Nghiên cứu thiết kế, chế tạo board mạch điều khiển phun xăng, đánh lửa điện tử trang bị trên ô tô hiện đại

`
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
= = =  = = =





VÕ VĂN CHINH
TRẦN VĂN HIỆU



NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BOARD
MẠCH ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG, ĐÁNH LỬA
ĐIỆN TỬ TRANG BỊ TRÊN Ô TÔ HIỆN ĐẠI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành:Công nghệ kỹ thuật ô tô


GVHD: KS. TRẦN NGỌC ANH

NHA TRANG – 06/2014


`

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
= = =  = = =




VÕ VĂN CHINH
TRẦN VĂN HIỆU



NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BOARD
MẠCH ĐIỀU KHIỂN PHUN XĂNG, ĐÁNH LỬA
ĐIỆN TỬ TRANG BỊ TRÊN Ô TÔ HIỆN ĐẠI



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành:Công nghệ kỹ thuật ô tô

GVHD: KS. TRẦN NGỌC ANH

NHA TRANG – 06/2014
i

`
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: Võ Văn Chinh Lớp: 52OT MSSV: 52130299
Và: Trần Văn Hiệu Lớp: 52OT MSSV: 52130303
Chuyên ngành : Công nghệ kỹ thuật ôtô Mã ngành: 52510205
Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo board mạch điều khiển phun xăng,
đánh lửa điện tử trang bị trên ô tô hiện đại”
Số trang: 124 Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo: 12
Hiện vật:
 03 đĩa CD chứa toàn bộ nội dung đồ án và 03 cuốn đồ án.
 Board mạch điều khiển phun xăng, đánh lửa.
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN





Kết luận




Nha trang, ngày… tháng…. năm 2014
Cán bộ hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)




KS. Trần Ngọc Anh
ii

`
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Võ Văn Chinh Lớp: 52OT MSSV: 52130299
Và: Trần Văn Hiệu Lớp: 52OT MSSV: 52130303
Chuyên ngành : Công nghệ kỹ thuật ôtô Mã ngành: 52510205
Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo board mạch điều khiển phun xăng,
đánh lửa điện tử trang bị trên ô tô hiện đại”
Số trang: 124 Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo: 12
Hiện vật:
 03 đĩa CD chứa toàn bộ nội dung đồ án và 03 cuốn đồ án.
 Board mạch điều khiển phun xăng, đánh lửa.
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN







Điểm phản biện Nha Trang, ngày….tháng… năm 2014
Cán bộ phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)




Nha Trang,ngày …tháng…năm 2014
Chủ tịch hội đồng

(ký và ghi rõ họ tên)



ĐIỂM CHUNG
Bằng số
Bằng chữ



iii

`
MỤC LỤC
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii
DANH MỤC BẢNG viii
DANH MỤC HÌNH ix
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƢƠNG 1 3
TỔNG QUAN VỀ PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG
CƠ Ô TÔ ĐỜI MỚI 3
1.1. Lịch sử hình thành phun xăng và đánh lửa điện tử trên ô tô 3
1.2. Lý thuyết về phun xăng và đánh lửa trên ô tô 4
1.2.1. Khái niệm, đặc điểm, phân loại hệ thống phun xăng 4
1.2.2. Lý thuyết hệ thống phun xăng 7
1.2.2.1. Tỷ lệ xăng– không khí………………………………………………7
1.2.2.2. Tỷ lệ khí hỗn hợp lý tưởng…………………………………………. 7
1.2.2.3. Hệ số dư lượng không khí………………………………………… 8
1.2.2.4. Độ đồng nhất của hỗn hợp cháy………………………………… 10

1.2.2.5. Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cháy đến hiệu suất của động cơ10
1.2.2.6. Ảnh hưởng của

đến công suất có ích (N
e
) và công suất tiêu thụ
nhiên liệu(
e
g
) của động cơ……………………………………………… 12
1.2.3. Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại hệ thống đánh lửa điện tử 15
1.2.4. Lý thuyết đánh lửa điện tử trong ôtô 15
1.3. Kết cấu và hoạt động của hệ thống phun xăng, đánh lửa điển hình 19
1.3.1. Kết cấu hệ thống phun xăng điện tử 19
1.3.2. Nguyên lý của hệ thống phun xăng 21
1.3.3. Kết cấu hệ thống đánh lửa điện tử 22
iv

