Chuyển đổi xe hona wave điều khiển phân phối nhiên liệu và đánh lửa bằng cơ khí sang phun xăng đánh lửa điều khiển bằng điện tử

LỜI CẢM ƠN Đề tài “Chuyển đổi xe Honda Wave điều khiển phân phối nhiên liệu và đánh lửa bằng cơ khí sang phun xăng đánh lửa điều khiển bằng điện tử” đã được hoàn thành.. Chúng tôi sẽ g

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHUYỂN ĐỔI XE HONDA WAVE ĐIỀU KHIỂN PHÂN PHỐI

NHIÊN LIỆU VÀ ĐÁNH LỬA BẰNG CƠ KHÍ SANG PHUN

XĂNG ĐÁNH LỬA ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN TỬ

Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Bản

Trần Đình Đoàn 1811252308 18DOTC4

Nguyễn Hoàng Anh Thảo 1811252636 18DOTC4

Nguyễn Đức Thịnh 1811252784 18DOTC4

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHUYỂN ĐỔI XE HONDA WAVE ĐIỀU KHIỂN PHÂN PHỐI NHIÊN LIỆU VÀ ĐÁNH LỬA BẰNG CƠ KHÍ SANG PHUN XĂNG ĐÁNH LỬA ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN TỬ

Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Bản

Trần Đình Đoàn 1811252308 18DOTC4 Nguyễn Hoàng Anh Thảo 1811252636 18DOTC4 Nguyễn Đức Thịnh 1811252784 18DOTC4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 08 năm 2022

(Nhóm tác giả)

Trần Đình Đoàn

Nguyễn Hoàng Anh Thảo

Nguyễn Đức Thịnh

LỜI CẢM ƠN

Đề tài “Chuyển đổi xe Honda Wave điều khiển phân phối nhiên liệu và đánh

lửa bằng cơ khí sang phun xăng đánh lửa điều khiển bằng điện tử” đã được hoàn

thành Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện, chúng tôi đã nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình từ phía gia đình, nhà trường, thầy cô giáo và bạn bè

Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến các bậc phụ huynh đã tạo môi trường thuận lợi để chúng tôi có thể đề tài này

Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới nhà trường và Viện Kỹ Thuật Hutech đã có những buổi hướng dẫn, tận tình chỉ bảo, góp ý và tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu một cách tốt nhất

Chúng tôi xin cảm ơn thầy ThS Nguyễn Văn Bản đã nhiệt tình hướng dẫn chúng tôi trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện bài nghiên cứu đồ án, chúng tôi đã cố gắng nỗ lực hết sức, tuy nhiên khó có thể tránh khỏi sai sót Chúng tôi mong nhận được sự góp ý của thầy cô giáo để bài nghiên cứu của chúng tôi được hoàn thiện hơn

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT

Với mong muốn bảo vệ môi trường (giảm lượng khí thải từ các phương tiện giao thông) và tăng tính kinh tế cho người sử dụng (tiết kiệm nhiên liệu hơn) thì chúng

tôi quyết định thực hiện đề tài: “Chuyển đổi xe Honda Wave điều khiển phân phối

nhiên liệu và đánh lửa cơ khí sang phun xăng đánh lửa điều khiển bằng điện tử”

Chúng tôi sẽ tiến hành cải tiến hệ thống đánh lửa và hệ thống phân phối nhiên liệu trên xe Honda Wave nhưng để thực hiện được điều này chúng tôi cần nghiên cứu, phân tích các hệ thống phun xăng đánh lửa điều khiển và lựa chọn ra phương án phù hợp Để thực hiện quá trình chuyển đổi cần tiến hành xây dựng cho hệ thống điều khiển động cơ ba khối chức năng: Khối tín hiệu cảm biến đầu vào, bộ xử lý trung tâm ECU và cơ cấu chấp hành đầu ra Chúng tôi sẽ gia công, lắp đặt các tín hiệu đầu vào cho ECU (tín hiệu vị trí trục khuỷu, tín hiệu nhiệt độ động cơ, tín hiệu vị trí bướm ga, tín hiệu của cảm biến Oxy) để ECU có thể phát hiện được tình trạng hoạt động của động cơ và đưa ra tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành (bobine đánh lửa, kim phun, bơm nhiên liệu) Và sau ba tháng thực hiện với sự cố gắng, nỗ lực hết mình của các thành viên cùng với sự hướng dẫn và động viên tận tình của thầy ThS Nguyễn Văn Bản mà đề tài của nhóm chúng tôi đã hoàn thành, mô hình chuyển đổi xe điều khiển phân phối nhiên liệu và đánh lửa cơ khí sang phun xăng đánh lửa điều khiển bằng điện tử đã chạy được ổn định

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

ABSTRACT iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix

DANH MỤC CÁC BẢNG x

DANH MỤC CÁC HÌNH xi

LỜI MỞ ĐẦU xv

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.1.1 Đặt vấn đề 1

1.1.2 Tầm quan trọng của đề tài 2

1.1.3 Ý nghĩa của đề tài 2

1.1.4 Lý do chọn đề tài 3

1.2 Tình hình nghiên cứu 3

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu 3

1.2.2 Các kết quả hướng tới 3

1.2.3 Nhiệm vụ đề tài 4

1.2.4 Giới hạn đề tài 4

1.2.5 Phương pháp nghiên cứu 4

1.2.6 Cấu trúc đề tài 5

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA BẰNG ĐIỆN TỬ 6

2.1 Lịch sử phát triển của hệ thống phun xăng đánh lửa điện tử 6

2.2 Lý thuyết về hệ thống phun xăng đánh lửa điện tử 7

2.2.1 Khái niệm, đặc điểm và phân loại hệ thống phun xăng điện tử 7

2.2.1.1 Khái niệm 7

2.2.1.2 Đặc điểm 7

2.2.1.3 Phân loại 7

2.2.2 Lý thuyết về hệ thống phun xăng 9

2.2.3 Lý thuyết về hệ thống đánh lửa 11

2.2.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng, đánh lửa điều khiển bằng điện tử 13

2.2.4.1 Hệ thống phun xăng điện tử 13

2.2.4.2 Hệ thống đánh lửa điện tử 14

2.3 Xu hướng phát triển hệ thống phun xăng và đánh lửa 15

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG ÁN CHUYỂN ĐỔI PHÂN PHỐI NHIÊN LIỆU VÀ ĐÁNH LỬA CƠ KHÍ SANG PHUN XĂNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ 17

