ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. TS. Nguyễn Văn Bang
MỤC LỤC
Nội dung Trang
LỜI NÓI ĐẦU 5
Chương 1: TỔNG QUAN 6
1.1.Đặt vấn đề 6
1.2. Giới thiệu về hệ thống phun xăng điện tử 8
1.2.1. Lịch sử phát triển và phân loại 9
1.2.1.1. Lịch sử phát triển 9
1.2.1.2. Phân loại 11
1.2.2. Kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử 13
1.2.2.1. Kết cấu của hệ thống EFI điển hình 13
1.2.2.2. Nguyên lý hoạt động 15
1.3. So sánh các chế độ làm việc của hệ thống phun xăng và hệ thống dùng
chế hòa khí 22
1.3.1. Chế độ không tải 22
1.3.2. Chế độ tăng tốc 22
1.3.3. Chế độ khởi động 23
1.3.4. Chế độ sấy nóng 25
1.3.5. Chế độ toàn tải 27
1.3.6. Chế độ giảm tốc độ đột ngột 27
1
Sinh viên: Bùi Tiến Lâm Lớp: Cơ khí ôtô A – K45
1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. TS. Nguyễn Văn Bang
Chương 2: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN XE
MÁY 29
2.1. Lựa chọn và lắp đặt các cảm biến 29
2.1.1. Cảm biến áp suất đường ống nạp (MAP) 29
2.1.2. Cảm biến tốc độ và cảm biến thời điểm 30
2.1.3. Cảm biến nhiệt độ động cơ 32
4.2.6.1. Chế độ khởi động 70
4.2.6.2. Chế độ sau khởi động 70
4.2.6.3. Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo nhiệt độ động cơ 71
4.2.6.4. Hiệu chỉnh góc đánh lửa sớm theo sự ổn định của động cơ ở chế độ
không tải 72
4.2.7. Điều khiển bơm xăng 73
4.3. Sơ đồ thuật toán điều khiển phun xăng và đánh lửa lập trình 73
4.3.1. Thuật toán điều khiển chung 73
4.3.2. Thuật toán điều khiển phun xăng ở chế độ khởi động 75
3
Sinh viên: Bùi Tiến Lâm Lớp: Cơ khí ôtô A – K45
3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. TS. Nguyễn Văn Bang
4.3.3. Thuật toán điều khiển phun xăng ở chế độ chuyển tiếp khởi động-không
tải 76
4.3.4. Thuật toán khiển phun xăng ở chế độ không tải 77
4.3.5. Thuật toán điều khiển phun xăng ở chế độ chuyển tiếp không tải-ổn
định 78
4.3.6. Thuật toán khiển phun xăng ở chế độ ổn định 80
4.3.7. Thuật toán điều khiển phun xăng ở chế độ chuyển tiếp ổn định-không
tải 81
4.3.8. Thuật toán điều khiển đánh lửa 82
Chương 5: CHẠY THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 84
5.1. Xây dựng góc đánh lửa sớm theo tải trọng và tốc độ động cơ 84
5.2. Xây dựng bộ tham số lượng nhiên liệu phun theo tải và tốc độ động cơ.86
5.3. Giới thiệu về xe thử nghiệm 88
5.4. Quy trình thử nghiệm xe trên băng thử 90
5.5. Kết quả thực nghiệm 90
5.6. Chạy trên đường 92
KẾT LUẬN 93
Bùi Tiến Lâm
5
Sinh viên: Bùi Tiến Lâm Lớp: Cơ khí ôtô A – K45
5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. TS. Nguyễn Văn Bang
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1.Đặt vấn đề
Theo thống kê của cục đăng kiểm hiện nay nước ta có gần 27 triệu xe máy
mà đa phần trong số đó sử dụng hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí và
hệ thống đánh lửa thông thường, đây là những hệ thống có nhiều nhược điểm
như:
+ Thành phần hòa khí phụ thuộc chủ yếu vào áp suất đường ống nạp và tốc
độ động cơ, nhưng trên thực tế thành phần hòa khí còn phụ thuộc vào nhiệt độ
động cơ, nhiệt độ khí nạp, độ mở bướm ga…Hơn nữa cơ cấu điều chỉnh
lượng nhiên liệu bằng cơ khí, không đảm bảo điều khiển chính xác lượng và
chất của hổn hợp phù hợp với các chế độ làm việc của động cơ.
