Chương 1: Hệ thống điều khiển động cơ xăng 5 1. Các tín hiệu đầu vào của hệ thống điều khiển động cơ 12 3. Hệ thống phun nhiên liệu điện tử 33 4. Hệ thống đánh lửa sớm điện tử 42 5.
Hệ thống điều khiển tốc độ không tải ISC 48 5. Chương 2: Hệ thống điều khiển động cơ Diesel 55 1. Hệ thống phun dầu điện tử 57 3. Hệ thống điều khiển 63 6.
Tài liệu tham khảo 80 2 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Hệ thống điều khiển động cơ. Mã môn học: CMH 18. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: - Vị trí: Môn học hệ thống điều khiển động cơ được học sau môn học nguyên lý cấu tạo động cơ, kỹ thuật điện, điện tử cơ bản - Tính chất: Là môn học lý thuyết chuyên môn - Ý nghĩa và vai trò của môn học: Hệ thống điều khiển động cơ đã có sự thay đối vượt bậc, nhằm tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, tăng tiện nghi và an toàn, giảm độ độc hại của khí thải, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng và các tiêu chuẩn phát thải ngày càng khắt khe. Môn học có vai trò rất quan trọng nhằm cung cấp các kiến thức về quy trình điều khiển động cơ bằng máy tính.
Máy tính điều khiển động cơ được gọi là ECU động cơ (hoặc ECM: Môđun điều khiển động cơ). Hệ thống điều khiển bằng máy tính là sau khi ECU động cơ xử lý các tín hiệu vào từ các cảm biến và truyền các tín hiệu điều khiển đến các bộ chấp hành (đánh lửa, phun nhiên liệu,…) Mục tiêu của môn học/mô đun: - Về kiến thức: + Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ xăng và động cơ diesel. + Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các cảm biến trên động cơ + Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu, hệ thống đánh lửa sớm điện tử và các chức năng điều khiển của động cơ - Về kỹ năng: + Nhận dạng được các cảm biến của động cơ; + Nhận dạng được hệ thống nhiên liệu, hệ thống đánh lửa của động cơ 3 - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: + Làm việc độc lập hoặc làm việc theo nhóm, giải quyết công việc, vấn đề phức tạp trong điều kiện làm việc thay đổi + Chấp hành nghiêm túc các quy định về giờ học tập + Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc, cẩn thận. Nội dung của môn học/mô đun: 4 CHƢƠNG 1: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ XĂNG Mã chƣơng: CMH 18-01 Giới thiệu: Hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử ra đời và đã phát huy được các ưu điểm nổi bật.
Hệ thống phun nhiên liệu điện tử hiện nay bao gồm rất nhiền cảm biến để phát hiện điều kiện hoạt động của động cơ và của xe. Các cơ cấu chấp hành để điều khiển các thông số hoạt động của động động cơ. Một máy tính (ECU) xử lý tất cả các dữ liệu liên quan và đưa ra các tín hiệu điều khiển. Hệ thống đã duy trì điều kiện hoạt động tối ưu cho động cơ.
Hệ thống điều khiển động cơ xăng là sau khi ECU động cơ xử lý các tín hiệu vào từ các cảm biến và truyền các tín hiệu điều khiển đến các bộ chấp hành (đánh lửa, phun nhiên liệu,…) Chức năng xử lý tín hiệu và điều khiền đầu ra có thề được chia thành các lĩnh vực: Kiềm soát phun nhiên liệu, điều khiển đánh lửa, điều khiển tốc độ không tải, tự chần đoán Mục tiêu: + Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ xăng + Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các cảm biến trên động cơ xăng + Hiểu rỏ thuật toán điều khiển phun xăng, đánh lửa và các chức năng của các hệ thống điều khiển khác. + Nhận biết các thành phần của hệ thống điều khiển động cơ xăng, sơ đồ cấu tạo của các cảm biến, hộp điều khiển, cơ cấu chấp hành. Nội dung chính: 1. Điều khiển động cơ xăng bằng máy tính Động cơ xăng sinh công qua chu trình giãn nở của hỗn hợp xăng và không khí.
