Đề tài Khảo sát thông số đầu vào tới quá trình phun của vòi phun nhiên liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯƠNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỀ TÀI “Khảo sát thông số đầu vào tới quá trình phun của vòi phun nhiên liệu” SV: Nguyễn Huy Tuyển Khoa c¬ khÝ §éng lùc – Tr­êng §¹i häc SPKT H­ng Yªn. Trang 2 MỤC LỤC Nội dung Trang LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................... 5 PHẦN I KHÁI QUÁT CHUNG HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ 1.1. KHÁI QUÁT VỀ EFI. ...........................................................................................6 1.1.1. Lịch sử của động cơ EFI. ........................................................................6 1.1.2. Đặc điểm và kết cấu cơ bản của EFI. ......................................................7 1.2. HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU. ................................................................ 11 1.2.1. Sơ đồ nguyên lý.................................................................................... 11 1.2.2. Bơm xăng. ............................................................................................ 11 1.2.3. Lọc xăng. ............................................................................................. 13 1.2.4. Dàn phân phối xăng. ............................................................................. 14 1.2.5. Bộ điều áp xăng. ................................................................................... 15 1.2.6. Vòi phun xăng chính. ........................................................................... 16 1.2.6.1. Hoạt động của vòi phun. .................................................................... 17 1.2.7. Vòi phun khởi động lạnh. ..................................................................... 20 1.3. HỆ THỐNG NẠP KHÔNG KHÍ. .......................................................................... 22 1.3.1. Cổ họng gió. ......................................................................................... 22 1.3.2. Vít chỉnh hỗn hợp không tải. ................................................................ 23 1.3.3. Van khí phụ. ......................................................................................... 23 1.3.4. Khoang nạp khí & Đường ống nạp. ...................................................... 24 1.3.5. Cảm biến áp suất đường nạp. ................................................................ 24 1.4. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ. ................................................................... 25 1.4.1. Cảm biến vị trí bướm ga. ...................................................................... 25 1.4.2. Cảm biến nhiệt độ nước (THW) ........................................................... 28 1.4.3. Cảm biến nhiệt độ khí nạp. ................................................................... 29 1.4.4. Cảm biến nồng độ ôxy. ......................................................................... 30 1.4.5. Rơle EFI chính. .................................................................................... 33 1.4.6. Tín hiệu máy khởi động. ....................................................................... 33 Khoa c¬ khÝ §éng lùc – Tr­êng §¹i häc SPKT H­ng Yªn. Trang 3 1.4.7. Tín hiệu G & tín hiệu NE. .................................................................... 34 1.4.8. Tín hiệu đánh lửa của động cơ. ............................................................. 36 1.4.9. Tín hiệu NSW ...................................................................................... 36 1.4.10. Tín hiệu điều hoà không khí (A/C) ..................................................... 37 1.4.11. Tín hiệu phụ tải điện (ELS) ................................................................ 37 1.4.12. Cảm biến nhiệt độ khí ERG (THG) ................................................... 38 1.4.13. Công tắc nhiệt độ nước làm mát (TSW).............................................. 