Đồ Án Môn Học Tính Toán Thiết Kế Ôtô.pdf

Đồ án môn học tính toán thiết kế ôtô 1 Lời Nói Đầu Ngày nay khi ngành công nghiệp ôtô trên thế giới và trong nước đang ngày càng đi lên và đạt được nhiều thành tích đáng kể thì vấn đề nghiên cứu và họ[.]

Lời Nói Đầu Ngày nay khi ngành công nghiệp ôtô trên thế giới và trong nước đang ngày càng đi lên và đạt được nhiều thành tích đáng kể thì vấn đề nghiên cứu và học tập

về ngành động lực nói chung cũng như ôtô nói riêng trở nên rất cần thiết Việc khảo sát cụ thể hệ thống phun xăng điều khiển điện tử giúp em có một cái nhìn cụ thể hơn, sâu sắc hơn về vấn đề này Đây cũng là lý do mà đã khiến em chọn đề tài này làm đề tài đồ án với mong muốn góp phần nghiên cứu sâu hơn về hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ xăng, để từ đó có thể đưa ra được các giải pháp

về các vấn đề hư hỏng thường gặp ở hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ này

Do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo còn ít và điều kiện thời gian không cho phép nên đồ án bộ môn của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong các thầy cô giáo trong bộ môn chỉ bảo để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn “Chu Đức

Hùng”, các thầy cô giáo trong khoa Động lực cùng tất cả các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này

Chương 1 Tổng quan về hệ thống phun xăng điện tử EFI

1

1.1 Khái niệm về phun xăng điển tử:

Chữ EFI ở phía sau thân của các ôtô đời mới và trên động cơ là chữ viết tắt của Electronic fuel injection, có nghĩa là hệ thống phun xăng điều khiển bằng điện

tử hệ thống này cung cấp xăng hỗn hợp khí một cách hoàn hảo Tuy nhiên, tùy theo chế độ làm việc của ô tô mà EFI thay đổi tỷ lệ khí nhiên liệu để luôn luôn cung cấp cho động cơ một hỗn hợp khí tối ưu Cụ thể ở chế độ khởi động trong thời tiết giá lạnh hỗn hợp khí được cung cấp giàu xăng hơn, sau khi động cơ đã đủ nhiệt độ vận hành hỗn hợp khí sẽ nghèo xăng hơn ở chế độ cao tốc lại được cung cấp hỗn hợp khí giàu xăng trở lại

Ôtô sử dụng một trong hai thiết bị hay hệ thống để cung cấp hỗn hợp khi- nhiên liệu với một tỷ lệ nhất định đến các xylanh của động cơ tại tất cả các dải tốc độ; một bộ chế hòa khí hay hệ thống phun xăng điển tử cả hai hệ thống đo lường khí nạp mà thay đổi theo góc mở của bướm ga và tốc độ động cơ, đều cung cấp một tỷ lệ nhiên liệu và không khí thích hợp đến các xylanh phụ thuộc vào lượng khí nạp

Do kết cấu của chế hòa khí khá đơn giản, nó đã được sử dụng trên hầu hết các động cơ xăng trước đây Mặc dù vậy, để đáp ứng các nhu cầu hiện nay về khí

xả sạch hơn, tiêu hao nhiên liệu kinh tế hơn, cải thiện khả năng tải… , bộ chế hòa khí ngày nay phải được lắp đặt các thiết bị hiệu chỉnh khác, làm cho nó trở nên phức tạp hơn rất nhiều

Do vậy, hệ thống EFI được sử dụng thay thế cho chế hòa khí, đảm bảo tỷ lệ

khí –nhiên liệu thích hợp cho động cơ bằng việc phun nhiên liệu điển tử theo các

chế độ lái xe khac nhau

Hình vẽ: hệ thống EFI điển hình 1.2 lịch sử phát triển:

Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người mỹ ông Stenvan đã nghĩ ra cách phun nhiên

liệu cho một máy nén khí Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên

liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả Đầu thế kỷ 20, người Đức áp

dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 kỳ tĩnh tại ( nhiên liệu dùng trên

động cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu quả thấp ) Tuy nhiên, sau đó

sáng kiến này đã rất thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí

Trong hệ thống phun xăng này nhiên liệu được phun trực tiếp vào trước xupap hút nên có tên goi là K - Jetronic K - Jetronic được đưa vào sản xuất ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE - Jetronic, Mono – Jetronic, L – Jetronic, Motronic…

Do hệ thống phun xăng cơ khí có nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80, BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun xăng sử dụng kim phun điều khiển bằng điện,

có hai loại : hệ thống L – Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định nhờ cảm biến

đo lưu lượng khí nạp ) và D – Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định dựa vào áp suất trên đường ống nạp)

Đến năm 1984, người Nhật đã mua bản quyền của BOSCH và đã ứng dụng

hệ thống phun xăng L – Jetronic và D – Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dung với động cơ 4A – ELU) Đến những năm 1987 , hãng Nissan dung L – Jetronic thay bộ chế hòa khí của xe Sunny

Việc điều khiển EFI có thể chia làm hai loại, dựa trên sự khác nhau về

phương pháp dung để xác định lượng nhiên liệu phun

Một là một loại mạch tương tự, loại này điều khiển lượng phun dựa vào thời gian cần thiết để nạp và phóng vào tụ điện Loại khác là loại được điều khiển bằng

vi xử lý,loại này sử dụng dữ liệu lưu trong bộ nhớ để xác định lượng phun

Loại hệ thống EFI điều khiển bằng mạch tương tự là loại được Toyota sử dụng lần đầu tiên trong hệ thống EFI của nó Loại điều khiển bằng vi xử lý được bắt đầu sử dụng vào năm 1983