3.1 Lý do chọn xe Honda Wave Alpha 17

3.2 Phân tích các phương án thiết kế hoán cải để chuyển đổi xe từ bộ chế hòa khí sang phun xăng đánh lửa điện tử 19

3.2.1 Khối tín hiệu cảm biến đầu vào 19

3.2.1.1 Cảm biến Oxy 20

3.2.1.2 Cảm biến vị trí bướm ga 24

3.2.1.3 Cảm biến nhiệt độ động cơ 26

3.2.1.4 Cảm biến vị trí trục khuỷu 27

3.2.2 Bộ xử lý trung tâm ECU 30

3.2.2.1 Phương án chọn ECU có sẵn 30

3.2.2.2 Phương án thiết kế hộp ECU theo động cơ 31

3.2.3 Cơ cấu chấp hành đầu ra 32

3.2.3.1 Phương án điều khiển đánh lửa 32

3.2.3.2 Phương án điều khiển nhiên liệu 37

3.3 Chọn phương án thiết kế 39

3.3.1 Cảm biến vị trí trục khuỷu 39

3.3.2 Cảm biến nhiệt độ động cơ 40

3.3.3 Bơm xăng 40

3.3.4 Cảm biến Oxy 41

3.3.5 Bobine và bougie 42

3.3.6 Bộ cảm biến vị trí bướm ga và kim phun 42

3.3.7 Hộp ECU điều khiển động cơ 43

CHƯƠNG 4 ĐO KIỂM VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VỊ TRÍ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG PHUN XĂNG, ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ 44

4.1 Đo kiểm tín hiệu các cảm biến 44

4.1.1 Kiếm tra tín hiệu cảm biến Oxy 44

4.1.2 Kiểm tra tín hiệu kim phun 45

4.1.3 Kiểm tra tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga 45

4.1.4 Kiểm tra tín hiệu bougie đánh lửa 46

4.1.5 Kiểm tra tín hiệu cảm biến nhiệt độ động cơ 47

4.2 Thiết kế vị trí lắp đặt trên xe 47

4.2.1 Thiết kế vị trí lắp đặt cảm biến Oxy 47

4.2.2 Thiết kế tấm nhôm lắp ghép giữa động cơ và cụm kim phun, bướm ga 48

4.2.3 Thiết kế vị trí lắp đặt cảm biến nhiệt độ động cơ 49

4.2.4 Gia công vị trí lắp đặt cảm biến trục khuỷu 49

CHƯƠNG 5 THI CÔNG MÔ HÌNH 51

5.1 Quy trình gia công các chi tiết 51

5.1.1 Quy trình gia công tấm nhôm ghép giữa động cơ và bộ kim phun 51

5.1.2 Quy trình gia công vị trí lắp đặt cảm biến Oxy 52

5.1.3 Quy trình gia công cảm biến nhiệt độ động cơ 53

5.1.4 Quy trình gia công vị trí lắp đặt cảm biến Hall 54

5.1.5 Quy trình gia công hộp lắp đặt bơm xăng 55

5.2 Quy trình lắp đặt các chi tiết vào động cơ 56

5.2.1 Quy trình lắp đặt kim phun và cảm biến vị trí bướm ga vào động cơ 56

5.2.2 Quy trình lắp đặt cảm biến Oxy 57

5.2.3 Quy trình lắp đặt cảm biến nhiệt độ động cơ 58

5.2.4 Quy trình lắp đặt bộ cảm biến vị trí trục khuỷu 59

5.2.5 Quy trình lắp đặt hệ thống bơm xăng 61

5.2.6 Quy trình lắp đặt bobine 62

5.2.7 Quy trình lắp đặt ECU điều khiển động cơ 63

5.3 Thực nghiệm mô hình 63

5.3.1 Thực nghiệm động cơ lần thứ nhất 63

5.3.2 Thực nghiệm động cơ lần thứ hai 64

5.3.3 Thực nghiệm động cơ lần thứ ba 65

5.4 Mức tiêu hao nhiên liệu trong quá trình thử nghiệm 66

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 67

6.1 Kết quả 67

6.2 Xu hướng phát triển 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ESA: Electronic Spark Advance

ECU: Electronic Control Unit

IC: Integrated Circuit

GDI: Gasoline Direct Injection

EGR: Exhaust Gas Recirculation

TDC: Top Dead Sensor

EFI: Electronic Fuel Injection

FI: Fuel Injection

AC: Alternating Current

IC: Integrated-Circuit

MPI: Multi Point Injection

TBI: Throttle Body Injection

CIS: Continuous Injection System

AFC: Air Flow Controlled

MAP: Manifold Absolute Pressure

VOM: Volt-Ohm-Milliampere

DFI: Direct Fire Ignitor

EOT: Engine Oil Temperature

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 5.1: Kết quả thử nghiệm lần một 64

Bảng 5.2: Kết quả thử nghiệm lần hai 65

Bảng 5.3: Kết quả thử nghiệm lần ba 66

Bảng 5.4: Bảng đánh giá mức tiêu hao nhiên liệu 66

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1: Bố trí kim phun xăng đơn điểm [6] 7

Hình 2.2: Bố trí kim phun xăng đa điểm [7] 8

Hình 2.3: Thời điểm phun đối với loại phun độc lập [1, trang 122] 9

Hình 2.4: Thời điểm phun đối với loại phun theo nhóm [1, trang 122] 10

Hình 2.5: Thời điểm phun đối với loại phun đồng loạt [1, trang 122] 10

Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống đánh lửa với góc đánh lửa sớm điện tử [1, trang 92] 11