`
1.4. Xu hƣớng phát triển phun xăng và đánh lửa trên ô tô hiện nay 24
CHƢƠNG 2 27
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN 27
2.1. Đặt vấn đề 27
2.2. Phân tích các phƣơng án thiết kế chế tạo 28
2.2.1. Phương án 1: Thiết kế board mạch theo ECU có sẵn 28
2.2.2. Phương án 2: Thiết kế board mạch dựa vào thực tế của động cơ 29
2.2.3. Phương án 3: Kết hợp giữa ECU có sẵn và thực tế của động cơ. 30
2.3. Lựa chọn phƣơng án thiết kế 31
2.3.1. Phương án thiết kế 31
2.3.2. Phương án điều khiển phun xăng điện tử 31

2.3.3. Phương án điều khiển đánh lửa điện tử 35
2.3.4. Phương án phần cứng ECU phun xăng, đánh lửa 40
2.3.5. Phương án lập trình cho ECU phun xăng, đánh lửa 40
2.3.6 Sơ đồ chân ECU 42
2.4. Giới thiệu động cơ mẫu 44
2.4.1. Thông số kỹ thuật xe Toyota caldina 44
2.4.2 Giới thiệu hệ thống phun xăng, đánh lửa của xe toyota calinda 2002 46
CHƢƠNG 3 47
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, VIẾT PHẦN MỀM, THỬ NGHIỆM VÀ ĐIỀU
CHỈNH BOARD MẠCH 47
3.1. Xây dựng thuật toán điều khiển phun xăng và đánh lửa 47
3.2. Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống 50
3.2.1. Công thức tính thời gian phun theo một số tín hiệu cơ bản của động cơ 50
3.2.1.1. Thời điểm phun xăng………………………………………………50
v

`
3.2.1.2. Thời gian phun xăng……………………………………………… 51
3.2.2. Tính toán các thông số cho hệ thống đánh lửa lập trình ECU 57
3.2.2.1. Thời gian ngậm điện cần thiết để nạp vào chương trình………… 57
3.2.2.2. Hiệu chỉnh góc đánh lửa theo các chế làm việc động cơ………… 59
3.3. Tính toán, thiết kế phần cứng ECU 62
3.3.1. Chọn linh kiện chế tạo board mạch 62
3.3.2. Sơ đồ các khối trong ECU 69
3.3.2.1. Sơ đồ khối chung…………………………………………………. 69
3.3.2.2. Khối nguồn……………………………………………………… 70
3.3.2.3. Khối cảm biến…………………………………………………… 70
3.3.2.4. Khối vi điều khiển atmega16………………………………………76
3.3.2.5. Khối điều khiển ra phun xăng, đánh lửa (Khối công suất) 79
3.3.3. Quy trình làm board mạch 82

3.3.3.1. Chuẩn bị………………………………………………………… 82
3.3.3.2. Các bước làm board mạch……………………………………… 82
3.4. Viết chƣơng trình điều khiển phun xăng, đánh lửa 87
3.5. Thử nghiệm điều chỉnh board mạch 88
3.5.1. Quy trình kiểm tra 88
3.5.2. Chạy thử 89
3.5.3. Kết quả 90
3.5.4. Đánh giá 90
3.5.5. Một số hình ảnh sau thực nghiệm 91
CHƢƠNG 4 93
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 93
4.1. Kết luận 93
vi

`
4.2. Đề xuất ý kiến 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO 95
PHỤ LỤC 96
vii

`

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

EFI : Electronic Fuel Injection.
ECU : Electronic Control Unit
LCD : Liquid Crystal Display
ADC : Analog to Digital Convert
LED : Lighting Emision Diode
BTDC : Trước điểm chết trên (Before Top Dead Center)

CIS : Continuous Injection System
TBI : Throttle Body Injection
ESA : Electronic Spark Advance














viii

`
DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Giới thiệu sơ đồ chân nối của ECU 43
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật xe Toyota caldina 2002 45
Bảng 3.1 Một số thông số của mô hình khảo sát 50
Bảng 3.2 Thời gian phun cơ bản 53
Bảng 3.3 Thời gian hiệu chỉnh theo THW 55
Bảng 3.4 Thời gian hiệu chỉnh theo điện áp 56
Bảng 3.5 Kết quả tính toán với các dòng
ng

I
khác nhau 58
Bảng 3.6 Bản đồ góc đánh lửa 61
Bảng 3.7 Góc đánh lửa hiệu chỉnh 62
Bảng 3.8 Chức năng các chân LCD 16 × 2 78
Bảng 3.9 Kết quả thay đổi tải sau thử nghiệm 90
ix

