Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa động cơ 1TR-FE

Chia sẻ: Mộ Dung Vân Thư | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa động cơ 1TR-FE" tập trung tìm hiểu về hệ thống điều khiển động cơ 1TR-FE trên Toyota Innova, xây dựng, thiết kế mô hình phun xăng đánh lửa kết hợp hệ thống chẩn đoán OBD-II. Nắm được tổng quan về cấu tạo, chức năng của từng bộ phận, nguyên lý làm việc của hệ thống điều khiển động cơ. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa động cơ 1TR-FE

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐÁNH LỬA ĐỘNG CƠ 1TR-FE Phạm Phúc Thịnh*, Dương Công Búp Tây, Võ Văn Dương Viện Kỹ thuật, Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh GVHD: Huỳnh Quang Thảo TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa động cơ 1TR-FE tập trung tìm hiểu về hệ thống điều khiển động cơ 1TR-FE trên Toyota Innova, xây dựng, thiết kế mô hình phun xăng đánh lửa kết hợp hệ thống chẩn đoán OBD-II. Nắm được tổng quan về cấu tạo, chức năng của từng bộ phận, nguyên lý làm việc của hệ thống điều khiển động cơ. Từ đó đưa ra được kết luận ưu điểm và nhược điểm, những biện pháp khắc phục nhược điểm, tối ưu hóa các ưu điểm, tìm ra phương pháp giảm giá thành sản xuất sản phẩm và tăng hiệu quả sử dụng. Mô hình sử dụng các thiết bị thực như cảm biến, bộ điều khiển và các cơ cấu chấp hành để xây dựng mô hình làm việc của quá trình điều khiển các hoạt động phun xăng đánh lửa. Từ khóa: Chẩn đoán OBD-II; Đánh lửa; Động cơ 1TR-FE; Hệ thống điều khiển động cơ; Phun xăng. 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Vai trò của hệ thống phun xăng và đánh lửa trong động cơ đốt trong Quá trình hoạt động của động cơ đốt trong, nhiên liệu được đưa vào buồng đốt, được hòa trộn cùng với không khí để tạo thành hỗn hợp hòa khí; Hệ thống phun xăng làm việc theo nguyên lý điều khiển lượng nhiên liệu được phun vào buồng đốt với tỷ lệ vừa đủ theo điều kiện làm việc của động cơ. Ở một thời điểm thích hợp cuối kì nén của động cơ, hệ thống đánh lửa sẽ cung cấp một tia lửa điện cao thế xuất hiện tại đầu Bu ri được đặt trong buồng đốt, đốt cháy hòa khí và sinh công cho động cơ. Quá trình làm việc của hệ thống phun xăng đánh lửa phải kết hợp với nhau sao cho hoạt động của động cơ đạt hiệu suất quả nhất đồng thời tránh gây lãng phí và ô nhiễm môi trường. Để làm được điều đó, cần phải có các tín hiệu đầu vào là các cảm biến để xác định tình trạng hoạt động của động cơ, bộ điều khiển (ECU) để tính toán và xuất tín hiệu điều khiển sự hoạt động của cơ cấu chấp hành là các kim phun và bô bin. Hình 1. Sơ đồ điều khiển của hệ thống phun xăng đánh lửa 1.2 Các tín hiệu đầu vào 272
Các cảm biến được đặt xung quanh động cơ để xác định tình trạng hoạt động của động cơ tại mọi thời điểm động cơ đang làm việc. Các cảm biến có hoạt động dựa trên nguyên tắc xác định sự thay đổi về mặt vật lý của thông số cần đo như nhiệt độ, áp suất, tốc độ, vị trí, tần số… và chuyển đổi sự thay đổi đó thành thành sự thay đổi của tín hiệu điện. Tín hiệu từ cảm biến sẽ được gửi về bộ điều khiển. Trên động cơ 1TR-FE sử dụng các cảm biến sau: - Cảm biến vị trí trục khuỷu (CKPS). - Cảm biến vị trí trục cam (CMPS). - Cảm biến lưu lượng khí nạp (MAFS). - Cảm biến vị trí bướm ga (TPS). - Cảm biến nhiệt độ nước làm mát (ECTS). - Cảm biến nhiệt độ khí nạp (IATS). - Cảm biến oxy (OXS). - Cảm biến kích nổ (KNKS). Hình 2: Các cảm