Đồ án Hệ thống phun xăng điện tử EFI - Tài liệu, ebook, giáo trình

Chương lI Tông quan về hệ thông phun xăng theo chế độ làm việc của ôtô, EFI thay đổi tỷ lệ khí — nhiên liệu để luôn cung cấp cho động cơ một hỗn hợp khí tối ưu.. Ôtô sử dụng một trong h

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển rất nhanh mang lại lợi ích rất to lớn cho con người cả về vật chất lẫn tinh thần Để nâng cao đời sông của nhân dân và hòa nhập với sự phát triển chung của đất nước trong khu vực khác trên thế giới Nhà nước ta đây mạnh công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Một trong những mục tiêu đặt ra là phát triển ngành công nghiệp cơ khí ôtô Ngành công nghiệp cơ khí ôtô đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển chung của

toàn xã hội về giải quyết việc làm, thúc đây nên kinh tế quốc dân Trong những thập niên gần đây sự phát triển mạnh mẽ của nên kinh tế, nhu cầu vận chuyển

hàng hóa và nhu cầu đi lại ngày càng cao Mạng lưới giao thông phát triển nhanh phương tiện giao thông đi lại bằng ôtô ngày càng chiếm vị trí quan trọng và

không thê thiếu được đối với xã hội

Là sinh viên của Khoa Công Nghệ Ôtô chúng em được trang bị những kiến thức cơ bản về ngành cơ khí ôtô Mặc dù còn một năm nữa chúng em mới ra trường nhưng khi được nhận đồ án về chuyên ngành mình theo học, tập thể lớp cũng như cá nhân em cảm thấy rất vui Nó sẽ trang bị thêm và bỗ trợ những kiến

thức chung em vừa được học dé tiép tục cố gang hơn nữa trong học tập sau này

ra trường đóng góp cho sự phát triển ngành công nghiệp ôtô nước nhà, cho bản thân cho gia đình và cho toàn xã hội

Em nhận được đề tài: Nghiên cứu hệ thống phun xăng điện tử EFI ` Đây là

một dé tai b6 ich mang tinh thiét thuc, giúp em hoàn thiện hơn trong viéc kết hợp

lý thuyết trên lớp và thực hành xưởng và là nền táng quan trong để năm sau em

có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp Hy vọng dưới sự chỉ đạo của thầy giáo hướng dẫn giúp em nắm vững về hệ thống này cũng như hoàn thành tốt đồ án

Chương lI Tông quan về hệ thông phun xăng

theo chế độ làm việc của ôtô, EFI thay đổi tỷ lệ khí — nhiên liệu để luôn cung cấp cho động cơ một hỗn hợp khí tối ưu Cụ thê ở chế độ khởi động trong thời tiết

lạnh giá, hỗn hợp khí được cung cấp giàu xăng, sau khi động cơ đã được 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 khí-nhiên liệu với một tỷ lệ chính xác đến các xylanh của động cơ tại tất cả các dải tốc độ; một bộ chế hòa khí hay hệ thống EFI (phun xăng điện tử) Cả hai hệ thông đo

lượng khí nạp ma thay đổi theo góc mở của bướm ga và tốc độ động cơ, đều

cung cấp một tỷ lệ nhiên liệu và không thích hợp đến các xylanh phụ thuộc vào

lượng khí nạp

Do kết câu của 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 nhau, làm cho nó trở

| ;

— | ry ; Cam hiến vi tri bué

am ben Vi tri DUG ga ¬ or

| Ac quy a = , g EFI ECU

I< aT} Cảm biến 1 Van khí | fe Ti | Vai phun

>SII + lưu lượng | TT.“ : —

Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Mỹ- ông Stevan-đã nghĩ ra cách phun nhiên

liệu cho một máy khí nén Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buông cháy nhưng không mang lại hiệu quả Đầu thế kỷ 20, người

Đức đã cho phun nhiên liệu trong động cơ 4 kỳ tĩnh tại ( nhiên liệu dùng trên động cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nỗ và hiệu quá thấp ) Tuy nhiên, sau đó sáng kiến này đã được ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức Đến năm 196ó, hãng BOSCH đã 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 supap hút nên có tên gọi là K-

Jetronic (K-Konstan- liên tục, Jetronic- phun) K-Jetronic được đưa vào sản xuất

và 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 còn nhiêu nhược điểm nên đầu những năm 80,

BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun xăng sử dụng kim phun điều khiến bằng điện Có hai loại: hệ thống L- Jetromc ( 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 (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ

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

Việc điều khiến EFI co thé được chia làm hai loại, dựa trên sự khác nhau về phương pháp dùng đề xác định lượng nhiên liệu phun

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

loại này sử dụng lần đầu tiên trong hệ thống EFI của nó Loại điều khiến bằng vi

xử lý được bắt đầu sử dụng vào năm 1983

Loại hệ thống EFI điều khiến bằng bộ vi xử lý được sử dụng trong xe của

TOYOTA goi la TCCS ( TOYOTA Computer Controled System- Hé thong diéu 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 khiến tốc độ không tải

) và các hệ thông điều khiến khác cũng như chức năng chuẩn đoán và dự phòng Hai hệ thống này có thê được phân loại như sau:

_| Chân đoán

toán lượng phun nhiên liệu tôi ưu, cung cấp xăng cho các vòi phun xăng chính

và vòi phun xăng khởi động lạnh

Cảm biến lưu lượng khíinạp — Vòi phun

Cảm biến vị trí trục cam

Oxy Cam bien

N oxy Cảm biến nhiệt độ nước

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

2) Phân phối hơi xăng đồng đều đến từng xylanh một và giảm thiểu xu

hướng kích nỗ bởi hòa khí loãng hơn

3) Động cơ chạy không tải êm dịa hơn

4) Tiết kiệm nhiên liệu nhờ đều khiến được lượng xăng chính xác, bốc hơi

tốt, phân phối xăng đồng đều

53) 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, xây

nóng máy nhanh và động cơ làm việc ôn định hơn

7) Tạo ra công suất lớn hơn, khả năng tăng tốc tốt hơn do không khí 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 hơn tốt hơn lại được phun vào xylanh

tận nơi

10) Đạt được tỷ lệ hòa khí dễ dàng và tỷ lệ hòa khí tối ưu cho động cơ 11) Duy trì được hoạt động lý tưởng trên phạm vi rộng trong các điều

kiện vận hành

12) Giảm bớt được các hệ thông chỗng ô nhiễm môi trường

I.2.1 nhược điểm

Nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử so với chế hòa khí là: để hoạt

động bình thường, EEI cần rất nhiều thông số như góc quay và tốc độ trục

khuỷu, lưu lượng khí nạp, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát, tỷ lệ hỗn hợp, nồng độ oxy ở khí thai Nhitmg số liệu này được thu thập từ các cảm biến

đặt khắp nơi trong động cơ Chẳng hạn như cảm biến phát hiện nồng độ oxy dư trong khí thải quá lớn, bộ điều khiến trung tâm (ECU) sẽ ra lệnh cho hệ thông bươm xăng ít đi, để sao cho nhiên liệu luôn cháy hết Do cân quá nhiều thông số

để tôi ưu hóa quá trình phưn nhiên liệu nên EFEI rất dễ gặp sự cố Chỉ cần một

cảm biến nào đó hoạt động không bình thường, gửi sai thông tin sẽ ảnh hưởng

tới toàn bộ hệ thống Nếu cảm biến “chết” hoặc thiết bị nào đó hỏng, thông số

mà nó chịu trách nhiệm sẽ không tồn tại và ECU sẽ báo lỗi lên đồng hồ “ check

engine”

Ngoài ra trong quá trình phun, nếu chất lượng nhiên liệu không tốt, bộ lọc làm

việc không hiệu quả sẽ rất dễ dẫn tới kim phun bị tắc, đống cặn Khi kim bị tắc,

lượong xăng cung cấp không đủ theo nhu cầu thực tế nên xe yếu và thường xuyên chết máy Những yếu tố khác ảnh hưởng tới hoạt động của kim phun con

có thể dòng điện không đáp ứng yêu câu

I.2.3 Biện pháp khắc phục nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử EEI

Đề cho hệ thống phun xăng điện tử hoạt động có hiệu quả cần có những biện pháp sau đây: thứ nhất là phải kiểm tra các cảm biến của hệ thống thường xuyên

như cảm biến nhiệt độ, cảm biến vị trí bướm ga, bảo đảm cho các cảm biến này vẫn còn hoạt động bình thường và không bị lỗi Và khi phát hiện một bộ phận

cảm biến nào đó bị hỏng thì cần phải đem ngay đến trạm bảo dưỡng để kịp thời giải quyết cũng nhằm tránh những tai nạn đáng tiếc xảy ra