Hình 2.7: Góc đánh lửa sớm thực tế [1, trang 95] 12

Hình 2.8: Xung điều khiển đánh lửa IGT [1, trang 96] 13

Hình 2.9: Sơ đồ tổng quát hệ thống phun xăng điện tử [1, trang 50] 13

Hình 2.10: Hệ thống đánh lửa điện tử [8] 14

Hình 3.1: Bộ chế hòa khí trên Honda Wave 17

Hình 3.2: Hệ thống điều khiển đánh lửa điện dung loại AC-CDI [9] 18

Hình 3.3: Xe Honda Wave Alpha 2002 18

Hình 3.4: Dạng tín hiệu Analog [10] 19

Hình 3.5: Dạng tín hiệu Digital [11] 20

Hình 3.6: Sơ đồ cảm biến Oxy [12] 20

Hình 3.7: Cảm biến Oxy loại Dioxide Zicronium [1, trang 77] 22

Hình 3.8: Cảm biến A/F [13] 23

Hình 3.9: Cảm biến vị trí bướm ga loại tiếp điểm [14] 24

Hình 3.10: Cảm biến vị trí bướm ga loại tuyến tính [15] 25

Hình 3.11: Cảm biến vị trí bướm ga loại Hall [16] 26

Hình 3.12: Cảm biến điện từ [17] 27

Hình 3.13: Cảm biến quang [17] 28

Hình 3.14: Cảm biến loại Hall [17] 29

Hình 3.15: Hộp ECU có sẵn [18] 30

Hình 3.16: ECU thiết kế theo động cơ 31

Hình 3.17: Hệ thống đánh lửa điều khiển lập trình có bộ chia điện [19] 33

Hình 3.18: Sử dụng mỗi bobine cho một Bougie [20] 34

Hình 3.19: Sơ đồ sử dụng một bobine cho một cặp bougie [21] 35

Hình 3.20: Sơ đồ sử dụng một bobine bốn bougie [22] 36

Hình 3.21: Mạch điều khiển bơm xăng [1, trang 111] 38

Hình 3.22: Cảm biến vị trí trục khuỷu loại Hall 39

Hình 3.23: Cảm biến nhiệt độ động cơ 40

Hình 3.24: Bơm xăng loại con lăn 41

Hình 3.25: Cảm biến Oxy loại Zicronium 41

Hình 3.26: Bobine và bougie đánh lửa 42

Hình 3.27: Bộ cảm biến vị trí bướm ga và kim phun 42

Hình 3.28: ECU điều khiển động cơ 43

Hình 4.1: Kiểm tra tín hiệu cảm biến Oxy 44

Hình 4.2: Kiểm tra tín hiệu phun 45

Hình 4.3: Đo kiểm tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga 45

Hình 4.4: Kiểm tra tín hiệu đánh lửa 46

Hình 4.5: Kiếm tra tín hiệu cảm biến nhiệt độ động cơ 47

Hình 4.6: Vị trí lắp đặt cảm biến Oxy 48

Hình 4.7: Thiết kế chế tạo tấm nhôm lắp ghép nắp quy láp vào cụm bướm ga 48

Hình 4.8: Vị trí lắp đặt cảm biến nhiệt độ động cơ 49

Hình 4.9: Gia công vị trí lắp đặt cảm biến loại Hall 49

Hình 4.10: Gia công bát lắp đặt cảm biến loại Hall 50

Hình 5.1: Gia công tấm nhôm trên máy phay 51

Hình 5.2: Tấm nhôm ghép giữa động cơ và kim phun 52

Hình 5.3: Hàn đai ốc lắp đặt cảm biến Oxy 53

Hình 5.4: Khoan lỗ lắp đặt cảm biến nhiệt độ động cơ 53

Hình 5.5: Gia công lỗ ren lắp đặt cảm biến động cơ 54

Hình 5.6: Khoan lỗ lắp đặt cảm biến Hall 54

Hình 5.7: Gia công bát lắp đặt cảm biến Hall 55

Hình 5.8: Gia công hộp lắp đặt bơm xăng 55

Hình 5.9: Gắn tấm nhôm lên bề mặt đường nạp 56

Hình 5.10: Lắp đặt hệ thống kim phun lên động cơ 56

Hình 5.11: Vị trí giắc cắm của cảm biến bướm ga và kim phun trên ECU 57

Hình 5.12: Vị trí cảm biến Oxy trên đường ống xả 57

Hình 5.13: Vị trí giắc cảm biến Oxy trên ECU 58

Hình 5.14: Vị trí cảm biến nhiệt độ trên động cơ 58

Hình 5.15: Vị trí giắc cảm biến nhiệt độ động cơ trên ECU 59

Hình 5.16: Canh nam châm trên vô lăng mâm lửa 59

Hình 5.17: Lắp đặt cảm biến loại Hall vào mô hình 60

Hình 5.18: Cảm biến loại Hall sau khi lắp lên mô hình 60

Hình 5.19: Lắp đặt hộp đựng bơm xăng 61

Hình 5.20: Vị trí của bơm sau khi lắp đặt 61

Hình 5.21: Vị trí lắp đặt của bơm xăng và vị trí giắc cắm trên hộp ECU 62

Hình 5.22: Vị trí của bobine 62

Hình 5.23: Vị trí của hộp ECU trên xe 63

Hình 5.24: Chạy thử động cơ lần thứ nhất 63

Hình 5.25: Chạy thử động cơ lần hai 64

Hình 5.26: Chạy thử động cơ ngoài thực tế 65

Hình 6.1: Mô hình hoàn chỉnh 68

LỜI MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam có những sự phát triển vượt bậc, đời sống người dân được nâng cao, cùng với việc chính phủ đang đầu tư rất nhiều vào quy hoạch và xây dựng hệ thống giao thông vận tải, đã đưa xe máy và ô tô trở thành những phương tiện đi lại tiện nghi và phổ biến được nhiều người quan tâm Cùng với sự phổ biến của xe máy, ô tô thì cũng kéo theo vấn đề ô nhiễm môi trường càng ngày càng tăng cao bởi những khí thải độc hại từ những phương tiện này gây ra Bên cạnh đó, vấn đề giá xăng dầu đột ngột gia tăng và biến động không ngừng làm cho tiêu chuẩn về khí thải của động cơ xe cũng ngày càng gắt gao hơn

Với sự phát triển không ngừng của ngành khoa học, các nhà nghiên cứu đã đưa

ra rất nhiều giải pháp để giải quyết những vấn đề nói trên Từ những ưu điểm vượt trội so với các hệ thống đánh lửa và phun xăng trước đó mà hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử đang dần trở nên phổ biến và được xem là thành công nhất hiện nay Cùng với mong muốn được góp phần giải quyết hai vấn đề mang tính thời sự đang được cả thế giới quan tâm đó là tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường Đồng thời có thể củng cố, tổng hợp và mở rộng kiến thức chuyên môn Nhóm chúng tôi đã

quyết định thực hiện đề tài nghiên cứu “Chuyển đổi xe Honda Wave điều khiển

phân phối nhiên liệu và đánh lửa bằng cơ khí sang phun xăng đánh lửa điều khiển bằng điện tử” dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy ThS Nguyễn Văn Bản

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do hạn chế về thời gian cũng như kiến thức thực

tế chưa nhiều nên khó tránh khỏi những sai sót Nhóm rất mong nhận được những đánh giá góp ý quý báu của quý thầy cô để đề tài này được hoàn thiện hơn

Nhóm chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

Chương 1

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Một trong những nguyên nhân nữa là ảnh hưởng của nhiên liệu hóa thạch đến môi trường Trong năm 2021, các tác nhân gây biến đổi khí hậu chính như: Nồng độ khí nhà kính, mực nước biển dâng, nhiệt độ đại dương và axit hóa đại dương đã đạt mức cao kỷ lục, mà nhiên liệu hóa thạch góp một phần lớn trong sự biến đổi này Và hiện nay, nhiều nước trên thế giới đang phải hứng chịu kết quả của hiện tượng nóng lên toàn cầu và hiện tượng thời tiết cực đoan mà Việt Nam cũng không ngoại lệ Vậy nên, nhằm góp phần làm giảm bớt lượng tiêu hao nhiên liệu trên một chiếc

xe để tăng tính kinh tế đồng nghĩa với việc cắt giảm lượng khí thải, nhóm chúng tôi

