(Luận văn thạc sĩ hcmute) ứng dụng labview điều khiển phun xăng xe gắn máy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN HẢI TRÂN

ỨNG DỤNG LabVIEW ĐIỀU KHIỂN
PHUN XĂNG XE GẮN MÁY

NGÀNH : KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ ƠTƠ MÁY KÉO - 605246

SKC003716

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03/2012

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN HẢI TRÂN

ỨNG DỤNG LabVIEW ĐIỀU KHIỂN PHUN
XĂNG XE GẮN MÁY

NGÀNH : KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ ƠTƠ MÁY KÉO - 605246
Hướng dẫn khoa học:

PGS TS Đỗ Văn Dũng

Tp. Hồ Chí Minh , tháng 3 năm 2012

Luan van


Chương 1

TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài
Xe gắn máy là phương tiện giao thông phổ biến ở nước ta, hiện có khoảng 18
triệu xe gắn máy trên 86 triệu dân. Hầu hết các xe máy đang lưu hành tại Việt Nam
điều sử dụng bộ chế hịa khí gây ơ nhiễm rất lớn và không kinh tế. Những năm trở lại
đây, các hãng xe đã chuyển sang xu hướng thiết kế động cơ xe máy phun xăng điện tử
(PGM- FI), đi tiên phong cho trào lưu này là hãng xe nổi tiếng Honda. Chiếc xe máy
đầu tiên của hãng áp dụng công nghệ này là SHi. Động cơ phun xăng điện tử giúp tiết
kiệm nhiên liệu (động cơ xe máy phun xăng tiết kiệm hơn động cơ sử dụng bộ chế
hịa khí khoảng 6%), góp phần làm hạn chế ơ nhiễm mơi trường…. Tuy nhiên, khó
khăn chủ yếu hiện nay là việc xử lý các sự cố hư hỏng của động cơ xe gắn máy phun
xăng điện tử còn hạn chế và hầu như tại các cơ sở sửa chữa chưa khắc phục được. Đó
là nhược điểm lớn nhất của động cơ xe máy áp dụng công nghệ phun xăng điện tử.
Mặc khác, tại các cơ sở dạy nghề trong nước, mơ hình về động cơ phun xăng xe gắn
máy mà qua mơ hình học sinh có thể tương tác giữa động cơ và máy tính hầu như
khơng có, gây khó khăn khơng chỉ đối với học sinh – sinh viên trong việc học mà còn
ảnh hưởng đến việc giảng dạy của giáo viên.
Trong lĩnh vực dạy học và nhất là trong lãnh vực đào tạo nghề, mơ hình dạy học
đóng vai trị quan trong. Việc giao tiếp giữa máy tính và mơ hình giảng dạy giúp giáo
viên chủ động trong quá trình lên lớp và việc truyền thụ kiến thức cũng như rèn luyện
kỹ năng nghề cho các học viên được thuận tiện hơn. Giao tiếp gữa máy tính và các

thiết bị máy móc dùng trong sản xuất cơng nghiệp đã được ứng dụng khá phổ biến
nhưng dùng trong dạy học thì cịn hạn chế. Vì vậy, luận văn “Ứng dụng LabVIEW
điều khiển phun xăng xe gắn máy “ đã được chọn làm đề tài nghiên cứu nhằm có thể

Trang 1

Luan van


áp dụng những thành tựu mà phần mềm này mang lại, giúp cho các giáo viên và các
học viên có thêm một phương tiện mới để học tập và nghiên cứu.
1.2. Sự cần thiết triển khai nghiên cứu đề tài
Giao tiếp gữa máy tính và các thiết bị máy móc dùng trong sản xuất công nghiệp
đã được ứng dụng khá phổ biến nhưng dùng trong dạy học thì cịn hạn chế. Vì vậy,
luận văn “Ứng dụng LabVIEW điều khiển phun xăng xe gắn máy“ đã được chọn
làm đề tài nghiên cứu nhằm áp dụng những thành tựu mà phần mềm này mang lại,
giúp cho các giáo viên và các học viên có thêm một phương tiện mới để học tập và
nghiên cứu.
1.3. Mục đích nghiên cứu
Vận dụng lý thuyết về điều khiển động cơ, nghiên cứu LabVIEW, thiết kế giắc
nối giao tiếp, viết chương trình thu thập tín hiệu cảm biến và viết chương trình
điều khiển bằng LabVIEW, từ đó tạo ra mơ hình dạy học giúp người học có thể
trực tiếp quan sát sự hoạt động của các hệ thống qua dữ liệu hiển thị trên máy tính,
đồng thời từ máy tính có thể điều khiển động cơ hoạt động.
1.4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Tham khảo lý thuyết, cách thức phân tích tài liệu, nghiên cứu card giao tiếp và
thơng qua công cụ là LabVIEW để giao tiếp giữa máy tính và động cơ nhằm đọc và
mơ phỏng tín hiệu từ hệ thống điều khiển động cơ. Nhiệm vụ của đề tài này là từ
máy tính thơng qua cơng cụ là phần mềm LabVIEW, card giao tiếp USB HDL9090 và thiết kế giắc giao tiếp để thu thập tín hiệu cảm biến và điều khiển động cơ
trên xe thực tế. Tác giả thực hiện chương trình này trên cơ sở nghiên cứu phần

