Tiểu luận đồ án tốt nghiệp đề tài thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa xe kia morning 2015

Tiểu luận trình bày thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa cho xe Kia Morning 2015, ứng dụng công nghệ hiện đại.

• Tác giả: Văn Hoài Nam
• Người hướng dẫn: ThS Lê Minh Xuân
• Trường học: Trường Đại Học Đông Á
• Chuyên ngành: Ô Tô
• Đề tài: Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa xe Kia Morning 2015
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG
• 1.1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG
• 1.1.2. KHÁI NIỆM VỀ PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ
• 1.1.3. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
• 1.1.4. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG PHUN XĂNG
• 1.2. HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI
• 1.2.1. THÀNH PHẦN HÒA KHÍ
• 1.2.2. HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI
• 1.2.2.1. HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU
• 1.2.2.2. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ
• 2. CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI TRÊN KIA MORNING 2015
• 3. CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐÁNH LỬA
• 3.1. MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU ĐỐI VỚI MÔ HÌNH
• 3.2. QUÁ TRÌNH CHUẨN BỊ
• 3.2.1. CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG QUÁ TRÌNH DỰNG MÔ HÌNH
• 3.2.2. CÁC BỘ PHẬN TRONG MÔ HÌNH PHUN XĂNG ĐÁNH LỬA TỰ ĐỘNG
• 3.3. TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC XÂY DỰNG MÔ HÌNH
• 3.3.1. XÂY DỰNG Ý TƯỞNG
• 3.3.2. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CHO MÔ HÌNH
• 3.3.3. THIẾT KẾ KHUNG MÔ HÌNH
• 3.3.4. XÁC ĐỊNH CHÂN CỦA CÁC BỘ PHẬN TRONG MÔ HÌNH
• 3.3.5. KIỂM TRA HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC BỘ PHẬN
• 3.3.6. LẮP ĐẶT MẠCH HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐÁNH LỬA VÀ GIẢ LẬP MẠCH ARDUINO
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống phun xăng và đánh lửa

Hệ thống phun xăng và đánh lửa là hai thành phần quan trọng trong động cơ ô tô, đặc biệt là trong xe Kia Morning 2015. Hệ thống phun xăng đảm bảo cung cấp hỗn hợp nhiên liệu và không khí chính xác cho động cơ, trong khi hệ thống đánh lửa đảm bảo quá trình đốt cháy diễn ra hiệu quả. Việc hiểu rõ về công nghệ phun xăng và đánh lửa điện tử là cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất động cơ và giảm thiểu khí thải. Hệ thống phun xăng điện tử (EFI) được sử dụng rộng rãi trong các dòng xe hiện đại, bao gồm Kia Morning, nhờ vào khả năng điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu và không khí một cách chính xác. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn nâng cao hiệu suất động cơ.

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống phun xăng

Hệ thống phun xăng điện tử (EFI) là một công nghệ tiên tiến, cho phép điều khiển lượng nhiên liệu phun vào động cơ một cách chính xác. Cảm biến phun xăng đóng vai trò quan trọng trong việc đo lường các thông số như nhiệt độ, áp suất và lưu lượng không khí, từ đó giúp ECU (bộ điều khiển điện tử) tính toán lượng nhiên liệu cần thiết. Hệ thống này giúp tối ưu hóa hiệu suất động cơ, giảm thiểu khí thải và tiết kiệm nhiên liệu. Việc sử dụng hệ thống phun xăng điện tử đã trở thành tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp ô tô, đặc biệt là trong các mẫu xe mới như Kia Morning 2015.

1.2 Giới thiệu chung về hệ thống đánh lửa

Hệ thống đánh lửa là một phần không thể thiếu trong quá trình hoạt động của động cơ. Nó có nhiệm vụ tạo ra tia lửa điện để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và không khí trong buồng đốt. Hệ thống đánh lửa điện tử (DIS) hiện đại giúp cải thiện hiệu suất đánh lửa, đảm bảo quá trình đốt cháy diễn ra hiệu quả hơn. Hệ thống này sử dụng các cảm biến để theo dõi các thông số như vị trí trục khuỷu và nhiệt độ động cơ, từ đó điều chỉnh thời điểm đánh lửa một cách chính xác. Điều này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất động cơ mà còn giảm thiểu khí thải độc hại.

