HỆ THỐNG NHIÊN LI ỆU ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
II- CẤU TẠO HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG
2.3. Hệ thống phun xăng điện tử
Nhiệm vụ: Hệ thống này có chức năng là hút xăng từ thùng chứa đến các vòi phun, tạo áp suất cần thiết để phun, duy trì ổn định áp suất nhiên liệu trong hệ thống.
Đặc điểm cấu tạo: Trong hệ thống phun xăng điện tử, hệ thống cung cấp nhiên liệu gồm các thành phần chính : Thùng xăng, bơm xăng, bộ lọc xăng, dàn ống xăng của các vòiphun, các vòi phun xăng.
2.3.1.1. Bơm xăng điện
Bơm xăng có nhiệm vụ cung cấp xăng cho vòi phun với lưu lượng và áp suất quy định. Loại bơm được sử dụng là bơm điện kiểu phiến gạt. Bơm và động cơ điện làm thành một khối. Dòng xăng chảy qua bơm có tác dụng làm mát động cơ điện 4.
Lưu lượng do bơm cung cấp luôn luôn lớn hơn nhu cầu, nhằm tạo ra áp suất dư trong mạch nhiên liệu. Các phiến gạt 3 thực chất là những con lăn để giảm ma sát và hao mòn. Khi bơm là việc, do tác dụng của lực li tâm, các con lăn sẽ khít vào mặt dẫn hướng 4 của vỏ bơm và đẩy xăng đi. Van an toàn 2 giới hạn áp suất xăng. Van một chiều 5 tránh xăng chảy ngược về bình chứa.
Điều khiển bơ m xăng.
Bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy. Khi động cơ bắt đầu hoạt động thì dòng điện đi từ ắc quy qua khoá điện đến cuộn dây L3 của rờle bơm xăng (RLBX) để tạo lực hút tiếp điểm của RLBX và đóng điện vào mạch môtơ bơm xăng.
Đồng thời khi khởi động thì cánh gió của cảm biến đo gió cũng di chuyển vào vị trí ban đầu (nhờ dòng khí nạp hút vào động cơ) và đóng tiếp điểm của cảm biến đo gió.
Vì thế, cuộn dây thứ hai L2 của RLBX cũng có dòng điện chạy qua, tạo thêm lực hút để đóng tiếp điểm của RLBX. Sau khi khởi động máy và máy đã nổ, khoá điện trả về vị trí IG (vị trí ON) thì cuộn L3 của RLBX bị cắt điện , chỉ còn cuộn L2 giữ cho tiếp điểm vẫn đóng và bơm xăng hoạt động.
Hình 2.12:Sơ đồ mạch cung cấp nhiên liệu của L-jectronic.
1- Bình xăng; 2- Bơm xăng điện;
3- Lọc xăng; 4- Dàn phân phối xăng;
5- Bộ điều khiển áp suất;
6- Bộ giảm dao động áp suất;
6- Vòi phun;
7- Vòi phun khởi động lạnh.
Hình 2.13: Sơ đồ cấu tạo bơm xăng.
1- Đường xăng vào;
2-Van giới hạn áp suất cực đại; 3- Bơm phiến gạt; 4- Rôto động cơ điện;
5- Van một chiều;
6- Đường xăng ra.
Điện trở R của tụ điện C trong RLBX có mục đích ngăn không cho tiếp điểm m ở ra, thậm chí khi dòng điện trong cuộn dây L2 giảm xuống do sự giảm đột ngột lượng khí nạp. Nó còn có tác dụng ngăn chặn sự phóng điện tại tiếp điểm.
Hình 2.14: Các pha làm việc của bơm phiến gạt kiểu con lăn.
1-Đường xăng vào; 2-Rôto bơm; 3-Con lăn; 4-Mặt dẫn hướng; 5-Đường xăng vào
Hình 2.15:Sơ đồ mạch điều khiển bơm xăng điện.
Trong hệ thống điện của các xe phun xăng có bố trí thêm các giắc cắm (không có đầu nối cắm thứ hai), được gọi là những giắc kiểm tra, nhằm kiểm tra các hệ thống có mạch phức tạp hoặc để chuẩn đoán pan bệnh. Trên hình 2.15 có giắc cắm kiểm tra bơm xăng có làm việc hay không thì chỉ cần nối tắt hai lỗ giắc cắm ký hiệu +B và Fp. Nếu bơm xăng hoạt động thì sự cố có thể ở mạch điều khiển. Trên sơ đồ còn có một rơle chính (với cuộn dây L1) luôn đóng khoá điện ở vị trí ON (hoặc theo sơ đồ là nấc IG).
