xây dựng mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp - phun xăng trên ô tô

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HCM
Đề tài:
Xây dựng mô hình hệ
thống đánh lửa trực tiếp
- phun xăng trên ôtô
Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Văn Giao
TP. HCM, tháng 06 năm 2012
Trang 2
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài với sự giúp đỡ và tạo mọi điều kiện
thuận lợi của Nhà trường, Khoa và Phòng ban tôi đã hoàn thành đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn:
• Ban giám hiệu trường ĐH Giao Thông Vận Tải TP.HCM
• Phòng khoa học công nghệ trường ĐH Giao Thông Vận Tải TP.HCM
• Khoa cơ khí cùng quý Thầy Cô giáo và các bạn đồng nghiệp đã đóng góp
những ý kiến quý báu giúp đề tài có giá trị thực tiễn hơn.
MỤC LỤC
CH NG 1 T NG ƯƠ Ổ
QUAN 1
CH NG 2 C S ƯƠ Ơ Ở
LÝ THUY T PHUN X NG I N TẾ Ă Đ Ệ Ử 3
2.1.1 Khái ni m v h s d l ng không khí (ệ ề ệ ố ư ượ α) 3
2.1.2 Ch đ kh i đ ng l nhế ộ ở ộ ạ 4
2.1.3 Ch đ hâm nóng đ ng cế ộ ộ ơ 4
2.1.4 Ch đ c m ch ng nhanh (t ng t c đ hâm nóng đ ng c )ế ộ ầ ừ ă ố ộ ộ ơ 4
2.1.5 Ch đ t i trung bình ế ộ ả 4
2.1.6 Ch đ đ y t i (tr t i)ế ộ ầ ả ợ ả 5
2.1.7 Ch đ t ng t cế ộ ă ố 5
2.1.8 Ch đ gi m t cế ộ ả ố 5
2.1.9 M t s nh c đi m c a b ch hòa khí ộ ố ượ ể ủ ộ ế 5

2.1.10 M t s u đi m c a h th ng phun x ng EFIộ ố ư ể ủ ệ ố ă 5
2.2 Vài nét t ng quan v l ch s phát tri n h th ng phun x ngổ ề ị ử ể ệ ố ă 6
2.3 i u khi n quá trình phun x ng Đ ề ể ă 10
2.4 Các ch đ đi u khi n hi u ch nhế ộ ề ể ệ ỉ 11
a. Ch đ kh i đ ng l nh ế ộ ở ộ ạ 11
b. Hi u ch nh làm đ m sau khi kh i đ ng và làm đ m khi hâm nóng đ ng ệ ỉ ậ ở ộ ậ ộ
cơ 14
c. Làm đ m khi t ng t c đ ng c l nh ậ ă ố ộ ơ ạ 15
d. Ch đ c m ch ng nhanhế ộ ầ ừ 16
e. i u khi n ph n h i t c đ không t iĐ ề ể ả ồ ố ộ ả 16
f. Ch đ t i trung bình ế ộ ả 17
g. Ch đ đ y t i (tr t i)ế ộ ầ ả ợ ả 18
h. Ch đ chuy n ti p (t ng t c, gi m t c)ế ộ ể ế ă ố ả ố 18
i. C t nhiên li uắ ệ 19
CH NG 3 C ƯƠ Ơ
S LÝ THUY T V ÁNH L AỞ Ế Ề Đ Ử 20
3.1 Lý thuy t v đánh l aế ề ử 20
3.1.1 Nhi m vệ ụ 20
3.1.2 Yêu c uầ 20
3.1.3 Quá trình đánh l a trên ôtôử 20
3.1.4 i u khi n góc đánh l aĐ ề ể ử 22
3.2 Ch c n ng đi u khi n đánh l a c a ecu ứ ă ề ể ử ủ 24
3.3 H th ng đi u khi n đi n t ệ ố ề ể ệ ử 33
4.1 Lý thuy t chu n đoán ế ẩ 36
4.2 Ch c n ng t ch n đoán h h ng trên đ ng c .ứ ă ự ẩ ư ỏ ộ ơ 38
4.2.1 Ch c n ng ki m tra đèn (không n i c c T hay TE1).ứ ă ể ố ự 38
4.2.2 Ch c n ng báo l i (không n i c c T hay TE1).ứ ă ỗ ố ự 39
4.2.3 Xoá các mã ch n đoán h h ngẩ ư ỏ 39
CH NG 5ƯƠ 40
C U T O VÀ HO T NG C A CÁC C M BI NẤ Ạ Ạ ĐỘ Ủ Ả Ế 40