II. Giới thiệu chung về hệ thống phun xăng điện tử EFI trên Kia Morning 2015

Kia Morning 2015 được trang bị hệ thống phun xăng điện tử EFI, mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng. Hệ thống phun xăng này cho phép điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu và không khí một cách linh hoạt, giúp động cơ hoạt động hiệu quả hơn trong mọi điều kiện. So với các hệ thống phun xăng truyền thống, EFI giúp giảm thiểu lượng khí thải và tiết kiệm nhiên liệu. Các cảm biến trong hệ thống này, như cảm biến lưu lượng khí nạp và cảm biến oxy, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp thông tin cho ECU, từ đó điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào động cơ một cách chính xác.

2.1 Sơ lược về hệ thống phun xăng điện tử

Hệ thống phun xăng điện tử trên Kia Morning 2015 được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất động cơ. Cảm biến phun xăng và cảm biến oxy là hai thành phần chính trong hệ thống này. Chúng giúp ECU theo dõi và điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào động cơ dựa trên các thông số như nhiệt độ và áp suất. Điều này không chỉ giúp động cơ hoạt động hiệu quả mà còn giảm thiểu khí thải độc hại. Hệ thống này cũng cho phép người lái xe tiết kiệm nhiên liệu hơn so với các hệ thống phun xăng truyền thống.

2.2 So sánh hệ thống phun xăng với hệ thống dùng chế hòa khí

So với hệ thống chế hòa khí, hệ thống phun xăng điện tử mang lại nhiều ưu điểm vượt trội. Hệ thống chế hòa khí thường gặp khó khăn trong việc điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu và không khí, dẫn đến hiệu suất động cơ không ổn định. Ngược lại, hệ thống phun xăng điện tử có khả năng điều chỉnh tỷ lệ này một cách chính xác, giúp động cơ hoạt động hiệu quả hơn. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm nhiên liệu mà còn giảm thiểu khí thải, đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường hiện hành.

III. Xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa

Việc xây dựng mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa cho Kia Morning 2015 là một quá trình phức tạp, đòi hỏi sự chuẩn bị kỹ lưỡng. Mô hình này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của hệ thống mà còn hỗ trợ trong việc sửa chữa và bảo trì. Các thiết bị sử dụng trong quá trình dựng mô hình bao gồm cảm biến, bộ điều khiển và các linh kiện điện tử khác. Quá trình này bao gồm nhiều bước, từ việc xây dựng ý tưởng, lựa chọn phương án thiết kế cho đến lắp đặt và kiểm tra hoạt động của các bộ phận.

3.1 Mục đích yêu cầu đối với mô hình

Mục đích của việc xây dựng mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa là để nghiên cứu và hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của các thành phần trong hệ thống. Mô hình này giúp sinh viên và kỹ sư có thể thực hành và áp dụng lý thuyết vào thực tế. Yêu cầu đối với mô hình bao gồm tính chính xác trong việc mô phỏng hoạt động của hệ thống, khả năng điều chỉnh và kiểm tra các thông số kỹ thuật, cũng như tính dễ dàng trong việc bảo trì và sửa chữa.

