2 Mục mục Chương 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG 8 1 1 Lịch sử phát triển của hệ thống nhiên liệu xăng 8 1 1 1 Khái niệm 8 1 1 2 Khái niệm hệ thống phun xăng điện tử 8 1 1 3 Lịch sử phát triển 9 1 1 4 Hệ thống phun xăng điện tử (EFI) 10 1 1 5 Ưu điểm của hệ thống phun xăng điện tử 10 1 1 6 Phân loại EFI 11 a) Phân loại theo phương pháp phát hiện lượng không khí nạp 11 b) Phân loại theo điểm phun 13 1 1 7 Phân loại theo phương pháp điều khiển kim phun 14 a) Phun xăng điện tử 14 b) Ph.
Lịch sử phát triển của hệ thống nhiên liệu xăng
Khái niệm
Vào cuối thế kỷ 19, người Đức đã thử nghiệm phun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không thành công Đến năm 1887, người Mỹ đã có những đóng góp quan trọng trong việc triển khai hệ thống phun xăng cho động cơ tỉnh tại Đầu thế kỷ 20, người Đức đã áp dụng hệ thống phun xăng cho động cơ 4 thì tỉnh tại, mặc dù nhiên liệu sử dụng là dầu hoả, gây ra hiện tượng kích nổ và hiệu suất thấp Sự phát triển này đã dẫn đến công nghệ chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay tại Đức.
Hệ thống phun xăng đã được áp dụng rộng rãi trên ô tô ở Đức, thay thế cho động cơ sử dụng chế hòa khí Hãng BOSCH tiên phong trong việc áp dụng công nghệ phun xăng cho ô tô hai thì, cung cấp nhiên liệu với áp lực cao và phun trực tiếp vào buồng đốt Tuy nhiên, phương pháp này có giá thành chế tạo cao và hiệu quả thấp, mặc dù đã được ứng dụng trong thời kỳ Thế chiến thứ II.
Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phun xăng đã bị gián đoạn trong thời gian dài do chiến tranh, nhưng đến năm 1962, người Pháp đã phát triển hệ thống này trên ô tô Peugeot 404 với cơ chế phân phối nhiên liệu bằng cơ khí, tuy nhiên hiệu quả vẫn chưa cao Năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng cơ khí mang tên K-Jetronic, trong đó nhiên liệu được phun liên tục vào trước xupáp nạp Hệ thống K-Jetronic đã được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của Hãng Mercedes và một số mẫu xe khác, tạo nền tảng cho sự phát triển của các hệ thống phun xăng thế hệ sau.
Khái niệm hệ thống phun xăng điện tử
EFI, hay còn gọi là Hệ thống Phun Xăng Điện Tử, là công nghệ tiên tiến nhất hiện nay trong việc cung cấp nhiên liệu cho động cơ ô tô Hệ thống này tự động điều chỉnh tỉ lệ hỗn hợp nhiên liệu dựa trên chế độ hoạt động của xe, đảm bảo hiệu suất tối ưu Cụ thể, trong chế độ khởi động lạnh, hỗn hợp khí sẽ giàu xăng để dễ dàng khởi động, và sau khi động cơ đạt nhiệt độ vận hành, tỉ lệ xăng sẽ giảm xuống để tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải.
Trên các đời xe cũ, bộ chế hòa khí được sử dụng để tạo hỗn hợp nhiên liệu cho động cơ, cung cấp nhiên liệu với tỉ lệ nhất định tùy thuộc vào lượng khí nạp Tuy nhiên, để đáp ứng các yêu cầu về khí xả, tiết kiệm nhiên liệu và cải thiện khả năng tải, bộ chế hòa khí cần phải được lắp thêm các hiệu chỉnh khác, làm cho hệ thống trở nên phức tạp hơn.
Hệ thống phun xăng điện tử đã được phát triển để thay thế bộ chế hòa khí, giúp đảm bảo tỉ lệ hỗn hợp nhiên liệu phù hợp cho động cơ Bằng cách phun nhiên liệu điện tử, hệ thống này tối ưu hóa hiệu suất động cơ theo các chế độ lái xe khác nhau.
Lịch sử phát triển
Vào thế kỷ XIX, kỹ sư người Mỹ Stenvan đã phát minh ra phương pháp phun nhiên liệu cho máy nén khí Sau đó, một kỹ sư người Đức đã thử nghiệm phun nhiên liệu vào buồng cháy nhưng không đạt hiệu quả Đầu thế kỷ 20, người Đức đã áp dụng hệ thống phun nhiên liệu cho động cơ 4 kỳ tĩnh tại, dẫn đến sự thành công trong việc phát triển hệ thống phun xăng kiểu cơ khí Hệ thống phun xăng này phun trực tiếp nhiên liệu trước xupap hút và được gọi là K-jetronic, mono-jetronic, L-jetronic, v.v.
Vào đầu những năm 80, do những nhược điểm của hệ thống phun xăng cơ khí, BOSCH đã phát triển hệ thống phun xăng điện tử với hai loại chính: L-jetronic và D-jetronic, cả hai đều sử dụng cảm biến đo lưu lượng khí nạp để xác định lượng nhiên liệu Đến năm 1984, Toyota đã áp dụng công nghệ này trên động cơ 4A-ELU, sau khi Nhật Bản mua bản quyền từ BOSCH Năm 1987, Nissan cũng đã chuyển sang sử dụng hệ thống L-jetronic để thay thế bộ chế hòa khí trên xe Sunny.