`
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Loại điều khiển theo áp suất đường ống nạp. 5
Hình 1.2 Loại điều khiển theo lưu lượng khí nạp. 6
Hình 1.3 Đường biểu diễn thành phần hỗn hợp khí cung cấp cho động cơ ở nhiều
chế độ tải khác nhau 8
Hình 1.4 Ngưỡng của tỷ lệ nhiên liệu không khí cần phải duy trì nhằm giúp bộ xúc
tác hóa khử ba chức năng hoạt động tốt. 8
Hình 1.5 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí

đối với công suất động cơ P
và đối với suất tiêu hoa nhiên liệu g
e
9
Hình 1.6 Ảnh hưởng của

đến
t

và
i


11
Hình 1.7 Ảnh hưởng của

đến N
e
và g
e
của động cơ xăng 12
Hình 1.8 So sánh đặc tuyến điều chỉnh góc đánh lửa sớm kiểu cơ khí và điện tử 16
Hình 1.9 Bản đồ góc đánh lửa sớm lý tưởng 17
Hình 1.10 Góc đánh lửa sớm thực tế 18
Hình 1.11 Xung điều khiển đánh lửa IGT 19
Hình 1.12 Kết cấu cơ bản hệ thống phun xăng điều khiển bằng điện tử 20
Hình 1.13 Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng điện tử 21
Hình 1.14 Kết cấu cơ bản của hệ thống đánh lửa điều khiển bằng điện tử 22
Hình 2.1 ECU thực tế 28
Hình 2.2 Mạch điều khiển động cơ dùng vi điều khiển 89S51 29
Hình 2.3 Kết cấu hệ thống phun xăng L-EFI 31
Hình 2.4 Phun xăng đơn điểm 32
Hình 2.5 Phun xăng đa điểm 33
Hình 2.6 Phương pháp phun độc lập 34
Hình 2.7 Phương pháp phun từng nhóm 34
Hình 2.8 Phương pháp phun đồng loạt 35
Hình 2.9 Sơ đồ hệ thống đánh lửa với cơ cấu điều khiển góc đánh lửa sớm bằng
điện tử 35
x

`
Hình 2.10 Đánh lửa điện tử có bộ chia điện 36
Hình 2.11 Hệ thống đánh lửa trực tiếp sử dụng mỗi bobine cho từng bougie 38

Hình 2.12 Hệ thống đánh lửa trực tiếp mỗi bobine cho từng cặp bougie 39
Hình 2.13 Đánh lửa điện tử sử dụng một bobine cho tất cả bugie 39
Hình 2.14 Sơ đồ chân ECU 42
Hình 2.15 Xe Toyota caldina 2002 44
Hình 2.16 Sơ đồ hệ thống đánh lửa lập trình có bộ chia điện 46
Hình 2.17 Sơ đồ mạch điện hệ thống phun xăng độc lập 46
Hình 3.1 Thuật toán điều khiển phun xăng đánh lửa theo chương trình 48
Hình 3.2 Sơ đồ tín hiệu phun 51
Hình 3.3 Mối quan hệ giữa điện trở nhiệt độ nước làm mát và hiệu điện thế 54
Hình 3.4 Mạch điện điều khiển vòi phun khởi động lạnh 56
Hình 3.5 Thời gian phun thực tế 57
Hình 3.6 Góc đánh lửa sớm thực tế. 60
Hình 3.7 Sơ đồ chân của vi điều khiển ATMEGA 16 63
Hình 3.8 Sơ đồ khối vi điều khiển ATMEGA16 66
Hình 3.9 IC ổn áp 7805 67
Hình 3.10 Diode 1N5399 67
Hinh 3.11 Opto PC817 68
Hình 3.12 LM 358 68
Hình 3.13 IRF 3205 69
Hình 3.14 Sơ đồ khối 69
Hình 3.15 Khối tạo nguồn 5V cho vi điều khiển 70
Hình 3.16 Sơ đồ tín hiệu cảm biến lưu lượng khí nạp 70
Hình 3.17 Cảm biến vị trí bướm ga 71
Hình 3.18 Sơ đồ tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát 72
Hình 3.19 Sơ đồ mạch điện dạng xung tín hiệu G và Ne 72
Hình 3.20 Sơ đồ tín hiệu cảm biến vị trí piston 73
Hình 3.21 Giản đồ mô tả nguyên lý đo tốc độ động cơ và 75
xi