Thứ hai là với điều kiện tiêu chuẩn nhiên liệu xăng ở việt nam vẫn còn thập nên việc sử dụng xe cộ dùng hệ thông phun xăng điện tử gặp rất nhiều khó khăn và

hay bị hư hỏng Chất lượng xăng ở việt nam còn rất nhiều cặn dẫn đến trong quá

trình phun xăng bộ lọc làm không tốt hiệu quả sẽ dẫn đến kim phun bị tắc và đồng cặn Làm cho hiệu suất động cơ thấp, không hiệu quá và ảnh hưởng tới tốn

nhiên liệu cũng như làm sản sinh ra công cho động cơ kém

Chương II Sơ đô cấu tạo và nguyên lý hoạt

động của hệ thông phun xăng điện tử EFI

Hệ thống phun xăng điện tử EFEI có thể được chia thành ba hệ thống: hệ thống nhiên liệu, hệ thống nạp khí và hệ thống điều khiển điện tử EFI cũng có

thể được chia thành điều khiển phun nhiên liệu cơ bản và điều khiển hiệu chỉnh

Ba hệ thống này sẽ được mô tá chỉ tiết sau đây

phun khởi động lạnh | | Nhiền liệu | | Loe gid |

cam men Ï 3Ì lB8äiahMiiliu | ¡ |Cämbiển lưu lương giỏ |

| Cẩm hiến nhiệt độ nước ee i bo

| Cảm biến nhiệt độ khímp | | | 1 | |

| Cẩm hiến pect vị trí butém ga ae i | Ẽ Ị : Ị

| Tín hiệu khởi động |1 ee SỐ | | [C8 hong gis |

| Tín hiệu cẩm biến ôxy () | ñị |Pgenimenien | | Van khí phu| |

| = ECU Tin bith Các vải ee `.` - EP |

! Điễu khiển Lượng ea Lata stems ee Si iPhrta te = - “ee :

| ụ hun nhiên liệu : {*) Chỉ sử dung đ một s6 ôtô * 5 ots Ct33¿IšRH

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

xuông

loc aid

Cam hiến lượng khi

J

ECU

Biều khiển lượng phun

co ban

Tin biéu phun

I.1 Dong không khí

Khi bướm ga mở ra, đòng không khí từ lọc gió đến các xylanh sẽ qua cảm biến lưu lượng gió, bướm ga và đường ống nạp Khi dòng không khí đi qua cảm biến

lưu lượng gió, nó sẽ ấn mở tâm do Lượng không khí được cảm nhận bằng độ

mở của tâm do

Hình II Sơ đồ phun cơ bản

Nhiên liệu được nén lại nhờ bơm nhiên liệu chạy bằng điện và chảy đến các vòi

phun qua bộ lọc Mỗi xylanh có một vòi phun, nhiên liệu được phun ra khi van điện từ của nó mở ngắt quãng Do bộ ồn định áp suất giữ cho áp suất nhiên liệu

không đôi nên lượng nhiên liệu phun ra được điều khiển bằng cách thay đôi

khoảng thời gian phun Do vậy, khi lượng khí nạp nhỏ, khoảng thời gian phun ngắn còn khi lượng khí nạp lớn, khoảng thời gian phun dài hơn

Binh nhién liệu

Bướm ga điều khiển lượng khí nạp vào động cơ Bướm ga mở lớn thì lượng khí

lớn hơn sẽ được nạp vào các xylanh Khi tốc độ thấp, đòng khí nạp sẽ nhỏ và tâm

đo chỉ mở ra một chút Vậy tốc độ cao và dải tải nặng, dòng khí sẽ lớn hơn và

tâm đo sẽ theo đó mở rộng hơn

I4 Điều khiến lượng phun cơ bản

Lượng không khí cảm nhận tại cảm biến đo lưu lượng gió được chuyển hóa

thành điện áp, điện áp này được gửi đến ECU như một tín hiệu

Tín hiệu đánh lửa sơ cấp theo số vòng quay động cơ cũng được gửi đến ECU từ

cuộn dây đánh lửa ECU sau đó tính toán bao nhiêu nhiên liệu cần cho lượng khí

đó và thông báo cho mỗi vòi phun băng thời gian mở van điện Khi van điện của

vòi phun mở ra, nhiên liệu sẽ được phun vào đường ông nạp

Cam biển lưu lượng khí

Hình I.Š ECU nhận các tín hiệu

L5 Thời điểm và khoảng thời gian phun

Tín hiệu từ cuộn đánh lửa chỉ thị số vòng quay của động cơ và làm cho tất cả các vòi phun sẽ đồng thời phun nhiên liệu tại mỗi vòng quay của trục khuýu

