Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho mô hình phun xăng điện tử động cơ ô tô luận văn thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật cơ khí động lực

Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho mô hình phun xăng điện tử động cơ ô tô, ứng dụng trong luận văn thạc sĩ kỹ thuật cơ khí động lực.

• Tác giả: Trần Dũng
• Người hướng dẫn: Nguyễn Thiết Lập
• Trường học: Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
• Đề tài: Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển phun xăng điện tử cho động cơ ô tô
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. PHẦN MỞ ĐẦU
• 1.1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 2. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về hệ thống phun xăng điện tử
• 3. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ KẾT NỐI MÁY TÍNH VỚI MÔ HÌNH
• 4. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 5.1. Kiến nghị phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống phun xăng điện tử

Hệ thống phun xăng điện tử (EFI) là một bước tiến lớn trong công nghệ động cơ ô tô, thay thế bộ chế hòa khí truyền thống bằng các cảm biến, kim phun điện, và hộp điều khiển (ECU). Hệ thống này giúp cải thiện hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu, và giảm ô nhiễm môi trường. EFI hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển điện tử, sử dụng các tín hiệu từ cảm biến để tính toán thời gian và lưu lượng phun xăng chính xác. Các thành phần chính của hệ thống bao gồm: cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, và kim phun. Hệ thống này đã được ứng dụng rộng rãi trên các dòng xe hiện đại, mang lại hiệu quả vượt trội so với hệ thống cơ khí truyền thống.

1.1. Nguyên lý hoạt động

Hệ thống phun xăng điện tử hoạt động dựa trên sự kết hợp giữa các cảm biến và bộ điều khiển trung tâm (ECU). Các cảm biến thu thập dữ liệu về tốc độ động cơ, lưu lượng khí nạp, nhiệt độ nước làm mát, và vị trí bướm ga. Dữ liệu này được gửi đến ECU, nơi tính toán và đưa ra các tín hiệu điều khiển kim phun. ECU xác định thời điểm và lưu lượng phun xăng tối ưu dựa trên các thông số đầu vào. Hệ thống cũng tích hợp các chức năng như điều khiển đánh lửa sớm, chống kích nổ, và chẩn đoán lỗi, giúp tăng độ tin cậy và hiệu suất của động cơ.

1.2. Ưu điểm của hệ thống EFI

Hệ thống phun xăng điện tử mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với hệ thống cơ khí truyền thống. Đầu tiên, nó cung cấp hỗn hợp khí-nhiên liệu đồng đều đến từng xi-lanh, giúp tăng hiệu suất đốt cháy. Thứ hai, hệ thống có khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp khí-nhiên liệu theo điều kiện hoạt động, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Thứ ba, EFI đáp ứng nhanh chóng với sự thay đổi góc mở bướm ga, giúp xe vận hành mượt mà và tiết kiệm nhiên liệu. Cuối cùng, hệ thống tích hợp chức năng chẩn đoán lỗi, giúp phát hiện và khắc phục sự cố kịp thời.

II. Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển phun xăng điện tử

Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển phun xăng điện tử tập trung vào việc phát triển các giải pháp kỹ thuật để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống EFI. Bộ điều khiển được thiết kế dựa trên các vi xử lý và phần mềm điều khiển, giúp xử lý tín hiệu từ cảm biến và điều khiển kim phun một cách chính xác. Quá trình nghiên cứu bao gồm việc lựa chọn phương pháp kết nối giữa mô hình phun xăng và máy tính, thiết kế thiết bị kết nối, và xây dựng phần mềm điều khiển. Mục tiêu của nghiên cứu là tạo ra một hệ thống điều khiển linh hoạt, có khả năng tích hợp với các hệ thống khác trên xe, đảm bảo hoạt động tối ưu của động cơ.

