Luận án Tiến sĩ Cơ khí: Nghiên cứu xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:149

Thêm vào BST

Báo xấu

37
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu nhằm đưa ra quy trình xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU của hệ thống nhiên liệu sử dụng trên động cơ đốt trong; ứng dụng quy trình trên để xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU của hệ thống nhiên liệu CR sử dụng trên động cơ diesel nghiên cứu. Mời các bạn tham khảo nội dung chi tiết đề tài!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Cơ khí: Nghiên cứu xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU hệ thống nhiên liệu động cơ diesel

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác! Hà Nội, tháng 9 năm 2014 TM TT HƯỚNG DẪN Nghiên cứu sinh GS.TS Phạm Minh Tuấn Hồ Văn Đàm -i-
LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Sau đại học, Viện Cơ khí Động lực và Bộ môn Động cơ đốt trong đã cho phép tôi thực hiện luận án tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau đại học và Viện Cơ khí Động lực về sự hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt quá trình tôi làm luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS Phạm Minh Tuấn và PGS.TS Khổng Vũ Quảng đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành biết ơn Quý thầy, cô Bộ môn và Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội luôn giúp đỡ và dành cho tôi những điều kiện hết sức thuận lợi để hoàn thành luận án này. Tôi xin cảm ơn Đảng ủy, Ban Giám hiệu cùng tập thể cán bộ giảng viên Trường Cao đẳng nghề kỹ thuật công nghiệp Việt Nam – Hàn Quốc đã hậu thuẫn và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu học tập. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng chấm luận án đã đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận án này và định hướng nghiên cứu trong tương lai. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi tham gia nghiên cứu và thực hiện công trình này. Nghiên cứu sinh Hồ Văn Đàm - ii -
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................................i LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ................................................................................. viii MỞ ĐẦU..............................................................................................................................................1 i. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài ............................................................... 2 ii. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................................. 2 iii. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ..................................................................................................... 3 iv. Các nội dung chính trong đề tài................................................................................................... 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG BỘ DỮ LIỆU CHUẨN CHO ECU TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG..................................................................................................................4 1.1. Điều khiển điện tử trên các máy móc ......................................................................................... 4 1.1.1. Giới thiệu chung................................................................................................................... 4 1.1.2. Hệ thống điều khiển điện tử động cơ xăng ............................................................................ 6 1.1.3. Hệ thống điều khiển điện tử động cơ diesel ......................................................................... 12 1.1.4. Vai trò của bộ dữ liệu chuẩn ECU....................................................................................... 19 1.2. Giới thiệu về xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU của động cơ đốt trong .............................. 21 1.3. Các công trình đã thực hiện trong và ngoài nước .................................................................... 22 1.3.1. Nghiên cứu ngoài nước....................................................................................................... 22 1.3.2. Nghiên cứu trong nước ....................................................................................................... 27 1.4. Lựa chọn phương pháp, giới hạn và đối tượng nghiên cứu ..................................................... 27 1.5. Kết luận chương 1 ..................................................................................................................... 28 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BỘ DỮ LIỆU CHUẨN CHO ECU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG.............................................................................................................................29 2.1. Bài toán tối ưu nhiều biến đa mục tiêu trong kỹ thuật ............................................................ 29 2.1.1. Bài toán tối ưu tổng quát ..................................................................................................... 29 2.1.2. Phân loại các bài toán tối ưu ................................................................................................ 30 2.1.3. Nội dung lấy bộ dữ liệu chuẩn ............................................................................................ 38 2.2. Mô hình hệ thống nhiên liệu động cơ đốt trong ....................................................................... 39 2.2.1. Miền làm việc của động cơ kéo máy công tác ..................................................................... 39 2.2.2. Mô hình tối ưu tổng quát của HTNL động cơ diesel sử dụng trên phương tiện cơ giới.......... 40 2.2.3. Các nội dung cần thực hiện khi xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho động cơ .............................. 