Mục lục
Mục lục 1
Giới thiệu đầu 2
Chơng I: hệ thống không tảI sử dụng bộ chế hoà khí & các hệ thống không tải hiện nay 2
Chơng II: Tính lu lợng không khí nạp thời kỳ chạy không tải 17
A. Quá trình chạy không tải ổn định 18
B. Quá trình chạy không tải phụ thuộc vào 31
nhiệt độ động cơ 31
Chơng III: Viết chơng trình tính toán lu lợng không khí nạp thời kỳ chạy không tải và mô phỏng quá
trình hoạt động của van 34
Chơng iV: xây dựng mô hình Sơ đồ điều khiển & 50
thiết kế mạch điều khiển 50
Chơng V: lựa chọn cảm biến 54
Chơng VI: Thiết kế & tính toán động cơ bớc 65
Chơng VII: Chọn linh kiện chế tạo ECU 74
Phạm vi ứng dụng 80
Tài liệu tham khảo 81
1
Giới thiệu đầu
Khoảng 30 năm gần đây, Ngành công ngiệp ô tô đạt đợc bớc tiến đáng kể, và sẽ
phát triển rất nhanh trong những năm tới, nhiều công nghệ mới về vật liệu, điện tử,
điều khiển, đợc áp dụng cho các loại động cơ đốt trong, làm cho động cơ gọn nhẹ
hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn, dễ điều khiển hơn và ngày càng tiện nghi cho ngời sử
dụng. Đặc biệt vấn đề bảo vệ môi trờng đa ra các yêu cầu rất cao về khí xả, các xe đời
mới đã có những cải tiến cơ bản để đáp ứng với những yêu cầu đó.
Trong những năm gần đây, công nghệ chế tạo động cơ đang đợc đa vào Việt nam
với nhiều công ty liên doanh, hoặc công ty 100% vốn nớc ngoài, xe hơi bắt đầu đang
đợc sử dụng rộng rãi, không chỉ các xe công, các xe t nhân cũng đang đợc sử dụng, và
phát triển nhanh trong thời gian tới.
Trên cơ sở các dự báo về sự phát triển ô tô trong thời gian tới, em nhận chọn đề
tài: Tính toán lợng không khí nạp thời kỳ chạy không tải và thiết kế hệ thống điều

khi đó tốc độ không tải qua họng và độ chân không ở họng p
h
nhỏ không đủ hút
nhiên liệu ra khỏi vòi phun chính, mặt khác hỗn hợp khí chạy không tải phải đậm
(thờng = 0,6). Cần phải có một hệ thống cung cấp hỗn hợp cho động cơ khi
chạy không tải.
2. Nguyên lý làm việc hệ thống không tải dùng chế hoà khí.
Trong động cơ cổ điển hệ thống không tải chủ yếu là cơ khí. Kết cấu hệ
thống không tải này thờng đơn giản làm việc chắc chắn tuổi thọ cao, để điều chỉnh
lợng không khí nạp cho thời kỳ chạy không tải này ngời ta thờng thiết kế vít điều
chỉnh để tăng hoặc giảm tuỳ theo kiểu động cơ.
3
a) Sơ đồ nguyên lý.
7
1
3
2
4
6
5
Hình 1.1
1. Lỗ cung cấp hỗn hợp. 2. Lỗ chuyển tiếp.
3. Vít điều chỉnh hỗn hợp. 4. ống hỗn hợp.
5. Giclơ không khí. 6. Giclơ nhiên liệu.
7. Vít điều chỉnh kênh ga.
b) Nguyên lý làm việc.
Khi động cơ chạy bớm ga đóng gần kín lu lợng không khí qua họng
khuyếch tán nhỏ khiến độ chân không tại đây nhỏ nên khả năng hút xăng cũng
nh xé tơi và hoà trộn xăng với không khí kém. Do đó hệ thống chính không có
khả năng cung cấp hỗn hợp cho động cơ chạy không tải. Trong khi đó độ chân

