Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử (ECD)

Trong ngành ôtô các cảm biến ngày càng sử dụng càng nhiều và chúng được áp dụng rộng rãi trên động cơ xăng và động cơ diesel điều khiển bằng điện tử, để tăng độ tin cậy nhằm cải thiện cô

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG

PHUN DẦU ĐIỆN TỬ (ECD)

MÃ SỐ: T2015-67

S 0 9

S KC0 0 5 6 2 8

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG

PHUN DẦU ĐIỆN TỬ (ECD)

Mã số: T2015-67

Chủ nhiệm đề tài: Giảng Viên – Kỹ sư Nguyễn Tấn Lộc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG

PHUN DẦU ĐIỆN TỬ (ECD)

DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH

1 Chủ nhiệm đề tài: GV KS Nguyễn Tấn Lộc

2 Đơn vị phối hợp chính: Bộ Môn Động Cơ, Khoa CKĐ, ĐHSPKT TPHM

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

A/F Air–Fuel Ratio

ECU: Electronic Control Unit

ISC: Idle Speed Control

E-VRV: Electric Vacuum Regulating Valve

NE: Engine speed sensor

FCV: fuel cutoff valve

THA: Intake air temperature

PIM: Intake air pressure

THW: Water Temperature Sensor

DTC: Diagnostic Trouble Code

EDIC: Electric Diesel Injection Control

EGR: Exhaust Gas Recirculation

ECD: Electronically Controlled Distributor

SPV: Solenoid spill valve

TCV: Timing control valve

NE: Engine speed sensor

FCV: fuel cutoff valve

IDI: Indirect Diesel Injection

IG: Ignition

VCV: Vacuum Control Valve

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử (ECD)

- Mã số: T2015-67

2.Mục tiêu:

Chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử (ECD) nhằm đáp ứng yêu cầu đào tạo hiện nay của khoa CKĐ Trường ĐHSP Kỹ Thuật Tp.HCM và các trường dạy nghề có liên quan

3 Tính mới sáng tạo:

Tạo ra một mô hình điều khiển bơm cao áp bằng điện tử và áp dụng nó vào chương trình đào tạo trong lãnh vực điều khiển động cơ diesel bằng điện tử của Bộ Môn Động

Cơ Khoa CKĐ

4 Kết quả nghiên cứu:

Ứng dụng tốt trong lãnh vực đào tạo tại Trường và các đối tượng liên quan

5 Sản phẩm:

01 Mô hình hệ thống phun dầu điện tử

01 Tập thuyết minh đề tài nghiên cứu khoa học

01 Báo cáo tóm tắt đề tài NCKH cấp trường

01 đĩa CD lưu các kết quả nghiên cứu

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng ứng dụng

- Đưa vào chương trình đào tạo của Bộ Môn Động cơ Khoa CKĐ

- Áp dụng vào các Trường Cao Đẳng nghề, Trung Học nghề và các cơ sở đào tạo nhân lực tại chỗ của các công ty, xí nghiệp và dịch vụ sửa chữa ôtô

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lãnh vực đề tài trong và ngoài nước

Lãnh vực điều khiển tự động hiện nay đang sử dụng rất phổ biến trên thế giới Trong ngành ôtô các cảm biến ngày càng sử dụng càng nhiều và chúng được áp dụng rộng rãi trên động cơ xăng và động cơ diesel điều khiển bằng điện tử, để tăng độ tin cậy nhằm cải thiện công suất và hiệu suất của động cơ nhất là giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường mà cả thế giới đang quan tâm

Ở nước ta, vấn đề ô nhiễm môi sinh trong lãnh vực giao thông đường bộ đang được nhà nước quan tâm, các chỉ tiêu về khí thải đang được đặt ra với tiêu chuẩn rất cao ở những sân bay quốc tế Tuy nhiên, ở một mức độ nào đó vấn đề ô nhiễm môi sinh cần phải được quan tâm nhiều hơn nửa để bảo vệ sức khoẻ con người có một môi trường sống trong sạch và lành mạnh

