Khai thác hệ thống phun xăng trực tiếp trên cơ sở Lexus LS460L 1URFSE 2010. Thiết kế mô hình hệ thống phun xăng – đánh lửa điện tử

Để có thể hoàn thiện được luận văn tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn trường ĐH Giao Thông Vận Tải TPHCM đã tạo điều kiện cho em được tiếp cận đến ngành Cơ Khí Ô Tô, từ đó em có thể học hỏi, phát triển và hoàn thiện bản thân về ngành cơ khí ô tô cũngnhư là mọi mặt của bản thân. Bên cạnh đó em cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong Bộ Môn Cơ Khí đã hướng dẫn tận tình trong công tác học tập của em. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đối với Thầy Ths. Cao Đào Nam, là người đã trực tiếp hướng dẫn em, và là người đã đóng góp ý kiến, hướng phát triển để em có thể hoàn thành tốt bài luận văn với đề tài “Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Trực Tiếp Trên Ô Tô Lexus LS460L. Thiết Kế Mô Hình Hệ Thống Phun Xăng Đánh Lửa – Đánh Lửa Điện Tử” của mình.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH

VIỆN CƠ KHÍ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

KHAI THÁC HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP TRÊN CƠ SỞ

LEXUS LS460L 1UR-FSE 2010 THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN

XĂNG – ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ

Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Chuyên ngành: CƠ KHÍ Ô TÔ

Giảng viên hướng dẫn: ThS CAO ĐÀO NAM

Sinh viên thực hiện: ĐINH DIỆP ĐỨC VINH

MSSV: 18H1080110 Lớp: CO18CLCB

TP.HCM, tháng 11 năm 2022

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Đinh Diệp Đức Vinh i Viện: Cơ khí Bộ môn: Cơ khí ô tô BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài: Họ và tên: Đinh Diệp Đức Vinh MSSV: 18H1080110 Lớp: CO18CLCB Ngành : Kỹ thuật cơ khí

Chuyên ngành : Cơ khí ô tô

2 Tên đề tài: Khai thác hệ thống phun xăng trực tiếp trên cơ sở Lexus LS460L 1UR-FSE 2010.Thiết kế mô hình hệ thống phun xăng – đánh lửa điện tử

3 Tổng quát về LVTN: Số trang: Số chương:

Số bảng số liệu: Số hình vẽ:

Số tài liệu tham khảo: Phần mềm tính toán:

Số bản vẽ kèm theo: Hình thức bản vẽ:

Hiện vật (sản phẩm) kèm theo:

4 Nhận xét: a) Về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên:

b) Những kết quả đạt được của LVTN:

c) Những hạn chế của LVTN:

5 Đề nghị: Được bảo vệ (hoặc nộp LVTN để chấm)  Không được bảo vệ  6 Điểm thi (nếu có): TP HCM, ngày … tháng … năm ………

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Đinh Diệp Đức Vinh ii Viện: Cơ khí Bộ môn: Cơ khí ô tô BẢN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 7 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài: Họ và tên: Đinh Diệp Đức Vinh MSSV: 18H1080110 Lớp: CO18CLCB 8 Tên đề tài: Khai thác hệ thống phun xăng trực tiếp trên cơ sở Lexus LS460L 1UR-FSE 2010.Thiết kế mô hình hệ thống phun xăng – đánh lửa điện tử

9 Nhận xét: a) Những kết quả đạt được của LVTN:

b) Những hạn chế của LVTN:

10 Đề nghị: Được bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ  Không được bảo vệ  11 Các câu hỏi sinh viên cần trả lời trước Hội đồng: (1)

(2)

(3)

12 Điểm: TP HCM, ngày … tháng … năm ………

Giảng viên phản biện

(Ký và ghi rõ họ tên)

iii

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thiện được luận văn tốt nghiệp này, em xin chân thành cảm ơn

trường ĐH Giao Thông Vận Tải TPHCM đã tạo điều kiện cho em được tiếp cận đến

ngành Cơ Khí Ô Tô, từ đó em có thể học hỏi, phát triển và hoàn thiện bản thân về

ngành cơ khí ô tô cũng như là mọi mặt của bản thân Bên cạnh đó em cũng xin chân

thành cảm ơn các Thầy Cô trong Bộ Môn Cơ Khí đã hướng dẫn tận tình trong công

tác học tập của em Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đối với

Thầy Ths Cao Đào Nam, là người đã trực tiếp hướng dẫn em, và là người đã đóng

góp ý kiến, hướng phát triển để em có thể hoàn thành tốt bài luận văn với đề tài “Khai