+ Do sử dụng họng tiết lưu nên làm tăng tổn thất cơ khí, giảm hệ số nạp của
động cơ.
+ Khi muốn lắp thêm bộ xúc tác khí xả do không duy trì được λ = 1 nên hiệu
suất của bộ xúc tác không cao.
+ Góc đánh lửa sớm được giữ cố định do đó không phù hợp với tải trọng và
tốc độ của động cơ.
Do những nhược điểm trên mà các tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ
xe máy không cao, nhất là vấn đề phát thải các khí thải độc hại.
Ngày nay trước những sức ép về tiết kiệm nhiên liệu khi mà nguồn dầu mỏ
đang ngày càng cạn kiệt cũng như việc cắt giảm hàm lượng các khí thải độc
hại theo các tiêu chuẩn khí thải mới, đã thúc đẩy các nhà sản xuất áp dụng các
biện pháp công nghệ đã được áp dụng trên các ôtô hiện đại vào lĩnh vực xe
máy. Một trong những hướng đó là nghiên cứu thay thế hệ thống nhiên liệu
dùng bộ chế hòa khí bằng hệ thống phun xăng điện tử. Việc thay thế này đã
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. TS. Nguyễn Văn Bang
1.2.Giới thiệu về hệ thống phun xăng điện tử
Chữ EFI ở phía sau thân của các ôtô đời mới và trên động cơ là chữ viết tắt
của Electronic Fuel Injection, có nghĩa là hệ thống điều khiển phun xăng bằng
điện tử. Hệ thống này cung cấp hỗn hợp nhiên liệu cho động cơ một cách tối
ưu. Tuy nhiên, tùy theo chế độ làm việc của động cơ, ECU thay đổi tỷ lệ khí-
nhiên liệu để luôn luôn cung cấp cho động cơ một hỗn hợp hòa khí tối ưu. Cụ
thể ở chế độ khởi động trong thời tiết lạnh giá, hỗn hợp khí được cung cấp
giàu nhiên liệu, sau khi động cơ đã đạt nhiệt độ vận hành, nhiên liệu phun sẽ
tự động giảm xuống để đạt thành phần hòa khí Lambda=1.Ở chế độ tải trọng
cao, hệ số dư lượng không khí Lambda sẽ tự động giảm xuống (Lambda<1)
để động cơ phát ra công suất lớn nhất.
Ôtô ngày nay có thể sử dụng một trong hai thiết bị hay hệ thống để cung cấp
hỗn hợp không khí- nhiên liệu với một tỷ lệ thích hợp đến các xylanh của
động cơ tại tất cả các dải tốc độ, đó là sử dụng bộ chế hòa khí hoặc hệ thống
EFI ( phun xăng điện tử).Cả hai hệ thống trên lượng khí nạp sẽ thay đổi theo
góc mở của bướm ga và tốc độ động cơ. Lượng nhiên liệu cung cấp được điều
chỉnh theo các chế độ làm việc của động cơ. Đối với hệ thống dùng bộ chế
hòa khí việc cung cấp nhiên liệu sẽ do giclơ nhiên liệu đảm nhận. Còn với hệ
thống EFI sẽ do ECU (Electronic Control Unit) tính toán sau đó đưa ra lượng
nhiên liệu phun thông qua việc điều khiển thời gian mở kim phun.
Do kết cấu của chế hòa khí khá đơn giản, nó đã được sử dụng trên hầu hết
các động cơ xăng trước đây. Mặc dù vậy, để đáp ứng các nhu cầu hiện nay về
khí xả sạch hơn, nâng cao các tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ…,bộ
chế hòa khí ngày nay phải được lắp đặt các thiết bị hiệu chỉnh khác nhau, làm
cho nó trở thành một hệ thống phức tạp hơn nhưng vẫn không đáp ứng được
các yêu cầu cần thiết.
