đồ án tốt nghiệp thiết kế bộ điều khiển hệ thống phun xăng điện tử

đồ án tốt nghiệp thiết kế bộ điều khiển hệ thống phun xăng điện tử đồ án dành cho các bạn sinh viên ô tô và cơ điện tử đồ án đã tính toán và thiết kế và mô hình hoá được bọ điều khiển hệ thống thống phun xăng điện tử trên xe ô tô bằng việc thiết kế cách mạch điện tử và lập trình xây dựng mô hình hoá để mô phỏng hoạt động. đồ án bao gồm bản thuyết minh, sline bản vẽ cad, bản vẽ thiết kế mạch mô phỏng trên proteus và altium code chương trình và mô hình đã thiết kế

Mục lục

Mục lục 1

Lời nói đầu 5

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ 6

1.1 Giới thiệu chung 6

1.1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống phun xăng điện tử 6

1.1.2 Ưu nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử so với bộ chế hòa khí 7

1.2.Phân loại EFI 10

1.2.1Phân loại theo phương pháp phát hiện lượng không khí nạp 10

1.2.2.Phân loại theo điểm phun 11

1.2.3 Phân loại theo phương pháp điều khiển kim phun 12

1.2.4 Phân loại theo thời điểm phun xăng 12

1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử 13

1.3.1 Cấu tạo 13

1.3.2 Nguyên lý hoạt động 14

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN XE HYUNDAI GRAND I10 17

2 Giới thiệu chung về xe Hyundai Grand i10 17

2.1 Hệ thống phun xăng điện tử động cơ KAPPA 21

2.1.1 Sơ đồ bố trí chung của hệ thống phun xăng điện tử động cơ KAPPA 21

2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận chính 22

2.1.2.1 Bơm nhiên liệu 22

2.1.2.2 Bầu lọc nhiên liệu 24

2.1.2.3 Bộ giảm rung động 25

2.1.2.4 Bộ ổn định áp suất 25

2.1.2.5 Vòi phun xăng điện tử 27

2.1.2.6 Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu 29

2.2 Hệ thống cung cấp không khí động cơ Kappa 31

2.2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp không khí 31

2.2.2 Các bộ phận chính của hệ thống cung cấp không khí 32

2.3 Hệ thống điều khiển phun xăng điện tử động cơ Kappa 33

2.3.1 Nguyên lý chung 33

2.3.2 Sơ đồ mạch điện 34

2.3.3 Bộ điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit) 37

2.3.3.1 Chức năng hoạt động cơ bản 38

2.3.3.2 Chức năng thực tế 41

2.3.3.3 Các bộ phận của ECU 41

2.3.3.4 Các thông số hoạt động của ECU 42

2.3.3.5 Xử lý thông tin và tạo xung phun 42

2.3.3.6 Điều khiển thời điểm phun 44

2.3.3.7 Điều khiển lượng phun 45

2.3.3.8 Các chế độ làm việc 45

2.3.4 Các cảm biến 48

2.3.4.1 Cảm biến lưu lượng khí nạp 48

2.3.4.2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 50

2.3.4.3 Cảm biến vị trí bướm ga 51

2.3.4.4 Cảm biến ôxy 53

2.3.4.6 Cảm biến vị trí trục cam 56

2.3.4.7 Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKP) 57

2.3.4.8 Cảm biến tiếng gõ 58

2.3.4.9 Cảm biến vị trí bàn đạp ga 59

2.4 Tính toán lượng nhiên liệu cung cấp 61

2.4.1 Lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu 61

2.4.2 Tính toán lượng nhiên liệu phun cho động cơ 62

2.5 Kết luận 65

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ ĐỘNG CƠ 4 MÁY 66

3.1 Dụng cụ chuẩn bị 66

3.1.1 Arduino UNO R3 66

3.1.2 Led hiển thị mô phỏng cho kim phun và bơm nhiên liệu 67

3.1.3 Relay 5 chân 5V 68

3.1.4.Transistor C828 69

3.1.5 Thyristor IRF 540 70

3.1.6 Điện trở 71

3.1.7 Cảm biến quang 71

3.1.8 Màn hình hiển thị LCD và IC giải mã I2C 72

3.2 Mạch mô phỏng Proteus 74

3.2.1 Mạch điều khuyển vòi phun: 74

3.2.2 Mạch điều khuyển kim phun: 74

3.2.3 Mạch hiển thị màn hình LCD và cảm biến tốc độ: 75

3.2.4 Mạch tổng quan: 75

3.3 Mạch mô phỏng trên Altium 76

3.3.1 Sơ đồ nguyên lý 76

3.3.2 Sơ đồ đi dây 76

3.3.3 Mô hình trên mô phỏng 3D 77

3.4 Mô hình thực tế 78

3.4.1) Bảng mạch và dụng cụ làm mạch 78

3.4.2) Gắn và hàn chân linh kiện 78

3.4.2) Các chế độ làm viêc 79

a) TH1: Công tắc OFF 79

b) TH2: Công tắc ON vs động cơ chưa hoạt động 79

c) TH3: Công tắc ON và động cơ hoạt động 80

3.5 Chương trình nạp cho arduino (CODE) 81

KẾT LUẬN 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

Lời nói đầuNhư chúng ta đã biết, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành côngnghệ ô tô thì ngành cơ điện tử trên ôtô cũng có những sự vươn lên mạnh mẽ.Hàng loạt các linh kiện bán dẫn, thiết bị điện tử cảm biến được trang bị trênđộng cơ ôtô nhằm mục đích giúp tăng công suất động cơ, giảm được suất tiêuhao nhiên liệu và đặc biệt là ô nhiễm môi trường do khí thải tạo ra là nhỏnhất Và hàng loạt các ưu điểm khác mà động cơ đốt trong hiện đại đã đemlại cho công nghệ chế tạo ôtô hiện nay.