2.3.1.2. Bộ lọc xăng
Công dụng là lọc sạch các tạp chất bẩn trong xăng nhằm bảo vệ các chi tiết của hệ thống nhiên liệu, đặc biệt là vòi phun.
Bộ lọc xăng có hai phần tử lọc: Lõi lọc bằn g giấy1 và thảm lọc 2. Độ xốp lõi giấy vào khoảng 8-10m, xăng phải xuyên qua lõi giấy và thảm lọc trước khi đi vào dàn phân phối. Lõi lọc phải được thay đúng định kỳ theo độ bẩn của xăng. Trong quá trình lắp ráp cần chú ý mũi tên chỉ hướng xăng vào và ra.
2.3.1.3. Dàn ống các vòi phun xăng
Dàn ống các vòi phun xăng đóng vai trò như một kho chứa nhiên liệu của các vòi phun xăng. Dung tích của nó lớn hơn nhiều lần lượng xăng cần thiết cho một chu trình hoạt động của động cơ. Nhờ vậy tránh được tình trạng thay đổi của áp suất trong hệ thống.
Nó có các công dụng sau:
-Cung cấp xăng đồng đều cho các vòi phun dưới áp suất bằng nhau.
-Làm nơi gá lắp các vòi phun và giúp cho việc tháo lắp các vòi phun được dễ dàng.
2.3.1.4. Bộ điều áp xăng
1
2
3 4
5 6
7 Hình 2.17: Là cấu tạo của bộ điều áp xăng.Trong mạch cung cấp nhiên liệu, bộ điều áp có công dụng ổn định áp suất nhiên liệu trong dàn ống của các vòi phun. Việc điều áp này rất cần thiết, vì nhờ vậy nên lượng xăng phun ra chỉ còn lệ thuộc vào một yếu tố duy nhất là thời gia n mở van cho các vòi phun xăng.
Bộ điều áp xăng được lắp đặt ở phía cuối dàn ống của các vòi phun. Nó duy trì áp suất khoảng 2.5 hay 3 bar tuỳ theo kiểu thiết kế.
Thiết bị này được lắp ở đầu dàn phân phối xăng, bao gồm hai buồng được ngăn cách bởi màng 5. Áp suất nhiên liệu cung cấp được điều chỉnh bởi lò xo 6. Khi áp suất vượt quá mức quy định, van 3 mở ra và một phần nhiên liệu theo ống 2 trở về thùng chứa làm giảm áp suất trong mạch nhiên liệu. Buồng lò xo qua ống 7 được thông với đường nạp ở phía sau bướm ga, qua đó tạo liên hệ thường xuyên giữa áp suất xăng và áp suất tuyệt đối trong đường ống nạp. Nhờ thế độ chênh áp ở vòi phun sẽ luôn được giữ ổn định với một vị trí của bướm ga.
2.3.1.5. Vòi phun xăng
Hình 2.17: Bộ điều áp xăng.
1- Đường xăng vào; 2- Đường hồi xăng;
3- Van hồi xăng; 4- Thân van;
5- Màng; 6- lò xo nén;
7-Nối với đường nạp của động cơ.
Hình 2.16:
Cấu tạo lọc xăng.
1-Lõi lọc bằng giấy;
2-Thảm lọc;
3- Tấm đỡ.
Vòi phun điện tử được điều khiển do bộ ECU, có c hức năng phun vào cửa nạp nơi xupap hút một lượng xăng chính xác đã được định lượng. Mỗi xylanh động cơ có riêng cho một vòi phun.
Vòi phun xăng hoạt động nhờ xôlênoy. Mỗi khi nhận được tín hiệu của ECU, xôlênoy dẫn động van kim mở cho phun xăng ra. Hình 2.18 giới thiệu kết cấu của một vòi phun xăng, khi chưa có dòng điện chạy qua cuộn dây 3 của xônênoy, lò xo ấn van kim 7 đóng kín bệ của nó, đây là trạng thái đóng của vòi phun. Đến lúc ECU đánh tín hiệu gởi một dòng điện đến xôlênoy, nam châm điện sẽ hút nhấc lõi từ 5 và van kim lên khoảng 0.1 mm. Xăng sẽ được phun ra khỏi lỗ phun dạng vành khuyên được định cỡ chính xác. Thời gian mở và đóng của vòi phun xảy ra trong khoảng từ 1 -1.5ms.