8
Sinh viên: Bùi Tiến Lâm Lớp: Cơ khí ôtô A – K45
8
9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. TS. Nguyễn Văn Bang
Việc điều khiển EFI có thể được chia làm 2 loại, dựa trên sự khác nhau về
phương pháp dùng để xác định lượng nhiên liệu phun.
ECU trước năm 1983 là một loại mạch tương tự, loại này điều khiển lượng
phun dựa vào thời gian cần thiết để nạp và phóng một tụ điện. Từ năm 1985
trở lại đây là loại được điều khiển bằng vi xử lý, loại này sử dụng dữ liệu lưu
trong bộ nhớ để xác định lượng phun.
Hệ thống EFI điều khiển bằng mạch tương tự là loại được TOYOTA sử
dụng lần đầu tiên trong hệ thống EFI của nó. Loại điều khiển bằng vi xử lý
được bắt đầu sử dụng vào năm 1983.
Hệ thống EFI điều khiển bằng bộ vi xử lý được sử dụng trong xe của
TOYOTA gọi là TCCS ( TOYOTA Computer Controled System – Hệ thống
điều khiển bằng máy tính của TOYOTA ), nó không chỉ điều khiển lượng
phun mà còn bao gồm cả ESA( Electronic Spark Advance- Đánh lửa sớm điện
tử) để điều khiển thời điểm đánh lửa; ISC ( Idle Speed Control- Điều khiển
tốc độ không tải) và các hệ thống điều khiển khác cũng như chức năng chẩn
đoán và dự phòng. Hai hệ thống này có thể được phân loại như sau:
Loại EFI điều khiển tương tự và điều khiển bằng vi xử lý về cơ bản là giống
nhau, nhưng có thể nhận thấy một vài điểm khác nhau về phương pháp điều
khiển như hệ thống EFI tương tự lượng nhiên liệu phun được tính toán dựa
trên các phép toán của điện tử tương tự, còn EFI số thì việc điều khiển lượng
nhiên liệu phun được tính toán và lập trình trên một bộ vi xử lý và do vậy độ
chính xác của hệ thống này cao hơn hệ thống EFI tương tự.
Dựa vào vị trí đặt vòi phun người ta phân thành hệ thốn phun xăng trực tiếp
( Gasoline Direct Injection- GDI) xăng được phun trực tiếp vào buồng cháy ở
cuối kỳ nén, và hệ thống phun xăng gián tiếp với vòi phun được bố trí bên
ngoài động cơ.
10
Sinh viên: Bùi Tiến Lâm Lớp: Cơ khí ôtô A – K45
điện tử.
Dựa vào việc tổ chức quá trình phun người ta phân thành hệ thống phun
xăng liên tục hay gián đoạn.
Dựa vào các cách phân loại trên, trong thực tế có rất nhiều hệ thống phun
xăng với đặc điểm phun là tổ hợp của các hình thức phân loại trên như:
- Hệ thống K- Jetronic: Đây là hệ thống phun xăng đa điểm, liên tục điều
khiển bằng cơ khí.
- Hệ thống L- Jetronic và D- Jetronic: Đây là hệ thống phun xăng đa điểm,
phun gián đoạn và điều khiển bằng điện tử.
D- Jetronic: lượng xăng phun được xác định dựa vào áp suất sau bướm ga
bằng cảm biến áp suất khí nạp MAP ( Manifold absolute pressure sensor) và
được hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp.
L-Jetronic: lượng xăng phun được tính toán trực tiếp dựa vào lưu lượng khí
nạp lấy từ cảm biến đo gió loại cánh trượt. Sau đó có các phiên bản: LH-
12
Sinh viên: Bùi Tiến Lâm Lớp: Cơ khí ôtô A – K45
12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. TS. Nguyễn Văn Bang
Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt, LU- Jetronic với cảm biến đo gió kiểu
siêu âm.