Việc khảo sát cụ thể, chẩn đoán, bảo dưỡng hệ thống phun xăng điềukhiển điện tử giúp em có một cái nhìn cụ thể hơn, sâu sắc hơn về vấn đề này.Đây cũng là lý do mà đã khiến em chọn đề tài khảo sát hệ thống phun xăngđiện tử động cơ Kappa trên dòng xe Hyundai Grand i10 này làm đề tài tốtnghiệp Nội dung đồ án bao gồm:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống phun xăng điện tử

Chương 2: Phân tích kết cấu hệ thống phun xăng điện tử

Chương 3: Xây dựng mô hình hệ thống phun xăng điện tử động cơ 4máy

Do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu thamkhảo còn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án tốt nghiệp của

em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô giáo trong bộmôn chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn và các thầygiáo trong bộ môn cơ khí Ô tô đã giúp em hoàn thành đồ án này

Hà Nội, ngày 10 tháng 2 năm2021

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG

ĐIỆN TỬ

1.1 Giới thiệu chung.

Xu thế phát triển của các nhà sản xuất ô tô là nghiên cứu hoàn thiện quátrình hình thành hỗn hợp cháy để đạt được sự cháy hết, tăng tính kinh tế nhiênliệu và giảm được hàm lượng độc hại của khí xả thải ra môi trường Côngnghệ phun xăng điện tử là một giải pháp cho vấn đề ấy Hiện nay, hệ thốngnày được các nhà sản xuất áp dụng trên nhiều loại xe Trước tiên, hãy bắt đầubằng việc lịch sử ra đời và phát triển hệ thống này

Hệ thống phun xăng điện tử là hệ thống điều khiển tích hợp cả hai quátrình phun xăng và đánh lửa của động cơ, cho phép cung cấp lượng xăngchính xác dưới sự điều khiển của ECU theo sự thay đổi tốc độ động cơ và tảitrọng, dẫn đến việc phân phối đều nhiên liệu tới từng xi lanh

1.1.1 Lịch sử phát triển của hệ thống phun xăng điện tử

Vào cuối thế kỷ 19, người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng cháynhưng không mang lại hiệu quả nên không được thực hiện Đến năm 1887người Mỹ đã có đóng góp to lớn trong việc triển khai hệ thống phun xăng vàosản xuất, áp dung trên động cơ tỉnh tại Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệthống phun xăng trên động cơ 4 thì tỉnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ máy

là dầu hoả nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp), với sự đóng góp này đãđưa ra một công nghệ chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu máy bay ở Đức

Từ đó trở đi, hệ thống phun xăng được áp dụng trên các ô tô ở Đức và nó

đã thay dần động cơ sử dụng chế hoà khí Hãng BOSCH đã áp dụng hệ thốngphun xăng trên ô tô hai thì bằng cách cung cấp nhiên liệu với áp lực cao và sửdụng phương pháp phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt nên giá thành chếtạo cao và hiệu quả lại thấp với kỹ thuật này đã được ứng dụng trong thếchiến thứ II

Việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống phun xăng bị gián đoạn trong một

tô Peugeot 404 Họ điều khiển sự phân phối nhiên liệu bằng cơ khí nên hiệuquả không cao và công nghệ vẫn chưa đáp ứng tốt Đến năm 1966 hãngBOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng cơ khí Trong

hệ thống này nhiên liệu được phun liên tục vào trước xupáp nạp nên có tên làK-Jetronic(K- konstant-liên tục, Jetronic-phun) K-jetronic được đưa vào sảnxuất và ứng dụng trên các xe của Hãng Mercedes và một số xe khác, là nềntảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng thế hệ sau này

Hình 1.1 Ô tô Peugeot 404 và Ô tô Mercedes 380 SE (1982) sử dụng hệ

thống K -Jetronic

1.1.2 Ưu nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử so với bộ chế hòa khí.

a) Ưu điểm:

+ Có thể cấp hỗn hợp không khí - nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh

Do mỗi xylanh đều có vòi phun và lượng nhiên liệu phun được điềukhiển chính xác bằng ECU theo sự thay đổi về tốc độ động cơ và tải trọng nên

có thể phân phối đều đến từng xylanh Mặt khác, vì tỷ lệ không khí - nhiênliệu có thể điều khiển tự do nhờ ECU bằng việc thay đổi thời gian hoạt độngcủa vòi phun nên hỗn hợp khí - nhiên liệu được phân phối đều đến tất cả cácxylanh, kết quả tỷ lệ không khí – nhiên liệu sẽ tối ưu

+ Có thể đạt được tỷ lệ không khí - nhiên liệu chính xác

Vòi phun đơn của bộ chế hoà khí không thể điều khiển chính xác tỷ lệ

không khí - nhiên liệu ở tất cả các dải tốc độ, đó là dải tốc độ không tải, tốc

độ trung bình và tốc độ cao, khi khởi động, khi tăng tốc, khi phát huy hếtcông suất nên hỗn hợp phải được làm đậm khi chuyển từ hệ thống này sang

hệ thống khác Vì thế nên rất dễ xẩy ra hiện tượng không bình thường ( ví dụnhư nổ trong đường ống nạp ) trong quá trình chuyển đổi cũng như có sựkhông đồng đều khá lớn trong từng xylanh nên hỗn hợp phải được làm đậmhơn

Hệ thống phun xăng điện tử có bộ điều khiển trung tâm ECU sẽ điềuchỉnh lượng nhiên liệu và độ mở bướm ga, cho phép điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợpkhông khí- nhiên liệu phù hợp, chính xác với mỗi tốc độ trong dải chế độđộng cơ và trong bất kỳ chế độ tải trọng nào nên nó có ưu điểm rất lớn trongviệc kiểm soát khí xả và nâng cao tính kinh tế của nhiên liệu

