NGUYễN DUY TIếN Bộ môn Động cơ đốt trong Khoa Cơ khí - Trường ĐHGTVT Tóm tắt: Bμi báo trình bμy các phương pháp điều chỉnh tỷ lệ hoμ khí trong động cơ phun xăng điện tử - đề xuất vμ t
Trang 1Các phương pháp điều chỉnh tỷ lệ hoμ khí
trong động cơ EFI
(động cơ phun xăng điện tử)
TS NGUYễN DUY TIếN
Bộ môn Động cơ đốt trong Khoa Cơ khí - Trường ĐHGTVT
Tóm tắt: Bμi báo trình bμy các phương pháp điều chỉnh tỷ lệ hoμ khí trong động cơ phun
xăng điện tử - đề xuất vμ tính toán kiểm nghiệm phương án khả thi để điều chỉnh hỗn hợp phù hợp với điều kiện nhiệt đới ở Việt Nam
Summary: The article presents the methods controling the mixture ratio in EFI,
proposing, caculating and experimenting the feasible project to control the mixture in accordance with the tropical climate condition in Viet Nam
Keyword: ECU – Electronic Control Unit
EFI – Electronic Fuel Injection
A/F – Air- Fuel Ratio.
i Cơ sở lý luận để hiệu chỉnh
ở Việt Nam từ năm 1990 đến nay ô tô đời
mới được sử dụng rất phổ biến Trong quá
trình sử dụng, do điều kiện khí hậu thay đổi
(nóng và ẩm), đồng thời nhiên liệu sử dụng
cũng thay đổi từ dùng xăng pha chì sang dùng
xăng không pha chì nên cần có sự thay đổi về
tỷ lệ hỗn hợp
Qua quá trình nghiên cứu và khảo sát
trên một số ô tô đời mới sử dụng ở Việt nam
chúng tôi nhận thấy có một số vấn đề sau:
- Các bộ ECU của EFI đặc biệt là các
cảm biến trong điều kiện nóng ẩm bị lão hoá
làm ảnh hưởng tới việc điều khiển quá trình
phun nhiên liệu
- Lỗ tia kim phun có tiết diện lớn (do
mòn), bẩn hoặc tắc bộ lọc, hoặc điện áp hư
hỏng làm thay đổi lượng nhiên liệu phun vào
xylanh động cơ
Vì vậy khi sử dụng ở Việt Nam có sự thay
đổi rất lớn về tỷ lệ hỗn hợp (quá giàu hoặc quá nghèo) Trên cơ sở đó chúng tôi mạnh dạn đề suất hiệu chỉnh các cảm biến chính (khí nạp và nước làm mát) để tác động vào mạch điều khiển phun xăng nhằm hiệu chỉnh
được tỷ lệ hoà khí tối ưu
2 Tỷ lệ khí – nhiên liệu
Trong quá trình làm việc của động cơ nhiên liệu và không khí được đưa vào xylanh theo một tỷ lệ thích hợp, tỷ lệ đó được tính theo tỷ số khối lượng giữa không khí đối với nhiên liệu
Tỷ lệ hỗn hợp khí - nhiên liệu lý tưởng là 14,7:1 (hình 1) vì khi đó tỷ lệ oxygen trong không khí với hydrocacbon trong nhiên liệu là thích hợp để tạo ra một sự đốt cháy hoàn toàn nhất Duy trì tỷ lệ nhiên liệu-khí ở mức lý tưởng
Trang 2là điều rất quan trọng trong những xe có bộ
chuyển đổi xúc tác Bộ chuyển đổi xúc tác sẽ
làm việc tốt nhất khi động cơ hoạt động với tỷ
lệ khí - nhiên liệu lý tưởng Hầu hết các động
cơ có khối điều khiển điện tử (ECU) đều giữ
cho tỷ lệ hỗn hợp ở mức lý tưởng
Khi điều kiện hoạt động của động cơ thay
đổi thì tỷ lệ khí - nhiên liệu cũng phải thay đổi
Khi khởi động động cơ còn nguội chỉ có 1
phần nhiên liệu hoá hơi nên hỗn hợp phải
giàu, tỷ lệ là 9:1, khi chạy không tải hỗn hợp
nghèo hơn tỷ lệ là 12:1, ở tốc độ trung bình tỷ
lệ là 15:1 Khi đạp ga gia tốc để tăng tốc độ
thì hỗn hợp trở nên giàu một cách tạm thời
Mục đích của việc thay đổi tỷ lệ hỗn hợp
nhiên liệu – khí là làm cho hỗn hợp dễ cháy
luôn đồng đều giữa các xy lanh động cơ
Hình 1 Sự liên quan giữa tỷ lệ tự nhiên liệu - khí vμ
hiệu suất của bộ chuyển đổi xúc tác
Hình 2 Tỷ lệ nhiên liệu khí tương ứng với các điều
kiện lμm việc của động cơ
iii Chọn mạch thực tế loại L- Jetronic
Mục đích: Việc khảo sát mạch thực tế