- Mono- Jetronic: Đây là hệ thống phun xăng đơn điểm. Theo phương án này
xăng được phun vào ống nạp chung để cung cấp hỗn hợp cho các xilanh.Về
mặt nguyên tắc có thể sử dụng các biện pháp phun liên tục hay gián đoạn. Vòi
phun được bố trí ngay trên bướm tiết lưu, tại đây vận tốc dòng khí lớn nhất
tạo điều kiện tốt cho quá trình xé tơi xăng và hòa trộn với không khí.
- Loại MPI: Đây là hệ thống phun đa điểm, với mỗi kim phun cho từng
xilanh được bố trí gần xupap nạp. Đường ống nạp được thiết kế sao cho
đường đi của không khí từ bướm ga đến xilanh khá dài. Nhờ vậy,nhiên liệu
được phun ra được hòa trộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc. Nhiên liệu cũng
không thất thoát trên đường ống nạp.
nhiệt độ ĐC
Vòi
phun
Van
điều
áp
Accu
Đèn chẩn
đoán
Lọc
nhiên
liệu
Bơm xăng
Rơ le
bơm xăng
Công tắc số
mo
Cảm biến
tốc độ xe
Đồng hồ
tốc độ xe
Giắc chẩn đoán
Rơ le
EFI
ổ khóa điện
ECU
Thùng
xăng
Hỡnh 1.2. S h thng EFI in hỡnh.
14
cũng giảm xuống.
Hình 1.4. Sơ đồ điều khiển phun cơ bản.
a)Hệ thống cung cấp khí:
Khi bướm ga mở ra, dòng không khí từ lọc gió đến các xilanh sẽ qua cảm
biến lưu lượng gió loại trực tiếp như cảm biến đo lưu lượng dạng cánh gạt
hoặc kiểu nhiệt điện trở hay đo gián tiếp thông qua cảm biến áp suất khí nạp
16
Sinh viên: Bùi Tiến Lâm Lớp: Cơ khí ôtô A – K45
16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. TS. Nguyễn Văn Bang
(đặt sau bướm ga) kết hợp với cảm biến tốc độ và cảm biến nhiệt độ khí
nạp,bướm ga và đường ống nạp.
Hình 1.5. Sơ đồ hệ thống cung cấp khí và đo lưu lượng khí bằng cảm biến
dạng van lật.
Đối với cảm biến đo lưu lượng gió trực tiếp dạng cánh gạt khi dòng không
khí đi qua cảm biến lưu lượng gió,nó sẽ ấn mở tấm đo. Lượng không khí được
cảm nhận bằng độ mở của tấm đo.
Còn với cảm biến đo lưu lượng gián tiếp qua áp suất khí nạp khi dòng khí đi
qua nó sẽ làm độ chân không của đường ống tăng. Độ chân không phụ thuộc
vào độ mở bướm ga và tốc độ động cơ. Chính vì vậy,sau khi đo áp suất đường
ống nạp kết hợp với tốc độ động cơ và nhiệt độ của dòng khí nạp ta có thể
tính toán chính xác được lưu lượng khí nạp.
