Tổng quan về hệ thống phun xăng đánh lửa
Tổng quan về hệ thống phun xăng
1.1 Giới thiệu chung về hệ thống phun xăng
1.1.1 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
Hệ thống phun xăng điện tử (EFI) là công nghệ điều khiển hỗn hợp khí và xăng cho động cơ ô tô EFI tự động điều chỉnh tỷ lệ khí nhiên liệu dựa trên chế độ làm việc của xe, đảm bảo cung cấp hỗn hợp tối ưu cho động cơ Trong thời tiết lạnh, hỗn hợp khí sẽ có tỷ lệ xăng cao hơn, sau khi động cơ đạt nhiệt độ hoạt động, tỷ lệ này sẽ giảm Khi xe hoạt động ở tốc độ cao, hỗn hợp khí lại trở nên đậm đặc xăng Ô tô thường sử dụng bộ chế hòa khí hoặc hệ thống phun xăng điện tử để cung cấp hỗn hợp nhiên liệu đến các xi-lanh, với tỷ lệ không khí-nhiên liệu được điều chỉnh theo góc mở bướm ga và tốc độ động cơ.
Bộ chế hòa khí, với thiết kế đơn giản, đã được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các động cơ xăng Tuy nhiên, để đáp ứng yêu cầu về khí thải sạch hơn và tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả, bộ chế hòa khí hiện đại cần được trang bị thêm các thiết bị điều chỉnh, làm cho hệ thống trở nên phức tạp hơn.
Hệ thống phun xăng điện tử (EFI) thay thế bộ chế hòa khí, giúp đảm bảo tỷ lệ nhiên liệu và không khí chính xác cho động cơ, tùy thuộc vào chế độ lái.
Hình vẽ: hệ thống EFI điển hình
1.1.1 Lịch sử phát triển:
Vào thế kỷ 19, kỹ sư người Mỹ Stenvan phát minh ra phương pháp bơm nhiên liệu vào máy nén khí Sau đó, một kỹ sư người Đức thử nghiệm phun nhiên liệu vào buồng đốt nhưng không đạt hiệu quả cao Đầu thế kỷ 20, Đức áp dụng hệ thống phun xăng cho động cơ 4 kỳ tĩnh tại, sử dụng dầu hỏa, mặc dù hiệu suất thấp và dễ kích nổ Tuy nhiên, sáng kiến này đã góp phần quan trọng vào việc phát triển hệ thống phun xăng cơ khí, với K-Jetronic là hệ thống phun trực tiếp vào phía trước xupap K-Jetronic đã được ứng dụng trên xe Mercedes và nhiều loại xe khác, tạo nền tảng cho các hệ thống phun xăng thế hệ tiếp theo như KE-Jetronic, Mono-Jetronic, L-Jetronic và Motronic.
Vào đầu những năm 1980, BOSCH đã giới thiệu hệ thống phun xăng mới với hai loại kim phun điều khiển bằng điện nhằm khắc phục những nhược điểm của hệ thống phun xăng cơ khí.
Hệ thống phun xăng L-Jetronic và D-Jetronic lần lượt xác định lượng nhiên liệu dựa trên cảm biến lưu lượng khí nạp và áp suất trong đường ống nạp Năm 1984, Nhật Bản đã mua bản quyền từ BOSCH và áp dụng hệ thống L-Jetronic và D-Jetronic cho xe Toyota với động cơ 4A-ELU Đến năm 1987, Nissan cũng đã sử dụng L-Jetronic để thay thế bộ chế hòa khí trên xe Sunny Hệ thống điều khiển EFI được chia thành hai loại: loại mạch tương tự, điều khiển lượng phun dựa trên thời gian sạc và phóng vào tụ điện, và loại điều khiển bằng bộ vi xử lý, sử dụng dữ liệu lưu trữ để xác định lượng phun.
Hệ thống EFI của Toyota lần đầu tiên sử dụng loại điều khiển tương tự bằng mạch, trong khi loại điều khiển bằng bộ vi xử lý được áp dụng từ năm 1983.
Hệ thống EFI điều khiển bằng bộ vi xử lý trên xe Toyota được biết đến với tên gọi TCCS (Hệ thống điều khiển bằng máy tính của Toyota).
Toyota ), nó không chỉ kiểm soát lượng phun mà còn bao gồm ESA (Electronic Spark
Hệ thống Advance (đánh lửa sớm điện tử) và ISC (kiểm soát tốc độ không tải) đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát thời điểm đánh lửa và duy trì tốc độ không tải Ngoài ra, chúng còn tích hợp các chức năng chẩn đoán và sao lưu, góp phần nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của động cơ.
Sơ đồ phân loại hệ thống phun xăng điện tử
Mạch tương tự EFI và vi điều khiển dựa trên bộ vi xử lý có nhiều điểm tương đồng, nhưng cũng tồn tại một số khác biệt quan trọng, đặc biệt trong các lĩnh vực điều khiển và độ chính xác.