38 1.5. ĐÁNH LỬA SỚM (ESA). .................................................................................... 39 1.5.1. Thời điểm đánh lửa và các chế độ hoạt đông của động cơ. ................... 39 1.5.2. Thời điểm đánh lửa và chất lượng xăng. ............................................... 40 1.6. ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ KHÔNG TẢI (ISC). .......................................................... 43 1.7. CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÁC................................................................ 45 1.7.1. Hệ thống điều khiển cắt OD của ECT. .................................................. 45 1.7.2. Điều khiển cắt điều hoà.(ACT) ............................................................. 45 1.7.3. Hệ thống điều khiển cắt EGR. .............................................................. 46 PHẦN II PHƯƠNG ÁN KẾT NỐI KIỂM TRA CHẨN ĐOÁN 2.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ 5A – FE. .................................................................. 47 2.2. PHƯƠNG ÁN KẾT NỐI. ..................................................................................... 48 2.2.1. Đèn kiểm tra động cơ “Check engine”. ................................................ 48 2.2.2. Thuật toán phát hiện hai lần. ................................................................. 49 2.2.3. Chế độ chẩn đoán và đèn “ CHECK ENGINE ” ................................... 50 2.2.4. Tín hiệu ra cực VF................................................................................ 50 2.2.5. Tín hiệu ra của tín hiệu cảm biến oxy T. ............................................... 51 2.2.6. Điện áp chẩn đoán. ............................................................................... 52 2.2.7. Sự hoạt động của chức năng Failsafe. ................................................... 52 2.3. QUY TRÌNH KIỂM TRA CHẨN ĐOÁN. .............................................................. 54 2.3.1. Cơ sở tự chẩn đoán. .............................................................................. 54 2.3.2. Các chức căng của hệ chống chẩn đoán. ............................................... 54 2.3.3. Phương pháp tự chẩn đoán của động cơ bằng đèn kiểm tra. .................. 58 2.3.4. Quy trình kiểm tra chẩn đoán khi không dùng thiết bị kiểm tra. ............ 65 Khoa c¬ khÝ §éng lùc – Tr­êng §¹i häc SPKT H­ng Yªn. Trang 4 PHẦN III KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO TỚI QUÁ TRÌNH PHUN CỦA VÒI PHUN NHIÊN LIỆU 3.1. CHỨC NĂNG CỦA ECU. ....................................................................................75 3.1.1. Điều khiển thời điểm phun. .................................................................. 75 3.1.2. Điều khiển lượng phun. ........................................................................ 76 3.2. LƯỢNG PHUN CƠ BẢN (loại D – EFI) .............................................................. 77 3.3. KHẢO SÁT SỰ BIẾN THIÊN CỦA XUNG PHUN. ................................................ 79 3.3.1. Xung phun cơ bản khi ở tốc độ không tải khi làm việc bình thường...... 79 3.3.2. Xung phun ở chế độ tăng tốc khi làm việc bình thường. ....................... 80 3.4. KHẢO SÁT XUNG PHUN (áp dụng trên động cơ 5A-FE). .................................. 81 3.4.1. Tín hiệu đánh lửa.................................................................................. 81 3.4.2. Tín hiệu cảm biến áp suất đường ống nạp PIM. .................................... 81 3.4.3. Tín hiệu của cảm biến nhiệt độ nước làm mát. ...................................... 82 3.4.4. Tín hiệu cảm biến nhiệt độ khí nạp. ...................................................... 84 3.4.5. Tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga. ......................................................... 86 3.4.6. Tín hiệu cảm biến nhiệt độ động cơ và nhiệt độ khí nạp. ...................... 