`

điều khiển thời điểm đánh lửa 75
Hình 3.22 Sơ đồ tín hiệu khởi động 76
Hình 3.23 Các chân tín hiệu vào và các chân tín hiệu ra điều khiển 76
Hình 3.24 Khối mạch RESET cho vi điều khiển 77
Hình 3.25 Khối tạo xung nhịp dao động cho vi điều khiển. 77
Hình 3.26 Màn hình LCD 16 × 2 79
Hình 3.27 Sơ đồ mạch khối ra điều khiển vòi phun 79
Hình 3.28 Sơ đồ mạch khối ra điều khiển đánh lửa 81
Hình 3.29 Giao diện phần mềm orcad 10.5 82
Hình 3.30 Giao diện layout in proteus 82
Hình 3.31 Linh kiện sắp xếp trên phần mềm proteus 83
Hình 3.32 Sơ đồ mạch in sau khi in ra giấy 83
Hình 3.33 Cắt phần layout từ giấy in 84
Hình 3.34 Cắt board đồng 84
Hình 3.35 Ủi mạch 85
Hình 3.36 Board mạch sau khi ngâm vào dung dịch chứa bột sắt 85
Hình 3.37 Board mạch sau khi vệ sinh 86
Hình 3.38 Khoan mạch 86
Hình 3.39 Hàn mạch 87
Hình 3.40 Board mạch sau khi hoàn thành 87
Hình 3.41 Kết cấu của board mạch phun xăng, đánh lửa 89
Hình 3.42 Chế độ khởi động lạnh 91
Hình 3.43 Chế độ sau khởi động 91
Hình 3.44 Chế độ thay đổi tải 92
1

`
LỜI NÓI ĐẦU
Hệ thống phun xăng, đánh lửa điện tử ngày càng được sử dụng rộng rãi trên ô
tô nhằm mục đích tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường.

Trong quá trình học tập, tích lũy kiến thức, việc bắt tay vào tính toán thiết kế
một bộ phận, một hệ thống là rất quan trọng. Phần nào nó củng cố thêm kiến thức
đã học ở trường, thể hiện sự am hiểu về kiến thức cơ bản và một phần là sự vận
dụng lí thuyết vào thực tế tính toán sao cho hợp lý, cũng có nghĩa là sinh viên được
làm quen với công việc của một cán bộ kỹ thuật.
Khi mà vấn đề về năng lƣợng và môi trƣờng đang hết sức nóng, thì vấn đề
nghiên cứu và tìm hướng giải quyết là điều cấp bách. Ô tô sử dụng hệ thống điện -
điện tử trong việc điều khiển động cơ nó đang góp phần quan trọng trong việc giải
quyết vấn đề này. Nằm trong tiến trình đó với tư cách là một sinh viên ngành công
nghệ kỹ thuật ô tô nhóm thực hiện cũng cố gắng tìm hiểu và nghiên cứu để góp
phần giải quyết vấn đề này trong khuôn khổ đề tài thiết kế. Vì mục tiêu trên, nhóm
được Thầy giáo Trần Ngọc Anh hướng dẫn đề tài
“Nghiên cứu thiết kế, chế tạo
board mạch điều khiển phun xăng, đánh lửa điện tử trang bị trên ô tô hiện đại ”

Đây là một đề tài vừa có thể nghiên cứu lí thuyết vừa có thể kiểm nghiệm lí
thuyết nghiên cứu bằng ứng dụng thực tế nên rất thiết thực đối với sinh viên.
Sau gần 3 tháng nỗ lực cố gắng, nhóm thực hiện đã hoàn thành nội dung cơ
bản của đề tài cụ thể gồm 4 chương như sau:
Chương1:
Tổng quan về phun xăng và đánh lửa điện tử trên động cơ ô tô đời mới.

Chương2:
Phân tích và lựa chọn phương án.

Chương3:
Tính toán, thiết kế, viết phần mềm, thử nghiệm và điều chỉnh board mạch.

