Đồ án động cơ innova 1TR FE + bản vẽ chuong 3

Hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng trên động cơ 1 TR-FE là hệ thống phun xăng đa điểm, điều khiển bằng điện tử với tên gọi là L-EFI.. Quá trình phun xăng và định lượng nhiên liệu được

CHƯƠNG 3

HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ

TOYOTA-INNOVA

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ L-EFI

Hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng trên động cơ 1 TR-FE là hệ thống phun xăng đa điểm, điều khiển bằng điện tử với tên gọi là L-EFI Xăng được phun vào cửa nạp của các xy lanh động cơ theo từng lúc chứ không phun liên tục Quá trình phun xăng và định lượng nhiên liệu được thực hiện theo 2 tín hiệu gốc: Tín hiệu về khối lượng không khí đang nạp vào và tín hiệu về vận tốc trục khuỷu của động cơ

Chức năng của L-EFI là cung cấp cho từng xi lanh động cơ một lượng xăng đáp ứng với 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 ô tô, về tình trạng thực tế của động cơ, chuyển đổi các thông tin này thành tín hiệu điện Các tín hiệu điện được nhập vào bộ vi xử lý và điều khiển ECU ECU sẽ xử lý, phân tích các thông tin nhận được và tính toán chính xác lượng xăng cần phun ra Lưu lượng xăng phun ra được ấn định do thời lượng mở van của vòi phun Hệ thống L-EFI gồm có những ưu điểm sau đây : tiết kiệm nhiên liệu, thích ứng với nhiều chế

độ tải khác nhau, giảm lượng độc tố trong khí thải, công suất động cơ tăng cao hơn

Hệ thống L-EFI bao gồm 3 cụm hệ thống chính :

o Hệ thống cung cấp nhiên liệu

o Hệ thống ghi nhận thông tin

o Hệ thống định lượng nhiên liệu

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử nhiều điểm L-EFI

1- thùng chứa ; 2- bơm điện ; 3-bầu lọc ; 4 - ECU ; 5- vòi phun ; 6- van điều chỉnh

áp suất ;7- ống nạp ; 8- vòi phun khởi động ; 9- công tắc bướm ga ; 10 – cảm biến lưu lượng không khí ; 11 – cảm biến lamda ; 12 – công tắc thòi gian- nhiệt độ; 13 – cảm biến nhiệt độ nước làm mát ; 14 – bộ chia điện ; 15 – van bổ sung không khí ; 16 – bình điện ; 17- công tắc đánh lửa ;

3.2 HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU.

Hệ thống cung cấp nhiên liệu là một bộ phận của hệ thống phun nhiên liệu L- EFI , hệ thống này bao gồm 5 bộ phận chính sau đây :

- Bơm xăng điện

- Bộ lọc xăng

Tất cả các chi tiết hay cụm chi tiết được sử dụng để chuyển tải nhiên liệu từ thùng chứa tới từng vòi phun riêng biệt Sự đóng mở của các vòi phun để cấp nhiên liệu cho từng xi lanh được điều khiển trực tiếp từ ECU, ECU tiếp nhận thông tin từ các cảm biến và tiến hành phân tích tính toán ra thời điểm phun cũng như lượng nhiên liệu hợp lý cần cấp cho từng xi lanh

Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu

Chú thích : 1- thùng chứa ; 2 - bơm xăng điện ; 3 – bầu lọc nhiên liệu ; 4- đường ống phân phối nhiên liệu ; 5 – bộ điều áp xăng ; 6 – vòi phun ; 7 – vòi phun khởi động lạnh ;

Nguyên lý làm việc của hệ thống cung cấp nhiên liệu :

Xăng được bơm xăng hút từ thùng chứa rồi chuyển tới bộ lọc , sau khi

đã được lọc sạch , lượng xăng này được chuyển tới dàn ống phân phối và phân phối tới các vòi phun Áp suất xăng trong đường ống và trong ống phân phối được khống chế và nằm trong giới hạn cho phép Khi áp suất xăng trong đường ống lớn hơn giá trị cho phép , bộ điều hòa áp suất sẽ mở van để cho một lượng nhiên liệu nhất định quay trở về thùng nhiên liệu Bộ điều hòa áp suất có nhiệm

vụ đảm bảo cho áp suất của nhiên liệu trong đường ống luốn nằm trong một dải

3.3 CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU.

3.3.1 Bơm nhiên liệu

Bơm nhiên liệu được sử dụng trên động cơ 1 TR-FE là loại bơm xăng dùng bi gạt được dẫn động bằng động cơ điện nam châm vĩnh cửu

