Báo cáo Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử (ECD) (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử (ECD) (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ (ECD) S K C 0 0 3 9 5 9 MÃ SỐ: T2015-67 SKC0 0 5 6 2 8 Tp. Hồ Chí Minh, 11/2015
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ (ECD) Mã số: T2015-67 Chủ nhiệm đề tài: Giảng Viên – Kỹ sư Nguyễn Tấn Lộc TP. HCM, Tháng 11 năm 2015
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ (ECD) Mã số: T2015-67 Chủ nhiệm đề tài: GV.KS NGUYỄN TẤN LỘC TP. HCM, Tháng 11 năm 2015
4. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2015-67 DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH 1. Chủ nhiệm đề tài: GV. KS. Nguyễn Tấn Lộc. 2. Đơn vị phối hợp chính: Bộ Môn Động Cơ, Khoa CKĐ, ĐHSPKT TPHM Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử Trang 1
5. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2015-67 MỤC LỤC Danh mục bảng biểu Trang 3 Danh mục các chữ viết tắt 4 Thông tin kết quả nghiên cứu 5 Chương 1: Mở đầu 6 1.1 Tổng qan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 6 1.2 Tính cấp thiết 6 1.3 Mục tiệu 6 1.4 Cách tiếp cận 6 1.5 Phương pháp nghiên cứu 6 1.6 Đối tượng nghiên cứu 7 1.7 Nội dung nghiên cứu 7 Chương 2: Chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điên tử 8 2.1 Giới thiệu mô hình 8 2.1.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu 12 2.1.2 Bơm cao áp ECD-V3 13 2.1.2.1 Nguyên lý hoạt động 15 2.1.2.2 Sơ đồ điều khiển lượng phun nhiên liệu 17 2.1.2.3 Các thành phần của hệ thống 17 2.1.2.4 Điều khiển lượng phun nhiên liệu 24 2.2 Cách sử dụng mô hình 26 2.2.1 Điện nguồn cung cấp cho mô hình 26 2.2.2 Sử dụng mô hình 27 2.3 Ứng dụng mô hình trong công tác đào tạo 27 2.3.1 Điện nguồn cung cấp cho ECU 28 2.3.2 Mạch 5 vôn 30 2.3.3 Mạch nối mát 31 2.3.4 Mạch điện của các cảm biến 31 2.3.5 Sơ đồ các cực của ECU 35 2.3.6 Chức năng của mô hình 42 Chương 3: Kết luận – Đề nghị 44 Tài liệu tham khảo 45 Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử Trang 2
6. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2015-67 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Kiểm tra điện nguồn cung cấp cho ECU Trang 29 Bảng 2: Ký hiệu và tên gọi các cực ECU Trang 36 Bảng 3: Điện áp các cực ECU Trang 39 Bảng 4: Bảng mã lỗi động cơ 3C-TE Trang 40 Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử Trang 3
7. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2015-67 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT A/F Air–Fuel Ratio ECU: Electronic Control Unit ISC: Idle Speed Control E-VRV: Electric Vacuum Regulating Valve NE: Engine speed sensor FCV: fuel cutoff valve THA: Intake air temperature PIM: Intake air pressure THW: Water Temperature Sensor DTC: Diagnostic Trouble Code EDIC: Electric Diesel Injection Control EGR: Exhaust Gas Recirculation ENG: Engine FL: Fusible Link GND: Ground IC: Integrated Circuit IG: Ignition J/C: Junction Connector ROM: Read Only Memory TACH: Tachometer TEMP: Temperature VCV: Vacuum Control Valve N: Neutral ECD: Electronically Controlled Distributor SPV: Solenoid spill valve TCV: Timing control valve NE: Engine speed sensor FCV: fuel cutoff valve IDI: Indirect Diesel Injection IG: Ignition VCV: Vacuum Control Valve Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử Trang 4
8. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2015-67 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử (ECD) - Mã số: T2015-67 - Chủ nhiệm: GV.KS. Nguyễn Tấn Lộc. - Cơ quan chủ trì: Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM - Thời gian thực hiện: 10/3/2015 đến 11/2015 2.Mục tiêu: Chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử (ECD) nhằm đáp ứng yêu cầu đào tạo hiện nay của khoa CKĐ Trường ĐHSP Kỹ Thuật Tp.HCM và các trường dạy nghề có liên quan. 3. Tính mới sáng tạo: Tạo ra một mô hình điều khiển bơm cao áp bằng điện tử và áp dụng nó vào chương trình đào tạo trong lãnh vực điều khiển động cơ diesel bằng điện tử của Bộ Môn Động Cơ Khoa CKĐ. 4. Kết quả nghiên cứu: Ứng dụng tốt trong lãnh vực đào tạo tại Trường và các đối tượng liên quan. 5. Sản phẩm: 01 Mô hình hệ thống phun dầu điện tử. 01 Tập thuyết minh đề tài nghiên cứu khoa học. 01 Báo cáo tóm tắt đề tài NCKH cấp trường. 