3.2 Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng tới lượng phun và thời gian mở kim phun 3.2.1 Lượng không khí nạp và tốc độ động cơ
Lượng nhiên liệu phục vụ cho quá trình cháy được tính toán bởi ECU. Bộ ECU làm cho mỗi vòi phun phân phối lượng nhiên liệu được tính toán tương ứng với xilanh bằng cách gửi tín hiệu đến vòi phun và xác định chiều dài thời gian mà vòi phun được kích hoạt (thời gian phun nhiên liệu)
ECU tính toán thời gian phun nhiên liệu dựa theo lượng không khí nạp vào trong mỗi xilanh trong hành trình nạp. Lượng không khí được xác định bằng cách sử dụng tín hiệu từ cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến bù độ cao.
Tốc độ động cơ và lượng không khí nạp là hai yếu tố quan trọng nhất để tính toán lượng phun. Tín hiệu về tốc độ động cơ và lượng không khí nạp được sử dụng để tính lượng phun cơ bản. Lượng phun cơ bản được tính toán dựa trên việc duy trì tỷ lệ không khí- nhiên liêu tối ưu (tỷ lệ lý thuyết). Nếu có sự gia tăng lượng không khí nạp thì lượng nhiên liệu phun vào cũng phải gia tăng tỷ lệ và ngược lại. Như vậy, lượng phun cơ bản sẽ tỷ lệ thuận với lưu lượng không khí nạp (Rm) và tỷ lệ nghịch với tốc độ động cơ.
Từ đồ thị hình 3.4 trên, ta có thể thấy rằng:
- Nếu tốc độ động cơ không đổi, lượng phun cơ bản sẽ gia tăng cùng với sự gia tăng của lượng không khí nạp vào.
- Nếu lượng không khí nạp vào là không đổi, lượng phun cơ bản sẽ giảm khi tốc độ động cơ tăng lên.
3.2.2 Nhiệt độ và áp suất khí nạp
Khi nhiệt độ và áp suất khí nạp thay đổi sẽ ảnh hưởng tới khối lượng không khí nạp vào cũng như hàm lượng oxy trong không khí:
+ Thể tích và nồng độ oxy trong không khí thay đổi theo nhiệt độ. Nếu nhiệt độ không khí càng cao, hàm lượng oxy trong không khí thấp và ngược lại, khi nhiệt độ không khí thấp, hàm lượng oxy trong không khí càng tăng.
+ Mật độ oxy trong không khí cũng thay đổi theo áp suất khí quyển. Càng lên cao, áp suất khí quyển càng thấp, mật độ oxy trong không khí cũng sẽ giảm.
Vì vậy, để đảm bảo được tỷ lệ không khí-nhiên liệu thích hợp mà không bị ảnh hưởng bởi môi trường thì ở hệ thống phun xăng điện tử, người ta phải tiến hành hiệu chỉnh lượng phun theo nhiệt độ và áp suất khí nạp.
Như vậy, sự thay đổi của nhiệt độ và áp suất khí nạp sẽ làm thay đổi lượng phun và thời gian mở kim phun.
Khi nhiệt độ khí nạp tăng lên, hệ thống sẽ hiệu chỉnh làm giảm lượng phun nhiên liệu vào và làm tăng lượng phun khi nhiệt độ khí nạp thấp hơn. Hiệu chỉnh này làm tăng hay giảm lượng phun tối đa là 10% (đối với loại sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu xoáy quang học Karman là 20%). Tuy nhiên, hiệu chỉnh này là không cần thiết với hệ thống phun xăng sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nhiệt.
Hình 3.6: Ảnh hưởng của áp suất khí nạp tới lượng phun.
Ngược lại, khi áp suất khí nạp tăng, hệ thống sẽ hiệu chỉnh làm tăng lượng phun và làm giảm lượng phun khi áp suất giảm. Hiệu chỉnh này dựa trên tín hiệu từ cảm biến bù độ cao và cảm biến lưu lượng khí nạp. Hiệu chỉnh này làm giảm 10% lượng nhiên liệu phun vào ở độ cao 1000 mét so với mực nước biển. Tuy nhiên, hiệu chỉnh này chỉ cần thiết với hệ thống phun xăng loại L- Jetronic với cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu xoáy quang học Karman.