Bơm xăng có thể bố trí trong thùng xăng hoặc trên đường ống, cả hai dạng đều là bơm ướt ( bơm và động cơ dẫn động bố trí chung trong 1 vỏ và ngâm trong xăng ) Có ưu điểm là làm mát tốt, không phải bao kín giữa bơm và động cơ điện, tuy nhiên yêu cầu cách điện cao

Hình 2.3 Bơm nhiên liệu

Chú thích : 1 – lỗ hút ; 2 – van giới hạn áp suất bơm ; 3 – bi gạt ;4: - rô to bơm ; 5– van chặn ; 6 – lỗ thoátt.

Trong bơm xăng có bố trí van 1 chiều có nhiệm vụ duy trì áp suất trong đường ống khi động cơ đã dừng để tạo thuận lợi cho lần khởi động tiếp theo ( ngăn việc tạo thành hơi xăng trong hệ thống )

Hình 2.4 Hoạt động bơm xăng

Trong hệ thống phu xăng có bố trí rơ-le bơm xăng được điều khiển từ ECU, cho phép khởi động hoặc ngắt bơm 1 cách thích hợp ( bơm chỉ hoạt động khi động cơ khởi động và làm việc ) Có thể dùng kết hợp với công tắc ngắt bơm bố trí trên cơ cấu đo lưu lượng khí nạp để ngắt bơm khi động cơ dừng nhưng khoá điện vẫn mở

Năng suất của bơm xăng cần cung cấp đủ xăng cho động cơ ở chế độ công suất cực đại ( với lượng dự trữ không nhỏ hơn 20-40 lít/h ), thông thường năng suất định mức của bơm khoảng 60-120 lít/h

3.3.2 Bình chứa xăng

Bình chứa xăng có chức năng duỳ trì áp suất trong hệ thống nhiên liệu trong khoảng thời gian sau khi tắt máy Bình chứa xăng được làm bằng kim loại hoặc plastic, thường được đặt ở phía sau xe Trên bình chứa xăng

có miệng và ống đổ xăng vào bình, ống thông hơi, bầu lọc xăng, bơm xăng,

bộ báo mức xăng trong bình và nút xả cặn

Nắp bình xăng lắp ở miệng đổ xăng vào bình, trên nắp có van hút không khí và van xả hơi xăng để duy trì áp suất ổn định trong thùng xăng Hơi xăng xả ra được dẫn về bình hấp thụ nhiên liệu (canister) Bình hấp

thụ nhiên liệu có chứa than hoạt tính , có khả năng hấp thụ hơi nhiên liệu , tránh gây ô nhiễm cho môi trường

3.3.3 Dàn phân phối xăng.

Dàn ống phân phối có chức năng như một kho chứa nhiên liệu của các vòi phun Dung tích của nó lớn hơn nhiều lần so với lượng xăng cần thiết cung cấp cho một chu kỳ hoạt động của động cơ Nhờ vậy tránh được tình trạng làm thay đổi áp suất xăng trong dàn phân phối

Dàn phân phối có tác dụng sau đây :

- Cung cấp xăng đồng đều cho các vòi phun dưới áp suất bằng nhau

- Làm nơi lắp các vòi phun và giúp cho việc tháo lắp các vòi phun được

dễ dàng

3.3.4 Bộ điều áp nhiên liệu.

Bộ điều hòa áp suất nhiên liệu lắp đặt ở phía cuối ống xăng chia các vòi phun Nó duy trì áp suất khoảng 2,5 bar hay 3 bar tuỳ theo kiểu thiết kế Bộ điều áp xăng gồm một hộp vỏ kim loại, được chia thành 2 ngăn do màng tác động 4 Ngăn trên chứa lò xo 2 tì lên màng, ngăn dưới chứa nhiên liệu do bơm đưa đến Khi áp suất nhiên liệu vượt quá mức ấn định, màng tác động 4 sẽ nhấc lên mở van 5 cho xăng hồi về thùng chứa qua cửa hồi 7 Ngăn lò xo thông với chân không trong ống góp hút phía sau bướm ga nhờ ống nối 1 Nhờ vậy tạo được sự lien hệ tương tác thường trực giữa áp suất nhiên liệu với áp suất tuyệt đối trong ống góp hút Sự lien hệ đặc biệt này làm cho mức sụt áp bên trong ống xăng chia của các vòi phun luôn luôn giống nhau ở mọi vị trí khác nhau của bướm ga có nghĩa là mọi chế độ tải khác nhau của động cơ

Cấu tạo của bộ điều hòa áp suất nhiên liệu được thể hiện dưới hình 3.5

Hình 3.5 Cấu tạo van điều hòa áp suất.