5.1 H th ng n p ệ ố ạ 40
5.1.1 Gi i thi u chung v h th ng n p ớ ệ ề ệ ố ạ 41
5.1.2 B u l c ầ ọ 41
5.1.3 C h ng gió ổ ọ 42
5.1.4 Khoang n p khí và đ ng ng n p ạ ườ ố ạ
42
5.1.5 C m bi n b m ga lo i tuy n tínhả ế ướ ạ ế 42
5.1.6 van ISC 43
5.2 H th ng nhiên li uệ ố ệ 44
5.2.1 Nhi m vệ ụ 45
5.2.2 c đi m c u t o c a các b ph n trong h th ngĐặ ể ấ ạ ủ ộ ậ ệ ố 46
CH NG 6 PHI U ƯƠ Ế
NG TÁCĐỘ 54
CH NG 7 K T ƯƠ Ế
LU N VÀ KI N NGHẬ Ế Ị 69
TÀI LI U THAM KH OỆ Ả 70
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Công nghệ ô tô ngày càng phát triển do đó những bô phận điều khiển
bằng cơ khí nay dần được thay thế điều khiển bằng điện, điện tử một cách
linh hoạt và chính xác. Bộ môn ô tô của khoa ngày càng đào tạo nhiều sinh
viên nên để tạo điều kiện cho sinh viên được tiếp cận những hệ thống điện,
điện tử được sử dụng trên các xe ngày nay đó là mục tiêu của bộ môn
Bộ môn ô tô của khoa cơ khí thành lập chưa lâu mà đã phải gánh trách
nhiệm lớn là đào tạo những sinh viên ra trường phải nắm bắt được những
công việc thực tế bên ngoài. Muốn làm được điều đó cần phải cho các em
được thực hành trên những hệ thống điện, điện tử khi còn ngồi trên giảng
đường. Những mô hình hóa các hệ thống để các em có cái nhìn tổng quát
định hướng những việc mà mình sẽ làm sau khi tôt nghiệp, bằng những mô
hình thu nhỏ các em có thể thực tập trên đó nâng cao được kỹ năng, cũng cố

và khẳng định lại những kiến thức đã học lý so với thực tế không có gì là
quá xa lạ, quá mới với các em
Tuy nhiên mô hình phục vụ cho công tác giảng dạy ở khoa rất hạn
chế, có thể nói là rất ít. Mô hình sẽ giúp cho sinh viên lĩnh hội kiến thức
một cách chủ động, nhiệt tình. Mô hình sẽ giúp cho sinh viên nắm được
kiến thức trong thời gian ngắn nhất, nhờ có mô hình thực tế sẽ kích thích sự
sáng tạo trong môi sinh viên. Đó cũng chính là mục tiêu mà người dạy cần
mỗi sinh viên đạt tới
Một trong những hệ thống quan trọng nhất của động cơ là hệ thống
phun xăng, đánh lửa. Nhờ có 2 hệ thống này mà động cơ có thể nổ máy
được thiếu một trong 2 hệ thống này thì động cơ không thể nổ được. Hơn
nữa trên động cơ thì chủ yếu các cảm biến cũng sẽ làm nhiệm vụ là nhận
biết chế độ hoạt động của động cơ để hộp ECU có thể đưa ra góc đánh lửa
sớm, thời điểm phun nhiên liệu và lưu lượng phun nhiên liệu để giúp cho
động cơ hoạt động với hiệu suất cao nhất và kinh tế nhất có thể do đó mà 2
hệ thống phun xăng và đánh lửa trên động cơ đóng vai trò quan trọng
Do đó từ những lý do đã nêu ở trên, là giảng viên trẻ trong bộ môn
nên cũng mong muốn được góp phần nhỏ bé của mình để phát triển bộ môn
ngày một phát triển nên em chọn đề tài: Xây dựng mô hình hệ thống đánh
lửa trực tiếp - phun xăng trên ôtô.
2. Mục đích
Giúp sinh viên của bộ môn tiếp cận những công việc sau khi ra trường sinh
viên có thể làm được. Tiếp cận được những công nghệ mới của ngành ô tô
do sinh viên đã có được những kiến thức cơ bản nền tảng đã được trang bị
khi còn ngồi trên ghế nhà trường. Giúp sinh viên của bộ môn nâng cao kỹ
năng thực hành
3. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Đề tài có ý nghĩa thực tiễn là sử dụng mô hình để giảng dạy thực tập cho
sinh viên, sinh viên có thể tự tìm hiểu và thí nghiệm trên mô hình để giúp
học các môn lý thuyết chuyên ngành về điện, điện tử ô tô hiệu quả hơn

Xây dựng mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp - phun xăng trên ôtô
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
Cơ sở vật chất mà nhà trường giành cho bộ môn là quá ít so với số
lượng sinh viên hàng năm tốt nghiệp. Hơn nữa kiến thức về những công
nghệ điều khiển ô tô thì ngày một hiện đại, cải tiến không ngừng. Như chúng
ta điều biết để học sinh lĩnh hội kiến thức một cách chủ động tích cực và nhớ
lâu thì chúng ta không chỉ trình bày những lý thuyết đơn thuần bằng phấn
bảng mà chúng ta cần kết hợp với vật thật . Bằng những nghiên cứu cho thấy
việc dạy học thông qua mô hình là rất hiệu quả và là phương pháp dạy mới
đối với sinh viên ngành kỹ thuật
Ngành công nghiệp ô tô phát triển rất nhanh chóng nên những hệ
thống điều khiển bằng cơ khí không tối ưu hóa được quá trình điều khiển do
điều khiển không linh hoạt, chậm và ít chính xác đã được thay thế bằng
những hệ thống điều khiển bằng điện, điện tử. Có rất nhiều hệ thống điện,
điện tử trên ô tô nhưng 2 hệ thống rất quan trọng trên động cơ đó là hệ thống
phun xăng, đánh lửa. Hai hệ thống này cũng được các công ty sản xuất ô tô
đặc biệt là các chuyên gia về phát triển công nghệ mới lưu ý và không ngừng
cải thiện chúng.
Hệ thống đánh lửa được phát triển từ hệ thống đánh lửa thường (hệ
thống đánh lửa bằng vít lửa) góc đánh lửa sớm được điều khiển bằng cơ khí
(ly tâm, áp thấp) cho tới hệ thống đánh lửa bán dẫn và cho tới hiện nay là hệ
thống đánh lửa trực tiếp. Vì vậy để sinh viên có thể tiếp cận ngay được với
những hệ thống đánh lửa hiện đại và thông dụng hiện nay khi còn ngồi trên
ghế nhà trường .Do đó tác giả đã lấy hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng
bobine đôi để thực hiện
Tương tự hệ thống phun xăng cũng vậy hệ thống nhiên liệu động cơ
xăng sử dụng bộ chế hòa khí không còn được sử dụng rộng nữa vì những
nhược điểm cơ bản của hệ thống điều khiển bằng cơ khí đơn thuần mà thay