Loại hệ thống EFI điều khiển bằng bôn vi xử lý được sử dụng trong xe của Toyota gọi là TCCS (Toyota computer controlled system – 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 điển tự) để điều khiển thời điểm đánh lửa ; ISC (Idle speed control – điều khiển tốc độ không tải) và các hệ thống

điều khiển khác cũng như chức năng chẩn đoán và dự phòng Hai hệ thống này có

thể phân loại như sau:

Sơ đồ phân loại hệ thống phun xăng điển tử

Loại EFI mạch tương tự và vi điều khiển bằng bộ vi xử lý về cơ bản là giống

nhau, nhưng có thể nhận thấy một vài điểm khác nhau như các lĩnh vực điều khiển

và độ chính xác

1.3 Phân loại hệ thống phun xăng:

Hệ thống phun nhiên liệu có thể được phân loại theo nhiều kiểu nếu phân biệt theo cấu tạo kim phun, ta có 2 loại:

1.3.1 loại CIS :

Đây là hệ thống kiểu sử dụng kim phun cơ khí, chỉ sự dụng trên một số động

cơ, bộ phun mở lien tục, sự thay đổi áp suất đối với nhiên liệu sẽ làm thay đổi lượng nhiên liệu được phun Gồm bốn loại cơ bản sau:

• Hệ thống K – Jectronic: Đây là hệ thống phun nhiên liệu được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí và thủy lực sau đó được cải thiện thành hệ thống KE –

Jectronic với hệ thống ECM mạnh hơn Là hệ thống phun xăng cơ bản của các kiểu phun xăng điển tự ngày nay Nó có các đặc điểm như không cần những cơ cấu dẫn động của động cơ, có nghĩa là động tác điều chỉnh xăng phun ra do chính độ chân không trong ống hút điều khiển.xăng phun ra lien tục cà được xác định tùy theo khối lượng không khí nạp Được sử dụng cho các xe như Audi : coupe, Quattro,

80, 90, 100, 200 xe BMW: 318, 520…

• Hệ thống K – Jectronic có cảm biến khí thải: Có thêm cảm biến oxy

• Hệ thống KE – Jectronic: Là hệ thống được phát triển từ hệ thống K –

Jectronic với mạch điều chỉnh áp lực phun bằng điện tử

lượng không khí đang nạp vào và tín hiệu về vận tốc trục khuỷu của động cơ Chức năng của L – Jectronic là cung cấp cho từng xylanh động cơ một lượng xăng đáp ứng nhiều chế độ tải khác nhau của động cơ Một hệ thống các bộ cảm biến ghi nhận thông tin về chế độ làm việc của ôtô, về tình trạng thực tế của động cơ,

chuyển đổi các thông tin này thành tín hiệu điện ECU sẽ xử lý, phân tích các thông tin nhận được và tính toán chính xác lượng xăng cần phun ra Lưu lượng phun xăng phun ra ấn định do thời lượng mở van của béc phun xăng

• D – Jectronic: Với lượng xăng phun được xác định bởi áp suất sau cánh bướm ga bằng cảm biến MAP

Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun , ta có thể chia hệ thống phun xăng thành hai loại:

➢ Loại TBI(throttle body injection): Phun xăng đơn điểm, gồm một hoặc hai béc phun xăng và phun trực tiếp vào cánh bướm ga tại đầu họng hút

➢ Loại MPI(multi points injection): Phun xăng đa điểm, trên hệ thống phun xăng này động cơ có bao nhiêu xy lanh thì sẽ có bây nhiêu kim phun béc phun xăng Béc được bố trí xịt xăng vào ngay cửa hút gần sát xu páp hút Hệ thống phun xăng điển tử đa điểm là hệ thống định lượng và điều khiển hiện đại nhất hiên nay,

nó tối ưu cả hai quá trình phun xăng và đánh lửa của động cơ

Gx

⁄ )

Với m= 14,7:1 – đủ không khí, ta có α=1 và có hòa khí chuẩn (lý tưởng) Với m >14,7:1 – dư không khí, ta có α >1 và có hòa khí nhạt (nghèo xăng) Với m <14,7:1 – thiếu không khí, ta có α <1 và có hòa khí đậm (giàu xăng) Thành phần hòa khí gây ảnh hưởng lớn tới tính năng hoạt động của xe đòi hỏi một thành phần hòa khí nhất định

Hình vẽ 1.1: biến thiên cua tỷ số không khí – nhiên liệu theo điều kiện hoạt

động của xe Ký hiệu :

A: khởi động

B: cầm chừng

C: bướm ga mở một phần

D: gia tốc

E: bướm ga mở hoàn toàn

Hình trên giới thiệu các thành phần hòa khí nhất định.hình 1.2 giới thiệu các

các hòa khí yêu cầu động cơ khi hoạt đông ở các chế độ khác nhau Lúc khởi

động lạnh yêu cầu hòa khí đậm ( m ≈ 9:1), ở tốc độ trung bình bướm ga mở

một phần m ≈ 15:1 Khi mở bướm ga đột ngột để tăng tốc, cũng phải làm

đậm tạm thời cho hòa khí , nếu không xe sẽ chết máy Hòa khí cũng được

làm đậm m ≈ 13:1 khi mở rộng bướm ga (vì lúc này cần đốt hết ôxy trong

buồng cháy để phát hết công suất)

Hình vẽ 1.2: biến thiên của hiệu suất bộ xúc tác hóa khử theo tỷ số m (không khí – nhiên liệu)

Với thành phần hòa khí m ≈ 14,7:1 động cơ đạt các chỉ tiêu công suất cao cũng như suất tiêu thụ nhiên liệu thấp, đồng thời hiệu suất khử độc hại của bộ xúc tác hóa khử ba dòng là cao nhất Từ đó có thể thấy việc định lượng chính xác số xăng theo tỷ số không khí nhiên liệu m của hòa khí cấp cho động cơ trở thành vấn đề cốt lõi của hệ thống nhiên liệu