43 2.3. Kết luận chương 2 ..................................................................................................................... 46 CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM ĐỂ TỐI ƯU CÁC THAM SỐ TRONG QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG BỘ DỮ LIỆU CHUẨN......................................................48 3.1. Lý thuyết quy hoạch thực nghiệm ............................................................................................ 48 3.1.1. Vai trò của quy hoạch thực nghiệm trong nghiên cứu thử nghiệm ........................................ 48 3.1.2. Đối tượng của quy hoạch thực nghiệm trong các ngành công nghiệp ................................... 49 3.1.3. Các phương pháp quy hoạch thực nghiệm ........................................................................... 50 3.2. Phần mềm quy hoạch thực nghiệm DX6 .................................................................................. 61 3.2.1. Giới thiệu phần mềm DX6 .................................................................................................. 61 - iii -
3.2.2. Các bước thực hiện cơ bản trên phần mềm DX6 .................................................................. 62 3.2.3. Phân tích kết quả ................................................................................................................ 63 3.2.4. Giải bài toán tối ưu hoá trên phần mềm DX6 ...................................................................... 64 3.3. Thực hiện tối ưu tham số điều chỉnh động cơ .......................................................................... 65 3.3.1. Ảnh hưởng của các tham số điều chỉnh tới các tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ sử dụng hệ thống CR ......................................................................................................................................... 65 3.3.2. Quy trình tối ưu các tham số điều chỉnh .............................................................................. 68 3.3.3. Tiến hành bài toán quy hoạch trực giao cấp II ..................................................................... 69 3.4. Kết luận chương 3 ..................................................................................................................... 70 CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG BỘ DỮ LIỆU CHUẨN TRÊN ĐỘNG CƠ DIESEL AVL 5402.......................................................................................................71 4.1. Mục đích ................................................................................................................................... 71 4.2. Nội dung thử nghiệm ................................................................................................................ 71 4.3. Thiết bị thử nghiệm .................................................................................................................. 71 4.3.1. Giới thiệu chung................................................................................................................. 71 4.3.2. Động cơ thử nghiệm ........................................................................................................... 72 4.3.3. Băng thử động cơ ............................................................................................................... 74 4.3.4. Hệ thống điều khiển băng thử ............................................................................................. 75 4.4. Quy trình và điều kiện thử nghiệm .......................................................................................... 77 4.4.1. Quy trình thử nghiệm ......................................................................................................... 77 4.4.2. Điều kiện thử nghiệm ......................................................................................................... 78 4.5. Tiến hành thử nghiệm và kết quả ............................................................................................. 78 4.5.1. Xây dựng đường đặc tính ngoài .......................................................................................... 78 4.5.2. Xây dựng đường đặc tính không tải .................................................................................... 86 4.5.3. Xây dựng các đường đặc tính tải ......................................................................................... 92 4.5.4. Đánh giá độ tin cậy của kết quả .......................................................................................... 98 4.6. Kết luận chương 4 ................................................................................................................... 100 KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN.................................................101 Kết luận chung .............................................................................................................................. 101 Phương hướng phát triển .............................................................................................................. 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................................102 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN.......................................106 PHỤ LỤC ........................................................................................................................................107 - iv -