1.1.2 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:
1.1.3.1 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 là một hệ thống phun nhiên liệu điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí và thủy lực, sau này được nâng cấp thành KE - Jectronic với hệ thống ECM mạnh mẽ hơn Đây là nền tảng cho các hệ thống phun nhiên liệu điện tử hiện đại, với đặc điểm nổi bật là không cần các cơ cấu dẫn động của động cơ, mà việc phun nhiên liệu được điều khiển bởi độ chân không trong đường ống hút Lượng nhiên liệu được phun liên tục phụ thuộc vào lượng khí nạp, và hệ thống này được sử dụng cho các dòng xe như Audi coupe, quattro, 80, 90, 100, 200 cũng như BMW 318, 520, và nhiều mẫu khác.
• 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.
1.1.3.2 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, một hệ thống phun xăng đa điểm điều khiển điện tử, bắt nguồn từ tiếng Đức với "Luft" có nghĩa là không khí Hệ thống này bơm xăng vào các cửa nạp của xi lanh động cơ theo chu kỳ, không liên tục Quá trình phun nhiên liệu và đo lường dựa trên hai tín hiệu chính: tín hiệu khối lượng không khí nạp và tín hiệu tốc độ trục khuỷu từ động cơ.
L-Jectronic có chức năng cung cấp lượng nhiên liệu khác nhau cho mỗi xi-lanh, tùy thuộc vào chế độ tải của động cơ Hệ thống cảm biến ghi lại thông tin về trạng thái hoạt động của ô tô và tình trạng động cơ, sau đó chuyển đổi thành tín hiệu điện ECU sẽ xử lý và phân tích thông tin này để tính toán lượng nhiên liệu chính xác cần bơm vào Lưu lượng phun nhiên liệu được xác định bởi thời gian mở van của béc phun.
• 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:
Giới thiệu chung về hệ thống đánh lửa
2.1 Tổng quan về hệ thống đánh lửa
2.1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống đánh lửa điện tử a Công dụng:
Hệ thống đánh lửa của động cơ chuyển đổi dòng điện một chiều thấp (12 V hoặc 24 V) thành xung điện áp cao từ 15 kV đến 35 kV Những xung điện áp này được cung cấp cho bugi của xi lanh tại thời điểm chính xác, tạo ra tia lửa điện cao áp để đốt cháy hòa khí trong xi lanh.
Hệ thống đánh lửa hoạt động tốt thì cần đáp ứng các yêu cầu sau:
- Hệ thống đánh lửa phải tạo ra sức điện động thứ cấp đủ mạnh để phóng điện qua khe hở điện cực bugi ở mọi chế độ hoạt động
- Tia lửa điện ở bugi phải có đủ năng lượng và thời lượng để đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp.
- Góc đánh lửa sớm phải chính xác ở tất cả các chế độ vận hành của động cơ.
- Những linh kiện của hệ thống đánh lửa phải hoạt động tốt ở nhiệt độ cao và rung động mạnh
- Độ mòn điện cực của bugi phải nằm trong phạm vi cho phép. c Phân loại
Hệ thống đánh lửa bán dẫn hiện nay được áp dụng rộng rãi trên hầu hết các ô tô nhờ khả năng tạo ra tia lửa mạnh tại điện cực bugi, đáp ứng tốt nhu cầu hoạt động của động cơ và có độ bền cao Qua quá trình phát triển, hệ thống đánh lửa điện tử đã được sản xuất và cải tiến thành nhiều kiểu khác nhau, nhưng có thể phân chia thành hai loại chính.
Hệ thống đánh lửa bán dẫn điều khiển trực tiếp bao gồm các linh kiện điện tử được lắp ráp thành một cụm mạch gọi là igniter, có nhiệm vụ đóng mở mạch sơ cấp thông qua tín hiệu đánh lửa (tín hiệu điện áp) Hệ thống này được phân loại thành hai loại khác nhau.
Hệ thống đánh lửa bán dẫn với vít điều khiển có cấu trúc tương tự như hệ thống đánh lửa truyền thống, nhưng điểm khác biệt là nó chỉ thực hiện chức năng điều khiển việc đóng mở.
+ Hệ thống đánh lửa không có vít điều khiển: Công suất được điều khiển bằng cảm biến đánh lửa.
- Hệ thống đánh lửa bằng kỹ thuật số :
Hệ thống đánh lửa kỹ thuật số, hay còn gọi là hệ thống đánh lửa chương trình, sử dụng các tín hiệu từ tốc độ động cơ, vị trí trục khuỷu, vị trí bướm ga và nhiệt độ động cơ để giúp bộ vi xử lý (ECU - electronic control unit) tính toán và điều chỉnh thời điểm đánh lửa một cách chính xác.
- Mô tả chung hệ thống đánh lửa điện tử :
Các tiếp điểm trong hệ thống đánh lửa cơ bản cần được bảo dưỡng định kỳ để ngăn chặn tình trạng oxy hóa do tác động của tia lửa trong quá trình sử dụng.
Hệ thống đánh lửa điện tử hiện đại giúp giảm chi phí bảo trì nhờ loại bỏ nhu cầu bảo trì định kỳ Trong hệ thống này, máy phát tín hiệu được tích hợp trong bộ chia điện, thay thế cho cam và tiếp điểm, tạo ra điện áp để mở đánh lửa và ngắt dòng điện sơ cấp trong cuộn dây đánh lửa Do không tiếp xúc kim loại, hệ thống này không bị mòn và không xảy ra sụt áp Để ECU xác định chính xác thời điểm đánh lửa cho từng xi lanh động cơ, nó cần nhận các tín hiệu như số vòng quay, vị trí cốt máy, lượng khí nạp và nhiệt độ động cơ Số lượng tín hiệu nhận được càng nhiều thì khả năng xác định góc đánh lửa sớm tối ưu càng chính xác.
