Đồ án thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống phun xăng hãng xe ford

Do vậy mà các hệ thống điều khiển bằng có khí đã không cònđáp ứng được và thay thế vào đó là các hệ thống điều khiển bằng điện tử như: Hệthống phun xăng điện tử, hệ thống phun nhiên liệu

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Đề tài : Thiết kế hệ thống điều khiển

hệ thống phun xăng hãng xe Ford

Giáo viên hướng dẫn : LUYỆN VĂN HIẾU

Lớp : 121161

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN ĐÌNH HOÀNG

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN :

Hưng Yên , ngày.… tháng … năm 2019

Giáo viên hướng dẫn

LUYỆN VĂN HIẾU

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : 2

MỤC LỤC 3

LỜI MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 6

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 6

1.2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG CỦA ĐỀ TÀI 7

1.3 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 7

1.4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 8

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 8

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TOÁN 10

2.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ EFI 10

2.1.1 Khái quát về phun xăng điện tử 10

2.1.2 Lịch sử của động cơ EFI, và sự phát triển 11

2.1.3 Đặc điểm cơ bản của EFI 12

2.1.4 Ưu điểm của hệ thống phun xăng điện tử 16

2.2 KẾT CẤU CƠ BẢN CỦA EFI 17

2.3 HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI 19

2.3.1 Khối tín hiệu đầu vào 19

2.3.2 Khối điều khiển hệ thống phun xăng điện tử EFI 28

2.3.3 Khối cơ cấu chấp hành 33

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN 40

3.1 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 40

3.1.1 Tính chất đề tài 40

3.1.2 Lựa chọn phần mềm thiết kế 41

3.1.3 Lựa chọn phần mềm viết chương trình điều khiển 42

3.1.4 Lưu đồ thuật toán 43

3.2 Thiết kế mạch điều khiển 44

3.2.1 Thiết kế mạch điều khiển bằng phần mềm proteus 44

3.2.2 Lựa chọn linh kiện 45

3.2.3 Chương trình điều khiển 52

3.2.4 Nguyên lý hoạt động 56

3.2.5 Sản phẩm hoàn thiện 57

KẾT LUẬN 58

LỜI MỞ ĐẦU

Ô tô là một trong những phương tiện giao thông quan trọng đối với sự phát triểncủa nền kinh tế - xã hội hiện nay Một nước muốn phát triển nền kinh tế bền vững,hiện đại đều phải có một nghành công nghiệp ô tô tiên tiến và hiện đại Ở Việt Nam,nền công nghiệp ô tô còn non trẻ thì hầu hết những công nghệ về ô tô đều đến từ cácnước khác trên thế giới Chúng ta cần phải tiếp cận với công nghệ tiên tiến này đểkhông những tạo tiền đề cho nền công nghiệp ô tô mà còn phục vụ cho công tác bảodưỡng và sửa chữa

Qua thời gian học tập và nghiên cứu về chuyên ngành “Cơ điện tử ô tô và xe chuyên dùng” tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên, chúng em được khoa tin tưởng giao cho đồ án đề tài “ Thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống phun xăng hãng xe Ford”, đây là đề tài rất thiết thực nhưng còn nhiều khó khăn Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Luyện Văn Hiếu cùng cới sự giúp đỡ của các thầy cô

giáo trong Khoa Cơ Khí Động Lực, các bạn trong nhóm và lớp CĐTOTK14 chúng em

đã hoàn thành đề tài đáp ứng được yêu cầu đưa ra Trong quá trình làm đồ án, với khảnăng và kinh nghiệm còn hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy chúng emrất mong nhận được sự đóng góp, chỉ bảo của các thầy cô để đề tài chúng em đượchoàn thiện hơn và đó chính là những kinh nghiệm của chúng em sau này

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Khoa Cơ Khí Động

Lực, đặc biệt là thầy Luyện Văn Hiếu đã tận tình chỉ bảo và hướng dẫn chúng em để

đề tài của chúng em hoàn thành

Em xin trân trọng cảm ơn!

Hưng Yên, Ngày tháng năm 20

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đình Hoàng

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Bước sang thế kỉ 21, sự tiến bộ về khoa học kĩ thuật của nhân loại đã bước lênmột tầm cao mới Rất nhiều những thành tựu khoa học kĩ thuật, các phát minh, sángchế mang đậm chất hiện đại và có tính ứng dụng cao Là một quốc gia có nền kinh tếlạc hậu, nước ta đã và đang có những cải cách mới để thúc đẩy kinh tế Việc tiếp thu,

áp dụng các thành tựu khoa học tiên tiến của thế giói đang rất được nhà nước quan tâmnhằm cải tạo, đẩy mạnh phát triển các nghành công nghiệp mới, với mục đích đưanước ta từ một nước nông nghiệp lạc hậu thành một nước công nghiệp phát triển Trảiqua rất nhiều năm phấn đấu và phát triển, hiện nay nước ta đã là thành viên của khốikinh tế quốc tế WTO Với việc tiếp cận các quốc gia có nền kinh tế phát triển, chúng ta

có thể giao lưu, học hỏi kinh nghiệm, tiếp thu và áp dụng các thành tựu khoa học tiêntiến để phát triển hơn nữa nền kinh tế trong nước, bước những bước đi vững chắc trêncon đường quá độ lên CNXH

