Đồ án môn học tính toán thiết kế ôtô 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[.]
Tổng quan về hệ thống phun xăng điện tử EFI
Khái niệm về phun xăng điện 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
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.
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,
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.
1.3.2 Loại AFC: Đây là hệ thống phun xăng sử dụng kim phun điều khiển bằng điện Hệ thống phun xăng với kim phun điện có thể chia làm 2 loại chính:
L – Jectronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là không khí): là hệ thống phun xăng đa điểm điều khiển bằng điện tử xăng được phun vào cửa nạp của các xylanh động cơ theo từng lúc chứ không phun lien tục Quá trình phun xăng và định lượng nhiên liệu được thực hiện theo hai 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 – 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.
Hệ thống phun xăng điển tử EFI
2 Hệ thống phun xăng điện tử EFI:
Thành phần hòa khí thể hiện tỷ lệ hòa trộn giữa xăng và không khí trong hòa khí, được đặc trưng bằng hệ số dư không khí α (hoặc λ) hoặc bằng hệ số tỷ lệ không khí – nhiên liệu m – đó là tỷ số lượng không khí Gk và số lượng xăng Gx chứa trong hòa khí (m= G k G x ).
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