Chú thích: 1 – đường thông vào ; 2 - lò xo áp lực ; 3 – màng đóng van ; 4 – màng van ; 5 –đế màng van ; 6 – đường chân không ; 7 – đường xăng hồi ;

3.3.5 Bộ giảm dao động áp suất nhiên liệu

Bộ giảm dao động áp suất nhiên liệu có nhiệm vụ hạn chế những xung động và sự lan truyền sóng áp suất trong mạch nhiên liệu Các xung này được tạo ra bởi sự đóng mở của các vòi phun và van hồi xăng trong thiết thị điều hòa

áp suất xăng Bộ giảm dao động được lắp trên mạch hồi nhiên liệu , giữa van điều chỉnh áp suất với bình xăng Ngoài điểm khác biệt là không có liên hệ với đường ống nạp , bộ giảm chấn có cấu tạo và hoạt động tương tự như bộ điều hòa áp suất nhiên liệu

Cấu tạo của bộ điều hòa áp suất được mô tả dưới hình 3.6

Hình 2.6 Bộ giảm dao động áp suất nhiên liệu.

Chú thích : 1 – đường xăng vào ; 2 - màng ; 3 – lò xo nén ; 4 – vít điều chỉnh ; 5 – vỏ van ; 6 – đường xăng ra ; 7 – vít lắp.

3.3.6 Bộ lọc nhiên liệu.

Bộ lọc nhiên liệu có nhiệm vụ lọc bỏ các oxit kim loại , các chất gỉ sét và các chất rắn lạ khác có chứa trong nhiên liệu được đưa đến động cơ, làm giảm thiểu sự mài mòn cũng như tắc nghẽn của đường ống , kim phun , …đảm bảo

sự hoạt động ổn định và lâu dài của động cơ Hình 2.7 giới thiệu về bộ lọc nhiên liệu được sử dụng

Hình 2.7 Bầu lọc bắt trong thùng nhiên liệu.

1 – bì lọc bằng giấy ; 2 – tấm lọc ; 3 – vách đỡ.

Bầu lọc có 2 phần tử lọc : Một lõi lọc bằng giấy 1 và một tấm lọc 2 Độ xốp của lõi giấy khoảng 10µm Xăng phải chui xuyên qua lõi giấy và tấm lọc trước khi chảy vào bộ phân phối Lõi lọc phải được thay mới đúng định kỳ Trong quá trình lắp ráp cần lưu ý chiều mũi tên chỉ hướng xăng vào ra

3.3.7 Vòi phun.

Vòi phun thuộc loại điện từ được điều khiển do hộp ECU động cơ, vòi phun có chức năng phun vào cửa nạp ở xupáp hút một lượng xăng đã được định lượng chính xác Mỗi xi lanh động cơ riêng có riêng 1 vòi phun Vòi phun hoạt động nhờ cuộn dây điện từ Mỗi khi nhận được tín hiệu điện của ECU , cuộn dây điện từ được từ hoá và dẫn động van kim mở cho xăng phun ra Cấu tạo của vòi phun được thể hiện dưới hình 2.7

Hình 2.7 Vòi phun xăng kiểu điện từ

Chú thích : 1-Lọc xăng; 2- đầu nối điện; 3-cuộn dây kích từ; 4-vỏ; 5-lõi từ;

6-thân van kim;7-van kim;

Khi chưa có điện chạy qua cuộn dây điện từ 3, lò xo ấn van kim 7 đóng kín bệ của nó, đây là trạng thái đóng kín của vòi phun Đến lúc ECU truyền tín hiệu đặt 1 điện áp vào cuộn dây điện từ , nam châm điện sẽ hút nhấc lõi từ 5 và van kim 7 lên khoảng 0,1 mm Xăng sẽ được phun ra khỏi

lỗ phun dạng vành khuyên được định cỡ chính xác Đầu của van kim có chuôi hình dáng đặc biệt giúp tán sương nhiên liệu xịt ra Thời gian mở và