Trong các nghành công nghiệp mói đang được nhà nước chú trọng, đầu tư pháttriển thì công nghiệp ô tô là một trong những nghành tiềm năng Do sự tiến bộ về khoahọc công nghệ nên quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa phát triển một cách ồ ạt, tỷ

lệ ô nhiễm nguồn nước và không khí do chất thải công nghiệp ngày càng tăng Cácnguồn tài nguyên thiên nhiên như: Than đá, dầu mỏ bị khai thác bừa bãi nên ngàycàng cạn kiệt Điều này đặt ra bài toán khó cho nghành động cơ đốt trong nói chung và

ô tô nói riêng, đó phải là đảm bảo chất lượng khí thải và tiết kiệm nhiên liệu Các hãngsản xuất như: FORD, TOYOTA, MESCEDES, KIA, HUYNDAI đã có rất nhiều cảitiến về mẫu mã, kiều dáng cũng như chất lượng phục vụ của xe, nhằm đảm bảo an toàncho người sử dụng, tiết kiệm nhiên liệu và giảm nguy cơ ô nhiễm môi trường do khíthải Để đáp ứng được những yêu cầu đó thì các hệ thống điều khiển trên ô tô nóichung và động cơ nói riêng phải có sự hoạt động an toàn, chính xác, đúng lúc, đúngthòi điểm, bền, đẹp, rẻ Do vậy mà các hệ thống điều khiển bằng có khí đã không cònđáp ứng được và thay thế vào đó là các hệ thống điều khiển bằng điện tử như: Hệthống phun xăng điện tử, hệ thống phun nhiên liệu diesel điện tử, hệ thống đánh lửađiện tử, hệ thống chống bó cứng phanh ABS Chúng hoạt động được là nhờ các cảm

biến giám sát mọi tình trạng hoạt động của ô tô và đưa về bộ điều khiển trung tâm(ECU) Bộ điều khiển này có kết cấu phức tạp, hiện đại Nó nhận các tín hiệu từ cảmbiến, tổng hợp lại, xử lí và đưa ra các tín hiệu điều khiển các hệ thống trên xe một cáchchính xác Với các ứng dụng hiện đại như vậy đòi hỏi người kĩ thuật viên phải có trình

độ hiểu biết, học hỏi, sáng tạo để bắt kịp với khoa học tiên tiến hiện đại, nắm bắt đượcnhững thay đổi về các đặc tính kỹ thuật của từng loại xe, dòng xe, đời xe Có thểchuẩn đoán hư hỏng và đưa ra phương án sửa chữa tối ưu vì vậy mà người kỹ thuậtviên trước đó phải được đào tạo với một chương trình đào tạo tiên tiến, hiện đại, cungcấp đầy đủ kiến thức lí thuyết cũng như thực hành

Trên thực tế, trong các trường kỹ thuật của ta hiện nay thì trang thiết bị cho sinhviên, học sinh thực hành còn thiếu thốn rất nhiều, đặc biệt là các trang thiết bị, mô hìnhthực tập tiên tiến, hiện đại Các kiến thức mới có tính khoa học kỹ thuật cao còn chưađược khai thác và đưa vào thực tế giảng dạy Tài liệu về các hệ thống điều khiển hiệnđại trên ô tô như: EFI, ESA, ABS, GDI còn thiếu, chưa được hệ thống hóa một cáchkhoa học Các bài tập hướng dẫn thực tập, thực hành còn thiếu thốn Vì vậy mà người

kĩ thuật viên sau khi ra trường sẽ gặp nhiều khó khăn, khó tiếp xúc với những kiênthức, thiết bị tiên tiến, hiện đại trong thực tế

Do đó chế tạo mô hình hệ thống phun xăng điện tử trong giảng dạy trở nên rất

cần thiết Với đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống phun xăng hãng xe Ford” Nó giúp người học có cách nhiêng tổng quan, dễ hiểu, dễ thao tác Qua đó,

người học rút ra được nhiều kiến thức thực tế, tăng hiệu quả trong quá trình đào tạo

Đề tài đặt ra sinh viên phải tìm hiểu, học hỏi về bản chất từ đó nghiên cứu về hệthống phun xăng điện tử

1.2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG CỦA ĐỀ TÀI

+ Giới thiệu về hệ thống phun xăng được dùng trên ô tô hãng xe Ford

+ Lựa chọn các bộ phận cơ cấu chấp hành của hệ thống phun xăng điện tử dùng

trong đề tài

+ Đối tượng nghiên cứu là hệ thống phun xăng điện tử đa điểm của hãng xeFord

1.3 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

+ Đề tài giúp sinh viên năm cuối củng cố, tổng hợp lại kiến thức chuyên nghànhcũng như các lĩnh vực khác

+ Đề tài hệ thống phun xăng điện tử trên mô hình còn giúp sinh viên tìm hiểuthêm về nguyên lý, cấu tạo và hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử

+ Đề tài cũng có thể tạo các nguồn tài liệu cho các bạn học sinh, sinh viên cáckhóa sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu, học tập

1.4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

+ Phân tích đặc điểm, nguyên lý làm việc của các bộ phận điều khiển và cơ cấuchấp hành của hệ thống phun xăng điện tử dùng trên mô hình

+ Nghiên cứu lắp đặt mô hình

+ Tổng hợp các phương án kết nối và kiểm tra

+ Tổng hợp các tài liệu trong nước và ngoài nước để hoàn thành đề tài củamình

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

a Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

+ Đọc tài liệu, tìm hiểu, quan sát hệ thống trên xe

+ Phân tích cấu tạo nghiên cứu sâu hơn về hệ thống phun xăng điện tử

+ Xây dựng mô hình

b Phương pháp nghiên cứu tài liệu

+ Là phương pháp thu thập thông tin trên cơ sở nghiên cứu các văn bản đã cósẵn bằng tư duy logic

+ Mục đích để: rút ra những kết luận cần thiết

Các bước thực hiện:

Bước 1: Thu thập tài liệu về hệ thống phun xăng điện tử.