mềm lập trình LabVIEW và các kiến thức đã học về hệ thống điều khiển động cơ.
1.5. Đối tượng nghiên cứu
+ Động cơ xe máy Honda Future Neo FI.
+ Phần mềm LabVIEW và Card USB HDL-9090.

Trang 2

Luan van


1.6. Điểm mới của đề tài
Ứng dụng phần mềm LabVIEW trong việc điều khiển giữa máy tính và động cơ
phun xăng, giúp cho các người học quan sát được sự thay đổi trạng thái họat động
của động cơ thực tế một các trực quan, hiển thị các thông số hoạt động của động cơ
trên máy tính, mặt khác học sinh có thể quan sát được sự thay đổi các thống số của
động cơ khi có tác động ngược lại điều chỉnh một số thông số của động cơ.
1.7. Phương pháp nghiên cứu
+ Để đề tài được hoàn thành tác giả đã kết hợp nhiều phương pháp nghiên
cứu, đặc biệt là phương pháp tham khảo tài liệu, từ đó có cơ sở và tìm ra những ý
tưởng mới để hình thành đề cương cho đề tài.
+ Phương pháp thực nghiệm và xử lý số liệu thực nghiệm các tín hiệu của
động cơ như tốc độ, tín hiệu thời điểm đánh lửa, tín hiệu độ dài của xung phun nhiên
liệu vv…
+ Viết các chương trình hiển thị và chương trình điều khiển.
1.8. Phạm vi nghiên cứu
Trong quá trình thực hiện chương trình, tác giả còn kết hợp cả phương pháp
quan sát, thực nghiệm và tham khảo ý kiến của các thầy và bạn bè để hoàn thành
tốt đề tài này.
Đề tài nghiên cứu hiển thị và đo các thông số cơ bản của động cơ cụ thể đang
hoạt động tốt đó là động cơ HONDA Future Neo FI. Từ đó làm cơ sở lập trình điều

khiển ngược lại động cơ.

Trang 3

Luan van


Chương 2

HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN XE GẮN
MÁY VÀ MƠ HÌNH GIẢNG DẠY
2.1. Thơng số kỹ thuật của động cơ xe máy HONDA Future neo FI

Hình 2.1. Xe máy Future Neo FI
Ngày 20/4/2007, công ty Honda Việt Nam chính thức giới thiệu sản phẩm xe máy
mới mang tên Future Neo FI ra thị trường Việt Nam.
Future Neo FI là phiên bản cải tiến từ mẫu xe Future Neo ứng dụng công nghệ
phun xăng điện tử PGM-FI (Programmed Fuel Injection). Công nghệ này trước nay chỉ
ứng dụng cho ô tô, xe máy phân khối lớn và rất hạn chế đối với xe máy cỡ nhỏ do đặc
thù công nghệ và giá thành.
Hệ thống phun xăng được một máy tính siêu nhỏ gọi là ECM điều khiển tự động để
đảm bảo cung cấp nhiên liệu/khí tối ưu vào buồng đốt.
Có các cảm biến giám sát các hoạt động thông số của xe như:
+ Cảm biến vị trí trục khuỷu.
+ Nhiệt độ động cơ (cảm biến nhiệt độ dầu).