1 - Tín hiệu số vòng quay động cơ (NE).
2 - Tín hiệu vị trí cốt máy (G).
4 - Tín hiệu cảm biến vị trí cánh bướm ga.
5 - Tín hiệu nhiệt độ nước làm mát.
Các tín hiệu từ cảm biến như cảm biến nhiệt độ khí nạp, cảm biến tốc độ xe và cảm biến ôxy đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh hệ thống đánh lửa ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến này, sau đó xử lý thông tin và gửi xung điều khiển đến Igniter Trong số các tín hiệu đầu vào, tín hiệu số vòng quay - vị trí cốt máy và tín hiệu tải là những tín hiệu quan trọng nhất.
Giới thiệu chung về hệ thống phun xăng điện tử EFI trên KIA MORNING 2015
Sơ lược về hệ thống phun xăng điện tử
Hệ thống gồm có 3 thành phần chính: Các loại cảm biến và tín hiệu đầu vào, Bộ điều khiển điện tử
ECU, và thành phần cơ cấu chấp hành.
Hình2.1 Cấu trúc của hệ thống điều khiển Động cơ
+) Cảm biến và tín hiệu đầu vào.
Cảm biến và tín hiệu đầu vào đóng vai trò quan trọng trong việc xác định trạng thái hoạt động của động cơ, cũng như các giá trị thay đổi cần thiết trong quá trình vận hành Quá trình này chuyển đổi các đại lượng vật lý thành tín hiệu điện, giúp theo dõi và điều khiển hiệu quả hơn.
ECU xử lý thông tin từ cảm biến bằng cách so sánh với dữ liệu tối ưu đã được nạp vào bộ vi xử lý Sau đó, ECU thực hiện tính toán và phát tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu chấp hành thông qua tín hiệu điện Ngoài ra, ECU còn kết nối với các hệ thống điều khiển khác và hệ thống chẩn đoán trên xe.
Cơ cấu chấp hành chuyển các tín hiệu điện từ ECU thành các chuyển động cơ khí hoặc các chuyển động điện
So sánh hệ thống phun xăng với hệ thống dùng chế hòa khí
Khi hoạt động ở chế độ ổn định, hệ thống phun xăng tương tự như bộ chế hòa khí Tuy nhiên, khi có sự thay đổi và ở các chế độ khác nhau, sự khác biệt giữa hệ thống phun xăng và chế hòa khí trở nên rõ rệt.
2.1 Ở chế độ không tải chuẩn
+ Đối với bộ chế hòa khí:
Bướm ga thường đóng kín, dẫn đến việc xăng không được hút ra từ họng chính do độ chân không thấp Thay vào đó, xăng được hút qua đường không tải kết nối với không gian sau bướm ga Khi đó, trong xylanh xuất hiện hệ số khí sót lớn, khiến động cơ cần hòa khí đậm (=0,6) để hoạt động ổn định Tuy nhiên, hòa khí quá đậm dẫn đến mức tiêu hao nhiên liệu cao và gia tăng lượng khí thải độc hại, bao gồm CO và HC.
Hệ thống phun xăng điện tử tạo ra thành phần hòa khí hoàn hảo bằng cách sử dụng hai van khí điều chỉnh riêng biệt cho không khí, trong khi lượng xăng được điều chỉnh theo tốc độ động cơ So với bộ chế hòa khí, hệ thống phun xăng điện tử ưu việt hơn vì lượng xăng được tính toán chính xác, thay vì phụ thuộc vào độ chân không như trong chế hòa khí Điều này cho phép hệ thống duy trì số vòng quay không tải thấp nhất và hỗn hợp cháy không tải nhạt nhất, vẫn đảm bảo hiệu suất làm việc của động cơ.
+ Đối với bộ chế hòa khí:
Khi có sự tăng tốc đột ngột, hỗn hợp nhiên liệu trở nên nghèo và cần bù thêm nhiên liệu để duy trì hiệu suất Trong thời gian ngắn, động cơ có thể sử dụng hỗn hợp với tỷ lệ =0,9 để đạt được mômen cực đại Tín hiệu nhận biết tăng tốc đến từ sự thay đổi vị trí bướm ga, kích hoạt hệ thống cơ khí để bơm tăng tốc phun ngay lập tức một lượng xăng vào trước họng, đảm bảo hỗn hợp không bị quá nhạt.
+ Đối với hệ thống phun xăng điện tử:
Bộ chế hòa khí cần thêm nhiên liệu để tránh hỗn hợp bị nhạt, đảm bảo lượng xăng chính xác cho quá trình chuyển tiếp mượt mà và đạt sức kéo lớn khi tăng tốc Tín hiệu xác định lượng phun cần thiết dựa vào nhiệt độ động cơ và sự thay đổi đột ngột của vị trí bướm ga.