Bước 2: Sắp xếp nội dung tài liệu 1 cách hệ thống và logic chặt chẽ theo từng

đơn đơn vị kiến thức, từng vấn đề khoa học có cơ sở và bản chất nhất định

Bước 3: Đọc, nghiên cứu và phân tích tài liệu nói về hệ thống phun xăng điện

tử Phân tích cấu tạo và nguyên lý làm việc một cách khoa học

Bước 4: Tổng hợp kết quả đã phân tích được, hệ thống hóa lại kiến thức tạo ra

một hệ thống đầy đủ và sâu sắc

c Phương pháp phân tích, thống kê và mô tả

+ Là phương pháp tổng hợp lại kết quả nghiên cứu thực tiễn và nghiên cứu tàiliệu đánh giá và đưa ra những kết luận chính xác

+ Chủ yếu được sử dụng để đánh giá các mối quan hệ thông qua thông số thuđược

Bước thực hiện

Từ thực tiễn nghiên cứu về hệ thống và nghiên cứu tài liệu lý thuyết đưa raphương án thiết kế, lắp đặt mô hình

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÍNH TOÁN 2.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ EFI

2.1.1 Khái quát về phun xăng điện tử

Hệ thống phun xăng điện tử EFI (Electronic Fuel Injection) có nghĩa là hệ

thống phun xăng điều khiển bằng điện tử Hệ thống này hoạt động chính xác, hiệu quả

và linh động là ưu điểm của hệ thống phun nhiên liệu điện tử Gần như tất cả các xehiện đại đều sử dụng hệ thống phun nhiên liệu tiên tiến này tuy giá của nó cao hơn vàquy trình kiểm tra, bảo dưỡng cũng phức tạp hơn

Bộ chế hòa khí, thiết bị được sử dụng từ những chiếc xe hơi đầu tiên, đã chấmdứt sự nghiệp của nó cách đây nhiều năm Ngày nay, hệ thống phun xăng điện tử EFI(Electronic Fuel Injection) là thiết bị tiêu chuẩn của ngành công nghiệp xe hơi

Do vậy, hệ thống EFI được sử dụng thay thế cho bộ chế hòa khí, đảm bảo tỷ lệkhông khí – nhiên liệu thích hợp cho động cơ bằng việc phun nhiên liệu điện tử theocác chế độ lái xe khác nhau

Hình 2.1 Phun xăng điện tử trên ô tô

2.1.2 Lịch sử của động cơ EFI, và sự phát triển.

Hệ phun xăng điện tử đầu tiên được thương mại hóa bởi Bosch 1955 trênWright R-3350 Hệ thống này cải biến trên trên hệ thống diesel có áp lực cao được gắncánh bướm ga (diesel cổ điển không có bướm ga) Nó dùng một bơm xăng bìnhthường cung cấp nhiên liệu cho vòi phun được tăng áp vào buồng đốt.Khi kết hợp vớivalve Desmo trong xe đua 300SL tạo ra một sức >100 mã lực

Năm 1957 Chrysler sử dụng hệ phun xăng điện tử EFI (electronic fuelinjection) ra đời trên thương mại bởi Bendix Corporation và 1958 Chrysler trên xeChrysler 300D, Dodge D500, Plymouth Fury và DeSoto Adventurer Nhưng bảnquyền sáng chế lại về tay Bosch Bosch phát minh hệ EFI gọi là D-Jetronic (D forDruck, German = áp suất)) trên xe VW 1600TL in 1967

Với sự phát minh của EFI, Honda đã áp dụng ngay phương pháp này để làm lợicho mình Honda giới thiệu một số kiểu xe giá rẻ ở Bắc Mỹ dùng EFI dưới tên gọiPGM-FI Khởi nguồn từ xe đua, PGM-FI đã tìm đường vào xe hơi Honda vào cuốithập niên 1980 trong xe Accord và Prelude trong các máy Honda A20A, A20A3 &A20A4 Năm 1986 Honda Civic gắn PGMFI Năm 1998 xe gắn máy đầu tiên trên thếgiới sử dụng PGMFI là VFR800FI

Ở Việt Nam hệ thống phun xăng điện tử (EFI) mới chỉ mới xuất hiện vàonhững năm gần đây Năm 1995 cùng với sự ra đời của toyota VN các xe ôtô dunhập vào Việt Nam đã có mang theo công nghệ này, nhưng còn chưa mạnh mẽ.Mãi những năm gần đây khi hội nhập thì hệ thống phun xăng điện tử trên ôtô của VNcũng ngày càng phát triển mạnh mẽ Hiện nay ở nước ta đã có hơn 50% các xe ôtô đã

sử dụng hệ thống tiên tiến này Tuy nhiên việc hệ thống này có phát triển mạnh mẽtrong thời gian tới ở VN hay không đang đươc đặt một dấu hỏi lớn Việc sử dụng hệthống này không khó, xong khi nó hỏng hóc hay cần bảo hành thì kiến thức và kinhnghiệm của đại đa số thợ và kỹ sư trong nước hiện nay chưa đủ để có thể can thiệp vàoEFI Mà có đủ thì cũng khó có thể tìm phụ tùng thay thế đúng tiêu chuẩn Chính vì vậyviệc phát triển thợ sửa chữa và các kỹ sư chất lượng cao cho ngành này đang là nhucầu thiết yếu để phát triển nó