vào đó phổ biến hiện nay đó là hệ thống phun xăng điện tử mà hãng xe
TOYOTA của Nhật Bản thường viết tắt EFI (Electronic Fuel Injection).
Đây là hệ thống mà đã khắc phục phần lớn những nhược điểm mà hệ thống
nhiên liệu bộ chế hoà khí trước kia. Một hệ thống mà phần lớn các xe trên
thị trường đang sử dụng. Vì vậy tác giả chọn hệ thống phun xăng điện tử đã
thực hiện mô hình này. Có thể nói nhờ có 2 hệ thống này mà học sinh có thể
Trang 1
Xây dựng mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp - phun xăng trên ôtô
nắm được, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các cảm biến trong động cơ, các
bộ phận cấu thành nên một hệ thống điều khiển quá trình điều khiển phun
xăng và đánh lửa qua đó cũng sẽ thực hành được những bài tập cơ bản trên
mô hình cuối cùng qua mô hình này sinh viên sẽ biết kiểm tra đánh giá một
bộ phận của hệ thống cũng như toàn bộ hệ thống còn hoạt động được
không. Đây là tổng hợp những nội dung kiến thức của nhiều môn học
chuyên ngành mới có thể đạt được. Đó cũng chính là mục tiêu chính mà đề
tài mang tới cho sinh viên.
Trang 2
Xây dựng mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp - phun xăng trên ôtô
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ
2.1 Cơ sở khoa học của việc thay thế bộ chế hoà khí bằng hệ thống
phung xăng EFI
2.1.1 Khái niệm về hệ số dư lượng không khí (α)
Hệ số dư lượng không khí đặc trưng cho mức độ sai lệch giữa tỷ lệ
xăng và không khí cung cấp thực tế cho động cơ.
Để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu cần 14,7 kg không khí, tỷ lệ là
1/14,7 gọi là tỷ lệ hổn hợp lý tưởng.
α = 1 tức là lượng không khí nạp thực tế bằng lượng không khí lý
tưởng, nhiên liệu và không khí đều cháy hết.
α > 1 tức là lượng không khí nạp thực tế lớn hơn lượng lượng không

khí lý tưởng, không khí nạp dư (khí hỗn hợp nghèo nhiên liệu).
α < 1 tức là lượng không khí nạp thực tế nhỏ hơn lượng không khí lý
tưởng, nhiên liệu nạp dư cháy không hết (khí hỗn hợp giàu nhiên liệu).
Trong quá trình động cơ làm việc công suất, suất tiêu hao nhiên liệu
và nồng độ khí thải gây ô nhiễm môi trường luôn phụ thuộc vào tỷ lệ hỗn
hợp cung cấp cho động cơ. * Các yêu cầu về tỷ lệ hỗn hợp đối với các chế
độ hoạt động đặc trưng của động cơ
Trang 3
α
N
e
, g
e
g
e
N
e
α
Lượng không khí thực tế
Lượng không khí lý thuyết
α =
Xây dựng mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp - phun xăng trên ôtô
Hình 2.1: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí
α
đến các đại lượng:
Công suất NE, suất tiêu hao nhiên liệu GE,và nồng độ khí thải gây ô nhiểm
môi trường CO , HC, NO
x
2.1.2 Chế độ khởi động lạnh
Khi khởi động lạnh, nhiên liệu bay hơi không tốt, dể ngưng tụ bám