3.2.3 Nhiệt độ nước làm mát
Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát là tín hiệu quan trọng dùng để hiệu chỉnh lượng phun phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ và được nhận biết từ
cảm biến nhiệt độ nước làm mát. Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát được sử dụng để hiệu chỉnh lượng phun phù hợp với các chế độ:
- Khởi động.
- Làm đậm ngay sau khi khởi động. - Làm đậm để hâm nóng.
- Làm đậm để tăng tốc. - Cắt nhiên liệu.
Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, khả năng bay hơi của nhiên liệu kém, tỷ lệ không khí-nhiên liệu trở nên nhạt hơn. Vì vậy, để nâng cao khả năng tải thì ở các chế độ làm việc trên của động cơ phải tiến hành hiệu chỉnh đậm theo nhiệt độ nước làm mát. Khi nhiệt độ nước càng thấp cần phải làm đậm nhiều hơn và tỷ lệ làm đậm sẽ giảm dần khi nhiệt độ nước tăng dần lên.
Hình vẽ 3.7 và 3.8 cho thấy sự thay đổi lượng phun theo nhiệt độ nước làm mát khi hâm nóng động cơ và khi khởi động.
Hình 1.8 :Ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát tới lượng phun khi hâm nóng động cơ lạnh
3.2.5 Nồng độ oxy trong khí xả
ECU luôn xác định thời gian phun cơ bản để đạt được tỷ lệ không khí- nhiên liệu lý thuyết (14,7:1). Tuy nhiên có một độ lệch nhỏ của tỷ lệ không khí- nhiên liệu lý thuyết xảy ra theo các tình trạng làm việc thực tế của động cơ, các thay đổi theo thời gian và các điều kiện khác. Mặt khác, để chống ô nhiễm, trên các xe được trang bị bộ hóa khử (TWC- three way catalyst). Bộ hóa khử sẽ hoạt động với hiệu suất cao nhất ở tỷ lệ hòa khí lý tưởng (α=1). Vì vậy, ECU sẽ hiệu chỉnh khoảng thời gian phun dựa trên tín hiệu về nồng độ oxy trong khí xả để duy trì tỷ lệ không khí-nhiên liệu trong khoảng hẹp gần với tỷ lệ lý thuyết (chế độ khép kín).
Để nhận biết được nồng độ oxy trong khí xả, người ta sử dụng cảm biến oxy hay cảm biến hỗn hợp nhạt. Lúc này, nồng độ oxy được đánh giá qua tín hiệu về tỷ lệ không khí-nhiên liệu tức thời do cảm biến gửi về. Với các xe không sử dụng cảm biến oxy hay cảm biến hỗn hợp nhạt thì người ta sử dụng một biến trở để thay đổi tỷ lệ không khí-nhiên liệu (nồng độ CO) ở chế độ không tải.
Hình 3.9: Hiệu chỉnh hồi tiếp tỷ lệ không khí-nhiên liệu.
Từ hình vẽ 3.9, ta có thế nhận thấy sự hiệu chỉnh hồi tiếp tỷ lệ không khí- nhiên liệu theo tín hiệu về nồng độ oxy trong khí xả:
- Nếu ECU xác định từ cảm biến rằng tỷ lệ khí-nhiên liệu là đậm hơn so với lý thuyết thì nó sẽ hiệu chỉnh làm giảm lượng phun, để hỗn hợp hỗn hợp không khí-nhiên liệu trở nên nhạt hơn.
- Ngược lại, nếu tín hiệu từ cảm biến cho biết rằng tỷ lệ không khí-nhiên liệu là nhạt hơn so với lý thuyết thì ECU sẽ hiệu chỉnh làm tăng lượng phun để hỗn hợp trở nên đậm hơn.
Hệ số hiệu chỉnh sẽ thay đổi trong khoảng từ 0,8 đến 1,2 và bằng 1 trong chế độ mạch hở.
3.2.6 Điện áp ắc quy
Ngay khi cấp điện áp vào vòi phun thì sự phun nhiên liệu không xảy ra ngay lập tức mà luôn có một khoảng trễ nhất định, gọi là khoảng thời gian không phun). Khoảng thời gian này phụ thuộc vào điện áp acquy. Vì vậy, ECU sẽ tính toán để cộng thêm khoảng thời gian trễ này vào thời gian phun cần thiết để đảm bảo tỷ lệ không khí nhiên liệu không bị nhạt đi so với yêu cầu. ECU lấy khoảng thời gian trễ ở điện áp acquy là 14V làm tiêu chuẩn và hiệu chỉnh thời gian trễ theo giá trị này.