2.1. Lựa chọn phương pháp kết nối

Việc lựa chọn phương pháp kết nối giữa mô hình phun xăng và máy tính là bước quan trọng trong quá trình nghiên cứu. Các phương pháp kết nối phổ biến bao gồm sử dụng cổng USB, giao tiếp SPI, và giao tiếp I2C. Trong nghiên cứu này, phương pháp kết nối qua cổng USB được lựa chọn do tính ổn định và dễ dàng tích hợp với các phần mềm điều khiển. Thiết bị kết nối được thiết kế dựa trên vi điều khiển PIC16F628A, giúp xử lý tín hiệu từ cảm biến và truyền dữ liệu đến máy tính một cách hiệu quả.

2.2. Xây dựng phần mềm điều khiển

Phần mềm điều khiển được xây dựng dựa trên nền tảng LabVIEW, một công cụ lập trình đồ họa mạnh mẽ cho các ứng dụng kỹ thuật. Phần mềm này cho phép người dùng thiết kế giao diện điều khiển, mô phỏng hoạt động của hệ thống, và hiển thị các thông số kỹ thuật. Các chức năng chính của phần mềm bao gồm: điều khiển kim phun, mô phỏng tín hiệu đánh lửa, và hiển thị dữ liệu từ cảm biến. Phần mềm được thiết kế để dễ dàng tích hợp với các thiết bị phần cứng, giúp tăng tính linh hoạt và hiệu quả của hệ thống điều khiển.

III. Ứng dụng và đánh giá

Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển phun xăng điện tử có giá trị thực tiễn cao trong lĩnh vực công nghệ ô tô. Hệ thống được thiết kế có thể ứng dụng trong việc đào tạo, nghiên cứu, và phát triển các giải pháp kỹ thuật mới cho động cơ đốt trong. Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống có khả năng điều khiển chính xác lưu lượng và thời điểm phun xăng, giúp tăng hiệu suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Ngoài ra, hệ thống còn tích hợp các chức năng chẩn đoán lỗi, giúp phát hiện và khắc phục sự cố kịp thời. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ điện tử vào lĩnh vực kỹ thuật cơ khí động lực.

3.1. Giá trị thực tiễn

Nghiên cứu này mang lại giá trị thực tiễn cao trong việc phát triển các hệ thống phun xăng điện tử hiện đại. Hệ thống được thiết kế có thể ứng dụng trong việc đào tạo kỹ thuật viên, nghiên cứu khoa học, và phát triển các giải pháp kỹ thuật mới cho động cơ ô tô. Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống có khả năng điều khiển chính xác lưu lượng và thời điểm phun xăng, giúp tăng hiệu suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ điện tử vào lĩnh vực kỹ thuật cơ khí động lực.

3.2. Hướng phát triển trong tương lai

Trong tương lai, nghiên cứu có thể được mở rộng để tích hợp các công nghệ tiên tiến như trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (Machine Learning) vào hệ thống phun xăng điện tử. Điều này sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ dựa trên các điều kiện vận hành thực tế. Ngoài ra, việc phát triển các giải pháp kết nối không dây và tích hợp hệ thống với các nền tảng IoT cũng là hướng đi tiềm năng. Những cải tiến này sẽ giúp hệ thống EFI trở nên thông minh hơn, linh hoạt hơn, và phù hợp với xu hướng phát triển của ngành công nghiệp ô tô hiện đại.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống phun xăng điện tử (Electronic Fuel Injection - EFI) là một trong những công nghệ then chốt trong lĩnh vực cơ điện tử ứng dụng cho động cơ ô tô, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu, giảm khí thải và cải thiện công suất động cơ. Theo ước tính, các hệ thống EFI hiện đại có thể giúp tiết kiệm nhiên liệu từ 10-15% so với hệ thống phun xăng cơ khí truyền thống, đồng thời giảm đáng kể lượng khí thải độc hại. Tuy nhiên, việc điều khiển chính xác các thông số như thời gian phun, lưu lượng nhiên liệu và thời điểm đánh lửa vẫn là thách thức lớn, đòi hỏi sự tích hợp chặt chẽ giữa phần cứng và phần mềm điều khiển.

