa chỉbất kỳ

- PROM (Programmable Read Only Memory): Cấu trúc cơ bản giống như ROM nhưng chophép lập trình (nạp dữ liệu) ở nơi sử dụng chứ không phải nơi sản xuất như ROM PROM chophép sữa đổi chương trình điều khiển theo những đòi hỏi khác nhau

- KAM (Keep Alive Memory): KAM dùng để lưu trữ những thông tin mới (những thông tintạm thời) cung cấp đến bộ vi xử lý KAM vẫn duy trì bộ nhớ cho dù động cơ ngưng hoạt độnghoặc tắt công tắc máy Tuy nhiên, nếu tháo nguồn cung cấp từ acquy đến máy tính thì bộ nhớKAM sẽ bị mất

* Bộ vi xử lý

- Có chức năng từ việc tiếp nhận thông tin tín hiệu ở các cảm biến trên động cơ thông qua các

bộ nhớ trong ECU, tín hiệu lập tức gửi đến Bộ vi xử lý, lúc này nó có chức năng tính toán vàđưa ra mệnh lệnh cho bộ phận chấp hành thích hợp Có thể nói, đây là bộ phận quan trọng nhấtcủa ECU

* Đường truyền BUS

- Dùng để chuyển các lệnh và số liệu trong ECU Nhờ đường truyền mà thông tin có thể truyền

từ bộ vi xử lý gửi đến các cơ cấu chấp hành nhanh nhất có thể

=> Tổng quan về hoạt động của ECU , các cảm biến và thiết bị được thể hiện như trên hình :

1.2.5 Bơm xăng

* Công dụng : Có nhiệm vụ hút xăng từ bình nhiên liệu rồi đẩy tới kim phun trong động cơ với

áp suất được duy trì trong khoảng 30-85 PSI Bơm xăng được vận hành bằng điện và được đặttrực tiếp bên trong hoặc bên ngoài thùng nhiên liệu

* Phân loại : Hiện nay bơm xăng sử dụng cho các hệ thống phun xăng có hai loại

- Loại bơm cánh quạt

- Loại bơm con lăn

* Bơm cách quạt : loại này thường đặt trong thùng xăng So với loại con lăn thì loại này có ưuđiểm là ít gây ồn và không tạo ra dao động trong mạch nhiên liệu nên được sử dụng rộng rãi

- Cấu tạo :

+ Motor điện , bánh công tác ( bánh bơm )

+ Bộ phận công tác của bơm

+ Van kiểm tra

+ Van giảm áp và lọc xăng

* Bơm con lăn : Loại này được đặt bên ngoài thùng xăng và luôn gắn gần thùng để hiệu suấtcủa bơm được cao hơn

- Cấu tạo của loại bơm này gồm các thành phần sau đây

+ Motor điện 1 chiều

+ Bộ phận công tác của bơm

+ Van giảm áp , van 1 chiều

+ Bộ phận bơm là một buồng rỗng hình trụ , trong đó có một đĩa quay sai tâm được bốtrí các con lăn trong các rãnh và bắt dính vào rotor Khi dòng điện chạy qua rotor quayquay sẽ kéo theo đĩa sai tâm quay

* Bơm xăng có thể được điều khiển theo 3 cách

- Không qua hộp ECU đối với loại này thường được sử dụng thêm với cảm biến đo gió kiểucách trượt

- Qua hộp ECU

1.2.6 Kim phun

* Công dụng : Phun nhiên liệu vào đường ống nạp đúng thời điểm đảm bảo hiệu suất tốt nhất

ứng với các điều kiện hoạt động của ô tô từ đó ảnh hưởng trực tiếp đến đến hiệu quả hoạt độngcủa hệ thống

* Cấu tạo kim phun :

1: Bộ lọc : Đảm bảo nhiên liệu đi vào kim phun phải thật sạch

2: Giắc cấm : nối với mạch điện điều khiển

3: Cuộn dây : Tạo ra từ trường khi có dòng điện

4: Ty kim : Tác động đến sự đóng mở của van kim

5: Van kim : Đóng kín vòi phun , khi có dòng điện sẽ bị nhấc lên để nhiên liệu được phun ra 6: Vòi phun : Định góc phun và xé tơi nhiên liệu

7 : Vỏ kim

* Qúa trính hoạt động của kim phun :

- Trong quá trình hoạt động của động cơ ECU liên tục nhận được những tín hiệu đầu vào từ cáccảm biến như ( GE ,NE , MAP , THA , THW , OXY , … ) Qua đó ECU sẽ tính ra thời gian

mở kim Qúa trình mở và đóng của kim phun diễn ra ngắt quắt quản ECU gửi tín hiệu đếnkim phun trong bao lâu phụ thuộc vào độ độ rung của xung

* Phương pháp phun : Có 2 phương pháp phun

- Phương pháp phun đơn điểm : Áp dụng với 1 kim phun cho 4 máy

- Phương pháp phun đa điểm : Áp dụng cho 4 kim phun 4 máy Trong đó 3 kiểu phun

+ Phun độc lập

+ Phun theo nhóm

+ Phun đồng loạt

1.3 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống điều khiển phun xăng

1.3.1 Nguyên tắc hoạt động của điều khiển bơm xăng ( loại qua ECU )

* Hoạt động :

- Khi công tắc ở vị trí IG lúc này dòng qua cuộn L trong Main relay đóng tiếp điếm , lúc này sẽ

có dòng từ (+) acquy đi qua tiếp điểm của main relay

- Khi công tắc ở vị trí ST lúc này có dòng qua cuộn L2 của Relay bơm về mass làm đóng tiếpđiểm của relay bơm , dòng lúc này từ (+) acqyt qua tiếp điểm của relay chính rồi đi qua tiếpđiểm của relay bơm đi qua bơm về mass => làm bơm quay , nhiên liệu sẽ được hút từ thùngchứa qua bơm đến kim phun qua đường ống nạp rồi vào xylanh

- Khi trả công tắc trờ về vị trí IG , lúc này động cơ đã nổ nên có tín hiệu NE gửi đễn ECU do

đó sẽ có tín hiệu dạng điện áp gửi từ ECU qua cuộn L1 của relay bơm nên tiếp điểm vẫn đượcgiữ ở vị trí đóng nên vẫn có dòng đi qua bơm làm cho bơm quay

- Khi giảm ga đột ngột lúc này có thể mất tín hiệu NE do đó tụ điện C sẽ phóng điện lên cuộnL1 tạo từ trường để giữ tiếp điểm của relay bơm đóng và bơm vẫn quay

- Khi ta bật công tắc từ vị trí OFF sang ON thì trong ECU vẫn có nguồn cấp , ECU này làm chotransistor dẫn trong 2s giúp cho tiếp đóng để bơm có thể hoạt động trước