Báo cáo khoa học: "Các ph-ơng pháp điều chỉnh tỷ lệ hoà khí trong động cơ EFI (động cơ phun xăng điện tử)" doc

Các phơng pháp điều chỉnh tỷ lệ ho khí
trong động cơ EFI
(động cơ phun xăng điện tử)

TS. NGUYễN DUY TIếN
Bộ môn Động cơ đốt trong
Khoa Cơ khí - Trờng ĐHGTVT

Tóm tắt: Bi báo trình by các phơng pháp điều chỉnh tỷ lệ ho khí trong động cơ phun
xăng điện tử - đề xuất v tính toán kiểm nghiệm phơng án khả thi để điều chỉnh hỗn hợp phù
hợp với điều kiện nhiệt đới ở Việt Nam.
Summary: The article presents the methods controling the mixture ratio in EFI,
proposing, caculating and experimenting the feasible project to control the mixture in
accordance with the tropical climate condition in Viet Nam.
Keyword: ECU Electronic Control Unit.
EFI Electronic Fuel Injection.
A/F Air- Fuel Ratio.

i. Cơ sở lý luận để hiệu chỉnh
ở Việt Nam từ năm 1990 đến nay ô tô đời
mới đợc sử dụng rất phổ biến. Trong quá
trình sử dụng, do điều kiện khí hậu thay đổi
(nóng và ẩm), đồng thời nhiên liệu sử dụng
cũng thay đổi từ dùng xăng pha chì sang dùng
xăng không pha chì nên cần có sự thay đổi về
tỷ lệ hỗn hợp.
Qua quá trình nghiên cứu và khảo sát
trên một số ô tô đời mới sử dụng ở Việt nam
chúng tôi nhận thấy có một số vấn đề sau:
- Các bộ ECU của EFI đặc biệt là các

cảm biến trong điều kiện nóng ẩm bị lão hoá
làm ảnh hởng tới việc điều khiển quá trình
phun nhiên liệu.
- Lỗ tia kim phun có tiết diện lớn (do
mòn), bẩn hoặc tắc bộ lọc, hoặc điện áp h
hỏng làm thay đổi lợng nhiên liệu phun vào
xylanh động cơ.
Vì vậy khi sử dụng ở Việt Nam có sự thay
đổi rất lớn về tỷ lệ hỗn hợp (quá giàu hoặc
quá nghèo). Trên cơ sở đó chúng tôi mạnh
dạn đề suất hiệu chỉnh các cảm biến chính
(khí nạp và nớc làm mát) để tác động vào
mạch điều khiển phun xăng nhằm hiệu chỉnh
đợc tỷ lệ hoà khí tối u.
2. Tỷ lệ khí nhiên liệu
Trong quá trình làm việc của động cơ
nhiên liệu và không khí đợc đa vào xylanh
theo một tỷ lệ thích hợp, tỷ lệ đó đợc tính
theo tỷ số khối lợng giữa không khí đối với
nhiên liệu.
Tỷ lệ hỗn hợp khí - nhiên liệu lý tởng là
14,7:1 (hình 1) vì khi đó tỷ lệ oxygen trong
không khí với hydrocacbon trong nhiên liệu là
thích hợp để tạo ra một sự đốt cháy hoàn toàn
nhất. Duy trì tỷ lệ nhiên liệu-khí ở mức lý tởng

là điều rất quan trọng trong những xe có bộ
chuyển đổi xúc tác. Bộ chuyển đổi xúc tác sẽ
làm việc tốt nhất khi động cơ hoạt động với tỷ
lệ khí - nhiên liệu lý tởng. Hầu hết các động