Ba yếu tố chủ yếu của động cơ xăng để sinh công là: hỗn hợp hòa khí (hòa khí) tốt, nén tốt, đánh lửa tốt. Ba yếu tố chính của động cơ xăng Động cơ xăng sử dụng tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp không khí và nhiên liệu. Thông thường, hỗn hợp này được hòa trộn bên ngoài buồng đốt. Vòi phun được lắp ở cổ nạp và phun nhiên liệu vào ngay phía trước xu páp nạp và hòa trộn với không khí ở đó.
Piston đi xuống, hỗn hợp không khí và nhiên liệu được đưa vào buồng đốt. Piston đi lên và chu kỳ nén bắt đầu, đến cuối hành trình nén, bugi bật tia lửa điện và đốt cháy hỗn hợp, năng lượng cháy sinh ra sẽ đẩy piston đi xuống và làm quay trục khuỷu. Cuối cùng piston đi lên, xu páp nạp mở và khí thải được đẩy ra ngoài. Trong quá trình cháy, ngoài CO2, H2O buồng đốt còn tạo ra các khí độc hại CO, HC và Nox, rất nhiều biện pháp được đưa ra để làm giảm nồng độ các chất khí độc hại này và một trong những bộ phận quan trọng nhất là bộ xúc tác 3 thành phần.
Nguyên lý làm việc của động cơ xăng 4 kỳ Xăng là hỗn hợp của một số dạng hyđrôcacbon, trong đó chủ yếu là ốctan (C8H18). 6 2C8H18 + 25 O2 = 16CO2 + 18 H2O Chỉ số ốc tan là thước đo tiêu chuẩn về hiệu suất của động cơ. Chỉ số octan càng cao, nhiên liệu càng có thể chịu nén được trước khi đốt cháy. Theo nghĩa rộng, nhiên liệu có chỉ số octan cao hơn được sử dụng trong động cơ xăng hiệu suất cao đòi hỏi tỷ số nén cao hơn Ảnh hưởng của thành phần hổn hợp nhiên liệu Để hoạt động, động cơ xăng cần ô xy và nhiên liệu.
Trong không khí, ô xy chiếm 21%. Trong nhiên liệu, chủ yếu chứa các hợp chất hydrocarbons. Khi nhiên liệu cháy trong không khí sẽ sản sinh ra năng lượng. Tỉ lệ hòa trộn lý thuyết đủ để không khí đốt hết nhiên liệu là 14.7:1 gọi là tỷ lệ hỗn hợp lý tưởng ().
Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ xăng phụ thuộc nhiều vào tỉ lệ (Lambda). Trong các động cơ ngày nay, để suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất, tỉ lệ này dao động từ (15 ~ 18):1, nghĩa là cần 15 đến 18kg không khí để đốt cháy 1kg nhiên liệu tương đương 10.000lít không khí để đốt cháy 1 lít nhiên liệu. Tỷ lệ hổn hợp lý tưởng =1: Tỉ lệ hòa trộn lý tưởng. <1: Tỉ lệ hòa trộn giàu nhiên liệu (lượng không khí thực nhỏ hơn lý thuyết) >1: Tỉ lệ hòa trộn nghèo nhiên liệu (lượng không khí thực lớn hơn lý thuyết) Trên lý thuyết, =1 là tỉ lệ hòa trộn lý tưởng nhất, trong thực tế, tùy từng điều kiện hoạt động thực tế, đôi lúc tỉ lê này phải lớn hơn 1.