Việc điều khiển EFI có thể chia làm hai loại, dưa trên sự khác nhau về phương pháp dùng để xác định lượng nhiên liệu phun :
Hệ thống điều khiển lượng phun nhiên liệu được chia thành hai loại: loại đầu tiên dựa vào thời gian nạp và phóng điện vào tụ điện, trong khi loại thứ hai, sử dụng bộ vi xử lý, đã được áp dụng từ năm 1983 Hệ thống EFI điều khiển bằng vi xử lý của Toyota, được gọi là TCCS (Toyota Computer Controlled System), không chỉ kiểm soát lượng phun mà còn tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
10 bao gồm ESA ( electronic spark advance ) và ccas hệ thống điều khiển khác cũng như chức năng chẩn đán và dự phòng.
Hệ thống phun xăng điện tử (EFI)
Hệ thống phun xăng điện tử (EFI) sử dụng nhiều cảm biến để theo dõi tình trạng động cơ và điều kiện hoạt động của xe ECU (Bộ điều khiển động cơ) sẽ tính toán lượng nhiên liệu phun tối ưu và điều khiển các vòi phun để đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất.
1 Cảm biến vị trí bướm ga 5 Cảm biến vị trí trục cam
2 Cảm biến áp suất đường ống nạp
6 Cảm biến nhiệt độ nước
3 Vòi phun 7 Cảm biến vị trí trục khuỷu
4 Cảm biến lưu lượng khí nạp 8,9 Cảm biến oxy
Ưu điểm của hệ thống phun xăng điện tử
Hệ thống phun xăng có nhiều ưu điểm hơn bộ chế hòa khí :
Dùng áp suất làm tơi xăng thành những hạt bụi sương hết sức nhỏ
Hình 1: Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử
Phân phối hơi xăng đồng đều đến từng xylanh một và giảm thiểu xu hướng kích nổ bởi hòa khí loãng hơn
Động cơ chạy không tải êm dịu hơn
Tiết kiệm nhiên liệu nhờ điều khiển được lượng xăng chính xác, bốc hơi tốt, phân phối xăng đồng đều
Giảm được các khí thải độc hại nhờ hòa khí loãng
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
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
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
Gia tốc nhanh hơn nhờ xăng bốc hơi tốt hơn lại được phun vào xylanh tận nơi
Đạt được tỉ lệ hòa khí dễ dàng
Duy trì được hoạt động lý tưởng trên phạm vi rộng trong các điều kiện vận hành
Giảm bớt được các hệ thống chống ô nhiễm môi trường.
Phân loại EFI
a) Phân loại theo phương pháp phát hiện lượng không khí nạp
L-EFI (loại điều khiển lượng không khí)
1 Cảm biến lưu lượng khí nạp 4.Vòi phun
2 Đường ống nạp 5.ECU động cơ
D-EFI (loại điều khiển áp suất đường ống nạp)
Loại này đo áp suất trong đường ống nạp để phát hiện lượng không khí nạp theo tỷ trọng của không khí nạp
Hình 2:Sơ đồ hệ thống L-EFI
1.Đường ống nạp 4.Vòi phun
2.Cảm biến áp suất đường ống nạp
3.Động cơ b) Phân loại theo điểm phun
Hệ thống phun xăng đơn điểm, hay còn gọi là phun một điểm, là công nghệ mà trong đó kim phun được lắp đặt ở cổ đường nạp hút, phục vụ cho tất cả các xi lanh của động cơ, nằm ngay phía trên bướm ga.
Hình 3: Sơ đồ hệ thống D-EFI
Hệ thống phun xăng đa điểm (phun đa đi ểm ): mỗi xy lanh của động cơ được bố trí 1 vòi phun phía trước xupáp nạp
Hình 4: Hệ thống phun xăng đa điểm
1.Bình xăng 4.Bộ ổn áp
2.Bơm 5.Cảm biến lưu lượng
8.Cuộn đánh lửa 11.Lọc gió
Phân loại theo phương pháp điều khiển kim phun
Các phương tiện được trang bị cảm biến để nhận biết chế độ hoạt động của động cơ và bộ điều khiển trung tâm nhằm tối ưu hóa hiệu suất Hệ thống phun xăng thủy lực sử dụng áp lực từ gió hoặc nhiên liệu, với cảm biến cánh bướm gió và bộ phân phối nhiên liệu để điều chỉnh lượng xăng phun vào động cơ Nhiều loại xe hiện nay đã áp dụng công nghệ này.
Phân loại theo thời điểm phun xăng
Hệ thống phun xăng gián đoạn hoạt động bằng cách đóng mở kim phun một cách độc lập, không phụ thuộc vào xupáp, và phun xăng vào động cơ khi các xupáp mở hoặc đóng Loại hệ thống này còn được gọi là hệ thống phun xăng biến điệu Ngược lại, hệ thống phun xăng đồng loạt thực hiện việc phun xăng đồng thời cho tất cả các xi lanh trong động cơ.
Phun xăng vào động cơ diễn ra ngay trước hoặc khi xupáp nạp mở ra, áp dụng cho hệ thống phun dầu Hệ thống phun xăng liên tục giúp cung cấp nhiên liệu một cách ổn định và hiệu quả.
Trong quá trình hoạt động của động cơ, xăng luôn được phun vào ống góp hút để duy trì hiệu suất Mỗi khi động cơ chạy, một lượng xăng nhất định được phun ra từ kim phun vào buồng đốt Tỉ lệ hòa khí giữa xăng và không khí được điều chỉnh thông qua sự giảm áp suất nhiên liệu tại các kim phun.
