Luận văn Đồ án Khảo sát thông số đầu vào tới quá trình phun của vòi phun nhiên liệu

Chia sẻ: NGUYEN VIET THANH | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:130

Thêm vào BST

Báo xấu

217
lượt xem 67
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Đồ án Khảo sát thông số đầu vào tới quá trình phun của vòi phun nhiên liệu

MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA.......5 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ..............5 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ ..............5 2. HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI LÀ GÌ ? ................................10 2.1 Ưu điểm của hệ thống EFI so với các loại hệ thống phun xăng khác. ........10 2.2 Kết cấu cơ bản của EFI. ..............................................................................12 2.3 Phân loại hệ thống phun xăng. ....................................................................15 2.4 Kết cấu của hệ thống phun xăng điện tử EFI. .............................................17 CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ............................................................34 1. KHÁI QUÁT, NHIỆM VỤ VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ. ...................................................................................................34 2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA .......................35 2.1 Hệ thống đánh lửa bằng vít..........................................................................35 2.2 Hệ thống đánh lửa bán dẫn..........................................................................36 2.3 Hệ thống đánh lửa bán dẫn có ESA (đánh lửa sớm bằng điện tử). .............37 3. CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA HỆ THỐNG ĐÁNH LỬA. ...............38 3.1 Hiệu điện thế thứ cấp cực đại U2m: ..............................................................38 3.2 Hiệu điện thế đánh lửa Udl:..........................................................................38 3.3 Hệ số dự trữ Kdt:...........................................................................................39 3.4 Năng lượng dự trữ Wdt: ................................................................................39 3.5 Tốc độ biến thiên của hiệu điện thế thứ cấp S: ............................................39 3.6 Tần số và chu kỳ đánh lửa: ..........................................................................40 1
3.7 Góc đánh lửa sớm : ......................................................................................40 3.8 Năng lượng tia lửa và thời gian phóng điện: ..............................................41 4. SƠ LƢỢC VỀ HỆ THỐNG ĐÁNH LỮA TRỰC TIẾP. ...........................42 4.1 Ưu điểm của hệ thống đánh lửa trực tiếp: ...................................................42 4.2 Phân loại, cấu tạo và hoạt động HTĐL trực tiếp: .......................................42 PHẦN 2: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN ĐỘNG CƠ 3S-FE ................................................................................................46 1. HỆ THỐNG TÍN HIỆU ĐẦU VÀO. ..........................................................46 1.1 Cảm biến vị trí bướm ga. .............................................................................47 1.2 Cảm biến áp suất đường ống nạp MAP. ......................................................48 1.3 Cảm biến nhiệt độ khí nạp ...........................................................................50 1.