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

Ở bộ chế hoà khí, từ vòi phun đến xylanh có một khoảng cách dài cũngnhư có sự chênh lệch lớn giữa tỷ trọng xăng và không khí nên xuất hiện sựchậm trễ khi xăng đi vào xylanh tương ứng với sự thay đổi của luồng khí nạp.Mặc dù vậy, ở hệ thống phun xăng điện tử vòi phun được bố trí ở gần xylanh

và được nén với áp suất khoảng 2 -3 kg/cm2, cao hơn so với áp suất đườngnạp, cũng như nó được phun qua một lỗ nhỏ nên nó dễ dàng tạo thành dạngsương mù Do vậy lượng phun xăng thay đổi tương ứng với sự thay đổi củalượng khí nạp tuỳ theo sự đóng mở của bướm ga, nên hỗn hợp khí - nhiên liệuphun vào trong các xylanh thay đổi ngay lập tức theo độ mở của bướm ga.+ Hiệu chỉnh hỗn hợp không khí - nhiên liệu

Việc hiệu chỉnh hỗn hợp không khí – nhiên liệu này thể hiện ở hai yếu tố

đó là bù lại tốc độ thấp và cắt nhiên liệu khi giảm tốc, cụ thể là:

- Bù tại tốc độ thấp :

Khả năng tải tại tốc độ thấp được nâng cao do nhiên liệu ở dạng sương

như lượng không khí được hút qua van không tải nên khả năng tải được duytrì ngay lập tức sau khi khởi động.

- Cắt nhiên liệu khi giảm tốc :

Trong quá trình giảm tốc, động cơ chạy với tốc độ cao ngay cả khi bướm

ga đóng kín Do vậy, lượng khí nạp vào xylanh giảm xuống và độ chân khôngtrong đường ống nạp trở nên rất lớn Ở chế hoà khí, xăng bám trên thành củađường ống nạp sẽ bay hơi và vào bên trong xylanh động cơ do độ chân khôngtăng lên đột ngột làm cho hỗn hợp quá đậm, quá trình cháy xẩy ra không hoàntoàn và làm cho nồng độ HC trong khí xả tăng lên Ở động cơ Kappa, việcphun nhiên liệu bị loại bỏ khi bướm ga đóng kín, do vậy nồng độ HC trongkhí thải giảm xuống và làm giảm tiêu hao nhiên liệu

+ Nạp hỗn hợp khí - nhiên liệu có hiệu quả

Ở bộ chế hoà khí, dòng không khí bị thu hẹp lại bằng họng khuếch tán

để tăng tốc độ dòng khí, tạo nên độ chân không bên dưới họng khếch tán làmcho nhiên liệu được hút vào trong xylanh Tuy nhiên họng khếch tán làm cảntrở dòng khí nạp, còn ở động cơ Kappa một áp suất nhiên liệu xấp xỉ 2 - 3 kg/

cm2 luôn được bơm cung cấp đến động cơ để nâng cao khả năng phun sươngcủa hỗn hợp không khí - nhiên liệu, do vậy không cần có họng khếch tán nêndòng khí nạp không bị cản trở cũng như có thể tận dụng quán tính của dòngkhí để tăng lượng không khí nạp cho một chu trình

b) Nhược điểm:

Ngoài những ưu điểm trên thì hệ thống phun xăng điện tử có một sốđiểm hạn chế so với hệ thống nhiên liệu xăng dùng bộ chế hòa khí, đó là 3nhược điểm sau:

+ Cấu tạo của hệ thống phức tạp, yêu cầu khắt khe về chất lượng xăng vàkhông khí (chất lượng lọc phải rất tốt), công tác bảo dưỡng sửa chữa khó, đòihỏi trình độ chuyên môn cao

+ Giá thành còn đắt

Tuy nhiên, với đà phát triển hiện nay của kỹ thuật phun xăng, với sựgiảm giá thành liên tục của các linh kiện, thiết bị điện tử và nhất là với nhữngquy định càng ngày càng ngặt nghèo về mức độ độc hại của khí xả thì hệthống phun xăng điện tử sẽ ngày càng được sử dụng rộng rãi trên các phươngtiện cơ giới đường bộ

1.2.Phân loại EFI

1.2.1Phân loại theo phương pháp phát hiện lượng không khí nạp.

a.L-EFI (loại điều khiển lượng không khí)

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống L-EFI

b.D-EFI (loại điều khiển áp suất đường ống nạp

Loại này đo áp suất trong đường ống nạp để phát hiện lượng không khínạp theo tỷ trọng của không khí nạp

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống D-EFI

1.2.2.Phân loại theo điểm phun.

+Hệ thống phun xăng đơn điểm (phun một điểm): Kim phun đặt ở cổđường nạp hút chung cho toàn bộ các xi lanh của động cơ, bên trên bướm ga

+Hệ thống phun xăng đa điểm (phun đa điểm ): mỗi xy lanh của động

cơ được bố trí 1 vòi phun phía trước xupáp nạp

Hình 1.4 Hệ thống phun xăng đa điểm.

