Xây dựng mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử trên động cơ 2az fe

~ 1 ~ MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 PHẦN I: 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG 4 VÀ ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ 2AZ-FE 4 Chương I: 4 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 4 1.2.3Hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ 2AZ-FE 12 Chương II: 15 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG 15 VÀ ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ 15 2.1 Yêu cầu mô hình 15 1.2.1Điều khiển phun khi khởi động 48 1.2.2Điều khiển sau khi khởi động 49 Chương 2: 62 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB-SUMULINK MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TÍNH TOÁN LƯỢNG PHUN NHIÊN LIỆU 62 TRONG HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ (EFI) 62 2.1.2Sau khi khởi động 64 2.1.2.1 Xây dựng công thức mô phỏng 64 2.1.2.2 Thuật toán mô phỏng 69 2.2.1Hiệu chỉnh đậm ngay sau khi khởi động 70 2.2.1.1 Xây dựng công thức mô phỏng 70 2.2.1.1 Thuật toán mô phỏng 71 2.2.2Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ và áp suất khí nạp 71 2.2.2.1Xây dựng công thức mô phỏng 71 2.2.2.2Thuật toán mô phỏng 74 2.2.5.2Thuật toán mô phỏng 78 2.2.6.2Thuật toán mô phỏng 79 2.2.8.2Thuật toán mô phỏng 81 2.2.9Cắt nhiên liệu khi tốc độ xe quá cao 81 2.2.9.1Xây dựng công thức mô phỏng 81 2.2.10.2Thuật toán mô phỏng 83 2.3.2Thuật toán mô phỏng 85 Chương 3: 86 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 86 ~ 2 ~ QUÁ TRÌNH TÍNH TOÁN LƯỢNG PHUN 86 3.1 Chương trình mô phỏng quá trình tính toán lượng phun và thời gian mở kimphun trên động cơ 2AZ-FE 86 3.1.1 Một số thông số của động cơ 2AZ-FE phục vụ cho tính toán 86 3.1.2 Các bước thực hiện chương trình tính toán 87 3.1.3 Chương trình tính toán lượng phun 89 3.2 Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới lượng phun và thời gian mở kim phun 91 3.2.1 Lượng không khí nạp và tốc độ động cơ 91 3.2.2 Nhiệt độ và áp suất khí nạp 92 3.2.3 Nhiệt độ nước làm mát 93 3.2.5 Nồng độ oxy trong khí xả 95 3.2.6 Điện áp ắc quy 97 KẾT LUẬN 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 LỜI NÓI ĐẦU Chuyên ngành “Máy động lực” là một trong những chuyên ngành mới của khoa Cơ khí-trường Đại học Giao thông vận tải, do vậy trang thiết bị phục vụ cho việc giảng dạy và học tập còn nghèo nàn, thiếu thốn và thiếu thực tế. Được sự đồng ý của bộ môn “Động cơ đốt trong”, em cùng nhóm sinh viên lớp: Máy động lực K46 gồm: Nguyễn Cao Văn, Phạm Minh Tiến, Đỗ Văn Trấn tham gia: “Xây dựng mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử trên động cơ”. Được sự giúp đỡ, hướng dẫn của các thầy giáo và các bạn sinh viên trường Đại học Công nghiệp Hà nội, sau một thời gian thực hiện, em cùng các bạn đã hoàn thành nhiệm vụ xây dựng mô hình và lấy đó làm nội dung của đồ án tốt nghiệp. Song song với việc xây dựng mô hình, em đã hoàn thành bản thuyết minh đồ án tốt nghiệp. Nội dung thuyết minh gồm 2 phần: - Phần I: Xây dựng mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử trên động cơ. ~ 3 ~ - Phần II: Mô phỏng quá trình tính toán lượng phun trong hệ thống phun xăng điện tử (EFI). Tuy nhiên, do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo còn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được ý kiến đóng góp và sự chỉ bảo của các thầy cô giáo trong bộ môn cùng các bạn sinh viên để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn: T.S Lê Hoài Đức, và các thầy cô giáo trong bộ môn “Động cơ đốt trong” cùng các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này. Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày tháng năm 2010 Sinh viên thực hiện N g uy ễn Văn L iê m ~ 4 ~ PHẦN I: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ 2AZ-FE. Chương I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài 1.1.1 Mục đích của đề tài Chuyên ngành “máy động lực” là một trong những chuyên nghành mới của khoa Cơ khí, trường Đại học Giao thông Vận tải. Do vậy, trang thiết bị phục vụ cho việc giảng dạy và học tập của sinh viên còn thiếu thốn và không thực tế. Vì vậy, để nâng cao chất lượng đào tạo thì việc trang bị các thiết bị mô hình học tập, phục vụ cho việc giảng dạy và học tập là việc làm rất cần thiết. Việc làm mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử trên động cơ có các mục đích sau: - Thuận tiện cho công tác giảng dạy và học tập của sinh viên. - Giúp sinh viên hiểu một cách tổng quan, sâu sắc hơn và thực tế hơn toàn bộ hệ thống điện và điện tử trên động cơ (đặc biệt là hệ thống phun xăng và đánh lửa). ~ 5 ~ - Thực hành kiểm tra, chuẩn đoán hư hỏng hệ thống điện-điện tử của động cơ ngay trên mô hình. 1.1.2 Ý nghĩa của đề tài Việc tìm hiểu hệ thống phun xăng điện tử và đánh lửa đối với đa số sinh viên chuyên ngành “Máy động lực” chủ yếu là trên lý thuyết, không thực tế. Vì vậy, thông qua mô hình này sẽ là công cụ học tập rất thiết thực của sinh viên để có điều kiện nhận thức và hiểu biết thực tế hơn. Dựa vào mô hình, sinh viên có thể thực hành làm các thí nghiệm, các bài kiểm tra, nghiên cứu, chuẩn đoán hư hỏng các chi tiết trên mô hình. ~ 6 ~ 1.2 Tổng quan về động cơ 2AZ-FE 1.2.1 Giới thiệu chung về động cơ 2AZ-FE Hình 1.1: Mặt cắt ngang động cơ 2AZ-FE 1-Các te; 2- Hộp trục khuỷu ; 3- Bánh răng chủ động; 4- Thanh truyền; 5-Pittông;6-Áo nước; 7-Vòi phun; 8-Cam nạp; 9-Bôbin đánh lửa; 10-Cam xả; 11-Nắp đậy; 12-Nắp xylanh; 13-Que thăm dầu; 14-Thân xylanh; 15-Van hằng nhiệt; 16-Thân xylanh Động cơ 2AZ-FE được lắp trên xe Camry 2.4 của hãng TOYOTA. Đây là một trong những thế hệ động cơ hiện đại của hãng Toyota. Trên động cơ, người 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 ~ 7 ~ ta đã thiết kế và trang bị rất nhiều thiết bị điều khiển điện tử để nó làm việc tối ưu hơn. Một số các đặc điểm cơ bản của động cơ như sau: - Động cơ 2AZ-FE là kiểu động cơ 4 kì, 4 xylanh, thẳng hàng 2 cam kép. - Dung tích công tác của xylanh: 2316 (cm 3 ). - Công suất lớn nhất của động cơ: 150(mã lực) ở tốc độ 5600 (vòng/phút). - Mômen xoắn lớn nhất của động cơ: 22,2 (kGm) ở 3800 (vòng/phút). - Kiểu cung cấp nhiên liệu: phun