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát. ................................................................51 1.5 Cảm biến ô xy. ..............................................................................................53 1.6 Cảm biến vị trí trục cam và cảm biến tốc độ động cơ. ................................55 2. HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU. .......................................................................57 2.1 Bơm nhiên liệu. ............................................................................................58 2.2 Điều khiển bơm nhiên liệu. ..........................................................................59 2.3 Lọc nhiên liệu ...............................................................................................61 2.4 Ống phân phối ..............................................................................................61 2.5 Bộ điều áp. ...................................................................................................62 2.6 Vòi phun. ......................................................................................................64 3. BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM. ..............................................................70 3.1 Cấu tạo .........................................................................................................70 3.3 Phương pháp phun và thời điểm phun .........................................................72 2
3.4 Điều khiển lượng phun .................................................................................73 4. ĐIỀU KHIỂN CẦM CHỪNG VÀ KIỂM SOÁT KHÍ THẢI. ...................82 4.1 Chế độ khởi động .........................................................................................83 4.2 Chế độ sau khởi động ...................................................................................83 4.3 Chế độ hâm nóng .........................................................................................84 4.4 Chế độ máy lạnh...........................................................................................84 4.5 Theo tải máy phát .........................................................................................85 4.6 Tín hiệu từ hộp số tự động ...........................................................................85 4.7 Động cơ 3S- FE sữ dụng van ISC Kiểu van xoay ........................................85 5. CHỨC NĂNG TỰ CHẨN ĐOÁN...............................................................87 PHẦN 3: THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT SA BÀN HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ VÀ ĐÁNH LỬA TRỰC TIẾP ĐỘNG CƠ 3S-FE .......................................89 1. Ý NGHĨA .....................................................................................................89 2. PHƢƠNG ÁN LỰA CHỌN ........................................................................89 3. CÁC THIẾT BỊ ĐI KÈM. ...........................................................................98 4. HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG MÔ HÌNH. ....................................................101 4.1 Cung cấp ngu n điện cho mô h nh.............................................................101 4.2 Sử dụng bộ điều khiển tốc độ động cơ dẫn động cảm biến. ......................101 4.3 Sử dụng biến trở giả l p tín hiệu của các cảm biến và đ ng h nước xăng101 4.4 Cung cấp nhiên liệu cho mô h nh...............................................................101 4.5 Chú ý ..........................................................................................................102 5. KIỂM TRA THÔNG SỐ VÀ KẾT NỐI, XỬ LÝ SỰ CỐ NẾU CÓ. ........102 5.1 Kiểm tra sự hoạt động của bộ xử lý ECU. .................................................102 5.2 Kiểm tra sự hoạt động của các thiết bị cung cấp ngu n điện. ..................103 3
5.3 Kiểm tra điện áp cung cấp cho các cảm biến. ...........................................106 5.4 Kiểm tra sự hoạt động của các cảm biến. ..................................................106 5.5 Kiểm tra tín hiệu điều khiển từ ECU..........................................................112 5.6 Kiểm tra hệ thống nhiên liệu. .....................................................................117 5.7 Phương pháp kiểm tra hỏng hóc bằng đèn báo Check. .............................122 KẾT LUẬN ........................................................................................................126 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................129 KIẾN NGHỊ ..12 4
PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG VÀ ĐÁNH LỬA CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ 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 5
tải ) và các hệ thống điều khiển khác; cũng như chức năng chẩn đoán và dự phòng.  Vào cuối thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp ông Stevan đã nghĩ ra cách phân phối nhiên liệu khi dùng một máy nén khí.  Sau đó một thời gian, người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng đốt, nhưng việc này không đạt được hiệu quả cao nên không thực hiện.  Đến năm 1887 người Mỹ đã có đóng góp to lớn trong việc triển khai hệ thống phun xăng vào sản xuất, áp dụng trên động cơ tỉnh tại.  Đầu thế kỷ 20, hệ thống phun xăng được áp dụng trên các loại ôtô ở Đức và nó đã thay dần động cơ sử dụng bộ chế hòa khí.  Năm 1962, người Pháp triển khai nó trên ôtô Peugoet 404.  Năm 1973, các kỹ sư người Đức đã đưa ra hệ thống phun xăng kiểu cơ khí gọi là K-Jetronic. Hệ thống phun xăng K-Jetronic là hệ thống phun xăng cơ bản của các kiểu phun xăng điện tử hiện đại ngày nay. Các đặc điểm kỹ thuật của hệ thống phun xăng có thể tóm lược như sau:  Được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí- thuỷ lực.  Không cần những dẫn động của động cơ, có nghĩa là động tác điều chỉnh lưu lượng xăng phun ra do chính độ chân không trong ống hút điều khiển.  Xăng phun ra liên tục và được định lượng tuỳ theo khối lượng không khí nạp. 6
Hình 1: – Hệ thống phun xăng K-Jetronic  Sau K-Jetronic cịn được cải tiến thêm van tần số. Ở loại này người ta dùng van tần số để thay đổi áp suất buồng dưới của các bộ chênh lệch áp suất, mục đích là để điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp để cho động cơ hoạt động được tốt hơn.  Vào năm 1981 hệ thống K-Jetronic được cải tiến thành KE-Jetronic và nó được sản xuất hàng loạt vào năm 1984 và được trang bị trên các xe của hãng Mercedes. Hệ thống phun xăng KE-Jetronic được hãng BOSCH chế tạo dựa trên nền tảng của hệ thống K-Jetronic và K-Jetronic với van tần số. Các nhà thiết kế nhận thấy rằng ở hệ thống K-Jetronic với van tần số thì độ chính xác không cao lắm do các cảm biến sử dụng để nhận biết tình trạng làm việc của động cơ còn quá ít và việc sử dụng van tần số để hiệu chỉnh áp lực các buồng dưới, cũng như dùng bộ điều chỉnh áp lực theo nhiệt độ để hiệu chỉnh tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng các chế độ làm việc của động cơ là chưa hoàn thiện… Bởi vì các chế độ làm việc của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào thời gian mở và đóng của van tần số và sự thay đổi của áp suất điều chỉnh trên đỉnh piston. Nếu sự phối hợp cả hai yếu tố trên là không đồng bộ thì độ tin cậy làm việc của hệ thống là không đảm bảo. 7
Hình 2: Sơ đ kết cấu hệ thống phun xăng KE-Jetronic 1 – Thùng xăng; 2 – Bơm xăng; 3 – Bộ tích năng; 4 – Lọc xăng; 5 – Bộ điều áp xăng; 6 – Kim phun xăng; 7 – Đường ống nạp; 8 – Kim phun xăng khởi động lạnh; 9 – Bộ định lượng và phân phối nhiên liệu; 10 – Bộ đo lưu lượng không khí; 11 – Bộ điều chỉnh áp lực bằng điện; 12 – Cảm biến Oxy; 13 – Công tắc nhiệt-thời gian; 14 – Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 15 – Delco; 16 – Van khí phụ; 17 – Công tắc vị trí bướm ga; 18 – ECU; 19 – Công tắc máy; 20 – Ắc quy. Để khắc phục nhược điểm trên cũng như dựa vào cơ sở của hệ thống K- Jetronic với van tần số, các nhà chế tạo đã đưa ra loại KE-Jetronic. Ở hệ thống KE- Jetronic, tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng với các điều kiện hoạt động của động cơ dựa vào sự thay đổi áp lực nhiên liệu của các buồng dưới của các bộ chênh lệch áp suất, nhưng áp suất điều khiển ở trên đỉnh piston điều khiển là được giữ cố định. Các cảm biến bố trí xung quanh động cơ của KE-Jetronic được sử dụng nhiều hơn, tín hiệu từ các cảm biến được gửi về trung tâm điều khiển điện tử và 8