1.2.3 Phân loại theo phương pháp điều khiển kim phun.

a Phun xăng điện tử:

Được trang bị các cảm biến để nhận biết chế độ hoạt động của động cơ

(các sensors) và bộ điều khiển trung tâm (computer) để điều khiển chế độ hoạt

động của động cơ ở điều kiện tối ưu nhất

b Phun xăng thủy lực:

Được trang bị các bộ phận di động bởi áp lực của gió hay của nhiênliệu Điều khiển thủy lực sử dụng cảm biến cánh bướm gió và bộ phân phốinhiên liệu để điều khiển lượng xăng phun vào động cơ Có một vài loại xetrang bị hệ thốngnày

1.2.4 Phân loại theo thời điểm phun xăng.

a Hệ thống phun xăng gián đoạn:

Đóng mở kim phun một cách độc lập, không phụ thuộc vào xupáp.Loại này phun xăng vào động cơ khi các xupáp mở ra hay đóng lại Hệ thốngphun xăng gián đoạn còn có tên là hệ thống phun xăng biến điệu

b Hệ thống phun xăng đồng loạt:

Là phun xăng vào động cơ ngay trước khi xupáp nạp mở ra hoặc khixupáp nạp mở ra

c Hệ thống phun xăng liên tục:

Là phun xăng vào ống góp hút mọi lúc Bất kì lúc nào động cơ đangchạy đều có một số xăng được phun ra khỏi kim phun vào động cơ Tỉ lệ hòakhí được điều khiển bằng sự gia giảm áp suất nhiên liệu taị các kim phun

1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử 1.3.1 Cấu tạo

Hệ thống phun xăng điện tử gồm có 3 phần chính: cấp xăng, dẫn khôngkhí nạp và điều khiển điện tử

+ Hệ thống cấp xăng có bơm xăng điện cấp xăng có áp suất qua bầu lọctheo đường ống vào các vòi phun Trên đường ống có lắp van điều chỉnh ápsuất giữ áp suất xăng ở đầu vòi phun là 2.3 - 2.6 kg/cm2 ở vòng quay khôngtải và 2.7 - 3.1 kg/cm2 ở vòng quay định mức Từ van điều chỉnh áp suất cóđường dẫn xăng thừa về thùng Các vòi phun được điều khiển phun theo quyluật đồng thời phun một lượng xăng xác định vào đường ống nạp không khítuỳ theo tín hiệu từ hộp điều khiển điện tử ECU Các vòi phun hoạt độngđồng thời, mỗi chu kỳ động cơ phun hai lần, mỗi lần một nữa liều phun

+ Hệ thống dẫn không khí nạp gồm có: Bầu lọc gió, hộp bướm ga vàcụm đường ống nạp có nhiệm vụ cung cấp không khí nạp vào buồng cháy + Hệ thống điều khiển điện tử với ECU và các cảm biến có chức năngtiếp nhận và xử lý các tín hiệu từ các cảm biến cung cấp tới Hộp ECU có vaitrò như bộ não, xử lý các thông số và đưa ra các phản hồi để hệ thống vậnhành đạt hiệu quả nhất Các thông số quan trọng đó là lưu lượng không khínạp vào, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát, số vòng quay động cơ,

nồng độ oxy trong khí thải và vị trí bướm ga

Dưới đây là sơ đồ cấu tạo của hệ thống phun xăng điện tử:

Hình 1.5 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng điện tử.

1 Bình Xăng; 2 Bơm xăng điện ; 3 Cụm ống của đồng hồ đo xăng và bơm;

4 Lọc Xăng; 5 Bộ lọc than hoạt tính; 6.Lọc không khí ; 7 Cảm biến lưulượng khí nạp; 8.Van điện từ ; 9 Môtơ bước; 10 Bướm ga; 11 Cảm biến vịtrí bướm ga; 12 Ống góp nạp; 13 Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 14 Bộ ổn định

áp suất; 15 Cảm biến vị trí trục cam; 16 Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu; 17.Ống phân phối nhiên liệu; 18 Vòi phun; 19 Cảm biến tiếng gõ; 20 Cảmbiến nhiệt độ nước làm mát; 21 Cảm biến vị trí trục khuỷu; 22 Cảm biếnôxy

1.3.2 Nguyên lý hoạt động

Nhiên liệu được hút từ bình nhiên liệu bằng bơm nhiên liệu kiểu cánh

bộ phận này có nhiệm vụ hấp thụ các dao động nhỏ của nhiên liệu sự phun nhiện liệu gây ra Sau đó qua ống phân phối, ở cuối ống phân phối có bộ ổn định áp suất nhằm điều khiển áp suất của dòng nhiên liệu và giữ cho nó luôn

ổn định

Tiếp đến nhiên liệu được đưa tới vòi phun dưới sự điều khiển của ECU vòi phun sẽ mở ra nhiên liệu được phun vào buồng cháy để động cơ hoạt động Nhiên liệu thừa sẽ được đưa theo đường hồi trở về bình nhiên liệu Các vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào ống nạp tùy theo các tín hiệu phun của ECU Các tín hiệu phun của ECU sẽ được quyết định sau khi đã nhận được các tín hiệu từ các cảm biến và nhiên liệu sẽ được ECU điều chỉnh phù hợp với tình trạng hoạt động của động cơ

Hệ thống này gồm có 3 khối thiết bị với từng chức năng nhiệm vụ riênglà:

+ Các cảm biến có nhiệm vụ ghi nhân các thông số hoạt động của động cơ(lưu lượng khí nạp, tốc độ động cơ, nhiệt độ, tải trọng, nồng độ oxy trong khíthải,… )

+ Bô xử lý và điều khiển trung tâm (ECU) có nhiệm vụ tiếp nhận và xử lýthông tin do các cảm biến cung cấp, tín hiệu đến này được chuyển đổi thànhtín hiệu số rồi xử lý theo chương trình đã vạch sẵn

+ Bộ phận chấp hành có nhiệm vụ nhận tín hiệu ra đã được khuếch đại củaECU rồi phát xung chỉ huy việc phun xăng và đánh lửa cũng như chỉ huy việccấp nhiên liệu, nạp khí, luân hồi khí thải,… đảm bảo sự làm việc tối ưu chođộng cơ

Dưới đây là sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống:

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng điều khiển điện tử.