Trang 4

Luan van

+ Áp suất khơng khí (cảm biến MAP).
+ Nhiệt độ khơng khí nạp (cảm biến nhiệt độ)
+ Vị trí bướm ga (cảm biến vị trí bướm ga).
Các cảm biến này gởi tín hiệu đến ECM, ECM sẽ tiếp nhận, xử lý và đưa tín hiệu đến
bộ chấp hành, để:
+ Quyết định lượng nhiên liệu theo khơng khí cần cung cấp cho động cơ.
+ Tính tốn chính xác thời điểm phun nhiên liệu và đánh lửa.
Nhiên liệu sẽ được đốt cháy hiệu quả nhất dẫn đến tiết kiệm nhiên liệu và giảm
lượng khí thải độc hại.
Thơng số kỹ thuật của động cơ Honda Future Neo FI
+ Loại động cơ: Xăng, 4 kỳ, làm mát bằng khơng khí
+ Hãng sản xuất: Honda
+ Nhiên liệu: Xăng
+ Số xy lanh: 1 xylanh
+ Dung tích xy lanh: 124cm3
+ Đường kính X Hành trình piston: 52.4 mm X 57.9 mm
+ Tỷ số nén: 9.3:1
+ Công suất cực đại (kW/rpm): 6.6/7500
+ Momen cực đại (Nm/rmp): 9.9/5000
2.2. Lý thuyết về điều khiển động cơ phun xăng

2.2.1. Lý thuyết về hệ thống phun xăng điện tử (PGM –FI

-

Programmed Fuel Injection)
Về cơ bản, tất cả các hệ thống EFI dựa vào đo dịng chảy khơng khí nhiên liệu
động cơ và điều chỉnh dòng chảy cho phù hợp. Một số điều chỉnh cũng được thực hiện
để làm việc với các thông số khác nhau, chẳng hạn như tải khơng khí, nhiệt độ, nhiệt

độ nước làm mát. Lượng khơng khí được đưa vào động cơ có thể được đo bằng cách sử
dụng một thể tích hoặc khối lượng khơng khí (MAP). Thay thế, lưu lượng khơng khí có
Trang 5

Luan van


thể được tính theo tốc độ động cơ (N), áp suất tuyệt đối (MAP) và nhiệt độ khơng khí
tiêu thụ (IAT).

Hình 2.2. EFI sử dụng cảm biến thể tích (hoặc khối lượng) khí nạp (MAF)

Hình 2.3. EFI sử dụng cảm biến áp suất tuyệt đối (MAP)

Trang 6

Luan van


Nguyên lý hoạt động cơ bản của PGM – FI

Hình 2.4 . Sơ đồ khối hệ thống phun xăng trên xe gắn máy
+ Từ tốc độ cầm chừng tới tốc độ cao, lượng nhiên liệu phun ra từ kim phun được
điều khiển bởi ECM, ECM nhận tín hiệu điện áp ra từ các cảm biến để điều chỉnh
lượng xăng phù hợp với lượng khí nạp vào bởi bướm ga.
+ Kim phun phun chính xác lượng xăng vào cổ hút, phụ thuộc vào thể tích khí nạp,
bằng cách thêm thời gian phun chính xác đến thời gian phun cơ bản.
+ Thời gian phun được xác định bởi 2 loại cảm biến MAP được ghi nhớ trong ECM,
ECM quan sát tốc độ động cơ và lượng khí nạp (được tính tốn bởi công thức đặt
trước, áp dụng cho: điện áp ra từ cảm biến MAP, CKP và TP).

+ Thời gian phun chính xác được xác định bởi ECM, căn cứ vào tín hiệu từ các cảm
biến và tình trạng của động cơ.

Trang 7

Luan van


2.2.2. Lý thuyết về điều khiển phun xăng
Như ta đã biết tỷ lệ hịa khí λ là một biến số quan trọng cho việc điều khiển nhiên
liệu, nó chính là cơ sở cho những tiếp cận điều khiển khác nhau.
- Hợp hợp giàu nhiên liệu λ <1công suất cực đại sinh ra trên thể tích cơng tác nhờ
tăng lượng nhiên liệu cung cấp tương đối λ f.
- Hỗn hợp hòa khí lý tưởng λ =1: Cơng suất động cơ phát ra ở mức vừa phải, tỷ lệ
này là cần thiết cho bộ hóa khử (three way catalytic converter) hoạt động với hiệu suất
lớn nhất.
- Hỗn hợp nghèo nhiên liệu vừa phải 1< λ <1.5: Hiệu suất nhiệt tốt vì tăng lượng
khơng khí cung cấp λ a, nhưng lại phát thải rất nhiều khí NOx.
- Hỗn hợp nghèo nhiên liệu λ >1.5: Hiệu suất nhiệt cao bởi vì lượng khơng khí cung
cấp λ a cao. NOx phát ra khí thải vẫn cao vì vậy phải dùng đến bộ khử để làm giảm
NOx, phương pháp này được sử dụng ở động cơ đốt nghèo ở chế độ tải nhỏ và động cơ
Diesel.