EFI có thể chia thành ba hệ thống cơ bản: Hệ thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống điều khiển điện tử và hệ thống nạp khí

2.2.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu:

Hệ thống cung cấp nhiên liệu đảm nhiệm các chức năng là:

− Hút xăng từ thùng chứa để bơm đến các béc phun

− Tạo áp suất cần thiết để phun xăng

− Duy trì áp suất nhiên liệu cố điịnh trong ống chia béc phun (fuel rail)

Trong hệ thống phun xăng điện tử, hệ thống cung cấp nhiên liệu bao gồm năm bộ phận chính sau đây:

− Bơm xăng điện

− Bộ lọc xăng

− ống chia xăng của các béc phun

− Bộ điều áp xăng (pressure regulator)

− Các béc phun xăng

lượng xăng nhiều hơn mức yêu cầu tối đa của động cơ Yếu tố này tạo được áp suất cần thiết trong mạch ở bất kỳ chế độ hoạt động nào của động cơ Bơm được thiết kế van chặn bố trí tại cửa thoát của bơm xăng ngăn không cho xăng tháo lui thùng chứa khi bơm nhiên liệu ngừng bơm Van giới hạn áp suất giới hạn áp suất xăng đi Khi nối mạch công tắc máy và công tắc khởi động thì bơm xăng hoạt động tức thì và lien tục sau khi khởi động xong Bơm xăng điện được bố trí trực tiếp kế bên thùng chứa xăng và không đòi hỏi phải bảo trì bảo dưỡng

b) Bầu lọc xăng: Nó có công dụng lọc sạch các tạp chất trong xăng nhằm bảo vệ các béc phun xăng Bầu lọc có hai phần tử lọc: Một lõi lọc bằng giấy và

một tấm lọc Độ xốp của lõi giấy khoảng 10m Xăng phải chiu xuyên qua lõi giấy và tấm lọc trước khi chảy vào bộ phân phối Lõi lọc phảu được thay mới đúng định kỳ Trong quá trình lắp ráp cần lưu ý chiều nũi tên chỉ hướng vào và

ra

kho chứa nhiên liệu của các béc phun Dung tích của nó lớn hơn nhiều lần so với lượng xăng cần thiết cung cấp cho chu kỳ hoạt động của động cơ Nhờ vậy tránh được tình trạng làm thay đổi áp suất trong ống chia Ống chia có công dụng sau đây:

− Cung cấp xăng đồng đều cho các béc phun dưới áp suất bằng nhau

− Làm nơi gá lắp các béc phun và giúp cho việc tháo ráp các béc phun được dễ dàng

d) Bộ điều áp nhiên liệu:

Trong mạch cung cấp nhiên liệu, bộ điều áp có công dụng cố định áp suất nhiên liệu trong ống chia xăng của các béc phun Việc điều áp này rất cần thiết, vì nhờ áp suất xăng không đổi nên lượng xăng phun ra chỉ còn phụ thuộc vào một yếu

tố duy nhất là thời gian mở van cho béc phun xăng hay thời lượng phun xăng

Bộ điều áp xăng được lắp đặt ở phía cuối ống xăng chia các béc phun Nó duy trì áp suất khoảng 2,5 đến 3 bar tùy theo kiểu thiết kế

e) Béc phun xăng: Béc phun xăng thuộc loại điện từ được điều khiển do hộp ECU động cơ, béc có chức năng phun vào cửa nạp ở xupap hút một lượng xăng đã được định lượng chính xác Mỗi xy lanh động cơ có riêng cho nó một béc xăng (ở

hệ thống phun xăng đa điểm) Còn ở hệ thống phun xăng đơn điểm thì có một hoặc hai béc xăng cho tất cả các xy lanh Béc phun hoạt động nhờ xôlênoy Mỗi khi

nhận được tín hiệu điện của ECU, cuộn dây xôlênoy được từ hóa và dẫn động van

kim mở cho xăng phun ra

Hình vẽ 1.3 vòi phun xăng kiểu điện tử:

1-lọc xăng; 2-đầu nối điện; 3-cuộn dây kích từ; 4-lõi từ tính; 5-kim phun;

6-đầu kim phun; 7- dàn phân phối xăng; 8-chụp bảo vệ; 9,10-joăng

Trên hình 1.3 giới thiệu kết cấu của một béc phun xăng Khi chưa có dòng

điện chạy qua cuộn dây của xôlênoy, lò xo ấn kim phun bịt kin lỗ phun, đây là

trạng thái đóng của béc Đến lúc ECU đánh tín hiệu đặt một điện áp vào cuộn dây

xôlênoy, nam châm điện sẽ nhấc lõi từ và kim phun lên khoảng 0,1 ly và xăng

được phun vào đường nạp Đầu của van kim có chuôi hình dáng đặc biệt giúp tán sương nhiên liệu xịt ra Thời gian mở và đóng béc phun xăng xảy ra trong khoảng khắc từ 1 đến 1,5 mili giây

Để phân phối tốt tia xăng phun vào cửa nạp xy lanh, tránh tổn thất do bị ngưng đọng, người ra phải bố trí lắp đặt béc phun thế nào cho vách ống góp hút không bị đẫm nhiên liệu Điều này có nghĩa là góc phun của các tia xăng xũng như khoảng cách giữa các béc phun và xupáp hút phải được tính toán thật chính xác và phải được duy trì cố định

Các béc phun xăng được gá lắp trên các vòng đệm cao su đặc biệt Các vòng đệm này giúp béc phun không bị rung động, đồng thời được cách nhiệt tốt với động cơ tránh hiện tượng tạo bọt hơi xăng bên trong béc phun