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải Đơn vị EFI Phun xăng điện tử (Electronic Fuel Injection) - ECU Bộ điều khiển điện tử (Electronic Control Unit) - SPI Phun xăng đơn điểm (Single-Point Injection) - MAP Áp suất nạp tuyệt đối (Manifold Absolute Pressure) - EDC Điều khiển điện tử động cơ diesel (Electronic Diesel Control) - PE Bơm dãy - VE, VR Bơm phân phối - CR Hệ thống nhiên liệu tích áp (Common Rail) - ECM Mô đun điều khiển động cơ (Engine Control Module) - Hệ thống phun nhiên liệu điện tử thủy lực (Hydraulic Electronic HEUI - Unit Injector) ANN Mạng nơ ron nhân tạo (Artificial Neural Network) - AFR Tỷ lệ không khí/nhiên liệu (Air Fuel Ratio) - Điều khiển theo mô hình dự báo phi tuyến (Model Predictive MPC - Control) RBF Hàm cơ sở bán kính (Radial Basis Function) - HTNL Hệ thống nhiên liệu - ĐKĐT Điều khiển điện tử - ĐCĐT Động cơ đốt trong - QHTT Quy hoạch tuyến tính - QHPT Quy hoạch phi tuyến - QHTN Quy hoạch thực nghiệm - PTHQ Phương trình hồi quy - QHTG Quy hoạch trực giao - PUMA Phần mềm điều khiển băng thử động cơ - INCA Phần mềm liên kết với ECU mở - AMK Cụm phanh điện - THA 100 Thiết bị điều khiển tải - -v-
FEM Chuyển đổi tín hiệu số và tín hiệu tương tự - DX6 Phần mềm quy hoạch thực nghiệm - φs Góc phun sớm độ pf Áp suất phun bar Gnl Lượng tiêu thụ nhiên liệu g/h Me Mô men động cơ Nm Ne Công suất động cơ Hp - vi -
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Độ rộng xung phun cơ bản (mili giây) theo tốc độ động cơ và tải -------------------------- 20 Bảng 1.2. Các hệ số xác định từ thông số đo từ cảm biến------------------------------------------------- 21 Bảng 4.1. Bảng thông số kỹ thuật của băng thử ------------------------------------------------------------ 71 Bảng 4.2. Thông số kỹ thuật của động cơ AVL 5402 ----------------------------------------------------- 73 Bảng 4.3. Các điểm thử nghiệm tại tốc độ 3000 v/ph ----------------------------------------------------- 80 Bảng 4.4. Các giá trị bj tại tốc độ 3000 v/ph ---------------------------------------------------------------- 81 Bảng 4.5. Các điểm thử nghiệm tại tốc độ 2800 v/ph ----------------------------------------------------- 83 Bảng 4.6. Các giá trị bj tại tốc độ 2800 v/ph ---------------------------------------------------------------- 83 Bảng 4.7. Giá trị bj ở các tốc độ khác nhau trên đường đặc tính ngoài --------------------------------- 84 Bảng 4.8. Giá trị mô men lớn nhất ở đường đặc tính ngoài ----------------------------------------------- 85 Bảng 4.9. Các điểm thử nghiệm tại tốc độ 1000 v/ph ----------------------------------------------------- 87 Bảng 4.10. Các giá trị bj tại tốc độ 1000 v/ph --------------------------------------------------------------- 87 Bảng 4.11. Các điểm thử nghiệm tại tốc độ 1200 v/ph ---------------------------------------------------- 89 Bảng 4.12. Các giá trị bj ở các tốc độ khác nhau trên đường đặc tính không tải ---------------------- 91 Bảng 4.13. Các giá trị Gnlmin , φs và pf ở các tốc độ khác nhau trên đường đặc tính không tải ------ 91 Bảng 4.14. Bộ thông số φs tối ưu tại các điểm cơ sở ------------------------------------------------------- 94 Bảng 4.15. Bộ thông số pf tối ưu tại các điểm cơ sở ------------------------------------------------------- 94 Bảng 4.16. Me tối ưu tại các điểm cơ sở --------------------------------------------------------------------- 95 Bảng 4.17. Bộ thông số φs tối ưu sau khi nội suy----------------------------------------------------------- 95 Bảng 4.18. Bộ thông số pf tối ưu sau khi nội suy----------------------------------------------------------- 96 Bảng 4.19. Me tối ưu sau khi nội suy ------------------------------------------------------------------------- 97 Bảng 4.20. So sánh Me giữa tính toán và thực nghiệm ---------------------------------------------------- 99 - vii -
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ chung một hệ thống điều khiển -------------------------------------------------------------4 Hình 1.2. Sơ đồ bố trí cảm biến lưu lượng khí nạp trong hệ thống EFI [11]-----------------------------7 Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý chung của một hệ thống phun xăng điện tử [11] ----------------------------7 Hình 1.4. Thuật toán điều khiển thời gian phun nhiên liệu [10] -------------------------------------------8 Hình 1.5. Hiệu chỉnh thời gian phun trong quá trình khởi động -------------------------------------------8 Hình 1.6. Đặc tính hiệu chỉnh khi chạy ấm máy -------------------------------------------------------------9 Hình 1.7. Đặc tính hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun theo nhiệt độ khí nạp -----------------------------9 Hình 1.8. Đặc tính hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun khi tăng tốc -------------------------------------- 10 Hình 1.9. Đặc tính hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun khi giảm tốc ------------------------------------- 10 Hình 1.10. Đặc tính hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun theo điện áp ac-qui ---------------------------- 11 Hình 1.11. Tỷ lệ hòa khí và đặc tính hiệu chỉnh phản hồi ------------------------------------------------ 11 Hình 1.12. Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ Mitsubishi 6D1 -------------------------- 12 Hình 1.13. Cơ cấu điều khiển xoay bạc xả ------------------------------------------------------------------ 13 Hình 1.14. Cấu tạo bơm cao áp Mitsubishi 6D1 ----------------------------------------------------------- 13 Hình 1.15. Hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử 3406E trên xe Caterpillar ------------------------- 14 Hình 1.16. Sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu thủy lực điện tử HEUI ------------------------------------- 15 Hình 1.17. Sơ đồ hệ thống điều khiển điện tử HEUI [14] ------------------------------------------------ 16 Hình 1.18. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu tích áp --------------------------------------------------------------- 16 Hình 1.19. Cấu tạo bơm cao áp của hệ thống nhiên liệu CR --------------------------------------------- 17 Hình 1.20. Cấu tạo vòi phun điện từ ------------------------------------------------------------------------- 18 Hình 1.21. Vòi phun thạch anh (piezo injector) của Denso [40] ----------------------------------------- 18 Hình 1.22. Qui luật phun nhiên liệu -------------------------------------------------------------------------- 19 Hình 1.23. Sơ đồ điều khiển thời điểm phun của ECU ---------------------------------------------------- 19 Hình 1.24. Mô hình mô phỏng một nơ-ron nhân tạo ------------------------------------------------------ 22 Hình 1.25. Sơ đồ các điểm trong vùng huấn luyện và vùng tính toán [52]----------------------------- 23 Hình 1.26. Sai lệch giữa kết quả tính của mô hình và kết quả đo [52] ---------------------------------- 23 Hình 1.27. Sai số điều khiển AFR và lượng nhiên liệu phun [53] --------------------------------------- 24 Hình 1.28. Cấu trúc hệ FES với các bộ mờ hóa (fuzzification) và giải mờ (defuzzification) [55].- 24 Hình 1.29. Hàm với 2 thông số đầu vào và 4 thông số đầu ra [55] -------------------------------------- 25 Hình 1.30. So sánh kết quả dự báo của mô hình FES với kết quả thực nghiệm [55] ---------------- 26 Hình 2.1. Miền làm việc của động cơ kéo máy phát điện------------------------------------------------- 39 Hình 2.2. Miền làm việc của động cơ dẫn động trực tiếp chân vịt -------------------------------------- 40 Hình 2.3. Miền làm việc của động cơ trên các phương tiện cơ giới [3] -------------------------------- 40 Hình 2.4. Sơ đồ chia lưới-phân vùng làm việc của động cơ ---------------------------------------------- 44 Hình 2.5. Sơ đồ xác định các điểm khảo sát ---------------------------------------------------------------- 45 Hình 2.6. Mô hình nội suy tuyến tính ------------------------------------------------------------------------ 46 Hình 3.1. Sơ đồ đối tượng nghiên cứu có và không có nhiễu [24, 26] ---------------------------------- 49 Hình 3.2. Mô hình đối tượng công nghệ MIMO (nhiều vào, nhiều ra) [24] --------------------------- 50 Hình 3.3. Màn hình giao diện chính của phần mềm DX6------------------------------------------------- 62 Hình 3.4. Màn hình lựa chọn số yếu tố đầu vào và phương pháp quy hoạch thực nghiệm ---------- 62 Hình 3.5. Các bước thực hiện cơ bản trên phần mềm DX6 ----------------------------------------------- 63 Hình 3.6. Lựa chọn hiển thị dạng điểm ---------------------------------------------------------------------- 63 - viii -
Hình 3.7. Kiểm tra sự phù hợp của mô hình theo chuẩn Fisher ------------------------------------------ 63 Hình 3.8. Dạng phương trình hồi quy tìm được ------------------------------------------------------------ 64 Hình 3.9. Khảo sát giá trị của yếu tố đầu ra phụ thuộc các yếu tố đầu vào ---------------------------- 64 Hình 3.10. Kết quả giải bài toán tối ưu ---------------------------------------------------------------------- 65 Hình 3.11. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí nạp lớn tới suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ [64] ----- 66 Hình 3.12. Ảnh hưởng của các tham số điều chỉnh tới các tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ [65]--------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 67 Hình 3.13. Ảnh hưởng của áp suất phun tới chiều dài tia phun và kích thước hạt nhiên liệu [65] - 68 Hình 3.14. Lưu đồ thuật toán các bước thực hiện bài toán QHTN TG cấp II ------------------------- 69 Hình 4.1. Sơ đồ bố trí thiết bị thử nghiệm ------------------------------------------------------------------- 72 Hình 4.2. Mặt cắt dọc động cơdiesel 1 xy lanh AVL 5402--- -------------------------------------------- 73 Hình 4.3. Mặt cắt ngang động cơ diesel 1 xy lanh AVL 5402 ------------------------------------------- 73 Hình 4.4. Động cơ diesel 1 xy lanh AVL 5402 ------------------------------------------------------------- 74 Hình 4.5. Băng thử lắp động cơ diesel 1 xy lanh AVL 5402 tại Phòng thí nghiệm------------------- 74 Hình 4.6. Cấu trúc các FEM trong hệ thống PUMA ------------------------------------------------------- 76 Hình 4.7. Sơ đồ kết nối của hệ thống INCA --------------------------------------------------------------- 77 Hình 4.8. Vùng làm việc của động cơ------------------------------------------------------------------------ 77 Hình 4.9. Các bước xây dựng bộ tham số (φs, pf) tối ưu -------------------------------------------------- 78 Hình 4.10. Giới hạn vùng làm việc khi khảo sát đường đặc tính ngoài --------------------------------- 79 Hình 4.11. Thuật toán xác định bộ số liệu φs và pf tại đặc tính ngoài ----------------------------------- 79 Hình 4.12. Mô men thể hiện theo các đường đồng mức tại tốc độ 3000 v/ph ------------------------- 81 Hình 4.13. Mô men thể hiện theo không gian ba chiều tại tốc độ 3000 v/ph -------------------------- 82 Hình 4.14. Mô men thể hiện theo các đường đồng mức ở tốc độ 2800 v/ph --------------------------- 83 Hình 4.15. Mô men thể hiện theo không gian ba chiều tại tốc độ 2800 v/ph -------------------------- 84 Hình 4.16. Bộ thông số tối ưu ở đường đặc tính ngoài ---------------------------------------------------- 85 Hình 4.17. Thuật toán xác định bộ số liệu φs và pf tại đặc tính không tải ------------------------------ 86 Hình 4.18. Giá trị Gnl thể hiện theo các đường đồng mức ở tốc độ 1000 v/ph ------------------------ 88 Hình 4.19. Giá trị Gnl thể hiện theo không gian ba chiều ở tốc độ 1000 v/ph -------------------------- 88 Hình 4.20. Giá trị Gnl thể hiện theo các đường đồng mức ở tốc độ 1200 v/ph ------------------------ 90 Hình 4.21. Giá trị Gnl thể hiện theo không gian ba chiều ở tốc độ 1200 v/ph-------------------------- 90 Hình 4.22. Bộ thông số tối ưu ở đường đặc tính không tải ----------------------------------------------- 92 Hình 4.23. Các điểm cơ sở trong bài toán quy hoạch ------------------------------------------------------ 93 Hình 4.24. φs tối ưu theo tốc độ và tải trọng động cơ ------------------------------------------------------ 96 Hình 4.25. pf tối ưu theo tốc độ và tải trọng động cơ ----------------------------------------------------- 97 Hình 4.26. M e tối ưu theo tốc độ và tải trọng đ ộng cơ -------------------------------------------- 98 Hình 4.27. Đặc tính toàn tải theo QHTN và đo trên băng thử -------------------------------------------- 99 - ix -