2.1.3 Đặc điểm cơ bản của EFI

2.1.3.1 Có thể đạt được tỷ lệ khí – nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh và chính xác với các chế độ vận hành của động cơ

Do mỗi xylanh đều có vòi phun của mình và do lượng phun được điều chỉnhchính xác bằng ECU theo sự thay đổi về tốc độ động cơ và tải trọng, nên có thể phânphối đều nhiên liệu đến từng xylanh Hơn nữa, tỷ lệ không khí – nhiên liệu có thể điềuchỉnh tự do nhờ ECU bằng việc thay đổi thời gian hoạt động của vòi phun (khoảngthời gian phun nhiên liệu) Vì các lý do đó, hỗn hợp khí nhiên liệu được phân phối đềuđến tất cả các xylanh và tạo ra được tỷ lệ tối ưu Chúng có ưu điểm về cả khía cạnhkiểm soát khí xả lẫn tính năng về công xuất

Nếu như ở bộ chế hoà khí, lượng nhiên liệu được hút vào các xi lanh của động

cơ chỉ phụ thuộc vào độ chênh áp giữa họng khuyếch tán và áp suất trong buồng phao,thì đối với hệ thống phun xăng điện tử, lượng nhiên liệu phun vào được tính toán kỹcàng bởi ECU dựa trên các thông số hoạt động của động của động cơ đo được nhờ cáccảm biến Về mặt định lượng nhiên liệu, có thể chia EFI ra thành hai hệ thống: hệthống định lượng chính và hệ thống phun bổ xung

Hình 2.2 ECU động cơ điều khiển vòi phun dựa trên các tín hiệu cảm biến

Hệ thống định lượng chính:

+ Hệ thống định lượng chính có nhiệm vụ điều khiển quá trình phun sao choluôn luôn đảm bảo tỷ lệ lý tưởng giữa không khí và nhiên liệu trong hỗn hợp khí cháy(tỷ lệ 14,7:1) Điều này được thực hiện như sau: bộ phận đo lưu lượng khí nạp cungcấp tín hiệu về lượng khí nạp cho ECU, dựa trên cơ sở đó ECU sẽ tính toán lượngxăng phun cần thiết Lượng xăng phun này còn được gọi là lượng phun cơ bản

+ Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống định lượng chính được thể hiện trênhình dưới Nó bao gồm 3 phần cơ bản như sau: cấp không khí, cấp nhiên liệu và điềukhiển phun

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống định lượng chính

+ Mạch cấp khí Khi bướm ga mở, không khí được hút qua bầu lọc rồi đi qua bộphận đo lưu lượng không khí, bướm ga để đi vào đường ống nạp của động cơ

+ Mạch cấp nhiên liệu Bơm xăng (chạy bằng điện) hút xăng từ trong thùng,đẩy qua bầu lọc đi vào đường phân phối xăng và tạo nên áp suất thường trực tại cácvòi phun của các xi lanh áp suất này được khống chế bởi một van điều áp, lượngnhiên liệu thừa sẽ đi qua van này để hồi về thùng

+ Mạch điều khiển phun Mạch này chuyển thông tin về lượng khí nạp thành tínhiệu điện và báo về ECU Dựa trên tín hiệu này cùng với tín hiệu về số vòng quay củađộng cơ lấy được từ mạch sơ cấp của tăng điện, ECU sẽ tính toán lượng xăng cần phun

và phát tín hiệu điều khiển vòi phun Nhận được tín hiệu này, van điện của vòi phun sẽ

mở và nhiên liệu được phun vào đường ống nạp Tín hiệu điều khiển vòi phun phảichứa đựng 2 thông tin: thời điểm phun và thời gian phun

 Thời gian phun có ý nghĩa rất quan trọng đối với hệ thống phun xăng,bởi vì chính nó quyết định lượng nhiên liệu do vòi phun cung cấp (xemphần vòi phun) Tín hiệu điều khiển vòi phun phải có độ dài tỷ lệ vớilượng nhiên liệu cần phun và độ dài này cũng chính là thời gian phun

 Thời điểm phun Ngược lại, đối với hệ thống phun xăng, thời điểm phunkhông có ý nghĩa quan trọng như trong hệ thống phun nhiên liệu củađộng cơ diezel Do vậy, trên thực tế có thể gặp các hệ thống phun xăng

có các chế độ phun khác nhau, chủ yếu là 2 chế độ: phun đồng thời vàphun theo pha làm việc của xi lanh.