xăng điện tử (EFI). - Đường kính xylanh/ hành trình làm việc piston: 86/86 (mm). - Tỷ số nén ε = 9.8. - Trục khuỷu được đỡ bởi 5 ổ đỡ của thân máy. Các bạc ổ đỡ này đều làm bằng hợp kim nhôm. - Trục khuỷu được đúc liền với 8 đối tượng để cân bằng. Các đường dầu được khoan bên trong trục khuỷu để đưa dầu lên thanh truyền, ổ đỡ, piston và các chi tiết khác. - Thứ tự nổ là 1 – 3 – 4 – 2. - Nắp máy được làm bằng hợp kim nhôm có các cửa hút xả ở hai bên, buồng cháy hình nệm. - Nến điện được bố trí ở bên phải buồng cháy. - Trên động cơ 2AZ-FE, nước làm mát được đưa vào áo nước của cụm đường nạp không khí để làm tăng khả năng vận hành xe khi động cơ đang còn nguội. - Các lò xo nấm hút và làm bằng thép lò xo có khả năng chịu tải ở tất cả các chế độ vòng quay động cơ. - Trục cam được dẫn động bằng xích. Trục cam có 5 ổ đỡ nằm giữa các con đội của từng xylanh và ở phía đầu xylanh số 1. Việc bôi trơn các ổ trục cam được thực hiện nhờ có đường dầu từ nắp máy. - Việc điều chỉnh khe hở nhiệt được tiến hành bằng cách thay đĩa đệm ở trên con đội mà không cần phải tháo trục cam. - Nắp hộp xích cam bằng hợp kim nhôm chịu nhiệt, trên đỉnh piston có chỗ lõm để tránh bị xupap va đập. - Chốt piston kiểu bơi toàn phần không ép chặt vào piston hoặc đầu nhỏ thanh truyền mà có vòng hãm ở hai đầu để tránh bị tuột ra ngoài. - Vòng găng hơi số 1 làm bằng thép không gỉ, vòng găng hơi số 2 làm bằng gang. Vòng găng hơi số 1 và 2 ngăn khí cháy từ bên trong buồng cháy ra ngoài. ~ 8 ~ - Vòng găng dầu làm bằng thép không gỉ. Đường kính bên ngoài của vòng găng hơi lớn hơn đường kính piston, độ bung tự do của vòng găng cho phép chúng tự ép sát vào thành xylanh khi bị lắp trên piston. Vòng găng dầu có tác dụng gạt dầu bám trên thành xylanh tránh làm lọt dầu vào trong buồng cháy. - Thân máy làm bằng gang. Tất cả có 4 xylanh, chiều dài mỗi ống gần gấp đôi chiều dài piston. Bên trên xylanh là nắp máy, bên dưới xylanh là trục khuỷu có 5 ổ đỡ. Ngoài ra, thân máy còn có áo nước bên trong có nước được dẫn từ bơm nước lên làm mát xylanh. - Cacte dầu được bắt bằng bu lông vào mặt dưới thân máy. Trong cacte dầu có vách ngăn để giữ lượng dầu đủ cần thiết khi xe bị nghiêng. Tấm vách ngăn còn tránh cho bơm dầu khỏi hút không khí và bọt, giữ tuần hoàn dầu trong hệ thống được ổn định ngay cả khi xe phanh hãm đột ngột. - Hệ thống làm mát của động cơ là kiểu tuần hoàn cưỡng bức dưới áp suất của bơm nước và có van hằng nhiệt ở đường nước vào bơm. - Hệ thống bôi trơn của động cơ là kiểu cưỡng bức và vung té có lọc dầu toàn phần, dùng để đưa dầu bôi trơn và làm mát các bề mặt ma sát của các chi tiết chuyển động. ~ 9 ~ 1.2.2 Hệ thống nhiên liệu trên động cơ 2AZ-FE Ngày nay, trên hầu hết các động cơ xăng đều được trang bị hệ thống phun xăng điện tử. Hệ thống nhiên liệu trên động cơ 2AZ-FE là hệ thống phun xăng điện tử (EFI) được trang bị thêm các hệ thống thu hồi xăng và thu hồi hơi xăng (EVAP) trong thùng xăng nên gọi là hệ thống nhiên liệu SFI. Nguyên lí làm việc của hệ thống phun xăng điện tử như sau: Một bơm nhiên liệu cung cấp đủ nhiên liệu dưới áp