MỞ ĐẦU Tăng hiệu suất, giảm tiêu hao nhiên liệu và thành phần độc hại của khí thải động cơ cùng với nâng cao tuổi thọ và giảm giá thành là những thách thức lớn và cũng là nguồn động lực cho việc phát triển các công nghệ mới trong ngành công nghiệp ôtô [35, 36]. Do vậy, cùng với sự phát triển của các ngành khoa học, một số lượng lớn các nhà khoa học đã đầu tư rất nhiều thời gian, công sức tập trung nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới thân thiện với môi trường để áp dụng cho ngành công nghiệp ôtô [37]. Với mục đích tăng hiệu suất sử dụng nhiên liệu và giảm thiểu lượng phát thải độc hại do các phương tiện giao thông gây ra. Trong thời gian qua các kết quả nghiên cứu đã thực sự đạt được những thành công và đóng góp đáng kể trong việc phát triển các công nghệ mới cho ngành công nghiệp ôtô thế giới. Trong đó phải kể đến sự phát triển vượt bậc của việc ứng dụng các công nghệ điện, điện tử và điều khiển trong điều khiển các hệ thống của động cơ đốt trong, nổi trội của các ứng dụng này là hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử. Với các tính năng nổi trội cả về kỹ thuật và kinh tế do hệ thống nhiên liệu điều khiển bằng điện tử đem lại, hiện nay hệ thống này đã được các hãng sản xuất động cơ hàng đầu trên thế giới tập trung đầu tư nghiên cứu, phát triển và đưa vào ứng dụng khai thác trên các sản phẩm của mình. Cùng với sự phát triển chung của nền công nghiệp ôtô thế giới, Việt Nam hiện nay cũng đã khai thác và sử dụng một lượng không nhỏ động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử. Tuy nhiên công nghệ này còn tương đối mới mẻ, hơn nữa hệ thống này thường được sản xuất tách riêng bởi các hãng sản xuất chuyên nghiệp, sau đó cung cấp sản phẩm cho các hãng sản xuất động cơ. Do vậy việc tiếp cận hợp tác, học hỏi và chuyển giao các công nghệ này còn rất hạn chế. Chính vì vậy việc làm chủ công nghệ mới này đang là những thách thức lớn đối với các nhà nghiên cứu sản xuất, khai thác sử dụng, bảo dưỡng và sửa chữa động cơ ở Việt Nam. Hiện nay trong quá trình vận hành khai thác, sử dụng, và bảo dưỡng luôn phải cần có sự hỗ trợ kỹ thuật của chuyên gia các hãng cung cấp. Đặc biệt đối với các động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử sau khi đại tu sửa chữa hoặc cải tiến, dẫn đến một số dữ liệu ban đầu của động cơ bị thay đổi, làm cho động cơ không đảm bảo yêu cầu làm việc tối ưu, tiêu hao nhiên liệu và phát thải vượt quá mức cho phép. Từ những đặc điểm cơ bản đó, đòi hỏi cần phải có bộ dữ liệu mới cho ECU phù hợp với động cơ hiện tại, tuy nhiên đây là công việc phức tạp mà hiện nay vẫn chưa có hướng giải quyết cụ thể. Chính vì vậy đã tạo ra những hạn chế không nhỏ trong quá trình khai thác, sử dụng, cải tiến, bảo dưỡng và sửa chữa các động cơ có hệ thống nhiên liệu điều khiển bằng điện tử. Hơn nữa để tiến tới có nền công nghiệp riêng về động cơ ở Việt Nam theo quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ôtô Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn 2020 theo Quyết định 177/2004/QĐ-TTg, thì động cơ phải đạt tỷ lệ sản xuất trong nước 50%. Cùng với yêu cầu khí thải của ô tô, xe mô tô theo Quyết định số 49/2011/QĐ-TTg ngày 1/9/2011 lộ trình áp dụng tiêu chuẩn khí thải đối với xe ô tô, xe mô tô hai bánh sản xuất, lắp ráp và nhập khẩu mới. Thực tế đó đòi hỏi phải chú trọng quan tâm nghiên cứu - phát triển hơn nữa về ứng dụng điện tử trên động cơ hiện đại. 1
Động cơ diesel với ưu điểm có tính kinh tế cao chiếm tỷ lệ ngày càng lớn trong tổng các loại động cơ. Động cơ diesel hiện nay ngày càng hiện đại với hệ thống nhiên liệu CR (common rail) điều khiển điện tử được áp dụng rộng rãi từ động cơ cỡ lớn (tĩnh tại, tàu thủy) đến cỡ trung (ôtô) và cỡ nhỏ (máy kéo, máy nông nghiệp, gia dụng…). Để từng bước làm chủ công nghệ tiên tiến, trong thời gian qua nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống nhiên liệu này đã được các nhà khoa học Việt Nam đầu tư nghiên cứu và đạt được những thành công nhất định [1-6]. Tuy nhiên, các công trình này mới bước đầu đề cập đến phần cứng mà chưa đề cập nhiều đến phần mềm của hệ thống điều khiển. Đối với máy móc có điều khiển điện tử nói chung và động cơ đốt trong có hệ thống nhiên liệu điện tử nói riêng đều có bộ điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit). Trong hệ thống HTNL ĐKĐT thì ECU là bộ não điều khiển mọi hoạt động của hệ thống và toàn bộ động cơ. Cơ sở để ECU hoạt động là bộ dữ liệu các tham số điều chỉnh được xây dựng trong quá trình nghiên cứu-phát triển động cơ, gọi là bộ dữ liệu chuẩn, được tích hợp trong ECU. Tuy nhiên, phương pháp xây dựng bộ dữ liệu chuẩn thường là bí quyết công nghệ của nhà sản xuất nên không được công bố và rất khó tiếp cận và cũng chưa có tài liệu nào hướng dẫn xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU nói chung và động cơ đốt trong nói riêng. Với tính cấp thiết như đã trình bày ở trên, tác giả thực hiện luận án Tiến sĩ của mình với đề tài: “Nghiên cứu xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU hệ thống nhiên liệu động cơ diesel”. i. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài  Mục đích nghiên cứu Đưa ra quy trình xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU của hệ thống nhiên liệu sử dụng trên động cơ đốt trong. Ứng dụng quy trình trên để xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU của hệ thống nhiên liệu CR sử dụng trên động cơ diesel nghiên cứu.  Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Động cơ diesel có hệ thống nhiên liệu CR được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu. Cụ thể nghiên cứu hệ thống nhiên liệu CR sử dụng trên động cơ nghiên cứu AVL 5402. Các nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện tại Phòng thử động cơ một xylanh thuộc Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. ii. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu thực hiện trên cơ sở kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết và thực nghiệm, trong đó lý thuyết quy hoạch thực nghiệm được sử dụng xuyên suốt trong nghiên cứu. Sử dụng phương pháp tối ưu để xây dựng mô hình và xây dựng quy trình tối ưu hóa các tham số trong hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử động cơ diesel. Chạy thực nghiệm 2