Hệ thống phun điều chỉnh:

+ Hệ thống định lượng chính, như đã trình bày trên đây, đảm bảo cung cấp hỗnhợp khí cháy theo tỷ lệ lý tưởng (14.7:1) cho động cơ Tuy nhiên, động cơ thường phảihoạt động trong những điều kiện rất khác nhau, ở những chế độ tải rất khác nhau và tỷ

lệ này không phải lúc nào cũng là thích hợp Chẳng hạn, khi khởi động động cơ nguộihoặc khi động cơ phải làm việc với tải lớn thì cần phải cấp cho nó hỗn hợp đậm đặchơn Do vậy cần phải có các chế độ phun bổ xung để điều chỉnh hỗn hợp có tỷ lệ phùhợp với điều kiện làm việc của động cơ Lượng phun bổ xung được gọi là lượng phunđiều chỉnh

+ Để có được các thông tin về chế độ làm việc của động cơ thì phải có các cảmbiến đo các thông số tương ứng Tín hiệu từ những cảm biến này sẽ là cơ sở để ECUtính toán lượng xăng bổ xung cần thiết

+ Nếu như hệ thống định lượng chính cần có 2 thông tin: lượng khí nạp và sốvòng quay của động cơ, thì hệ thống phun điều chỉnh thường có đòi hỏi những thôngtin bổ xung sau:

Hình 2.4 Sơ đồ điều khiển phun điều chỉnh

Có hai phương pháp phun điều chỉnh Ở phương pháp thứ nhất, ECU phân tíchcác tín hiệu thu được từ các cảm biến và tính toán lượng phun điều chỉnh thích hợp.Phương pháp thứ hai sử dụng một số bộ phận phun bổ xung độc lập mà không cần có

sự điều khiển trực tiếp của ECU (vòi phun khởi động nguội điều khiển bằng tiếp điểmđóng mở theo nhiệt độ, van khí sấy nóng động cơ ở chế độ không tải)

2.1.3.2 Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở bướm ga

Ở động cơ lắp bộ chế hòa khí, từ bộ phận phun nhiên liệu đến xylanh có mộtkhoảng cách dài Cũng như do có sự chênh lệch lớn giữa tỷ trọng riêng của xăng vàkhông khí, nên xuất hiện sự chậm trễ nhỏ khi xăng đi vào xylanh tương ứng với sựthay đổi của luồng khí nạp Mặc dù vậy, ở hệ thống EFI, vòi phun được bố trí gầnxylanh và được nén với áp suất khoảng 2 kg/cm2 đến 3 kg/cm2, cao hơn so với áp suấtđường nạp cũng như nó được phun qua một lỗ nhỏ, nên nó dễ dàng tạo thành dạngsương mù Do vậy, lượng phun thay đổi tương ứng vói sự thay đổi của lượng khí nạptùy theo sự đóng mở cửa bướm ga, nên hỗn hợp không khí nhiên liệu phun vào trongcác xylanh thay đổi ngay lập tức theo độ mở của bướm ga Nói tóm lại, nó đáp ứng kịpthời với sự thay đổi của vị trí chân ga

2.1.3.3 Hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu

a) Bù tại tốc độ thấp:

Khả năng tải thấp tại tốc độ thấp được nâng cao do nhiên liệu ở dạng sương mùtốt được phun bằng vòi phun khởi động lạnh khi động cơ khởi động Cũng như, dolượng không khí đầy đủ được hút vào qua van khí phụ, khả năng tải tốt được duy trìngay lập tức sau khi khởi động

b) Cắt nhiên liệu khi giảm tốc:

Trong quá trình giảm tốc, động cơ chạy với tốc độ cao ngay cả khi bướm gađóng kín Do vậy, lượng khí nạp vào xylanh giảm xuống và độ chân không trongđường ống nạp trở nên rất lớn Ở chế hòa khí, xăng bắm trên thành của đường ống nạp

sẽ bay hơi và vào trong xylanh do độ chân không của đường ống nạp tăng đột ngột, kếtquả là hỗn hợp quá đậm, quá trình cháy không hoàn toàn và làm tăng lượng cháykhông hết(HC) trong khí xả Ở động cơ EFI, việc phun nhiên liệu bị loại bỏ khi bướm

ga đóng và động cơ chạy tại tốc độ lớn hơn một giá trị nhất định, do vậy nồng độ HCtrong khí xả giảm xuống và làm giảm tiêu hao nhiên liệu.

c) Nạp hỗn hợp không khí – nhiên liệu có hiệu quả:

Ở bộ chế hòa khí, dòng không khí bị thu hẹp tại họng khuếch tán để tăng tốc độdòng khí, tạo nên độ chân không bên dưới họng khuếch tán

Đó là nguyên nhân hỗn hợp không khí – nhiên liệu được hút vào trong xylanh

trong hành trình đi xuống xủa piston Tuy nhiên họng khuếch tán làm hẹp(cản trở)

dòng khí nạp và đó là nhược điểm của động cơ Mặt khác, ở EFI một áp xuất xấp xỉ 2– 3 kgf/cm2 luôn được cung cấp đến động cơ để nâng cao khả năng phun sương củahỗn hợp không khí – nhiên liệu, do đó có thể làm đường ống nạp nhỏ hơn nên có thểlợi dụng quán tính của dòng khí nạp của hỗn hợp không khí – nhiên liệu tốt hơn

2.1.4 Ưu điểm của hệ thống phun xăng điện tử

Hệ thống phun xăng có nhiều ưu điểm hơn bộ chế hòa khí là:

1) Dùng áp suất làm tơi xăng thành những hạt bụi sương hết sức nhỏ

2) Phân phối hơi xăng đồng đều đến từng xylanh một và giảm thiểu xuhướng kích nổ bởi hòa khí loãng hơn