suất không đổi đến các vòi phun (ở động cơ 2AZ-FE áp suất nhiên liệu là từ 3,1 kG/cm 2 đến 3,5 kG/cm 2 ). Các vòi phun sẽ phun một lượng nhiên liệu định trước vào đường ống nạp theo các tín hiệu từ ECU động cơ. ECU nhận các tín hiệu từ nhiều cảm biến thông báo về sự thay đổi các chế độ hoạt động của động cơ. ECU sử dụng các tín hiệu này để xác định khoảng thời gian cần thiết nhằm đạt được hòa khí với tỉ lệ tối ưu phù hợp với từng điều kiện hoạt động của động cơ. Khi nhiên liệu được phun ra, áp suất nhiên liệu bị thay đổi một chút. Mỗi vòi phun được lắp ở phía trước của xupap nạp. Lượng nhiên liệu phun ra được điều khiển bằng độ dài khoảng thời gian dòng điện chạy qua vòi phun. ~ 10 ~ Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu trên động cơ 2AZ-FE. 1:Bình Xăng; 2:Bơm xăng điện; 3:Cụm ống của đồng hồ đo xăng và bơm; 4:Lọc Xăng; 5:Bộ lọc than hoạt tính; 6:Lọc không khí; 7:Cảm biến lưu lượng khí nạp; 8:Van điện từ; 9: Môtơ bước; 10:Bướm ga; 11:Cảm biến vị trí bướm ga; 12:Ống góp nạp; 13:Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 14:Bộ ổn định áp suất; 15:Cảm biến vị trí trục cam; 16:Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu;17:Ống phân phối nhiên liệu; 18:Vòi phun; 19:Cảm biến tiếng gõ; 20:Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 21:Cảm biến vị trí trục khuỷu; 22:Cảm biến oxy. Để tối ưu hóa quá trình cấp nhiên liệu, động cơ 2AZ-FE được trang bị hệ thống nhiên liệu không có ống hồi xăng (fuel returnless system) với việc sử [...]... hiện bởi hệ thống đánh lửa sớm điện tử (ESA) là một hệ thống điều khiển thời điểm đánh bằng ECU So với ~ 13 ~ các hệ thống đánh lửa trước đó, hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử (ESA) có những ưu điểm hơn hẳn Do vậy, ngày nay hệ thống đánh lửa với cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử kết hợp với hệ thống phun xăng đã thay thế hoàn toàn hệ thống đánh lửa thông... EVAP Sự hoạt động của hệ thống thu hồi xăng bằng cách sử dụng một bầu than hoạt tính để hấp thụ lại lượng xăng đã bị bay hơi trong quá trình cấp xăng vào thùng Điều này giúp làm giảm sự thất thoát xăng do không khí ~ 12 ~ Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống thu hồi hơi xăng trên động cơ 2AZ – FE 1.2.3 Hệ thống đánh lửa trực tiếp trên động cơ 2AZ- FE Động cơ 2AZ- FE được trang bị hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS-... ta bố trí giàn đánh lửa càng xa thùng xăng và giàn béc phun càng tốt, có các biện pháp che chắn thích hợp Hình 2.2: Bố trí chung mô hình ~ 20 ~ 2.4 Các chi tiết chính trên mô hình 2.4.1 Hệ thống cung cấp điện trên mô hình Hệ thống cung cấp điện làm nhiệm vụ cung cấp dòng điện một chiều, điện áp thấp (12V) cho các thiết bị phụ tải trên động cơ Hai thiết bị chính của hệ thống cung cấp điện là: - Ắcquy:... cảm biến như: tốc độ động cơ, vị trí cốt máy (vị trí piston), lượng gió nạp, nhiệt độ động cơ Số tín hiệu vào càng nhiều thì việc xác định góc đánh lửa sớm tối ưu càng chính xác Trong đó, tín hiệu tốc độ động cơ, vị trí piston và tín hiệu tải là những tín hiệu quan trọng nhất ~ 