Tín hiệu nhận biết tăng tốc đến từ cảm biến bướm ga, với bướm ga kiểu chiết áp, sự thay đổi đột ngột điện áp ở chân giữa của chiết áp là dấu hiệu chính Thay vì chờ đợi ECU tính toán lượng khí nạp và độ chân không, khi nhận được tín hiệu thay đổi đột ngột, ECU sẽ ngay lập tức dựa vào nhiệt độ động cơ để điều chỉnh lượng xăng phun Hệ thống vòi phun sẽ phun đúp vài lần, tùy thuộc vào từng hãng, để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho mỗi xilanh.
2.3 Chế độ khởi động động cơ
+ Đối với bộ chế hòa khí:
Khi khởi động động cơ, số vòng quay thấp dẫn đến độ chân không nhỏ ở họng, khiến nhiên liệu hút vào ít, không tơi và khó bay hơi Để dễ dàng khởi động, cần thêm nhiên liệu để tạo hỗn hợp đậm hơn Bộ chế thường sử dụng bướm gió, khi bướm gió đóng kín, độ chân không sau bướm gió lớn, giúp cả hệ thống chính và hệ thống không tải hoạt động, tạo ra hỗn hợp đậm theo yêu cầu Khi động cơ đã nổ, để tránh hiện tượng hỗn hợp quá đậm do bướm gió chưa mở, một van khí được lắp trên bướm gió để bổ sung không khí.
+ Đối với động cơ phun xăng:
Khi động cơ khởi động, tốc độ động cơ dao động lớn, dẫn đến việc đo lượng không khí vào không chính xác Lượng xăng phun dựa vào tín hiệu khởi động và nhiệt độ động cơ, với một lượng lớn xăng được phun từ vòi phun chính và thêm nhiên liệu từ vòi phun khởi động lạnh Công tắc nhiệt trên đường nước làm mát xác định thời gian hoạt động của vòi phun khởi động lạnh, và được đốt nóng bởi dòng điện để tránh hiện tượng sặc xăng khi trời lạnh Việc phun thêm nhiên liệu là cần thiết do số vòng quay thấp và hỗn hợp không khí nghèo, cùng với nhiệt độ đường ống nạp thấp làm giảm khả năng bay hơi của nhiên liệu Vòi phun khởi động lạnh giúp cung cấp thêm nhiên liệu trong thời gian ngắn để hỗ trợ động cơ khởi động dễ dàng hơn.
Nhiều hãng xe hiện nay đã áp dụng việc thay đổi đặc tính phun khi khởi động cho những xe không có vòi phun khởi động riêng Trong trường hợp này, các vòi phun chính sẽ đảm nhận nhiệm vụ phun thêm xăng, thay vì chỉ phun 1 hoặc 2 lần ECU sẽ điều khiển việc phun xăng nhiều lần trong mỗi chu trình động cơ nhằm tạo ra hỗn hợp nhiên liệu đậm đặc hơn Lượng xăng phun thêm sẽ giảm dần khi tốc độ động cơ vượt qua một ngưỡng nhất định, tùy thuộc vào nhiệt độ và số vòng quay của động cơ.
Khi động cơ phun xăng khởi động, không chỉ có xăng được phun thêm mà còn có sự điều chỉnh thời điểm đánh lửa dựa trên tốc độ và nhiệt độ động cơ Nếu động cơ lạnh và tốc độ thấp, góc đánh lửa tối ưu gần điểm chết trên; nếu góc đánh lửa quá lớn, có thể gây hư hỏng cho mô tơ khởi động Ngược lại, khi động cơ nóng, sự trả ngược của mô men quay có thể xảy ra ngay cả với góc đánh lửa nhỏ do hỗn hợp nhiên liệu và không khí hòa trộn tốt Để khắc phục, góc đánh lửa sẽ được giảm khi nhiệt độ động cơ tăng lên, nhằm tránh hiện tượng kích nổ do nhiệt độ không khí nạp cao hơn nhiệt độ cuối nén.
Sau khi khởi động, cần phun thêm nhiên liệu ở nhiệt độ thấp để bù cho hỗn hợp nghèo, do nhiên liệu thường bám trên thành vách xi lanh Lượng nhiên liệu tăng cường này không chỉ cải thiện mômen mà còn giúp chuyển đổi từ chế độ không tải sang chế độ có tải Quá trình vận hành sau khởi động được điều chỉnh để động cơ hoạt động ổn định ở mọi mức nhiệt độ, đồng thời tối ưu hóa mức tiêu thụ nhiên liệu Lượng nhiên liệu sử dụng sau khởi động được điều chỉnh dựa trên nhiệt độ và thời gian, với giá trị nhiệt độ ban đầu thay đổi gần như tuyến tính theo thời gian.
2.4 Quá trình sấy nóng động cơ (Quá trình không tải nhanh)
Động cơ sử dụng chế hòa khí cổ điển thường không được trang bị hệ thống sấy, dẫn đến việc chúng gặp phải tổn thất lớn và giảm công suất trong thời gian khởi động lạnh.