3.2 Các thiết bị sử dụng trong quá trình dựng mô hình

Trong quá trình dựng mô hình, các thiết bị cần thiết bao gồm cảm biến, bộ điều khiển ECU, và các linh kiện điện tử khác. Các cảm biến như cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến oxy, và cảm biến nhiệt độ không khí là rất quan trọng trong việc cung cấp thông tin cho ECU. Bộ điều khiển ECU sẽ xử lý thông tin này và điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào động cơ. Việc lựa chọn thiết bị phù hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ chính xác của mô hình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I : Tổng quan về hệ thống phun xăng và đánh lửa 1. Tổng quan về hệ thống phun xăng 1.1 Giới thiệu chung về hệ thống phun xăng 1.1 Khái niệm về phun xăng điển tử: Chữ EFI ở phía sau thân xe ô tô đời mới và trên động cơ là viết tắt của Electronic Fuel Injection, có nghĩa là hệ thống phun xăng được điều khiển điện tử. Hệ thống này đảm bảo hỗn hợp khí và xăng hoàn hảo. Tuy nhiên, tùy thuộc vào chế độ làm việc của xe, EFI thay đổi tỷ lệ khí nhiên liệu để luôn cung cấp cho động cơ một hỗn hợp khí tối ưu.

Đặc biệt khi xuất phát trong thời tiết lạnh, hỗn hợp khí được cung cấp sẽ đậm đặc xăng hơn, sau khi động cơ đã có đủ nhiệt độ hoạt động, hỗn hợp khí sẽ loãng xăng hơn. Ở chế độ tốc độ cao, hỗn hợp khí sẽ đậm đặc xăng trở lại. Ô tô sử dụng một trong hai thiết bị hoặc hệ thống để cung cấp hỗn hợp nhiên liệu theo một tỷ lệ cụ thể đến các xi-lanh của động cơ ở các dải tốc độ; bộ chế hòa khí hoặc hệ thống phun xăng điện tử. Hai hệ thống đo lượng khí nạp này nếu thay đổi theo góc mở bướm ga và tốc độ động cơ sẽ cung cấp tỷ lệ không khí-nhiên liệu thích hợp cho các xi-lanh dựa trên lượng khí nạp.

Do thiết kế tương đối đơn giản của bộ chế hòa khí, nó đã được sử dụng trong hầu hết các động cơ xăng cho đến nay. Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu ngày nay về khí thải sạch hơn, tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn, nâng cao khả năng vận chuyển, v., bộ chế hòa khí hiện tại 75 cần phải được trang bị thêm các thiết bị hiệu chỉnh khác, điều này khiến nó trở nên phức tạp hơn rất nhiều. Do đó, thay vì bộ chế hòa khí, hệ thống EFI được sử dụng, thông qua phun xăng điện tử, đảm bảo tỷ lệ nhiên liệu không khí chính xác cho động cơ tùy thuộc vào chế độ lái. Hình vẽ: hệ thống EFI điển hình 75 1.1 Lịch sử phát triển: Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Mỹ tên là Stenvan đã phát minh ra cách bơm nhiên liệu vào máy nén khí.

Sau một thời gian, một người Đức thực hiện phun nhiên liệu vào buồng đốt, nhưng nó không hiệu quả. Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun xăng cho động cơ 4 kỳ tĩnh tại (nhiên liệu sử dụng trong động cơ này là dầu hỏa nên dễ bị kích nổ và hiệu suất thấp). Dù vậy, sáng kiến này đã đóng góp rất lớn trong việc chế tạo hệ thống phun xăng cơ khí. Với hệ thống phun này, nhiên liệu được phun trực tiếp vào phía trước xupap , do đó có tên là K-Jetronic.K-Jetronic đã được đưa vào sản xuất và sử dụng trên xe Mercedes và một số loại xe khác, tạo cơ sở cho việc phát triển các hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE-Jetronic,Mono-Jetronic,L-Jetronic,Motronic,vv.

Do hệ thống phun xăng cơ khí vẫn còn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 1980, BOSCH đã ra mắt hệ thống phun xăng sử dụng hai loại kim phun điều khiển bằng điện: Hệ thống L - Jetronic (lượng nhiên liệu phun được xác định bởi cảm biến lưu lượng khí nạp) và D - Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định bởi áp suất trong đường ống nạp). Năm 1984, người Nhật mua bản quyền từ BOSCH và áp dụng hệ thống phun xăng L- Jetronic và D-Jetronic cho xe Toyota (dùng với động cơ 4A-ELU). Năm 1987, Nissan sử dụng L-Jetronic để thay thế bộ chế hòa khí trên xe Sunny. Điều khiển EFI có thể được chia thành hai loại dựa trên các phương pháp khác nhau được sử dụng để xác định lượng nhiên liệu phun vào.