2.2.2.1 Phun xăng trên đường ống nạp
Nhiên liệu được phun vào trong từng ống góp hút riêng biệt trước cổng nạp. Vấn
đề có thể xẩy ra tại tốc độ cầm chừng bởi vì sự bốc hơi nhiên liệu khơng hồn tồn và
tốc độ khơng khí lưu thơng di chuyển vào xy lanh thấp, ngồi ra sự phân phối dịng
khơng khí nạp vào trong từ ống góp hút có thể khác nhau. Ở chế độ cầm chừng, nhiên
liệu được phun vào ít chính xác vì kim phun điện từ điều khiển theo thời gian sai số do
thời gian khi tăng hoặc giảm dòng làm ảnh hưởng đến lượng nhiên liệu được phun khi

số lần phun ít.
Ưu điểm của hệ thống phun vào đường ống nạp là tạo được sự phân bố hỗn hợp
nhiên liệu đồng nhất trong xy lanh. Hỗn hợp này cháy với ngọn lửa màu xanh. Có một
vài hạn chế đối với việc thiết kế đường ống nạp. Sự thay đổi dịng khí có thể được tối
ưu hóa mà khơng ảnh hưởng lớn đến hệ thống phun nhiên liệu vì kim phun được đặt
ngay tại xu páp nạp. Đường ống nạp được thiết kế để tạo ra sự cộng hưởng quán tính
Trang 8

Luan van


dịng khơng khí khi tốc độ động cơ thấp điều này làm tăng lượng khơng khí nạp tương
đối λa và cơng có ích ωe mà khơng cần tăng áp. Xupap nạp được làm mát bởi sự bốc
hơi của nhiên liệu. Nhiệt độ hỗn hợp được giảm xuống thấp, giảm khả năng kích nổ và
cho phép tăng tỉ số nén lên cao để tăng hiệu suất động cơ. Thời điểm phun thay đổi
theo từng giai đoạn cho mỗi xy lanh. Điều này nhằm mục đích hạn chế sự hình thành
muội than, vừa mới ngắt phun thì xupap mở ra, sự phun nhiên liệu có thể điều khiển
một cách riêng lẻ và nhiên liệu cung cấp có thể bị cắt từng cái một ở mỗi xy lanh để
giới hạn tốc độ động cơ và vận tốc của xe, cắt nhiên liệu khi chạy đà hoặc ngắt phun ở
một số xy lanh đối với động cơ nhiều xy lanh.

2.2.2.2 Phun trực tiếp vào xy lanh
Nhiên liệu được phun thẳng vào lòng xy lanh. Mục đích là làm cho hỗn hợp hịa
khí đủ giàu, trong một phần giới hạn của buồng cháy. Lượng nhiên liệu, áp suất phun,
hình dạng góc phun của nhiên liệu và thời điểm phun được điều chỉnh theo từng chế độ
hoạt động của động cơ. Sự xoáy lốc của hỗn hợp nhiên liệu được điều khiển bởi hình
dạng đặt biệt của đầu piston
Mục đích để đốt cháy hỗn hợp hịa khí siêu nghèo. Điều này có thể thực hiện bằng
cách phun nhiên liệu nhiều lần. bởi lần phun đầu tiên, hỗn hợp hịa khí nghèo đồng
nhất được hình thành trong toàn bộ buồng cháy cho đến thời điểm đánh lửa, bởi vì sự

xốy lốc trong buồng đốt lần phun ngay sau đó tạp ra hỗn hợp phân lớp giàu nhiên
liệu hơn chính hỗn hợp này sẽ bốc cháy thật nhanh giảm sự biến đổi từ chu kỳ này đến
chu kỳ khác. Nhờ giảm lượng nhiên liệu trong việc nạp phân lớp, nhiệt độ đỉnh của
quá trình cháy cũng giảm theo. Hỗn hợp nghèo đồng nhất được tạo ra ở lần phun đầu
tiên được đốt cháy sau. Do hỗn hợp nhiên liệu quá nghèo cần có thời gian cháy lớn nên
làm giới hạn tốc độ tối đa cho phép của động cơ. Trong quá trình cháy hỗn hợp phân
lớp, muội than được sinh ra một cách đáng kể.
Tổng lượng nhiên liệu được phun phụ thuộc vào các thông số sau:
 Lưu lượng khí nạp theo thời gian ma
Trang 9

Luan van


 Áp suất trên đường ống nạp pm
 Góc mở cánh bướm ga αt
 Tốc độ động cơ n
 Góc quay trục khuỷu αcs và tín hiệu TDC của xi lanh chuẩn
 Nhiệt độ động cơ Te
 Nhiệt độ môi trường Ta
 Hiệu điện thế Accu Ub
Những chức năng chính của điều khiển nhiên liệu
 Điều khiển lượng nhiên liệu phun ra mf, theo lượng khơng khí nạp theo thời
gian ma, phụ thuộc vào tỷ lệ hịa khí mong muốn.