2.3.1.6. Vòi phun khởi động lạnh a/ Kết cấu và hoạt động
Hình 2.19: Giới thiệu kết cấu của vòi phun khởi động lạnh.
Cuộn dây xôlênoy 4 được lắp đặt bên trong vòi phun, nhờ điện từ giắc cắm 1. Khi chưa hoạt động, một lò xo ấn van 3 đóng kín bệ 6.
Khi có dòng điện chạy xuyên qua cuộn dây, xôlênoy được từ hoá, hút nhấc va n lên khỏi bệ, mở cho xăng phun ra xuyên qua đầu 5 của vòi phun. Mạch xăng trong đầu 5 được chế tạo đặc biệt, xăng phải thoát ra qua lỗ tiếp tuyến nhỏ tạo thành chuyển động xoáy.
Vòi phun khởi động lạnh được lắp trên ống góp hút, ở vị trí thuận lợi nhất nh ằm phân bố đồng đều hỗn hợp cháy giàu xăng cho tất cả các xylanh động cơ. Vòi phun này chỉ hoạt động khi động cơ đang quay khởi động với nhiệt độ nước làm mát thấp, thêm vào đó khoảng thời gian phun cực đại được giới hạn bằng công tắc định thời gian vòi ph un khởi động lạnh để ngăn hiện tượng sặc xăng do sự phun liên tục của vòi phun khởi động gây ra.
b/ Công tắc nhiệt thời gian:
Chức năng của công tắc nhiệt thời gian là giới hạn thời gian phun xăng khởi động lạnh tuỳ thuộc vào nhiệt độ của động cơ.
Hình 2.20. Giới thiệu kết cấu của công tắc nhiệt thời gian. Tấm lưỡng kim 3 được nung nóng nhờ cuộn dây 4. Tuỳ theo nhiệt độ động cơ, tấm lưỡng kim điều khiển đóng mở tiếp điểm 5. Trên động cơ , công tắc này được lắp vào nơi tiếp nhận được nhiều nhiệt nhất của động cơ.
Hình 2.18: Kết cấu của vòi phun xăng
dẫn động bằng xôlênoy.
1- Lọc xăng tại cửa vào;
2- Đầu nối dây điện;
3- Cuộn dây xôlênoy;
4- Lõi từ;
5- Vỏ;
6- Thân van kim;
7- Joăng;
8- Van kim.
Công dụng: Trong quá trình khởi động lạnh, nó giới hạn thời gian phun xăng của vòi phun khởi động lạnh. Trong tình huống tiếp tục khởi động nhiều lần hoặc quá trình khởi động kéo dài quá lâu, công tắc này tự ngắt không cho vòi phun khởi động lạnh phu n nữa
c/ Mạch điện của vòi phun khởi động lạnh.
.
Hình 2.21: Sơ đồ mạch điện vòi phun khởi động lạnh 2.3.2. Hệ thống nạp khí
Không khí từ lọc gió đi qua cuộn cảm biến đo lưu lượng gió và đẩy tấm đo gió trước khi đi vào khoang nạp khí. Lượng khí nạp đi vào khoang nạp khí được xác định bằng độ mở bướm ga. Từ khoang nạp khí, không khí sẽ được phân phối đến đường ống nạp và hút vào trong buồng cháy. Khi động cơ còn lạnh, van khí phụ mở cho phép không khí đi vào khoang nạp khí để tăng tốc độ không tải của động cơ (còn gọi là tốc độ không tải nhanh) thậm chí bướm ga còn đóng.
2.3.2.1. Cổ họng gió
a/ Kết cấu. Hình 2.22. Là kết cấu cổ họng gió bao gồm: Bướm ga, nó điều khiển lượng khí nạp trong quá trình động cơ hoạt động bình thường, một khoang khí phụ, cho phép một lượng không khí nhỏ đi qua trong khi chạy không tải.
Hình 2.19: Kết cấu và hoạt động của vòi phun khởi động lạnh.
1- Đầu nối dây điện; 2- Cửa nạp xăng có lưới lọc; 3- Van kim, lõi từ của xôlênoy;
4- Cuộn dây; 5- Miệng phun xoáy lốc;
6- Bệ van.
Hình 2.20: Kết cấu của công tắc nhiệt thời gian.
