~ 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
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
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.
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.
- Bỏ được các chi tiết cơ khí dễ hư hỏng và phải chế tạo bằng vật liệu tốt
như mỏ quẹt, chổi than, nắp delco…
- Loại bỏ được những hư hỏng thường gặp do hiện tượng phóng điện trên
mạch cao áp và giảm chi phí bảo dưỡng.
- Nhờ sử dụng mỗi bugie-một bôbine tương ứng nên kích thước mỗi
bôbine, IC đánh lửa sẽ nhỏ gọn hơn, tần số hoạt động ít hơn nên nên
bôbin ít bị nóng hơn.
Quá trình điều khiển góc đánh lửa được thực 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 thường, giải
quyết yêu cầu ngày càng khắt khe về nồng độ 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: ECU sẽ căn cứ theo số liệu lưu
trong bộ nhớ và các số liệu do các cảm biến theo dõi hoạt động của động cơ gửi
về, ECU tính toán và gửi tín hiệu điều khiển IGT (thời điểm đánh lửa) đến IC
đánh lửa để đánh lửa tại thời điểm chính xác. Khi có tín hiệu đánh lửa IGT từ
ECU thì đồng thời sức điện động xoay chiều tạo ra khi dòng điện trong cuộn sơ
cấp bị ngắt sẽ làm cho mạch điện này gửi một tín hiệu IGF đến ECU, tín hiệu
~ 14 ~
này được dùng để xác nhận việc đánh lửa đã diễn ra và được dùng cho mục đích
chuẩn đoán và chức năng an toàn. Do được điều khiển bằng vi sử lý nên ESA
luôn đảm bảo được thời điểm đánh lửa tối ưu, cũng như tính kinh tế nhiên liệu
bắt buộc đối với sinh viên chuyên ngành động lực ôtô. Điều quan trọng hơn là
mô hình về hệ thống này chưa có tại trường ta, nên em quyết định thiết kế mô
hình hệ thống này.
Hiện nay, mô hình thiết kế phục vụ cho công tác giảng dạy gồm có hai
dạng sau:
~ 16 ~
Thứ nhất là: mô hình không hoạt động là loại mô hình gồm các khối
lượng tượng trưng cho những cơ cấu hoặc các cụm trong hệ thống. Dạng này
thường dùng để thể hiện các cơ cấu của hệ thống quá phức tạp, do hệ thống
được tách ra hoặc cắt ¼ hay ½ để thể hiện đầy đủ các bộ phận nằm ở bên trong.
Dạng mô hình này giúp cho sinh viên trong quá trình học tập được phần nào
hiểu hơn về tác dụng và cấu tạo của từng cơ cấu trong hệ thống. Tuy nhiên, hình
thức này không thể hiện nguyên lý làm việc của hệ thống một cách cụ thể.
Thứ hai là: 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 được.
Từ thực tế sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp ôtô đã cho ra đời
nhiều loại ôtô có tính năng hiện đại, tính tiện nghi cao, các hệ thống trên xe hoàn
thiện đều được bắt nguồn từ sự tự động hóa, các hệ thống trên cơ sở sử dụng
ngày càng nhiều các thiết bị điện-điện tử là chính. Cho nên đối với các ôtô đời
mới ngoài số lượng các thiết bị điện ngày càng nhiều thì các mạch điện trên ôtô
cũng rất phức tạp cần tìm hiểu và nghiên cứu thêm rất nhiều. Ngược lại thì trên
các loại ôtô đời cũ thì hệ thống điện vừa cũ vừa đơn giản lại vừa ít các hệ thống,
thiết bị nên việc tìm hiểu ít nhiều bị han chế.
Như vậy, để sinh viên cơ khí động lực ôtô được trang bị kiến thức đầy đủ
hơn về các hệ thống và thiết bị mới trên các loại ôtô hiện đại thì mô hình thực
hiện cần phải đáp ứng được phần nào yêu cầu này của thực tế trên. Vì thế, việc
- Khung hình hộp chữ nhật để lắp đặt các thiết bị và trang trí mô hình.
- Bộ chân đế được gắn bánh xe để di chuyển dễ dàng và là nơi lắp đặt
ắcquy, máy phát, động cơ điện.
~ 19 ~
2.3.4 Bố trí chung trên mô hình
Để thiết kế mô hình ta có nhiều cách bố trí khác nhau theo nhiều nguyên
tắc khác nhau. Nhưng để mô hình thực sự là một công cụ giúp người khác dễ
tiếp thu và tìm hiểu hoạt động thì ta phải bố trí các chi tiết sao cho nó gần giống
với lý thuyết nhất, nhưng cũng không quá xa thực tế. Ta chọn cách bố trí các chi
tiết theo cụm chi tiết. Các chi tiết có nhiệm vụ gần giống nhau hoặc cùng làm
một nhiệm vụ nào đó thì đặt gần với nhau. Đồng thời để đảm bảo không xảy ra
hỏa hoạn, 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: là nguồn khi động cơ chưa làm việc.