*.Sơ đồ nguyên lý.
5
1
2
3
4
5
6
Hiệu chỉnh không tải nhanh
A (Độ chân không)
Hình 1.2
1. Cam không tải nhanh 2.Bớm gió.
3. Van nhiệt 4. Hộp màng.
5. Cần ga.
Khi nhiệt độ động cơ còn thấp (sau khởi động lạnh), van nhiệt 3 {lắp trên
thùng nớc làm mát} (Hình 1.2) cha làm việc, độ chân không sau bớm ga truyền
qua đờng a vào hộp màng 4 hút màng dịch sang phải cam 1 quay và tác động
vào cần ga 5 giữ cho bớm ga có độ mở nhất định, đảm bảo lợng hỗn hợp thích
hợp cho động cơ làm việc ở chế độ không tải nhanh. Khi nhiệt độ động cơ làm
việc đến nhiệt độ yêu cầu thì van nhiệt 3 làm việc (thờng là thanh lỡi lam) đóng
kín đờng chân không tới hộp màng 4, lò xo trong hộp màng sẽ đẩy màng sang
trái, tác động vào cam 1 làm cho cần ga quay, đóng nhỏ bớm ga ứng với chế độ
không tải chuẩn.
4. Phân tích thời kỳ chạy không tải (chế độ chuẩn).
Khi động cơ làm việc kéo dài ở chế độ không tải, nhiệt độ động cơ tăng
lên hỗn hợp quá đậm (do lợng khí nạp vào giảm), động cơ làm việc không ổn định
thậm chí còn bị chết máy. Để hạ nhiệt độ ngời ta thờng dùng van hạ nhiệt nhằm đa
6
thêm gió vào làm mát máy, nhờ đó hỗn hợp sẽ không quá đậm. Ngoài chế độ chạy
không tải chuẩn còn có chế độ chạy không tải cỡng bức (Khi đạp chân ga ).

Việc phát triển của vi xử lý trong mấy chục năm gần đây đã tạo ra cuộc
cách mạng lớn về khoa học đã làm thay đổi cả nhân loại. Đã có rất nhiều viện
nghiên cứu và các tập đoàn lớn đã đầu t nghiên cứu chế tạo bộ vi xử lý và trong đó
công nghệ chế tạo chíp đã có sự phát triển vợt bậc, mốc đánh dấu đầu tiên phải kể
đến hãng Intel Những năm 70 đã chế tạo nhiều bộ vi xử lý khác nhau cho công
nghiệp trong, và tiếp đến là nhiều hãng khác, Để tận dụng đợc thế mạnh đó chúng
ta đã áp dụng đợc vào cho ô tô để điều khiển lợng phun nhiên liệu cho động cơ,
góc đánh lửa sớm, điều khiển tốc độ không tải động cơ
Sự áp dụng điều khiển tự động vào cho động cơ đã tạo ra sự phát triển mới
mẻ cho ngành công nghiệp ô tô, trong đó điều khiển tốc độ không tải động cơ thời
kỳ chạy không tải đã có hiệu quả và phát triển.
8
Quá trình điều khiển tốc độ không tải động cơ rất khả thi và hiệu quả đối
với các nớc có ngành công nghiệp ô tô phát triển nh: Nhật, Mỹ, Đức
Nhng đối với nớc ta đây là vấn đề vẫn còn khá mới mẻ đang ở giai đoạn
mầm mống. Số lợng xe ô tô có sử dụng bộ vi xử lý cha nhiều, thu nhập nớc ta còn
thấp để có thể mua đợc một ô tô có trang thiết bị hiện đại. Để giảm giá thành nhập
ngoại thì chúng ta phải thiết kế lấy bộ vi xử lý mới thay thế cho vi xử lý của các
hãng, do bộ điều khiển chính hãng sau một thời gian làm việc kém chất lợng, gây
ra sự mất ổn định của tốc độ không tải thậm chí gây ra chết máy , điển hình là các
xe Daewoo , làm cho xe không thể chạy ở chế độ không tải. Mục tiêu đặt ra của
chúng ta là chế tạo ra hệ thống điều khiển tốc độ không tải không chỉ áp dụng cho
một loại xe có hệ thống phung xăng điện tử của một loại xe duy nhất mà phải áp
dụng đợc cho nhiều loại xe khác nhau.
2. Các bớc để thiết kế hệ thống điều khiển tốc độ không tải động cơ.
a) Tiêu chí thiết kế.
Đơn giản
Dễ chế tạo
Làm việc chắc chắn và ổn định
Có thể sản xuất đợc hàng loạt

Sau khi tính toán đợc các thông số cho động cơ cùng các đặc tính của nó
ta bắt đầu đi vào thiết kế mô hình điều khiển sơ đồ điều khiển phản hồi về tốc
độ, các cảm biến cần thiết, động cơ bớc, vi mạch điều khiển.
III. Thiết kế van điều khiển tốc độ không tải động cơ
1. Sơ đồ hệ thống điều khiển động phun xăng điện tử trên xe Audi 2.0.
Trong các hệ thống điều khiển phun xăng điện tử ngày nay có rất nhiều
loại, loại đơn giản nhất chỉ điều khiển phun nhiên liệu tự động và điều khiển góc
đánh lửa sớm nh (hệ thống phun xăng điện tử EFI). Có loại có thêm điều khiển
chế độ không tải, điều khiển hệ thống treo, điều khiển khả năng kéo nh (hệ thống
phun xăng điện tử ECCS), một số động cơ hiện đại bây giờ có cả điều khiển hộp
10
số tự động nh (hệ thống phun xăng điện tử dùng trên xe Mercedes), , sau đây là
hệ thống điều khiển phun xăng điện tử dùng trên xe Audi 2.0.
Sơ đồ hệ thống điều khiển phun xăng điện tử.
ECU
2
3
5
6
10
sơ đồ hệ thống điều khiển phun xăng điện tử
18
20
19
11
7
1
13
28
14