b) Hệ thống cung cấp nhiên liệu:
Nhiên liệu được nén lại nhờ bơm nhiên liệu chạy bằng điện và chảy đến các
vòi phun qua bộ lọc. Mỗi xilanh có một vòi phun, nhiên liệu được phun ra khi
van điện từ mở. Do bộ ổn định áp suất giữ cho áp suất nhiên liệu không đổi
nên lượng nhiên liệu phun ra được điều khiển bằng cách giữ cho áp suất trước
vòi phun và sau vòi phun là hằng số, do đó lượng nhiên liệu phun chỉ phụ
17
Sinh viên: Bùi Tiến Lâm Lớp: Cơ khí ôtô A – K45
Như vậy, hoạt động cơ bản của các thiết bị cần cho việc tạo ra hỗn hợp khí-
nhiên liệu lý thuyết đã được mô tả. Tuy nhiên, động cơ sẽ không hoạt động tốt
chỉ với lượng phun cơ bản. Đó là bởi vì động cơ phải vận hành dưới nhiều chế
độ và do đó nó cần có một số chương trình khác để điều chỉnh tỷ lệ khí- nhiên
liệu tùy theo chế độ khác nhau này. Ví dụ, khi động cơ còn lạnh dưới tải nặng,
cần có hỗn hợp đậm hơn. ECU sẽ thay đổi tỷ lệ khí- nhiên liệu theo các chế
độ hoạt động của động cơ theo cách giống như chế hòa khí thay đổi hỗn hợp
khí- nhiên liệu bằng bướm gió. Có 2 phương pháp để hiệu chỉnh tỷ lệ khí-
19
Sinh viên: Bùi Tiến Lâm Lớp: Cơ khí ôtô A – K45
19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. TS. Nguyễn Văn Bang
nhiên liệu. Một được coi là “hiệu chỉnh đậm”, ECU hoạt động để tăng lượng
phun. Phương pháp khác là các thiết bị phụ trợ sẽ thực hiện cùng một chức
năng mà không liên quan đến ECU như van điều khiển khí phụ, điều khiển
dòng khí nạp đi tắt qua bướm ga phụ thuộc nhiệt độ nước làm mát.
a) Hiệu chỉnh
Rất nhiều loại thông tin về các chế độ hoạt động của động cơ (ví dụ: nhiệt
độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp, điện áp ắc quy…) được chuyển đến ECU
từ các cảm biến để thêm vào thông tin về lượng khí nạp. Từ cảm biến lưu
lượng khí và tốc độ động cơ từ cuộn đánh lửa hoặc cảm biến thời điểm, ECU
sẽ tăng lượng nhiên liệu dựa trên các thông tin này. Nói một cách khác, thậm
chí lượng khí nạp không đổi, thì lượng nhiên liệu do các vòi phun phun ra vẫn
tăng hay giảm tùy theo các chế độ hoạt động của động cơ.
Hình 1.8. Sơ đồ hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun.
b) Các thiết bị phụ
Có 2 thiết bị phụ để hiệu chỉnh tỷ lệ khí- nhiên liệu, một vòi phun khởi
động lạnh và một van khí phụ.
20
Sinh viên: Bùi Tiến Lâm Lớp: Cơ khí ôtô A – K45
21
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. TS. Nguyễn Văn Bang
1.3. So sánh các chế độ làm việc của hệ thống phun xăng điện tử và hệ
thống dùng chế hòa khí
1.3.1.Ở chế độ không tải chuẩn:
+ Đối với bộ chế hòa khí:
Bướm ga hầu như đóng kín, xăng không được hút ra từ họng chính vì độ
chân không của họng nhỏ, mà xăng được hút qua đường không tải thông với
không gian sau bướm ga. Lúc ấy trong xilanh có hệ số khí xót rất lớn, muốn
cho động cơ chạy ổn định cần có hòa khí đậm (λ=0,6). Do hòa khí rất đậm sẽ
gây ra suất tiêu hao nhiên liệu rất lớn và lượng độc hại của thành phần khí xả
bao gồm CO và HC rất lớn.
+Đối với hệ thống phun xăng điện tử:
Để tạo một thành phần hòa khí hoàn hảo nhất thì thông thường nó được
thực hiện bằng hai van khí chỉ điều chỉnh riêng thành phần không khí. Còn
lượng xăng đưa vào bao nhiêu được quyết định bởi tốc độ động cơ. Hệ thống
này ưu việt hơn hẳn bộ chế hòa khí, do trong chế hòa khí xăng được đưa vào
chế độ không tải là nhờ độ chân không sau bướm ga hoàn toàn không điều
khiển được lượng xăng còn hệ thống phun xăng điện tử lượng xăng đưa vào
được tính toán một cách chính xác. Có thể nói trong hệ thống phun xăng điện
tử số vòng quay không tải thấp nhất,động cơ làm việc ổn định, hỗn hợp cháy
không tải nhạt mà vẫn đảm bảo sự làm việc của động cơ.