Ví dụ, khi chạy không tải hoặc khi bướm ga ở vị trí mở cực đại thì người ta cần <1 để động cơ đạt được công suất tốt hơn. Hệ thống điều khiển động cơ phải điều khiển và duy trì tỉ lệ phù hợp với từng điều kiện hoạt động cụ thể của động cơ. Trong các động cơ hiện đại ngày nay thường lắp thêm bộ chuyển đổi xúc tác để chuyển đổi các chất khí độc hại (NOX,CO, HC) thành các chất khí không độc hại (CO2, H2O). Để bộ chuyển đổi xúc tác hoạt động hiệu quả nhất thì phải duy trì tỉ lệ =1.
Nhìn vào 7 biểu đồ hóa học ta thấy khi 1 thì nồng độ các chất độc hại có trong khí thải là ít nhất. Do vậy, hệ thống nhiên liệu cần có phương tiện để đo đếm chính xác lượng nhiên liệu và không khí để duy trì tỉ lệ Hình 1. Biểu đồ hóa học sản sinh CO, HC, NOX 1. Quy trình điều khiển bằng máy tính Để máy tính làm việc tốt, cần có một hệ thống toàn diện bao gồm các thiết bị đầu vào và đầu ra.
Trên một ô tô, các cảm biến như cảm biến nhiệt độ nước hoặc cảm biến lưu lượng khí nạp tương ứng với thiết bị đầu vào. Và các bộ chấp hành như các kim phun hoặc các IC đánh lửa tương ứng với thiết bị đầu ra. Máy tính điều khiển động cơ được gọi là ECU động cơ (hoặc ECM: Môđun điều khiển động cơ). Các cảm biến, các bộ chấp hành và ECU động cơ gắn liền với các dây dẫn điện.
Hệ thống điều khiển bằng máy tính là sau khi ECU động cơ xử lý các tín hiệu vào từ các cảm biến và truyền các tín hiệu điều khiển đến các bộ chấp hành (đánh lửa, phun nhiên liệu,…) Hình 1. Quy trình điều khiển bằng máy tính 8 Chức năng xử lý tín hiệu và điều khiền đầu ra có thề được chia thành các lĩnh vực: Kiềm soát phun nhiên liệu, điều khiển đánh lửa, điều khiển tốc độ không tải, tự chần đoán - Hệ thống EFI (Phun nhiên liệu điện tử) Hình 1. ECU tính toán lượng phun ở các chế độ làm việc của động cơ Hệ thống EFI sử dụng các cảm biến khác nhau để phát hiện các tình trạng hoạt động của động cơ và xe ô tô. Theo các tín hiệu từ các cảm biến này, ECU tính toán lượng phun nhiên liệu thích hợp nhất và điều khiển các kim phun để phun khối lượng nhiên liệu thích hợp.
Trong thời gian xe chạy bình thường, ECU động cơ xác định khối lượng phun nhiên liệu để đạt được tỷ lệ hòa khí theo lý thuyết, nhằm đảm bảo công suất, mức tiêu thụ nhiên liệu và mức khí xả thích hợp trong cùng một lúc.Ở các thời điểm khác, như trong thời gian hâm nóng, tăng tốc, giảm tốc hoặc các điều kiện làm việc với tải trọng cao, ECU động cơ phát hiện các điều kiện đó bằng các cảm biến khác nhau và sau đó hiệu chỉnh khối lượng phun nhiên liệu nhằm đảm bảo một hỗn hợp hòa khí thích hợp nhất ở mọi thời điểm. - Hệ thống ESA (Đánh lửa sớm bằng điện tử) Hệ thống ESA phát hiện các điều kiện của động cơ căn cứ vào các tín hiệu do các cảm biến khác nhau cung cấp, và điều khiển các bugi đánh lửa ở thời điểm thích hợp. Căn cứ vào tốc độ động cơ và tải trọng của động cơ, ESA điều khiển chính xác góc đánh lửa sớm để động cơ có thể tăng công suất, làm sạch khí xả, và ngăn chặn kích nổ một cách có hiệu quả.