từ đó trung tâm điều khiển sẽ làm thay đổi áp suất trong hệ thống để đáp ứng tốt các yêu cầu làm việc của động cơ. Như vậy chúng ta thấy rằng ngoài việc định lượng nhiên liệu bằng cơ khí như K- Jetronic, hệ thống điện điều khiển của KE-Jetronic sẽ điều chỉnh lại lượng nhiên liệu cung cấp đến các kim phun dựa vào tình trạng làm việc của động cơ theo các chế độ tải, điều kiện môi trường, nhiệt độ động cơ… Ở hệ thống KE- Jetronic hình dạng phễu không khí được chế tạo sao cho tỷ lệ hỗn hợp luôn ở mức =1 cho tất cả các chế độ hoạt động của động cơ.  Đến năm 1984, người Nhật mới ứng dụng hệ thống phun xăng trên các xe của hãng Toyota. Sau đó các hãng khác như Nissan của Nhật cũng ứng dụng kiểu L-Jetronic thay cho bộ chế hoà khí.  Yêu cầu của hệ thống phun xăng.  Tỉ lệ không khí và nhiên liệu phải thích hợp với các chế độ làm việc của động cơ.  Hạt nhiên liệu cung cấp phải nhỏ và phần lớn phải ở dạng hơi.  Hỗn hợp phải đồng nhất trong xy lanh và như nhau ở mỗi xy lanh.  Điều khiển cắt nhiên liệu khi giảm tốc nhằm tiết kiệm được nhiên liệu và giải quyết được vấn đề ô nhiểm môi sinh.  Thời gian hình thành hỗn hợp phải đáp ứng tốt khi động cơ làm việc ở số vòng quay cao.  Hỗn hợp cung cấp phải phù hợp với sự ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất môi trường và nhiệt độ của động cơ.  Lượng nhiên liệu sử dụng phải có chất lượng tốt.  Do không sử dụng độ chân không để hút nhiên liệu như bộ chế hoà khí. Do vậy người ta tăng đường kính và chiều dài của đường ống nạp để làm giảm sức cản và tận dụng quán tính lớn của dòng khí để nạp đầy.  Lượng khí thải được kiểm tra để hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun cho chính xác… 9
2. HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI LÀ GÌ ? Mặc dù K-Jetronic và KE-Jetronic ra đời đã đáp ứng được tỷ lệ hỗn hợp theo yêu cầu của các chế độ làm việc của động cơ theo hướng cải thiện đặc tính tải, tiêu hao nhiên liệu kinh tế hơn, giảm ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên vẫn còn điều khiển bằng cơ khí kết hợp điện tử. Để đạt hiệu quả cao hơn người ta đã chế tạo ra loại phun xăng hoàn toàn điều khiển bằng điện tử (EFI). Hệ thống này cung cấp tỷ lệ khí hỗn hợp cho động cơ một cách tối ưu. Tùy theo chế độ hoạt động của ôtô, EFI điều khiển thay đổi tỷ lệ xăng – không khí một cách chính xác. Cụ thể ở chế độ khởi động trong thời tiết giá lạnh, khí hỗn hợp được cung cấp giàu xăng. Sau khi động cơ đã đạt nhiệt độ vận hành, khí hỗn hợp sẽ nghèo xăng hơn. Ở các chế độ cao tốc và tăng tốc khí hỗn hợp lại được cung cấp giàu xăng đúng yêu cầu. 2.1 Ƣu điểm của hệ thống EFI so với các loại hệ thống phun xăng khác. 2.1.1 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. 2.1.2 Có thể đạt đƣợc 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 10
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. 2.1.3 Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở bƣớm 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 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. 2.1.4 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 11
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. 2.2 Kết cấu cơ bản của EFI. 2.2.1 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. 12
Hệ thống điều Hệ thống Hệ thống Khiển điện tử Nhiên liệu Nạp khí Công tắc định thời Gian khởi động lạnh Nhiên liệu Lọc gió Các cảm biến Bơm nhiên liệu Cổ họng gió Cảm biến nhiệt độ nước Cảm biến nhiệt khí nạp Lọc nhiên liệu Cảm biến vị trí bướm ga Tín hiệu khởi đông Tín hiệu cảm biến oxy Vòi phun khởi Động lạnh Van khí phụ Tín hiệu đánh lửa(NE,G) Bộ ổn áp Khoang nạp khí ECU Điều khiển lượng Các vòi phun Đường ống nạp phun phun nhiên liệu Tín hiệu phun Cảm biến áp suất đường nạp Các xylanh Cảm nhận lượng khí nạp Hình 3: - Sơ đ kết cấu hệ thống phun xăng điện tử 13