Thác Hệ Thống Phun Xăng Trực Tiếp Trên Ô Tô Lexus LS460L Thiết Kế Mô Hình

Hệ Thống Phun Xăng Đánh Lửa – Đánh Lửa Điện Tử” của mình

Với khả năng còn hạn chế và do thiếu kinh nghiệm thực tiễn, nên trong bài luận văn

này chắc chắn sẽ có những thiếu xót không tránh khỏi Em rất mong nhận nhận được

ý kiến đóng góp, phê bình và những lời nhận xét từ các thầy (cô) để bài Luận Văn Tốt

Nghiệp của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày , tháng , năm 2022

Sinh viên thực hiện

Đinh Diệp Đức Vinh

iv

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Với những chiếc ô tô được trang bị động cơ xăng thì bộ chế hòa khí là một trong

những hệ thống đi đầu trong những năm đầu tiên mà ô tô phát triển Nhưng dần dần, công

nghệ hiện đại thay thế cho những bộ chế hòa khí bằng những hệ thống cung cấp nhiên liệu

điện tử gọi tắt là EFI (Electronic Fuel Injection) Ngày nay tiêu biểu cho hệ thống này đó là

hệ thống phun xăng trực tiếp GDI (Gasoline Direct Injection), được sử dụng nhằm để tối ưu

hóa động cơ ô tô Luận văn tốt nghiệp này nghiên cứu về hệ thống cung cấp nhiên liệu của

xe Lexus LS460L Bố cục luận văn gồm 4 chương như sau :

Chương 1:

Giới thiệu tổng quan hệ thống phun xăng, trình bày nhiệm vụ, phân loại và yêu cầu của

hệ thống phun xăng

Giới thiệu hệ thống phun xăng trực tiếp GDI, ưu , nhược điểm, cấu tạo và nguyên lí

hoạt động hệ thống phun xăng GDI Từ đó, so sánh giữa động cơ sử dụng hệ thống phun

xăng trực tiếp GDI và động cơ sử dụng hệ thống phun xăng điện tử EFI

Chương 2:

Trình bày kết cấu hệ thống phun xăng trên xe cơ sở Lexus LS460L 2010

Giới thiệu xe LS460L 2010 và trình bày kết cấu động cơ 1UR -–FSE trên xe Lexus

LS460L 2010

Giới thiệu công nghệ D4-S, tìm hiểu cấu tạo, nguyên lí hoạt động của công nghệ này

Sau đó, trình bày kết cấu hệ thống phun xăng trên xe (bao gồm sơ đồ bố trí và cấu tạo),

trình bày kết cấu các hệ thống điều khiển động cơ (bao gồm các cảm biến và tín hiệu đầu

vào), sơ đồ mạch điện điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu

Trình bày hệ thống đánh lửa và hệ thống VVT-i trên xe LS460L 2010

Chương 3:

Khai thác hệ thống phun xăng trực tiếp GDI trên xe Lexus LS460L 1UR -–FSE 2010

Trình bày các hư hỏng thường gặp và nguyên nhân hư hỏng các bộ phận

Giới thiệu các trang thiết bị phục vụ cho kiểm tra và bảo dưỡng - sửa chữa

Chương 4:

Trình bày quá trình thiết kế mô hình hệ thống phun xăng – đánh lửa điện tử xe Toyota

Vios 2010 do nhóm thiết kế và đưa ra kết luận tổng thể mô hình

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Đinh Diệp Đức Vinh v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH MỤC BẢNG ix

