Đánh giá chuyển đổi ecu trên động cơ phun xăng

Nội dung text: Đánh giá chuyển đổi ecu trên động cơ phun xăng

1. ĐÁNH GIÁ CHUYỂN ĐỔI ECU TRÊN ĐỘNG CƠ PHUN XĂNG EVALUATE CONVERSION ECU ON THE ENGINE FUEL INJECTION KS. Phạm Thế Anh. Tóm tắt Ô tô đang lưu hành tại Việt Nam rất đa dạng, với nhiều dòng xe có tuổi đời cao, thậm chí, nhiều loại phụ tùng xe không còn bán hoặc sản xuất. Việc vận hành trong điều kiện khí hậu nóng ẩm khiến các chi tiết nhanh chóng thay đổi tính năng hoặc hư hỏng, ảnh hưởng đến chất lượng làm việc của động cơ, gây ô nhiễm môi trường. Việc sửa chữa gặp nhiều khó khăn do không tìm được phụ tùng thay thế Thêm vào đó, phụ tùng ôtô rất đa dạng, với nhiều chủng loại có tính năng kỹ thuật tương đương, đặc biệt ECU điều khiển động cơ và thuật toán điều khiển động cơ các hãng giống nhau. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, việc nghiên cứu khả năng thay thế ECU điều khiển động cơ là một hướng đi thiết thực và cấp bách nhằm giải quyết vấn đề nêu trên. Abstract The automobiles have currently used in Vietnam are diversified and have old ages. There are many generations of automobiles and their spare parts have not been sold or manufactured any more. Operation in tropical climate causes automotive components to be out of order rapidly. The repairs will meet a lot of difficulties because lack of spare parts. Furthermore, pare parts are much diversified, with a lot of kinds with the equivalent specifications, especially, Electronic control Unit and engine control algorithms of the same automakers. Starting from the actual needs, the study of the replaced ECU engine management systems becomes a feasible solution to solve the above-mentioned problems. 1. Đặt vấn đề. Ngành ô tô đang có xu hướng tự động hoá, nghĩa là tất cả các hệ thống trên ô tô người ta đang dần thay thế hệ thống điều khiển lập trình thay cho các điều khiển đơn giản bằng cơ khí. Hiện nay trên các động cơ ô tô việc điều khiển phun xăng, đánh lửa, cầm chừng được điều khiển bằng bộ điều khiển trung tâm (Electronic Control Unit) thông qua các tín hiệu cảm biến gởi về ECU. Ô tô đang lưu hành ở Việt Nam rất đa dạng, với nhiều dòng xe: Toyota, Hyundai, BMW, Ford, Honda, Nissan, Isuzu, Suzuki Việc vận hành trong điều kiện khí hậu nóng ẩm khiến các chi tiết điện tử trong ECU nhanh chóng hư hỏng. Ở Việt Nam ECU bị hư hỏng không tìm được
2. phụ tùng thay thế đối với dòng xe có tuổi đời lớn hoặc phải chờ nhập phụ tùng đối với dòng xe hàng hiếm, giá thành cao. Từ nhu cầu thực tiễn đó tác giả đã thực hiện đề tài “Đánh giá chuyển đổi ECU trên động cơ phun xăng”. 2. Giải quyết vấn đề Để giải quyết vấn đề nêu trên tác giả tác giả thực hiện các nội dung sau: nghiên cứu các thuật toán điều khiển phun xăng, đánh lửa, cầm chừng, khảo sát thông số kỹ thuật, các tín hiệu cảm biến đầu vào, cấu trúc ECU và các tín hiệu đầu ra của các động cơ của các hãng. Đưa ra danh sách các động cơ cơ có thể chuyển đổi và chọn hai động cơ G4EK của Hyundai Accent (95-2000) và động cơ 5E-FE của Toyota Paseo làm mô hình thưc nghiệm và đánh giá thực nghiệm. 2.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển động cơ.
3. Hình 1:Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng điều khiển động cơ Sơ đồ cấu trúc và các khối chức năng của hệ thống điều khiển động cơ theo chương trình được mô tả trên hình 1. Hệ thống điều khiển bao gồm: ngõ vào (inputs) với chủ yếu là các cảm biến, hộp ECU là bộ não của hệ thống; ngõ ra (outputs) là các cơ cấu chấp hành (actuators) như kim phun, bobine, van điều khiển cầm chừng 2.2. Thuật toán điều khiển lập trình.