Từ hình vẽ 3.10 ta thấy rằng: Tín hiệu phun sẽ dài hơn khi điện acquy nhỏ hơn 14 V và sẽ ngắn khi điện áp ắcquy cao hơn.
Hình 2: Hiệu chỉnh thời gian mở kim phun theo điện áp ắcquy.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã hoàn thành việc “xây dựng mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử trên động cơ 2AZ-FE”, đồng thời, hoàn thành phần chuyên đề: “mô phỏng quá trình tính toán lượng phun trong hệ thống phun xăng điện tử”.
Qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu và thực hiện đề tài, em đã nắm bắt được một khối lương khá lớn kiến thức chuyên ngành, đặc biệt là về hệ thống phun xăng và đánh lửa. Sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành đã giúp em hiểu sâu sắc hơn về các kiến thức chuyên nghành đã được học.
Thông qua mô hình, các kiến thức lý thuyết về hệ thống phun xăng và đánh lửa được thể hiện một cách trực quan. Do đó, mô hình của chúng em có thể phục vụ rất tốt cho công tác giảng dạy và học tập, tạo điều kiện cho các sinh viên khoá sau có thể tiếp cận với thực tế ngay trên mô hình.
Trong quá trình thực hiện, do thời gian có hạn và kiến thức, kinh nghiệm, tay nghề còn non kém nên trong quá trình thực hiện đã gặp nhiều khó khăn nhưng được sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn sinh viên trường Đại học Công nghiệp Hà nội nên chúng em đã hoàn thành được đề tài đúng tiến độ và yêu cầu đặt ra. Tuy vậy, vẫn còn một số các thiếu sót nhỏ cần bổ sung, sửa chữa thêm.
Song song với xây dựng mô hình, bản thân em cũng đã hoàn thành phần chuyên đề riêng và đã nhận được sự giúp đỡ rất lớn từ thầy giáo hướng dẫn. Qua đó, em đã có được sự hiểu sâu sắc hơn về nguyên lí động cơ đốt trong và những ứng dụng của kĩ thuật điều khiển điện tử trên động cơ đốt trong, đặc biệt là hệ thống phun xăng và đánh lửa.
Sau 13 tuần làm đồ án tốt nghiệp, với sự nỗ lực tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo, đặc biệt là thầy hướng dẫn T.S Lê Hoài Đức, đến nay em đã hoàn thành nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp được giao, đề tài đã giúp em tìm hiểu sâu hơn về hệ thống phun xăng điện tử sử dụng trên động cơ đốt trong.
Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu, do thời gian, khả năng hiểu biết và tài liệu còn hạn chế nên trong quá trình nghiên cứu, tìm hiều không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự lượng thứ và đóng góp ý kiến bổ sung của các thầy cố giáo để đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Cơ khí, đặc biệt là bộ môn “Động cơ đốt trong”, trường Đại học Giao thông Vận tải đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ em trong những năm học tập tại nhà trường.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
01 Nguyên lí Động cơ đốt trong. PGS.TS Nguyễn Duy Tiến NXB Giao thông vận tải năm 2007.
02 Nguyên lí Động cơ đốt trong. Nguyễn Tất Tiến NXB Giáo dục năm 2008.
03 Động cơ đốt trong phương tiện giao thông. PGS.TS Nguyễn Thành Lương NXB Xây dựng. năm 2002.
04 Hệ thống tự động điều khiển trên ôtô. Bộ môn Cơ khí Ôtô Tài liệu tham khảo.
05 Hệ thống phun xăng điện tử (EFI), tập 5, giai đoạn 2. Tài liệu đào tạo của hãng Toyota.
06 Bài giảng “Trang thiết bị điện trên động cơ” Th.s Ngô Văn Thanh 07 Hệ thống MPI.
Tài liệu đào tạo của hãng Mishubishi. 08 Hệ thống điều khiển điện tử TCCS.
Tài nguyên mạng internet. 09 Tài liệu sửa chữa xe Camry. Tài nguyên mạng internet.
10 Đánh giá chất lượng hệ thống phun xăng điện tử đời mới trên ôtô.
Đề tài Nghiên cứu khoa học sinh viên, trường Đại học Giao thông vận tải, năm 2004