vào thành ống nạp và buồng cháy làm cho tỷ lệ hỗn hợp loãng, động cơ khó
khởi động. Vì vậy yêu cầu phải bổ sung thêm một lượng nhiên liệu ngoài
lượng nhiên liệu cơ bản.Tỷ lệ hòa khí khi khởi động lạnh (α = 0,3÷ 0,4 ).
Giai đọan này nồng độ khí thải CO, HC rất cao còn NO
x
thấp.
2.1.3 Chế độ hâm nóng động cơ
Sau khi khởi động, nhiệt độ động cơ còn thấp, ma sát lớn do đó cần
phải cung cấp thêm một lượng nhiên liệu, hỗn hợp đậm (α = 0,4÷ 0,8) khi
nhiệt độ và tốc độ động cơ tăng dần thì α tiến dần đến giới hạn trên. Giai
đoạn này tỷ lệ hỗn hợp đậm nên lượng khí thải CO, HC cao và sẽ giảm dần
khi tiến dần đến giới hạn trên, ngược lại NO
x
thấp và sẽ tăng dần khi α tiến
dần đến giới hạn trên.
2.1.4 Chế độ cầm chừng nhanh (tăng tốc độ hâm nóng động cơ)
Sau khi khởi động động cơ (bướm ga đóng) để nhanh chóng đạt đến
nhiệt độ làm việc tối ưu của động cơ (80 – 90
o
C) thì yêu cầu phải tăng thêm
một lượng hỗn hợp khí mới để tăng tốc độ cầm chừng của động cơ.
2.1.5 Chế độ tải trung bình
Đây là chế độ làm việc ổn định của động cơ và là chế độ hoạt động
thường xuyên nên yêu cầu tỷ lệ hỗn hợp ở chế độ này loãng, để tiết kiệm
nhiên liệu và giảm lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường. Ở chế độ này có
hai xu hướng điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp, hỗn hợp giàu hoặc hỗn hợp nghèo
(rich burn hoặc lean burn) .
Nếu điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp theo hướng rich burn thì α dao động
trong khoảng (=1) hỗn hợp cháy tốt, động cơ phát huy được công suất, suất
tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất. Đồng thời lượng khí thải CO, HC nhỏ nhất,

nhưng NO
X
lại đạt giá trị lớn nhất.
Nếu điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp theo hướng lean burn thì α >1 sẽ giảm
được CO, NO
X
còn HC tăng chút ít.
Trang 4
Xây dựng mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp - phun xăng trên ôtô
2.1.6 Chế độ đầy tải (trợ tải)
Chế độ này bướm ga mở lớn, hỗn hợp đòi hỏi phải đậm để tăng công
suất động cơ (α = 0,8÷ 0,9 ).
2.1.7 Chế độ tăng tốc
Khi tăng tốc bướm ga mở đột ngột, đòi hỏi phải gia tăng thêm một
lượng nhiên liệu để tăng công suất động cơ. Hỗn hợp đậm CO, HC cao và
NO
X
cũng tăng do nhiệt độ buồng cháy tăng.
2.1.8 Chế độ giảm tốc
Chế độ này công suất động cơ giảm (bướm ga đóng đột ngột), do đó
yêu cầu phải giảm nhiên liệu để tiết kiệm và giảm ô nhiễm.Vì khi bướm ga
đóng đột ngột tốc độ động cơ vẫn cao, độ chân không trong buồng cháy lớn
làm giảm tốc độ lan truyền màng lửa nhiên liệu cháy không hết CO, HC tăng
cao, NO
X
giảm.
2.1.9 Một số nhược điểm của bộ chế hòa khí
Để đáp ứng tỷ lệ hổn hợp theo yêu cầu của các chế độ làm việc của
độ cơ theo hướng cải thiện đặc tính tải, tiêu hao nhiên liệu kinh tế hơn,giảm
ô nhiễm môi trường thì bộ chế hoà khí (thường) không còn đáp ứng được

nữa. Vì vậy bộ chế hoà khí đã được cải tiến, lắp thêm các thiết bị hiệu chỉnh
khác nhau làm cho nó trở nên quá phức tạp. Nhưng cho dù nó được hiệu
chỉnh thì bộ chế hoà khí vẫn tồn tại một số nhược điểm không khắc phục
được.
 Bộ chế hòa khí phải có ống khuyếch tán, do đó tiết diện đường
ống nạp tại ống khuếch tán giảm, tăng tổn thất khí động học, giảm hệ
số nạp.
 Thành phần hỗn hợp (α) trong các xi lanh sai lệch lớn (11÷17%).
Không hiệu chỉnh được lượng nhiên liệu theo yêu cầu riêng của từng
xi lanh.
 Áp suất phun thấp, phụ thuộc độ chân không sau bướm ga, do đó
khó kiểm soát được lượng phun chính xác, khả năng phun sương kém,
nhiên liệu dể bị ngưng tụ trên đường ống nạp
2.1.10 Một số ưu điểm của hệ thống phun xăng EFI
 Không có ống khuyếch tán, mở rộng đường ống nạp, tăng hệ số
nạp.
Trang 5
Xây dựng mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp - phun xăng trên ôtô
 Nhiên liệu được phun với áp suất lớn, 2÷3 kG/cm2 cải thiện được
độ phun sương, tăng khả năng bay hơi của nhiên liệu.
 Nhiên liệu phun đồng đều cho các xy lanh sai lệch (± 1÷2%), có
thể hiệu chỉnh lượng nhiên liệu theo yêu cầu của từng xy lanh và theo từng
chế độ làm việc của động cơ, với độ chính xác cao. Do đó phát huy được
công suất theo từng chế độ tải, tiết kiệm được nhiên liệu, giảm ô nhiễm.
 Từ việc phân tích trên cho thấy rằng, sử dụng hệ thống nhiên liệu
với hệ thống tự động điều khiển phun xăng để tạo tỷ lệ hỗn hợp chính xác
theo các chế độ làm việc của động cơ là một xu hướng tất yếu. Thực tiễn
hiện nay, các động cơ ô tô sử dụng bộ chế hoà khí là thời kỳ quá độ, các
hãng xe như KIA, DAEWOO…cũng đã sử dụng phun xăng điện tử.
2.2 Vài nét tổng quan về lịch sử phát triển hệ thống phun xăng