đã quyết định nghiên cứu và cải tiến hệ thống bộ chế hòa khí trên Honda Wave thành

hệ thống phun xăng, đánh lửa điện tử giúp cho lượng tiêu thụ nhiên liệu của chiếc xe được giảm xuống, cải thiện được tính kinh tế và làm giảm lượng khí thải ra ngoài môi trường Không những thế chúng tôi mong muốn đề tài này sẽ là tiền đề, là động lực cho các sinh viên sau này học hỏi, nghiên cứu thêm nhiều kiến thức mới và phát triển

đề tài thêm nữa

1.1.2 Tầm quan trọng của đề tài

Đề tài này của nhóm nếu được phát triển và sử dụng phổ biến trên động cơ đốt trong nói chung và trên xe máy nói riêng thì nó góp phần không nhỏ trong việc bảo

vệ môi trường (không khí) vì theo thống kê của các tạp chí về môi trường uy tín (riêng Việt Nam) thì 70÷90% không khí độc hại tồn tại trong không khí là do khí thải từ các phương tiện giao thông chủ yếu từ các chất sinh ra trong quá trình cháy không triệt để của xe như: NOx, CO, HC, …Ngoài ra, nó còn đe dọa sức khỏe của con người gây ra các bệnh về hô hấp, bệnh ngoài da, …Nghiêm trọng hơn là bệnh ung thư Vì vậy, việc cải thiện quá trình cháy cho động cơ là việc cấp thiết Đó cũng là lý do chúng tôi lựa chọn thực hiện đề tài này

Đề tài có thể áp dụng vào các xe máy thực tiễn Ví dụ, chuyển đổi các xe (không chỉ riêng xe Honda Wave) sử dụng bộ chế hòa khí sang phun xăng và đánh lửa điều khiển bằng điện tử giúp giải quyết các vấn đề về ô nhiễm môi trường, sức khỏe và tính kinh tế cho người sử dụng

1.1.3 Ý nghĩa của đề tài

Khi thực hiện và nghiên cứu đề tài, đây là cơ hội cho các thành viên trong nhóm tổng hợp lại các kiến thức của các môn học: Hệ thống điều khiển tự động trên ô tô;

Kỹ thuật điện và điện tử; Động cơ đốt trong; …Đã được học tại nhà trường và vận dụng vào trong đề tài Ngoài ra, nó còn giúp cho các thành viên học tập và hiểu biết thêm nhiều kiến thức mới Đặc biệt, nắm vững được nguyên lý của hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử khi nghiên cứu đề tài Bên cạnh đó, nó đã rèn luyện cho các thành viên các kỹ năng cơ bản để trở thành một kỹ sư trong tương lai: Kỹ năng phân tích tổng hợp, kỹ năng nghiên cứu tài liệu, kỹ năng làm việc nhóm, kỹ năng thuyết trình và thêm nhiều kỹ năng khác

Sau khi thực hiện đề tài, các thành viên trong nhóm cảm thấy đã chuẩn bị đủ hành trang về kiến thức chuyên ngành, cũng như các kỹ năng mềm và áp dụng những kiến thức đã được học ở trường để trở thành một Kỹ sư tương lai cống hiến một phần nhỏ sức lực của mình để góp phần phát triển ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô cho nước nhà

sử dụng như: Thời gian sử dụng, tốc độ di chuyển, giá thành cao Vì vậy, việc cải thiện trên động cơ đốt trong vẫn còn nhiều tiền đề Khi đề tài của chúng tôi được phát triển và áp dụng vào phương tiện giao thông vẫn còn sử dụng bộ chế hòa khí nó sẽ giải quyết không nhỏ về vấn đề môi trường và kinh tế cho người sử dụng

1.2 Tình hình nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Khi đề tài này thực hiện chúng tôi đã đặt ra những mục tiêu cần đạt được như: Hiểu rõ về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng, đánh lửa điều khiển điện tử trên ô tô nói chung và trên xe máy nói riêng Tiến hành chuyển đổi bộ chế hòa khí trên xe Honda Wave thành hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử Nghiên cứu, thiết kế và hoàn thiện mô hình chuyển đổi bộ chế hòa khí trên xe Honda Wave thành hệ thống phun xăng và đánh lửa điều khiển điện tử làm tiền đề cho các bạn sinh viên khóa sau học tập, phát triển đề tài này thêm nữa

1.2.2 Các kết quả hướng tới

− Hoàn thành đề tài đúng tiến độ, chuyển đổi bộ chế hòa khí trên xe Honda Wave thành hệ thống phun xăng, đánh lửa điều khiển điện tử;

− Mô hình có thể phục vụ giảng dạy cho các bạn sinh viên sau này;

− Mô hình có độ thẩm mỹ cao, gần như giữ nguyên bản xe Honda Wave;

− Mô hình xe Honda Wave chạy ổn định, hoạt động tốt và tiết kiệm nhiên liệu hơn

1.2.3 Nhiệm vụ đề tài

− Nghiên cứu hệ thống điều khiển động cơ xăng;

− Thiết kế, gia công các cảm biến cho hệ thống điều khiển động cơ xăng;

− Thiết kế, gia công hệ thống phun xăng và đánh lửa điều khiển bằng điện tử trên động cơ xe Honda Wave và kiểm tra tín hiệu, hiệu chỉnh cho động cơ;

− Viết báo cáo thuyết minh

1.2.5 Phương pháp nghiên cứu

− Phương pháp phân tích và tổng hợp: Phân tích và nghiên cứu các tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau để hiểu sâu hơn về cấu tạo và nguyên lý của các chi tiết: Các cảm biến, hệ thống đánh lửa, hệ thống phun xăng; Tổng hợp lý thuyết: Tổng hợp lại các thông tin đã được phân tích trên để lựa chọn các phương án tối ưu nhất Đây

là phương pháp chủ đạo cần phải có khi thực hiện đề tài;

− Phương pháp quan sát khoa học: Tiến hành tìm hiểu và nghiên cứu các vị trí lắp đặt tối ưu nhất cho các cảm biến, bơm xăng;

− Phương pháp mô hình hóa: Dùng để nghiên cứu đối tượng, thiết kế đối tượng theo các cơ cấu, chức năng của đối tượng;

− Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành chạy thử mô hình kiểm tra các chế độ tải để hoàn thiện mô hình;

− Sử dụng những kiến thức được học tại trường từ các môn như: Hệ thống điều khiển

tự động trên ô tô, kỹ thuật điện và điện tử;

− Phương pháp sử dụng các phần mềm như:

+ Sử dụng phần mềm AutoCad để thiết kế các chi tiết cần gia công;

+ Sử dụng phần mềm Word cho quá trình viết báo cáo thuyết minh;

+ Dùng phần mềm Powerpoint cho việc thuyết trình đề tài

1.2.6 Cấu trúc đề tài

Nội dung đề tài bao gồm sáu chương:

− Chương 1: Giới thiệu đề tài;

− Chương 2: Tổng quan về hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử;

− Chương 3: Phương án chuyển đổi phân phối nhiên liệu và đánh lửa cơ khí sang phun xăng đánh lửa điện tử;

− Chương 4: Đo kiểm và phương án thiết kế vị trí lắp đặt hệ thống phun xăng, đánh lửa điện tử;

− Chương 5: Thi công mô hình;

− Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG VÀ

ĐÁNH LỬA BẰNG ĐIỆN TỬ

2.1 Lịch sử phát triển của hệ thống phun xăng đánh lửa điện tử

Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Mỹ ông Stenvan đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu cho một máy nén khí Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ bốn kỳ tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu quả thấp) Tuy nhiên, sau đó sáng kiến này đã rất thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí Trong

hệ thống phun xăng này nhiên liệu được phun trực tiếp vào trước xupap hút nên có tên gọi là K-Jetronic K-Jetronic được đưa vào sản xuất ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE-Jetronic, Mono-Jetronic, L-Jetronic, Motronic, …

Do hệ thống phun xăng cơ khí có nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80, BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun xăng sử dụng kim phun điều khiển bằng điện,

có hai loại: Hệ thống L-Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D-Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định dựa vào áp suất trên đường ống nạp) Đến năm 1984, người Nhật đã mua bản quyền của BOSCH và đã ứng dụng hệ thống phun xăng L-Jetronic và D-Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với động cơ 4A-ELU) Đến những năm 1987, hãng Nissan dùng L-Jetronic thay bộ chế hòa khí của xe Sunny Song song, với sự phát triển của hệ thống phun xăng, đánh lửa theo chương trình ESA cũng được đưa vào sử dụng vào những năm đầu thập kỷ 80 Sau đó, vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp ra đời Ngày nay, gần như tất cả các ô tô chạy xăng và diesel đều được trang bị hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được các yêu cầu gắt gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu giúp công suất động cơ cũng được cải thiện [23]

2.2 Lý thuyết về hệ thống phun xăng đánh lửa điện tử

2.2.1 Khái niệm, đặc điểm và phân loại hệ thống phun xăng điện tử

2.2.1.1 Khái niệm

Hệ thống phun xăng điện tử hay còn gọi tắt là EFI hay FI Là quá trình phun nhiên liệu vào động cơ được điều khiển bởi một hệ thống điện tử là ECU Hệ thống này cung cấp tỷ lệ hỗn hợp khí cho động cơ một cách tối ưu Tuỳ từng chế độ làm việc của động cơ ô tô thông qua tín hiệu từ các cảm biến gửi về, ECU sẽ tính toán đưa ra thời điểm và điều khiển thay đổi về tỷ lệ hòa khí chính xác

a Phân loại theo vị trí lắp đặt kim phun

Hình 2.1: Bố trí kim phun xăng đơn điểm [6]

1-Bộ lọc không khí; 2-Van phun; 3-Van bướm ga; 4-Đường ống nạp

Hình 2.2: Bố trí kim phun xăng đa điểm [7]

1-Bộ lọc không khí; 2-Van bướm ga; 3-Đường ống nạp;

4-Ống phun nhiên liệu; 5-Kim phun

b Phân loại theo cấu tạo kim phun:

❖ Loại CIS: Là kiểu sử dụng kim phun cơ khí, gồm những loại cơ bản sau:

− K-Jetronic: Được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí thuỷ lực Lượng xăng được phun ra do độ chân không trong đường ống nạp Xăng được phun ra liên tục

và được định lượng tuỳ theo khối lượng không khí nạp;

− KE-Jetronic: Hệ thống này được hãng BOSCH chế tạo dựa trên nền tảng của

hệ thống Jetronic Ngoài việc định lượng nhiên liệu bằng cơ khí như Jetronic, hệ thống điều khiển của KE-Jetronic sẽ điều chỉnh lại lượng nhiên liệu cung cấp đến các kim phun dựa vào tình trạng làm việc của động cơ theo điều kiện môi trường, nhiệt độ môi trường, các chế độ tải

K-❖ Loại AFC: Là kiểu sử dụng kim phun điều khiển bằng điện Gồm có:

− D-Jetronic (Druck-Áp suất): Lượng xăng phun được xác định bởi áp suất sau bướm ga nhờ cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp MAP;

− L-Jetronic (Luft-Không khí): Lượng xăng phun được tính toán bởi lưu lượng khí nạp từ cảm biến đo gió loại cánh trượt

2.2.2 Lý thuyết về hệ thống phun xăng

Hệ thống nhiên liệu trên động cơ xăng có chức năng làm thay đổi tỷ lệ xăng không khí để tạo thành khí hỗn hợp tối ưu cho mọi chế độ làm việc của động cơ Được thể hiện bằng hệ số dư không khí (𝜆) hoặc bằng hệ số tỷ lệ không khí – nhiên liệu (m) Được chia ra làm ba trường hợp:

− Với 𝑚 = 14,7: 1 (14,7 gram không khí hoà lẫn với 1 gram xăng) Đủ không khí, ta có 𝜆 = 1 và có hoà khí chuẩn (lý tưởng);

− Với 𝑚 > 14,7: 1 −Dư không khí, ta có 𝜆 > 1 và có hoà khí nhạt;

− Với 𝑚 < 14,7: 1 −Thiếu không khí, ta có 𝜆 < 1 và có hoà khí đậm

Thành phần hoà khí gây ảnh hướng lớn đến tính năng hoạt động của xe, đòi hỏi phải tính toán một thành phần hoà khí nhất định Việc thay đổi thành phần hoà khí nhằm mục đích luôn luôn nạp đủ nhiên liệu và xylanh ứng với từng chế độ hoạt động của ô tô Lúc khởi động lạnh yêu cầu hoà khí đậm 𝑚 ≈ 9: 1, ở tốc độ cầm chừng

𝑚 ≈ 12: 1, ở tốc độ trung bình bướm ga mở một phần hoà khí nghèo xăng hơn

𝑚 ≈ 15: 1 Nhằm giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường nên đã trang bị bầu xúc tác hoá khử trên ô tô thế hệ mới Để bộ này có thể hoạt động hiệu quả đòi hỏi phải duy trì tỷ lệ hoà khí ở mức lý tưởng 14,7:1

Phương pháp phun và thời điểm phun:

− Phun độc lập: Mỗi kim phun phun một lần theo thứ tự, cái này phun xong thì tới cái kế tiếp;

Hình 2.3: Thời điểm phun đối với loại phun độc lập [1, trang 122]

1-Kì nạp; 2-Thời điểm đánh lửa; 3-Thời điểm phun

− Phun theo nhóm: Các kim phun được chia ra và phun theo từng cặp luân phiên nhau Ví dụ đối với động cơ sáu xylanh, sẽ chia ra các cặp như 1–5, 3–6, 2–4;

Hình 2.4: Thời điểm phun đối với loại phun theo nhóm [1, trang 122]

− Phun đồng loạt: Các kim phun đều phun đồng loạt ở mỗi vòng quay trục khuỷu Các kim phun được nối song song với nhau nên ECU chỉ cần phát ra một lệnh

là tất cả các kim phun đều đóng mở và phun cùng lúc

Hình 2.5: Thời điểm phun đối với loại phun đồng loạt [1, trang 122]

1-Kì nạp; 2-Thời điểm đánh lửa; 3-Thời điểm phun

Để có thể xác định chính xác thời điểm đánh lửa cho từng xylanh của động cơ theo thứ tự nổ thì ECU phải nhận được các tín hiệu cần thiết như tốc độ động cơ, vị trí trục khuỷu, lượng gió nạp, nhiệt độ động cơ, Ngoài ra, có thể có thêm các tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến tốc độ xe, cảm biến Oxy Nếu tín hiệu vào càng nhiều thì việc xác định góc đánh lửa sớm tối ưu càng chính xác Cấu trúc chung của hệ thống đánh lửa được chia thành ba khối: Cảm biến đầu vào, bộ xử lý trung tâm ECU, bộ chấp hành đầu ra điều khiển đánh lửa

Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống đánh lửa với góc đánh lửa sớm điện tử [1, trang 92]

1-Tín hiệu tốc độ động cơ (NE); 2-Tín hiệu vị trí trục khuỷu (G); 3-Tín hiệu tải; 4-Tín hiệu từ cảm biến vị trí cánh bướm ga; 5-Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát;

6-Tín hiệu điện áp accu; 7-Tín hiệu kích nổ

Trong các loại tín hiệu đầu vào, tín hiệu tốc độ động cơ, vị trí trục khuỷu và tín hiệu tải là quan trọng nhất Để xác định tốc độ động cơ, người ta có thể đặt cảm biến trên một cạnh răng ở đầu trục khuỷu, bánh đà, đầu trục cam hoặc delco Có thể sử dụng cảm biến loại Hall, cảm biến điện từ, cảm biến quang Để xác định tải của động

cơ, ECU dựa vào tín hiệu thay đổi áp suất trên đường ống nạp khi thay đổi tải hoặc tín hiệu lượng khí nạp

Góc đánh lửa sớm thực tế khi động cơ hoạt động được xác định bởi công thức:

𝜃 = 𝜃𝑏𝑑 + 𝜃𝑐𝑏+ 𝜃ℎ𝑐Trong đó:

Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh là góc đánh lửa sớm được cộng thêm hoặc giảm bớt khi ECU nhận được các tín hiệu khác như nhiệt độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, tín hiệu kích nổ, tín hiệu tốc độ xe, …Vì vậy, góc đánh lửa sớm thực tế thì được tính bằng tổng của góc đánh lửa sớm ban đầu, góc đánh lửa sớm cơ bản và góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh để đạt được góc đánh lửa sớm lý tưởng theo từng chế độ làm việc của động cơ

Hình 2.8: Xung điều khiển đánh lửa IGT [1, trang 96]

2.2.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng, đánh lửa điều khiển bằng điện tử

2.2.4.1 Hệ thống phun xăng điện tử

a Cấu tạo

Hình 2.9: Sơ đồ tổng quát hệ thống phun xăng điện tử [1, trang 50]

1-Cảm biến vị trí bướm ga; 2-Cảm biến áp suất đường ống nạp;

3-Cảm biến lưu lượng khí nạp; 4-Kim phun; 5-Cảm biến vị trí trục cam; 6-Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 7-Cảm biến vị trí trục khuỷu; 8-Cảm biến Oxy

b Nguyên lý hoạt động

Nhiên liệu được bơm hút từ bình nhiên liệu tới đường ống dẫn, tới đây nhiên liệu được lọc nhờ một bầu lọc thấm, sau đó được hấp thụ các dao động nhỏ của sự phun nhiên liệu gây ra nhờ bộ giảm rung động Tiếp đến nhiên liệu được đưa tới vòi phun, ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến gửi về, tính toán, điều chỉnh lượng nhiên liệu phun tối ưu nhất với tình trạng hoạt động của động cơ Các vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào buồng cháy để động cơ hoạt động theo tín hiệu nhận được từ ECU Nhiên liệu thừa sẽ được đưa theo đường hồi trở về bình nhiên liệu

2.2.4.2 Hệ thống đánh lửa điện tử

Hệ thống đánh lửa điều khiển theo chương trình là hệ thống đánh lửa mà góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng một chương trình tính toán thiết lập trong một máy tính điện tử, được bố trí trên xe gọi là ECU Góc đánh lửa sớm được tính toán thông qua các tín hiệu của các cảm biến được ghi nhận từ động cơ và từ các tín hiệu này bộ xử lý của ECU sẽ tính toán, đưa ra góc đánh lửa sớm tối ưu nhất phù hợp với tình trạng làm việc hiện tại của động cơ

Hình 2.10: Hệ thống đánh lửa điện tử [8]

1-Cảm biến vị trí bướm ga; 2-Cảm biến áp suất đường ống nạp;

3-Cảm biến lưu lượng khí nạp; 4-Cuộn đánh lửa; 5-Cảm biến vị trí trục cam;

6-Cảm biến kích nổ; 7-Cảm biến nhiệt độ nước làm mát;

8-Cảm biến vị trí trục khuỷu; 9-Cảm biến Oxy

a Cấu tạo

❖ Hệ thống đánh lửa điện tử gồm có ba khối:

− Các cảm biến: Có nhiệm vụ ghi nhận các thông số hoạt động tức thời của động

cơ như chế độ khởi động, sau khởi động, chế độ thay đổi tải và phát ra tín hiệu gửi về hộp ECU;

− Bộ xử lý trung tâm ECU: Có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử

lý và tính toán các thông số Từ đó đưa ra lệnh điều khiển phù hợp rồi gửi tới

2.3 Xu hướng phát triển hệ thống phun xăng và đánh lửa

Những vấn đề mà hầu hết các hãng xe đều mắc phải, có thể kể đến đó là tăng công suất, tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu khí thải độc hại vào môi trường Chính vì vậy, hệ thống nhiên liệu ngày càng được phát triển mạnh mẽ và rộng rãi