3) Động cơ chạy không tải êm dịu hơn

4) Tiết kiệm nhiên liệu nhờ điều khiển được lượng xăng chính xác, bốc hơitốt, phân phối xăng đồng đều

5) Giảm được các khí thải độc hại nhờ hòa khí loãng

6) Mômen xoắn của động cơ phát ra lớn hơn, khởi động nhanh hơn, xấynóng máy nhanh và động cơ làm việc ổn định hơn

7) Tạo ra công suất lớn hơn, khả năng tăng tốc tốt hơn do không có họngkhuếch tán gây cản trở như động cơ chế hòa khí

8) Hệ thống đơn giản hơn bộ chế hòa khí điện tử vì không cần đến cánhbướm gió khởi động, không cần các vít hiệu chỉnh

9) Gia tốc nhanh hơn nhờ xăng bốc hơi tốt hơn lại được phun vào xylanh tậnnơi

10) Đạt được tỉ lệ hòa khí dễ dàng

11) Duy trì được hoạt động lý tưởng trên phạm vi rộng trong các điều kiệnvận hành.

12) Giảm bớt được các hệ thống chống ô nhiễm môi trường

2.2 KẾT CẤU CƠ BẢN CỦA EFI

Hệ thống phun xăng điện tử rất phức tạp và gồm nhiều bộ phận hợp thành Ta

có thể chia EFI ra thành 3 hệ thống nhỏ: hệ thống điều khiển điện tử, hệ thống nhiênliệu và hệ thống nạp khí Nguyên lý hoạt động của hệ thống có thể được thể hiện dướidạng sơ đồ khối như hình dưới

+ Hệ thống điều khiển điện tử là đảm bảo hỗn hợp khí cháy có tỷ lệ lý tưởng(15:1) Bộ phận chính của hệ thống điều khiển điện tử là bộ Điều khiển trung tâm(ECU), nó nhận thông tin từ các cảm biến (nhiệt độ nước, nhiệt độ khí nạp, vị trí bướm

ga, tín hiệu khởi động và cảm biến ô xy) cùng với tín hiệu đánh lửa và thông tin từ bộphận đo lượng khí nạp Sau khi xử lý các tín hiệu thu được ECU sẽ phát tín hiệu điềukhiển vòi phun (thông tin về thời điểm phun và lượng phun) Nhờ đó mà lượng nhiênliệu phun vào luôn luôn tỷ lệ với lượng khí nạp

+ Hệ thống nhiên liệu bao gồm: một bơm điện, nó hút xăng từ thùng chứa vàđẩy vào hệ thống qua một bầu lọc Như vậy, khi động cơ hoạt động, trong đường ốngphân phối nhiên liệu tới các vòi phun luôn luôn thường trực một áp suất khôg đổi(khoảng 2,5 kg/cm2 đến 3 kg/cm2), đây cũng chính là áp suất phun Khi nhận được tínhiệu điều khiển từ ECU, van điện mở và nhiên liệu được phun vào trong đường ốngnạp Để giữ áp suất ổn định trên đường ống nhiên liệu cấp tới các vòi phun, người ta

bố trí một van điều áp Ngoài ra đường ống nhiên liệu còn được nối tới vòi phun khởiđộng nguội bố trí trong buồng khí nạp Tín hiệu điều khiển vòi phun này được lấy từcông tắc báo khởi động nguội Công tắc này đặt trong áo nước của xi lanh và đóng, mởtuỳ theo nhiệt độ nước

+ Hệ thống nạp khí : bắt đầu từ một bộ lọc khí, sau khi đi qua nó không khíđược lọc sạch và được dẫn qua một bộ đo lưu lượng khí nạp (lưu lượng kế hoặc cảmbiến đo lưu lượng) rồi đi qua bướm ga, đi tiếp tới buồng khí và đi vào cụm ống nạp

của động cơ Tại đây, nhiên liệu được phun vào, hoà trộn với không khí tạo thành hỗnhợp rồi được hút vào các xi lanh.

Hình 2.5 Sơ đồ tổng quát hệ thống EFI

2.3 HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI

EFI có thể chia thành 3 khối chính:

+ Khối tín hiệu đầu vào( tín hiệu các cảm biến)

+ Khối xử lí tín hiệu và điều khiển hệ thống phun xăng điện tử EFI

+ Khối cơ cấu chấp hành

2.3.1 Khối tín hiệu đầu vào

1 Cảm biến áp suất đường ống nạp

Hình 2.6 Cấu tạo cảm biến áp suất đường ống nạp

 Nguyên lý hoạt động:

Cảm biến áp suất đường ống nạp hoạt động dựa trên nguyên lý cầu Wheatstone.Mạch cầu Wheatstone được sử dụng trong thiết bị nhằm tạo ra một điện thế phù hợpvới sự thay đổi điện trở

+ Ở trạng thái tĩnh: khi động cơ chưa làm việc áp suất không thay đổi màngngăn không bị biến dạng tất cả 4 điện trở điện áp đều có giá trị bằng nhau lúc đókhông có điện áp giữa 2 đầu cầu

+ Khi làm việc: khi áp suất đường ống nạp giảm, màng silicon bị biến dạng dẫnđến giá trị điện trở điện áp thay đổi và làm mất cân bằng cầu wheatstone Kết quả làgiữa 2 đầu cầu có sự chênh lệch điện áp và tín hiệu này được khuếch đại để mởtransistor ở ngõ ra của cảm biến Độ mở transistor phụ thuộc vào áp suất đường ốngnạp dẫn đến sự thay đổi điện áp báovề ECU