4. Hình 2. Thuật toán điều khiển động cơ. Thuật toán điều khiển lập trình cho động cơ được nhà chế tạo viết và cài đặt sẵn trong CPU. Tùy thuộc vào từng chế độ làm việc hay tình trạng động cơ, mà ECU tính toán dựa trên lập trình có sẵn đó để đưa ra những tín hiệu điều khiển sao cho động cơ làm việc tối ưu nhất. 2.3. Các dạng sóng của cảm biến. Trong hệ thống điều khiển động cơ xăng các tín hiệu của cảm biến trục cam và trục khuỷu xác định thời điểm phun xăng, đánh lửa. 2.3.1. Dạng xung của cảm biến điện từ.
5. Hình 3: Dạng sóng cảm biến kiểu điện từ 2.3.2. Dạng xung của cảm biến Hall. Hình 4: Dạng sóng cảm biến loại Hall 2.3.3. Dạng xung của cảm biến quang. Hình 5: Dạng sóng cảm biến loại quang 2.4. Thiết kế mô hình thực nghiệm. 2.4.1. Gia công bánh răng trục khuỷu: Bánh răng trục khuỷu của động cơ G4EK của Hyundai Accent là 58 răng nhỏ và 1 răng khuyết. Bánh răng trục khuỷu của động cơ 5E - FE của Toyota Paseo là 32 răng nhỏ và 1 răng
6. khuyết. Vì vậy, cần phải gia công lại bánh răng trục khuỷu để khi lắp ECU động cơ 5E – FE để cho phun xăng và đánh lửa đúng thời điểm. Hình 6: Vị trí lắp đặt bánh răng trục khuỷu Đấu dây vào ECU vào động cơ G4EK Hyundai Accent. Hình 7: Đấu dây ECU động cơ G4EK vào động cơ G4EK Đấu dây ECU của động cơ 5E-FE vào động cơ G4EK Hyundai Accent. Hình 8: Đấu dây ECU động cơ 5E-FE vào động cơ G4EK Đấu dây hoàn chỉnh ECU động cơ 5E-FE và ECU động cơ G4EK vào động cơ G4EK.
7. Hình 9: Đấu hai ECU hoàn chỉnh lên mô hình Mô hình hoàn chỉnh Hình 10: Mô hình hoàn chỉnh 3. Thực nghiệm 3.1. Thực nghiệm khí thải Thực nghiệm đo nồng độ khí thải động cơ G4EK lắp ECU động cơ G4EK Đo nồng độ khí thải của động cơ thực nghiệm ở tốc độ không tải khoảng 908 v/ph, ta được kết quả sau: Hình 11: Kết quả đo khí thải động cơ khi lắp ECU của động cơ G4EK
8. Nồng độ khí thải Tốc độ động cơ 908 v/p CO(%Vol) 2,53 CO2(%Vol) 12,5 HC(ppm) 239 Bảng 1: Kết quả đo khí thải sử dụng ECU động cơ G4EK Thực nghiệm đo nồng độ khí thải động cơ G4EK lắp ECU động cơ 5E-FE của Toyota Paseo. Đo nồng độ khí thải của động cơ thực nghiệm ở tốc độ không tải khoảng 720 v/ph, ta được kết quả sau: Hình 12: Kết quả đo khí thải động cơ khi lắp ECU của động cơ 5E-FE Nồng độ khí thải Tốc độ động cơ 720 v/p CO (%Vol) 2.12 CO2 (%Vol) 0.4 HC (ppm) 881 Bảng 2: Kết quả đo khí thải sử dụng ECU động cơ 5E-FE Tiêu chuẩn khí thải việt nam hiện nay. Năm 2005, chính phủ Việt Nam ban hành quyết định số 249/2005/QĐ-TTG ngày 10 tháng 10 năm 2005 của thủ tướng chính phủ quy định lại giới hạn cho phép của các chất ô nhiễm trong khí thải của phương tiện vận tải như bảng sau.
9. Phương tiện lắp Thành phần Động cơ xăng Động cơ Diesel gây ô nhiễm Mức Mức Mức Mức Mức trong khí xả Mức 2 1 2 3 1 3 CO (% Vol) 4,5 3,5 3,0 - - - HC (ppm Vol): Động cơ 4 kỳ 1.200 800 600 Động cơ 2 7.800 7.800 7.800 kỳ Độ khói - - - 72 60 50 (%HSU) ĐO NỒNG ĐỘ KHÍ THẢI KHI CHUYỂN ĐỔI SỬ DỤNG ECU ĐỘNG CƠ 5E-FE 1000 881 SỬ DỤNG ECU ĐỘNG CƠ G4EK 800 600 400 212253 240 1: CO (%100) 125 200 40 2: CO2 (%100) 3: HC (ppm) 0 1 2 3 Hình 12: So sánh khí thải khi lắp hai ECU vào động cơ G4EK Đánh giá: Qua số liệu thực nghiệm và dựa vào đồ thị phía trên cho thấy: sau khi chuyển đổi hộp ECU điều khiển động cơ phun xăng và thực nghiệm đo khí thải ta thấy: Nồng độ khí CO (%Vol) và khí CO2 (%Vol) trong khí xả của động cơ sử dụng ECU động cơ G4EK cao hơn so với khi sử dụng ECU động cơ 5E – FE của Toyota Paseo. Nồng độ HC (ppm) trong khí xả của động cơ sử dụng ECU động cơ G4EK thấp hơn so với khi sử dụng ECU động cơ 5E – FE của Toyota.