trên băng thử để tối ưu các tham số trong hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử động cơ diesel. iii. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Đây có thể coi là lần đầu tiên sử dụng phương pháp xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU của động cơ đốt trong ở Việt Nam. Luận án đưa ra một cách hệ thống về phương pháp tối ưu hóa các tham số điều khiển trong hệ thống nhiên liệu có điều khiển điện tử của động cơ. Các kết quả của luận án có thể dùng làm tài liệu tham khảo trong việc nghiên cứu phát triển động cơ có hệ thống nhiên liệu điều khiển điện tử. Hơn nữa các kết quả này có thể sử dụng trong công tác đào tạo chuyên sâu về chuyên ngành động cơ đốt trong. Trên cơ sở các kết quả đạt được của luận án, các nhà sản xuất và khai thác sẽ chủ động trong sử dụng bảo dưỡng, thay thế phụ tùng các động cơ có hệ thống nhiên liệu điều khiển bằng điện tử. Hơn nữa, luận án đóng góp bước đầu hướng tới cho việc chủ động tự sản xuất bộ điều khiển điện tử cho động cơ đốt trong tương lai của ngành công nghiệp ôtô Việt Nam. iv. Các nội dung chính trong đề tài Thuyết minh của luận án được trình bày gồm các phần như sau:  Mở đầu  Chương 1. Tổng quan về xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU trên động cơ đốt trong  Chương 2. Cơ sở lý thuyết xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU động cơ đốt trong  Chương 3. Ứng dụng quy hoạch thực nghiệm để tối ưu các tham số trong quá trình xây dựng bộ dữ liệu chuẩn  Chương 4. Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng bộ dữ liệu chuẩn trên động cơ diesel AVL 5402  Kết luận chung và phương hướng phát triển 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG BỘ DỮ LIỆU CHUẨN CHO ECU TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Điều khiển điện tử hiện nay là một phương pháp hết sức phổ biến trong mọi lĩnh vực kỹ thuật của thế giới hiện đại. Điều khiển điện tử thực chất là một công nghệ tích hợp của nhiều công nghệ truyền thống khác nhau trong một thể thống nhất, các sản phẩm điều khiển điện tử trước hết phải bắt nguồn từ những thiết kế tối ưu với cấu trúc và nguyên lý hoạt động của nó. Các bộ phận cấu thành như modul cơ khí, điện và điện tử, khí nén và thuỷ lực cũng như các phần tử điều khiển (Sensor: cảm biến, Actuator: bộ chấp hành), các phần mềm tin học... trong một đơn vị sản phẩm phải có ảnh hưởng lẫn nhau tạo nên thể thống nhất hữu cơ. Trong chương này sẽ khái quát về sự điều khiển điện tử ở động cơ đốt trong gồm: động xăng và động cơ diesel. Đồng thời nêu lên những đặc điểm, phương pháp xây dựng bộ dữ liệu cho bộ phận điều khiển điện tử ở động cơ đốt trong. 1.1. Điều khiển điện tử trên các máy móc 1.1.1. Giới thiệu chung Điều khiển là tập hợp tất cả các tác động có mục đích nhằm điều khiển một quá trình này hay quá trình kia theo một quy luật hay một chương trình cho trước. Quá trình điều khiển hoặc điều chỉnh được thực hiện mà không có sự tham gia trực tiếp của con người, thì chúng ta gọi đó là quá trình điều khiển và điều chỉnh tự động. Tập hợp tất cả các thiết bị mà nhờ đó quá trình điều khiển được thực hiện gọi là hệ thống điều khiển [7, 8]. Hình 1.1. Sơ đồ chung một hệ thống điều khiển Một hệ thống điều khiển được thể hiện ở Hình 1.1, thường bao gồm ba thành phần cơ bản là bộ điều khiển (ECU - Electronic Control Unit), đối tượng điều khiển (máy công tác) và các cảm biến. Việc điều khiển hệ thống cần thực hiện thông qua các thông số đầu vào I, còn ECU điều khiển máy công tác thông qua các thông số điều khiển và các tham số điều chỉnh II. Để phục vụ cho việc điều khiển cần lấy các tín hiệu phản hồi từ máy công tác trở về ECU thông qua các cảm biến. Các thông số đầu ra của hệ thống thể hiện trong nhóm III. 4
Các thông số vào hệ thống thể hiện trong nhóm I (x1, x2,…xn) xác lập chế độ làm việc của máy công tác, ví dụ như ở động cơ đốt trong là vị trí cơ cấu điều khiển nhiên liệu, mô men cản… Các thông số điều khiển và điều chỉnh máy công tác được thể hiện trong nhóm II (u). Trong nhóm này lại có thể chia thành các thông số điều khiển và các tham số điều chỉnh với bộ dữ liệu chuẩn. Các thông số điều khiển, biểu thị trong nhóm u1, ví dụ đối với động cơ đốt trong là lượng nhiên liệu phun (thời gian mở vòi phun…) hay hệ số dư lượng không khí l… là các thông số được ECU tính toán để cụ thể hóa chế độ làm việc động cơ sau khi được xác lập bởi các thông số đầu vào đã nói ở trên. Còn các tham số điều chỉnh, thể hiện trong nhóm u2, là bộ dữ liệu chuẩn của ECU để điều chỉnh máy công tác hoạt động nhằm đạt được những mục tiêu nhất định gọi là điều kiện ràng buộc đối với các thông số đầu ra III (y1, y2... yn). Lấy ví dụ đối với động cơ diesel, bộ dữ liệu chuẩn là bộ dữ liệu góc phun sớm, áp suất phun, chế độ phun (phun nhiều giai đoạn)… nhằm đạt giá trị tối ưu về mômen, suất tiêu hao nhiên liệu, chất lượng khí thải, độ rung ồn… trong miền làm việc của động cơ. Tính toán các thông số điều khiển dựa trên các thông số xác lập chế độ làm việc của máy. Đối với động cơ đốt trong, từ vị trí của cơ cấu điều khiển nhiên liệu và tốc độ vòng quay, ECU sẽ tính toán lượng nhiên liệu cơ bản cho một chu trình. Đối với động cơ phun xăng [1, 9, 10], lượng xăng cơ bản được tính toán dựa vào lưu lượng khí nạp và ràng buộc về hệ số dư lượng không khí l (theo đặc tính điều chỉnh để đạt ge hay yêu cầu l = 1 khi động cơ có bộ xử lý xúc tác khí thải ba thành phần). Ngoài ra ECU còn dựa vào bộ dữ liệu điều