Hình 2.7 Đặc tính cảm biến áp suất đường ống nạp

2 Cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston( cảm biến vị trí trục cam)

Cảm biến vị trí piston (còn gọi là tín hiệu G) báo cho ECU biết vị trí điểm chếttrên hoặc trước điểm chết trên của piston Công dụng của cảm biến này là để ECU xácđịnh thời điểm đánh lửa và cả thời điểm phun

Cảm biến tốc độ động cơ (còn gọi là tín hiệu NE) dùng để báo tốc độ động cơ

sử dụng trong quá trình tính toán hoặc tìm góc đánh lửa tối ưu và lượng nhiên liệu sẽ

phun cho từng xylanh Cảm biến này cũng được sử dụng vào mục đích điều khiển tốc

độ không tải hoặc cắt nhiên liệu ở chế độ không tải cưỡng bức

 Vị trí:

Có nhiều cách bố trí cảm biến G và NE trên động cơ: trong delco, trên bánh đà,hoặc trên bánh răng cam

 Cấu tạo:

của cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston:

Hình 2.8 Sơ đồ bố trí cảm biến G và NE

Bộ phận chính của cảm biến là một cuộn cảm ứng, một nam châm vĩnh kiểu vàmột rotor dùng để khép mạch từ có số răng tùy thuộc vào từng loại động cơ

Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý cảm biến kiểu điện từ

 Nguyên lý hoạt động của cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston:

Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ

+ Ở trạng thái tĩnh: khi tốc độ động cơ bằng không roto không quay lên không

có từ thông xuất hiện trong mạch Tín hiệu là một đường thẳng

+ Khi làm việc: khi đỉnh răng của rotor không nằm đối diện cực từ, thì từ thông

đi qua cuộn dây cảm ứng sẽ có giá trị thấp vì khe hở không khí lớn nên có từ trở cao.Khi một đỉnh răng đến gần cực từ của cuộn dây, khe hở không khí giảm dần khiến từthông tăng nhanh Như vậy nhờ sự biến thiên từ thông, trên cuộn dây sẽ xuất hiện mộtsức điện động cảm ứng Khi đỉnh răng của rotor đối diện với cực từ của cuộn dây, từthông đạt giá trị cực đại nhưng điện áp ở hai đầu cuộn dây bằng không Khi đỉnh răngrotor di chuyển ra khỏi cực từ, thì khe hở không khí tăng dần làm từ thông sinh ragiảm theo chiều ngược lại Tín hiệu có dạng:

Hình 2.10 Sơ đồ mạch điện và dạng tín hiệu xung G và NE

3 Cảm biến vị trí bướm ga

Đây là thông tin phản ánh mức tải của động cơ Nó đặc biệt quan trọng haitrạng thái đầu (không tải) và 75% tải trở lên của bướm ga Cảm biến bướm ga đưa rathông tin quan trọng báo về ECU là thông tin về vị trí không tải và thông tin về vị trítoàn tải, và thông tin về thời điểm tăng tốc Loại cảm biến kiểu biến trở có thể cho biết

vị trí bướm ga tại bất kỳ vị trí nào, việc xác định tăng tốc đối với loại cảm biến này làviệc tăng đột ngột điện áp tại chân giữa của cảm biến

 Vị trí:

Cảm biến vị trí cánh bướm ga được lắp ở trên trục cánh bướm ga

 Cấu tạo:

 Nguyên lý hoạt động:

Một điện ỏp khụng đổi 5V từ ECU cung cấp đến cực VC

+ Khi cỏnh bướm ga mở làm con trượt sẽ trượt dọc theo điện trở mức điện ỏptại chõn giữa (VTA) tăng dần ứng với gúc mở cỏnh bướm ga, giỏ trị này khụng cố địnhtại mức nào do đú để tớn hiệu này cú thể sử dụng để điều khiển phun thỡ tớn hiệu phải

đi qua một bộ chuyển đổi A/D (Analog to Digital converter) để tớn hiệu trở thành giỏtrị số

+ Khi khụng làm việc: cỏnh bướm ga đúng hoàn toàn tiếp điểm cầm chừng nốicực IDL với cực E2

Hỡnh 2.12 Đặc tớnh cảm biến vị trớ

4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mỏt và nhiệt độ khớ nạp

Mục đớch của cảm biến nhiệt độ nước và nhiệt độ khớ nạp là bỏo cho ECU biếtgiỏ trị nhiệt độ của động cơ và của khớ nạp vào để ECU hiệu chỉnh lại lượng nhiờn liệuphun và gúc đỏnh lửa cho phự hợp

4a Cảm biến nhiệt độ nước làm mỏt

4 3

5 V

100% độ mở

b ớm ga

+ Thường là trụ rỗng có ren bên ngoài, bên trong có gắn một điện trở dạng bándẫn có hệ số nhiệt trở âm.