Quá trình sấy nóng động cơ phun xăng bắt đầu ngay sau khi khởi động, trong đó cần bổ sung thêm nhiên liệu để bù vào lượng nhiên liệu đọng trên thành xi lanh khi còn nguội Nếu không thêm xăng, tốc độ động cơ sẽ giảm sau khi vòi phun khởi động lạnh, dẫn đến thời gian chạy ấm kéo dài, tăng tổn thất nhiệt và giảm công suất động cơ trong giai đoạn khởi động.
Trong thời kỳ động cơ lạnh, việc tính toán chính xác lượng nhiên liệu trở nên khó khăn do một lượng lớn nhiên liệu bị ngưng tụ thành giọt ở cuối đường ống Những giọt nhiên liệu này khó bay hơi khi động cơ chưa nóng, vì vậy cần phải bổ sung thêm nhiên liệu vào hỗn hợp để đảm bảo quá trình bốc cháy trong xi lanh diễn ra hoàn hảo ở mọi nhiệt độ.
Thời điểm đánh lửa của động cơ phụ thuộc vào nhiệt độ, do đó góc đánh lửa cần được điều chỉnh phù hợp Hiệu ứng nhiệt độ được lập trình riêng cho từng chế độ hoạt động của động cơ, bao gồm khởi động, không tải, xuống dốc, nửa tải và toàn tải.
Các cảm biến trên hệ thống phun xăng điện tử 25 1 Sơ đồ bố trí hệ thống phun xăng điện tử
3.1 Sơ đồ bố trí chung hệ thống phun xăng điện tử.
Bơm nhiên liệu điện đảm bảo cung cấp nhiên liệu với áp suất ổn định đến các vòi phun Các vòi phun sẽ phun một lượng nhiên liệu nhất định vào đường ống nạp dựa trên tín hiệu từ ECU động cơ ECU nhận thông tin từ nhiều cảm biến để điều chỉnh hoạt động của động cơ theo các chế độ khác nhau.
- Áp suất đường ống nạp (PIM) hay lượng khí nạp (VS, KS và VG).
- Tốc độ động cơ (NE)
- Tăng tốc/ Giảm tốc (VTA)
- Nhiệt độ nước làm mát (THW)
- Nhiệt độ khí nạp (THA)
ECU sử dụng các tín hiệu để xác định thời gian phun nhiên liệu cần thiết, nhằm đạt được tỷ lệ hòa khí tối ưu cho từng điều kiện hoạt động của động cơ.
3.2 Công dụng, cấu tạo, làm việc của các cảm biến trong hệ thống phun xăng điện tử
3.2.1 Cảm biến vị trí trục cam (G) a Công dụng:
Cảm biến vị trí trục cam đóng vai trò quan trọng trong việc xác định vị trí của piston, gửi tín hiệu điện tới ECU để xác định thời điểm đánh lửa và phun nhiên liệu Cấu tạo của cảm biến này cho phép nó hoạt động hiệu quả trong việc cung cấp thông tin cần thiết cho hệ thống điều khiển động cơ.
Cảm biến trục cam bao gồm các thành phần chính như cuộn dây, thân cảm biến, lớp cách điện và giắc cắm Để tạo ra tín hiệu (G), ngoài cảm biến, cần có một đĩa tín hiệu bằng sắt hình tròn với từ 1 đến 3 răng, được gắn trên trục cam.
Chuyển động quay của đĩa tạo ra tín hiệu G trên trục cam, dẫn đến sự thay đổi khe hở không khí giữa các vấu lồi của đĩa và cuộn nhận tín hiệu G Sự biến đổi này tạo ra lực điện từ trong cuộn dây nhận tín hiệu, từ đó phát sinh tín hiệu G.
Hình 2.3 : Sơ đồ mạch điện của cảm biến trục cam e Vị trí lắp trên ô tô:
Cảm biến vị trí trục cam
3.2.2 Cảm biến tốc độ động cơ (NE) a Công dụng:
Cảm biến tốc độ động cơ đóng vai trò quan trọng trong việc nhận biết tốc độ của động cơ và gửi tín hiệu điện đến ECU Tín hiệu này được sử dụng để tính toán góc đánh lửa tối ưu và lượng nhiên liệu phun cho từng xilanh Ngoài ra, cảm biến còn giúp điều khiển tốc độ cầm chừng và cắt nhiên liệu trong chế độ cầm chừng cưỡng bức.
Hình 2.5: Cấu tạo cảm biến tốc độ động cơ
1- Cuộn dây; 2- Thân cảm biến; 3-Lớp cách điện; 4-Giắc cắm
Gồm một cảm biến và một đĩa tạo tín hiệu hình tròn có 12 răng hoặc 24 răng hoặc 36 răng c Làm việc:
Chuyển động quay của đĩa sinh ra tín hiệu NE trên trục khuỷu, dẫn đến sự thay đổi khe hở không khí giữa các vấu lồi của đĩa và cuộn nhận tín hiệu NE Sự biến đổi này tạo ra lực điện từ trong cuộn dây nhận tín hiệu, từ đó phát sinh tín hiệu NE.