Luận văn tập trung nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển cho mô hình phun xăng điện tử động cơ ô tô, nhằm xây dựng bộ giao tiếp giữa mô hình và máy tính, đồng thời phát triển phần mềm điều khiển mô hình trên nền tảng LabVIEW. Phạm vi nghiên cứu bao gồm hệ thống phun xăng điện tử trên động cơ ô tô, các mô hình phun xăng điện tử hiện có tại các cơ sở đào tạo, và phương pháp kết nối mô hình với máy tính qua cổng USB. Thời gian nghiên cứu kéo dài khoảng 6 tháng, với các thử nghiệm thực tế trên mô hình phun xăng điện tử của động cơ Toyota Vios 2006.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng đào tạo chuyên ngành cơ khí ô tô, đồng thời góp phần phát triển công nghệ điều khiển tự động cho hệ thống phun xăng điện tử, giúp sinh viên và kỹ sư có thể thực hành, giám sát và điều khiển hệ thống một cách trực quan và chính xác hơn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết điều khiển tự động và lý thuyết cơ điện tử ứng dụng trong hệ thống phun xăng điện tử.

1. Lý thuyết điều khiển tự động: Tập trung vào việc thiết kế bộ điều khiển trung tâm (ECU) để xử lý tín hiệu từ các cảm biến như cảm biến vị trí trục cam, trục khuỷu, cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến oxy, và điều khiển các cơ cấu chấp hành như kim phun, hệ thống đánh lửa. Các khái niệm chính bao gồm điều khiển phản hồi, điều khiển thời gian thực, và xử lý tín hiệu số.

2. Lý thuyết cơ điện tử: Áp dụng trong việc tích hợp các cảm biến, bộ vi xử lý và cơ cấu chấp hành để tạo thành hệ thống điều khiển phun xăng điện tử. Các khái niệm chính gồm cảm biến áp điện, cảm biến nhiệt điện trở, vi điều khiển PIC16F628A, và giao tiếp USB theo chuẩn RS232/RS485.

Ba khái niệm trọng tâm được sử dụng trong nghiên cứu là:

• Bộ điều khiển trung tâm ECU: Xử lý và điều phối tín hiệu đầu vào và đầu ra.
• Giao tiếp USB: Phương thức kết nối mô hình với máy tính để thu thập và điều khiển dữ liệu.
• Phần mềm LabVIEW: Môi trường lập trình đồ họa để xây dựng phần mềm điều khiển và giám sát mô hình.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm trên mô hình phun xăng điện tử động cơ ô tô. Cỡ mẫu nghiên cứu là một mô hình thực tế của động cơ Toyota Vios 2006, được trang bị đầy đủ các cảm biến và cơ cấu chấp hành tiêu chuẩn.

Phương pháp chọn mẫu là phương pháp chọn mô hình đại diện cho hệ thống phun xăng điện tử phổ biến trong thực tế, có tính ứng dụng cao trong đào tạo và nghiên cứu.

Phân tích dữ liệu được thực hiện thông qua phần mềm LabVIEW, sử dụng các công cụ thu thập dữ liệu từ card NI USB 6008/6009 với độ phân giải 14-bit và tốc độ lấy mẫu 48 kS/s, đảm bảo độ chính xác và thời gian thực cho việc điều khiển.

Timeline nghiên cứu gồm:

• Giai đoạn 1 (2 tháng): Nghiên cứu lý thuyết và tổng hợp các mô hình hiện có.
• Giai đoạn 2 (2 tháng): Thiết kế bộ kết nối máy tính với mô hình, lắp đặt phần cứng.
• Giai đoạn 3 (2 tháng): Xây dựng phần mềm điều khiển trên LabVIEW, thực nghiệm và hiệu chỉnh mô hình.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế thành công bộ giao tiếp USB với mô hình phun xăng điện tử: Bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển PIC16F628A kết hợp IC chuyển đổi FT232RL cho phép giao tiếp ổn định với máy tính qua cổng USB. Tốc độ truyền dữ liệu đạt khoảng 150 S/s với độ phân giải 12-bit, đảm bảo thu thập và điều khiển tín hiệu thời gian thực.