Một là loại mạch tương tự điều khiển lượng phun dựa trên thời gian để sạc và phóng vào tụ điện. Loại còn lại được điều khiển bằng bộ vi xử lý, sử dụng dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ nhằm xác định lượng phun. Loại điều khiển tương tự bằng mạch của hệ thống EFI là loại đầu tiên được Toyota sử dụng trong hệ thống EFI của mình. Còn loại điều khiển bằng bộ vi xử lý đã được sử dụng vào năm 1983.

Loại hệ thống EFI điều khiển bằng bộ vi xử lý đã được sử dụng trên xe Toyota được gọi là TCCS (Toyota Computer Control System- Hệ thống điều khiển bằng máy tính của Toyota ), nó không chỉ kiểm soát lượng phun mà còn bao gồm ESA (Electronic Spark 75 Advance - Đánh lửa sớm điện tử) để kiểm soát thời điểm đánh lửa; ISC (Idle speed control - Kiểm soát tốc độ không tải) và các hệ thống điều khiển khác, cũng như các chức năng chẩn đoán và sao lưu. Hai hệ thống này có thể được phân loại như sau: Sơ đồ phân loại hệ thống phun xăng điện tử Loại mạch tương tự EFI và vi điều khiển dựa trên bộ vi xử lý về cơ bản thì đều giống nhau, nhưng ta có thể nhận ra một số khác biệt ví dụ là trong các lĩnh vực điều khiển và độ chính xác.2 Phân loại hệ thống phun xăng: Hệ thống phun nhiên liệu có thể được chia thành nhiều loại khác nhau. Khác nhau về cấu tạo của kim phun ta có 2 loại: 1.1 Loại CIS: Đây là hệ thống sử dụng kim phun cơ, nó chỉ được sử dụng trong một số động cơ, kim phun mở liên tục, khi áp suất thay đổi thì sẽ thay đổi lượng nhiên liệu phun vào. Gồm 4 loại cơ bản như sau: • Hệ thống K - Jectronic: Đây là hệ thống phun nhiên liệu mà điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí và thuỷ lực, sau này được nâng cấp thành hệ thống KE - Jectronic, trang bị hệ thống ECM mạnh hơn.

Đây là hệ thống phun nhiên liệu cơ bản của các loại hình phun nhiên liệu điện tử ngày nay. Đặc điểm của hệ thống này là không cần những cơ cấu dẫn động của động cơ, nghĩa là việc phun nhiên liệu được điều khiển bởi độ chân không trong đường ống hút. Việc phun nhiên liệu liên tục được xác định bởi lượng khí nạp. Dùng cho các dòng xe như Audi: coupe, quattro, 80, 90, 100, 200.Xe BMW: 318, 520,vv.

• Hệ thống K - Jectronic với cảm biến khí thải: Được trang bị thêm thiết bị cảm biến oxy • Hệ thống KE - Jectronic: Phát triển thêm dựa trên hệ thống K-Jectronic với mạch điều khiển áp suất phun điện tử.2 Loại AFC: Đây là hệ thống phun xăng sử dụng kim phun được điều khiển bằng điện. Hệ thống phun xăng được trang bị kim phun điện sẽ được chia thành 2 loại chính: • L - Jectronic (bắt nguồn từ tiếng Đức, Luft có nghĩa là không khí): là hệ thống phun xăng đa điểm điều khiển điện tử. Xăng được bơm vào các cửa nạp của xi lanh động cơ theo định kỳ, không phải liên tục. Việc phun nhiên liệu và đo nhiên liệu dựa trên hai tín hiệu gốc bao gồm : tín hiệu khối lượng không khí nạp và tín hiệu tốc độ trục khuỷu từ động cơ.