Sự phát triển của hệ thống EFI: Nhờ công nghệ điện tử phát triển đã giúp cho

hệ thống này ngày càng hoàn thiện và đạt hiệu quả cao hơn Hệ thống EFI bao gồm

hệ thống phun xăng đơn điểm, hệ thống phun xăng hai điểm và hệ thống phun xăng

đa điểm Tuỳ thuộc vào chức năng của dòng xe mà nhà sản xuất lựa chọn cho phù hợp Sự ra đời của hệ thống phun xăng trực tiếp GDI: Hệ thống sử dụng vòi phun nhiên liệu vào buồng đốt trực tiếp với áp suất lớn Hỗn hợp cháy sẽ hình thành bên trong buồng đốt Động cơ dùng hệ thống phun xăng trực tiếp vào buồng đốt sẽ tiết kiệm nhiên liệu, khí thải sạch và mang lại lợi ích kinh tế cao Hệ thống phun xăng trực tiếp có khả năng tiết kiệm nhiên liệu ngay cả khi trong điều kiện hỗn hợp cháy nghèo như ở điều kiện không tải, chỉ có một phần của buồng cháy có hỗn hợp cháy

Cùng với sự phát triển không ngừng của hệ thống phun xăng điều khiển bằng điện tử đã cải thiện không ít về tiêu hao nhiên liệu, công suất của động cơ, tiêu chuẩn khí thải, …Hệ thống đánh lửa cũng từng bước phát triển để phù hợp với khả năng hoạt động của động cơ Sự ra đời của hệ thống đánh lửa trực tiếp DFI (mỗi xylanh được trang bị mỗi bobine riêng biệt và được ECU điều khiển độc lập) đã góp phần cải thiện quá trình đánh lửa cũng như là giảm lượng khí thải do quá trình cháy không sạch gây ra

Kết luận: Qua những phân tích trên đây đã giúp nhóm có những cái nhìn tổng quát và hiểu rõ hơn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng đánh lửa điện tử Đồng thời, những kiến thức hữu ích này có thể bổ trợ nhóm trong lúc tiến hành nghiên cứu, thiết kế chế tạo hộp ECU điều khiển động cơ đốt trong

Xe đang sử dụng loại động cơ bốn kỳ: Có dung tích xylanh 97 𝑐𝑚3; tỷ số nén

là 9,0:1; công suất tối đa 5,1 kW/ 8000 vòng/ phút

Hệ thống điều khiển phân phối nhiên liệu là bộ chế hòa khí: Vào kỳ nạp của động cơ khi piston đi xuống điểm chết dưới sẽ tạo lực hút, hút không khí vào bên trong lòng xylanh, trong quá trình đó dòng không khí sẽ đi qua bộ chế hòa khí, tạo ra vùng áp suất chân không làm có sự chênh lệch áp suất giữa cửa phun và buồng chứa Lúc này, nhiên liệu sẽ được hòa trộn với không khí khi qua bộ chế hòa khí đi vào buồng đốt

Hình 3.1: Bộ chế hòa khí trên Honda Wave

Hệ thống điều khiển đánh lửa điện dung loại AC-CDI: Hệ thống đánh lửa này

sử dụng nguồn điện xoay chiều phát ra từ cuộn phát điện ở vô lăng khi động cơ hoạt động Do đó, tốc độ động cơ càng nhanh thì giá trị của dòng điện càng lớn và ngược lại Lúc này, dòng điện từ cuộn phát đưa vào IC đánh lửa thành dòng điện một chiều

và được tích vào tụ điện Khi đến thời điểm đánh lửa, dòng điện do cuộn kích tạo ra làm cho thyristor dẫn, năng lượng đã tích trong tụ điện phóng đột ngột qua cuộn sơ cấp của bobine, lúc này cuộn thứ cấp sinh ra điện áp cao phóng qua cực bougie

Hình 3.2: Hệ thống điều khiển đánh lửa điện dung loại AC-CDI [9]

1-Vô lăng; 2-Bougie; 3-Bobine; 4-Thysistor

Hình 3.3: Xe Honda Wave Alpha 2002

❖ Lý do chọn xe:

− Đây là dòng xe không quá xa lạ với thị trường xe Việt Nam vì vậy xe dễ tìm kiếm, dễ dàng mua phụ tùng sửa chữa;

− Nhiều tài liệu sửa chữa dễ dàng nghiên cứu và cải tiến;

− Nếu chuyển đổi đề tài thành công thì đề tài có triển vọng phát triển cao vì xe Honda Wave rất phổ biến tại Việt Nam

3.2 Phân tích các phương án thiết kế hoán cải để chuyển đổi xe từ bộ chế hòa khí sang phun xăng đánh lửa điện tử

Để có thể thực hiện được quá trình chuyển đổi xe sử dụng bộ điều khiển phân phối nhiên liệu và đánh lửa cơ khí sang phun xăng đánh lửa điều khiển bằng điện tử Chúng tôi đã tiến hành xây dựng và thiết lập cho xe một hệ thống điều khiển động cơ gồm: Khối tín hiệu cảm biến đầu vào; hộp ECU điều khiển động cơ và cơ cấu chấp hành đầu ra

3.2.1 Khối tín hiệu cảm biến đầu vào

Tín hiệu của các cảm biến: Cảm biến vị trí trục khuỷu; cảm biến nhiệt độ động cơ; cảm biến vị trí bướm ga; cảm biến Oxy; với chức năng ghi nhận trạng thái hoạt động tức thời của động cơ (xác định vị trí của piston, vị trí bướm ga, nhiệt độ tức thời của động cơ, nồng độ Oxy trong khí thải, …) Các tín hiệu này được gửi về bộ xử lý trung tâm ECU để phân tích Tín hiệu gửi về ECU thường có hai dạng:

− Tín hiệu Analog là tín hiệu liên tục, có biên dạng là đường Sin hoặc Cos Analog

có nghĩa là tương tự, tức là tín hiệu sẽ tương tự về bản chất, nhưng sẽ khác nhau

về cường độ tín hiệu lúc sau so với lúc trước

Hình 3.5: Dạng tín hiệu Digital [11]

Để có thể hoán cải xe sử dụng bộ chế hòa khí sang phun xăng đánh lửa điện tử, nhóm tôi đã lựa chọn bốn loại cảm biến là:

− Cảm biến Oxy;

− Cảm biến vị trí bướm ga;

− Cảm biến nhiệt độ động cơ;

− Cảm biến vị trí trục khuỷu

3.2.1.1 Cảm biến Oxy

Hình 3.6: Sơ đồ cảm biến Oxy [12]