1.2 Tính cấp thiết

Xuất phát từ nhu cầu thực tế như trên người nghiên quyết định thực hiện đề tài

“Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử (ECD)” với mong muốn tạo

ra một sản phẩm có thể áp dụng vào giảng dạy ngay học phần mà mình đang đảm trách Sản phẩm đề tài sau khi hoàn thành cung cấp cho người học có điều kiện nghiên cứu

về cấu trúc và nguyên lý và ứng dụng của chúng trong thực tế, từ đó người học có thể vận dụng để ứng dụng chúng trong các trường hợp cụ thể trong xã hội nước ta

1.3 Mục tiêu

Nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên hướng dẫn sinh viên trong quá trình học thực tập môn học “Hệ thống điều khiển động cơ” tại Bộ Môn Động Cơ, khoa Cơ Khí Động Lực Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

dục-đào tạo

1.4 Cách tiếp cận

Người nghiên cứu tiếp cận nội dung đề tài thông qua nhu cầu cung cấp kiến thức học tập cho sinh viên ngành cơ khí ôtô và các đối tượng có liên quan Đề tài được tiếp cận qua lao động thực tế, chế tạo mô hình dạy học và các tài liệu của các hãng xe trên thế giới

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Để hoàn thành nội dung đề tài, người nghiên cứu đã bỏ ra rất nhiều công sức để thu thập tài liệu, các thông tin liên quan và tổng kết tài liệu…Từ đó tìm ra những ý tưởng mới để hình thành đề cương của đề tài Ngoài ra, chúng tôi còn kết hợp cả thực nghiệm

và kinh nghiệm của bản thân trong quá trình đào tạo và lao động sản xuất để hoàn thành nhiệm vụ đã đề ra

1.6 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Nhằm cung cấp tài liệu học tập cho sinh viên có kiến thức hiểu biết về công nghệ điều khỉển động cơ Diesel bằng điện tử

1.7 Nội dung nghiên cứu

1 Chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử

2 Biên soan tài liệu hướng dẫn sử dụng mô hình

 Giới thiệu mô hình

 Cách sử dụng mô hình

 Ứng dụng mô hình trong lãnh vực đào tạo

 Kết luận và đề nghị

CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ

2.1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH

Hinh1: Mô hình hệ thống phun dầu điện tử (ECD)

Khung mô hình được chế tạo bằng sắt □ 30 với kích thước: Cao 1,65m, rộng 1,5m và sâu 0,8m Trên mô hình có bố trí các tấm gỗ để gá dễ dàng các chi tiết và các bộ phận của hệ thống Khung có thể di chuyển nhẹ nhàng trên 04 bánh xe để tạo thuân lợi cho

sự bố trí theo yêu cầu của vị trí học tập

Phần mặt đứng của mô hình bố trí các bộ phận sau:

- Bên trái bố trí các tín hiệu đầu vào cớ bản gồm: Thân bướm ga gồm cơ cấu điều khiển bướm ga và cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính có 4 cực, cảm biến áp suất tăng áp, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến nhiệt độ không khí nạp

và contact máy

- Ở giữa mô hình bố trí 01 ECU của động cơ 3C-TE, bảng cực của ECU, cầu chì ECD và 02 hai rơ le

Hinh 2: Bố trí các kim phun trên mô hình

- Bên phải phía trên bố trí 04 kim phun kiểu một lỗ phun Khi phun, nhiên liệu sẽ được phun vào bên trong một hộp thuỷ tinh để dễ dàng quan sát, lượng nhiên liệu sau khi phun được dẫn về thùng nhiên liệu Bên dưới bố trí một lọc nhiên liệu dùng để lọc nhiên liệu và tách nước ra khỏi hệ thống nhiên liệu, trên lọc có một bơm tay để mồi nhiên liệu Bơm cao áp kiểu ECD-V3 được bố trí gần lọc nhiên liệu, nó được dẫn động bằng động cơ điện xoay chiều điện áp 220 vôn công suất 2 mã lực qua trung gian của dây đai răng, trên bơm cao áp có bố trí cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, cảm biến Ne, 02 điện trở hiệu chỉnh VRP, VRT và