cơ có khối điều khiển điện tử (ECU) đều giữ
cho tỷ lệ hỗn hợp ở mức lý tởng.
Khi điều kiện hoạt động của động cơ thay
đổi thì tỷ lệ khí - nhiên liệu cũng phải thay đổi.
Khi khởi động động cơ còn nguội chỉ có 1
phần nhiên liệu hoá hơi nên hỗn hợp phải
giàu, tỷ lệ là 9:1, khi chạy không tải hỗn hợp
nghèo hơn tỷ lệ là 12:1, ở tốc độ trung bình tỷ
lệ là 15:1. Khi đạp ga gia tốc để tăng tốc độ
thì hỗn hợp trở nên giàu một cách tạm thời.
Mục đích của việc thay đổi tỷ lệ hỗn hợp
nhiên liệu khí là làm cho hỗn hợp dễ cháy
luôn đồng đều giữa các xy lanh động cơ.
Hình 1. Sự liên quan giữa tỷ lệ tự nhiên liệu - khí v
hiệu suất của bộ chuyển đổi xúc tác
Hình 2. Tỷ lệ nhiên liệu khí tơng ứng với các điều
kiện lm việc của động cơ
iii. Chọn mạch thực tế loại
L- Jetronic
Mục đích: Việc khảo sát mạch thực tế
loại L - Jetronic nhằm làm cơ sở cho việc
nghiên cứu sử dụng linh kiện điện tử (biến trở)
để tác động vào mạch cảm biến nhiệt độ khí
nạp và cảm biến nhiệt độ nớc làm mát từ đó
làm thay đổi thời gian nâng kim phun.
Chọn loại ECU: Chọn loại ECU loại
L -Jetronic (Denso 175031 - 1010) đợc trang
bị cho trên xe TOYOTA CAMRY, HONDA
ACCORD, CROWN, FIAT SIENA 1242 đợc
mô tả dới đây.

13:1 14:1 15:1 16:114,7:1
20
40
60
80
100
0
Khu vực
làm việc tốt
nhất của bộ
chuyển đổi
xúc tác
CO
HC
NO
x
Hiệu suất
chuyển đổi
Hình 3. Mặt trớc hộp ECU loại L jetronic

20:1
15:1
10:1
5:1
Tỷ lệ nhiên liệu
giàu
nghèo
Khởi động
Không

tải
Tiết lu một phần
Tăng tốc
Tiết lu
Mở hoàn toàn
320 64 97 129 161
Tốc độ xe [km/h]
Hình 4. Mặt sau hộp ECU loại L jetronic
iv. Đề xuất phơng án hiệu chỉnh tín
hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp bằng
cách mắc nối tiếp biến trở Rb với
cực THA từ cảm biến đến ECU
Sự thay đổi áp suất khí nạp và nhiệt độ
sẽ làm thay đổi tỷ trọng của không khí nạp.

Không khí nạp nóng và áp suất khí nạp thấp
thì mật độ không khí thấp. Nghĩa là nó chứa ít
oxygen hơn so với một thể tích không khí
tơng tự mà nó có nhiệt độ thấp. Khi lợng
oxy vào động cơ thay đổi thì cũng phải thay
đổi lợng nhiên liệu cấp vào động cơ. Cảm
biến nhiệt độ không khí là một nhiệt điện trở
(Thermistor), điện trở của nó giảm khi nhiệt độ
tăng và sẽ gửi tín hiệu điện áp thay đổi đến
ECU.
v
R
tha
b
R

405
R
thA
=5V
C
V
Xe HONDA ACCORD, CROWN, FIAT
SIENA 1242 đều sử dụng hệ thống phun xăng
điện tử L-jetronic. Vì vậy khi dùng biến trở tác
động vào mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp sẽ
làm thay đổi thời gian nâng kim phun.
Hình 5. Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp
nguyên thuỷ
Hình 6. Sơ đồ mạch cảm biến nhiệt độ khí nạp khi
mắc R
b
nối tiếp với ECU
Theo sơ đồ hình 7 ta tính dòng điện I
chạy trong mạch:
THAb405
RRR
Vc
I
++
=

Hiệu điện thế đo đợc ở đầu ra THA:
Hình 7: Sơ đồ tính toán cầu phân áp
(Rb mắc nối tiếp)
THAb

405
c
THA
THAbTHA
RR
R
1
V
V
)RR(IV
+
+
=
+=

ECU

Cảm

biến

nhiệt độ

khí nạ
p

E THA
r
TH
A

E2
E21

THA
R410
R405
5V V
C
Do R
405
= 2700 ; V
c
= 5 V (hằng số) nên
điện áp đầu THA sẽ phụ thuộc chủ yếu vào R
b

và R
THA
. Trong trờng hợp nhiệt độ khí nạp cố
định giả sử nhiệt độ trung bình ở Việt nam là
24
o
C thì R
THA
=(1800ữ2000) = const. Từ đó
ta có:
2000R
2700
1