2.2.2 Hệ thống điều khiển điện tử:

Trong hệ thống phun xăng điển tử, các bộ cảm biến có chức năng theo dõi,

dò tìm, nhận biết tình hình và chế độ hoạt động cụ thể của động cơ để báo lên ECU bằng các tín hiệu điện Hệ thống các bộ cảm biến cùng với bộ vi xử lý và điều khiển ECU hình thành hệ thống điều khiển trung ương

Nhận được thông tin của các bộ cảm biến, ECU sẽ đánh giá và xử lý thông tin, sau đó ra lệnh cho hệ thống phun xăng cung cấp một lượng nhiên liệu chính xác thich hợp cho chế độ đang hoạt động của động cơ

a) Cảm biến đo lượng khí nạp vào xy lanh động cơ:

Chế độ tải của động cơ được ghi nhận bằng chính khối lượng do động cơ hút.Hệ thống đo lường khối lượng không khí nạp hoạt động cực kỳ chính xác Nó

có khả năng đo lường chính xác trong cả tình huống mòn khuyết của động cơ thei thời gian sử dụng ôtô Như chúng ta đã biết, trước khi được nạp vào xy lanh động

cơ, khối lượng không khí nạp phải lưu thông xuyên qua bộ cảm biến không khí nạp hay thiết bị đo gió Điều này có nghĩa là trong quá trình tăng tốc, tín hiệu thông tin

về dòng khí rời bộ cảm biến để đến ECU trước khi khối lượng không khí này thực

sự được nạp vào bên trong xy lanh động cơ Đặc điểm này cho hệ thống phun xăng điển tử cung cấp được một tỷ lệ hỗn hợp khí chính xác, tối ưu và kịp thời vào bất

kỳ thời điểm nào trong suốt quá trình thay đổi tải trọng của động cơ Có các loại thiết bị đo khí nạp thường được trang bị trên hệ thống phun xăng điện tử là:

− Thiết bị đo khí nạp kiểu mâm đo

− Thiết bị đo khí nạp kiểu dây nung nóng

− Thiêt bị đo khí nạp kiểu phim nung nóng

− Thiết bị đo khí nạp kiểu phim nung nóng

− Thiết bị đo khí nạp kiểu dòng xoáy lốc Karman

− Bộ cảm biến chân không tuyệt đối trong ống góp hút MAP

b) Cảm biến vị trí chân ga (throttle – position sensor):

Vị trí lắp đặt bướm ga và bộ cảm biến trên họng hút không khí Cảm biến vị trí bướm ga được lắp đặt trên trục bướm ga Chức năng của cảm biến này là

chuyển đổi góc mở lớn bé khác nhau của bướm ga thành tín hiệu điện áp chuyển về cho ECU Tùy theo đời ôtô ta thường thấy hai kiểu cảm biến vị trí bướm ga: kiểu tiếp điểm và kiểu cần trượt

c) Cảm biến nhiệt độ không khí nạp (air-temperature sensor):

Nếu nhiệt độ không khí cao, tỷ trọng không khí sẽ giảm Ngược lại nếu nhiệt

độ không khí thấp, tỷ trọng của không khí sẽ tăng Trong cùng một kỳ hút của piston động cơ, nếu trong thời tiết se lạnh sẽ hút một lượng không khí nhiều hơn so với lúc khí trời nóng Nói một cách khác, khối lượng của khối khí nạp vào xylanh động cơ tùy vào nhiệt độ của không khí Bộ cảm biến nhiệt độ không khí nạp có

chức năng cung cấp cho ECU điều khiển phun ra lượng xăng chính xác tạo được tỷ

lệ khí hỗn hợp tối ưu Nếu nhiệt độ khí nạp cao hơn 20 độ thì ECU sẽ điều khiển giảm lượng xăng phun ra và ngược lại Bộ cảm biến được lắp đặt, bố trí trong thiết

bị đo gió kiểu cánh van hay bố trí trong bầu lọc không khí của hệ thống nạp không khí trang bị MAP

d) Cảm biến ôxy trong khí thải (oxygen sensor):

Bộ cảm biến ôxy được lắp đặt trong ống thoát khí thải Công dụng của cảm biến là theo dõi, ghi nhận lượng ôxy còn sót lại trong khí thải để báo cho ECU Nếu lượng ôxy còn nhiều chứng tỏ khí hỗn hợp nghèo xăng, ECU sẽ điều chỉnh phun thêm xăng Nếu lượng ôxy còn ít chứng tỏ hỗn hợp giàu xăng, ECU sẽ giảm bớt lượng xăng phun ra

e) ECU động cơ:

ECU tiếp nhận thông tin về chế độ đang hoạt động của động cơ do hệ thống các bộ cảm biến cung cấp ECU xử lý các thông tin này và quyết định phát tín hiệu điều khiển mở béc phun xăng, lượng xăng phun ra nhiều hay ít tùy thuộc vào độ dài thời gian mở van kim của béc xăng, có nghĩa là tùy thuộc vào thời lượng mở van phun xăng

Trên ôtô, hộp ECU động cơ của hệ thống phun xăng điển tử EFI là một hộp kim loại được lắp đặt vào nơi thoáng mát, không bị ảnh hưởng của nhiệt độ động

cơ Thông tin về vận tốc trục khuỷu và thông tin về khối lượng không khí nạp là hai yếu tố cơ bản quyết định độ dài của thời gian mở van béc phun xăng

2.2.3 Hệ thống nạp khí:

a) Bầu lọc khí:

Bầu lọc khí có tác dụng lọc sạch không khí trước khi đưa vào cổ họng gió và

đi vào đường ống nạp

b) Bướm ga:

Lượng khí đi vào động cơ phụ thuộc vào độ mở của bướm ga Bướm ga mở càng rộng thì lượng khí đi vào động cơ càng nhiều và ngược lại bướm ga mở nhỏ thì lượng khí đi vào động cơ ít đi

c) Cổ họng gió:

Cổ họng gió bao gồm:Bướm ga để điều khiển lượng không khí nạp trong quá trình hoạt động của động cơ Một đường khí phụ để cho phép một lượng nhỏ không khí đi vào trong quá trình chạy không tải Một cảm biến vị trí bướm ga để nhận biết góc mở bướm ga Một số loại cổ họng gió còn trang bị một bộ đệm chân

ga để cho phép bướm ga trả từ từ khi nó đóng lại hay van khí phụ loại sáp

a) Chế độ khởi động lạnh:

Ở chế độ khởi động lạnh, cần phải phun thêm nhiều xăng hơn bình thường

vì thời tiết lạnh làm cho xăng bốc hơi kém và bị ngưng đọng trên vách ống góp

hút, do đó phải cung cấp nhiều xăng hơn để xylanh động cơ có thể nhận đủ số xăng cần thiết giúp khởi động được Số xăng phun thêm này được thực hiện nhờ béc phun khởi động lạnh phun xăng vào trong ống góp

b) Quá trình sưởi nóng động cơ:

Quá trình sưởi nóng động cơ được thực hiện tiếp theo ngay sau khi chấm quá trình khởi động lạnh Vì mặc dù động cơ đã nổ nhưng vách xylanh động cơ vẫn còn lạnh làm cho xăng khó bốc hơi, hậu quả là khí hỗn hợp vẫn nghèo xăng

Để sưởi nóng tốt động cơ, phải phun ra lượng xăng nhiều hơn bình thường từ hai đến ba lần ngay sau khi béc phun khởi động ngưng

c) Chế độ tăng tốc bốc máy:

Lúc cần vượt nhanh qua mặt một xe khác lưu thông cùng chiều, phải tăng tốc cho xe tức thì Ở chế độ này bướm ga mở đột ngột khối lượng không khí nạp vào nhiều trong xylanh làm cho khí hỗn hợp nghèo xăng Khi ECU nhận được tín hiệu tăng tốc nhờ bộ cảm biến lưu lượng dòng khí nạp Khi bướm ga mở lớn đột xuất, khối lượng khí nạp tăng vọt lên, mâm đo của bộ cảm biến dòng khí nạp xoay dịch chuyển một góc lớn hơn Hộp ECU nhận được tín hiệu này sẽ chỉ huy phun thêm nhiên liệu, điều chỉnh tỷ lệ khí hỗ hợp để có hệ số dư lượng không khí λ = 0,9

d) Làm giàu khí hỗn hợp ở chế độ toàn tải:

Ở chế độ toàn tải, động cơ phát huy công suất tối đa, vì vậy cần phải cung cấp cho động cơ một lượng khí hỗn hợp giàu xăng hơn so với chế độ tải một phần Việc điều chỉnh thêm xăng cần thiết này được lập trình sẵn trong bộ xử lý và điều khiển điện tử ECU Bộ ECU nhận được thông tin về chế độ toàn tải nhờ công tắc

vị trí bướm ga hay cảm biến vị trí bướm ga

e) Kiểm soát vận tốc ralăngti:

Cơ cấu này sẽ giúp điều chỉnh hỗn hợp khí căn bản duy trì động cơ nổ cầm chừng, để cho vận tốc vận tốc cầm chừng được êm và ổn định, cơ cấu kiểm soát vận tốc cầm chừng sẽ tăng thêm vận tốc trục khuỷu ở chế độ ralăngti Việc tăng tốc này cũng giúp rút ngắn thời gian nổ máy sưởi nóng động cơ

Chương 2

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ 1TR-FE dung trên xe

innova G

1 Giới thiệu chung về động cơ 1TR-FE trên xe innova:

Toyota Innova có 2 loại: Innova G và Innova J

Loại xe Innova G Innova J

Động cơ

Bảng: 2.3

Mô men xoắn tối đa 182/4000 (N.m/rpm)

Độ nhớt /cấp độ của dầu bôi

Bảng: 2.4

thanh cân bằng

bên

Phanh trước Đĩa thông gió

Mâm đúc

195/70R14 Thép, chụp kín

Động cơ 1TR-FE lắp trên xe Innova của hãng Toyota là loại động cơ xăng thế

hệ mới, 4 xy lanh thẳng hàng, dung tích xylanh 2,0lít trục cam kép DOHC 16 xupap dẫn động bằng xích thông qua con đội thuỷ lực với hệ thống van nạp biến thiên thông minh VVT-i Động cơ có công suất 100Kw/5600v/p có hệ thống đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng điện tử và hệ thống nhiên liệu phun trực tiếp điều khiển bởi ECU

2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ 1TR-FE trên xe innova G: 2.1 Sơ đồ cấu tạo:

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 1TR-FE

1:Bình Xăng; 2:Bơm xăng điện; 3:Cụm ống của đồng hồ đo xăng và bơm; 4:Lọc Xăng; 5:Bộ lọc than hoạt tính; 6:Lọc không khí; 7:Cảm biến lưu lượng khí nạp; 8:Van điện từ; 9: Môtơ bước; 10:Bướm ga; 11:Cảm biến vị trí bướm ga; 12:Ống góp nạp; 13:Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 14:Bộ ổn định áp suất;15:Cảm biến vị trí trục cam; 16:Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu; 17:Ống phân phối nhiên liệu; 18:Vòi phun; 19:Cảm biến tiếng gõ; 20:Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 21:Cảm biến vị trí trục khuỷu; 22:Cảm biến ôxy