02 bộ chấp hành là van định lượng SPV và van thời điểm TCV

Hỉnh 3: Bố trí bơm cao áp ECD-V3

Hình 4: Bơm cao áp ECD-V3 nhìn từ trước

- Bên dưới mô hình bố trí động cơ điện AC 220V, 2 ML để dẫn động bơm cao áp, đầu trục động cơ điện lắp một bánh răng dẫn động, trên bánh răng có lắp rotor cảm biến G và cảm biến G được bố trí gần trục động cơ điện

Hình 5: Bố trí động cơ điện và cảm biến G

2.1.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU

Hình 6: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu

Khi bơm cao áp quay, một bơm tiếp vận được bố trí bên trong bơm cao áp sẽ hút nhiên liệu từ thùng nhiên liệu 1, sau đó đi qua lọc nhiên liệu 2 để ngăn chận những hạt bụi bẩn và tách nước ra khỏi nhiên liệu và đi vào bơm cao áp 3

Hình 7: Sơ đồ bố trí lọc nhiên liệu

Trong quá trình động cơ hoạt động, ECU sẽ căn cứ vào tín hiệu từ các cảm biến để điều khiển lượng nhiên liệu phun ( Van SPV), điều khiển thời điểm phun (Van TCV),

điều khiển thời gian xông nóng bu gi xông, điều khiển đèn chẩn đoán… Nhiên liệu được định lượng bằng điện tử sẽ vào bơm cao áp, Bơm cao áp có nhiệm vụ nén nhiên liệu với áp suất cao và phân phối nhiên liệu đến các kim phun

Các kim phun sử dụng là kiểu cơ khí một lỗ phun, nó được sử dụng trong động cơ

sử dụng buồng đốt phụ Một bu gi xông dung để xông nóng không khí ban đầu trong buồng đốt phụ trước khi khởi động động cơ

Trên bơm cao áp có bố trí một van điện điều khiển từ contact máy để ngắt nhiên liệu vào đầu phân phối nhiên liệu khi động cơ dừng

Nhiên liệu hồi từ bơm cao áp và các kim phun được dẫn về thùng nhiên liệu

2.1.2 BƠM CAO ÁP ECD-V3

Trong hệ thống phun nhiên liệu của bơm phân phối điều khiển điện tử, máy tính phát hiện các điều kiện hoạt động của động cơ phù hợp với các tín hiệu nhận được từ các cảm biến khác nhau (tốc độ động cơ, tăng tốc, áp suất khí nạp, cảm biến nhiệt độ nước,… ) để thực hiện các điều khiển cơ bản sau đây:

a Điều khiển lưu lượng phun nhiên liệu

b Điều khiển thời điểm phun nhiên liệu

c Điều khiển tốc độ không tải

d Điều khiển bướm ga

e Điều khiển lượng khí xả luân hồi EGR

f Điều khiển bugi xông

g Chức năng chẩn đoán

h Chức năng dự phòng

Hệ thống điều khiển điện tử của bơm loại phân phối có thể được phân chia thành ba thành phần sau: các cảm biến, máy tính(ECU), và các cơ cấu chấp hành

Hình 8:Hệ thống điện điều khiển

Bơm cao áp này được lắp trên động cơ 3C-TE, nó là kiểu điều khiển bơm cao áp bằng điện tử Các thành phần của bơm cao áp bao gồm:

Hình 9: Cấu trúc bơm cao áp ECD-V3

 Van định lượng SPV (Solenoid Spill Valve): để kiểm soát lượng phun nhiên liệu cung cấp cho động cơ

 Van TCV (Timing control valve): để kiểm soát thời điểm phun chính xác với mọi chế độ làm việc của động cơ

(b) Cảm biến:

(c.) ROM (hoặc điện trở hiệu chỉnh ở loại thông thường VRP & VRT)

2.1.2.1 Nguyên lý hoạt động

Các cơ chế áp suất cung cấp và áp suất phân phối nhiên liệu cơ bản giống như trong các bơm cơ khí thông thường,.tuy nhiên việc định lượng nhiên liệu phun được điều khiển bằng điện tử thông qua cơ cấu chấp hành là van định lượng SPV