loại L - Jetronic nhằm làm cơ sở cho việc nghiên cứu sử dụng linh kiện điện tử (biến trở)
để tác động vào mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp và cảm biến nhiệt độ nước làm mát từ đó làm thay đổi thời gian nâng kim phun
Chọn loại ECU: Chọn loại ECU loại
L -Jetronic (Denso 175031 - 1010) được trang
bị cho trên xe TOYOTA CAMRY, HONDA ACCORD, CROWN, FIAT SIENA 1242 được mô tả dưới đây
13:1 14:1 14,7:1 15:1 16:1
20
40
60
80
100
0
Khu vực làm việc tốt nhất của bộ chuyển đổi xúc tác
CO
HC NOx
Hiệu suất
chuyển đổi
Hình 3 Mặt trước hộp ECU loại L – jetronic
20:1
15:1
10:1
5:1
Tỷ lệ nhiên liệu
giàu
nghèo
Khởi động
Không
tải
Tiết lưu một phần
Tăng tốc Tiết lưu
Mở hoàn toàn
32
0 64 97 129 161
Tốc độ xe [km/h]
Hình 4 Mặt sau hộp ECU loại L – jetronic
iv Đề xuất phương án hiệu chỉnh tín
cách mắc nối tiếp biến trở Rb với cực THA từ cảm biến đến ECU
Sự thay đổi áp suất khí nạp và nhiệt độ
sẽ làm thay đổi tỷ trọng của không khí nạp
Trang 3Không khí nạp nóng và áp suất khí nạp thấp
thì mật độ không khí thấp Nghĩa là nó chứa ít
oxygen hơn so với một thể tích không khí
tương tự mà nó có nhiệt độ thấp Khi lượng
oxy vào động cơ thay đổi thì cũng phải thay
đổi lượng nhiên liệu cấp vào động cơ Cảm
biến nhiệt độ không khí là một nhiệt điện trở
(Thermistor), điện trở của nó giảm khi nhiệt độ
tăng và sẽ gửi tín hiệu điện áp thay đổi đến
ECU
v
Rtha
b R
405
R
thA
=5V
C
V
Xe HONDA ACCORD, CROWN, FIAT
SIENA 1242 đều sử dụng hệ thống phun xăng
điện tử L-jetronic Vì vậy khi dùng biến trở tác
động vào mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp sẽ
làm thay đổi thời gian nâng kim phun
Hình 5 Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp
nguyên thuỷ
Hình 6 Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp khi
Theo sơ đồ hình 7 ta tính dòng điện I
chạy trong mạch:
THA b
405 R R R
Vc I
+ +
Hiệu điện thế đo được ở đầu ra THA:
Hình 7: Sơ đồ tính toán cầu phân áp
(Rb mắc nối tiếp)
THA b 405
c THA
THA b THA
R R
R 1
V V
) R R ( I V
+ +
=
+
=
ECU
Cảm
biến
nhiệt độ
khí nạp
E
THA
r THA
E2 E21 THA
R410 R405
5V V C
định giả sử nhiệt độ trung bình ở Việt nam là
ta có:
2000 R
2700 1
5 V
b
THA
+ +
=
Thay các trị số vào công thức trên ta có bảng sau:
Bảng 1
Điện trở
(V) 0,9
Hình 8 Đồ thị V THA = f(R b )
1,5 2,2 3,2 4,5 6,3 9,0 13,5 22,5
2,50 2,75 3,00 3,25 3,50 3,75 4,00 4,25 4,50
rTHA
THA
ECU
Cảm
biến
nhiệt độ
khí nạp
E2 E
R405 THA E21 R410
5V VC
Rb
Điện trở
2,50
VTHA (V)
4,00
3,00 2,75 3,25
3,75 3,50 4,50
Điện áp
Trang 4Nhận xét: Từ đồ thị trên ta thấy khi điện
điện trở càng lớn điện áp tăng càng ít) Nghĩa
là thời gian nhấc kim tăng và ngược lại Do đó
muốn thay đổi thời gian nhấc kim tăng hay
từ đó nhiên liệu phun sẽ tăng hoặc giảm
r THW
THW E
5V V C
ECU
Cảm biến nước làm mát THW
E2
R411 E21
R404 THW
R b
v Đề xuất phương án hiệu chỉnh tín
hiệu cảm biến nhiệt độ nước lμm
mát bằng cách mắc nối tiếp biến
ECU
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (CTS)
Thermistor là một nhiệt điện trở, nó báo
thường xuyên nhiệt độ của dung dịch làm mát
động cơ về ECU dưới dạng các tín hiệu điện
áp thay đổi Nếu nhiệt độ nước làm mát thấp,
ECU phát tín hiệu điều khiển hệ thống định
lượng nhiên liệu cung cấp thêm nhiên liệu để
động cơ có thể làm việc ở tình trạng lạnh
ECU cũng có thể thay đổi thời điểm đánh lửa
để thích hợp với nhiệt độ động cơ Hầu hết
các động cơ đặt ngang dùng một quạt điện để
làm mát động cơ Khi động cơ lạnh, sự làm