Cấu Tạo Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử
Bơm nhiên liệu
xăng điện tử liệu khiển điện tử
Bơm xăng được thiết kế để cung cấp lượng xăng vượt quá yêu cầu tối đa của động cơ, tạo ra áp suất cần thiết trong mạch ở mọi chế độ hoạt động Van chặn được bố trí tại các cửa thoát của bơm giúp ngăn chặn xăng chảy ngược về buồng chứa khi bơm ngừng hoạt động Van giới hạn áp suất đảm bảo áp suất xăng không vượt quá mức cho phép Khi kết nối mạch công tắc máy và công tắc khởi động, bơm xăng sẽ hoạt động ngay lập tức và liên tục sau khi động cơ khởi động Bơm xăng điện được lắp đặt trực tiếp bên trong bình chứa xăng, yêu cầu ít bảo trì và bảo dưỡng.
Bầu lọc xăng
Bầu lọc xăng có chức năng quan trọng trong việc loại bỏ tạp chất, bảo vệ hệ thống nhiên liệu Nó bao gồm hai phần tử lọc: một lõi lọc bằng giấy và một tấm lọc Trước khi xăng được đưa vào bộ phân phối, nó phải đi qua cả lõi lọc giấy và tấm lọc để đảm bảo sạch sẽ.
Bộ ổn định áp suất
Chức năng chính của hệ thống là duy trì áp suất nhiên liệu ổn định trong đường ống nạp, giúp áp suất xăng không thay đổi Điều này khiến lượng xăng phun ra chỉ phụ thuộc vào thời gian mở van phun xăng.
Bộ giảm rung động sử dụng màng ngăn để hấp thụ một phần nhỏ xung áp suất nhiên liệu, được tạo ra bởi quá trình phun nhiên liệu và sự nén của bơm nhiên liệu.
Vòi phun
Van điện từ là thiết bị phun nhiên liệu dựa trên tín hiệu từ ECU động cơ, với hai loại vòi phun chính: loại điện trở thấp từ 1.5-3Ω và loại điện trở cao 13.8Ω.
1.Lọc xăng 7.Dàn phân phối xăng
2.Đầu nối điện 8.Chụp bảo vệ
3.Cuộn dây kích từ 9.Gioăng trên
4.Lõi từ tính 10.Gioăng dưới
ECU động cơ
ECU (Bộ điều khiển điện tử) nhận thông tin về trạng thái hoạt động của động cơ từ các cảm biến Sau đó, ECU xử lý dữ liệu này và gửi tín hiệu điều khiển để mở vòi phun, điều chỉnh lượng xăng phun ra dựa trên thời gian mở van kim của vòi phun.
Hộp ECU động cơ trong hệ thống phun xăng điện tử EFI được lắp đặt trên ôtô tại vị trí thoáng mát, giúp tránh ảnh hưởng của nhiệt độ động cơ Hai yếu tố cơ bản quyết định thời gian mở vòi phun là thông tin về vận tốc trục khuỷu và cam, cùng với khối lượng khí nạp.
Giới thiệu chung về xe camry 2.0E(ví dụ)
Camry 2.0E 2014 là phiên bản có công suất thấp nhất trong dòng Toyota Camry 2014, được giới thiệu tại Việt Nam vào tháng 08/2012 Ngoại thất của Camry 2.0 không khác biệt nhiều so với các phiên bản 2.5G và 2.5Q, ngoại trừ việc sử dụng mâm xe 16 inch thay vì 17 inch và trang bị cảm biến góc Tuy nhiên, nội thất của Camry 2.0 có nhiều điểm khác biệt so với các phiên bản 2.5.
Xe được trang bị nhiều tính năng hiện đại như ghế chỉnh tay, giàn âm thanh với đầu CD, điều hòa tự động 2 vùng độc lập và tay lái bọc da Về vận hành, phiên bản động cơ 2.0 tích hợp công nghệ VVT-i giúp tiết kiệm nhiên liệu, kết hợp với hộp số tự động 4 cấp Đối với an toàn, xe được trang bị 2 túi khí và cảm biến lùi.
Xe được trang bị động cơ 1AZ-FE 2.0 với hệ thống VVT-i, cho công suất tối đa 145 mã lực và momen xoắn đạt 190Nm Nhờ đó, xe có khả năng tăng tốc từ 0 đến 100km/h trong khoảng 12,5 giây và đạt tốc độ tối đa 210km/h.
1.7 1.8.1 Động cơ Động cơ: 1AZ-FE chạy xăng, 4 thì 4 xy lanh thẳng hàng, trục cam đặt trên nắp má
Công suất lớn nhất (Hp/rpm) 145/6000
KẾT CẤU VÀ NGUYÊ LÍ LÀM VIỆC
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hệ thống nhiên liệu
1.Bình xăng 7.Cảm biến lưu lượng khí nạp
12.Ống góp nạp 17.Ống phân phối nhiên liệu 2.Bơm xăng điện 8.Van điện từ 13.Cảm biến vị trí bàn đạp ga
3.Cụm ống đh đo xăng và bơm
9.Mô tơ bước 14.Bộ ổn định áp suất
19.Cảm biến tiếng gõ 4.Lọc xăng 10.Bướm ga 15.Cảm biến vị trí trục cam
20.Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 5.Bộ lọc than hoạt tính
11.Cảm biến vị trí bướm ga
16.Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu
21.Cảm biến vị trí trục khuỷu
6.Lọc không khí 22.Cảm biến oxy
Nguyên lí hoạt động của hệ thống nhiên liệu:
Hình 11: Sơ đồ cấu tạo hệ thống nhiên liệu
Nhiên liệu được bơm ra khỏi bình qua bơm nhiên liệu và lọc nhiên liệu, sau đó đến các vòi phun Áp suất nhiên liệu tại vòi phun luôn lớn hơn áp suất đường ống nạp Khi nhiên liệu được phun ra, áp suất trong đường ống nhiên liệu có sự thay đổi nhỏ, và động cơ sử dụng bộ giảm rung động để hạn chế hiện tượng này Vòi phun được lắp đặt ở phía trước mỗi xy lanh, với lượng nhiên liệu phun được điều chỉnh dựa trên thời gian dòng điện chạy qua vòi phun.
