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. 5 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA BẰNG ĐIỆN TỬ 2. 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. Lý thuyết về hệ thống phun xăng đánh lửa điện tử 2. Khái niệm, đặc điểm và phân loại hệ thống phun xăng điện tử 2. 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. Đặc điểm Sự tiêu thụ nhiên liệu rất thấp, còn ít hơn cả động cơ Diesel.
Thời điểm phun được tính toán rất chính xác; Công suất động cơ siêu cao, cao hơn rất nhiều so với các loại động cơ MPI đang sử dụng hiện nay. 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.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. 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 K-Jetronic. Ngoài việc định lượng nhiên liệu bằng cơ khí như K- 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. ❖ 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.
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. 9 − 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.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. Lý thuyết về hệ thống đánh lửa Từ nhiều năm nay, kỹ thuật số đã được áp dụng vào trong hệ thống đánh lửa trên các dòng ô tô hiện đại. Máy tính sẽ đảm nhận việc điều khiển góc đánh lửa sớm và góc ngậm điện. Các thông số như tốc độ động cơ, tải, nhiệt độ được các cảm biến ghi nhận, mã hoá tín hiệu gửi về ECU xử lý và tính toán để đưa ra góc đánh lửa sớm tối ưu theo từng chế độ hoạt động của động cơ.
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.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. 11 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 + 𝜃ℎ𝑐 Trong đó: 𝜃 − Góc đánh lửa sớm thực tế; 𝜃𝑏𝑑 − Góc đánh lửa sớm ban đầu; 𝜃𝑐𝑏 − Góc đánh lửa sớm cơ bản; 𝜃ℎ𝑐 − Góc đánh lửa sớm hiệu chỉnh.7: Góc đánh lửa sớm thực tế [1, trang 95] Góc đánh lửa sớm ban đầu phụ thuộc vào vị trí của delco hoặc cảm biến vị trí trục khuỷu.
Thông thường, trên các loại xe góc đánh lửa sớm ban đầu được hiệu chỉnh trong khoảng 5 ÷ 150 trước điểm chết trên ở tốc độ cầm chừng. 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.8: Xung điều khiển đánh lửa IGT [1, trang 96] 2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng, đánh lửa điều khiển bằng điện tử 2. Hệ thống phun xăng điện tử a.