2. Phần mềm điều khiển trên LabVIEW hoạt động hiệu quả: Giao diện phần mềm cho phép hiển thị trực quan các tín hiệu cảm biến như tín hiệu đánh lửa, tín hiệu cảm biến vị trí trục cam (G), trục khuỷu (NE), lưu lượng khí nạp (VG), và điều khiển kim phun. Tỷ lệ chính xác trong việc mô phỏng và điều khiển đạt trên 95% so với dữ liệu thực tế.

3. Mô hình phun xăng điện tử được điều khiển linh hoạt qua máy tính: Các chế độ làm việc như tăng nhiên liệu khi khởi động, hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu theo nhiệt độ, cắt nhiên liệu khi giảm tốc được thực hiện chính xác với sai số dưới 5%. So với các mô hình truyền thống không có giao tiếp máy tính, mô hình này nâng cao khả năng giám sát và điều khiển.

4. Khả năng mở rộng và ứng dụng trong đào tạo: Mô hình có thể tích hợp thêm các cảm biến và cơ cấu chấp hành khác, hỗ trợ giảng dạy và nghiên cứu chuyên sâu về hệ thống phun xăng điện tử. Tại một số cơ sở đào tạo, mô hình đã được áp dụng và nhận được phản hồi tích cực từ giảng viên và sinh viên.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân thành công của bộ điều khiển và phần mềm là do việc lựa chọn vi điều khiển PIC16F628A có khả năng xử lý tín hiệu nhanh, kết hợp với IC FT232RL giúp chuyển đổi tín hiệu UART sang USB hiệu quả, phù hợp với chuẩn giao tiếp hiện đại. Việc sử dụng phần mềm LabVIEW giúp đơn giản hóa quá trình lập trình, đồng thời cung cấp giao diện trực quan, dễ sử dụng cho người vận hành.

So sánh với các nghiên cứu khác trong ngành, hệ thống này có ưu điểm vượt trội về khả năng giao tiếp và điều khiển từ xa qua máy tính, trong khi nhiều mô hình hiện có chỉ dừng lại ở việc mô phỏng hoặc điều khiển thủ công. Dữ liệu thu thập được có thể trình bày qua biểu đồ thời gian thực, bảng số liệu hiển thị các tín hiệu analog và digital, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và phân tích.

Ý nghĩa của kết quả nghiên cứu không chỉ nằm ở việc nâng cao hiệu quả điều khiển hệ thống phun xăng điện tử mà còn góp phần phát triển công nghệ đào tạo, giúp sinh viên tiếp cận với các công nghệ hiện đại, từ đó nâng cao chất lượng nguồn nhân lực trong ngành cơ khí ô tô.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai ứng dụng bộ điều khiển và phần mềm trong các cơ sở đào tạo: Khuyến nghị các trường đại học, cao đẳng chuyên ngành cơ khí ô tô áp dụng mô hình này để nâng cao hiệu quả giảng dạy và thực hành, dự kiến hoàn thành trong vòng 1 năm.

2. Phát triển thêm các tính năng điều khiển và giám sát nâng cao: Tích hợp thêm các cảm biến mới như cảm biến khí thải, cảm biến áp suất nhiên liệu để mở rộng phạm vi điều khiển, nâng cao độ chính xác và khả năng tự chẩn đoán, thực hiện trong 6 tháng tiếp theo.

3. Nâng cấp phần mềm điều khiển với giao diện thân thiện và đa nền tảng: Phát triển phần mềm trên các hệ điều hành khác nhau như Linux và MacOS, đồng thời cải tiến giao diện người dùng để dễ dàng thao tác, dự kiến hoàn thành trong 9 tháng.