5
V
b
THA
+
+
=

Thay các trị số vào
công thức trên ta có
bảng sau:
Bảng 1
Điện trở
R
b
(k)
V
THA
(V)
0,9

Hình 8. Đồ thị V
THA
= f(R
b
)
1,5
2,2
3,2
4,5

6,3
9,0
13,5
22,5
2,50
2,75
3,00
3,25
3,50
3,75
4,00
4,25
4,50
rTHA
THA
ECU
Cảm
biến
nhiệt độ
khí nạp
E2
E
R405
THA
E21
R410
5V V
C
Rb
Điện tr

ở
1,5
0,9
2,50
9,0
6,3
2,2
3,2
4,5
13,5
22,5
R (k)
V
THA
(V)
4,00
3,00
2,75
3,25
3,75
3,50
4,50
4,25
Điện áp

Nhận xét: Từ đồ thị trên ta thấy khi điện
trở R
b
tăng thì điện áp ở đầu THA tăng (giá trị
điện trở càng lớn điện áp tăng càng ít). Nghĩa

là thời gian nhấc kim tăng và ngợc lại. Do đó
muốn thay đổi thời gian nhấc kim tăng hay
giảm thì ta chỉ cần thay đổi giá trị điện trở R
b

từ đó nhiên liệu phun sẽ tăng hoặc giảm.
rTHW
THW
E
5V V
C
ECU
Cảm
biến
nớc
làm mát
THW
E2
R411
E21
R404
THW
R
b
v. Đề xuất phơng án hiệu chỉnh tín
hiệu cảm biến nhiệt độ nớc lm
mát bằng cách mắc nối tiếp biến
trở R
b
với cực THW từ cảm biến đến

ECU
Cảm biến nhiệt độ nớc làm mát (CTS)
Thermistor là một nhiệt điện trở, nó báo
thờng xuyên nhiệt độ của dung dịch làm mát
động cơ về ECU dới dạng các tín hiệu điện
áp thay đổi. Nếu nhiệt độ nớc làm mát thấp,
ECU phát tín hiệu điều khiển hệ thống định
lợng nhiên liệu cung cấp thêm nhiên liệu để
động cơ có thể làm việc ở tình trạng lạnh.
ECU cũng có thể thay đổi thời điểm đánh lửa
để thích hợp với nhiệt độ động cơ. Hầu hết
các động cơ đặt ngang dùng một quạt điện để
làm mát động cơ. Khi động cơ lạnh, sự làm
mát không cần thiết, quạt ngừng. Khi động cơ
nóng quạt hoạt động, ECU điều khiển việc
đóng mở quạt điện thông qua tín hiệu nhận từ
cảm biến nhiệt độ nớc làm mát.
Dới đây là sơ đồ mạch cảm biến nhiệt
độ nớc làm mát trích ra từ ECU.
Hình 9. Sơ đồ cảm biến nhiệt độ khí nạp
nguyên thuỷ

Hình 10. Sơ đồ mạch hiệu chỉnh cảm biến nhiệt độ
nớc lm mát bằng cách lắp R
b
nối tiếp ECU
Theo hình 11 ta tính dòng điện chạy
trong mạch:
Hình 11. Mạch cảm biến nhiệt độ nớc lm mát
=5V V

C
R
thw
R
R
b
v
thw


404
THWb404
c
RRR
V
I
++
=

Hiệu điện thế đo đợc ở đầu THW:

THWb
404
c
THW
THWbTHW
RR
R
1
V

V
)RR.(IV
+
+
=
+=

Do R
404
và V
c
là hằng số (R
404
= 2700
và V
c
= 5 V) nên điện áp tại đầu THW phụ
thuộc vào R
b
và R
THW
.
rTHW
THW
ECU
Cảm
biến
nớc
làm mát
THW

E2
E
R404
THW
E21
R411
5V V
C
Trong trờng hợp nhiệt độ nớc làm mát
cố định, giả sử ở nhiệt độ nớc làm mát
(85 ữ 90
0
C) thì R
THW
= 300 = const.
Có thể tính:

const)
T
1
T
1
.(exp.RR
0
0THW
=

=
Với R
0
: điện trở ở nhiệt độ T
0

e = 2,71828
T, T
0
là nhiệt độ tuyệt đối (K)
: hệ số chọn theo điện trở R
THW
.
Từ đó ta có:

300R
2700
1
5
V
b
THW
+
+
=

Thay giá trị vào biểu thức trên ta có bảng
sau: (bảng 2).