Làm giàu hịa khí trong q trình hâm nóng sau khi khởi động lạnh.



Tăng lượng khơng khí cung cấp tương đối λa hoặc nhiên liệu cung cấp tương
đối λf khi động cơ cịn lạnh vì lúc này ma sát lớn.



Bù nhiên liệu do tổn thât động học trên đường ống nạp.



Bù lớp màng mỏng nhiên liệu bám trên đường ống nạp.



Cắt nhiên liệu khi chạy đà.



Lưu lượng khí nạp đơi khi cịn được hiệu chỉnh theo nhiệt độ mơi trường Ta sự
thay đổi áp suất (trước và sau cánh bướm ga) po của khí quyển.



Điều khiển tốc độ cầm chừng.



Cắt nhiên liệu để giớn hạn tốc độ tối đa của động cơ



Điều khiển λ của tỉ lệ hịa khí



Điều khiển ln hồi khí thải

2.2.2.3 Phun nhiên liệu gián đoạn
Phun nhiên liệu gián đoạn kinh tế hơn nhiều so với phun nhiên liệu liên tục nhờ
đảm bảo các yêu cầu chính xác khác nhau trong hệ thống.

Trang 10

Luan van


= 100
Tốc độ thay đổi trong khoảng hẹp

= 10
Ở chế độ hoạt động cố định lượng xăng phun theo thời gian m’f tỉ lệ với công suất pe
động cơ
- Lượng xăng phun cho mỗi xy lanh và chu kỳ cháy
Nếu phun gián đoạn trong mỗi chu kỳ, một lượng nhiên liệu nào đó được phun ra, số
lần phun trên giây sẽ tỉ lệ thuận với tốc độ động cơ
- Lượng xăng phun cho mỗi chu kỳ cháy là

(2-1)

Trong đó :
+ mf : lượng xăng phun ở mỗi chu kỳ

+ mf’ : Lượng xăng phun theo thời gian
+ n : Số vòng quay trục khuỷu
+ Z : Số xy lanh trong động cơ
Với số 2 là do hỗn hợp chỉ đốt trong 2 vòng quay trục khuỷu
- Nếu lượng xăng phun theo thời gian mf không đổi ở một chế độ làm việc nào đó
(2-2)

Do đó tỉ lệ giữa lượng xăng phun cao nhấp và thấp nhất sẽ là :

Trang 11

Luan van


2.2.2.4 Tính tốn thời gian phun
Lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ được kiểm soát bởi thời gian phun tinj, là
thời gian kim phun được mở ra. Vậy lượng nhiên liệu phun vào một xy lanh phụ thuộc
vào lượng khơng khí nạp
(2-3)

Trong đó :
ma: Khối lượng khơng khí nạp
ma’: Lưu lượng khơng khí nạp
Lst: Khối lượng nhiên liệu lý thuyết, Lst =

= 14.66

Lượng nhiên liệu mf tỉ lệ thuận với thời gian phun tinj và độ chênh lệch áp suất trên
kim phun và dưới kim phun ∆P

(2-4)

 ρf : Tỉ trọng nhiên liệu
 Aeff : Tiết diện lổ kim phun
Thời gian phun ở một chế độ hoạt động nào đó của động cơ
(2-5)

Ở chế độ động cơ hoạt động với tỉ lệ hịa khí lựa chọn λ0, thời gian phun chuẩn.
(2-6)

Ở chế độ hịa khí tự chọn λ

Trang 12

Luan van


(2-7)

Như vậy thời gian theo mỗi chu kỳ phụ thuộc vào các thơng số sau:
 Lưu lượng khơng khí nạp ma’.
 Khối lượng khơng khí trên một chu kỳ ma.
(2-8)

+ ta : Thời gian bất đầu nạp
+ tb : Thời gian kết thúc nạp
Ta có lượng khơng khí cung cấp tương đối λa =

,

Khối lượng khơng khí lý thuyết ma,th =ρ0Vd
Với tỉ trọng khơng khí ρ0 = 1,29 kg/m3
Vd : Thể tích cơng tác của lịng xy lanh
Lượng khơng khí cung cấp tương đới λa có thể tăng nhờ cộng hưởng qn tính dịng
khí trên đường ống nạp trên mỗi xy lanh, xảy ra theo chu kỳ đóng mở xupap. Ta có tần
số dao động khơng khí trên đường ống nạp.