4. Tăng cường nghiên cứu và thử nghiệm thực tế trên các loại động cơ khác nhau: Mở rộng phạm vi nghiên cứu sang các dòng xe khác để đánh giá tính ứng dụng rộng rãi của bộ điều khiển, thời gian thực hiện khoảng 1 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Giảng viên và sinh viên ngành cơ khí ô tô: Luận văn cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về hệ thống phun xăng điện tử, giúp sinh viên hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và thực hành điều khiển mô hình.

2. Kỹ sư phát triển và bảo trì hệ thống điều khiển động cơ: Các kỹ sư có thể áp dụng kiến thức và giải pháp thiết kế bộ điều khiển để nâng cao hiệu quả vận hành và bảo trì hệ thống phun xăng điện tử.

3. Nhà nghiên cứu trong lĩnh vực cơ điện tử và tự động hóa: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp thực nghiệm để phát triển các hệ thống điều khiển tương tự trong các ứng dụng công nghiệp khác.

4. Các cơ sở đào tạo nghề và trung tâm đào tạo kỹ thuật: Mô hình và phần mềm điều khiển có thể được sử dụng làm công cụ giảng dạy thực hành, giúp học viên tiếp cận công nghệ hiện đại một cách trực quan và sinh động.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ điều khiển mô hình phun xăng điện tử hoạt động như thế nào?
   Bộ điều khiển sử dụng vi điều khiển PIC16F628A để xử lý tín hiệu từ các cảm biến và điều khiển các cơ cấu chấp hành như kim phun và hệ thống đánh lửa. Tín hiệu được truyền qua IC FT232RL để giao tiếp với máy tính qua cổng USB, cho phép giám sát và điều khiển thời gian thực.

2. Phần mềm LabVIEW có ưu điểm gì trong việc điều khiển mô hình?
   LabVIEW là môi trường lập trình đồ họa giúp xây dựng giao diện trực quan, dễ sử dụng, hỗ trợ thu thập và xử lý dữ liệu đa kênh từ các cảm biến. Điều này giúp người dùng dễ dàng theo dõi và điều chỉnh các thông số của mô hình phun xăng điện tử.

3. Mô hình phun xăng điện tử này có thể áp dụng cho các loại động cơ khác không?
   Có, mô hình được thiết kế linh hoạt để có thể mở rộng và điều chỉnh cho các loại động cơ khác nhau, tuy nhiên cần hiệu chỉnh các tham số điều khiển phù hợp với đặc tính kỹ thuật của từng động cơ.

4. Tại sao chọn giao tiếp qua cổng USB thay vì các chuẩn khác?
   USB là chuẩn giao tiếp phổ biến, hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu cao, dễ dàng kết nối và tương thích với hầu hết các máy tính hiện nay. Ngoài ra, USB hỗ trợ tính năng plug-and-play, giúp việc lắp đặt và sử dụng thuận tiện hơn.

5. Làm thế nào để đảm bảo độ chính xác của tín hiệu thu thập từ mô hình?
   Sử dụng card NI USB 6008/6009 với độ phân giải 14-bit và tốc độ lấy mẫu 48 kS/s giúp thu thập tín hiệu analog chính xác. Kết hợp với phần mềm LabVIEW để xử lý và hiệu chỉnh tín hiệu, đảm bảo độ tin cậy và chính xác trong quá trình điều khiển.

Kết luận

• Đã thiết kế thành công bộ điều khiển giao tiếp USB cho mô hình phun xăng điện tử động cơ ô tô, sử dụng vi điều khiển PIC16F628A và IC FT232RL.
• Phát triển phần mềm điều khiển trên nền tảng LabVIEW với giao diện trực quan, hỗ trợ giám sát và điều khiển các thông số quan trọng của hệ thống.
• Mô hình cho phép điều khiển linh hoạt các chế độ làm việc của động cơ với độ chính xác cao, nâng cao hiệu quả đào tạo và nghiên cứu.
• Đề xuất mở rộng ứng dụng trong đào tạo, phát triển thêm tính năng và thử nghiệm trên các loại động cơ khác nhau trong thời gian tới.
• Khuyến khích các cơ sở đào tạo và nhà nghiên cứu áp dụng mô hình để nâng cao chất lượng giảng dạy và nghiên cứu trong lĩnh vực cơ khí ô tô và cơ điện tử.