Vòi phun khởi động lạnh được lắp đặt trong khoang nạp khí nhằm cải thiện khả năng khởi động trong điều kiện thời tiết lạnh Thời gian phun của vòi phun này được điều chỉnh thông qua công tắc định thời, giúp tối ưu hóa hiệu suất khởi động của động cơ.
Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của các bộ phận chính
Bơm nhiên liệu là loại bơm cánh gạt được lắp đặt trong thùng xăng, giúp giảm thiểu tiếng ồn so với bơm trên đường ống Các thành phần chính của bơm bao gồm mô tơ, hệ thống bơm nhiên liệu, van một chiều, van an toàn và bộ lọc, tất cả được kết hợp thành một khối đồng nhất.
1.Van một chiều 5.Lưới lọc của bơm 7.Thân bơm
2.Van an toàn 6.Nhiên liệu 8.Cửa ra
Khi roto quay, cánh bơm cũng quay theo, giúp gạt nhiên liệu từ cửa vào đến cửa ra của bơm Quá trình này tạo ra độ chân không tại cửa vào, từ đó hút nhiên liệu vào và tạo áp suất tại cửa ra để đẩy nhiên liệu đi.
Van an toàn mở khi áp suât vượt quá giới hạn cho phép ( khoảng 6kg/cm2)
Van một chiều đóng vai trò quan trọng khi động cơ ngừng hoạt động, giúp duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu Khi kết hợp với bộ ổn định áp suất, van một chiều cho phép khởi động lại động cơ dễ dàng hơn Nếu không có áp suất dư, nhiên liệu có thể bị hóa hơi ở nhiệt độ cao, gây khó khăn trong việc khởi động lại động cơ Điều này cũng liên quan đến việc điều khiển bơm nhiên liệu.
Bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy, giúp ngăn chặn việc bơm nhiên liệu lên động cơ khi khóa điện ở chế độ ON nhưng động cơ chưa khởi động Hiện nay, có nhiều phương pháp điều khiển bơm nhiên liệu trong quá trình động cơ khởi động.
Dòng điện từ cực STA của khóa điện được dẫn đến cuộn dây máy khởi động (ký hiệu ST) và đồng thời cũng chạy qua cực STA của ECU, tạo ra tín hiệu STA.
Khi tín hiệu STA và NE được gửi đến ECU, transistor công suất được kích hoạt, cho phép dòng điện chạy qua cuộn dây mở mạch (C/OPN), làm rơle mạch bật lên và cung cấp điện cho bơm nhiên liệu hoạt động.
Sau khi động cơ khởi động, khóa điện chuyển về vị trí ON từ vị trí Start Khi tín hiệu NE phát ra, ECU duy trì trạng thái ON để rơle mở mạch bơm nhiên liệu hoạt động liên tục.
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
Sau khi động cơ khởi động, khóa điện trở về vị trí ON từ vị trí Start Khi tín hiệu NE phát ra, cho thấy động cơ đang hoạt động, ECU giữ trạng thái ON, duy trì hoạt động của rơle mở mạch ON bơm nhiên liệu.
Hình 13: Sơ đồ mạch điều khiển bơm
Hình 14: Chế độ khởi động
2.Rơ le mở mạch 6.Tín hiện NE 3.Bơm nhiên liệu 7.Khóa điện 4.ECU động cơ c) Khi động cơ ngừng:
Khi động cơ ngừng hoạt động, tín hiệu NE đến ECU bị tắt, dẫn đến việc Tr cũng bị tắt, cắt đứt dòng điện đến rơle mở mạch Hệ quả là rơle mở mạch ngừng hoạt động, làm cho bơm nhiên liệu ngừng bơm.
1.Rơ le EFI 5.Bộ vi xử lý
2.Rơ le mở mạch 6.Tín hiện NE 3.Bơm nhiên liệu 7.Khóa điện 4.ECU động cơ
Hình 15: khi động cơ ngừng
Lọc nhiên liệu là thiết bị quan trọng giúp loại bỏ mọi chất bẩn và tạp chất ra khỏi nhiên liệu, được lắp đặt ở phía có áp suất cao Loại lọc thấm bằng giấy có ưu điểm là giá thành rẻ và khả năng lọc sạch Tuy nhiên, nhược điểm của nó là tuổi thọ ngắn, với chu kỳ thay thế trung bình khoảng 4500km.
2.Lưới lọc của bơm nhiên liệu
2.2.3 Vòi phun xăng điện tử
Vòi phun trên động cơ 1AZ-FE là loại vòi phun đầu dài, được trang bị tấm cao su cách nhiệt nhằm giảm rung cho vòi phun Các ống dẫn nhiên liệu kết nối với vòi phun thông qua các giắc nối nhanh, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Vòi phun hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ, với lượng và thời điểm phun nhiên liệu được điều chỉnh theo tín hiệu từ ECU Được lắp đặt gần cửa nạp xy lanh, vòi phun được giữ chặt vào ống phân phối xăng bằng một tấm đệm cách nhiệt.
Kết cấu và nguyên lý hoạt động của vòi phun:
Khi cuộn dây nhận tín hiệu từ ECU, pit tông sẽ được kéo lên, làm giảm sức căng của lò xo Do van kim và piston gắn liền với nhau, van kim cũng sẽ bị kéo lên và tách khỏi đế van, cho phép nhiên liệu được phun ra.
3.Vòng đệm 6.Pit tông bơm
Lượng nhiên liệu phun ra được điều chỉnh bởi thời gian tín hiệu từ ECU Khi van mở cố định trong suốt thời gian tín hiệu, thì lượng nhiên liệu phun phụ thuộc hoàn toàn vào khoảng thời gian mà ECU phát ra tín hiệu.