Hệ thống phun xăng đã được sử dụng phổ biến vào những năm đầu
của thập kỷ 70, thay thế cho bộ chế hoà khí.
Năm 1973 hãng BOSH đã đưa ra hệ thống phun xăng cơ khí K-
JETRONIC và được sử dụng trên xe của hãng MERCEDES. Đến 1981 hệ
thống K-JETRONIC được cải tiến thành hệ thống phun xăng kết hợp cơ khí-
điện tử KE-JETRONIC và được sử dụng phổ biến trên xe của hãng
MERCEDES. Người Mỹ cũng đã theo người Đức chế tạo K-JETRONIC
dùng trên một số xe GM, CHRYSLER.
Mặc dù đã có nhiều bước phát triển thành công của K-JETRONIC,
KE-JETRONIC nhưng vẫn còn tồn tại nhiều nhược điểm như: Vẫn còn điều
khiển cơ khí, bảo dưỡng, sửa chữa khó, giá thành chế tạo cao.Vì vậy hệ
thống điều khiển phun xăng hoàn toàn điện tử đã ra đời với các loại như L-
JETRONIC, MONO- JETRONIC
Năm 1971 TOYOTA đã phát triển hệ thống phun xăng điện tử EFI
(Electronic Fuel Injection) với lọai mạch tương tự và đến 1983 đưa ra lọai
(EFI) điều khiển bằng bộ vi xử lý CPU (Control Processing Unit) sử dụng
dữ liệu trong bộ nhớ để xác định thời điểm phun và lượng phun nhiên liệu.
Hiện nay các công ty ôtô trê thế giới đều sử dụng phổ biến là Hệ
thống phun xăng (EFI) điều khiển bằng bộ vi xử lý (CPU) được điều khiển
kết hợp bởi ECU của các hệ thống khác trên động cơ như: Hệ thống điều
khiển thời điểm đánh lửa sớm điện tử ESA (Electronic Spark Advance), hệ
thống điều khiển tốc độ không tải ISC (Idle Speed Control), hệ thống tự
Trang 6
Xây dựng mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp - phun xăng trên ôtô
chẩn đoán, hệ thống kiểm soát khí thải, chức năng dự phòng, các hệ thống
khác…
Đối với hãng TOYOTA hệ thống điều khiển kết hợp của động cơ
được gọi chung là TCCS (Toyota Computor Cotroled System). hệ thống
điều khiển bằng máy tính của TOYOTA
EFI

ESA
TCCS ISC
Hệ thống tự chuẩn đoán
Các hệ thống khác (hệ thống điều khiển hộp số tự
động ECT – ECU; hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS – ECU; hệ thống
treo điện tử TEMS – ECU; hệ thống kiểm soát lực kéo TRC – ECU; hệ
thống điều hoà không khí A/C – ECU.
Đối với hãng NISSAN hệ thống điều khiển kết hợp của động cơ được
gọi chung là ECCS(electronic concentrated control sytem).
Đối với hãng MITSUBISHI hệ thống điều khiển kết hợp của động cơ
được gọi chung là MPI (Multipont Fuel Injection).
Hiện nay, xu hướng tự động hóa không chỉ có trên ôtô mà hầu như ở
tất cả các ngành công nghiệp. Một trong những vấn đề chủ yếu mà điều
khiển tự động trên ôtô phải giải quyết là điều khiển các thông số ra của các
hệ thống trang bị trên xe sao cho đảm bảo tính năng và sự an toàn của ôtô là
tốt nhất trong mọi điều kiện hoạt động. Đối với ôtô khi vận hành luôn có sự
thay đổi về tốc độ xe, điều kiện mặt đường, điều kiện tải, điều kiện khí hậu
môi trường … Nên yêu cầu điều khiển các thông số ra của những hệ thống
ôtô khá đa dạng và phức tạp, bên cạnh đó những hệ thống này cũng chịu ảnh
hưởng của những tác động biến đổi phức tạp bên ngoài. Tự động trên ôtô
được điều khiển thông qua hệ thống điều khiển điện tử được lập trình sẵn,
mà trung tâm là một bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý dùng để điều khiển mỗi hệ
thống được gọi là ECU (Electronic Control Unit ). ECU dựa trên cơ sở dữ
liệu lập trình sẵn và các tín hiệu từ các cảm biến đưa về, từ đó đưa ra tín hiệu
điều khiển đến các cơ cấu chấp hành (Actuators)
Các hệ thống được điều khiển tự động trang bị trên ôtô hiện nay là
những hệ thống điều khiển bằng máy tính (Computer Control Sytems).
Trong đó phần tử điểu khiển (Controller) gồm một máy tính có phối hợp
Trang 7
Xây dựng mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp - phun xăng trên ôtô

thêm các thiết bị đầu vào và đầu ra, các cảm biến và các cơ cấu chấp hành
(Actuators). Các thuật toán điều khiển được tính toán và lập chương trình
ghi vào bộ nhớ máy tính.