1- Đầu nối dây điện; 2- Vỏ; 3-Tấm lưỡng kim; 4-Cuộn dây nungnóng;
5-Tiếp điểm.
Khi nhiệt độ nước làm mát còn thấp, các công tắc đòng lại, khoá điện xoay tới vị trí ST, dòng điện chạy như trên sơ đồ và nhiên liệu được phun ra. Khi khóa điện được trả về vị trí ON sau khi khởi động động cơ vòi phun khởi động ngừng phun.
Nếu mô tơ khởi động trong khoảng thời gian dài, có thể xảy ra hiện tượng sặc xăng . Tuy nhiên dòng điện chạy qua cuộn dây 1 và 2 thanh lưỡng kim được nung nóng và công tắc mở ra. Do đó ngắt dòng điện chạy qua vòi phun khởi động lạnh
Hình 2.22: Kết cấu cổ họng gió.
Một cảm biến vị trí bướm ga cũng được lắp trên trục của bướm ga để nhận biết được góc mở bướm ga. Một số cổ họng gió cũng được lắp một van khí phụ loại nh iệt hay một bộ đệm bướm ga, để làm cho bướm ga không đóng đột ngột. Nước làm mát được dẫn qua cổ họng gió để ngăn không cho nó bị đóng băng tại thời điểm lạnh.
b/ Vít chỉnh tốc độ không tải
Hình 2.23: Vít chỉnh hỗn hợp không tải.
2.3.2.2. Van khí phụ.
Hình 2.24: Kết cấu và hoạt động của van khí phụ loại thanh lưỡng kim.
Van khí phụ dùng để điều chỉnh tốc độ không tải của động cơ còn lạnh. Kết cấu và hoạt động như hình 2.24, loại van khí phụ này là một thiết bị hoạt động bằng thanh lưỡng kim và cuộn dây sấy để nâng cao tốc độ động cơ khi còn lạnh.
Bướm ga đóng hoàn toàn khi chạy không tải, kết quả là dòng khí nạp vào sẽ đi qua van khí phụ vào trong khoang nạp khí.
Tốc độ không tải của động cơ có thể được điều chỉnh bằng việc điều chỉnh lượng khí nạp đi qua van khí phụ. Xoay vít điều chỉnh tốc độ không tải (theo chiều kim đồng hồ) sẽ làm giảm dòng khí phụ và giảm tốc độ không tải của động cơ, nới nỏng vít chỉnh (xoay nó ngược chiều kim đồng hồ) sẽ làm tăng khí đi qua van khí phụ và tăng tốc độ không tải của động cơ.
Khi khởi động động cơ còn lạnh, van chắn mở, cho phép không khí đi từ ống nối khoang nạp khí, bỏ qua bướm ga để đi thẳng qua van khí phụ và đến khoang nạp khí. Do vậy, thậm chí bướm ga đóng, lượng khí nạp tăng lên và tốc độ không tải sẽ cao hơn một chút so vởi tốc độ bình thường (gọi là tốc độ không tải nhanh).
Sau khi động cơ đã khởi động, dòng điện bắt đầu chạy qua cuộn dây sấy, do thanh lưỡng kim bị nung nóng, nên van chắn sẽ từ từ đóng lại và tốc độ độn g cơ sẽ giảm xuống.
Mạch điện mô tả như hình 2.25.
Trên đường đặc tính hình 2.26, lượng khí nạp của van khí phụ sẽ tăng nếu nhiệt độ khí quyển giảm.
Van khí phụ được lắp trên bề mặt của nắp quy lát, khi khởi động lại một động cơ nóng, thanh lưỡng kim đư ợc nung nóng bằng nhiệt của động cơ và làm van chắn đóng lại.
Do vậy, không khí không thể đi qua van khí phụ và vì vậy tốc độ không tải nhanh của động cơ không được thiết lập.
Hình 2.25: Mạch điện điều khiển van khí phụ.
Hình 2.26: Đường đặc tính.
2.3.3. Hệ thống cảm biến ghi nhận thông tin (Phụ lục 4)
Hệ thống cảm biến tín hiệu bao gồm các cảm biến có nhiệm vụ dò tìm, nhận biết tình hình các chế độ hoạt động của động cơ, sau đó báo lên ECU bằng các tín hiệu điện.
Hệ thống các bộ cảm biến cùng với bộ sử lý và bộ điều khiển trung tâm ECU hình thành hệ thống điều khiển trung tâm.