mát không cần thiết, quạt ngừng Khi động cơ
nóng quạt hoạt động, ECU điều khiển việc
đóng mở quạt điện thông qua tín hiệu nhận từ
cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Dưới đây là sơ đồ mạch cảm biến nhiệt
độ nước làm mát trích ra từ ECU
Hình 9 Sơ đồ cảm biến nhiệt độ khí nạp
nguyên thuỷ
Hình 10 Sơ đồ mạch hiệu chỉnh cảm biến nhiệt độ
Theo hình 11 ta tính dòng điện chạy trong mạch:
Hình 11 Mạch cảm biến nhiệt độ nước lμm mát
=5V
VC
R
thw
R
Rb
vthw
404
THW b
404
c
R R R
V I
+ +
= Hiệu điện thế đo được ở đầu THW:
THW b
404
c THW
THW b
THW
R R
R 1
V V
) R R (
I V
+ +
=
+
=
r THW
THW
ECU
Cảm
biến
nước
làm mát
THW
E2 E
R404 THW E21 R411
5V V C
Trong trường hợp nhiệt độ nước làm mát
cố định, giả sử ở nhiệt độ nước làm mát
Có thể tính:
T
1 T
1 (
exp R R
0 0
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
ư β
=
Trang 5e = 2,71828
Từ đó ta có:
300 R
2700 1
5 V
b
THW
+ +
=
Thay giá trị vào biểu thức trên ta có bảng
sau: (bảng 2)
Từ đồ thì hình
12 ta thấy khi điện
áp ở đầu THW
tăng, nghĩa là thời
gian nhấc kim tăng
lên và ngược lại
(điện trở càng tăng
thì điện áp càng
tăng chậm)
Do đó, muốn thay đổi thời gian nhấc kim
tăng hay giảm thì chỉ cần thay đổi giá trị điện
Do đó, muốn thay đổi thời gian nhấc kim
tăng hay giảm thì chỉ cần thay đổi giá trị điện
Hình 12 Đồ thị V THW = f(R b )
Kết luận
Qua quá trình tính toán và khảo sát thực
tế chúng tôi nhận thấy việc tác động vào mạch điều khiển điện tử trên các ô tô đời mới nhằm mục đích điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu - khí trong xylanh cho phù hợp với điều kiện sử dụng ở Việt nam là hoàn toàn cần thiết Nội dung bài báo giới thiệu kết quả tính toán hiệu chỉnh mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp và hiệu chỉnh mạch cảm biến nhiệt độ nước làm mát để thay đổi điện áp và qua đó thay đổi thời gian nâng kim phun tức là thay
đổi lượng phun nhiên liệu Bên cạnh phương
án sử dụng biến trở mắc nối tiếp với mạch cảm biến, chúng ta có thể sử dụng nhiều phương án khác nhằm tác động vào mạch
điều khiển mà trong phạm vi bài báo chưa đề cập tới Để kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tế cần có thêm nhiều bài thí nghiệm để tìm ra giá trị điện áp để điều chỉnh lượng phun nhiên liệu tối ưu trong điều kiện nhiệt đới ở Việt nam Trong điều kiện hiện nay thì đây là một hướng nghiên cứu có tính khả thi cao trong điều kiện các linh kiện
điện tử trên ô tô đời mới hầu hết phải nhập khẩu với giá thành cao, đồng thời cũng phù hợp với xu hướng nội địa hoá của Chính phủ
Tài liệu tham khảo
[1] TS Nguyễn Duy Tiến Thay thế xăng pha chì
bằng xăng không chì, chuyên đề sau đại học
ĐHGTVT 2000
[2] TS Nguyễn Duy Tiến Hệ thống cung cấp
nhiên liệu thế hệ mới (bài giảng cao học)
[3] KS Nguyễn Ngọc Trí Hướng dẫn sử dụng bảo
trì và sửa chữa xe ô tô đời mới NXB Trẻ 1997 [4] Tổng công ty xăng dầu Việt nam, Phương án thay thế xăng chì trên hệ thống lưu thông của Tổng công ty xăng dầu Việt nam Công văn số
200/XD-KD ngày 21/2/2001
[5] Khảo nghiệm động cơ dùng xăng không pha chì Bộ môn ĐCĐT ĐHBK Hà nội và Cục Đăng kiểm, Hà Nội, 2001
[6] Đ ề t à i N C K H c ấ p b ộ 2 0 0 2 M ã s ố
B 2 0 0 2 - 3 5 - 2 8♦
Bảng 2
(kΩ)
(V) 2,4
3,0 3,7 4,7 6,0 7,8 10,5 15,0 24,0
2,50 2,75 3,00 3,25 3,50 3,75 4,00 4,25 4,50
Điện áp
3,7 4,7
2,50
VTHW (V)
4,00
3,00
2,75
3,25
3,75
3,50
4,50
4,25
6,0 7,8 15
R (kΩ)
Điện trở