Hệ số 2 là do khơng khí được nạp ở mỗi 2 chu kỳ trong quá trình hoạt động
Vậy, hiệu giữa tb va ta được tính như sau:
(2-9)

Tỉ lệ hịa khí chuẩn λ0, được xác định từ q trình thử nghiệm động cơ, ở đây ta có thể
dùng thơng số từ bảng tra cho trước, λ0 dùng để bù vào các sai số cảm biến và cấu chấp
hành.
 Tỉ lệ hịa khí thực tế λ

Trang 13

Luan van


 Hiệu điện thế accu Ub ảnh hưởng đến thời gian chết của kim phun, vì vậy để bù
vào khoảng thời gian này cần phải cộng thêm thời gian hiệu chỉnh điện áp
tinj+ ∆t(Ub)

2.2.2.5. Lý thuyết điều khiển kim phun
2.2.2.5.1. Hoạt động của kim phun
Trong quá trình hoạt động của động cơ, ECU liên tục nhận được những tín hiệu
đầu vào từ các cảm biến. Qua đó, ECU sẽ tính ra thời gian mở kim phun. Q trình mở
và đóng của kim phun diễn ra ngắt quãng. ECU gởi tín hiệu đến kim phun trong bao

lâu phụ thuộc vào độ rộng xung. Hình 2.16 cho thấy độ rộng xung thay đổi tùy theo
chế độ làm việc của động cơ. Giả sử cánh bướm ga mở lớn khi tăng tốc thì cần nhiều
nhiên liệu hơn. Do đó ECU sẽ tăng chiều dài xung. Điều này có nghĩa là ty kim sẽ giữ
lâu hơn trong mỗi lần phun để cung cấp thêm một lượng nhiên liệu.
Khởi động lạnh
Chạy với điều kiện
Chạy với điều kiện
Chạy sau hành
Tăng tốc
Cánh bướm ga đóng
nóng kim phun ứng với từng chế độ làm việc của
Hình 2.5. Cầm
Xungchừng
điều khiển
động cơ
Khi dòng điện đi qua cuộn dây của kim phun sẽ tạo một lực từ đủ mạnh để thắng sức

căng lò xo, thắng lực trọng trường của ty kim và thắng áp lực của nhiên liệu đè lên
kim, kim sẽ được nhích khỏi bệ khoảng 0.1 mm nên nhiên liệu được phun ra khỏi kim
phun.
Nếu ta gọi:
Q: lượng nhiên liệu phun ra khỏi kim.

Trang 14

Luan van


T: chu kỳ xung.
i: độ dài xung.

Thì Q sẽ được tính bởi cơng thức
T

Q   q ( )d

(2-10)

0

i
T

2.2.2.5.2. Q trình hoạt động
Trên hình 2.6 trình bày đồ thị biểu diễn điện áp, cường độ dòng điện và thời gian
mở kim thực tế theo thời gian. Căn cứ vào đồ thị này ta có thể chia q trình hoạt động
của kim phun làm 3 giai đoạn cụ thể như sau

Hình 2.6. Đặc tính u, i,  = f (t) trong cuộn dây kim phun
Giải thích u, i, :
Trang 15

Luan van


u: Điện áp trong cuộn dây kim phun.
i: Cường độ dòng điện qua cuộn dây kim phun.

: Độ dịch chuyển ty kim theo thời gian.
Như ta đã biết cường độ dòng điện qua kim tuân theo qui luật

i 

U
R


1




 e

Rt
L






Trong đó :
R: Tổng trở kim
L: Độ tự cảm của kim phun
U: Điện áp đặt vào mạch
Giai đoạn 1: Trong thời gian  (từ lúc ty kim được nâng lên hết cỡ).
Giai đoạn 1a: Thời gian ỉ, mặc dù có hiệu điện thế đặt vào nhưng ty kim vẫn chưa
nhấc lên được. Khi dòng điện đạt giá trị Im để Flực từ > Fcản ty bắt đầu di chuyển. Kết
thúc giai đoạn 1a .
Giai đoạn 1b: Thời gian I : đđộ dịch chuyển kim đạt giá trị cực đại, cường độ dòng