Động cơ bốn kỳ sẽ thực hiện các kỳ nạp, nén, nỗ, xả trong mỗi vòng quay của

trục khuỷu

+ + = Khoảng thời gian cần thiết

Hình II.6 Thời điểm và thời gian phun

Khoảng thời gian của mỗi lần phun chỉ cần một nửa yêu câu, đo vậy nỗ phun hai

lần để cung cấp một lượng nhiên liệu chính xác cho quá trình cháy củ một chu

trình

Kết luận

Tùy theo tốc độ cơ và lượng khí nạp đo được tại cảm biến lưu lượng khí ECU

sẽ thông báo cho các vòi phun bao nhiêu nhiên liệu cần phun và hỗn hợp khí — nhiên liệu được tạo ra bên trong đường ống nạp Khái niệm “ lượng phun co

bản” được sử dụng dé chi lượng nhiên liệu cần phun dé tao ra hon hop ly thuyét

\- điện

1 ACCU

[ EFI ECU i

Cuộn đănh lửa

Hình II7 Sơ đồ tông quát

II Điều khiển hiệu chỉnh

Như vậy, hoạt động cơ bản của các thiết bị cần cho việc tạo ra hỗn hợp khí-

nhiên liệu lý thuyết đã được mô tả Tuy nhiên, động cơ sẽ không hoạt động tốt

chỉ với lượng phun cơ bản Đó là bởi vì động cơ phải vận hành dưới nhiều chế

độ và do đó nó cần có một vài thiết bị hiệu chỉnh đề tỷ lệ khí-nhiên liệu tùy theo

chế độ khác nhau này Ví dụ, khi động cơ còn năng dưới tải nặng, cần có hỗn

hợp đậm hơn Hệ thông EFI sé thay di ty lệ khí-nhiên liệu theo các chế độ hoạt động của động cơ theo cách giống như chế hòa khí thay đối hỗn hợp khí-nhiên liệu bằng bướm gió và hệ thống trợ tải Có hai phương pháp đề hiệu chỉnh tỷ lệ khí-nhiên liệu Một được coI là “hiệu chỉnh đậm” ECU hoạt động để tăng lượng

phun Phương pháp khác là các thiết bị phụ trợ sẽ thực hiện cùng một chức năng

mà không liên quan tới ECU

IILI Hiệu chỉnh

Rất nhiều thông tin về các chế độ hoạt động của động cơ ( ví dụ: nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp ) được chuyển đến ECU từ các cảm biến để thêm vào thông tin về lượng khí nạp từ cảm biến lưu lượng khí và tốc độ động cơ từ cuộn đánh lửa ECU sẽ tăng lượng nhiện liệu dựa trên các thong tin này Nói một cách khác, thậm chí lượng khí nạp không đổi, thì lượng nhiên liệu do các vòi

phun ra vẫn tăng hay giảm tùy theo các chế độ hoạt động của động cơ

Mục đích của vòi phun khởi động lạnh là cải tiến tính năng khởi động động co

lạnh Khởi động một động cơ lạnh cần có nhiều nhiên liệu và hỗn hợp đậm hơn

Đó chỉ là khi động cơ còn lạnh và đang quay bởi máy khởi động, khi đó vòi phun

khởi động lạnh sẽ phun nhiên liệu dé lam đậm hỗn hợp Nói theo một cách khác, trong khi khởi động động cơ lạnh, nhiên liệu được cung cấp bằng cả vòi phun chính và vòi phun khởi động lạnh