1-Ắc quy; 2-Relay; 3-Điện trở; 4-Dây sấy

a Nhiệm vụ

Chức năng và nhiệm vụ của cảm biến Oxy đó là để đo nồng độ Oxy còn thừa trong khí xả gửi về ECU ECU sẽ dựa vào tín hiệu cảm biến Oxy gửi về và hiểu được tình trạng nhiên liệu đang giàu hay đang nghèo Từ đó nó đưa ra tín hiệu dưới dạng điện áp gửi về ECU để điều chỉnh lượng phun cho thích hợp Cảm biến Oxy giúp phân tích thông số, từ đó thấy được sự hiệu chỉnh nhiên liệu

b Phân loại

❖ Phân loại cảm biến Oxy theo cấu tạo gồm có hai loại:

− Cảm biến nung nóng (heated): Loại này được lắp đặt một điện trở bên trong để sấy nóng bộ cảm biến Điều này giúp cảm biến có thể nhanh chóng vào nhiệt độ làm việc (600 ÷ 650𝑜𝐹 hoặc 315÷ 343𝑜𝐶), có khả năng sản sinh điện áp lập tức

và truyền về ECU Cảm biến không nung nóng (unheated): Loại này không lắp đặt điện trở, phải đợi thiết bị tự nóng lên đến khi đạt nhiệt độ làm việc Khi bạn mới bắt đầu di chuyển, xe sẽ phải chạy với lượng hòa khí–nhiên liệu không đạt chuẩn do thời gian chờ cảm biến đạt đến nhiệt độ làm việc

❖ Phân loại cảm biến Oxy theo vật liệu chế tạo gồm có ba loại:

− Chế tạo từ Dioxide Zicronium (ZrO2): Cảm biến Oxy loại này là một pin điện có sức điện động phụ thuộc vào nồng độ Oxy trong khí thải với ZrO2 Mặt trong ZrO2 tiếp xúc với không khí, mặt ngoài tiếp xúc với Oxy trong khí thải Khi khí thải chứa lượng Oxy ít do hỗn hợp giàu nhiên liệu thì số ion Oxy tập trung ở điện cực tiếp xúc khí thải ít hơn số ion Oxy tập trung ở điện cực tiếp xúc không khí

Sự chênh lệch số ion này tạo ra một tín hiệu điện áp khoảng 600÷900 mV Ngược lại, khi độ chênh lệch số ion ở hai điện cực nhỏ trong trường hợp nghèo nhiên liệu, cảm biến Oxy sẽ phát ra tín hiệu điện áp thấp khoảng 100÷400 mV; [24] + Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ và bền bỉ;

+ Nhược điểm: Khi động cơ hoạt động ở các chế độ cần giàu nhiên liệu hơn

từ 12/1 đến 13,5/1 hoặc chế độ nghèo từ 17/1 đến 22/1 thì chúng lại không nhận biết được tỉ lệ này Do đó, ECU không thể hiệu chỉnh được lượng nhiên liệu tăng thêm hoặc giảm đi bao nhiêu cho phù hợp

Hình 3.7: Cảm biến Oxy loại Dioxide Zicronium [1, trang 77]

1-Nắp bảo vệ; 2-Không khí xung quanh; 3-Bích; 4-Platin;

5-Phần tử Zicroni; 6-Platin

− Chế tạo từ Dioxide Titanium (TiO2): Cảm biến này cũng tương tự cảm biến Oxy loại Zicronium nhưng thành phần nhận biết Oxy trong khí thải được làm từ Titanium Dioxide (TiO2) Đặc tính của chất này là sự thay đổi điện trở theo nồng

độ Oxy còn trong khí thải Khi khí thải chứa lượng Oxy ít do hỗn hợp giàu nhiên liệu, phản ứng tách Oxy khỏi TiO2 dễ xảy ra, do đó điện trở của TiO2 có giá trị thấp làm dòng qua điện trở tăng lên Nhờ vậy điện áp đặt vào cổng so của Op Amp qua cầu phân áp đạt giá trị 600÷900 mV Khí thải chứa lượng Oxy nhiều

do hỗn hợp nghèo nhiên liệu, phản ứng tách Oxy khỏi TiO2 khó xảy ra, do đó điện trở của TiO2 có giá trị cao làm dòng qua điện trở giảm xuống, điện áp ở cổng so cảm biến sẽ giảm xuống khoảng 100 đến 400 mV; [24]

+ Ưu điểm: Cảm biến phản ứng nhanh, không cần đưa khí thải vào trong lõi của cảm biến;

+ Nhược điểm: Khi động cơ hoạt động ở các chế độ cần giàu nhiên liệu hơn

từ 12/1 đến 13,5/1 hoặc chế độ nghèo từ 17/1 đến 22/1 thì chúng lại không nhận biết được tỉ lệ này Do đó, ECU không thể hiệu chỉnh được lượng nhiên liệu tăng thêm hoặc giảm đi bao nhiêu cho phù hợp

− Cảm biến A/F: Cảm biến A/F cấu tạo gồm ba bộ phận chính: nernst cell giống như một cảm biến Oxy thông thường, pump cell bộ tạo áp điện hóa học và buồng giám sát với mục tiêu là giữ cho điện áp ở nernst cell luôn ở mức 450 mV Khi khí thải đi vào những lỗ thông của cảm biến nó sẽ di chuyển qua buồng khuếch tán đến nernst cell Nó thực chất là cảm biến Oxy thông thường nên nó sẽ sản

xả Buồng giám sát có nhiệm vụ luôn giữ cho tỉ lệ A/F ở mức 14,7/1 tương ứng với điện áp 450 mV của nernst cell Nó giám sát sự thay đổi điện áp trong nernst cell từ đó điều khiển sự thay đổi dòng điện trong pump cell ECU dựa vào sự thay đổi dòng điện này để biết được tỉ lệ không khí/ nhiên liệu hiện đang là bao nhiêu Dòng điện trong nernst cell sẽ phản ánh trực tiếp tỉ lệ không khí/ nhiên liệu Nếu

tỉ lệ A/F là 14,7/1 sẽ không có dòng điện sản sinh trong pump cell

Hình 3.8: Cảm biến A/F [13]

Nếu như hòa khí nghèo do quá nhiều Oxygen, điện áp của nernst cell sẽ rớt xuống dưới 450 mV để bù vào sự sụt áp pump cell sản sinh ra một dòng điện chiều dương, nó sẽ làm ion Oxy di chuyển ngược lại với chiều dòng điện trong nernst cell

do đó làm giảm lượng Oxy trong buồng giám sát dòng điện sẽ thay đổi để làm sao nernst cell giữ được 450 mV ECU sẽ giám sát sự thay đổi dòng điện này qua pump cell Đây chính là tín hiệu để ECU điều chỉnh lượng phun nhiên liệu tương ứng