1.3.2. Ở chế độ tăng tốc
+ Đối với bộ chế hòa khí
Khi đột ngột tăng tốc, hỗn hợp trở nên nhạt đột ngột, một lượng nhiên liệu sẽ
được bù thêm vào trong suốt quá trình tăng tốc. Hơn nữa trong một thời gian
ngắn khi tăng tốc động cơ chấp nhận sử dụng hỗn hợp có λ = 9 để đạt được
22
Sinh viên: Bùi Tiến Lâm Lớp: Cơ khí ôtô A – K45
Sinh viên: Bùi Tiến Lâm Lớp: Cơ khí ôtô A – K45
23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. TS. Nguyễn Văn Bang
tránh hiện tượng hỗn hợp quá đậm do chưa mở bướm ga thì trên bướm ga lắp
một van khí nhằm bù thêm không khí khi động cơ đã nổ mà chưa mở bướm
ga.
+ Đối với động cơ phun xăng: Khi động cơ vừa khởi động do tốc độ động
cơ dao động rất lớn vì thế phép đo lượng không khí vào không chính xác. Lúc
này lượng xăng phun dựa vào tín hiệu khởi động và nhiệt độ động cơ. Trong
suốt quá trình khởi động không chỉ có một lượng xăng lớn được vòi phun
phun vào mà một lượng nhiên liệu nữa cũng được phun bởi vòi phun khởi
động lạnh đặt giữa đường chia khí phía sau bướm ga. Một công tắc nhiệt lắp
trên đường nước làm mát động cơ sẽ xác định thời gian vòi phun khởi động
lạnh làm việc, công tắc này đặc biệt là ngoài việc nhận nhiệt từ nước làm
mát nó còn được đốt nóng bởi một dòng điện trong quá trình động cơ khởi
động. Mục đích của việc đốt nóng công tắc nhiệt là khi trời quá lạnh công tắc
nhiệt sẽ tự cắt sau 7÷8 giây nhằm tránh hiện tượng sặc xăng. Lượng nhiên liệu
phun thêm vào là cần thiết do trong quá trình khởi động số vòng quay rất thấp
nên sự xoáy lốc tạo hỗn hợp rất kém làm cho hỗn hợp rất nghèo. Ngoài ra, do
nhiệt độ đường ống nạp thấp nên nhiên liệu bay hơi hòa trộn rất ít mà đa phần
bị ngưng đọng trên đường ống nạp. Để giải quyết vấn đề này và tạo cho động
cơ lạnh dễ dàng thì vòi phun khởi động lạnh phun thêm nhiên liệu trong một
thời gian ngắn khi động cơ khởi động.
+ Thay đổi đặc tính phun khi khởi động được rất nhiều hãng áp dụng đối với
loại xe không trang bị vòi phun khởi động riêng. Lượng xăng phun thêm sẽ do
các vòi phun chính đảm nhiệm. Thay vì chỉ phun 1 hoặc 2 lần, ECU sẽ điều
khiển xăng phun nhiều lần trong một chu trình động cơ nhằm tạo mục đích
tạo ra hỗn hợp đậm. Lượng xăng phun thêm sẽ giảm dần khi tốc độ động cơ
vượt qua một ngưỡng nhất định tùy theo nhiệt độ và số vòng quay.
+Khi động cơ phun xăng khởi động không chỉ có một lượng xăng được phun
+ Đối với động cơ phun xăng quá trình sấy nóng động cơ bắt đầu sau khi
khởi động. Trong suốt quá trình sấy nóng động cơ phải cần thêm một lượng
25
Sinh viên: Bùi Tiến Lâm Lớp: Cơ khí ôtô A – K45
25
Copyright: Tài liệu đại học ©