Tín hiệu NE tạo ra trong cuộn dây nhận tín hiệu bởi đĩa tạo tín hiệu giống như tín hiệu
G nhưng đĩa tạo tín hiệu NE có 12 răng (đĩa tạo tín hiệu G có 1 răng) và như vậy 12 tín hiệu NE tạo ra trong mỗi vòng quay. d Mạch điện:
Hình 2.6: Sơ đồ mạch điện của cảm biến tốc độ động cơ. e Vị trí lắp cảm biến
Cảm biến vị trí trục khuỷu
Hình 2.7: Cảm biến tốc độ động cơ lắp trên động cơ 2AZ của hãng TOYOTA.
3.2.3 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát. a Công dụng:
Nhận biết nhiệt độ nước làm mát và gửi tín hiệu điện về ECU b Cấu tạo:
Hình 2.8: Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
1-Điện trở; 2-Thân cảm biến; 3-Chất cách điện; 4-Giắc cắm
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát là thiết bị quan trọng trong động cơ, được gắn ở thân máy hoặc nắp máy, với cấu trúc trụ rỗng có ren ngoài và điện trở bán dẫn bên trong Nguyên lý hoạt động của cảm biến dựa trên sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ, với điện trở giảm khi nhiệt độ tăng Điện áp 5V qua điện trở chuẩn tạo thành cầu phân áp với điện trở nhiệt, gửi tín hiệu đến ECU Khi nhiệt độ động cơ thấp, điện trở cao dẫn đến điện áp lớn, cho phép ECU nhận biết động cơ đang lạnh Ngược lại, khi động cơ nóng, điện trở giảm và điện áp cũng giảm, thông báo cho ECU rằng động cơ đã nóng lên.
Hình 2.9: Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát e Vị trí lắp cảm biến:
Hình 2.10: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát, động cơ TOYOTA CAMRY- 2AZ
Cảm biến Nhiệt độ nước làm mát
3.2.4 Bộ cảm biến chân không tuyệt đối trong ống góp hút MAP (cảm biến áp suất) a Công dụng:
Cảm biến đo khối lượng không khí nạp vào xy lanh động cơ thông qua sự thay đổi áp suất trên đường ống nạp Đây là một bộ phận quan trọng trong hệ thống phun xăng điện tử D-EFI, được lắp đặt trên ống góp hút và kết nối với độ chân không bên trong ống ở khu vực phía sau bướm ga Cảm biến này liên tục theo dõi và ghi nhận sự thay đổi của độ chân không trong đường ống nạp, sau đó chuyển đổi thành tín hiệu điện áp gửi đến ECU.
Cảm biến áp suất được cấu tạo bởi một chip Silicon gắn với buồng chân không duy trì độ chân không chuẩn Chip này có một bên tiếp xúc với áp suất đường ống nạp và bên còn lại tiếp xúc với độ chân không trong buồng chân không.
Chíp Silicon chịu áp suất từ đường ống nạp, dẫn đến sự thay đổi hình dạng của chíp khi áp suất biến động Điều này gây ra sự dao động trong giá trị điện trở của chíp, phản ánh mức độ biến dạng của nó.
Bộ cảm biến chân không tuyệt đối trong ống góp hút MAP chuyển đổi áp suất thành tín hiệu điện áp thông qua IC bên trong cảm biến, sau đó tín hiệu này được gửi đến ECU động cơ tại chân PIM Tín hiệu PIM dùng để đo áp suất đường ống nạp, trong khi chân Vc của ECU cung cấp nguồn 5V ổn định cho IC Khi ECU nhận tín hiệu điện áp từ chân PIM, nó so sánh với điện áp 5V ở chân Vc để tính toán lượng không khí nạp, từ đó xác định thời gian phun và góc đánh lửa sớm.
3.2.5 Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu cánh a Công dụng:
Dùng để đo lưu lượng khí nạp vào trong xy lanh động cơ b Cấu tạo :
Hình 2.13: Cấu tạo bộ cảm biến lưu lượng khí nạp lại cánh Đ iệ n áp ra (P IM )
Cảm biến áp suất đường ống nạp Đến đường ống nạp kPa (tuyệt đối) mmHg-inHg (chân không)
Hình 2.12: a Mạch điện; b.Đường đặc tính a Áp suất đường ống nạp b
Biến trở được lắp đồng trục với tấm đo, bên trong có buồng giảm chấn và tấm giảm, trong khi đường khí tắt có vít chỉnh không tải.
Khi không khí đi qua lọc gió và cảm biến lưu lượng khí nạp, nó sẽ mở tấm đo cho đến khi lực tác dụng cân bằng với lò xo Biến trở được lắp đồng trục với tấm đo, chuyển hoá lượng khí nạp thành tín hiệu điện áp (VS) gửi đến ECU Buồng giảm chấn và tấm giảm chấn giúp ngăn chặn rung động của tấm đo khi lượng khí nạp thay đổi đột ngột.
Cảm biến lưu lượng loại cánh có hai kiểu tín hiệu điện áp: một loại tín hiệu giảm khi lượng khí nạp lớn và loại còn lại tăng khi lượng khí nạp tăng.
Mục đích, yêu cầu đối với mô hình
- Phục vụ cho việc dạy và học cấu tạo và hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử và đánh lửa điện tử xe Kia Morning 2015
2.1 Vì mô hình là một thiết bị được sử dụng trong học tập, các yêu cầu chính như sau:
3.1 - Phải thể hiện rõ ràng, dễ hiểu nguyên lý mà nó trình bày.