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

3.3.8 Hệ thống điều khiển điện tử.

Trong hệ thống MPI , hệ thống điều khiển điện tử có vai trò vô cùng quan trọng trong đó ECU động cơ được ví như trái tim của toàn bộ hệ thống ECU có vai trò cấp tín hiệu để đóng mở kim phun và đánh lửa cho động cơ Bộ

xử lý và điều khiển trung tâm ECU tiếp nhận các tín hiệu điện do các cảm biến truyền tới, rồi mã hoá chúng thành tín hiệu số và được xứ lý theo một chương trình được nhà sản xuất cài đặt sẵn trong máy Những số liệu khác cho việc tính toán đã được ghi trong bộ nhớ của máy tính trên ôtô dưới dạng đồ thị (cartographic) hoặc dạng số (bằng những IC số còn gọi là IC tệp lệnh) Bộ ECU bao gồm các phần sau: Bộ xử lý CPU (Control Processor Unit) , bộ nhớ chỉ đọc ROM (Read Only Memory) và bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên RAM (Radom Acess Memory) để lưu giữ những số liệu và chương trình tính , -Mạch "Vào/Ra" (I/O - Input/Output) để lọc và chuẩn hoá các tín hiệu vào và khuyếch đại tín hiệu ra , bộ chuyển đổi tín hiệu từ dạng tương tự (Analogique): Cơ, điện, từ, quang sang dạng tín hiệu

số (numerique) , tầng khuyếch đại công suất cho mạch phun xăng: Do dòng điện kích thích vòi phun xăng cần giá trị khá lớn (tới 7A) nên phải đặt một tầng khuyếch đại riêng, để vòi phun hoạt động tin cậy và chắc chắn, tầng công suất đánh lửa,bộ nguồn nuôi đồng hồ điện tử Các tín hiệu ra của ECU được khuyếch đại và đưa vào bộ chấp hành (actuateur) để phát xung điện chỉ huy việc phun xăng, đánh lửa và điều hành một số cơ cấu và bộ phận khác (hồi lưu khí xả, điều khiển các mạch xăng và mạch khí khác ) đảm bảo động cơ hoạt động tối ưu ở mọi chế độ

Hình 3.7 thể hiện vai trò của ECU động cơ trong hệ thống cung cấp

Hình 3.7 Nguyên lý điều khiển của hệ thống cung cấp nhiên liệu

Ở chế độ hoạt động bình thường, nhiên liệu được phun vào trong từng xi lanh theo thứ tự 1-3-4-2 khi ECU kích hoạt từng kim phun tại sườn dốc của xung tín hiệu cảm biến góc quay trục khuỷu Thời điểm đóng mở kim phun để cung cấp nhiên liệu đến từng xi lanh chỉ không đồng bộ với tín hiệu từ cảm biến vị trí góc quay trục khuỷu khi động cơ khởi động hoặc khi động cơ gia tốc nhanh

Các loại cảm biến :

- Lưu lượng khí nạp

- Vị trí bướm ga

- Tốc độ động cơ

- Cảm biến kích nổ.

3.3.9 Hệ thống kiểm soát sự bay hơi nhiên liệu

Hệ thống kiểm soát sự bay hơi nhiên liệu có nhiệm vụ giảm tối đa lượng nhiên liệu bay hơi trong thùng nhiên liệu thoát ra ngoài môi trường Lượng hơi nhiên liệu từ thùng chứa đi qua van điều áp ở thùng chứa và ống bay hơi được hấp thụ tạm thời trong bình hấp thụ hơi nhiên liệu ( canister ) Khi động cơ hoạt động , ECU đưa tín hiệu mở van solenoid ( van điện từ ) điều khiển thoát hơi nhiên liệu , lượng hơi nhiên liệu lưu trữ trong canister đi theo đường ống và qua cửa van solenoid để tới đường ống nạp của động cơ

Sơ đồ hệ thống được mô tả trên hình 3.8

Hình 2.8 Sơ đồ hệ thống kiểm soát bay hơi nhiên liệu

Khi nhiệt độ nước làm mát động cơ thấp hoặc khi lượng không khí nạp vào cho động cơ nhỏ , ECU đưa tín hiệu tới van solenoid chuyển trạng thái hoạt động của van và ngắt dòng hơi nhiên liệu đi vào đường ống nạp Điều này đảm

bảo cho sự hoạt động ổn định của xe khi động cơ ở trạng thái nguội hay chạy ở tải thấp đồng thời cũng làm ổn định mức độ thoát hơi nhiên liệu