Mạch điều khiển vòi phun:
Hiện nay, có hai loại vòi phun: loại có điện trở từ 1.5-3Ω và loại có điện trở cao 13.8Ω Mặc dù điện trở khác nhau, mạch điện của cả hai loại vòi phun này về cơ bản tương tự nhau Điện áp từ ắc quy được cung cấp trực tiếp đến vòi phun thông qua khóa điện, và các vòi phun được kết nối theo cấu hình song song.
30 Động cơ 1AZ-FE với kiểu phun độc lập nên mỗi vòi phun của nó có một transitor điều khiển phun
Hình 18: Sơ đồ mạch điều khiển phun.
2.2.4 Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu
Hệ thống cung cấp không khí động cơ 1AZ-FE trên xe oto (camry)
2.3.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp khí nạp
1 Ống xả, 2.Đường ống nạp , 3.Giảm tiếng động xả khí , 4,6 TWC , 5.Làm sạch không khí
Hình 20: Hệ thống cung cấp khí
Không khí được lọc qua bộ lọc gió, tiếp theo là cảm biến lưu lượng khí nap, rồi đi qua cổ họng gió và ống góp nạp Cuối cùng, không khí sẽ đi qua các đường ống và vào xy lanh trong đường nạp.
1 Bộ cộng hưởng , 2 Nhánh bên , 3 Cảm biến khối lượng không khí , 4 Bình lọc gió ,5 Bộ lọc than hoạt tính , 6 Phần tử lọc không khí , 7 Đường hút khí vào , 8 Bộ cộng hưởng
Lọc không khí nhằm mục đích lọc sạch không khí trước khi không khí đi vào động cơ
Lọc thấm đóng vai trò quan trọng trong việc giảm mài mòn cho động cơ, đặc biệt là động cơ 1AZ-FE, với lõi lọc bằng giấy Mặc dù loại lọc này có giá thành thấp và dễ chế tạo, nhưng nhược điểm lớn là tuổi thọ ngắn và chu kỳ thay thế thường xuyên.
Các bộ phận cấu thành gồm: bướm ga, mô tơ điều khiển bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga, các bộ phận khác
Bướm ga là thiết bị điều chỉnh lượng không khí trong động cơ Cảm biến vị trí bướm ga được lắp trên trục để xác định độ mở của bướm ga, trong khi mô tơ bướm ga có chức năng đóng và mở bướm ga, cùng với lò xo hồi giúp đưa bướm ga về vị trí cố định Mô tơ bướm ga sử dụng mô tơ một chiều (DC) với độ nhạy cao và tiêu thụ năng lượng thấp.
1.Bướm ga ,2 Cảm biến bướm ga ,3 Nam châm ,4 IC Hall
ECU động cơ điều chỉnh dòng điện đến mô tơ điều khiển bướm ga, giúp mở hoặc đóng bướm ga qua cụm bánh răng giảm tốc Cảm biến vị trí bướm ga phát hiện góc mở thực tế và gửi thông tin này về ECU động cơ để đảm bảo hoạt động chính xác.
Khi dòng điện đi qua mô tơ, lò xo hồi mở bướm ga đến vị trí cố định khoảng 7° Trong chế độ không tải, bướm ga có thể được đóng lại ở vị trí nhỏ hơn so với vị trí cố định.
Khi ECU động cơ phát hiện hư hỏng, đèn báo hư hỏng trên đồng hồ táp lô sẽ sáng lên và nguồn đến mô tơ sẽ bị cắt Tuy nhiên, với bướm ga giữ ở góc 7°, xe vẫn có thể di chuyển đến nơi an toàn.
2.3.4 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 quy lát
1 Ống góp hút ,2 Bộ cộng hưởng , 3 Cổng lượng
Hệ thống điều khiển hệ thống phun xăng điện tử trên xe 1AZ-FE
Hệ thống điều khiển phun xăng tự động trên động cơ 1AZ-FE về cơ bản được chia làm
Các cảm biến có vai trò quan trọng trong việc nhận diện các hoạt động khác nhau của động cơ, đồng thời phát 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 lượng phun thông qua các tín hiệu điều khiển nhận được từ ECU
2.4.1 Các cảm biến: a) Cảm biến lưu lượng khí nạp:
Hình 23:Cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây sấy
1.Nhiệt điện trở 3.Luồng không khí
4.Cảm biến nhiệt độ khí nạp
Dòng điện chạy qua dây sấy làm nóng nó, và khi không khí đi qua, dây sấy được làm nguội theo khối lượng không khí nạp Bằng cách điều chỉnh dòng điện để duy trì nhiệt độ ổn định của dây sấy, dòng điện này sẽ tỉ lệ thuận với lượng không khí nạp Việc đo dòng điện cho phép xác định chính xác lượng không khí nạp, và tín hiệu dòng điện này được chuyển đổi thành điện áp và gửi đến ECU Cảm biến nhiệt độ không khí nạp đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Cảm biến nhiệt độ khí nạp được lắp bên trong cảm biến lưu lượng khí nạp, có chức năng theo dõi nhiệt độ của khí nạp Thiết bị này sử dụng một nhiệt điện trở, trong đó điện trở thay đổi theo nhiệt độ khí nạp, với đặc điểm là điện trở giảm khi nhiệt độ tăng Sự thay đổi điện trở này được gửi đến ECU thông qua sự biến đổi của điện áp.