- Máy phát: Nguồn cung cấp chính khi động cơ làm việc.
2.4.1.1 Ắc quy
Ắc quy là nguồn khi động cơ chưa làm việc hoặc khi động cơ đã làm việc
nhưng máy phát điện chưa phát đủ công suất. Chế độ làm việc đặc trưng của
ắcquy là chế độ khởi động, ắc quy cung cấp năng lượng cho hệ thống khởi động
động cơ, ắc quy cung cấp dòng điện rất lớn trong thời gian ngắn. Ắc quy thông
dụng nhất là ắc quy chì-axit. Vì vây, để mô hình có tính trực quan và thực tế trên
mô hình sử dụng ác quy chì-axit.
Hình 2.3: Cấu tạo của ắcquy
A
11
8
A A
9
10
Hình 2.5: Kết cấu của bơm xăng điện.
1: Van một chiều; 2: Van an toàn; 3: Chổi than; 4: Rôto; 5: Stato; 6,8: Vỏ bơm;
7,9: Cánh bơm; 10: Cửa xăng ra; 11: Cửa xăng vào.
Nguyên lí hoạt động
Rôto (4) quay, dẫn động cánh bơm (7) quay theo, lúc đó cánh bơm sẽ gạt
nhiên liệu từ cửa vào (11) đến cửa ra (10) của bơm, do đó tạo được độ chân
không tại cửa vào nên hút được nhiên liệu vào và tạo áp suất tại cửa ra để đẩy
nhiên liệu đi.
Van an toàn (2) mở khi áp suất vượt quá áp suất giới hạn cho phép
(khoảng 6 kG/cm2).
Van một chiều (1) có tác dụng khi động cơ ngừng hoạt động. Van một
chiều kết hợp với bộ ổn định áp suất duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên
liệu khi động cơ ngừng chạy, do vậy có thể dễ dàng khởi động lại. Nếu không có
áp suất dư thì nhiên liệu có thể dễ dàng bị hoá hơi tại nhiệt độ cao gây khó khăn
khi khởi động lại động cơ.
Ðiều khiển bơm nhiên liệu
Bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy. Ðiều này tránh cho
nhiên liệu không bị bơm đến động cơ trong trường hợp khóa điện bật ON nhưng
động cơ chưa chạy.
~ 23 ~
Hình 2.6: Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên liệu
2.4.2.2 Bộ lọc nhiên liệu
Bộ lọc nhiên liệu có nhiệm vụ là: lọc tất cả các chất bẩn và tạp chất khác ra
khỏi nhiên liệu. Nó được lắp tại phía có áp suất cao của bơm nhiên liệu. Ưu điểm
~ 25 ~
Cấu tạo và nguyên lí hoạt động
Hình 2.8: Kết cấu bộ ổn định áp suất.
1:Khoang thông với đường nạp khí; 2:Lò xo; 3:Van; 4:Màng;
5: Khoang thông với dàn ống xăng; 6:Ðường xăng hồi về thùng xăng.
Nhiên liệu có áp suất từ dàn ống phân phối sẽ ấn màng (4) làm mở van
(3). Một phần nhiên liệu chạy ngược trở lại thùng chứa qua đường nhiên liệu trở
về thùng (6). Lượng nhiên liệu trở về phụ thuộc vào độ căng của lò xo màng, áp
suất nhiên liệu thay đổi tuỳ theo lượng nhiên liệu hồi. Ðộ chân không của đường
ống nạp được dẫn vào buồng phía chứa lò xo làm giảm sức căng lò xo và tăng
lượng nhiên liệu hồi, do đó làm giảm áp suất nhiên liệu.
Nói tóm lại, khi độ chân không của đường ống nạp tăng lên (giảm áp), thì
áp suất nhiên liệu chỉ giảm tương ứng với sự giảm áp suất đó. Vì vậy áp suất của
nhiên liệu A và độ chân không đường nạp B được duy trì không đổi. Khi bơm
nhiên liệu ngừng hoạt động, lò xo (2) ấn van (3) đóng lại. Kết quả là van một
chiều bên trong nhiên liệu và van bên trong bộ điều áp duy trì áp suất dư trong
đường ống nhiên liệu.
2.4.3 Hệ thống điều khiển điện tử
2.4.3.1 Khối cảm biến
a. Cảm biến vị trí trục cam
Copyright: Tài liệu đại học ©