chỉnh để bổ sung một lượng nhiên liệu phun hiệu chỉnh tùy thuộc vào chế độ đặc biệt như khởi động, hâm nóng máy, tăng tốc… Đối với động cơ diesel cũng tương tự, từ vị trí cơ cấu điều khiển nhiên liệu và tốc độ vòng quay, ECU tính ra lượng nhiên liệu chu trình cơ bản gct và cũng bổ sung thêm một lượng tùy thuộc vào các chế độ đặc biệt như trên [34, 40]. Bộ dữ liệu chuẩn điều chỉnh cần phải thiết lập trên máy thực ở các chế độ khác nhau trong miền làm việc của nó và nạp vào ECU. Đối với động cơ đốt trong, việc này được tiến hành trong phòng thí nghiệm trên băng thử động cơ trong quá trình nghiên cứu-phát triển. Tuy nhiên hiện nay chưa có tại liệu nào nói về việc xây dựng bộ dữ liệu chuẩn cho ECU. Đây chính là đối tượng nghiên cứu của luận án. Khi máy móc hoạt động (khi đó trong ECU đã có tất cả các dữ liệu cần thiết cho điều khiển u1 và điều chỉnh u2), từ các thông số xác lập chế độ làm việc, ECU tính toán ra u1. Từ các thông số vào và tín hiệu phản hồi qua các cảm biến thì ECU gọi ra và tính toán giá trị các tham số điều chỉnh u 2 để điều hành hoạt động của máy. Việc này được thực hiện theo lý thuyết nhận dạng của quá trình điều khiển [8]. Quá trình điều khiển trong hệ thống được thực hiện trên cơ sở một trong ba nguyên tắc cơ bản sau: điều khiển theo sai lệch, điều khiển theo phương pháp bù nhiễu, điều khiển theo sai lệch và bù nhiễu. Khi điều khiển theo sai lệch, tín hiệu ra được đưa vào so sánh với tín hiệu vào nhằm tạo nên tín hiệu tác động lên đầu vào bộ điều khiển nhằm tạo tín hiệu điều khiển đối tượng. Nguyên tắc điều khiển bù nhiễu là sử dụng một thiết bị bù để 5
giảm ảnh hưởng của nhiễu là nguyên nhân trực tiếp gây ra hậu quả cho hệ thống. Nguyên tắc điều khiển hỗn hợp là phối hợp cả hai nguyên tắc trên, vừa có hồi tiếp theo sai lệch vừa dùng các thiết bị để bù nhiễu [38, 39]. Các hệ thống điều khiển tự động cũng còn thường được phân loại theo nguyên lý xây dựng hệ thống: điều khiển mạch vòng hở và điều khiển mạch vòng kín. Trong đó, hệ thống điều khiển mạch kín với ưu điểm tự điều chỉnh và thích nghi với các điều kiện bên ngoài thay đổi đang chiếm ưu thế và được sử dụng rộng rãi hơn. Cụ thể nghiên cứu với hai loại động cơ chính là động cơ xăng và động cơ diesel, cả hai loại ngày càng được điện tử hoá điều khiển để đáp ứng yêu cầu đối với động cơ hiện đại, được trình bày ở các phần sau. Quá trình điều khiển trình bày tóm tắt ở trên thuộc lĩnh vực chuyên sâu của chuyên ngành Điều khiển tự động, không phải là đối tượng nghiên cứu của luận án. 1.1.2. Hệ thống điều khiển điện tử động cơ xăng 1.1.2.1. Khái niệm và phân loại Động cơ xăng được trang bị điều khiển điện tử từ rất sớm vào những năm 70 của thế kỷ 20 và nay rất phổ biến đối với hầu hết dải công suất. Hệ thống điều khiển điện tử trên động cơ xăng, hay thực chất là hệ thống điều khiển phun xăng điện tử (EFI - Electronic Fuel Injection), bao gồm một bộ điều khiển điện tử (ECU), các cảm biến và cơ cấu chấp hành. Các cảm biến có nhiệm vụ ghi nhận các thông số, trạng thái hoạt động của động cơ làm các giá trị đầu vào (hoặc so sánh) của hệ thống điều khiển. ECU so sánh các giá trị đầu vào này với các giá trị tối ưu ghi sẵn trong bộ nhớ, tính toán và đưa ra các thông số điều khiển phù hợp cho cơ cấu chấp hành (vòi phun, hệ thống đánh lửa...). Hệ thống phun xăng điện tử có thể được phân loại theo số vòi phun (số điểm phun), theo nguyên lý điều khiển quá trình phun, hay theo nguyên lý đo lưu lượng khí nạp… Khi phân loại theo số vòi phun, có thể chia thành hệ thống phun xăng đơn điểm (SPI - Single-Point Injection) và hệ thống phun xăng đa điểm (MPI - Multi-Point Injection). Hệ thống phun xăng đơn điểm là hệ thống chỉ dùng một vòi phun trung tâm để phun xăng vào đường nạp trước bướm ga và tạo thành khí hỗn hợp trên đường nạp. Hệ thống này được dùng cho động cơ công suất nhỏ do cấu tạo đơn giản và giá thành thấp. Hệ thống phun xăng đa điểm dùng nhiều vòi phun, mỗi xilanh được cung cấp nhiên liệu bởi một vòi phun riêng biệt, xăng được phun vào đường nạp ở vị trí gần xupáp nạp hoặc phun xăng trực tiếp vào buồng cháy. Hệ thống phun xăng đa điểm có nhiều ưu điểm như đạt tính kinh tế cao và giảm thiểu ô nhiễm môi trường nên hiện nay được sử dụng trên hầu hết các dòng xe hiện đại [9÷11]. Khi phân loại theo phương pháp đo lưu lượng khí nạp, có thể chia thành 2 loại: L-EFI và D-EFI. L-EFI sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp để đo lượng không khí đi vào đường ống nạp. Có hai phương pháp đo: loại thứ nhất đo trực tiếp khối lượng không khí nạp và loại thứ hai tính toán khối lượng không khí nạp nhờ đo sự thay đổi về thể tích không khí (cảm biến loại cánh trượt), nhiệt độ (cảm biến nhiệt điện trở), hay tần số xung (cảm biến xoáy Karman) bên trong buồng đo. Trong khi đó, D-EFI dùng cảm biến đo áp suất chân 6
không trên đường ống nạp, qua đó tính toán khối lượng không khí nạp theo tỷ trọng của không khí nạp bằng cảm biến áp suất tuyệt đối (MAP - Manifold Absolute Pressure). Các sơ đồ bố trí cảm biến khí nạp được trình bày trên Hình 1.2. Hình 1.2. Sơ đồ bố trí cảm biến lưu lượng khí nạp trong hệ thống EFI [11] 1.1.2.2. Cấu trúc hệ thống phun xăng điện tử a) Sơ đồ nguyên lý chung Sơ đồ một hệ thống phun xăng điện tử điển hình như thể hiện trên Hình 1.3. Các bộ phận chính trong hệ thống gồm có: ECU động cơ, các cảm biến (lưu lượng khí nạp, vị trí góc quay trục khuỷu, vị trí trục cam, vị trí bướm ga, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát, cảm biến oxi,…) [11]. Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý chung của một hệ thống phun xăng điện tử [11] Có thể chia một hệ thống phun xăng điện tử như trên thành 3 khối: khối cấp không khí, khối cấp nhiên liệu và khối điều khiển điện tử. Hệ thống hoạt động cơ bản như sau, từ vị trí bướm ga và tốc độ động cơ, các cảm biến nhận thông tin và gửi đến ECU. ECU sẽ so 7