4.1 - Dễ dàng sử dụng và điều khiển.
5.1 - Kích thước và khối lượng không lớn lắm.
6.1 - Có độ bền vững cao hoạt động tin cậy và ổn định.
8.1 - Mang tính tổng quát và phổ biến.
9.1 - Ít khác biệt so với lý thuyết
10.1 - Có thể học tập và giảng dạy chẩn đoán
11.1 - Giá thành hợp lí.
Quá trình chuẩn bị
2.1 Các thiết bị sử dụng trong quá trình dựng mô hình
2.1.1 Máy cắt ( mài) cầm tay MAKITA a Công dụng: Dùng để cắt và mài sắt khi làm khung mô hình b Cấu tạo: c Thông số kỹ thuật:
2.2.2 Máy khoan cầm tay Makita. a Công Dụng: Dùng để khoan gỗ, khoan sắt. b Cấu Tạo c Thông số kỹ thuật:
2.2.3 Máy hàn điện Jasic arc 200 a Công dụng: Dùng để hàn sắt, hàn giáp nối khi chế tạo khung mô hình. b Cấu tạo: c Thông số kỹ thuật:
Chi tiết/Model Đ/vị Maxx200 Điện áp vào V AC 85V-265V (50-60Hz)
Công suất KVA 4.98KVA Điện áp không tải V 71
Phạm vi điều chỉnh dòng hàn A 10 – 200 Điện áp hàn V 26.2
Hệ số công suất Cosφ 0.997 Đường kính que hàn Mm 1.6 – 4.0
2.2.4 Dụng cụ phục vụ quá trình làm mô hình
2.2 Các bộ phận trong mô hình phun xăng đánh lửa tự động
Để chuẩn bị cho hệ thống điều khiển phun xăng, cần có các bộ phận thiết yếu như công tắc máy, relay, kim phun, hệ thống đánh lửa, ECU, các cảm biến, bộ chia điện, đèn LED (giả tín hiệu), nguồn, cầu chì và Arduino.
Cầu Chì RơLe Đánh Lửa Dàn Kim Phun
Trình tự các bước xây dựng mô hình
Căn cứ vào thực trạng các mô hình và căn cứ vào mục đích và yêu cầu của mô hình để xây dựng ý tưởng
3.2 Lựa chọn phương án thiết kế cho mô hình
Mô hình hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử được thiết kế để giúp người dùng quan sát rõ ràng đặc điểm kết cấu cũng như nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử và đánh lửa điện tử.
Hiện nay, mô hình thiết kế gồm các dạng sau:
Mô phỏng giống như trên xe mang lại lợi ích trong việc dễ dàng quan sát vị trí lắp ghép, tuy nhiên, nhược điểm là khó hình dung tổng thể và cấu tạo cũng như hoạt động của các cảm biến.
Hình dạng thứ hai là một tấm bảng không hoạt động, thường được dùng để thể hiện cấu trúc của các hệ thống phức tạp Nó chia nhỏ hệ thống thành các phần để làm rõ các thành phần bên trong, giúp người dùng hiểu rõ hơn về hoạt động và cấu trúc của từng cơ cấu Tuy nhiên, loại hình này không thể hiện nguyên lý hoạt động cụ thể của hệ thống, gây khó khăn trong việc quan sát vị trí lắp đặt trên xe và không hỗ trợ thực hiện các bài kiểm tra cảm biến.
Dàn trải trên một bảng, mô hình có kết cấu chi tiết giống thật và hoạt động nhờ các nguồn dẫn động hoặc các tác động khác.
Mô hình này mang lại sự tiện lợi, giúp người dùng dễ dàng quan sát và hình dung tổng quan sơ đồ đấu ghép, đồng thời nắm bắt cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống một cách hiệu quả.
Sau khi phân tích, chúng tôi quyết định lựa chọn phương án thứ ba, đó là thiết kế mô hình hệ thống phun xăng điện tử đa điểm kết hợp với hệ thống đánh lửa điện tử trực tiếp, được bố trí trên một bảng và có khả năng hoạt động hiệu quả.
3.3 Thiết kế khung mô hình a Yêu cầu khung mô hình
Khung mô hình là vị trí lắp đặt các thiết bị hệ thống như cầu chì, khóa điện, nguồn, Arduino, giàn đánh lửa, ECU và giàn kim phun Do đó, khung mô hình cần phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cụ thể để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
- Kết cấu vững chắc, trọng lượng nhẹ.
- Kích thước của khung phải đảm bảo bố trí đầy đủ các thiết bị trên bảng.
- Chiều cao đủ để dễ dàng quan sát và vận hành.
- Giá cả hợp lý b Lựa chọn vật liệu chế tạo khung mô hình
Khi lựa chọn vật liệu cho khung mô hình, ván ép vuông là sự lựa chọn lý tưởng, giúp mô hình nhỏ gọn nhưng vẫn đảm bảo độ vững chắc Kích thước các thanh gỗ thường được sử dụng là 80x5x1 cm và 65x5x1 cm.