Lọc xăng Bơm điện Bình chứa

Công tắc bướm ga

Cảm biến tốc độ

Lưu lượng kế

Động cơ

ĐIỀU KHIỂN ĐÁNH LỬA

NHIÊN LIỆU THÔNG

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN XE HYUNDAI GRAND I10

2 Giới thiệu chung về xe Hyundai Grand i10.

Hyundai Grand i10 2016 được thiết kế với đèn pha dạng vòng - Đènpha trong suốt phía trước tạo nên phong cách và sự an toàn cho xe Ngoài ra,thiết kế còn tích hợp đèn sương mù giúp tăng khả năng chiếu sáng ban đêm vàtrong điều kiện thời tiết xấu Đèn sương mù – Được tích hợp một cách liềnmạch với cản trước, đèn sương mù giúp tăng tầm nhìn và giảm bớt những khókhăn khi lưu thông trên các con đường nhiều sương phủ

Hình 2.1 Xe Hyundai Grand i10 2016

Xe Hyundai grand i10 2016 bản 5 cửa và 4 cửa sedan đều sử dụng kiểunội thất hai tông màu, chìa khóa thông minh với nút bấm khởi động, màn hìnhhiển thị hình ảnh từ camera phía sau, điều hòa tự động, cổng USB và bộ nhớ 1

GB, gương gập điện, nút bấm mở cốp, kết nối Bluetooth, hộc đựng găng cóchức năng làm lạnh, chỗ để tay hàng ghế sau có hộc đựng cốc, hốc gió chohàng ghế sau…

Hình 2.2 Bảng táp tô xe Hyundai Grand i10 2016

Động cơ vận hành êm ái và mượt mà được thiết kế với các vật liệu nhẹnhằm giảm trọng lượng xe và giảm thiểu tiêu thụ nhiên liệu Hyundai Grandi10 có 2 lựa chọn động cơ: 1.0L công suất 66 mã lực tại 5.500 vòng/phút, mô-men xoắn 91,2 Nm và 1.25L công suất 87 mã lực tại 6.000 vòng/phút, mô-

men xoắn 119,7 Nm tại 4.000 vòng/phút.

Hình 2.3 Động cơ xe Hyundai Grand i10 2016

Bảng thông số kỹ thuật chung:

Công suất cực đại (Ps) 87/6.000

Momem xoắn cực đại (Kgm) 119.68/4000

Dụng tích bình nhiên liệu (L) 43

Bảng thông số chi tiết :

xe trước

Khối lượng không được treo bánh

Độ cứng của hệ thống treo trước C1,C2 N/m 27160

Độ cứng của hệ thống treo sau C3,C4 N/m 29420

Hệ số cản của giảm chấn trước K1,K2 Ns/m 2000

Hệ số cản của giảm chấn sau K3,K4 Ns/m 1500

2.1 Hệ thống phun xăng điện tử động cơ KAPPA

2.1.1 Sơ đồ bố trí chung của hệ thống phun xăng điện tử động cơ KAPPA

20 28

34

7 22

21

17 16 15

26

19 8 23

29

13 27

24 25

12

3

5 4

31

18 14

6 11 9

32 33

30

Hình 2.4 Sơ đồ bố trí chung của hệ thống phun xăng điên tử động cơ

Nguyên lý hoạt động :

Khi nhận được tín hiệu truyền về từ các cảm biến trong đó quan trọngnhất là cảm biến lưu lượng khí nạp và cảm biến tốc độ động cơ, ECU sẽ nốimạch cho rơle điều khiển bơm xăng cấp điện cho bơm xăng Nhiên liệu đượchút từ bình nhiên liệu bằng bơm và đưa qua lọc nhiên liệu, sau đó qua dàn vòiphun rồi đến các vòi phun, cuối ống dàn vòi phun có bộ ổn định áp suất nhằmgiữ áp suất của nhiên liệu ở một khoảng nhất định (phía có áp suất cao), nhiênliệu thừa được đưa trở lại bình xăng qua đường xăng hồi Kết hợp với lượngkhí nạp được đưa vào động cơ qua hệ thống nạp, các vòi phun sẽ phun nhiênliệu vào đường ống nạp tùy theo các tín hiệu phun được ECU tính toán, đểphù hợp với các tình trạng hoạt động của động cơ

2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận chính

2.1.2.1 Bơm nhiên liệu

a) Kết cấu và nguyên lý hoạt động

Bơm nhiên liệu là loại bơm cánh gạt được đặt trong thùng xăng, do đóloại bơm này ít sinh ra tiếng ồn và rung động hơn so với loại bơm đặt trênđường ống Các chi tiết chính của bơm bao gồm: Mô tơ, hệ thống bơm nhiênliệu, van một chiều, van an toàn và bộ lọc được gắn liền thành một khối.

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 lý làm việc:

Rôto 4 quay, dẫn động cánh bơm 7 quay theo, lúc đó cánh bơm sẽ gạtnhiên liệu từ cửa vào 11 đến cửa ra 10 của bơm, do đó tạo được độ chânkhông tại cửa vào nên hút được nhiên liệu vào và tạo áp suất tại cửa ra đểđẩynhiên 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 mộtchiều kết hợp với bộ ổn định áp suất duy trì áp suất dư trong đường ống nhiênliệu 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 hóa hơi tại nhiệt độ cao gây khókhăn khi khởi động lại động cơ

b) Ðiều khiển bơm nhiên liệu

Bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy Ðiều này tránhcho nhiên liệu không bị bơm đến động cơ trong trường hợp khóa điện bật ONnhưng động cơ chưa chạy

+ Khi động cơ đang quay khởi động

Dòng điện chạy qua cực ST2 của khóa điện đến cuộn dây máy khởiđộng (ký hiệu ST) và dòng điện vẫn chạy từ cực STA của ECU (tín hiệuSTA)

Khi tín hiệu STA và tín hiệu NE được truyền đến ECU, transitor côngsuất bật ON, dòng điện chạy đến cuộn dây mở mạch (C/OPN), rơle mở mạchbật lên, nguồn điện cấp đến bơm nhiên liệu và bơm hoạt động