Từ đồ thì hình
12 ta thấy khi điện
trở R
b
tăng thì điện
áp ở đầu THW
tăng, nghĩa là thời
gian nhấc kim tăng
lên và ngợc lại
(điện trở càng tăng
thì điện áp càng
tăng chậm).
Do đó, muốn thay đổi thời gian nhấc kim
tăng hay giảm thì chỉ cần thay đổi giá trị điện
trở R
b
từ đó nhiên liệu phun tăng hoặc giảm.
Do đó, muốn thay đổi thời gian nhấc kim
tăng hay giảm thì chỉ cần thay đổi giá trị điện
trở R
b
từ đó nhiên liệu phun tăng hoặc giảm.
Hình 12. Đồ thị V
THW
= f(R
b
)
Kết luận
Qua quá trình tính toán và khảo sát thực
tế chúng tôi nhận thấy việc tác động vào

mạch điều khiển điện tử trên các ô tô đời mới
nhằm mục đích điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp nhiên
liệu - khí trong xylanh cho phù hợp với điều
kiện sử dụng ở Việt nam là hoàn toàn cần
thiết. Nội dung bài báo giới thiệu kết quả tính
toán hiệu chỉnh mạch cảm biến nhiệt độ khí
nạp và hiệu chỉnh mạch cảm biến nhiệt độ
nớc làm mát để thay đổi điện áp và qua đó
thay đổi thời gian nâng kim phun tức là thay
đổi lợng phun nhiên liệu. Bên cạnh phơng
án sử dụng biến trở mắc nối tiếp với mạch
cảm biến, chúng ta có thể sử dụng nhiều
phơng án khác nhằm tác động vào mạch
điều khiển mà trong phạm vi bài báo cha đề
cập tới. Để kết quả nghiên cứu có thể ứng
dụng rộng rãi trong thực tế cần có thêm nhiều
bài thí nghiệm để tìm ra giá trị điện áp để điều
chỉnh lợng phun nhiên liệu tối u trong điều
kiện nhiệt đới ở Việt nam. Trong điều kiện
hiện nay thì đây là một hớng nghiên cứu có
tính khả thi cao trong điều kiện các linh kiện
điện tử trên ô tô đời mới hầu hết phải nhập
khẩu với giá thành cao, đồng thời cũng phù
hợp với xu hớng nội địa hoá của Chính phủ.
Tài liệu tham khảo
[1]. TS. Nguyễn Duy Tiến. Thay thế xăng pha chì
bằng xăng không chì, chuyên đề sau đại học
ĐHGTVT 2000.
[2]. TS. Nguyễn Duy Tiến. Hệ thống cung cấp
nhiên liệu thế hệ mới (bài giảng cao học).

[3]. KS. Nguyễn Ngọc Trí. Hớng dẫn sử dụng bảo
trì và sửa chữa xe ô tô đời mới. NXB Trẻ 1997.
[4]. Tổng công ty xăng dầu Việt nam, Phơng án
thay thế xăng chì trên hệ thống lu thông của Tổng
công ty xăng dầu Việt nam. Công văn số 200/XD-
KD ngày 21/2/2001.
[5]. Khảo nghiệm động cơ dùng xăng không pha
chì. Bộ môn ĐCĐT ĐHBK Hà nội và Cục Đăng
kiểm, Hà Nội, 2001.
[6]. Đề tài NCKH cấp bộ 2002. Mã số
B.2002 - 35 - 28

Bảng 2
Điện trở R
b
(k)
V
THW
(V)
2,4
3,0
3,7
4,7
6,0
7,8
10,5
15,0
24,0
2,50
2,75

3,00
3,25
3,50
3,75
4,00
4,25
4,50
Điện áp
3,7
4,7
2,4
3,0
2,50
V
THW
(V)
4,00
3,00
2,75
3,25
3,75
3,50
4,50
4,25
10,5
6,0
7,8
15,0
R (k)
Điện tr

ở
24