87 3.4.7. Cắt nhiên liệu. ...................................................................................... 88 3.4.8. Tín hiệu từ điện áp ắc quy. ................................................................... 89 3.4.9. Làm đậm hỗn hợp khi tăng tốc. ............................................................ 91 3.4.10. Khi mất tín hiệu từ cảm biến tốc độ động cơ NE. ............................... 92 PHẦN IV HOÀN THIỆN MÔ HÌNH 4.1. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH...................................................................................... 93 4.1.1. Khung gá. ............................................................................................. 93 4.1.2. Bảng điều khiển.................................................................................... 93 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO………..………………………………………………..95 Khoa c¬ khÝ §éng lùc – Tr­êng §¹i häc SPKT H­ng Yªn. Trang 5 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp, là sự ra tăng của khí thải gây ô nhiễm môi truờng. Khí thải do xe ôtô sử dụng nhiện liệu xăng gây ra cũng đóng góp một lượng lớn khí thải độc hại. Mặt khác nguồn nguyên liệu dầu thô khai thác từ tự nhiên dùng để điều chế xăng cũng dần cạn kiệt. Đó là hai lý do quan trọng thúc đẩy các hãng chế tạo ôtô cho ra đời động cơ phun xăng điện tử. Mục đích để nâng cao hiệu suất cháy của nhiên liệu xăng và hạn chế lượng khí thải độc hại sinh ra trong quá trình cháy. Để làm được điều đó hệ thống phải có một hệ thống giám sát (cảm biến) và chấp hành hoạt động chính xác, kịp thời. Khi có sự sai hỏng của hệ thống sẽ ảnh hưởng đến mức tiêu hao nhiên liệu và sinh ra nhiều khí thải độc hại trong quá trình cháy không hoàn toàn. Với các xe ôtô hiện đại được trang bị nhiều thiết bị điện tử thì việc chẩn đoán càng trở nên khó khăn. Do vậy trên xe ôtô phải được trang bị hệ thống tự chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của xe. Nhằm báo cho người sử dụng biết được những hư hỏng hiện tại của xe. Vấn đề tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường là vấn đề cấp thiết, chúng em được khoa ra cho đề tài: “Khảo sát thông số đầu vào tới quá trình phun của vòi phun nhiên liệu”. Thông qua quá trình khảo sát xung phun của vòi phun nhiên liệu chúng ta có thể đánh giá được lượng nhiên liệu được phun và từ những xung phun có thể chẩn đoán được sự hư hỏng của các cảm biến. Trong quá trình thực hiện đồ án, do trình độ và hiểu biết còn hạn chế. Nhưng được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong khoa cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn trong lớp đến nay đồ án của chúng em đã hoàn thành. Tuy vậy vẫn còn nhiều thiếu sót, mong thầy cô đóng góp ý kiến để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Hưng yên, ngày tháng năm 2007. Sinh viên thực hiện Nguyễn Huy Tuyển Khoa c¬ khÝ §éng lùc – Tr­êng §¹i häc SPKT H­ng Yªn. Trang 6 PHẦN I KHÁI QUÁT CHUNG HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ 1.1. KHÁI QUÁT VỀ EFI. 1.1.1. Lịch sử của động cơ EFI. Cho đến những năm của thập kỷ 60, chế hoà khí đã từng được sử dụng trong phần lớn các hệ thống phân phối nhiên liệu tiêu chuẩn. Mặc dù vậy, đến năm 1971, Toyota đã phát triển hệ thống EFI (Electronic Fuel injection - hệ thống phun xăng điện tử) của mình, hệ thống này phân phối nhiên liệu đến các xilanh của động cơ tốt hơn so với chế hoà khí bằng việc phun nhiên liệu có điều khiển điện tử. Việc xuất khẩu các xe có lắp động cơ EFI bắt đầu sớm nhất vào năm 1979 với xe Crown (động cơ 5M – E) và xe Cressida (4M - E). Kể từ đó, động cơ trang bị EFI sản xuất tăng dần lên về quy mô cũng như là số lượng. Việc điều khiển EFI có thể được chia thành hai loại, dựa trên sự khác nhau về phương pháp dùng để xác định lượng nhiên liệu phun. Một là một mạch tương tự, loại này điều khiển lượng phun dựa vào thời gian cần thiết để nạp và phóng một tụ điện. Loại khác là loại điều khiển bằng bộ vi sử lý, loại này sử dụng dữ liệu lưu trong bộ nhớ để xác định lượng