Khung hình hộp chữ nhật được chế tạo bằng phương pháp bắn đinh và cố định bằng ốc vít để lắp đặt các thiết bị
Phía sau hộp lắp đặt cửa và khóa cửa được thiết kế nhằm giấu dây, tăng tính thẩm mỹ cho mô hình Để tạo ra mô hình hiệu quả, cần sắp xếp các chi tiết theo nhiều kiểu dáng và nguyên tắc khác nhau, nhưng vẫn phải đảm bảo tính thực tiễn Việc tổ chức các chi tiết theo nhóm dựa trên nhiệm vụ chung là rất quan trọng, giúp người dùng dễ dàng tiếp nhận và hiểu hoạt động của mô hình Ngoài ra, để đảm bảo an toàn, thiết bị đánh lửa nên được đặt xa vòi phun và có các biện pháp bảo vệ thích hợp.
3.4 Xác định chân của các bộ phận trong hệ thống điều khiển phun xăng đánh lửa a Xác định chân của công tắc máy
- Trên công tắc máy có 2 chân ghi là : B , IG
+ Chân B : nối vào nguồn dương acquy
+ Chân IG : nối với relay chính b Xác định chân của relay
Trong mô hình sử dụng relay 4 chân, quá trình xác định các chân tương tự nhau chủ yếu dựa vào việc phân biệt 2 chân tín hiệu đi qua cuộn dây, trong khi các chân còn lại được kết nối với nguồn và tải.
Để kiểm tra thông mạch của relay, sử dụng đồng hồ VOM và đặt ở thang đo OHM Kết nối hai đầu chân đồng hồ vào hai chân bất kỳ của relay; nếu kim đồng hồ lên, đó là cặp chân tín hiệu đi qua cuộn dây Hai chân còn lại sẽ lần lượt nối với nguồn và tải.
3.5 Kiểm tra hoạt động của các bộ phận trong hệ thống phun xăng đánh lửa a) Kiểm tra hoạt động của relay
- Có nhiều cách để kiểm tra hoạt động của relay :
Để kiểm tra đơn giản, cấp nguồn và nối mass vào hai chân tín hiệu qua cuộn dây Nếu nghe tiếng tạch tạch của tiếp điểm đóng mở, relay vẫn còn hoạt động tốt Bên cạnh đó, cần kiểm tra hoạt động của kim phun.
* Kiểm tra âm thanh hoạt động phát ra từ mỗi kim phun
B1: Cấp nguồn và nối mass cho 2 chân của kim phun
B2: Bật mở công tắc và lắng nghe âm thanh trong mỗi kim
B3: Nếu nghe tiếng nhấc của ty kim thì kim còn hoạt động c) Kiểm tra hoạt động của ECU
Kết nối nguồn dương cho các chân Bat, B1 và B+ của ECU, đồng thời nối mass cho chân E1 và E2 Sử dụng đồng hồ VOM ở thang đo điện áp để đo điện áp ở hai đầu chân VC; nếu đo được gần 5V thì ECU vẫn còn hoạt động tốt.
B2: Lắp mạch bóng đén , kiểm tra tín hiệu IGT và lấy tín hiệu của cảm biến tốc độ động cơ và cảm biến vị trí trục khuỷu
+ Do cảm biến ( G,Ne) được đặt trong bộ chia điện nên ta sử dụng bộ chia điện của hệ thống đánh lửa
+ Lắp mạch bóng đén Ta nối chấn (+) của bóng đèn vào chân T của T của ECU nối chân âm của bóng đén vào mass
+ Quay trục của bộ chia điện nếu đèn sáng thì ECU còn tốt
3.6 Lắp đặt mạch hệ thống phun xăng đánh lửa và giả lập mạch Arduino a Lắp mạch nối dây hệ thống
- Ta lắp mạch giống như sơ đồ nguyên lý hoạt động của kim phun và đánh lửa
- Trong quá trình lắp mạch cần đảm bảo các yếu tố sau
+ Đảm bảo tối ưu đường dây điện ( ngắn , gọn ) nhất nhưng vẫn đảm bảo an toàn cho hệ thống hoạt động đường
+ Tránh các hư hỏng thường gặp như : Hở mạch , chạm dương , chạm mass , ngắn mạch , điện trở tăng bất kỳ
+ Đảm bảo vị trí các bộ phận trọng sơ đồ mạch phù hợp và thuận tiện nhất
+ Đảm bảo tính thẩm mỹ của mô hình b Thiết kế giả lập mạch Arduino
Thay vì sử dụng hệ thống trục bánh răng động cơ, chúng ta sẽ thiết kế mô hình bằng cách áp dụng mạch giả lập Arduino Mạch Arduino sẽ được mô phỏng để thực hiện các chức năng cần thiết cho dự án.
Trong đoạn mã Arduino này, thư viện TimerOne được sử dụng để điều khiển tín hiệu xuất xung từ chân số 9 Biến 'i' và 'a' được khai báo để sử dụng trong chương trình, trong khi biến 'val' được dùng để đọc tín hiệu từ chân A0, nơi kết nối với biến trở Hàm setup cấu hình chân 9 là đầu ra, cho phép phát tín hiệu xung.
OUTPUT pinMode(val, INPUT); // Cấu hình chân A0 là đầu vào
Timer1.attachInterrupt(CKP); // Khởi tạo Timer chạy chương trình CKP
} void CKP() // chương trình xung CKP
{ if(a