Từ sơ đồ hệ thống điều khiển phun xăng điện tử (Hình 1.4), ta chia làm 3
hệ thống chính: Hệ thống điện, hệ thống nhiên liệu, hệ thống không khí. Đợc
thể hiệ bằng sơ đồ khối nguyên lý hoạt động dới đây.
sơ đồ khối nguyên lý hoạt động
Xăng
Thùng xăng
Bơm xăng
Lọc xăng
ống chia
Van điều áp
Vòi phun khởi
động lạnh
Các vòi phun
Điện
- CB áp suất.
- CB đo số vòng quay động cơ.
- CB vị trí b ớm ga.
- CB nhiệt độ n ớc làm mát.
- CB nhiệt độ khí nạp.
- CB L ợng ô xy d trong khí xả.
- CB kích nổ.
Cảm biến
Không khí
Lọc gió
Khoang chia khí
ống nạp từng xy lanh
xu pap nạp
B ớm ga
Xy lanh động cơ
ECU máy

Cấu tạo của van.
Đ ờng khí vào
14
15
16
10
12
11
Đ ờng khí ra
1
2
4
5
6
7
9
13
3
8
Hình 1.6
1. Thân van 9. Thân động cơ bớc
2. Van 10. Dây điện
3.Lò xo 11. Giắc điện
4. Then 12. Nắp sau động cơ bớc.
5. Nắp động cơ bớc 13. Vít M3
6. Đệm 14. Rô to
7. Vít định vị M4 15. Stato
8. Bạc 16. Vít M4
Nguyên lý hoạt động :
Trong thời kỳ sấy nóng máy của động cơ, nhiệt độ dầu bôi trơn trong

A
0.01 A
0.01
A
A
0.01
A
0.01 A
0.01 A
0.01 A
A
0.01
A
A
0.01 A
0.01
A
Hình 1.7 Chỉ tiêu công nghệ khi gia công các chi tiết của van.
Van.
Đợc làm vật liệu Thép C45 để tiện cho quá trình gia công.
Náp trên động cơ bớc.
Đợc làm bằng vật liệu thép.
Động cơ bớc đợc làm bằng các vật liệu kỹ thuật điện.
Bạc
15
đợc làm bằng vật liệu đồng
Phân tích các hỏng hóc thờng gặp đối với van điều khiển tốc độ không
tải.
Khi hệ thống điện bị hỏng dẫn đến van không hoạt động (các hệ thống
khác cũng sẽ ngừng hoạt động) đây là trờng hợp thông thờng xẩy ra không

2. Số vòng quay không tải n
kd
=600 (v/ph)
3. Tỷ số nén =10,7
4. Số xylanh i=4
5. Sốkỳ =4
6. Hành trình piston S=92,8 (mm)
7. Đờng kính xylanh D=82,5 (mm)
8. Độ nhớt theo SAE 10W-40
Nhiệm vụ của ta là tính lợng không khí nạp để sao cho công suất phát ra của
động cơ lớn hơn công suất cản của động cơ, sau đây là quá trình tính toán.
I. Tính công suất cản động cơ.
1. Phân tích thời kỳ động cơ chạy không tải.
a) Công tổn thất cơ giới L
cg
.
Gồm công tiêu hao cho ma sát giữa các chi tiết của động cơ: Công dẫn
động các cơ cấu phụ, công tổn thất trong hành trình nạp và thải, công tổn thất
do lọt khí trong hành trình nén và giãn nở gây ra
Công tổn thất cơ giới phụ thuộc vào áp suất tổn thất cơ giới trung bình p
cg
khi khởi động
áp suất tổn thất cơ giới trung bình đợc tính nh sau
p
cg
= p
1
+ p
2
+p

P
3
: thể hiện công tiêu hao trong quá trình thay đổi khí, khi sấy
nóng trị số p
2
và p
3
nhỏ hơn nhiều so với lúc động cơ làm việc bình thờng
với nhiệt độ đủ lớn.
P
4
: gồm sức cản do tổn thất nh truyền nhiệt lọt khí qua xu pát và
xéc măng gây ra.
Có thể tính p
cg
theo công thức kinh nghiệm dới đây:
P
cg
= 0,02 + 0,282
3
1
4
1
100