1 - Thùng xăng; 2 – Bơm xăng; 3 – Lọc xăng; 4 – ECU; 5 – Kim phun; 6 – Bộ điều áp; 7 – Ống góp hút; 8 – Kim phun xăng khởi động lạnh; 9 – Cảm biến vị trí bướm ga; 10 – Cảm biến lưu lượng không khí nạp; 11 – Cảm biến Oxy; 12 – Công tắc nhiệt-thời gian; 13 – Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 14 – Delco (cảm biến tốc độ động cơ và vị trí piston); 15 – Van khí phụ; 16 – Ắcquy; 17 – Công tắc khởi động. Nhiều loại cảm biến sau đây thường xuyên cung cấp cho ECU thông tin về tình trạng của động cơ: Cảm biến lưu lượng không khí nạp,cảm biến cốt cam, cảm biến tốc độ động cơ, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến nhíệt độ nước làm mát, cảm biến oxy trong khí thải và cảm biến nhiệt độ không khí nạp. Các kim phun xăng được cung cấp nhiên liệu dưới áp suất không đổi nhờ bơm xăng điện và bộ điều áp xăng. ECU liên tục tiếp nhận thông tin từ các bộ cảm biến, xử lý các thông tin này bằng cách so sánh với các dữ liệu đã được cài đặt trong bộ nhớ vi xử lý. Sau đó nó quyết định thời điểm và thời lượng phun xăng bằng cách đặt điện áp vào cuộn dây solenoid trong kim phun. Cuộn dây solenoid sẽ được từ hóa khi ECU đặt điện áp vào. Lúc này từ trường sẽ hút lõi làm nhất van kim cho phun xăng. Lượng xăng phun ra nhiều hay ít tùy thuộc vào thời gian van kim mở dài hay ngắn. Khi ECU ngắt điện, cuộn dây solenoid mất từ tính, lò xo đẩy van kim đóng bệ van chấm dứt phun xăng. 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. 2.2.2 Ƣu điểm của hệ thống phun xăng điện tử so với bộ chế hòa khí thông thƣờng. Hệ thống phun xăng có nhiều ưu điểm hơn bộ chế hòa khí là: 1) Dùng áp suất làm tơi xăng thành những hạt bụi sương hết sức nhỏ. 14
2) Phân phối hơi xăng đồng đều đến từng xylanh một và giảm thiểu xu hướng kích nổ bởi hòa khí loãng hơn. 3) Động cơ chạy không tải êm dịu hơn. 4) Tiết kiệm nhiên liệu nhờ điều khiển được lượng xăng chính xác, bốc hơi tốt, phân phối xăng đồng đều. 5) Giảm được các khí thải độc hại nhờ hòa khí loãng. 6) Mômen xoắn của động cơ phát ra lớn hơn, khởi động nhanh hơn, xấy nóng máy nhanh và động cơ làm việc ổn định hơn. 7) Tạo ra công suất lớn hơn, khả năng tăng tốc tốt hơn do không có họng khuếch tán gây cản trở như động cơ chế hòa khí. 8) Hệ thống đơn giản hơn bộ chế hòa khí điện tử vì không cần đến cánh bướm gió khởi động, không cần các vít hiệu chỉnh. 9) Gia tốc nhanh hơn nhờ xăng bốc hơi tốt hơn lại được phun vào xylanh tận nơi. 10) Đạt được tỉ lệ hòa khí dễ dàng. 11) Duy trì được hoạt động lý tưởng trên phạm vi rộng trong các điều kiện vận hành. 12) Giảm bớt được các hệ thống chống ô nhiễm môi trường. 2.3 Phân loại hệ thống phun xăng. 2.3.1 Phân loại theo điểm phun. a. Hệ thống phun xăng đơn điểm (TPI): Kim phun đặt ở cổ ống góp hút chung cho toàn bộ các xi lanh của động cơ, bên trên bướm ga. b. Hệ thống phun xăng đa điểm(MPI): Mỗi xy lanh của động cơ được bố trí 1 vòi phun phía trước xupáp nạp. 15
Heä thoáng MPI Heä thoáng TPI Hình 4: Các kiểu phun 2.3.2 Phân loại theo phƣơng pháp điều khiển kim phun. a. Phun xăng điện tử:Được trang bị các cảm biến để nhận biết chế độ hoạt động của động cơ (các sensors) và bộ điều khiển trung tâm (computer) để điều khiển chế độ hoạt động của động cơ ở điều kiện tối ưu nhất. b. Phun xăng thủy lực:Được trang bị các bộ phận di động bởi áp lực của gió hay của nhiên liệu. Điều khiển thủy lực sử dụng cảm biến cánh bướm gió và bộ phân phối nhiên liệu để điều khiển lượng xăng phun vào động cơ. Có một vài loại xe trang bị hệ thống này. c. Phun xăng cơ khí:Được điều khiển bằng cần ga, bơm cơ khí và bộ điều tốc để kiểm soát số lượng nhiên liệu phun vào động cơ. 2.3.4 Phân loại theo thời điểm phun xăng . a. Hệ thống phun xăng gián đoạn:Đóng mở kim phun một cách độc lập, không phụ thuộc vào xupáp. Loại này phun xăng vào động cơ khi các xupáp mở ra hay đóng lại. Hệ thống phun xăng gián đoạn còn có tên là hệ thống phun xăng biến điệu. b. Hệ thống phun xăng đồng loạt:Là phun xăng vào động cơ ngay trước khi xupáp nạp mở ra hoặc khi xupáp nạp mở ra. Áp dụng cho hệ thống phun dầu. 16