Chương4:Kết luận và đề xuất.
Mặc dù đã hết sức cố gắng, nhưng do kiến thức và thời gian có hạn, thiếu kinh

nghiệm thực tế, đồ án này chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm
thực hiện xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trần Ngọc Anh cùng Quý thầy trong
Bộ môn kỹ thuật ô tô bằng thiện chí và nhiệt tình nghề nghiệp đã chỉ bảo và hướng
2

`
dẫn trong thời gian thiết kế đề tài cùng tất cả các bạn sinh viên đã giúp nhóm hoàn
thành đồ án này. Một lần nữa chúng tôi xin chân thành cảm ơn!
Nha Trang, tháng 06 năm 2014
Nhóm thực hiện
Võ Văn Chinh
Trần Văn Hiệu

3

`
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ
TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ ĐỜI MỚI
1.1. Lịch sử hình thành phun xăng và đánh lửa điện tử trên ô tô
Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp - ông Stevan - đã nghĩ ra cách phun
nhiên liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun
nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả. Đầu thế kỷ 20, người
Đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng
trên động cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp). Tuy nhiên, sau
đó sáng kiến này đã được ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung
cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức. Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công
trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí. Trong hệ thống phun xăng này,
nhiên liệu được phun liên tục vào trước xupáp hút nên có tên gọi là K – Jetronic (K-
Konstant – liên tục, Jetronic – phun). K – Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng
dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát
triển hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE –Jetronic, Mono-Jetronic, L-Jetronic,
Motronic…
Tên tiếng Anh của K-Jetronic là CIS (continuous injection system) đặc trưng
cho các hãng xe Châu Âu và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K –Jetronic–
với cảm biến oxy và KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE –
Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm). Do hệ thống phun cơ khí còn nhiều
nhược điểm nên đầu những năm 80, BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun sử dụng

kim phun điều khiển bằng điện. Có hai loại: hệ thống L-Jetronic (lượng nhiên liệu
được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) và D-Jetronic (lượng nhiên liệu
được xác định dựa vào áp suất trên đường ống nạp).
Đến năm 1984, người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ
thống phun xăng L-Jetronic và D-Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với
động cơ 4A – ELU). Đến năm 1987, hãng Nissan dùng L – Jetronic thay cho bộ chế
4

`
hoà khí của xe Nissan Sunny. Song song, với sự phát triển của hệ thống phun xăng,
hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình (ESA – electronic spark advance)
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 system) ra đời, cho phép
không sử dụng delco và hệ thống này đã có mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới.
Ngày nay, gần như tất cả các ô tô đều được trang bị hệ thống điều khiển động
cơ xăng và diesel theo chương trình, giúp động cơ đáp ứng được các yêu cầu gắt
gao về khí xả và tiết kiệm nhiên liệu. Thêm vào đó, công suất động cơ cũng được
cải thiện rõ rệt.
Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời. Đó là
động cơ phun trực tiếp: GDI (gasoline direct injection). Trong tương lai gần, chắc
chắn GDI sẽ được sử dụng rộng rãi.
1.2. Lý thuyết về phun xăng và đánh lửa trên ô tô
1.2.1. Khái niệm, đặc điểm, phân loại hệ thống phun xăng
 Khái niệm về phun xăng điển tử
Phun xăng điện tử là quá trình phun nhiên liệu vào động cơ được điều khiển
bởi một hệ thống điện tử được gọi là ECU (electronic control unit). ECU là một bộ
vi xử lý, khi nhận được các tín hiệu từ cảm biến, ECU sẽ tính toán để đưa ra được
thời điểm và lượng phun tối ưu nhất theo từng chế độ làm việc của động cơ.
 Đặc điểm hệ thống phun xăng điện tử
- Kiểm soát lượng xăng phun theo thời gian theo lượng khí nạp để đạt tỉ lệ

mong muốn.
- Tăng lượng nhiên liệu ở chế độ làm nóng sau khởi động lạnh.
- Tăng lượng khí nạp lẫn nhiên liệu cho động cơ nguội vì ma sát lớn.
- Bù lượng nhiên liệu bám trên đường ống nạp.
- Cắt nhiên liệu khi giảm tốc hoặc tốc độ quá cao.
- Điều chỉnh tốc độ cầm chừng.
- Điều chỉnh

, điều chỉnh lưu hồi khí xả.

5

`
 Phân loại hệ thống phun xăng
- Loại CIS (continuous injection system)
Đây là hệ thống kiểu sử dụng kim phun cơ khí, chỉ sử dụng trên một số động
cơ, bộ phun mở liên tục, sự thay đổi áp suất đối với nhiên liệu sẽ làm thay đổi lượng
nhiên liệu được phun. Gồm bốn loại cơ bản sau:
+ Hệ thống K – Jectronic: Đây là hệ thống phun nhiên liệu được điều khiển
hoàn toàn bằng cơ khí và thủy lực sau đó được cải thiện thành hệ thống KE –
Jectronic với hệ thống ECM mạnh hơn.
+ Hệ thống K – Jectronic có cảm biến khí thải: có thêm một cảm biến oxy.
+ Hệ thống KE – Jectronic: là hệ thống được phát triển từ hệ thống (K –
Jectronic) với mạch điều chỉnh áp lực phun bằng điện tử.
- Loại AFC ( air flow controlled fuel injection)
 D - Jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất): với lượng
xăng phun được xác định bởi áp suất sau cánh bướm ga bằng cảm biến MAP
(manifold absolute pressure sensor).
Trong D-Jetronic lượng khí nạp tính bằng khối lượng có thể suy ra từ áp suất
đường ống nạp P