số vòng quay không tải (v/ph).
Nh vậy mô men cản thời chạy không tải phụ thuộc vào những yếu tố sau:
Kích thớc đặc điểm kết cấu của động cơ(đờng kính xy lanh, hành trình
piston, số xylanh, tỷ số nén, đờng kính và khối lợng của bánh đà v.v
Nhiệt độ môi trờng và nhiệt độ động cơ khi chạy không tải.
Số vòng quay không tải.
Chất lợng dầu bôi trơn.
Tăng dần số vòng quay sẽ làm cho ma sát khô chuyển thành ma sát nửa -
ớt. Quá trình chuyển tiếp này làm giảm mô men cản M
c
nhiệt độ động cơ càng
19
thấp thì khoảng chuyển tiếp ấy càng nhỏ, vì nhiệt độ thấp sẽ làm tăng độ nhớt
của dầu nhờn và độ nhớt càng cao thì ma sát nửa ớt đợc hình thành ở số vòng
quay càng thấp.
Tiếp tục tăng số vòng quay sẽ làm cho ma sát nửa ớt trở thành ma sát ớt
đồng thời làm tăng M
c
. Nhiệt độ động cơ càng thấp, tức là độ nhớt của dầu nhờn
càng lớn thì M
c
tăng càng mạnh
Khi nhiệt độ dầu nhờn (tức nhiệt độ động cơ) 13,5
0
C hoặc 8
0
C nếu
tăng số vòng quay n lên quá 150 ữ 200 v/ph sẽ làm công ma sát tăng nhanh và
dó đó làm tăng nhiệt lợng truyền cho bề mặt ma sát và do đó làm giảm độ nhớt
của dầ.

kt
tốc độ chạy không tải (rad/s).
2. Tính công suất cản.
Quá trình hoạt động của động cơ ở tốc độ không tải là ổn định do vậy mô
men cản của động cơ lúc này chỉ phụ thuộc vào mô men cản cơ giới
20
Hình 2.3 Biểu đồ độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ.
a) Tính P
cg
theo công thức kinh nghiệm.
P
cg
= 0,002 + 0,0282
3
1
4
1
100







kt
n
(N/m
2
)

M
cg
=
iVp
hcg

318,0
(MNm)
Trong đó:
P
cg
tính theo (Mpa)
V
h
thể tích công tác của xy lanh (m
3
)
n
kt
số vòng quay không tải (v/ph)
i Số xy lanh động cơ.
M
cg
=
.4.10.496,0.1.248,0
4
318,0
3
= 39,234.10
-6

II. Tính công suất động cơ.
1. Các thông số cần chọn.
a) áp xuất và nhiệt độ khí trời.
áp suất khí trời p
0
=0,1 (MPa)
nhiệt độ khí trời T
0
=24+273=297 (
0
K)
b) áp suất cuối hành trình nạp.
p
a
=(0,1ữ0,9)p
0
=(0,1ữ0,9).0,1=0,023(MPa)
c) áp xuất và nhiệt độ khí sót.
p
r
=(1,05 1,2)p
0
=(1,05 1,2).0,1=0,1122 (MPa)
T
r
=(900 1000)
0
K chọn T
r
=900 (

=0,919
i) Hệ số hiệu đính đồ thị công.

i
=0,92 0,97; chọn
i
=0,97
2. Quá trình nạp.
a) Hệ số khí sót.

r
=
T
T
r
T)(
0
2
+

.
p
p
r
0
.
)(
0

1

b) Nhiệt độ cuối quá trình nạp.
T
a
=



r
m
m
r
r
t
p
p
T
r
a
TT
+
++

1

)(
1
0
=
0312,01
900.0312,0.17,120297

+

[
1
-
t

2
)(
1
p
p
a
r
m
]
=
1,0
0229,0
.
20297
297
.
17,10
1
+
[10,7.1,04-1,17.0,8.
)
0229,0
1122,0

+
= 0,512 (kmol/kg.nl)
e) lợng khí nạp mới.
M
1
= .M
0
+ 1/à
nl
= 0,8.0,512 + 1/114 = 0,4183
3. Quá trình nén.
a) Tỷ nhiệt của quá trình công tác.
b) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí nạp mới.
{coi nh chỉ có không khí}
m
c
v
= 19,806+0,00209T (KJ/kmol.độ)
a
v
=19,806;
2
b
v
=0,00209
c) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình của khí sót (sản vật cháy).
+ Động cơ xăng
,,
m
c

1
1
,,
vr
v
r
mcm
c


+
+
(KJ/kmol.độ)
24
a
v
,
=
) (
1
1
,,
aa
v
r
v
r


+

==0.00211
=
a
v
,
+
2
,
b
v
.T=19,8361+0,00211.T
e) Tỷ số nén đa biến trung bình.
n
1
-1 =
)1.(.
2
314,8
1
,
,
1
++


n
T
a
v
v

=1+
à
à


nl
nl
M
OH
M
1
1
324
)1(21,0
0
0
+
++
= 1+
114
1
512,0.8,0
114
1
32
0
4
145,0
512,0).8,01(21,0
+