Hình 2.2:
Sơ đồ khối
của hệ
thống
Hệ
thống điều
khiển phun
xăng điện
tử bao gồm
các cảm
biến -
chúng nhận
biết chế độ hoạt động khác nhau của động cơ ; bộ ECU - nó tính toán lượng
phun (chu kỳ) dựa trên các tín hiệu (dữ liệu) từ các cảm biến ; và bộ chấp
hành - nó điều khiển việc phun nhiên liệu trên các tín hiệu từ ECU. Các cảm
biến nhận biết lượng khí nạp, tốc độ động cơ, nhiệt độ của nước làm mát và
khí nạp, sự tăng tốc/ giảm tốc, và gửi các tín hiệu này đến ECU. ECU sau đó
sẽ xác định khoảng thời gian phun chính xác và gửi tín hiệu đến các vòi
phun. Các vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào đường ống nạp phụ thuộc vào các
tín hiệu này. Lượng phun phụ thuộc vào khoảng thời gian của tín hiệu đến từ
ECU.
Hệ thống phun xăng và đánh lửa điện tử ngày càng được TOYOTA
phát triển nhằm tối ưu hoá các tính năng của hệ thống và ngày càng hoàn
thiện các chức năng của nó.
Trên hệ thống phun xăng đa điểm và đánh lửa trực tiếp trên xe Camry
2000 sử dụng cảm biến áp suất khí nạp lượng phun cơ bản phụ thuộc vào tín

hiệu này.
Trang 8
ECU
Động cơ Vòi phun
Cảm biến áp suất
đường nạp
Đường ống nạp
Xác định độ chân không
đường ống nạp
Điều khiển
lượng phun
Nhiên liệu
Phun
n
Không khí
Xây dựng mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp - phun xăng trên ôtô

Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ thống D -EFI
Song song với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống điều
khiển đánh lửa theo chương trình (ESA- Electronic Spark Adyance) cũng
được đưa vào sử dụng vào những năm đầu thập kỷ 80. Sau đó vào đầu
những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS- Direct Ignition Sytem) ra
đời, cho phép không sử dụng Delco (bộ chia điện) và hệ thống này có mặt
trên hầu hết các xe thế hệ mới. DIS là một hệ thống phân phối trực tiếp điện
cao áp đến các bugi từ các cuộn đánh lửa mà không dùng bộ chia điện
(delco). Hiện nay có rất nhiều hệ thống DIS, bao gồm loại có cuộn đánh lửa
cho từng xylanh và cuộn đánh lửa cho 2 xylanh, loại sử dụng mỗi bôbin cho
từng cặp bougie , v v
Các cảm biến không chỉ có vai trò quan trọng trong hệ thống EFI
và ESA, mà còn đóng vai trò rất quan trọng đối với các hệ thống khác, như :

hệ thống điều khiển hộp số tự động ( gồm Cảm biến tốc độ xe, cảm biến vị
trí bướm ga…), điều khiển hệ thống phanh ABS( cảm biến tốc độ, cảm biến
giảm tốc,…), điều khiển hệ thống treo( cảm biến tốc độ, cảm biến độ cao,
cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến lực quán tính,…), điều khiển hệ thống trợ
lực lái (cảm biến tốc độ xe, cảm biến góc lái,…).v.v…
Trang 9
Xây dựng mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp - phun xăng trên ôtô
Hình 2.4: Sơ dồ khối của hệ thống EFI
2.3 Điều khiển quá trình phun xăng
Điều khiển lượng phun cơ bản
Lượng phun cơ bản được ECU tính toán thông qua thời gian phun cơ
bản. Thời gian phun nhiên liệu cơ bản được ECU tính toán thông quá các tín
hiệu vào:
-Tín hiệu áp suất đường ống nạp (PIM) Nếu tốc độ động cơ không
đổi, lượng phun cơ bản sẽ tăng cùng với sự gia tăng của lượng khí nạp.
-Tín hiệu nhiệt độ khí nạp
-Tín hiệu tốc độ động cơ. Nếu lượng khí nạp là hằng số thì lượng
phun cơ bản sẽ gia tăng cùng với sự gia tăng của tốc độ động cơ.
Trang 10
-CB nhiệt độ nước
-Nhiệt độ khí nạp
-Vị trí bướm ga
-Tín hiệu khởi động
-CB ô xy
-Cảm biến áp suất khí nạp
Tín hiệu đánh lửa
(tốc độ động cơ)
Điều khiển lượng phun
nhiên liệu
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

ĐIỆN TỬ
Nhiên liệu
Bơm nhiên
liệu
Lọc nhiên liệu
Bộ ổn áp
Các vòi phun
HỆ THỐNG NHIÊN
LIỆU
Lọc không khí
Cảm biến áp suất
khí nạp
Cổ họng Van ISC
Khoang nạp khí
Đường ống nạp
HỆ THỐNG NẠP
KHÍ
Các cảm biến
ECU
Các xi lanh
Xây dựng mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp - phun xăng trên ôtô



U



Hình 2.5: Sơ đồ tự động điều khiển lượng phun cơ bản của EFI
2.4 Các chế độ điều khiển hiệu chỉnh

Tuỳ theo từng chế độ làm việc khác nhau của động cơ mà tỉ lệ hòa
khí phải thay đổi theo, do đó cần phải hiệu chỉnh lượng phun cơ bản.
a. Chế độ khởi động lạnh
Trong khi động cơ quay khởi động do có sự dao động lớn về tốc độ
động cơ nên ECU khó nhận biết được chính xác được áp suất đường ống nạp
hay lượng khí nạp. Vì vậy ECU chọn một khoảng thời gian phun cơ bản lưu
trong bộ nhớ của nó phù hợp với nhiệt độ nước làm mát động cơ mà không
tính đến áp suất đường ống nạp hay lượng khí nạp, sau đó bổ sung thêm
lượng hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp và điện áp để tạo ra khoảng thời gian
phun thực tế.