2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng động cơ 1TR-FE:

Nhiên liệu được hút từ bình nhiên liệu bằng bơm cánh gạt qua bình lọc nhiêu liệu để lọc sách các tạp chất sau đó tới bộ giảm rung, bộ phận này có nhiệm vụ hấp thụ các dao động nhỏ của nhiên liệu sự phun nhiện liệu gây ra Sau đó qua ống phân phối, ở cuối ống phân phối có bộ ổn định áp suất nhằm điều khiển áp suất của dòng nhiên liệu và giữ cho nó luôn ổn định Tiếp đến nhiên liệu được đưa tới vòi phun dưới sự điều khiển của ECU vòi phun sẽ mở ra nhiên liệu được phun vào buồng cháy để động cơ hoạt động nhiên liệu thừa sẽ được đưa theo đường hồi trở

về bình nhiên liệu Các vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào ống nạp tùy theo các tín hiệu phun của ECU Các tín hiệu phun của ECU sẽ được quyết định sau khi nó nhận được các tín hiệu từ các cảm biến và nhiên liệu sẽ được ECU điều chỉnh phù hợp với tình trạng hoạt động của động cơ

Chương 3 Phân tích đặc điểm kết cấu của hệ thống phun xăng điện tử của động cơ

1TR-FE trên xe innova G

1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận chính:

1.1 bơm nhiên liệu:

Bơm nhiên liệu là loại bơm cánh gạt được đặt trong thùng xăng, do đó loại bơm này ít sinh ra tiếng ồn và rung động hơn so với loại trên đường ống Các chi tiết chính của bơm bao gồm: Mô tơ, hệ thống bơm nhiên liệu, van một chiều, van

an toàn và bộ lọc được gắn liền thành một khối

Hình 3.1: Kết cấu của bơm xăng điện

1:Van một chiều; 2:Van an toàn; 3:Chổi than; 4:Rôto; 5:Stato; 6,8:Vỏ bơm;

7,9:Cánh bơm; 10:Cửa xăng ra; 11:Cửa xăng vào

Rôto (4) quay, dẫn động cánh bơm (7) quay theo, lúc đó cánh bơm sẽ gạt

nhiên liệu từ cửa vào (11) đến cửa ra (10) của bơm, do đó tạo được độ chân không

tại cửa vào nên hút được nhiên liệu vào và tạo áp suất tại cửa ra để đẩy nhiên liệu

➢ Ðiều khiển bơm nhiên liệu:

Bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy Ðiều này tránh cho nhiên liệu không bị bơm đến động cơ trong trường hợp khóa điện bật ON nhưng động cơ chưa chạy Hiện nay có nhiều phương pháp điều khiển bơm nhiên liệu Khi động cơ đang quay khởi động

Dòng điện chạy qua cực ST2 của khóa điện đến cuộn dây máy khởi động (kí hiệu ST) và dòng diện vẫn chạy từ cực STAcủa ECU (tín hiệu STA)

Khi tín hiệu STA và tín hiệu NE được truyền đến ECU, transitor công suất bật ON, dòng điện chạy đến cuộn dây mở mạch (C/OPN), rơle mở mạch bật lên, nguồn điện cấp đến bơm nhiên liệu và bơm hoạt động

Khi động cơ đã khởi động

Sau khi động cơ đã khởi động, khóa điện được trở về vị trí ON (cực IG2) từ

vị trí Start cực (ST), trong khi tín hiệu NE đang phát ra (động cơ đang nổ máy), ECU giữ Tr bật ON, rơle mở mạch ON bơm nhiên liệu được duy trì hoạt động

Khi động cơ ngừng

Khi động cơ ngừng, tín hiệu NE đến ECU động cơ bị tắt Nó tắt Transistor,

do đó cắt dòng điện chạy đến cuộn dây của rơle mở mạch Kết quả là, rơle mở mạch tắt ngừng bơm nhiên liệu

Hình 3.2: Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên liệu

1:Cầu chì dòng cao; 2,6,8,9:Cầu chì; 3,4,10:Rơ le; 5:Bơm;

7:Khóa điện; 11:Máy khởi động

1.2 Bộ lọc nhiên liệu:

Lọc nhiên liệu lọc tất cả các chất bẩn và tạp chất khác ra khỏi nhiên liệu Nó được lắp tại phía có áp suất cao của bơm nhiên liệu Ưu điểm của loại lọc thấm kiểu dùng giấy là giá rẻ, lọc sạch Tuy nhiên loại lọc này cũng có nhược điểm là tuổi thọ thấp, chu kỳ thay thế trung bình khoảng 4500km

Hình 3.3: Kết cấu bộ lọc nhiên liệu

1:Thân lọc nhiên liệu; 2:Lõi lọc; 3:Tấm lọc;

4:Cửa xăng ra; 5:Tấm đỡ; 6:Cửa xăng vào

Xăng từ bơm nhiên liệu vào cửa (6) của bộ lọc, sau đó xăng đi qua phần tử lọc (2) Lõi lọc được làm bằng giấy, độ xốp của lõi giấy khoảng 10m Các tạp chất

có kích thước lớn hơn 10m được giữ lại đây Sau đó xăng đi qua tấm lọc (3) các tạp chất nhỏ hơn 10m được giữ lại và xăng đi qua cửa ra (5) của bộ lọc là xăng tương đối sạch cung cấp quá trình nạp cho động cơ