Hành động tiếp theo là triển khai ứng dụng mô hình tại các cơ sở đào tạo, đồng thời phát triển phần mềm và phần cứng theo các đề xuất nhằm nâng cao tính ứng dụng và hiệu quả nghiên cứu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu và kết luận, gồm 3 chƣơng: Chƣơng 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chƣơng 2. Nghiên cứu, thiết kế bộ kết nối máy tính với mô hình Chƣơng 3. Xây dựng phần mềm điều khiển mô hình PXĐT.

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về hệ thống phun xăng điện tử Ngày nay, tô, mang lại cho con ngƣời nhiều t hợp điều khiển tự động cho các hệ thống thuần cơ khí nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng, tiết kiệm nhiên liệu, thân thiện với mô trƣờng, độ chính xác cũng nhƣ tạo cảm giác thoải mái trong quá trình sử dụng. Hệ thống phun xăng điện tử trên ô tô cũng là một trong những hệ thống đƣợc áp dụng các công nghệ của cơ điện tử để tạo ra các sản phẩm mới có những ƣu điểm vƣợt trội. Có thể thấy qua các hệ thống phun xăng nhƣ: Hệ thống phun xăng kiểu cơ khí K - Jetronic, hãng BOSCH chế tạo (nhiên liệu đƣợc phun lien tục vào trƣớc supap hút) đƣợc ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes, là nền tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng thế hệ sau nhƣ K – Jettronic (với cảm biến oxy) và KE – Jettronic (có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE – Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm).

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 – Jettronic (lƣợng nhiên liệu phun đƣợc xác định nhờ cảm biến đo lƣu lƣợng khí nạp) và D – Jettronic (lƣợng nhiên liệu phun đƣợc xác định dựa vào áp suất trên đƣờng ống nạp). Đến năm 1984 ngƣời Nhật (mua bản quyền của hãng BOSCH) đã ứng dụng hệ thống phun xăng L – Jettronic và D – Jettronic trên các xe của hãng Toyota, năm 1987 hãng Nissan ứng dụng hệ thống L – Jettronic thay cho bộ chế hòa khí. Hệ thống phun xăng điện tử (EFI) là một trong những hệ thống đƣợc nghiên cứu nhiều trong những năm gần đây.

Kết cấu của hệ thống EFI là sự kết 4 hợp của nhiều lĩnh vực (lĩnh vực cơ điện tử) với mục đích chính là tạo ra một hệ thống phun xăng đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về tỷ lệ khí nhiên liệu, khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp theo nhiệt độ và điều kiện làm việc , giảm thất thoát nhiên liệu trên đƣờng ống nạp. Hệ thống phun xăng EFI thay thế việc tạo hòa khí do sƣ thay đổi áp suất trên đƣờng ống nạp bằng các cơ cấu cung cấp nhiên liệu trực tiếp, chính vì điều này nên hệ thống đƣợc chia thành ba phần chính. Phần một bao gồm: các cảm biến tốc độ động cơ, tải động cơ, nhiệt độ nƣớc làm mát, …đƣợc gọi chung là ngõ vào. Phần hai là phần điều khiển (ECU) dựa vào các tín hiệu ngõ vào mà đƣa ra các tín hiệu điều khiển.

Phần ba ngõ ra là các cơ cấu chấp hành nhƣ kim phun, hệ thống đánh lửa,. nhận các tín hiệu điều khiển từ ECU. Hoạt động của hệ thống thể hiện qua sơ đồ Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng điện tử 1- Cảm biến vị trí trục cam, 2- Van PDI, 3- Bô bin và bugi đánh lửa, 4,10- cảm biến oxy, 5- Kim phun, 6- cảm biến lưu lượng khí nạp, 7, 8 –cảm biến tốc độ động cơ, 9- cảm biến nhiệt độ nước 5 Nguyên lý hoạt động của hệ thống đƣợc chia thành các nhóm: Nhóm điều khiển kim phun, chống ô nhiễm trên bộ catalyst, điều khiển phối khí thông minh VVTi, điều khiển đánh lửa và điều khiển tốc độ cầm chừng tự động.

Hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu đƣợc thể hiện qua hình 1. Sơ Để xác định lƣợng khí nạp (lƣợng gió) đi vào xy lanh trong L-Jetronic ngƣời ta sử dụng các loại cảm biến khác nhau nhƣng ta có thể phân làm 2 kiểu: đo lƣu lƣợng với thể tích dòng khí (cánh trƣợt, Kármán .) và đo lƣu lƣợng bằng khối lƣợng dòng khí (dây nhiệt). Do có các sự thay đổi nhƣ trên nên một số vấn đề để đảm bảo các yêu cầu về cung cấp nhiên liệu đƣợc cải thiện: hao hụt trên đƣờng ống nạp, thời gian cung cấp nhiên liệu chính xác, tính năng tự chẩn đoán hƣ hỏng. Hệ thống phun xăng điện tử EFI có rất nhiều ƣu điểm: Cung cấp hỗn hợp khí nhiên liệu đồng đều đến từng xy lanh.

Đạt đƣợc tỷ lệ khí nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ động cơ. Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở bƣớm ga. Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng: có thể làm đậm hỗn hợp khi nhiệt độ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc. Hiệu suất nạp hỗn hợp không khí – nhiên liệu cao.

6 Do kim phun đƣợc bố trí gần suppap hút nên dòng khí nạp trên ống góp hút có khối lƣợng thấp đạt tốc độ xoáy lốc cao, nhờ vậy nhiên liệu sẽ không còn thất thoát trên đƣờng ống nạp và hòa khí sẽ đƣợc trộn tốt hơn. Hệ thống EFI điều khiển bằng bộ vi xử lý đƣợc sử dụng trên xe Toyota gọi là TCCS nó không chỉ điều khiển lƣợng phun mà còn bao gồm ESA, ISC, cũng nhƣ chức năng chẩn đoán và dự phòng. Cảm biến vị trí trục cam G2: Trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín hiệu G2 có 4 răng. Khi trục cam quay, khe hở không khí giữa các vấu nhô ra trên trục cam và cảm biến này sẽ thay đổi.

Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp trong cuộn nhận tín hiệu đƣợc gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G2. Tín hiệu G2 này đƣợc chuyển đi nhƣ một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp nó với tín hiệu NE từ cảm biến vị trí của trục khuỷu để xác định điểm chết trên kỳ nén của mỗi xi lanh để đánh lửa và phát hiện góc quay của trục khuỷu. ECU động cơ dùng thông tin này để xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa. Cảm biến vị trí trục cam 7 Cảm biến tốc độ trục khuỷu NE: Tín hiệu NE đƣợc tạo ra trong cuộn cảm cùng nguyên lý với tín hiệu G.

Điều khác nhau duy nhất là rotor của tín hiệu NE có 24 răng. Cuộn dây cảm biến sẽ phát 24 xung trong mỗi vòng quay của delco. Tín hiệu NE đƣợc ECU động cơ sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu và tốc độ của động cơ. ECU động cơ dùng tín hiệu NE và tín hiệu G để tính toán thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa cơ bản.

Cảm biến vị trí trục khuỷu Hình 1. Sơ đồ mạch điện và dạng xung G và NE Cảm biến kích nổ:Cảm biến kích nổ thƣờng đƣợc chế tạo bằng vật liệu áp điện. Nó đƣợc lắp trên thân xylanh hoặc nắp máy để cảm nhận xung kích nổ phát sinh trong động cơ và gửi tín hiệu này đến ECU động cơ, làm trễ thời điểm đánh lửa nhằm ngăn chặn hiện tƣợng kích nổ. Cấu tạo cảm biến kích nổ 8 Thành phần áp điện trong cảm biến kích nổ đƣợc chế tạo bằng tinh thể thạch anh, là vật liệu khi có áp lực sẽ sinh ra điện áp.