m
hoặc góc mở bướm ga 
t
. Lưu lượng không khí nạp vào xylanh
cũng phụ thuộc vào các thay đổi áp suất trên ống nạp p’
m
.










Hình 1.1 Loại điều khiển theo áp suất đường ống nạp.


6

`
 L - Jetronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là không khí): với
lượng xăng phun được tính toán dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió
loại cánh trượt. Sau đó có các phiên bản: LH – Jetronic với cảm biến đo gió dây
nhiệt, LU – Jetronic với cảm biến gió kiểu siêu âm…

Theo vị trí lắp đặt kim phun, chia làm 2 loại:
- Loại TBI (Throttle Body Injection) - phun đơn điểm
Hệ thống này còn có các tên gọi khác như: SPI (single point injection), CI
(central injection), Mono – Jetronic. Đây là loại phun trung tâm. Kim phun được bố
trí phía trên cánh bướm ga và nhiên liệu được phun bằng một hay hai kim phun.
- Loại MPI (multi point fuel injection) - phun đa điểm
Đây là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xylanh
được bố trí gần xupap hút (cách khoảng 10 – 15 mm). Ống góp hút được thiết kế
sao cho đường đi của không khí từ bướm ga đến xylanh khá dài, nhờ vậy nhiên liệu
phun ra được hòa trộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc. Nhiên liệu cũng không còn
thất thoát trên đường ống nạp. Tùy theo cách điều khiển kim phun, hệ thống này có
thể chia làm 3 loại chính phun độc lập hay phun từng kim (independent injection),
phun nhóm (group injection) hoặc phun đồng loạt (simultaneous injection).
Hình 1.2 Loại điều khiển theo lưu lượng khí nạp.

7

`
1.2.2. Lý thuyết hệ thống phun xăng
Quá trình tạo hỗn hợp cháy được coi là chất lượng cao khi thỏa mãn được
những yêu cầu sau:
- Nhiên liệu phải được hòa trộn đều với toàn bộ lượng khí có trong buồng cháy.
- Thành phần hỗn hợp cháy phải phù hợp với chế độ làm việc của động cơ.

- Hỗn hợp cháy phải được phân bố đồng điều cho các xilanh của động cơ
nhiều xilanh.
1.2.2.1. Tỷ lệ xăng– không khí
Hệ thống nhiên liệu trên động cơ xăng có chức năng làm thay đổi tỷ lệ xăng –
không khí để có được khí hỗn hợp tối ưu cho mọi chế độ làm việc khác nhau của
động cơ. Thông thường 1 gram xăng hòa trộn lẫn với 15 gram không khí, ta có tỷ lệ
khí hỗn hợp cung cấp cho động cơ trong nhiều chế độ làm việc khác nhau. Lúc khởi
động trởi lạnh, tỷ lệ khí hỗn hợp là 1/9. Trong chế độ chạy cầm chừng 1/12, ở vận
tốc trung bình khí hỗn hợp nghèo xăng hơn, vào khoảng 1/15. Lúc lái xe tăng tốc, tỷ
lệ khí hỗn hợp được thể hiện bằng các đường cong đứt quãng khi mở lớn tối đa
bướm ga, khí hỗn hợp cũng được thêm xăng.
Việc thay đổi tỷ lệ thích hợp nhằm mục đích luôn luôn nạp đủ nhiên liệu vào
xilanh. Ví dụ lúc khởi động trời lạnh, hay lúc động cơ xăng đang nguội phải cần đến
một tỷ lệ khí hỗn hợp rất giàu xăng. Bởi lúc này chỉ có một phần nhỏ xăng bốc hơi,
do đó phải cần thật nhiều xăng để xilanh nhận đủ lượng nhiên liệu cần thiết.
1.2.2.2. Tỷ lệ khí hỗn hợp lý tƣởng
Tỷ lệ hỗn hợp lý tưởng 1/14,7 được giới thiệu trên đồ thị hình (1.3) gọi là lý
tưởng bởi vì lượng oxy trong khí hỗn hợp này hoàn toàn thích ứng với lượng
hydrocacbon trong xăng giúp cho quá trình cháy của khí hỗn hợp được hoàn chỉnh
nhất. Sẽ xẩy ra tình trạng nhiều xăng đối với tỷ lệ 1/14, cũng như quá dư thừa oxy
đối với tỷ lệ hỗn hợp 1/16.
Nhằm giảm tình trạng ô nhiễm môi trường, ô tô thế hệ mới được trang bị bầu
hóa khử (catalytic converter). Để bộ này có thể hoạt động được tốt, đòi hỏi phải duy
trì tỷ lệ hỗn hợp khí ở mức lý tưởng 1/14,7.
8