+ Khi động cơ đã khởi động

Sau khi động cơ đã khởi động, khóa điện được trở về vị trí ON (cựcIG2) từ vị trí Start cực (ST), trong khi tín hiệu NE đang phát ra (động cơ đang

nổ máy), ECU giữ Tr bật ON, rơle mở mạch ON bơm nhiên liệu được duy trìhoạt động

Hình 2.6 Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên liệu

1- Cầu chì dòng cao; 2,6,8,9- Cầu chì; 3,4,10- Rơ le;

5- Bơm; 7- Khóa điện; 11- Máy khởi động

2.1.2.2 Bầu lọc nhiên liệu

Lọc nhiên liệu 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, động cơ Kappa sửdụng loại lọc thấm dùng giấy Ưu điểm của loại lọc thấm kiểu dùng giấy làgiá rẻ, lọc sạch Tuy nhiên loại lọc này cũng có nhược điểm là tuổi thọ thấp,chu kỳ thay thế trung bình khoảng 4500 (km)

Hình 2.7 Kết cấu bộ lọc nhiên liệu

1- Thân lọc nhiên liệu; 2- Lõi lọc; 3- Tấm lọc;

4- Cửa xăng ra; 5- Tấm đỡ; 6- Cửa xăng vào

Nguyên lý làm việc:

Xăng từ bơm nhiên liệu vào cửa 6 của bộ lọc, sau đó xăng đi qua phần

tử lọc 2 Lõi lọc được làm bằng giấy, độ xốp của lõi giấy khoảng 10m Cáctạp chất có kích thước lớn hơn 10m được giữ lại đây Sau đó xăng đi quatấm lọc 3 các tạp chất nhỏ hơn 10m được giữ lại và xăng đi qua cửa ra 5 của

bộ lọc là xăng sạch cung cấp nhiên liệu cho quá trình nạp của động cơ

2.1.2.3 Bộ giảm rung động

Áp suất nhiên liệu được duy trì tại 2,55 hoặc 2,9 kg/cm2 tùy theo độchân không đường nạp bằng bộ ổn định áp suất Tuy nhiên vẫn có sự daođộng nhỏ trong áp suất đường ống do phun nhiên liệu Bộ giảm rung động cótác dụng hấp thụ các dao động này bằng một lớp màng

2.1.2.4 Bộ ổn định áp suất

Bộ điều chỉnh áp suất được bắt ở cuối ống phân phối Nhiệm vụ của bộđiều áp là duy trì và ổn định độ chênh áp trong đường ống

Hình 2.8 Sự điều chỉnh áp suất nhiên liệu theo áp suất đường ống nạp

của bộ ổn định áp suất

Bộ điều chỉnh áp suất nhiên liệu cấp đến vòi phun phụ thuộc vào áp suấttrên đường ống nạp Lượng nhiên liệu được điều khiển bằng thời gian của tínhiệu phun, nên để lượng nhiên liệu được phun ra chính xác thì mức chênh ápgiữa xăng cung cấp đến vòi phun và không gian đầu vòi phun phải luôn luôngiữ ở mức 2,9 kG/cm2 và chính bộ điều chỉnh áp suất bảo đảm trách nhiệmnày

Hình 2.9 Kết cấu bộ ổn định áp suất

1- Khoang thông với đường nạp khí; 2- Lò xo; 3- Van; 4- Màng;

Nguyên lý làm việc của bộ ổn định:

Nhiên liệu có áp suất cao từ dàn ống phân phối sẽ ấn màng 4 làm mởvan 3 Một phần nhiên liệu chạy ngược trở lại thùng chứa qua đường xăng hồitrở về thùng 6 Lượng nhiên liệu trở về phụ thuộc vào độ căng của lò xomàng, áp suất nhiên liệu thay đổi tùy theo lượng nhiên liệu hồi Ðộ chânkhông của đường ống nạp được dẫn vào buồng phía chứa lò xo làm giảm sứccăng lò xo và tăng lượng nhiên liệu hồi, do đó làm giảm áp suất nhiên liệu.Nghĩa là, khi độ chân không của đường ống nạp tăng lên (giảm áp), thì ápsuất nhiên liệu chỉ giảm tương ứng với sự giảm áp suất đó Vì vậy áp suất củanhiên liệu A và độ chân không đường nạp B được duy trì không đổi Khi bơmnhiên liệu ngừng hoạt động, lò xo 2 ấn van 3 đóng lại Kết quả là van mộtchiều bên trong nhiên liệu và van bên trong bộ điều áp duy trì áp suất dưtrong đường ống nhiên liệu

2.1.2.5 Vòi phun xăng điện tử

Vòi phun trên động cơ Kappa là loại vòi phun đầu dài, trên thân vòiphun có tấm cao su cách nhiệt và giảm rung cho vòi phun, các ống dẫn nhiênliệu đến vòi phun được nối bằng các giắc nối nhanh

Vòi phun hoạt động bằng điện từ, lượng phun và thời điểm phun nhiênliệu phụ thuộc vào tín hiệu từ ECU Vòi phun được lắp vào nắp quy lát ở gầncửa nạp của từng xilanh qua một tấm đệm cách nhiệt và được bắt chặt vàoống phân phối xăng

a) Kết cấu và nguyên lý hoạt động của vòi phun:

Hình 2.10 Kết cấu vòi phun nhiên liệu

1- Thân vòi phun ; 2- Giắc cắm; 3- Đầu vào; 4- Gioăng chữ O;

5- Cuộn dây; 6- Lò xo; 7- Pittông ; 8- Đệm cao su; 9- Van kim

Nguyên lý làm việc:

Khi cuộn dây 4 nhận được tín hiệu từ ECU, pittông 7 sẽ bị kéo lên thắngđược sức căng của lò xo Do van kim và pittông là cùng một khối nên vancũng bị kéo lên tách khỏi đế van của nó và nhiên liệu được phun ra

Lượng phun được điều khiển bằng khoảng thời gian phát ra tín hiệu củaECU Do độ mở của van được giữ cố định trong khoảng thời gian ECU pháttín hiệu, vậy lượng nhiên liệu phun ra chỉ phụ thuộc vào thời gian ECU pháttín hiệu

b) Mạch điện điều khiển vòi phun

Hiện có 2 loại vòi phun, loại có điện trở thấp 1,53  và loại có điện trởcao 13,8 , nhưng mạch điện của hai loại vòi phun này về cơ bản là giống

nhau Điện áp ắc quy được cung cấp trực tiếp đến các vòi phun qua khóađiện Các vòi phun được mắt song song.