3.5 CHẨN ĐOÁN HƯ HỎNG HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU 3.5.1 Các hư hỏng thường gặp

Hệ thống cung cấp nhiên liệu điều khiển bằng điện tử thông thường ít phải bảo dưỡng sửa chữa ngoài việc thay rửa các bầu lọc xăng Tuy nhiên , đôi khi hệ thống cũng có những trục trặc như bơm bị mòn không cung cấp đủ nhiên liệu và không đảm bảo áp suất cho hệ thống vòi phun, bộ điều chỉnh áp suất hỏng hoặc làm việc không đúng yêu cầu, vòi phun bẩn , bị kẹt hoặc rò rỉ xăng, các cảm biến hỏng Các hư hỏng trên sẽ làm cho động cơ hoạt động không bình thường

3.5.2 Kiểm tra, chẩn đoán hư hỏng của hệ thống.

3.5.2.1 Kiểm tra nhanh bằng quan sát.

Trước khi tiến hành kiểm tra sâu các bộ phận của hệ thống cung cấp nhiên liệu, ta nên tiến hành kiểm tra và khắc phục hư hỏng của các bộ phận sau :

- Kiểm tra bầu lọc gió, thay thế lưới lọc nếu cần thiết

- Kiểm tra rò rỉ hoặc tắc nghẽn trên đường ống nạp

- Kiểm tra các đường ống chân không , thay các đường ống rách , vỡ hoặc mềm

- Kiểm tra hệ thống điện điều khiển cung cấp nhiên liệu

- Kiểm tra lượng xăng có ở cửa chân không của bộ điều áp , nếu có xăng thì bộ điều áp bị hỏng và cần thay thế

Nếu sau khi đã quan sát và kiểm tra mà không thấy có hư hỏng thì kiểm tra tiếp đến áp suất nhiên liệu trong mạch xăng chính , tín hiệu điều khiển vòi

3.5.2.2 Quy trình kiểm tra chẩn đoán hư hỏng của hệ thống cung cấp nhiên liệu qua áp suất.

Quy trình kiểm tra chẩn đoán hư hỏng của hệ thống cung cấp nhiên liệu được thực hiện như sau :

- Lắp áp kế vào van kiểm tra của đường xăng chung

- Khởi động cho động cơ hoạt động để tạo áp suất trong mạch xăng chính Khi động cơ hoạt động bình thường và ổn định áp suất trên mạch xăng chính phải đạt 250 Kpa – 300 Kpa , nếu khống đạt thì kiểm tra lại bơm xăng và van điều áp

- Dừng động cơ ,chờ 20 phút sau đó quan sát chỉ số áp suất nhiên liệu trên

áp kế Độ giảm áp suất không được quá 140 Kpa Nếu độ giảm áp lớn hơn 140 Kpa thì có thể kết luận có sự rò rỉ lớn ở các bộ phận trong hệ thống như van một chiều ở bơm , van điều áp hoặc vòi phun

Để xác định nguyên nhân gây rò rỉ trong hệ thống , ta có thể thực hiện như sau:

- Lắp một van khóa vào đường cấp xăng giữa bơm và đường ống nhiên liệu chung của vòi phun

- Cho bơm hoạt động để tạo áp suất trong hệ thống

- Dừng bơm ,khóa van và chờ sau 10 phút rồi quan sát độ giảm áp trên áp

kế Nếu áp suất không giảm thì bơm cần được kiểm tra sửa chữa hoặc thay thế Nếu áp suất giảm thì kiểm tra tiếp các cụm khác

- Lắp thêm một van khóa vào đường hồi nhiên liệu về thùng chứa Mở cả hai van khóa và đóng điện cho bơm hoạt động để tạo áp suất trên đường ống rồi khóa van trên đường hồi nhiên liệu Sau 10 phút nếu áp suất không giảm thì bộ điều áp hỏng , cần thay thế Nếu áp suất giảm thì tiến hành kiểm tra các vòi phun

3.5.3 Kiểm tra chẩn đoán hư hỏng của các cảm biến.