U C




Trang 11
TBĐK
ECU
Điều khiển
lượng phun cơ
bản
Cơ cấu chấp
hành
(vòi phun)
-áp suất khí nạp
-Tốc độ động cơ (NE)
ĐTĐK(các chế

độ làm việc của
động cơ)
Bơm nhiên liệu
TBĐK (ECU)
lượng phun cơ bản
và hiệu chỉnh
Cơ cấu
chấp hành
(vòi phun)
-Tín hiệu khởi động (STA)
-Nhiệt độ nước làm mát(THW)
-Tốc độ động cơ (NE)
-Góc quay trục khủyu (G)
-Nhiệt độ khí nạp (THA)
-Điện áp ắc quy (+B)
ĐTĐK
(chế độ khởi
động)
Bơm nhiên
liệu
Xây dựng mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp - phun xăng trên ôtô
Hình 2.6: Sơ đồ tự động điều khiển lượng phun khi khởi động của
EFI.
t
1
t
2
t
3
t

Hình 2.7: Thời gian phun cơ bản và hiệu chỉnh khi khởi động.
t: Khoảng thời gian phun thực tế.
t
1:
Thời gian phun cơ bản.
t
2
: Thời gian phun hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp.
t
3
: Thời gian phun hiệu chỉnh theo điện áp ắc quy.
* t
1:
Thời gian phun cơ bản. Được tính toán từ các tín hiệu:
NE (tốc độ động cơ)
THW (nhiệt độ nước làm mát).
STA (nhận biết động cơ đang khởi động).


thấp 20
o
C cao
nhiệt độ nước làm mát
o
C
Trang 12

t
1
(miligiây)

Xây dựng mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp - phun xăng trên ôtô
Hình 2.8: Đặc tuyến hiệu chỉnh thời gian phun cơ bản (t
1
) theo nhiệt
độ nứơc làm mát
* t
2
: Thời gian phun hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp (THA)
Mật độ không khí sẽ thay đổi theo nhiệt độ vì vậy ECU động cơ phải
luôn được thông tin chính xác nhiệt độ khí nạp để điều chỉnh thời gian phun
cho phù hợp với yêu cầu của tỷ lệ hỗn hợp. Để thực hiện được mục đích này
ECU lấy 20
o
c làm nhiệt độ tiêu chuẩn sau đó tăng hay giảm lượng nhiên
liệu phun tùy theo nhiệt độ khí nạp thấp hay cao hơn nhiệt độ này. Hiệu
chỉnh này sẽ làm tăng hay giảm lượng phun .
1.0
thấp 20
o
C cao
nhiệt độ khí nạp
o
C
Hình 2.9: Đặc tuyến hiệu chỉnh thời gian phun hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí
nạp (t
2
).
* t
3
: Thời gian phun hiệu chỉnh theo điện áp ắc quy (+B)

Khi khởi động điện áp ắc quy giảm, nên có một sự chậm trễ (sai lệch)
thời gian tính từ lúc ECU động cơ gửi tín hiệu đến vòi phun cho đến khi vòi
phun thực sự mở ra. Điều này có nghĩa là khoảng thời gian kim phun mở sẽ
trở nên ngắn hơn so với tính toán của ECU, làm giảm lượng nhiên liệu phun
vào xy lanh. Vì vậy cần phải có sự hiệu chỉnh theo điện áp.
Trong hiệu chỉnh theo điện áp, ECU sẽ bù lại sự chậm trễ này bằng
cách kéo dài khoảng thời gian phun thực tế sao cho nó phù hợp với lượng đã
tính toán của ECU.
Trang 13
Xây dựng mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp - phun xăng trên ôtô

thời gian trễ tiêu chuẩn

thấp 14 cao
điện áp ắc quy (V)
Hình 2.10: Đặc tuyến hiệu chỉnh thời gian phun hiệu chỉnh theo điện
áp ắc quy (t
3
).
b. Hiệu chỉnh làm đậm sau khi khởi động và làm đậm khi hâm nóng
động cơ
Ngay lập tức sau khi khởi động ECU cung cấp thêm một lượng nhiên
liệu trong một khoảng thời gian nhất định nhằm ổn định họat động của động
cơ. Lượng hiệu chỉnh phụ thuộc nhiệt độ nước làm mát. Khi nhiệt độ động
cơ còn thấp ECU tiếp tục điều khiển hiệu chỉnh làm đậm để hâm nóng động
cơ. Lượng nhiên liệu được hiệu chỉnh thêm khi hâm nóng động cơ do ECU
điều khiển theo nhiệt độ nước làm mát.
Khi nhiệt độ nước đặc biệt thấp hiệu chỉnh này tăng gấp đôi lượng
phun. Hiệu chỉnh làm đậm hâm nóng kết thúc khi nhiệt độ động cơ đạt 60
0