10. 3.2. Thực nghiệm tiêu hao nhiên liệu. Lượng nhiên liệu tiêu thụ trong một phút của động cơ G4EK sử dụng hai ECU STT Số vòng quay Lượng nhiên liệu tiêu thụ trong 1 phút Gnh(g/ph) động cơ (v/ph) Sử dụng ECU động cơ G4EK Sử dụng ECU động cơ 5E-FE 1 850 19 16 2 1.000 23 24 3 1.500 28 28 4 2.000 36 36 5 2.500 48 44 6 3.000 56 54 7 3.500 68 68 8 4.000 100 90 9 4.500 126 120 10 5.000 161 153 Lượng nhiên liệu tiêu thụ 66.5 63.3 trung bình Gnh(g/ph)
11. Gnh(g/ph) LƢỢNG NHIÊN LIỆU TIÊU THỤ 180 160 140 120 100 Sử dụng ECU động cơ 80 G4EK Sử dụng ECU động cơ 5E- 60 FE 40 20 0 v/p 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Hình: Đồ thị so sánh lượng tiêu hao nhiên liệu khi sử dụng hai hộp ECU ĐỒ THỊ SO SÁNH TIÊU HAO NHIÊN LIỆU TRUNG BÌNH 67 66 65 Sử dụng ECU động cơ G4EK 64 (g/ph) Sử dụng ECU động cơ 5E-FE nh 63 G 62 61 Hình :Đồ thị so sánh lượng tiêu hao nhiên liệu trung bình khi sử dụng hai ECU Kết luận: Khi lắp ECU động cơ 5E-FE lượng tiêu thụ nhiên liệu trung bình giảm 4,8% so với khi sử dụng ECU động cơ G4EK.
12. 4. Kết luận và hƣớng phát triển 4.1. Kết luận Chuyển đổi ECU động cơ trên động cơ phun xăng, kết quả một số chỉ tiêu thực nghiệm được chỉ ra như sau: Nồng độ CO, HC trong khí thải đạt theo quy định về khí thải đối với phương tiện giao thông cơ giới đường bộ của Việt Nam hiện nay. Lượng tiêu hao nhiên liệu trung bình khi Khi lắp ECU động cơ 5E-FE lượng tiêu thụ nhiên liệu trung bình giảm 4,8% so với khi sử dụng ECU động cơ G4EK. Giúp các xe cũ tiếp tục lưu hành 4.2. Kiến nghị Đề tài thành công là cơ sở cho việc nghiên cứu sau này trong việc lựa chọn các ECU để chuyển đổi giữa các động cơ, trong điều kiện nước ta không sản suất phụ tùng đặc biệt là ECU. Đề tài giải quyết được vấn đề phụ tùng thay thế của các ô tô nhập khẩu có tuổi thọ cao khi không có phụ tùng thay thế hoặc phụ tùng có giá thành cao. Ngoài ra đề tài đưa ra ngân hàng các động cơ có thể chuyển đổi làm tài liệu tham khảo cho có kỹ thuật viên, thợ sửa chữa. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. PGS.TS.Đỗ Văn Dũng, “Trang bị điện và điện tử trên ô tô hiện đại”, Nxb Đại học quốc gia Tp.HCM, năm 2004. [2]. Nguyễn Tấn Lộc, “Thực tập động cơ xăng II”, Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Thành Phố Hồ Chí Minh. [3]. Nguyễn Oanh, “Phun xăng điện tử EFI”, NXB Tổng hợp Tp.HCM. [4]. Lê Văn Điện, “Nghiên cứu khả năng thay thế một số chi tiết trên hệ thống điều khiển động cơ tại Việt Nam” Tp.Hồ Chí Minh, 9/2007, ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. [5]. Lâm Bá Nha, “Nghiên cứu chuyển đổi hệ thống đánh lửa bán dẫn sang hệ thống đánh lửa trực tiếp” Tp.Hồ Chí Minh, 9/2009, ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. [6]. Vineet P. Aras, “Design of Electronic Control Unit (ECU) for Automobiles - Electronic Engine Management system” Department of Electrical Engineering Indian Institute of Technology Bombay, July 2004. [7]. Mitchell on- demand computerized repair information system – OnDemand5. [8]. Phần mềm Autodata 3.18.
13. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.