biến, bộ điều khiển và cơ cấu chấp hành 1.3 Bộ điều khiển Bộ điều khiển nhận các tín hiệu từ các tín hiệu đầu vào và dựa vào thông số của các tín hiệu đầu vào và dữ liệu đã được lưu trữ trong bộ nhớ để xác định tình trạng làm việc của động cơ. Dựa trên những thông tin đầu vào này, ECU sử dụng phần mềm được lập trình sẵn để điều chỉnh nhiều thông số khác nhau như thời điểm phun nhiên liệu, thời điểm đánh lửa, tuần hoàn khí thải nhằm tối ưu hóa hiệu suất của động cơ. ECU cũng có thể giám sát hoạt động của động cơ trong thời gian thực và thực hiện các điều chỉnh cần thiết để đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả và an toàn, có khả năng tự chẩn đoán và có thể cảnh báo cho người lái xe hoặc kỹ thuật viên về các vấn đề với động cơ. Đối với hệ thống phun xăng, để điều chỉnh lượng phun nhiên liệu cho phù hợp với tình trạng làm việc của động cơ, ECU sẽ điều khiển thay đổi lượng nhiên liệu được phun vào buồng đốt bằng cách thay đổi thời gian mở kim phun nhiên liệu. đối với hệ thống đánh lửa, ECU sẽ tính toán và điều chỉnh tín hiệu điểu khiển đánh lửa để tia lửa điện xuất hiện đúng thời điểm. 1.4 Cơ cấu chấp hành Cơ cấu chấp hành bao gồm các kim phun được đặt trước van nạp của động cơ, kim phun được điều khiển bởi ECU động cơ, thời gian mở van chính là thời gian nhiên liệu được phun, thời gian mở van càng lâu, nhiên liệu được phun càng nhiều và ngược lại; Các cuộn đánh lửa hay còn gọi là cụm bô bin IC tích hợp có nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển đánh lửa từ ECU, sau đó biến đổi điện áp của hệ thống cung cấp điện thành điện áp cao thế đưa đến các bu ri làm xuất hiện tia lửa điện. 273
2. THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH 2.1 Thiết kế mạch cảm biến lưu lượng không khí nạp Hình 3: Mạch cảm biến lưu lượng không khí nạp và nhiệt độ không khí nạp Khi bật khóa điện ON, dòng điện từ acquy đến rơ le EFI, hút tiếp điểm nối lại, điện áp ắc quy được cấp đến chân số 1 của cảm biến, các tín hiệu từ cảm biến sẽ được gửi đến ECU động cơ (do cảm biến IAT được thiết kế chung với cảm biến MAF) nên các tín hiệu THA và VG được gửi tới ECU động cơ. Chân số 5 cảm biến được nối về E2 (mass chung cảm biến) ECU động cơ. 2.2 Thiết kế mạch điện cơ cấu chấp hành Hình 4: Mạch điện hệ thống cung cấp nhiên liệu Hình 5: Mạch điện hệ thống đánh lửa Hình 4: Khi công tắc ở vị trí IG2, dòng điện đi từ acquy đến rơ le EFI và dòng điện tiếp tục được dẫn đến cuộn rơ le bơm nhiên liệu đến chân FC (điều khiển bơm nhiên liệu), lúc này tiếp điểm đóng lại, dòng điện đi đến bơm nhiên liệu và về mass, lúc này bơm hoạt động. 274
Hình 5: Khi công tắc bật ON, dòng điện đi đến rơ le IG2 và đi đến chân 1 của bô bin, tín hiệu IGT (tín hiệu đánh lửa gửi đến bô bin), tín hiệu IGF (tín hiệu xác nhận đánh lửa) đến ECU. 2.3 Thi công, chạy thực nghiệm mô hình Sau khi hoàn thành khung sa bàn mô hình và bố trí các chi tiết lên khung mô hình, lắp ráp và đấu dây theo sơ đồ đã thiết kế để hoàn thiện mô hình. Hình 6: Mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa Mô hình sau khi hoàn thiện, qua các giai đoạn chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh các thông số đã hoạt động ổn định. Giá trị của các tín hiệu cảm biến đầu vào có sự thay đổi. Cơ cấu chấp hành gồm các kim phun và bô bin hoạt động đúng theo thứ tự làm việc của động cơ, tần số đánh lửa và thời gian mở kim có sự thay đổi theo sự