Động cơ Kappa với kiểu phun độc lập nên mỗi vòi phun của nó có mộttransitor điều khiển phun

INJ

Hình 2.11 Sơ đồ mạch điện điều khiển vòi phun động cơ Kappa.

2.1.2.6 Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu

Do yêu cầu bảo vệ môi trường ngày càng khắt khe, hơi xăng tạo ratrong trong thùng chứa trên xe hiện đại sẽ không được thải ra ngoài mà đượcđưa trở lại đường nạp động cơ, nhằm giảm ô nhiễm môi trường và tiết kiệmnhiên liệu

Bộ điều khiển khí thải bay hơi (EVAP) giảm thiểu số lượng nhiên liệubay hơi thoát vào không khí Hơi trong bình nhiên liệu được lưu tạm thờitrong hộp EVAP cho đến khi nó được thanh lọc từ hộp EVAP vào trong động

cơ và được đốt cháy Hộp EVAP được lọc bằng cách kéo khí sạch qua đó vàvào trong một cổng trên cổ hút Máy lọc được điều khiển bởi van lọc hộpEVAP, và mở ra khi nhiệt độ nước làm động cơ trên 600C Khi áp suất hơitrong thùng nhiên liệu lớn hơn giá trị đã đặt của van hai chiều EVAP, van mở

ra và điều phối luồng hơi nhiên liệu tới hộp EVAP

113

7614

Hình 2.12 Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu động cơ Kappa.

1- Hơi bình nhiên liệu van tách chất lỏng; 2- Van thoát khí hai chiều; 3- VanEVAP; 4- Van xả hộp EVAP; 5- Rơle điều khiển bơm xăng; 6- Thùng xăng;7- Bơm xăng; 8-Nắp thùng xăng; 9- Lọc xăng; 10- Đường xăng hồi; 11- Ốnggóp nạp; 12- Đường ống nạp; 13- Dàn phân phối; 14- Ắc qui

2.2 Hệ thống cung cấp không khí động cơ Kappa

2.2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp không khí

+

-13 14 16 1

18

12

7 15

ống nạp và hoà trộn với nhiên liệu tạo thành hòa khí rồi được hút vào xilanhđộng cơ Khi động cơ còn lạnh van không tải mở cho phép không khí đi vàokhoang nạp khí Không khí đi vào khoang nạp khí để tăng tốc độ không tảicủa động cơ thậm chí bướm ga còn đóng.

2.2.2 Các bộ phận chính của hệ thống cung cấp không khí

- Lọc không khí

Lọc không khí nhằm mục đích lọc sạch không khí trước khi không khí đivào động cơ Nó có vai trò rất quan trọng nhằm lọc các bụi bẩn lẫn trongkhông khí làm giảm sự mài mòn các chi tiết của động cơ Trên động cơKappa dùng kiểu lọc thấm, lõi lọc bằng giấy Loại này có ưu điểm giá thànhkhông cao, dễ chế tạo Tuy vậy nhược điểm là tuổi thọ thấp, chu kỳ thay thếngắn

xo hồi để trả bướm ga về một trí cố định Môtơ bướm ga ứng dụng một môtơđiện một chiều (DC) có độ nhạy tốt và ít tiêu thụ năng lượng

Nguyên lý làm việc

ECU động cơ điều khiển độ lớn và hướng của dòng điện chạy đến môtơđiều khiển bướm ga, làm quay hay giữ môtơ, và mở hoặc đóng bướm ga quamột cụm bánh răng giảm tốc Góc mở bướm ga thực tế được phát hiện bằngmột cảm biến vị trí bướm ga, và thông số đó được phản hồi về ECU động cơ.Khi dòng điện không chạy qua môtơ, lò xo hồi sẽ mở bướm ga đến vị trí

cố định (khoảng 70) Tuy nhiên, trong chế độ không tải bướm ga có thể đượcđóng lại nhỏ hơn so với vị trí cố định

Khi ECU động cơ phát hiện thấy có hư hỏng, nó bật đèn báo hư hỏngtrên đồng hồ táp lô đồng thời cắt nguuồn đến môtơ, nhưng do bướm ga đượcgiữ ở góc mở khoảng 70, xe vẫn có thể chạy đến nơi an toàn.