Nhận được thông tin của các bộ cảm biến, ECU sẽ đành giá và sử lý thông tin, sau đó ra lệnh cho hệ thống xăng cung cấp một lượng nhiên liệu chính xác thích hợp cho chế độ hoạt động của động cơ.
Các cảm biến nhận biết lượng khí nạp, tốc độ động cơ, tải c ủa động cơ, nhiệt độ nước làm mát và khí nạp, sự tăng tốc hoặc giảm tốc và truyền các tín hiệu này đến ECU sau đó xác định khoảng thời gian phun chính xác và truyền tín hiệu phun đến các vòi phun. Các vòi phun này sẽ phun nhiên liệu vào đường ống nạp phụ t huộc vào tín hiệu này.
Lượng phun phụ thuộc vào khoảng thời gian của tín hiệu ECU. Ta có sơ đồ khối hệ thống điều khiển điện tử:
2.3.4. Hệ thống định lượng nhiên liệu
Sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến gửi tới. ECU tính toán dựa trên những tín hiệu để đưa ra các xung điều khiển, ECU có hai chức năng chính :
Nhiệt độ môi trường (0C)
* Chức năng điều khiển thời điểm phun: quyết định khi nào thì từng vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào xylanh. Điều đó được quyết định bằng tín hiệu đánh lửa sơ cấp (IG).
* Chức năng điều khiển lượng phun: quyết định bao nhiêu nhiên liệu sẽ được phun vào các xylanh. Điều đó được xác định bằng:
- Tín hiệu phun cơ bản, nó lần lượt xác định bằng tín hiệu tốc độ động cơ và tín hiệu lượng khí nạp.
- Các tín hiệu điều chỉnh lượng phun, ngoài ra còn có mộ t mạch khuếch đại để kích hoạt các vòi phun.
2.3.4.1. Giới thiệu về bộ điều khiển điện tử ECU a/ Các bộ phận của ECU
ECU được đặt trong một vỏ kim loại để giải nhiệt tốt, nó được đặt ở nơi ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ .
Các linh kiện điện tử của ECU được sắp xếp trong một mạch chính .vì dùng IC và linh kiện tổ hợp nên ECU rất gọn. Sự tổ hợp các chức năng trong IC (bộ tạo xung, bộ gia động đa hài điều khiển việc chia tầng số) giúp ECU đạt độ tin cậy cao. Một đầu chùm đa chấu dùng để nối ECU với các hệ thống trên xe và các cảm biến
b/ Cấu trúc của ECU
Bộ phận chính của ECU là máy tính. Bộ phận chủ yếu của máy tính là bộ vi sử lý hay còn gọi là các CPU (control procesing unit). CPU lựa chọn các lệnh và sử lý dữ liệu.
Bộ nhớ ROM và RAM chứa các chương trình, dữ liệu, cổng vào, ra, điều khiển nhanh số liệu từ các cảm biến và chuyển dữ liệu đã sử lý đến các cơ cấu thực hiện.
.
Hình 2.27:Sơ đồ cấu trúc CPU.
* Các bộ phận phụ
Ngoài bộ nhớ , vi sử lý và đồng hồ đếm thì CPU còn trang bị thêm các mạch giao tiếp giữa đầu vào và đầu ra gồm có:
Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành số, còn gọi là bộ chuyển đổi A/D: dùng chuyển đổi các tín hiệu tương tự thành đầu vào thay đổi điện trở như các cảm biến nhiệt độ, bộ lọc gió, công tắc bướm ga thành các tín hi ệu số để bộ vi sử lý hiểu được. Ngoài ra còn dùng một điện trở hạn chế dòng giúp chuyển đổi đo điện áp rơi trên các cảm biến.
- Bộ đếm: dùng đếm xung. Ví dụ từ các cảm biến vị trí trục khuỷu rồi gửi lượng đếm về bộ sử lý.
Hình 2.27 Là sơ đồ cấu trúc của CPU bao gồm các cơ cấu đại số và logic để tính toán dữ liệu và bộ điều khiển các chức năng khác. Ở các CPU thế hệ mới, người ta thường chế tạo CPU, ROM, RAM trong một mạch IC.
Bộ điều khiển CPU hoạt động theo dạng tín hiệu số nhị phân.
Điện áp cao biểu hiện bằng số 1, điện áp thấp biểu hiện bằng số 0