thay đổi của các tín hiệu cảm biến. do mô hình mô phỏng sự hoạt động của động cơ nên các tín hiệu cảm biến tốc độ động cơ, nhiệt độ động cơ được mô phỏng mà không có sự tham gia của động cơ thực tế. Để xem xét sự ảnh hưởng của một số tín hiệu cơ bản đến hoạt động của hệ thống phun xăng đánh lủa. Trên mô hình có sử dụng một số công tắt tạo lỗi nhằm thay đổi các tín hiệu đầu vào từ cảm biến cũng như là tín hiệu điều khiển từ ECU (đồng thời được xem như đánh giá sự hoạt động của hệ thống chẩn đoán OBD-II). 3. KHẢO SÁT HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH 3.1 Xung tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu và vị trí trục cam 275
Hình 7: Tín hiệu cảm biến vị trí trục khuỷu và vị trí trục cam Ở tốc độ cầm chừng, tín hiệu xung của cảm biến vị trí trục khuỷu có giá trị khoảng 7 Volt (V). Xung tín hiệu vị trí trục khuỷu bị khuyết tại vị trí tương ứng với rãnh khuyết trên đĩa xung cảm biến. tín hiệu xung của cảm biến vị trí trục khuỷu có giá trị khoảng 5 V và 3 xung cho mỗi vòng quay của trục cam. Xung tín hiệu vị trí trục cam bị khuyết tại vị trí tương ứng với rãnh khuyết trên đĩa xung. Khi ở tốc độ 3000 vòng/phút, tín hiệu xung của cảm biến vị trí trục khuỷu có giá trị tăng lên so với khi ở tốc độ cầm chừng là ở khoảng giá trị 18 V và ở vị trí trục cam là khoảng 11 V. Như vậy, có thể thấy rằng các tín hiệu xung cảm biến đã thay đổi cả về tần số và giá trị điện áp tạo ra theo sự thay đổi của tốc độ động cơ, chính sự thay đổi của các thông số này mà hộp ECU có thể dễ dàng xác định tình trạng làm việc của động cơ. 3.2 Xung tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành Tín hiệu xung điều khiển kim phun ở dạng xung vuông để điều khiển lượng phun vào động cơ, Tín hiệu xung khi động cơ hoạt động sẽ ở giá trị điện áp cao là mức điện áp của hệ thống cung cấp điện (hoặc điện áp bình ác quy khi động cơ chưa hoạt động), khi kim phun được nối mass, điện áp sẽ được trả về mức điện áp thấp là 0 V tương ứng với thời điểm kim phun bắt đầu phun nhiên liệu. Thời gian phun tương ứng với bề rộng của xung vuông. Khi kết thúc quá trình phun, điện áp ở kim phun trở lại mức điện áp cao. Xung tín hiệu điều khiển đánh lửa ở dạng xung vuông, bề rộng của xung tương ứng với thời gian ngậm lửa của cuộn sơ cấp bô bin, giá trị điện áp khi ở mức cao khoảng ở 5 V và khi ở mức thấp là 0 V. Mỗi chu trình làm việc của động cơ (tương ứng là 2 vòng quay trục khuỷu, số lương tín hiệu xung điều khiển khim phun và xung điều khiển đánh lửa bằng số lượng xi lanh của động cơ. 276
Hình 8: Xung điều khiển kim phun và đánh lửa 4. KẾT LUẬN Đề tài đã hoàn thành việc tìm hiểu cơ sở lý thuyết về hệ thống điều khiển động cơ 1TR-FE, thiết kế và thi công hoàn thiện mô hình bao gồm các thành phần: các cảm biến đầu vào, bộ điều khiển và các cơ cấu chấp hành kết hợp với hệ thống tạo lỗi. Mô hình được thiết kế và thi công một cách gọn gàng, trực quan, dể sử dụng. Qua quá trình khảo sát hoạt động của mô hình, quá trình đo kiểm các thông số cảm biến và tín hiệu điều khiển, mô hình được đánh giá là đáng tin cậy, có thể sử dụng như một nguồn học liệu tham khảo. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Đỗ Văn Dũng. (2013). Điện động cơ và điều khiển động cơ. NXB ĐHQG TP.HCM 2. Nguyễn Văn Bản. (2017). Động cơ đốt trong. HUTECH. 3. Nguyễn Văn Nhanh, Phạm Hữu Nghĩa. (2018). Hệ thống điều khiển tự động trên ô tô. HUTECH. 277