Hình 24:Cảm biến nhiệt độ khí nạp
39 c) Cảm biến vị trí bướm ga
Là loại không tiếp xúc Cảm biến này sẽ chuyển sự thay đổi mật độ đường sức từ của từ trường thành tín hiệu điện áp
Hình 25:Cảm biến vị trí bướm ga loại hall
1: IC Hall; 2: Các nam châm
Cảm biến vị trí bướm ga loại Hall sử dụng các mạch IC Hall kết hợp với các phần tử Hall và nam châm được lắp đặt xung quanh Những nam châm này được gắn trên trục bướm ga và quay theo chuyển động của bướm ga, giúp xác định chính xác vị trí của nó.
Khi bướm ga mở, các nam châm quay và thay đổi vị trí, dẫn đến sự thay đổi từ thông mà IC hall phát hiện Sự thay đổi này tạo ra điện áp từ hiệu ứng Hall tại các cựa VTA1 và VTA2, sau đó tín hiệu được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu mở bướm ga Cảm biến này không chỉ phát hiện chính xác độ mở của bướm ga mà còn áp dụng phương pháp tiên tiến để cải thiện hiệu suất.
Cảm biến 40 không tiếp điểm có cấu trúc đơn giản, giúp giảm thiểu khả năng hỏng hóc Để đảm bảo độ tin cậy, cảm biến này phát ra tín hiệu từ hai hệ thống với các tính chất khác nhau.
Mạch điện cảm biến bướm ga:
Bảng 4.2.3: Thông số của cảm biến bướm ga
Cảm biến Thông số Điều thường kiện bình Lưu ý chẩn đoán Cảm biến bướm ga số 1 vị trí Mở bướm ga:
Xác nhận giá trị so với góc mở bướm ga
Cảm biến bướm ga số 2 vị trí Mở bướm ga:
Tính giá trị dựa trên VTA2
Hình 26:Sơ đồ mạch cảm biếnbướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga bao gồm hai tín hiệu VTA1 và VTA2, trong đó VTA1 dùng để phát hiện góc mở bướm ga, còn VTA2 dùng để phát hiện hư hỏng cảm biến Điện áp cấp cho VTA1 và VTA2 thay đổi từ 0-5V, tỷ lệ thuận với góc mở của bướm ga ECU sẽ đánh giá góc mở thực tế từ các tín hiệu VTA1 và VTA2 để điều khiển mô tơ bướm ga.
1 Nắp bảo vệ, 2 Bich , 3,5 Platin , 4 Phần tử Zirconi
Cảm biến oxy đóng vai trò quan trọng trong việc xác định nồng độ oxy trong khí xả, giúp so sánh với tỷ lệ không khí nhiên liệu lý thuyết Thiết bị này thường được lắp đặt trong hệ thống ống xả của xe, góp phần tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
Cảm biến oxy sử dụng phần tử zirconia oxit (ZrO2), được bao bọc bởi lớp platin mỏng, để đo lường nồng độ oxy trong khí thải Khi nhiệt độ đạt 400°C hoặc cao hơn, phần tử zirconia tạo ra điện áp nhờ sự chênh lệch nồng độ oxy giữa bên trong và bên ngoài Platin đóng vai trò xúc tác, thúc đẩy phản ứng giữa oxy và cacbon monoxit (CO), giúp giảm lượng oxy và tăng độ nhạy của cảm biến Trong trường hợp hỗn hợp nhiên liệu nghèo, nồng độ oxy gần như giống nhau, dẫn đến điện áp thấp (gần 0V) Ngược lại, với hỗn hợp nhiên liệu giàu, nồng độ oxy chênh lệch lớn, tạo ra điện áp cao (khoảng 1V) Tín hiệu OX từ cảm biến này được ECU sử dụng để điều chỉnh lượng phun nhiên liệu, duy trì tỷ lệ không khí hợp lý.
Cấu tạo và nguyên lý:
Hình 28:Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Khi động cơ hoạt động, cảm biến nhiệt độ nước làm mát liên tục theo dõi và truyền thông tin về nhiệt độ nước làm mát cho ECU Nếu nhiệt độ nước làm mát thấp do động cơ vừa khởi động, ECU sẽ điều chỉnh hệ thống phun xăng để cung cấp thêm nhiên liệu khi động cơ còn nguội.
Khi ECU phát hiện nhiệt độ nước làm mát thấp hơn -40°C hoặc cao hơn 140°C, nó sẽ thông báo lỗi và chuyển sang chế độ dự phòng với nhiệt độ quy ước là 80°C.
Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát
Hình 29:Mạch điện cảm biến nước làm mát
1: khối cảm biến; 2: điện trở nhiệt; 3:khối điều khiển; 4: khối điện trở giới hạn dòng
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và điện trở R được kết nối nối tiếp, với điện trở của cảm biến thay đổi theo nhiệt độ nước làm mát Sự thay đổi này dẫn đến sự biến đổi điện áp tại cực THW Dựa vào tín hiệu này, ECU điều chỉnh tăng lượng phun nhiên liệu để cải thiện khả năng ổn định của động cơ khi nguội Cảm biến vị trí trục cam cũng đóng vai trò quan trọng trong hệ thống này.
Hình 30:Cảm biến vị trí trục cam
Trên trục cam, đối diện với cảm biến vị trí, có đĩa tín hiệu G với các răng Khi trục cam quay, khe hở giữa các vấu và cảm biến thay đổi, tạo ra điện áp trong cuộn nhận tín hiệu gắn vào cảm biến, từ đó sinh ra tín hiệu G Tín hiệu này được gửi đến ECU động cơ như thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu, kết hợp với tín hiệu NE từ cảm biến trục khuỷu để xác định TCD (điểm chết trên) trong kỳ nén của mỗi xy lanh ECU động cơ sử dụng thông tin này để điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu và thời điểm đánh lửa.
Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam
1: Rôto tín hiệu; 2: Cuộn dây cảm biến vị trí trục cam g) Cảm biến vị trí trục khuỷu
Hình 31:Sơ đồ mạch cảm biến vị tri trục cam
Hình 32:Cảm biến vị trí trục khuỷu.
Cấu tạo và nguyên lí hoạt động
Tín hiệu NE là thông tin quan trọng mà ECU động cơ sử dụng để xác định góc trục khuỷu và tốc độ động cơ Tín hiệu này, cùng với tín hiệu G, giúp ECU tính toán thời gian phun nhiên liệu và góc đánh lửa sớm Tín hiệu NE được tạo ra từ khe không khí giữa cảm biến vị trí trục khuỷu và các răng trên chu vi của rôto tín hiệu NE, được lắp đặt trên trục khuỷu.
Bộ tạo tín hiệu có 34 răng ở chu vi rôto tín hiệu NE và một khu vực với hai răng khuyết, cho phép phát hiện góc của trục khuỷu Tuy nhiên, khu vực này không thể xác định được điểm chết trên của chu kỳ nén hay điểm chết trên của chu kỳ xả Để xác định chính xác góc của trục khuỷu, ECU động cơ kết hợp tín hiệu NE với tín hiệu G.
Sơ đồ mạch cảm biến vị trí trục khuỷu
1: Rôto tín hiệu; 2 Cuộn dây cảm biến vị trí trục khuỷu h) Cảm biến tiếng gõ
Cấu tạo và nguyên lí.
ECU
Bộ điều khiển điện tử có nhiều chức năng đa dạng tùy thuộc vào từng loại của nhà chế tạo Chủ yếu, nó bao gồm bộ tổng hợp vi mạch và các bộ phận phụ để nhận biết tín hiệu, lưu trữ thông tin, thực hiện tính toán, quyết định chức năng hoạt động và gửi các tín hiệu phù hợp.
Hình 37:Sơ đồ mạch cảm biến bàn đạp ga
Các bộ phận phụ trợ như bộ ổn áp và điện trở hạn chế dòng là những thành phần quan trọng trong hệ thống điều khiển Do đó, tên gọi của bộ điều khiển có thể khác nhau tùy thuộc vào nhà sản xuất.
ECU có hai chức năng chính:
+ Điều khiển thời điểm phun: được quyết định theo thời điểm đánh lửa
+ Điều khiển lượng xăng phun: tức là xác định thời điểm phun, thời điểm này xác định theo:
Tín hiệu phun cơ bản được xác định dựa trên tín hiệu động cơ và lưu lượng khí nạp, trong khi tín hiệu hiệu chỉnh được lấy từ các cảm biến như nhiệt độ, vị trí và tín hiệu tải.
Chức năng tự chẩn đoán và lưu mã lỗi
2.5.2 Các bộ phận của ECU
ECU được đặt trong vỏ kim loại để tránh nước Nó được đặt ở nơi ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ
Các linh kiện điện tử của ECU được bố trí trong một mạch kín, với các linh kiện công suất của tầng cuối gắn liền với khung kim loại để tản nhiệt hiệu quả Việc sử dụng IC và linh kiện tổ hợp giúp ECU trở nên gọn nhẹ, đồng thời tăng cường độ tin cậy nhờ sự tích hợp các nhóm chức năng như bộ tạo xung, bộ chia xung và bộ dao động ECU kết nối với hệ thống điện của xe thông qua một đầu ghim đa chấu, liên kết với kim phun và các điểm khác.
2.5.3 Các thông số hoạt động của ECU a) Các thông số chính
Tốc độ động cơ và lượng khí nạp là những thông số quan trọng, phản ánh trực tiếp tình trạng tải của động cơ Khi điều kiện hoạt động của động cơ thay đổi, tỷ lệ hòa khí cũng cần được điều chỉnh để phù hợp Chúng ta sẽ xem xét các điều kiện ảnh hưởng đến sự thích ứng này.
Để tối ưu hóa chế độ vận hành, ECU sẽ tính toán và xử lý các tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ động cơ, đồng thời nhận tín hiệu từ cảm biến bướm ga để xác định mức tải không tải, một phần tải và toàn tải Các thông số chính xác và trạng thái chuyển tiếp khi gia tốc cũng là những yếu tố quan trọng mà ECU cần xem xét.
Sự giới hạn tốc độ tối đa
Các yếu tố được xác định từ các cảm biến có mối quan hệ chặt chẽ và ảnh hưởng đến tín hiệu điều khiển kim phun một cách tương ứng.
ECU sẽ tính toán các thông số thay đổi cùng với nhau, mục đích cung cấp cho động cơ một lượng xăng cần thiết theo từng thời điểm
2.5.4 Các chế độ làm việc a) Làm đậm trong và sau khi khởi động
Quá trình làm đậm lượng phun phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát, với lượng phun lớn hơn khi nhiệt độ nước thấp Điều này giúp nâng cao khả năng khởi động và cải thiện tính ổn định của động cơ trong thời gian nhất định sau khi khởi động Sau đó, lượng phun sẽ giảm dần về mức cơ bản.
Trong quá trình làm ấm động cơ, lượng xăng cung cấp tăng lên sau khi khởi động lạnh, yêu cầu một hỗn hợp xăng giàu để bù đắp cho tình trạng vách thành xy lanh còn lạnh và xăng chưa bay hơi hoàn toàn Quá trình này được chia thành hai thời kỳ, giúp động cơ hoạt động hiệu quả hơn khi đạt nhiệt độ tối ưu.
Trong giai đoạn đầu, quá trình làm giàu xăng khi khởi động động cơ rất quan trọng, thường kéo dài khoảng 30 giây Thời gian này có thể thay đổi tùy thuộc vào loại động cơ, và nó có thể cung cấp thêm từ 30% đến 60% lượng xăng cần thiết để đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả.