15 ~ Chương II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ 2.1 Yêu cầu mô hình Do mô hình là một thiết bị sử... mô hình hoạt động được là dạng mô hình có kết cấu của chi tiết giống thật và hoạt động được nhờ các nguồn dẫn động hay các tác động khác Mô hình này rất thuận tiện cho công tác giảng dạy vì thông qua nó sinh viên dễ dàng nắm bắt được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống Qua các phân tích trên, ta tiến hành đi thiết kế hệ thống phun xăng điện tử đa điểm hoạt động được dưới dạng mô hình hoạt động. .. khí thải độc hại Hình 1.5: Sơ đồ điều khiển của hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS) Sơ đồ hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng điện tử có thể chia thành ba phần: tín hiệu vào (tốc độ động cơ, vị trí piston, tín hiệu tải, vị trí bướm ga, nhiệt độ nước làm mát, điện áp ắcquy, tín hiệu kích nổ), ECU và tín hiệu từ ECU để điều khiển IC đánh lửa Sự hoạt động của hệ thống ESA như sau:... chọn hệ thống phun xăng trên xe ôtô TOYOTA làm cơ sở để thực hiện mô hình vì đây là loại xe khá phổ biến trong thực tế lại vừa có các ưu ~ 17 ~ điểm về một hệ thống điện- điện tử có số lượng nhiều các thiết bị hiện đại và đặc biệt dễ tìm hơn, giá rẻ hơn nhằm tạo điều kiện cho quá trình thực hiện mô hình 2.3 Thiết kế khung mô hình 2.3.1 Yêu cầu khung mô hình Khung mô hình là nơi lắp các thiết bị của hệ thống: ... xăng và bơm xăng thành một cụm ngay trong thùng xăng như hình vẽ 1.3 Điều này giúp cho nhiên liệu trong thùng xăng tăng hay giảm theo sự bay hơi của nhiên liệu, đồng thời đã loại bỏ được đường hồi xăng ra khỏi khu vực động cơ Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống cấp nhiên liệu động cơ 2AZ – FE Ngoài ra, trên trong thùng xăng còn trang bị thêm hệ thống thu hồi hơi xăng trong thùng gọi là hệ thống EVAP Sự hoạt động. .. nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng điện tử một cách dễ dàng nhằm tránh những bỡ ngỡ và khó khăn khi tiếp xúc với thực tế Vì thế, mô hình học cụ hệ thống phun xăng điện tử cần đáp ứng những yêu cầu sau: - Kết cấu gọn nhẹ Mang tính tổng quát và phổ biến Ít khác biệt so với lý thuyết Giá thành hợp lí Hiện nay, hệ thống phun xăng đa điểm có nhiều ưu điểm và được ứng dụng hầu hết trên các ôtô hiện đại... chế và chổi than; 8- Vòng tiếp điểm Máy phát điện được dẫn động từ trục cơ của động cơ thông qua đai Trên mô hình, sử dụng động cơ điện dẫn động máy phát Máy phát và động cơ điện đều được bảo vệ bởi rơle Dùng điện áp một chiều của ắc quy để điều khiển dòng kích từ chạy qua 2.4.2 Hệ thống cung cấp nhiên liệu 2.4.2.1 Bơm nhiên liệu  Kết cấu Bơm nhiên liệu là loại bơm cánh gạt được đặt trong thùng xăng, . 4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG 4 VÀ ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ 2AZ- FE 4 Chương I: 4 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 4 1.2. 3Hệ thống đánh lửa trực tiếp trên. I: Xây dựng mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử trên động cơ. ~ 3 ~ - Phần II: Mô phỏng quá trình tính toán lượng phun trong hệ thống phun xăng