01 đĩa CD lưu các kết quả nghiên cứu. 6. Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng ứng dụng - Đưa vào chương trình đào tạo của Bộ Môn Động cơ Khoa CKĐ. - Áp dụng vào các Trường Cao Đẳng nghề, Trung Học nghề và các cơ sở đào tạo nhân lực tại chỗ của các công ty, xí nghiệp và dịch vụ sửa chữa ôtô. Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (Ký, Họ & Tên) (Ký, Họ & Tên) Nguyễn Tấn Lộc Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử Trang 5
9. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2015-67 CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lãnh vực đề tài trong và ngoài nƣớc Lãnh vực điều khiển tự động hiện nay đang sử dụng rất phổ biến trên thế giới. Trong ngành ôtô các cảm biến ngày càng sử dụng càng nhiều và chúng được áp dụng rộng rãi trên động cơ xăng và động cơ diesel điều khiển bằng điện tử, để tăng độ tin cậy nhằm cải thiện công suất và hiệu suất của động cơ nhất là giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường mà cả thế giới đang quan tâm. Ở nước ta, vấn đề ô nhiễm môi sinh trong lãnh vực giao thông đường bộ đang được nhà nước quan tâm, các chỉ tiêu về khí thải đang được đặt ra với tiêu chuẩn rất cao ở những sân bay quốc tế. Tuy nhiên, ở một mức độ nào đó vấn đề ô nhiễm môi sinh cần phải được quan tâm nhiều hơn nửa để bảo vệ sức khoẻ con người có một môi trường sống trong sạch và lành mạnh. 1.2 Tính cấp thiết. Xuất phát từ nhu cầu thực tế như trên người nghiên quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử (ECD)” với mong muốn tạo ra một sản phẩm có thể áp dụng vào giảng dạy ngay học phần mà mình đang đảm trách. Sản phẩm đề tài sau khi hoàn thành cung cấp cho người học có điều kiện nghiên cứu về cấu trúc và nguyên lý và ứng dụng của chúng trong thực tế, từ đó người học có thể vận dụng để ứng dụng chúng trong các trường hợp cụ thể trong xã hội nước ta. 1.3 Mục tiêu. Nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên hướng dẫn sinh viên trong quá trình học thực tập môn học “Hệ thống điều khiển động cơ” tại Bộ Môn Động Cơ, khoa Cơ Khí Động Lực Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Giúp cho sinh viên ứng dụng ngay bài học lý thuyết vào bài học thực hành Góp phần hiện đại hóa phương tiện và phương pháp dạy thực hành trong giáo dục-đào tạo. 1.4 Cách tiếp cận. Người nghiên cứu tiếp cận nội dung đề tài thông qua nhu cầu cung cấp kiến thức học tập cho sinh viên ngành cơ khí ôtô và các đối tượng có liên quan. Đề tài được tiếp cận qua lao động thực tế, chế tạo mô hình dạy học và các tài liệu của các hãng xe trên thế giới. 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu. Để hoàn thành nội dung đề tài, người nghiên cứu đã bỏ ra rất nhiều công sức để thu thập tài liệu, các thông tin liên quan và tổng kết tài liệu Từ đó tìm ra những ý tưởng mới để hình thành đề cương của đề tài. Ngoài ra, chúng tôi còn kết hợp cả thực nghiệm Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử Trang 6
10. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2015-67 và kinh nghiệm của bản thân trong quá trình đào tạo và lao động sản xuất để hoàn thành nhiệm vụ đã đề ra. 1.6 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. Nhằm cung cấp tài liệu học tập cho sinh viên có kiến thức hiểu biết về công nghệ điều khỉển động cơ Diesel bằng điện tử. 1.7 Nội dung nghiên cứu. 1. Chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử. 2. Biên soan tài liệu hướng dẫn sử dụng mô hình. . Giới thiệu mô hình. . Cách sử dụng mô hình. . Ứng dụng mô hình trong lãnh vực đào tạo. . Kết luận và đề nghị. Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử Trang 7
11. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2015-67 CHƢƠNG 2: CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN DẦU ĐIỆN TỬ. 2.1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH Hinh1: Mô hình hệ thống phun dầu điện tử (ECD) Khung mô hình được chế tạo bằng sắt □ 30 với kích thước: Cao 1,65m, rộng 1,5m và sâu 0,8m. Trên mô hình có bố trí các tấm gỗ để gá dễ dàng các chi tiết và các bộ phận của hệ thống. Khung có thể di chuyển nhẹ nhàng trên 04 bánh xe để tạo thuân lợi cho sự bố trí theo yêu cầu của vị trí học tập. Phần mặt đứng của mô hình bố trí các bộ phận sau: - Bên trái bố trí các tín hiệu đầu vào cớ bản gồm: Thân bướm ga gồm cơ cấu điều khiển bướm ga và cảm biến vị trí bướm ga kiểu tuyến tính có 4 cực, cảm biến áp suất tăng áp, cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến nhiệt độ không khí nạp và contact máy. - Ở giữa mô hình bố trí 01 ECU của động cơ 3C-TE, bảng cực của ECU, cầu chì ECD và 02 hai rơ le. Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử Trang 8
12. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2015-67 Hinh 2: Bố trí các kim phun trên mô hình - Bên phải phía trên bố trí 04 kim phun kiểu một lỗ phun. Khi phun, nhiên liệu sẽ được phun vào bên trong một hộp thuỷ tinh để dễ dàng quan sát, lượng nhiên liệu sau khi phun được dẫn về thùng nhiên liệu. Bên dưới bố trí một lọc nhiên liệu dùng để lọc nhiên liệu và tách nước ra khỏi hệ thống nhiên liệu, trên lọc có một bơm tay để mồi nhiên liệu. Bơm cao áp kiểu ECD-V3 được bố trí gần lọc nhiên liệu, nó được dẫn động bằng động cơ điện xoay chiều điện áp 220 vôn công suất 2 mã lực qua trung gian của dây đai răng, trên bơm cao áp có bố trí cảm biến nhiệt độ nhiên liệu, cảm biến Ne, 02 điện trở hiệu chỉnh VRP, VRT và 02 bộ chấp hành là van định lượng SPV và van thời điểm TCV. Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử Trang 9
13. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2015-67 Hỉnh 3: Bố trí bơm cao áp ECD-V3 Hình 4: Bơm cao áp ECD-V3 nhìn từ trước - Bên dưới mô hình bố trí động cơ điện AC 220V, 2 ML để dẫn động bơm cao áp, đầu trục động cơ điện lắp một bánh răng dẫn động, trên bánh răng có lắp rotor cảm biến G và cảm biến G được bố trí gần trục động cơ điện. Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử Trang 10
14. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2015-67 Hình 5: Bố trí động cơ điện và cảm biến G Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử Trang 11
15. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2015-67 2.1.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU. Hình 6: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Khi bơm cao áp quay, một bơm tiếp vận được bố trí bên trong bơm cao áp sẽ hút nhiên liệu từ thùng nhiên liệu 1, sau đó đi qua lọc nhiên liệu 2 để ngăn chận những hạt bụi bẩn và tách nước ra khỏi nhiên liệu và đi vào bơm cao áp 3. Hình 7: Sơ đồ bố trí lọc nhiên liệu Trong quá trình động cơ hoạt động, ECU sẽ căn cứ vào tín hiệu từ các cảm biến để điều khiển lượng nhiên liệu phun ( Van SPV), điều khiển thời điểm phun (Van TCV), Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử Trang 12
16. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2015-67 điều khiển thời gian xông nóng bu gi xông, điều khiển đèn chẩn đoán Nhiên liệu được định lượng bằng điện tử sẽ vào bơm cao áp, Bơm cao áp có nhiệm vụ nén nhiên liệu với áp suất cao và phân phối nhiên liệu đến các kim phun. Các kim phun sử dụng là kiểu cơ khí một lỗ phun, nó được sử dụng trong động cơ sử dụng buồng đốt phụ. Một bu gi xông dung để xông nóng không khí ban đầu trong buồng đốt phụ trước khi khởi động động cơ. Trên bơm cao áp có bố trí một van điện điều khiển từ contact máy để ngắt nhiên liệu vào đầu phân phối nhiên liệu khi động cơ dừng. Nhiên liệu hồi từ bơm cao áp và các kim phun được dẫn về thùng nhiên liệu. 2.1.2 BƠM CAO ÁP ECD-V3 Trong hệ thống phun nhiên liệu của bơm phân phối điều khiển điện tử, máy tính phát hiện các điều kiện hoạt động của động cơ phù hợp với các tín hiệu nhận được từ các cảm biến khác nhau (tốc độ động cơ, tăng tốc, áp suất khí nạp, cảm biến nhiệt độ nước, ) để thực hiện các điều khiển cơ bản sau đây: a. Điều khiển lưu lượng phun nhiên liệu b. Điều khiển thời điểm phun nhiên liệu c. Điều khiển tốc độ không tải d. Điều khiển bướm ga e. Điều khiển lượng khí xả luân hồi EGR f. Điều khiển bugi xông g. Chức năng chẩn đoán h. Chức năng dự phòng Hệ thống điều khiển điện tử của bơm loại phân phối có thể được phân chia thành ba thành phần sau: các cảm biến, máy tính(ECU), và các cơ cấu chấp hành. Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử Trang 13
17. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2015-67 Hình 8:Hệ thống điện điều khiển Bơm cao áp này được lắp trên động cơ 3C-TE, nó là kiểu điều khiển bơm cao áp bằng điện tử. Các thành phần của bơm cao áp bao gồm: Hình 9: Cấu trúc bơm cao áp ECD-V3 Van định lượng SPV (Solenoid Spill Valve): để kiểm soát lượng phun nhiên liệu cung cấp cho động cơ. Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử Trang 14
18. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2015-67 Van TCV (Timing control valve): để kiểm soát thời điểm phun chính xác với mọi chế độ làm việc của động cơ. (b) Cảm biến: Cảm biến tốc độ động cơ Ne (Ne sensor) Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu.(Fuel Temperature Sensor) (c.) ROM (hoặc điện trở hiệu chỉnh ở loại thông thường VRP & VRT) 2.1.2.1 Nguyên lý hoạt động. Các cơ chế áp suất cung cấp và áp suất phân phối nhiên liệu cơ bản giống như trong các bơm cơ khí thông thường,.tuy nhiên việc định lượng nhiên liệu phun được điều khiển bằng điện tử thông qua cơ cấu chấp hành là van định lượng SPV. Van định lượng SPV kết nối buồng bơm với buồng áp lực của piston, van SPV đóng khi cuộn dây được cấp điện. (1)Nạp nhiên liệu: Nhiên liệu được hút vào buồng áp suất khi pít-tông đi xuống. Piston bơm đi xuống. Van định lượng đóng. Nhiên liệu được nạp vào bơm Hình 10: Nạp nhiên liệu (2) Quá trình phun: Piston đi lên nén nhiên liệu và quay để phân phối nhiên liệu. Van SPV đóng. Piston chuyển động đi lên nén nhiên liệu. Nhiên liệu được cung cấp đến kim phun. Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử Trang 15
19. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2015-67 Hình 11:: Phun nhiên liệu (3) Kết thúc phun: Khi van điện từ SPV không còn được cấp điện, van của nó sẽ mở ra. Nhiên liệu có áp lực cao trong piston sau đó được đẩy trở lại vào buồng bơm, áp suất nhiên liệu giảm xuống, và kết thúc phun. Hình 12: Kết thúc phun (4) Cắt nhiên liệu: Khi nhiên liệu được cắt, van điện từ SPV không được cấp điện nên mở ra. Do đó, nhiên liệu không được bơm thậm chí khi piston đi lên. 2.1.2.2 Sơ đồ điều khiển lƣợng phun nhiên liệu. Dữ liệu lượng phun cơ bản trong bộ nhớ máy tính được tính toán dựa trên các yếu tố như tốc độ động cơ hoặc độ mở bướm ga. Sự hiệu chỉnh dựa trên các yếu tố như áp suất Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử Trang 16
20. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2015-67 không khí nạp, nhiệt độ nước làm mát, hoặc nhiệt độ khí nạp được thêm vào lượng phun cơ bản. Sau đó, máy tính sẽ gửi tín hiệu đến van SPV trong bơm để kiểm soát lượng phun nhiên liệu tối ưu. Điểm đặc biệt của bơm ECD-III (ROM) là giai đoạn hiệu chỉnh được thực hiện dựa trên ROM được gắn với thân bơm hoặc dung hai điện trở hiệu chỉnh. Hình 13: Điều khển phun nhiên liệu 2.1.2.3 Các thành phần của hệ thống: (1) Cảm biến áp suất tăng áp: Cảm biến này phát hiện áp suất không khí nạp (áp suất tuyệt đối) và gửi nó đến máy tính dạng tín hiệu. Đây là cảm biến áp suất bán dẫn sử dụng các tinh thể silicon được đóng kín bên trong cảm biến, có điện trở thay đổi khi áp suất tác động lên các tinh thể thay đổi. Cấu trúc và nguyên lý giống như cảm biến áp suất tuyệt đối trong đường ống nạp của động cơ xăng. Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử Trang 17
21. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2015-67 Hình 14: Cảm biến áp suất tăng áp Hình 15: Bố trí các cảm biến tên mô hình (2) Cảm biến tốc độ động cơ Ne.: Cảm biến tốc độ Ne được gắn đối mặt với vòng răng. Cảm biến gồm một nam châm và cuộn dây, khi vòng răng quay, từ thông qua cuộn dây thay đổi, tạo ra điện áp biến thiên trong cuộn dây. Máy tính đếm số xung để phát hiện tốc độ động cơ. Vòng răng có 52 răng, với 3 răng bị mất tại 4 điểm. Như vậy, góc quay của vòng răng được phát hiện sau mỗi 11,25 ° CA. Nghiên cứu, chế tạo mô hình hệ thống phun dầu điện tử Trang 18
22. S K L 0 0 2 1 5 4