c
hoặc 80
0
c tùy theo động cơ.
Trang 14
Xây dựng mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp - phun xăng trên ôtô
1
thấp 80
o
C cao
nhiệt độ nước làm mát
o
C
Hình 2.11: Đặc tuyến hiệu chỉnh thời gian phun sau khi khởi động và khi
hâm nóng động cơ theo nhiệt độ nước làm mát
c. Làm đậm khi tăng tốc động cơ lạnh
Để nâng cao khả năng tải khi động cơ còn lạnh, khi tiếp điểm không
tải của cảm biến vị trí bướm ga mở hỗn hợp được làm đậm thêm. ECU nhận
tín hiệu từ :
- Cảm biến vị trí bướm ga (VTA) nhận biết độ mở bướm ga nhỏ hơn
1,5
o
so với vị trí đóng.
- Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (THW) nhận biết nhiệt độ nước
làm mát.
Để hiệu chỉnh gia tăng lượng nhiên liệu phun vào động cơ. Tỷ lệ làm
đậm và khoảng thời gian thay đổi tùy theo nhiệt độ nước làm mát. Khi nhiệt
độ nước làm mát thấp, tỷ lệ làm đậm tăng lên và khoảng thời gian làm đậm
dài hơn.
Trang 15

hệ số hiệu chỉnh
Xây dựng mô hình hệ thống đánh lửa trực tiếp - phun xăng trên ôtô

2,6 Nhiệt độ nước làm mát
-20
o
c
1,8 0
-o
c
20
0
c
1,0
0 1 2 3 4 5 6
Hình 2.12: Thời gian sau khi tiếp điểm không tải mở (giây)
d. Chế độ cầm chừng nhanh
Để tăng tốc độ hâm nóng động cơ ECU gửi tín hiệu điều khiển đến
van ISC để thay đổi lượng không khí đi tắt qua bướm ga. Khi khởi động
van ISC mở hoàn toàn, sau đó giảm dần và đóng hoàn toàn khi nhiệt độ
động cơ đạt 80
o
c, điều khiển không tải nhanh bằng ECU kết thúc. Các tín
hiệu gửi đến ECU:
- Tốc độ động cơ (NE)
- Nhiệt độ nước làm mát (THW)
- Vị trí bướm ga (VTA)
- Tốc độ xe (SPD)
e. Điều khiển phản hồi tốc độ không tải
Điều khiển phản hồi được thực hiện khi tiếp điểm không tải bật, tốc

độ xe thấp hơn một giá trị xác định và nhiệt độ nước làm mát khoảng 80
0
c.
Nếu sự chênh lệch giữa tốc độ thực của động cơ và tốc độ tiêu chuẩn trong
bộ nhớ của ECU lớn hơn 20v/p do sự thay đổi tải đột ngột nào đó như bật
công tắc điều hòa không khí (A/C), phụ tải điện (LP, DFG, E LS), trợ lực lái
thủy lực (EHPS) thì ECU sẽ gửi tín hiệu đến van ISC để van này tăng hay
giảm lượng khí đi qua đường khí tắt sao cho tốc độ thực tế của động cơ sẽ
đạt tốc độ tiêu chuẩn. Tốc độ tiêu chuẩn khác nhau tùy thuộc vào tải.
Trang 16
Tỷ lệ làm đậm
Xây dựng mơ hình hệ thống đánh lửa trực tiếp - phun xăng trên ơtơ



Hình 2.13: Sơ đồ tự động điều khiển phản hồi ở chế độ cầm chừng
f. Chế độ tải trung bình
Được điều khiển theo lượng phun cơ bản. Ngồi ra trên một số xe có
trang bị cảm biến ơ xy, ECU động cơ sẽ hiệu chỉnh khoảng thời gian phun
dựa trên tín hiệu từ cảm biến ơ xy (hoặc tùy theo động cơ họat động ở chế
độ tải trung bình là rich burn hay lean burn) để giữ cho tỷ lệ khí-nhiên liệu
trong khoảng hẹp gần với tỷ lệ lý thuyết (hay tỷ lệ trong dải nhạt). ECU so
sánh điện áp của tín hiệu từ cảm biến ơ xy (cảm biến hỗn hợp nhạt) với một
điện áp định mức (trong bộ nhớ). Nếu điện áp của tín hiệu cao hơn, nó nhận
biết tỷ lệ của hỗn hợp đậm hơn lý thuyết và tiến hành giảm lượng nhiên liệu
phun xác định.
Để tránh cho bộ lọc khí xả q nóng và để đảm bảo cho động cơ họat
động tốt, tín hiệu phản hồi tỷ lệ khí nhiên liệu từ cảm biến ơ xy (cảm biến
hỗn hợp nhạt) khơng xảy ra với các chế độ sau:
• Trong khi khởi động.

• Trong khi làm đậm sau khởi động.
• Trong khi làm đậm tăng tốc.
Trang 17
TBĐK-ECU

Cơ cấu chấp
hành
(vòi phun)
-Cảm biến ô xy
ĐTĐK(các chế
độ làm việc của
động cơ)
Bơm nhiên liệu
-Tín hiệu khởi động
-Ắc quy
-Bộ đo áp suất khí nạp
-Tốc độ động cơ
-Nhiệt độ nước làm mát
-Nhiệt độ khí nạp
-Vò trí bướm ga