`

1.2.2.3. Hệ số dƣ lƣợng không khí
Để chỉ rõ mức độ sai biệt giữa tỷ lệ nhiên liệu – không khí cung cấp thực tế
cho động cơ so với tỷ lệ hỗn hợp lý tưởng (1/14,7) người ta chọn hệ số dư lượng

= Lượng không khí nạp/Lượng không khí yêu cầu lý tưởng.



Hình (1.5) giới thiệu đồ thị về ảnh hưởng của hệ số dư không khí

đối với
công suất P và suất tiêu hao nhiên liệu g
e
.Ta tìm được ảnh hưởng này như sau:
Hình 1.3 Đường biểu diễn thành phần hỗn hợp khí cung cấp cho động cơ ở nhiều
chế độ tải khác nhau
Hình 1.4 Ngưỡng của tỷ lệ nhiên liệu không khí cần phải duy trì nhằm giúp bộ
xúc tác hóa khử ba chức năng hoạt động tốt.
9

`

Hình 1.5 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí

đối với công suất động cơ
P và đối với suất tiêu hoa nhiên liệu g
e

Trong đó:
- a Giàu xăng – thiếu không khí.

- b Nghèo xăng – dư không khí.
Hỗn hợp quá nghèo xăng, không thể tiếp tục cháy được nếu
3,1


Hỗn hợp cháy tốt phát huy công suất tối đa cho động cơ. Lượng không khí
thiếu so với lý tưởng khoảng 5 – 15 %.
85,095,0 


Suất tiêu hao nhiên liệu bé tối đa. Dư lượng không khí khoảng 20%.
2,11,1 


Hệ số dư lượng không khí này sẽ cho một tỷ lệ khí hỗn hợp lý tưởng và cho
phép động cơ vận hành ổn định ở chế độ chạy cầm chừng.
0,1


Thiếu khoảng 15 – 25 % không khí. Động cơ nổ chuyên tiếp tốt, chuyển tiếp
có nghĩa là thay đổi chế độ làm việc từ chế độ này sang chế độ khác.
75,085,0 


10

`
1.2.2.4. Độ đồng nhất của hỗn hợp cháy
Hỗn hợp cháy được gọi là đồng nhất khi nó có thành phần như nhau tại mọi
khu vực trong buồng cháy. Để được trạng thái này, nhiên liệu phải bốc hơi hoàn

toàn và hào trộn đều với lượng khí trong xilanh.
Mức độ đồng nhất của hỗn hợp cháy có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất,
công suất và hàm lượng các chất độc hại trong khí xả. Hỗn hợp cháy càng đồng
nhất thì lượng không khí thực tế cần thiết để đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối
lượng nhiên liệu sẽ càng nhỏ. Nói cách khác, độ đồng nhất càng lớn thì động cơ có
thể làm việc với hỗn hợp cháy có hệ số dư lượng không khí càng nhỏ mà vẫn đảm
bảo yêu cầu đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu. Nếu hỗn hợp cháy không đồng nhất, sẽ
có những khu vực trong buồng đốt thiếu hoặc thừa oxy. Tại khu vực thiếu oxy,
nhiên liệu cháy không hoàn toàn sẽ làm giảm hiệu suất nhiệt của động cơ và làm
tăng hàm lượng các chất độc hại trong khí thải. Việc thừa oxy quá mức cũng làm
giảm hiệu suất của động cơ do phải tiêu hao năng lượng cho việc sấy nóng, nạp và
xả phần không khí quá mức, đồng thời làm giảm hiệu quả sử dụng dung tích công
tác xilanh.
Độ đồng nhất của hỗn hợp cháy được quyết định bởi các yếu tố: tính chất vật
lý của nhiên liệu ( tính bốc hơi, sức căng bề mặt, độ nhớt), nhiệt độ không khí và
của bề mặt tiếp xúc với hỗn hợp cháy (vách đường ống nạp, đỉnh piston, thành
xilanh), chuyển động rối của khí trong đường ống nạp vào trong xilanh….
Các biện pháp thường được sủ dụng nhăm hạn chế độ định lượng không đồng
đều ở động cơ xăng bao gồm:
- Kết cấu hệ thống nạp hợp lý.
- Sấy nóng đường ống nạp để xăng hóa hơi nhanh.
- Sử dụng hệ thống phun xăng đa điểm.
1.2.2.5. Ảnh hƣởng của thành phần hỗn hợp cháy đến hiệu suất của động cơ
Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cháy tới hiệu suất của động cơ xăng được
phát thể hiện trên hình (1.6).
11