qua kim giảm đột ngột do sức điện động tự cảm tăng do L tăng.
Giai đoạn 2: Độ mở của kim vẫn giữ nguyên, sức điện động tự cảm giảm, dịng tăng
lên như hình vẽ. Trường hợp kim bị kẹt sẽ khơng có dịch chuyển, làm 0 khơng tăng
dẫn tới sức điện động tự cảm khơng tăng nhưng dịng vẫn tăng như nét chấm gạch.
Giai đoạn 3: Transistor điều khiển đóng nhưng do cuộn dây có sức điện động tự cảm
nên khi ngắt điện đột ngột tạo thành mạch dao động. Do đó, trong thời gian 3, vẫn giữ
mức mở nào đó do sức điện động tự cảm. Sau đó sức căng lị xo làm đóng ty kim lại.
Kết luận: Từ quá trình hoạt động của kim phun chúng ta nhận thấy thời gian 1 và 3 là
không thể điều chỉnh; thời gian này có tên gọi là thời gian chết (dead time), cịn 2 thì
có thể thay đổi. Do đó để đảm bảo độ chính xác về thời điểm và thời gian phun của quá
Trang 16

Luan van


trình phun nhiên liệu, chúng ta phải tìm cách giảm 1 và 3 đến mức thấp nhất, có
nghĩa là phải tăng độ nhạy kim.

2.2.2.6. Hệ thống cung cấp nhiên liệu của động cơ xe máy phun xăng
Hệ thống cung cấp nhiên liệu bao gồm những phần sau: bình xăng, lọc xăng, bơm
xăng, bộ điều chỉnh áp suất bên trong , ống dẫn xăng và kim phun xăng.

Hình 2.7. Chu trình hệ thống cung cấp nhiên liệu.

Hình 2.8. Hệ thống cung cấp nhiên liệu.

2.2.2.6.1. Bơm nhiên liệu
Bơm xăng được đặt trong bình xăng. Khi mơ tơ quay thì rãnh trên cánh bươm sẽ
sinh ra áp suất khác nhau do lực ma sát thủy năng, xăng được hút vào bơm sau đó được
Trang 17

Luan van


chuyển ra ngoài bơm. Xăng được hút qua lọc xăng vào bên trong mô tơ và chảy qua
van kiểm tra áp suất dư sau đó chuyển ra cổ xả của bơm. Khi cơng tắt máy ở vị trí
OFF thì bơm xăng khơng hoạt động nữa, van kiểm tra duy trì áp suất dư để khởi động
lại động cơ. Bộ điều chỉnh áp suất duy trì áp suất xăng khơng đổi bởi van điều chỉnh áp
suất, van này mở khi áp suất nhiên liệu ở cổ xả (giữa bơm và kim phun) cao hơn đến
một mức nào nhất định.

Hình 2.9. Cấu tạo của bơm xăng.

2.2.2.6.2. Kim phun
Kim phun xăng là một van từ bao gồm một van phun, cần đẩy, cuộn từ, lò xo từ
và lọc xăng. Áp suất bơm xăng không đổi 294kPa (3kgf/cm2, 43 psi) được cung cấp tới
kim phun. Kim phun sẽ phun một lượng nhiên liệu phù hợp từ tốc độ cầm chừng tới
khi đạt tốc độ tối đa.

Hình 2.10. Cấu tạo của kim phun.
Trang 18

Luan van


Kim phun cũng mở hết hoặc đóng hết với hành trình cố định. Lượng phun phụ
thuộc vào thời gian kim phun mở. Công tắt máy cung cấp nguồn không tới kim phun.
Khi ECM khởi động các transistor, thì dịng điện sẽ qua cuộn từ và kim phun mở.
 Tín hiệu điều khiển kim phun
Tín hiệu điều khiển kim phun được nhận từ chân B của transistor trong hộp ECU,

tín hiệu này điều khiển nhịp mass cho kim phun, kim phun mở khi được cung cấp điện
áp và đóng khi ngắt điện áp cung cấp, tín hiệu điều khiển kim phun ở dạng xung vng
và được tính tốn bởi ECU thơng qua nhiều thông số thu nhận được từ các điều kiện
hoạt động của động cơ, kim phun mở dài hay ngắn là phụ thuộc vào xung điều khiển
tại cực B của transistor, tín hiệu của chuỗi xung là tỉ lệ giữa thời gian t với chu kỳ T
của xung được gọi là chu kỳ làm việc của xung (duty cycle) hay nói cách khác duty
cycle tỉ lệ giữa độ rộng của xung ȶ với chu kỳ T.

Hình 2.11. Transistor điều khiển kim phun trong ECU

Trang 19

Luan van


Nếu duty cycle thấp thì tức là thời gian kim phun mở ngắn, lượng nhiên liệu phun vào
buồng đốt ít, ngược lại nếu duty cycle cao thì thời gian kim phun mở dài, nhiên liệu
được phun vào buồng đốt nhiều.