Hình 2.13 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

 Nguyên lý làm việc:

+ Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận thay đổi nhiệt độ theo điện trở Khinhiệt độ tăng điện trở giảm và ngược lại Sự thay đổi giá trị của điện trở sẽ làm thayđổi giá trị điện áp được gửi tới ECU

+ Khi nhiệt độ động cơ thấp giá trị điện trở cảm biến cao và điện áp gửi đến bộbiến đổi ADC lớn Tín hiệu điện áp chuyển thành tín số và được giải mã nhờ bộ vi sử

lý để thông báo cho ECU biết động cơ đang lạnh

+ Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm kéo theo điện áp đặt giảm,báo cho ECU biết động cơ đang nóng

Hình 2.14 Đặc tính của cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Hình 2.16 Đặc tính của cảm biến nhiệt độ khí nạp

5 Cảm biến Oxy ( hay cảm biến khí thải, cảm biến lamda)

Mục đích của cảm biến  là đo liên tục nồng độ khí xả và hiệu chỉnh liên tụclượng xăng phun ra tuỳ theo kết quả đo, thông qua ECU

sự xói mòn do các chất cặn, muội trong khí xả Ống bảo vệ có thể chịu được nhiệt độtới 10000C, được xẻ rãnh nhằm tránh rung động trực tiếp của khí xả lên phần tử đó

Hình 2.17 Cấu tạo và đặc tính của cảm biến oxy

 Nguyên lý hoạt động:

+ Nguyên lý đo dựa trên sự so sánh hàm lượng oxy trong không khí chuẩn vàkhí xả Khi có sự chênh lệch về lượng ôxy thì trên hai bề mặt ống xứ xuất hiện điện áp,giá trị điện áp phụ thuộc mức độ chênh lệch hàm lượng O2 với điều kiện cảm biến đãđược nung nóng đến nhiệt độ nhất định

Khi  < 0,9 điện áp trên hai cực > 0,8v

Khi  > 1,1 điện áp trên hai cực < 0,2v

Cảm biến  chỉ hoạt động có hiệu quả khi nhiệt độ của cảm biến >2500C

Thông thường các cảm biến  hiện nay được trang bị thêm một sợi đốt nằm bêntrong cảm biến nhằm rút ngắn thời gian sấy nóng khi động cơ mới khởi động

Hình 2.19 Mạch điện tín hiệu khởi động

Cảm biến kích nổ được chế tạo bằng vật liệu áp điện Nó được gắn trên thânxylanh hoặc trên nắp máy để cảm nhận xung kích nổ phát sinh trong động cơ và gửitín hiệu về ECU để giảm thời điểm đánh lửa sớm nhằm ngăn chặn hiện tượng kích nổ Thành phần áp điện trong cảm biến kích nổ được chế tạo bằng tinh thể thạchanh (piezoelement) Phần tử áp điện được thiết kế có kích thước với tần số riêng trùngvới tần số rung động của động cơ khi có hiện tượng kích nổ để xảy ra hiện tượng cộnghưởng (f = 7kHz) Như vậy, khi có kích nổ tinh thể thạch anh sẽ chịu áp lực lớn nhất

và sinh ra một điện áp Tín hiệu điện áp này có giá trị nhỏ hơn 2,4V ECU nhận biết tínhiệu này và điều khiển để giảm góc đánh cho đến khi không còn hiện tượng kích nổ.Sau đó ECU có thể điều chỉnh góc đánh lửa sớm trở lại

Hình 2.18 Đồ thị biểu diễn tần số và mạch điện tính cảm biến kích nổ

Khi bật công tắc điều hòa, để tốc độ không tải ổn định phải gửi tín hiệu về ECU

để tăng thêm lượng nhiên liệu phun vào động cơ thông qua việc điều khiển van khôngtải ISCV để tăng lượng không khí nạp vào động cơ

 Công tắc nhiệt độ nước:

Tín hiệu này sử dụng để điều khiển quạt làm mát két nước, khi nhiệt độ nhỏhơn 700C công tắc mở và chỉ chuyển sang trạng thái đóng khi nhiệt độ lớn hơn 700Cnhằm rút ngắn thời gian sấy nóng máy Hoặc công tắc nhiệt dùng để hạn chế nhiệt độtối đa làm mát động cơ, khi nhiệt độ động cơ quá nóng (>1100C) công tắc này chuyển

từ trạng thái mở sang trạng thái đóng và gửi tín hiệu về ECU điều khiển giảm lượngxăng phun

2.3.2 Khối điều khiển hệ thống phun xăng điện tử EFI

ECU là sự tập hợp của nhiều modul khác nhau: ổn áp, mạch khuyếch đại,chuyển đổi Analog sang Digital và ngược lại, vi điều khiển, thạch anh tạo dao động,mạch tách tín hiệu… Tất cả được tích hợp trên một bo mạch cứng qua đó tín hiệu đượctruyền cho nhau với tốc độ nhanh hơn tiết kiệm năng lượng hơn và ổn định Khối xửlý( ECU) này nhận các thông tin đầu vào quan trọng từ các cảm biến: cảm biến NE,cảm biến G, cảm biến bướm ga, … Những tín hiệu vào này quyết định đến các chế độlàm việc

1 Bộ ổn áp

Máy phát điện và acquy trong ôtô cung cấp điện áp 12V không ổn định, lúc caohơn lúc thấp hơn Chíp vi điều khiển và các cảm biến với những linh kiện điện tử bándẫn cần điện áp nhỏ hơn và ổn định Vì thế cần có một bộ ổn áp cung cấp điện áp ổnđịnh

Hình 2.20 Mạch điện công tắc điều hòa

Hình 2.21 Mạch điện công tắc nhiệt độ