c. Hệ thống phun xăng liên tục:Là phun xăng vào ống góp hút mọi lúc. Bất kì lúc nào động cơ đang chạy đều có một số xăng được phun ra khỏi kim phun vào động cơ. Tỉ lệ hòa khí được điều khiển bằng sự gia giảm áp suất nhiên liệu taị các kim phun. Do đó lưu lượng nhiên liệu phun ra cũng được gia giảm theo. 2.3.5 Phân loại theo mối quan hệ giữa các kim phun. a. Phun theo nhóm đơn:Hệ thống này, các kim phun được chia thành 2 nhóm bằng nhau và phun luân phiên. Mỗi nhóm phun một lần vào một vòng quay cốt máy. b. Phun theo nhóm đôi:Hệ thống này, các kim phun cũng được chia thành 2 nhóm bằng nhau và phun luân phiên. c. Phun đồng loạt:Hệ thống này, các kim phun đều phun đồng loạt vào mỗi vòng quay cốt máy. Các kim được nối song song với nhau nên ECU chỉ cần ra một mệnh lệnh là các kim phun đều đóng mở cùng lúc. d. Phun theo thứ tự:Hệ thống này, mỗi kim phun một lần, cái này phun xong tới cái kế tiếp. 2.4 Kết cấu của hệ thống phun xăng điện tử EFI. Ngày nay hầu hết các động cơ xăng đều sử dụng hệ thống phun xăng thay cho bộ chế hòa khí. Các hang xe lớn như Toyota, Daewoo, Honda, Ford… đều phát triển các công nghệ phun xăng để đạt hiệu quả tối ưu nhất. Khi động cơ hoạt động với nhiệt độ và tải trọng bình thường, hiệu suất cháy tối ưu của nhiên liệu xăng đạt được khi tỉ lệ không khí/nhiên liệu là: 14,7/1. Khi động cơ lạnh hoặc khi tăng tốc đột nghột thì tỉ lệ đó phải thấp hơn có nghĩa nhiên liệu đậm đặc hơn. Hoặc khi động cơ hoạt động ở vùng cao, không khí loãng hơn thì tỉ lệ không khí/nhiên liệu lại phải cao hơn (nhiều không khí hơn). Các hoạt động đó được ECU thu nhận và điều khiển chính xác. 17
Hình 5. Khái quát hệ thống phun xăng EFI.  Nhiên liệu có áp suất cao từ thùng xăng đến kim phun nhờ vào một bơm xăng đặt trong thùng xăng hoặc gần đó. Nhiên liệu được đưa qua bầu lọc trước khi đến kim phun.  Nhiên liệu được đưa đến kim phun với áp suất cao không đổi nhờ có bộ ổn áp. Lượng nhiên liệu không được phân phối đến họng hút nhờ kim phun được quay lại thùng xăng nhờ một ống hồi xăng. 2.4.1 Hệ thống điều khiển điện tử phun xăng: • Bao gồm các cảm biến động cơ, ECU, khối lắp ghép kim phun và dây điện. • ECU quyết định việc cung cấp bao nhiêu nhiên liệu cần thiết cho động cơ thông qua các tín hiệu phát ra từcác cảm biến . • ECU cấp tín hiệu điều khiển kim phun chính xác theo thời gian: Xác định độrộng của xung đưa đến kim phun hoặc thời gian phun đểtạo ra một tỷlệxăng không khí thích hợp. 18
Hình 6. Sơ đ tổng quát khối điều khiển 2.4.2 Khối tín hiệu. Khối này bao gồm các cẩm biến xác định tình trạng động cơ báo về cho ECU. Sử dụng cảm biến để thu nhận các biến đổi về nhiệt độ, sự chuyển dịch vị trí của các chi tiết, độ chân không…Chuyển đổi thành các dạng tín hiệu điện mà có thể lưu trữ trong bộ nhớ, truyền đi, so sánh.  Cảm biến nhiệt độ nước làm mát: Nhận biết nhiệt độ động cơ  Cảm biến nhiệt độ khí nạp: Nhận biết nhiệt độ khí nạp  Cảm biến MAP: Nhận biết áp suất tuyệt đối đường ống nạp  Cảm biến oxy: Nhận biết lượng oxy có trong khí thải.  Cảm biến G, NE: Nhận biết vị trí trục cam. Trục khủy 19
 Cảm biến vị trí bướm ga: Nhận biết độ mở cánh bướm ga  Tín hiệu khởi động: Nhận biết tình trạng khởi động động cơ 2.4.3 Khối xử lý (ECU). Khối xử lý ECU là sự tập hợp của nhiều modul khác nhau : ổn áp, mạch khuyếch đại, chuyển đổi Analog sang Digital và ngược lại, vi điều khiển, thạch anh tạo dao động, mạch tách tín hiệu…Tất cả được tích hợp trên một bo mạch cứng qua đó tín hiệu được truyền cho nhau với tốc độ nhanh hơn tiết kiệm năng lượng hơn và ổn định . a. Bộ ổn áp. Máy phát điện và acquy trong ôtô cung cấp điện áp 12V không ổn định, lúc cao hơn lúc thấp hơn. Chíp vi điều khiển và các cảm biến với những linh kiện 20