Hình 2.12. Hình dạng xung điều khiển kim phun nhiên liệu
Tại (hình 2.12a) ta thấy duty cycle (D) D= /T= 1/3= 33% thời gian mở kim
phun ngắn, (hình 2.12b) D=2/3=66%, tương ứng với thời gian mở kim phun dài.
 Nguyên lý hoạt động của kim phun trong xe máy phun xăng
Xăng được tạo ra áp suất bởi bơm xăng sẽ bị chặn lại tại lỗ kim phun, nó bao gồm
cần đẩy/van kim và đế van.Khi ECM khởi động transistor, thì dịng điện sẽ qua cuộn từ
trong kim phun. Cuộn điện từ này sẽ kéo cần đẩy/van kim lên đồng thời ép lò xo từ lại.
Lỗ phun sẽ được mở khi cần đẩy/van kim nâng lên. Xăng được chặn tại lỗ kim phun sẽ
qua lọc xăng và phun vào trong cổ hút.

Trang 20

Luan van


Hình 2.13. Hoạt động của kim phun lúc được cấp điện.
Khi ECM tắt transistor, thì khơng cịn dịng điện trong cuộn từ của kim phun nữa.
Lò xo từ lúc này đóng lỗ phun và dừng phun.

Hình 2.14. Hoạt động của kim phun lúc bị ngắt dòng điện.

Trang 21

Luan van


2.2.3. Lý thuyết về điều khiển đánh lửa
Hệ thống đánh lửa trên xe máy là đánh lửa điện dung được sử dụng cho động cơ
dùng bộ chế hịa khí. Trên các xe máy phun xăng điện tử, mà cụ thể là xe Future Neo
FI đã sử dụng hệ thống đánh lửa hồn tồn bằng Tranitstor và việc đóng ngắt dịng sơ
cấp do hợp ECU điều khiển. Tuy nhiên, để có cơ sở lý thuyết cho việc lập trình điều
khiển khơng cần ECU, tác giả đã nghiên cứu lý thuyết về hệ thống đánh lửa bán dẫn.
Trong động cơ xăng 4 kỳ, hịa khí sau khi được đưa vào trong xylanh và được trộn
đều nhờ xốy lốc của dịng khí sẽ được piston nén lại. Ở một thời điểm thích hợp cuối
kỳ nén, hệ thống đánh lửa sẽ cung cấp một tia lửa điện cao thế đốt cháy hịa khí và sinh
công cho động cơ. Để tạo được tia lửa điện tại hai điện cực của bougie, quá trình đánh
lửa được chia làm ba giai đoạn: quá trình tăng trưởng của dịng sơ cấp hay cịn gọi là
q trình tích lũy năng lượng, q trình ngắt dịng sơ cấp và q trình xuất hiện tia lửa
điện tại điện cực bougie.


Quá trình ngắt dịng sơ cấp

Hình 2.15. Sơ đồ ngun lý hệ thống đánh lửa bán dẫn

Trang 22

Luan van


Trong sơ đồ của hệ thống đánh lửa trên:
Rf : Điện trở phụ
R1 : Điện trở của cuộn sơ cấp
L1, L2 : Độ tử cảm của cuộn sơ cấp và thứ cấp của bobine.
T: Transistor công suất được điều khiển nhờ cảm biến.

Hình 2.16. Sơ đồ tương đương của mạch sơ cấp của hệ thống đánh lửa
Khi Transistor công suất dẫn, trong mạch sơ cấp sẽ có dịng điện i1 từ (+) accu đến Rf
L1

T

mass. Dòng điện này tăng từ từ do sức điện động tự cảm sinh ra trên

cuộn sơ cấp chống lại sự tăng của cường độ dòng điện. Ở giai đoạn này, mạch thứ cấp
hầu như không ảnh hưởng đến q trình tăng của dịng sơ cấp. Hiệu điện thế và cường
độ dòng điện xuất hiện ở mạch thứ cấp khơng đáng kể nên ta có thể coi như mạch thứ
cấp hở. Vì vậy, ở giai đoạn này ta có sơ đồ tương đương được trình bày như hình trên.
Trên sơ đồ trên, giá trị điện trở trong của accu được bỏ qua, trong đó:
RƩ = R 1 + R f
U = Ua - ∆UT

Ua: Hiệu điện thế accu
∆UT: Độ sụt áp trên transistor công suất ở trạng thái dẫn bảo hịa.
Từ sơ đồ trên hình 2.16 , ta có thể thiết lập được phương trình vi phân như sau:
(2-11)

Trang 23

Luan van