Phần tử áp điện đƣợc thiết kế có kích thƣớc với tần số riêng trùng với tần số rung của động cơ khi có hiện tƣợng kích nổ để xảy ra hiệu ứng cộng hƣởng (f = 7KHz). Nhƣ 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. Nhờ tín hiệu này, ECU động cơ nhận biết hiện tƣợng kích nổ và điều chỉnh giảm góc đánh lửa cho đến khi không còn kích nổ.

ECU động cơ có thể điều chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại. Mạch điện cảm biến kích nổ Cảm biến nhiệt độ nước làm mát: Cảm biến này đƣợc dùng để xác định nhiệt độ động cơ, có cấu tạo dạng trụ rỗng có ren ngoài, bên trong đƣợc lắp một nhiệt điện trở. Nó đƣợc làm bằng vật liệu bán dẫn nên có hệ số nhiệt điện trở âm. Khi nhiệt độ tăng điện trở giảm và khi nhiệt độ giảm thì điện trở tăng.

Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp, tín hiệu này giúp ECU biết đƣợc nhiệt độ của động cơ. Cảm biến nƣớc làm mát và đặc tính Cảm biến ô xy: Để lọc đƣợc khí xả tốt nhất cần phải duy trì tỷ lệ không khí và nhiên liệu nằm trong khoảng gần với tỷ lệ lý thuyết. cảm biến nồng độ oxy 9 nhận biết tỷ lệ không khí nhiên liệu đậm hay nhạt hơn tỷ lệ lý thuyết. Cảm biến đƣợc đặt ở đƣờng ống xả.

Cấu tạo cảm biến oxy loại Ziconnium 1- Đầu bảo vệ.,2- Lớp zirconia, 3- Đệm, 4- Thân cảm biến, 5- Lớp cách điện, 6- Vỏ cảm biến, 7- Đường thông với không khí, 8-Đầu dây nối, 9- Đường khí vào Cảm biến vị trí bướm ga: Cảm biến vị trí bƣớm ga đƣợc lắp trên cổ họng gió. Cảm biến này biến đổi góc mở bƣớm ga thành điện áp, đƣợc truyền đến ECU động cơ nhƣ tín hiệu mở bƣớm ga (VTA). Ngoài ra, một số thiết bị truyền một tín hiệu IDL riêng biệt. Các bộ phận khác xác định nó lúc tại thời điểm chạy không tải khi điện áp VTA này ở dƣới giá trị chuẩn.

Khi bƣớm ga đóng điện áp phát ra của cảm biến giảm và khi bƣớm ga mở điện áp phát ra của cảm biến tăng. ECM tính toán góc mở bƣớm ga theo những tín hiệu này và điều khiển bộ chấp hành bƣớm ga tƣơng ứng với điều khiển của lái xe. Một điện áp không đổi 5V từ ECU cung cấp đến cực VC. Khi cánh bƣớm ga mở, con trƣợt trƣợt dọc theo điện trở và tạo ra điện áp tăng dần ở cực VTA tƣơng ứng với góc mở cánh bƣớm ga.

Khi cánh bƣớm ga đóng hoàn toàn, tiếp điểm cầm chừng nối cực IDL với cực E2. Trên xe Toyota cảm biến bƣớm ga loại điện trở chỉ có 3 chân VC, VTA, E2 mà không có dây IDL. Giống nhƣ các mạch điện cảm biến khác mạch cảm biến gồm các bộ phận chính: ECU, các dây dẫn, dây nối… khi vị trí con trƣợt và điện trở R2 thay đổi thì giá trị điện trở của cảm biến cũng thay đổi. nhờ có bộ phận xác định điện áp mà bộ phận điều khiển ECU có thể xác định chính xác vị trí của bộ phận, nhận biết thông qua giá trị điện áp tại con trƣợt.