phun. Loại mạch tương tự là loại được Toyota sử dụng lần đầu tiên trong hệ thống EFI của nó. Loại điều khiển bằng bộ vi sử lý được bắt đầu sử dụng vào năm 1983. Loại hệ thống EFI điều khiển bằng bộ vi sử lý được sử dụng trong xe của Toyota gọi là TCCS ( TOYOTA Computer Controled Sytem - Hệ thống điều khiển bằng máy tính của TOYOTA ), nó không chỉ điều khiển lượng phun mà còn bao gồm ESA ( Electronic Spark Advance – Đánh lửa sớm điện tử ) để điều khiển thời điểm đánh lửa; ISC (Idle Speed Control - Điều khiển tốc độ không tải ) và các hệ thống điều khiển khác; cũng như chức năng chẩn đoán và dự phòng. Khoa c¬ khÝ §éng lùc – Tr­êng §¹i häc SPKT H­ng Yªn. Trang 7 1.1.2. Đặc điểm và kết cấu cơ bản của EFI.  Có thể cấp hỗn hợp khí – nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh. Do mỗi một xylanh đều có vòi phun của mình & do lượng phun được điều chỉnh chính xác bằng ECU theo sự thay đổi về tốc độ động cơ và tải trọng, nên có thể phân phối đều nhiên liệu đến từng xylanh. Hơn nữa, tỷ lệ khí – nhiên liệu có thể điều chỉnh tự do nhờ ECU bằng việc thay đổi thời gian hoạt động của vòi phun (khoảng thời gian phun nhiên liệu). Vì các lý do đó, hỗn hợp khí nhiên liệu được phân phối đều đến tất cả các xylanh & tạo ra được tỷ lệ tối ưu. Chúng có ưu điểm về cả khía cạnh kiểm soát khí xả & lẫn tính năng về công suất.  Có thể đạt được tỷ lệ khí - nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ động cơ. Vòi phun đơn của chế hoà khí không thể điều khiển chính xác tỷ lệ khí – nhiên liệu ở tất cả các dải tốc độ, nên việc điều khiển chia thành hệ thống tốc độ chậm, tốc độ cao thứ nhất, tốc độ cao thứ hai…và hỗn hợp phải được làm đậm khi chuyển từ một hệ thống này sang hệ thống khác. Vì lý do đó, nếu hỗn hợp khí nhiên liệu không được làm đậm hơn một chút thì các hiện tượng không bình thường (nổ trong ống nạp và nghẹt) rất dễ xảy ra khi chuyển đổi. Mặc dù vậy, với EFI một hỗn hợp khí – nhiên liệu chính xác và liên tục luôn được cung cấp tại bất kỳ chế độ tốc độ & tải trọng nào của động cơ. Đây là ưu điểm ở khía cạnh kiểm soát khí xả & kinh tế nhiên liệu.  Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở bướm ga. Ở động cơ lắp chế hoà khí, từ bộ phận phun nhiên liệu đến xylanh có một khoảng cách dài. Cũng như, do có sự chênh lệch lớn giữa tỷ trọng riêng của xăng và không khí, nên xuất hiện sự chậm trễ nhỏ khi xăng đi vào xylanh tương ứng với sự thay đổi của luồng khí nạp. Mặc dù vậy, ở hệ thống EFI, vòi phun được bố trí gần xylanh & và được nén với áp suất khoảng 2 đến 3 kgf/cm2, cao hơn so với áp suất đường nạp cũng như nó được phun qua một lỗ nhỏ, nên nó dễ dàng tạo thành dạng sương mù. Do vậy, lượng phun thay đổi tương ứng với sự thay đổi của lượng khí nạp tuỳ theo sự đóng mở của bướm ga, nên hỗn hợp khí nhiên liệu phun vào Khoa c¬ khÝ §éng lùc – Tr­êng §¹i häc SPKT H­ng Yªn. Trang 8 trong các xylanh thay đổi ngay lập tức theo độ mở của bướm ga. Nói tóm lại, nó đáp ứng kịp thời với sự thay đổi của vị trí chân ga.  Hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu. Bù tại tốc độ thấp: Khả năng tải tại tốc độ thấp được nâng cao do nhiên liệu ở dạng sương mù tốt được phun ra bằng vòi phun khởi động lạnh khi động cơ khởi động. Cũng như, do lượng không khí đầy đủ được hút vào qua van khí phụ, khả năng tải tốt được duy trì ngay lập tức sau khi khởi động. Cắt nhiên liệu khi giảm tốc: Trong quá trình giảm tốc, động cơ chạy với tốc độ cao ngay cả khi bướm ga đóng kín. Do vậy, lượng khí nạp vào xylanh giảm xuống & độ chân không trong đường nạp trở nên rất lớn. Ở chế hoà khí, xăng bám trên thành của đường ống nạp sẽ bay hơi & vào trong xylanh do độ chân không của đường ống nạp tăng đột ngột, kết quả là một hỗn hợp quá đậm, quá trình cháy không hoàn toàn & làm tăng lượng cháy không hết (HC) trong khí xả. Ở động cơ EFI, việc phun nhiên liệu bị loại bỏ khi bướm ga đóng & động cơ chạy tại tốc độ lớn hơn một giá trị nhất định, do vậy nồng độ HC trong khí xả giảm xuống & làm tiêu hao nhiên liệu. Nạp hỗn hợp khí - nhiên liệu có hiệu quả: Ở chế hoà khí, dòng không khí bị thu hẹp tại họng khuếch tán để tăng tốc độ dòng khí, tạo nên độ chân không bên dưới họng khếch tán. Đó là nguyên nhân hỗn hợp khí – nhiên liệu được hút vào trong xylanh trong hành trình đi xuống của piton. Tuy nhiên họng khếch tán làm hẹp (cản trở) dòng khí nạp & đó là nhược điểm của động cơ. Mặt khác, ở EFI một áp suất xấp xỉ 2 -3 kgf/cm2 luôn được cung cấp đến động cơ để nâng cao khả năng phun sương của hỗn hợp khí – nhiên liệu, do có thể làm đường ống nạp nhỏ hơn nên có thể lợi dụng quán tính của dòng khí nạp của hỗn hợp khí – nhiên liệu tốt hơn. Khoa c¬ khÝ §éng lùc – Tr­êng §¹i häc SPKT H­ng Yªn. Trang 9  Kết cấu cơ bản của EFI. * Khái quát: EFI có thể chia thành 3 khối chính: - Hệ thống điều khiển điện tử. - Hệ thống nhiên liệu. - Hệ thống nạp khí. EFI cũng có thể được chia thành điều khiển phun nhiên liệu cơ bản & điều khiển hiệu chỉnh. 3 hệ thống này sẽ được mô tả chi tiết sau đây. Sơ đồ kết cấu cơ bản của EFI. Khoa c¬ khÝ §éng lùc – Tr­êng §¹i häc SPKT H­ng Yªn. Trang 10 Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý của D – EFI. * Điều khiển phun cơ bản. Các thiết bị phun cơ bản duy trì một tỷ lệ tối ưu (gọi là tỷ lệ lý thuyết) của không khí & nhiên liệu hút vào trong các xylanh. Để thực hiện được điều đó, nếu có sự gia tăng lượng khí nạp, lượng nhiên liệu phun vào cũng phải gia tăng tỷ lệ. Hoặc là nếu lượng khí nạp giảm xuống, lượng nhiên liệu phun ra cũng giảm xuống. Khoa c¬ khÝ §éng lùc – Tr­êng §¹i häc SPKT H­ng Yªn. Trang 11 1.2. HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU. 1.2.1. Sơ đồ nguyên lý. Hình 1.2.1. Các bộ phận trong hệ thống cung cấp nhiên liệu. 1. Thùng xăng. 5. Bộ điều áp xăng. 2. Bơm xăng. 6. Vòi phun chính. 3. Lọc xăng. 7. Vòi phun khởi động lạnh. 4. Dàn phân phối. Nhiên liệu được hút ra từ thùng chứa bằng bơm nhiên liệu và phân phối dưới áp suất đến từ ống phân phối nhiên liệu. Sự phân phối áp suất và thể tích của bơm nhiên liệu được thiết kế vượt quá yêu cầu tối đa cho động cơ. Bộ điều hoà áp suất cho phép một số nhiên liệu trở về thùng chứa khi cần thiết để điều chỉnh áp suất nhiên liệu tại kim phun theo chế độ làm việc của động cơ. 1.2.2. Bơm xăng. Bơm được đặt trong bình xăng. So với loại trên đường ống, loại này có độ ồn thấp. Một bơm tuabin, với đặc điểm là độ rung động nhiên liệu khi bơm nhỏ, được sử dụng. Loại này bao gồm môtơ bơm, với một van một chiều, van an toàn và bộ lọc gắn liền thành một khối. Khoa c¬ khÝ §éng lùc – Tr­êng §¹i häc SPKT H­ng Yªn. Trang 12  Bơm tuabin: Bơm tuabin bao gồm một hoặc hai cánh bơm được dẫn động bằng môtơ, vỏ bơm và nắp bơm tạo thành bộ bơm. Khi môtơ quay các cánh bơm quay cùng với nó. Các cánh gạt bố trí dọc chu vi bên ngoài của cánh bơm để đưa nhiên liệu từ cửa vào đến cửa ra. Hình 1.2.2. Bơm nhiêu liệu loại trong bình. 1. Van một chiều. 4. Rôto. 9. Cửa ra. 2. Van an toàn. 5. Stato. 10. Cửa vào. 3. Chổi than. 6. Cánh bơm. 11. Lưỡi gạt. 7. Lưới lọc. 8. Vỏ bơm. 12. Cánh bơm.  Van an toàn: Van an toàn mở khi áp suất bơm ra đạt xấp xỉ 3.5 – 6 kgf/cm3. Và nhiên liệu có áp suất cao quay trở lại bình xăng. Van an toàn ngăn không cho áp suất nhiên liệu vượt quá mức này.  Van một chiều: Van một chiều đóng khi bơm nhiên liệu ngừng hoạt động. Van một chiều và bộ ổn áp đều làm việc để duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu khi động cơ ngừng chạy, để dễ dàng cho lần khởi động sau. Khoa c¬ khÝ §éng lùc – Tr­êng §¹i häc SPKT H­ng Yªn. Trang 13  Điều khiển bơm nhiên liệu. Hình 1.2.3. Sơ đồ mạch điện bơm xăng.  Điều khiển bật tắt bằng ECU động cơ. Bơm nhiên liệu trong xe được trang bị động cơ EFI chỉ hoạt động khi đông cơ đang chạy. Điều này tránh cho nhiên liệu không bị bơm đến động cơ trong trường hợp khoá điện bật ON nhưng động cơ không chạy. * Khi động cơ quay khởi động: Khi động cơ khởi động, dòng điện chạy qua cực IG của khoá điện đến L1 của rơle chính, làm rơle bật ON. Tại thời điểm đó, dòng từ ST của khoá điện đến L3 của rơ le mở mạch