2.3 Hệ thống điều khiển phun xăng điện tử động cơ Kappa.

+ ECU: Có nhiệm vụ xử lý và tính toán các thông số đầu vào từ đó phát

ra các tín hiệu điều khiển đầu ra

+ Các cơ cấu chấp hành: Trực tiếp điều khiển lượng phun thông qua cáctín hiệu điều khiển nhận được từ ECU

2.3.2 Sơ đồ mạch điện

 Sơ đồ mạch điện:

Hình 2.14 Sơ đồ mạch điện phun xăng điện tử

Stt Kí hiệu Tên gọi

7 INJF Tín hiệu hồi tiếp phun xăng

8 BATT Dương thường trực của ECU

9 +B Dương cung cấp cho ECU sau rơ le chính

10 +B1 Dương cung cấp cho ECU sau rơ le chính

12 THA Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ không khí nạp

13 THW Tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát

14 FC Tín hiệu điều khiển bơm xăng

15 VC Điện áp 5v cung cấp cho các cảm biến

17 IGF Tín hiệu hồi tiếp đánh lửa

18 IGT1,2,3,4 Tín hiệu đánh lửa của máy 1,2,3,4

19 G22 Tín hiệu báo vị trí xi lanh

20 NE-NE+ Mass của tín hiệu vị trí xi lanh và tốc độ động cơ

21 OX Tín hiệu tốc độ động cơ

22 E1 Tín hiệu cảm biến oxy

25 IREL Tín hiệu điều khiển rơ le kim phun

26 OSV+,OSV- Tín hiệu điều khiển van xăng VTEC

27 EGR1,2,3,4 Tín hiệu điều khiển motor van EGR

28 PSSW Tín hiệu trợ lực lái

29 PB Tín hiệu áp suất chân không bầu trợ lực phanh

30 PR Tín hiệu áp suất nhiên liệu trong ống phân phối

31 KNK Tín hiệu cảm biến tiếng gõ

32 VTA,VTA2 Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga

33 VPA,VPA2 Tín hiệu cảm biến vị trí bàn đạp ga

34 FC Tín hiệu điều khiển bơm tiếp vận

35 FAN Tín hiệu điều khiển quạt làm mát động cơ

36 SIL Tín hiệu chẩn đoán OBD II

39 MREL Tín hiệu điều khiển relay EFI

40 TACH Tín hiệu tốc độ động cơ

41 ELS Tín hiệu phụ tải điện

2.3.3 Bộ điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit)

Bộ điều khiển điện tử đảm nhiệm nhiều chức năng khác nhau tùy theotừng loại của nhà chế tạo Chung nhất là bộ tổng hợp vi mạch và bộ phận phụdùng để nhận biết tín hiệu, lưu trữ thông tin, tính toán, quyết định chức nănghoạt động và gửi các tín hiệu đi thích hợp Những bộ phận phụ hỗ trợ cho nó

là các bộ ổn áp, điện trở hạn chế dòng Vì lý do này bộ điều khiển có nhiềutên gọi khác nhau tùy theo nhà chế tạo Trong đồ án này em dùng ECU để chỉchung cho bộ điều khiển điện tử thông minh

2.3.3.1 Chức năng hoạt động cơ bản

Bộ điều khiển ECU hoạt động theo dạng tín hiệu số nhị phân điện áp caobiểu hiện cho số 1, điện áp thấp biểu hiện cho số 0 trong hệ số nhị phân có hai

số 0 và 1

Mỗi một số hạng 0 hoặc 1 gọi là 1 bít Một dãy 8 bít sẽ tương đương1byte hoặc một từ (word) Byte này được dùng biểu hiện cho một lệnh hoặcmột mẫu thông tin Một mạch tổ hợp (IC) tạo byte và trữ byte đó Số byte mà

IC có thể chứa là có giới hạn khoảng 64 kilobyte hoặc 256 kilobyte Mạch tổhợp IC còn gọi là con chíp IC, vì hình dạng của nó

IC có chức năng tính toán và tạo ra quyết định gọi là bộ vi xử lý(microprosessor) Bộ vi xử lý có thể là loại 8 bít, 16 bít hay cao hơn, số bítcàng cao thì việc tính toán càng nhanh

Thông tin gửi đến bộ vi xử lý từ một con IC thường được gọi là bộ nhớ.Trong bộ nhớ chia ra làm nhiều loại:

+ ROM (read only memory): Dùng trữ thông tin thường trực, bộ nhớnày chỉ đọc thông tin từ đó ra chứ không ghi vào được Thông tin của nó đãđược cài đặt sẵn, ROM cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý

+ PROM (programable Read Only Memory): Cơ bản giống ROM ngoài

ra trang bị thêm nhiều công dụng khác

+RAM (Random Access Memory): Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên trữthông tin Bộ vi xử lý có thể nhập bội duy nhỏ cho RAM

RAM có hai loại:

 Loại RAM xoá được: Bộ nhớ mất khi mất nguồn

 Loại RAM không xoá được: Giữ duy trì bộ nhớ dù khi tháo nguồn.Ngoài bộ nhớ, bộ vi xử lý ECU còn có một đồng hồ để tạo ra xung ổn định vàchính xác

a) Bộ chuyển đổi A/D (Anlog to digital converter)

Dùng chuyển đổi các tín hiệu tương tự từ đầu vào thay đổi điện trở nhưtrong các cảm biến nhiệt độ, cảm biến lưu lượng, cảm biến vị trí bướm gathành các tín hiệu số để bộ vi xử lý hiểu được

Ngoài ra còn dùng một điện trở hạn chế dòng giúp bộ chuyển đổi A/D

đo điện áp rơi trên cảm biến

Hình 2.15 Sơ đồ mạch chuyển đổi A/D

b) Bộ đếm (counter)

Dùng để đếm xung Ví dụ như từ cảm biến vị trí trục khuỷu rồi gửilượng đếm về bộ xử lý

Hình 2.16 Sơ đồ mạch điện bộ đếm

c) Bộ nhớ trung gian (Buffer)

Chuyển tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu sóng vuông dạng số Nókhông gửi lượng đếm như trong bộ đếm Bộ phận chính là một transtor sẽđóng mở theo cực tính của tín hiệu xoay chiều

Hình 2.17 Sơ đồ bộ nhớ trung gian

d) Bộ khuếch đại (Amplifier)

Dùng để khuyếch đại tín hiệu từ các cảm biến gửi đến rồi sau đó gửiđến bộ xử lý để tính toán

Hình 2.18 Sơ đồ mạch bộ khuyếch đại

Hình 2.20 Giao tiếp ngõ ra

2.3.3.2 Chức năng thực tế