Chức năng của L-Jectronic là cung cấp cho mỗi xi-lanh một lượng nhiên liệu khác nhau 75 phù hợp với những chế độ tải khác nhau của động cơ. Một hệ thống cảm biến ghi lại thông tin về trạng thái hoạt động của ô tô và tình trạng hiện tại của động cơ và chuyển thông tin này thành tín hiệu điện. ECU xử lý và phân tích thông tin nhận được và sẽ tính toán lượng nhiên liệu chính xác sẽ được bơm vào. Lưu lượng phun nhiên liệu được xác định bởi thời lượng mở van của béc phun nhiên liệu.

• D - Jectronic: Lượng nhiên liệu phun vào được xác định bởi áp suất phía sau cánh bướm ga bởi cảm biến MAP. Tùy thuộc vào vị trí lắp đặt của các kim phun, hệ thống phun nhiên liệu sẽ được phân chia thành hai loại: TBI (Throttle Body Injection): Phun nhiên liệu đơn điểm với một hoặc hai kim phun nhiên liệu và phun trực tiếp vào cánh bướm ga tại đầu của đường ống nạp. MPI (Multi-Point Injection): Phun nhiên liệu đa điểm. Trong hệ thống phun xăng này, động cơ có bao nhiêu xilanh thì có bấy nhiêu kim phun xăng.Vòi phun được bố trí để phun xăng trực tiếp vào cửa nạp gần xupap nạp.

Hệ thống phun xăng điện tử đa điểm bây giờ đang là hệ thống đo lường và điều khiển tiên tiến nhất giúp tối ưu hóa cả quá trình phun xăng và đánh lửa động cơ. 75 Hệ thống MPI Hệ thống TBI 1.2 Hệ thống phun xăng điện tử EFI 1.1 Thành phần hòa khí: Thành phần của hòa khí thể hiện tỷ lệ hòa trộn của xăng và không khí , được đặc trưng bởi hệ số không khí dư α (hoặc λ) hoặc bằng hệ số tỷ lệ không khí - nhiên liệu M, là tỷ số giữa lượng không khí Gk và lượng xăng chứa trong bộ chế hòa khí Gx (m = ). Với m = 14,7: 1 - không khí đủ ta có α = 1 và ta có hòa khí chuẩn (lý tưởng) Với m> 14,7: 1 - không khí dư ta có α> 1 và ta có hòa khí nhạt (nghèo nhiên liệu) Với m <14,7:1 - không khí thiếu ta có α <1 và ta có hòa khí đậm (giàu nhiên liệu) Thành phần của hòa khí có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của động cơ, xe cần phải có thành phần hòa khí nhất định.1: Sự biến đổi của tỷ lệ không khí - nhiên liệu tùy thuộc vào điều kiện hoạt động của xe. Ký hiệu : A: khởi động B: cầm chừng C: bướm ga mở một phần D: gia tốc E: bướm ga mở hoàn toàn Hình trên mô tả các thành phần nhất định của hòa khí 75 Hình 1.2 mô tả các thành phần hòa khí theo yêu cầu của động cơ khi hoạt động ở những chế độ khác nhau.

Cần có thành phần hòa khí đậm khi động cơ vào chế độ khởi động lạnh (m ≈ 9: 1), khi động cơ đạt tốc độ trung bình, bướm ga sẽ mở một phần m ≈ 15: 1. Nếu đột nhiên mở bướm ga để tăng tốc, thành phần hòa khí cũng phải được tạm thời làm đậm, nếu không xe sẽ dẫn đến hiện tượng chết máy. Thành phần hòa khí cũng trở nên đậm khi m ≈ 13: 1 bằng cách mở rộng bướm ga (vì lúc này tất cả oxy trong buồng đốt phải được đốt cháy để tạo ra toàn bộ công suất).2: Sự biến đổi hiệu suất của bộ xúc tác hóa khử theo tỷ số m (không khí - nhiên liệu). 75 Với thành phần hòa khí m ≈ 14,7: 1, động cơ đạt được hiệu suất cao và tiêu thụ nhiên liệu thấp, đồng thời hiệu quả khử độc của bộ xúc tác hóa khử ba dòng đạt mức cao nhất.