Trong giai đoạn sau của quá trình vận hành, động cơ yêu cầu hỗn hợp nhiên liệu loãng hơn, và điều này được điều chỉnh dựa trên nhiệt độ của động cơ Đồ thị minh họa mối quan hệ giữa đường cong làm giàu xăng lý tưởng và thời gian khởi động, giúp người dùng hiểu rõ hơn về sự thay đổi của hỗn hợp nhiên liệu theo thời gian.
Hình 38:Đồ thị làm giàu xăng lí tưởng.
Khi động cơ đạt nhiệt độ bình thường, cảm biến nhiệt độ sẽ gửi tín hiệu đến ECU, giúp ECU ngừng quá trình khởi động ấm máy và điều chỉnh theo điều kiện tải.
Các mức tải khác nhau yêu cầu thành phần hỗn hợp khác nhau Đường cong lượng xăng cần thiết được xác định từ cảm biến lưu lượng trong từng điều kiện hoạt động của động cơ.
Chế độ không tải là tình trạng mà hỗn hợp xăng-không khí quá loãng có thể gây ra sự không ổn định, thậm chí khiến động cơ không khởi động Do đó, để đảm bảo hoạt động hiệu quả, cần sử dụng hỗn hợp giàu xăng trong chế độ này.
Trong quá trình hoạt động, động cơ thường chạy ở chế độ một phần tải, lúc này ECU sẽ điều chỉnh đường xăng cần thiết và xác định lượng xăng cung cấp Đường xăng được thiết lập tối ưu nhằm đạt hiệu suất tiết kiệm nhiên liệu cao nhất trong chế độ này.
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PROTEUS VÀ CODEVISION
Cấu tạo của hệ thống phun xăng (EFI)mô phỏng
3.1.1 Sơ đồ hệ thống phun xăng (EFI)
Hình 39:Mô phỏng trên ứng dụng proteus
3.1.2 Cấu tạo hệ thống phun xăng điện tử (EFI)mô phỏng
AVR Atmega16 là dòng vi điều khiển 8 bits do hãng Atmel sản xuất, nổi bật với cấu trúc tập lệnh RISC (Reduced Instruction Set Computing) Atmel cũng là nhà sản xuất nổi tiếng với dòng vi điều khiển 89C51.
Instruction Set Computer), một kiểu cấu trúc đang thể hiện ưu thế trong các bộ xử lí
Vi điều khiển Atmega 16 của Atmel là một giải pháp hiệu suất cao với công suất thấp, sử dụng kiến trúc 8-bit AVR RISC Nó được trang bị 16KB bộ nhớ flash có thể lập trình, 1KB SRAM và 512B EEPROM, cùng với một bộ chuyển đổi A/D 10-bit 8-kênh và giao diện JTAG cho việc gỡ lỗi trên chip Thiết bị này hỗ trợ thông lượng lên đến 16 MIPS ở tần số 16 MHz và hoạt động trong dải điện áp từ 4,5 đến 5,5 volt.
- Vi điều khiển ở đây được sử dụng để tính toán thời gian mở các transistor theo góc quay của động cơ encoder
- là một loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường được sử dụng như một phần tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử
- Transistor được sử dụng làm cơ cấu điều khiển đánh lửa
- Động cơ encoder đóng vai trò như trục khuỷu trong động cơ thực với biến trở được lắp phía trước để có thể điều khiển tốc độ động cơ
Nguyên lý cơ bản của encoder dựa trên một đĩa tròn xoay quanh trục, có các lỗ (rãnh) và được chiếu sáng bởi đèn led Khi đĩa quay, đèn led chiếu xuyên qua các lỗ và tạo ra tín hiệu ánh sáng, trong khi các khu vực không có lỗ thì ánh sáng bị cắt Tín hiệu này được ghi nhận bởi một con mắt thu đặt phía bên kia của đĩa, tạo ra các tín hiệu xung vuông tương ứng với số lần ánh sáng bị cắt Do đó, tần số của xung đầu ra phụ thuộc trực tiếp vào tốc độ quay của đĩa tròn.
3.1.3 Lập trình điều khiển hệ thống đánh lửa
Phần Code của lập trình điều khiển
//khai báo biến unsigned char chuoi[16]; unsigned int dem=0, temp=0, x,a, times=0; unsigned int nhietdo ;
// hàm ngắt interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void)
#define LAST_ADC_INPUT 1 unsigned int adc_data[LAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT+1];
#define ADC_VREF_TYPE 0x00 interrupt [ADC_INT] void adc_isr(void)
{ static unsigned char input_index=0; adc_data[input_index]CW; if (++input_index > (LAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT)) input_index=0;
ADMUX=(FIRST_ADC_INPUT | (ADC_VREF_TYPE & 0xff))+input_index; delay_us(10);
// chương trình chính void main(void)
ADMUX=FIRST_ADC_INPUT | (ADC_VREF_TYPE & 0xff);
// Project|Configure|C Compiler|Libraries|Alphanumeric LCD menu:
{ x = adc_data[0]; // tín hiệu vị trí bướm ga nhietdo =(adc_data[1])*50/102 ; //tín hiệu nhiệt độ nước làm mát if(nhietdo (LAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT)) input_index=0;
ADMUX=(FIRST_ADC_INPUT | (ADC_VREF_TYPE & 0xff))+input_index; delay_us(10);
XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ BƯỚM GA x = adc_data[0];
XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ ĐỘNG CƠ nhietdo =(adc_data[1])*50/102 ;
NẾU NHIỆT ĐỘ NHỎ HƠN 80 THÌ CẦN PHUN THÊM NHIÊN LIỆU ĐỂ LÀM NÓNG ĐỘNG CƠ if(nhietdo