Theo cách này, tỷ lệ nhiên liệu so với không khí tăng lên nhờ vào lượng phun

nhiên liệu từ vòi phun khởi động lạnh, tạo nên hỗn hợp đậm hơn Vòi phun khởi

động lạnh là một van điện tử sử dụng nguồn năng lượng cua accu dé mở và đóng van bên trong và phun nhiên liệu Để tránh cho hỗn hợp quá đậm, khoảng thời

gian phun được điều khiến băng một công tắc định thời gian bao gồm một phần

tử lưỡng kim và cuộn dây sây

Vai oh vòi phun khởi động

¬— OF Pe Vòi phun khởi ni ¬

Khi nhiệt độ còn thấp van khí phụ sẽ tăng tốc độ không tải của động cơ đến chế

độ không tải nhanh Khi động cơ còn lạnh, thậm chí nếu bướm ga dong, khong

khí nạp vào động cơ qua van khí phụ Lượng không khí đi qua van khí phụ sẽ

thay đổi theo nhiệt độ Khi nhiệt độ thấp, van khí phụ mở hoàn toàn cho phép

một lượng lớn không khí đi qua

Cảm biến lưu lượng khí Cắm biến lưu lượng khí

Việc đóng và mở van khí phụ được điều chỉnh ở bên trong bằng một van giãn

nở nhiệt tùy theo nhiệt đọ nước làm mát động cơ

Chương II phân tích đặc điểm kết câu của hệ

thông phun xang dién tu EFI

I Hé thong nhién liéu

I.1 Hé thong nhién liệu trên ôtô

Bình nhiễn liệu

Bé giam rung déng

=

Ông phân phối 1

Vài phun at!

Vài phún khởi động lạnh

Bộ ổn định áp suất Lọc nhiên liệu

Hình HILI VỊ trí các bộ phận của hệ thông nhiên liệu trên ôtô

L1.1 Bình nhiên liệu

Đây là nơi dùng đê chứa nhiên liệu, nó có nhiêu ngăn khác nhau và cũng là nơi

đặt bơm nhiên liệu

1.1.2 Bơm nhiên liệu

Có hai loại bơm nhiên liệu, loại trong bình và loại trên đường ống Hai loại bơm nhiên liệu này cũng được gọi là loại ướt, do môtơ được gan liền với bơm và phần bên trong của bơm được điền đây nhiên liêu Ở đây ta đi tìm hiểu loại bơm

trong bình

Van an toàn Van an toan

Bơm được lắp bên trong bình xăng So với loại bơm trên đường ống, loại này

có độ ôn thấp Một bơm tuabin, với đặc điểm là độ rung động nhiên liệu khi bơm nhỏ được sử dụng

Loại bơm này bao gdm môtơ và bơm, với một van một chiều, van an toàn va cũng có bộ lọc gắn liền thành một khối

Bom tuabin

Hình HIL3 Bom tuabin

Bơm tuabin bao gồm một hoặc hai cánh được dẫn động bằng môtơ, vỏ và nắp

bơm tạo thành bộ bơm Khi môtơ quay, các cánh bơm sẽ quay cùng với nó Các cánh gạt bố trí dọc chu vi bên ngoài của cánh bơm dé đưa nhiên liệu từ cửa vào đến cửa ra

Nhiên liệu bơm từ cửa ra đi qua môtơ và được bơm ra từ bơm qua van một

chiều

Van an toàn

Van an toàn mở khi ấp suất bơm ra đạt sap xi 3,5 — 6 Kef/cem’, và nhiên liệu có

áp suất cao quay trở về bình xăng Van an toàn ngăn không cho áp suất nhiên

liệu vượt quá mức này

Van một chiều

Van một chiều đóng khi bơm nhiên liệu ngừng hoạt động Van một chiêu và bộ

ôn áp đều làm việc để duy trì áp suất dư trong hệ thống nhiên liệu khi động cơ ngừng chạy, do vậy có thể dễ dàng khởi động lại

Nếu không có áp suất dư, khóa hơi có thể dễ dàng xỷa ra tại nhiệt độ cao, gây

khó khăn khi khởi động lại động cơ

1.1.3 Ông dẫn nhiên liệu

Ông dẫn nhiên liệu được dùng để nối tất cả các thiết bị của hệ thông nhiên liệu

lại với nhau, khi hệ thống nhiên liệu hoạt động thì nhiên liệu sẽ chạy trong ỗng

này đến các thiết bị

I.1.4 Lọc nhiên liệu