`

Hình 1.6 Ảnh hưởng của


đến
t

và
i


1 – với tải bộ phận, 2 – với 100% tải, 3 – với hai bugi cho mỗi xilanh
4 – với khí mới phân lớp, 5 – với buồng đốt trước
Đường nét đứt biểu diễn đặc điểm biến thiên của hiệu suất lý thuyêt (
t

) theo

;
t

sẽ giảm khi

giảm trong khu vực


1 do phần nhiên liệu cháy không
hoàn toàn và nhiệt lượng chu trình là không đổi (Q=const).
Mặt khác, theo chiều tăng của

trong vùng



1, nhiệt dung riêng của môi
chất công tác sẽ giảm vì cả lượng nhiệt của chu trình ứng với một đơn vị số lượng
khí mới, nhiệt độ của môi chất công tác trong quá trình cháy và giản nở, hàm lượng
tương đối của các khí nhiều nguyên tử (CO
2
, H
2
O) đều giảm. Kết quả là hệ số
đoạn nhiệt (K) sẽ tăng đôi chút và làm cho hiệu suất lý thuyết tăng nhẹ theo chiều
tăng của

.
Ở động cơ thực tế, hiệu suất chỉ thị (
t

) cũng sẽ tăng khi hỗn hợp cháy làm
loãng dần do hiệu suất lý thuyết tăng. Tuy nhiên, khác với hiệu suất lý thuyết, hiệu
suất chỉ thị tăng đến một giá trị nhất định, tại đó quá trình cháy nhiên liệu vẫn diễn
ra bình thường. Khi hỗn hợp cháy quá loãng, quá trình cháy nhiên liệu sẽ chậm ra
và không ổn định, có thể có hiện tượng “bỏ lửa”, tất cả những yếu tố đó đều phần
làm giảm hiệu suất chỉ thị của động cơ. Thành phần hỗn hợp cháy phản ứng với giá
12

`
trị cực đại của hiệu suất chỉ thị được gọi là giới hạn làm lỏng có ích
ê

. Gía trị của
ê


phụ thuộc vào nhiều yếu tố cấu tạo và vận hành của loại buồng đốt, số lượng bougie,
năng lượng của tia lửa điện, nhiệt độ và áp suất tại thời điểm đốt cháy nhiên liệu, …
Ở những động cơ hiện nay,
e

dao động trong khoảng (1,05 – 1,2) ở chế độ
toàn tải (bướm ga mở hoàn toàn). Trị số
e

sẽ giảm dần khi điều kiện cho nhiên liệu
bốc cháy ít thuận lợi hơn.
Nâng cao giá trị của
e

nói cách khác đảm bảo cho nhiên liệu cháy ổn định
với hỗn hợp cháy loãng hơn đã và đang là vấn đề được các chuyên gia trong lĩnh vực động
cơ đốt trong quan tâm không chỉ nhằm mục đích tăng hiệu suất mà còn có tác dụng
giảm độ độc hại của khí thải.
1.2.2.6. Ảnh hƣởng của

đến công suất có ích (N
e
) và công suất tiêu thụ nhiên
liệu(
e
g
) của động cơ

Hình 1.7 Ảnh hưởng của

đến N
e
và g
e
của động cơ xăng
Hình (1.7) giới thiệu dạng điển hình của đường N
e
và g
e
theo đặc tính điều
chỉnh thành phần hỗn hợp cháy của động cơ xăng, tức là đường cong thể hiện đặc
điểm biến thiên của N
e
và g
e
theo

khi động cơ chạy ở tốc độ quay không đổi
trong điều kiện giữ nguyên vị trí bướm ga.