Van định lượng SPV kết nối buồng bơm với buồng áp lực của piston, van SPV đóng khi cuộn dây được cấp điện

(1)Nạp nhiên liệu: Nhiên liệu được hút vào buồng áp suất khi pít-tông đi xuống

Hình 10: Nạp nhiên liệu

Hình 11:: Phun nhiên liệu (3) Kết thúc phun:

Khi van điện từ SPV không còn được cấp điện, van của nó sẽ mở ra Nhiên liệu có

áp lực cao trong piston sau đó được đẩy trở lại vào buồng bơm, áp suất nhiên liệu giảm xuống, và kết thúc phun

Hình 12: Kết thúc phun (4) Cắt nhiên liệu:

Khi nhiên liệu được cắt, van điện từ SPV không được cấp điện nên mở ra Do đó,

nhiên liệu không được bơm thậm chí khi piston đi lên

2.1.2.2 Sơ đồ điều khiển lƣợng phun nhiên liệu

Dữ liệu lượng phun cơ bản trong bộ nhớ máy tính được tính toán dựa trên các yếu tố như tốc độ động cơ hoặc độ mở bướm ga Sự hiệu chỉnh dựa trên các yếu tố như áp suất

không khí nạp, nhiệt độ nước làm mát, hoặc nhiệt độ khí nạp được thêm vào lượng phun cơ bản Sau đó, máy tính sẽ gửi tín hiệu đến van SPV trong bơm để kiểm soát lượng phun nhiên liệu tối ưu Điểm đặc biệt của bơm ECD-III (ROM) là giai đoạn hiệu chỉnh được thực hiện dựa trên ROM được gắn với thân bơm hoặc dung hai điện trở hiệu chỉnh

Hình 13: Điều khển phun nhiên liệu

2.1.2.3 Các thành phần của hệ thống:

(1) Cảm biến áp suất tăng áp:

Cảm biến này phát hiện áp suất không khí nạp (áp suất tuyệt đối) và gửi nó đến máy tính dạng tín hiệu Đây là cảm biến áp suất bán dẫn sử dụng các tinh thể silicon được đóng kín bên trong cảm biến, có điện trở thay đổi khi áp suất tác động lên các tinh thể thay đổi Cấu trúc và nguyên lý giống như cảm biến áp suất tuyệt đối trong đường ống nạp của động cơ xăng

Hình 14: Cảm biến áp suất tăng áp

Hình 15: Bố trí các cảm biến tên mô hình (2) Cảm biến tốc độ động cơ Ne.:

Cảm biến tốc độ Ne được gắn đối mặt với vòng răng Cảm biến gồm một nam châm

và cuộn dây, khi vòng răng quay, từ thông qua cuộn dây thay đổi, tạo ra điện áp biến thiên trong cuộn dây Máy tính đếm số xung để phát hiện tốc độ động cơ Vòng răng có

52 răng, với 3 răng bị mất tại 4 điểm Như vậy, góc quay của vòng răng được phát hiện sau mỗi 11,25 ° CA

Hình 16: Cảm biến Ne

Hình 17: Bố trí cảm biến Ne trên mô hình

(3) Cảm biến góc mở ống khuếch tán (Cảm biến vị trí bướm ga)(Ventuty Sensor)

Cảm biến này được gắn với ống khuếch tán thông thường hoặc loại chân không độc lập với ống khuếch tán để phát hiện góc mở đường ống cần thiết cho việc điều khiển bướm ga.Trên một số loại động cơ, điều khiển bướm ga được thực hiện bởi các tín hiệu

từ các cảm biến chân ga, thay vì cảm biến góc mở ống khuếch tán

và thời điểm phun cơ bản khi khởi động…

Hình 20: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

Hình 22: Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

Hình 23: Vị trí của cảm biến nhiệt độ nhiên liệu (7) Van định lượng SPV:

Van SPV trực tiếp kiểm soát lượng phun Nó là loại van điện từ điều khiển chịu được áp suất cao và đáp ứng cao Nó bao gồm van chính và van điều khiển Khi van SPV mở ra, nhiên liệu áp suất cao trong piston trở về buồng bơm cao áp, thực hiện việc kết thúc phun Ngoài các loại van SPV thông thường, cũng có một loại tác động trực tiếp được chế tạo để có khả năng đáp ứng cao hơn

*Hoạt động:

Dòng điện trong cuộn dây ON: van đóng

Dòng điện trong cuộn dây OFF: van mở

Hình 24: Van định lượng SPV (8) Điện trở hiệu chỉnh (θ, τ) hoặc ROM:

Các điện trở gắn ở thân bơm hiệu chỉnh giá trị lượng phun giai đoạn cuối được tính bởi máy tính.Đặc điểm của các điện trở hiệu chỉnh là phải chọn theo giá trị điện trở của

nó, trong khi ROM cung cấp lưu trữ cho các dữ liệu hiệu chỉnh và dữ liệu có thể được đặt một cách dễ dàng

Hình 25: ROM hoặc dùng điện trở hiệu chỉnh (10) Máy tính (ECU):

Máy tính xác định lượng phun phù hợp với khả năng tăng tốc, tải, tốc độ động cơ,

và các tín hiệu từ các cảm biến

Hình 26: ECU 3C-TE

2.1.2.4 Điều khiển lƣợng phun nhiên liệu:

Phương pháp điều khiển lượng phun nhiên liệu:

Thời điểm bắt đầu phun nhiên liệu được xác định bởi bề mặt nhô ra của vòng cam

Vì vậy, thời gian kết thúc phun phải được kiểm soát để điều chỉnh khối lượng phun nhiên liệu

Nói cách khác, kết thúc phun xảy ra tại thời điểm van điện từ SPV mở, cho phép áp suất nhiên liệu cao tràn vào buồng bơm

Một cảm biến tốc độ được sử dụng để xác định thời gian van SPV mở, và góc cam tương ứng đĩa cam được phát hiện để kiểm soát thời gian mở

Sơ đồ bên phải cho thấy mối quan hệ giữa đĩa cam, van SPV mở và lượng phun

Hình 27: Điều khiển lượng phun nhiên liệu Tính toán lượng phun:

Máy tính tính toán khối lượng phun tối ưu cho các điều kiện hoạt động của động cơ Để làm như vậy, nó thực hiện các tính toán sau đây:

mở của cảm biến bàn đạp ga và tốc độ động cơ

 Khối lượng phun tối đa: Các hiệu chỉnh dựa trên áp suất không khí nạp, nhiệt độ không khí, và nhiệt độ nhiên liệu được thêm vào lượng phun được xác định bởi tốc độ động cơ, để tính toán lượng phun tối đa khi động cơ đang hoạt động

lượng phun trên

2.2 CÁCH SỬ DỤNG MÔ HÌNH

Mô hình được trang bị nhằm giúp cho sinh viên có cái nhìn trực quan hơn và từ đó

dễ dàng tiếp thu khi học Người dạy có thể kết hợp giữa mô hình thực tế và hình ảnh trong trình chiếu để truyền đạt có hiệu quả hơn

Hình 28: Mô hình hệ thống phun dầu điện tử

2.2.1 NGUỒN ĐIỆN CUNG CẤP CHO MÔ HÌNH

 Nguồn 220 V dùng để dẫn động động cơ điện Mặc dù trên hệ thống được thiết

kế khả năng cách điện rất an toàn Tuy nhiên, do mô hình để lâu ít được sử dụng

vì vậy phải kiểm tra sự cách điện trước khi sử dụng để đảm bảo an toàn về điện Khi cắm điện nguồn 220V vôn vào lưới điện thì động cơ sẽ quay và dẫn động bơm cao áp quay

٭ Chú ý: Phải bảo đảm tuyệt đối an toàn về điện, quan sát thật kỹ người xung quanh trước khi vận hành mô hình để tránh tai nạn đáng tiếc xảy ra

 Trước khi cho động cơ điện vận hành phải kiểm tra nhiên liệu trong bình chứa còn đũ không và nó đã được cung cấp đến bơm cao áp chưa? Để tránh làm hư hỏng bơm cao áp