sánh với bộ dữ liệu điều khiển và tính toán đưa ra tín hiệu điều khiển thời gian mở vòi phun để điều khiển lượng xăng phun cho phù hợp với chế độ làm việc của động cơ. Ngoài ra, từ bộ dữ liệu chuẩn ECU còn điều chỉnh góc đánh lửa sớm, hệ số dư lượng không khí l... để động cơ làm việc tối ưu. Khi nhận được tín hiệu vòi phun mở, xăng có áp suất cao do bơm xăng tạo ra thường trực tại ống phân phối được phun vào đường nạp kết hợp với không khí tạo thành hỗn hợp. b) Điều khiển phun trong hệ thống phun xăng điện tử Lượng nhiên liệu phun được ECU điều khiển thông qua thời gian phun nhiên liệu - là tổng của thời gian phun nhiên liệu cơ bản (tb) và thời gian phun hiệu chỉnh (tc). Thời gian phun nhiên liệu cơ bản được tính toán theo lượng khí nạp đo được và tốc độ động cơ. Thời gian phun hiệu chỉnh dùng để hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun ở các chế độ làm việc khác nhau của động cơ như khởi động, chạy ấm máy, tăng tốc, giảm tốc,… Lưu đồ thuật toán điều khiển thời gian phun được thể hiện ở Hình 1.4. Các chế độ hiệu chỉnh phun có thể tóm tắt như sau [10]. Hình 1.4. Thuật toán điều khiển thời gian phun nhiên liệu [10] c) Chế độ khởi động Để nâng cao khả năng khởi động, giúp động cơ hoạt động ổn định trong một khoảng thời gian nhất định sau khi khởi động thì hỗn hợp cần được làm đậm. Do rất khó xác định chính xác lượng khí nạp ở chế độ khởi động và tốc độ động cơ thay đổi lớn nên ECU lấy thời gian phun cơ bản (ứng với nhiệt độ động cơ) cộng thêm thời gian hiệu chỉnh theo điện áp ắc quy để tạo ra thời gian phun thực tế ti Hình 1.5. Hiệu chỉnh thời gian phun trong [10], thể hiện trên Hình 1.5. quá trình khởi động 8
Tỷ lệ hòa khí ở chế độ này thường rất đậm (λ = 0,4 ÷ 0,8) tùy theo nhiệt độ động cơ. Ở chế độ khởi động, tín hiệu từ cực ST của khóa điện được gửi đến ECU để nhận biết động cơ đang khởi động, ngoài ra tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ động cơ cũng được gửi tới để xác định nhiệt độ động cơ. d) Chạy ấm máy Để rút ngắn thời gian hâm nóng máy, lượng nhiên liệu phun được tăng lên khi nhiệt độ động cơ thấp. Tuy nhiên tỷ lệ làm đậm sẽ giảm xuống khi tiếp điểm không tải ở cảm biến bướm ga đóng, như thể hiện trên Hình 1.6. Sau thời gian khởi động động cơ, ECU xác định thời gian phun theo biểu thức: ti = tb + tc + taq Trong đó, thời gian phun chính tb được tính toán theo tín hiệu lượng không khí nạp và tốc độ của động cơ; thời gian phun hiệu chỉnh tc căn cứ theo nhiệt độ động cơ, lượng khí nạp, cảm biến bướm ga; taq thời gian hiệu chỉnh theo điện áp ắc quy. Hình 1.6. Đặc tính hiệu chỉnh khi chạy ấm máy e) Hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp Khi nhiệt độ khí nạp giảm, mật độ không khí tăng dẫn đến lượng không khí thực đi vào xilanh động cơ tăng lên. Do đó cần hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun tăng lên khi nhiệt độ khí nạp thấp và ngược lại, thể hiện trên Hình 1.7. Việc hiệu chỉnh này được thực hiện với tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ khí nạp gửi về ECU. Hình 1.7. Đặc tính hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun theo nhiệt độ khí nạp 9
g) Chế độ tăng tốc Ở chế độ tăng tốc, đặc biệt khi bắt đầu tăng tốc, hòa khí quá nhạt do nhiên liệu chưa kịp bổ sung trong khi lượng khí nạp tăng nhanh do bướm ga thay đổi đột ngột. Vì vậy, để động cơ có thể tăng tốc tốt thì cần phải tăng lượng nhiên liệu phun (thời gian phun) tương ứng với lượng không khí nạp, thể hiện trên Hình 1.8. Mức độ tăng tốc được xác định bằng tốc độ thay đổi độ mở bướm ga. Lượng hiệu chỉnh sẽ tăng lên nhanh khi mới tăng tốc và sau đó giảm dần cho đến khi quá trình tăng tốc kết thúc, tăng tốc càng nhanh thì lượng nhiên liệu phun nhiên liệu càng lớn. Hình 1.8. Đặc tính hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun khi tăng tốc f) Chế độ tải cao Khi bướm ga mở lớn hơn 50° ÷ 60° so với vị trí đóng, nghĩa là động cơ hoạt động ở chế độ tải lớn đến toàn tải thì lượng nhiên liệu phun cần phải được tăng lên. Do vậy, ECU sẽ thu nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga để nhận biết độ mở của bướm ga và quyết định điều chỉnh tăng thời gian phun phù hợp. h) Chế độ giảm tốc Khi động cơ làm việc ở chế độ không tải cưỡng bức, việc phun nhiên liệu sẽ bị ngừng lại, tạo nên khí thải sạch và tiết kiệm nhiên liệu. Tuy nhiên nếu nhiệt độ động cơ thấp thì tốc độ vòng quay cắt nhiên liệu sẽ tăng lên để ngăn ngừa hiện tượng động cơ chạy không ổn định, như thể hiện trên Hình 1.9. Hình 1.9. Đặc tính hiệu chỉnh lượng nhiên liệu Các tín hiệu được gửi đến ECU từ phun khi giảm tốc cuộn dây đánh lửa sơ cấp để nhận biết tốc độ động cơ; từ cảm biến vị trí bướm ga để nhận biết độ mở của bướm ga mở lớn hơn 1,5° so với vị trí đóng và tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ động cơ để nhận biết nhiệt độ động cơ. 10
k) Hiệu chỉnh theo điện áp ắc qui Khi ECU tính toán thời gian phun và sau đó gửi tín hiệu tới vòi phun thì sẽ có một khoảng thời gian trễ nhỏ từ khi gửi tín hiệu cho đến khi vòi phun mở. Thời gian trễ sẽ tăng khi điện áp ac-qui giảm và như vậy thời gian phun thực tế giảm, hỗn hợp sẽ nhạt hơn. Do vậy thời gian phun phải được hiệu chỉnh thêm, thể hiện trên Hình 1.10. Hình 1.10. Đặc tính hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun theo điện áp ac-qui l) Hiệu chỉnh tỷ lệ nhiên liệu theo tín hiệu phản hồi ECU hiệu chỉnh khoảng thời gian phun dựa trên các tín hiệu từ cảm biến ôxy (cảm biến λ) nhằm duy trì tỷ lệ hỗn hợp trong khoảng hẹp gần với tỷ lệ hòa khí lý thuyết, để bộ xúc tác khí thải ba thành phần hoạt động với hiệu suất cao. ECU nhận tín hiệu từ cảm biến lambda và hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun nhiên liệu cho phù hợp, thể hiện ở Hình 1.11. Hiệu chỉnh phản hồi không được thực hiện ở các chế độ như khi cắt nhiên liệu, trong khi khởi động, quá trình làm đậm hỗn hợp sau khi khởi động, quá trình làm đậm khi tăng tốc và khi nhiệt độ động cơ dưới mức quy định. Hình 1.11. Tỷ lệ hòa khí và đặc tính hiệu chỉnh phản hồi 11