1.3 Bộ ổn định áp suất:

Bộ điều chỉnh áp suất được bắt ở cuối ống phân phối Nhiệm vụ của bộ điều

áp là duy trì và ổn định độ chênh áp trong đường ống

Bộ điều chỉnh áp suất nhiên liệu cấp đến vòi phun phụ thuộc vào áp suất trên đường ống nạp Lượng nhiên liệu được điều khiển bằng thời gian của tín hiệu phun, nên để lượng nhiên liệu được phun ra chính xác thì mức chênh áp giữa xăng cung cấp đến vòi phun và không gian đầu vòi phun phải luôn luôn giữ ở mức 2,9 kG/cm2

và chính bộ điều chỉnh áp suất bảo đảm trách nhiệm này

Hình 5.5: Sự điều chỉnh áp suất nhiên liệu theo áp suất đường ống nạp

của bộ ổn định áp suất

Hình 3.4: Kết cấu bộ ổn định áp suất

1:Khoang thông với đường nạp khí; 2:Lò xo; 3:Van; 4:Màng;

5: Khoang thông với dàn ống xăng; 6:Ðường xăng hồi về thùng xăng

➢ Nguyên lý làm việc của bộ ổn định Nhiên liệu có áp suất từ dàn ống phân phối sẽ ấn màng (4) làm mở van (3) Một phần nhiên liệu chạy ngược trở lại thùng chứa qua đường nhiên liệu trở về thùng (6) Lượng nhiên liệu trở về phụ thuộc vào độ căng của lò xo màng, áp suất nhiên liệu thay đổi tuỳ theo lượng nhiên liệu hồi Ðộ chân không của đường ống nạp được dẫn vào buồng phía chứa lò xo làm giảm sức căng lò xo và tăng lượng nhiên liệu hồi, do đó làm giảm áp suất nhiên liệu Nói tóm lại, khi độ chân không

của đường ống nạp tăng lên (giảm áp), thì áp suất nhiên liệu chỉ giảm tương ứng với sự giảm áp suất đó Vì vậy áp suất của nhiên liệu A và độ chân không đường nạp B được duy trì không đổi Khi bơm nhiên liệu ngừng hoạt động, lò xo (2) ấn van (3) đóng lại Kết quả là van một chiều bên trong nhiên liệu và van bên trong bộ điều áp duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu

1.4 Vòi phun xăng điện tử:

Vòi phun trên động cơ 1TR-FE là loại vòi phun đầu dài, trên thân vòi phun

có tấm cao su cách nhiệt và giảm rung cho vòi phun, các ống dẫn nhiên liệu đến vòi phun được nối bằng các giắc nối nhanh

Vòi phun hoạt động bằng điện từ, lượng phun và thời điểm phun nhiên liệu phụ thuộc vào tín hiệu từ ECU Vòi phun được lắp vào nắp quy lát ở gần cửa nạp của từng xy lanh qua một tấm đệm cách nhiệt và được bắt chặt vào ống phân phối xăng

➢ Kết cấu và nguyên lý hoạt động của vòi phun

Khi cuộn dây (4) nhận được tín hiệu từ ECU, piston (7) sẽ bị kéo lên thắng được sức căng của lò xo Do van kim và piston là cùng một khối nên van cũng bị kéo lên tách khỏi đế van của nó và nhiên liệu được phun ra

Hình 3.5: Kết cấu vòi phun nhiên liệu

1:Thân vòi phun ;2:Giắc cắm; 3:Đầu vào; 4:Gioăng chữ O; 5:Cuộn dây;

6:Lò xo; 7:Piston ; 8:Đệm cao su; 9:Van kim

Lượng phun được điều khiển bằng khoảng thời gian phát ra tín hiệu của ECU

Do độ mở của van được giữ cố định trong khoảng thời gian ECU phát tín hiệu, vậy lượng nhiên liệu phun ra chỉ phụ thuộc vào thời gian ECU phát tín hiệu

➢ Mạch điện điều khiển vòi phun:

Hiện có 2 loại vòi phun, loại có điện trở thấp1,5-3 và loại có điện trở cao13,8, nhưng mạch điện của hai loại vòi phun này về cơ bản là giống nhau Điện áp ắc quy được cung cấp trực tiếp đến các vòi phun qua khóa điện Các vòi phun được mắt song song

Động cơ 1TR-FE với kiểu phun độc lập nên mỗi vòi phun của nó có một transitor điều khiển phun

Hình 3.6: Sơ đồ mạch điện điều khiển vòi phun động cơ 1TR-FE

1:Ắc quy; 2:Cầu chì dòng cao; 3:Khóa điện; 4:Cầu chì; 5:Vòi phun

1.5 Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu:

Do yêu cầu bảo vệ môi trường ngày càng khắt khe, hơi xăng tạo ra trong trong thùng chứa trên xe hiện đại sẽ không được thải ra ngoài mà được đưa trở lại đường nạp động cơ

Hình 3.7: Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu động cơ 1TR-FE

1:Bướm ga; 2:Van điện từ; 3:Van một chiều; 4:Thùng xăng;

5:Van chân không của nắp bình xăng; 6:Bộ lọc than hoạt tính

Hơi nhiên liệu bốc lên từ bình nhiên liệu, đi qua van một chiều (3) và đi vào

bộ lọc than hoạt tính(6) Than sẽ hấp thụ hơi nhiên liệu Lượng hơi được hấp thụ này sẽ được hút từ cửa lọc của cổ họng gió vào xy lanh để đốt cháy khi động cơ hoạt động ECU điều khiển dòng khí bằng cách điều chỉnh độ mở của van điện từ

Van chân không (5) của nắp bình nhiên liệu được mở ra để hút không khí từ bên ngoài vào bình nhiên liệu khi trong thùng có áp suất chân không

2 Hệ thống cung cấp không khí động cơ 1TR-FE trên xe innova G:

2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp không khí:

Hình 3.8: Sơ đồ khối hệ thống nạp

Hệ thống nạp khí cung cấp lượng không khí cần cho sự cháy đến các xylanh động cơ Không khí đi qua lọc gió, sau đó đến cảm biến lưu lượng khí nạp, cổ họng gió, qua ống góp nạp và các đường ống rồi đến các xylanh trong kỳ nạp 2.2 Các bộ phận của hệ thống cung cấp không khí:

2.2.1 Lọc không khí:

Lọc không khí nhằm mục đích lọc sạch không khí trước khi không khí đi vào động cơ Nó có vai trò rất quan trọng nhằm làm giảm sự mài mòn của động cơ Trên động cơ 1TR-FE dùng kiểu lọc thấm, lõi lọc bằng giấy Loại này có ưu điểm

Không khí Lọc không khí

Các xy lanh Đường ống nạp Ống góp nạp Cổ họng gió

Cảm biến lưu lượng khí nạp

giá thành không cao, dễ chế tạo Tuy vậy nhược điểm là tuổi thọ thấp, chu kỳ thay

thế ngắn

2.2.1 Cổ họng gió:

Các bộ phận tạo thành gồm: bướm ga, môtơ điều khiển bướm ga, cảm biến

vị trí bướm ga và các bộ phận khác

Bướm ga dùng để thay đổi lượng không khí dùng trong quá trình hoạt động

của động cơ, cảm biến vị trí bướm ga lắp trên trục của bướm ga nhằm nhận biết độ

mở bướm ga, môtơ bướm ga để mở và đóng bướm ga, và một lò xo hồi để trả

bướm ga về một trí cố định Môtơ bướm ga ứng dụng một môtơ điện một chiều

(DC) có độ nhạy tốt và ít tiêu thụ năng lượng

Hình 3.9: Kết cấu cổ họng gió

1:Môtơ bước; 2:Bướm ga; 3:Các nam châm;

4:Các bánh răng giảm tốc; 5:IC HALL(cảm biến vị trí bướm ga)

➢ Nguyên lý làm việc:

ECU động cơ điều khiển độ lớn và hướng của dòng điện chạy đến môtơ điều khiển bướm ga, làm quay hay giữ môtơ, và mở hoặc đóng bướm ga qua một cụm bánh răng giảm tốc Góc mở bướm ga thực tế được phát hiện bằng một cảm biến vị trí bướm ga, và thông số đó được phản hồi về ECU động cơ

Khi dòng điện không chạy qua môtơ, lò xo hồi sẽ mở bướm ga đến vị trí cố định (khoảng 70) Tuy nhiên, trong chế độ không tải bướm ga có thể được đóng lại nhỏ hơn so với vị trí cố định

Khi ECU động cơ phát hiện thấy có hư hỏng, nó bật đèn báo hư hỏng trên đồng hồ táp lô đồng thời cắt nguuồn đến môtơ, nhưng do bướm ga được giữ ở góc

mở khoảng 70, xe vẫn có thể chạy đến nơi an toàn

2.2.3 Ống góp hút và đường ống nạp:

Ống góp hút và đường ống nạp được chế tạo bằng nhựa nhằm mục đích giảm trọng lượng và sự truyền nhiệt đến nắp qui lát

Hình 3.10: Ống góp hút và đường ống nạp 1:Ống góp hút; 2:Đường ống nạp

3 Hệ thống điều khiển phun xăng điển tự động cơ 1TR_FE trên xe innova G:

Hệ thống điều khiển phun xăng điện tử trên động cơ 1TR-FE về cơ bản được chia thành ba bộ phận chính:

• Các cảm biến: có nhiệm vụ nhận biết các hoạt động khác nhau của động

cơ và phát ra các tín hiệu gửi đến ECU hay còn gọi là nhóm tín hiệu vào

• ECU: có nhiệm vụ xử lý và tính toán các thông số đầu vào từ đó phát

ra các tín hiệu điều khiển đầu ra

• Các cơ cấu chấp hành: Trực tiếp điều khiển lựợng phun thông qua các tín hiệu điều khiển nhận được từ ECU

3.2.1 Cảm biến lưu lượng khí nạp:

a Kết cấu và nguyên lý hoạt động:

Hình 3.11: kết cấu cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nóng

Dòng điện chạy vào dây sấy làm cho nó nóng lên Khi không khí chạy qua, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối lượng không khí nạp, bằng cách điều

chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ dây sấy không đổi, dòng điện đó sẽ tỉ lệ thuận với lượng không khí nạp bằng cách phát hiện dòng điện đó ta xác định được lượng không khí nạp Trong trường hợp này, dòng điện có thể chuyển thành điện áp và gửi đến ECU động cơ

b Mạch cảm biến đo lường khí:

Hình 3.12: Sơ đồ kết cấu và điều khiển của cảm biến đo lưu lượng không khí

1:Bộ khuyếch đại; 2:Ra(nhiệt điện trở); 3:Ra(bộ sấy)

Cảm biến lưu lượng khí nạp có một dây sấy được ghép vào mạch cầu Mạch cầu này có đặc tính là các điện thế tại điểm A và B bằng nhau khi tích của điện trở theo đường chéo bằng nhau (Ra + R3)*R1=Rh*R2

Khi dây sấy (Rh) được làm mát bằng không khí nạp, điện trở tăng lên dẫn đến sự hình thành độ chênh giữa các điện thế của các điểm A và B Một bộ khuyếch đại xử lý phát hiện chênh lệch này và làm tăng điện áp đặt vào mạch này (làm tăng dòng điện chạy qua dây sấy) Khi thực hiện việc này, nhiệt độ của dây sấy lại tăng lên dẫn đến việc tăng tương ứng trong điện trở cho đến khi điện thế của các điểm

A và B trở nên bằng nhau (các điện áp của các điểm A và B trở nên cao hơn) Bằng