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHUN XĂNG 1

1.1 Tổng quan hệ thống phun xăng 1

1.2 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống phun xăng 1

1.2.1 Nhiệm vụ của hệ thống phun xăng 1

1.2.2 Yêu cầu của hệ thống phun xăng 1

1.2.3 Phân loại hệ thống phun xăng 2

1.3 Hệ thống phun xăng điện tử EFI 3

1.3.1.Khái niệm 3

1.3.2 Ưu điểm 4

1.3.3 Nhược điểm 4

1.4 Hệ thống phun xăng trực tiếp GDI, ưu , nhược điểm, cấu tạo và nguyên lí hoạt động hệ thống phun xăng GDI 5

1.4.1 Ưu điểm hệ thống phun xăng GDI 5

1.4.2 Nhược điểm hệ thống phun xăng GDI 5

1.4.3 Cấu tạo cơ bản hệ thống GDI 5

1.5 So sánh giữa động cơ sử dụng hệ thống phun xăng trực tiếp GDI và động cơ sử dụng hệ thống phun xăng điện tử EFI 6

CHƯƠNG 2 KẾT CẤU HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN XE CƠ SỞ LEXUS LS460L 9

2.1 Kết cấu động cơ 1UR – FSE trên xe Lexus LS460l 2010 9

2.1.1 Giới thiệu xe LS460L 9

2.1.2 Giới thiệu động cơ 1UR – FSE trên Lexus LS460L 10

2.2 Vị trí bố trí hệ thống phun xăng trên động cơ 1UR-FSE 11

2.2.1 Công nghệ D4-S 12

2.2.2 Cấu tạo 13

2.2.3 Nguyên lý hoạt động 14

2.3 Kết cấu hệ thống phun xăng 15

2.5 Sơ đồ mạch điện điều khiển hệ thống cung cấp nhiên liệu 28

2.6 Các hệ thống điều khiển khác trên động cơ 32

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Đinh Diệp Đức Vinh vi 2.6.1 Hệ thống đánh lửa 32

CHƯƠNG 3: KHAI THÁC HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRỰC TIẾP GDI TRÊN XE LEXUS LS460L 1UR-FSE 2010 35

3 Các dạng hư hỏng thường gặp với hệ thống phun xăng 35

3.1 Cảm biến bị hỏng, bẩn hoặc lỏng giắc cắm 37

3.2 Hư hỏng bộ phận chấp hành 37

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHUN XĂNG – ĐÁNH LỬA ĐIỆN TỬ 45

4.1 Ý tưởng thiết kế, mục đích, yêu cầu đối với mô hình 45

4.2 Chuẩn bị đề tài 45

4.3 Triển khai mô hình 45

4.3.1 Các phần tử xây dựng mô hình phun xăng - đánh lửa điện tử 45

4.3.2 Trình tự các bước xây dựng mô hình 52

4.4 Đánh giá mô hình và hướng phát triển đề tài 56

KẾT LUẬN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Đinh Diệp Đức Vinh vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 1 Sơ đồ kết cấu cơ bản của hệ thống EFI 3

Hình 1 2 Sơ đồ hệ thống phun xăng trực tiếp GDI 6

Hình 1 3 Sơ đồ hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử 7

Hình 1 4 Kết cấu phần cao áp 7

Hình 2 1 Hình ảnh về xe Lexus LS460L 9

Hình 2 2 Động cơ 1UR - FSE 10

Hình 2 3 Các phần tử chủ yếu trên động cơ 11

Hình 2 4 Công nghệ D4-S 12

Hình 2 5 Hệ thống phun xăng 13

Hình 2 6 Phạm vi hoạt động 14

Hình 2 7 Cấu tạo hệ thống phun xăng 15

Hình 2 8 Thùng xăng 15

Hình 2 9 Bơm xăng ( Bơm áp suất thấp ) 16

Hình 2 10 Cấu tạo bơm cao áp 16

Hình 2 11 Bơm cao áp 17

Hình 2 12 Vòi phun nhiên liệu (MPI) 17

Hình 2 13 Vòi phun nhiên liệu (GDI) 18

Hình 2 14 Cấu tạo và bố trí vòi phun (GDI) 18

Hình 2 15 Lọc nhiên liệu sử dụng cho xe Lexus 18

Hình 2 16 Cấu tạo của cảm biến oxy 20

Hình 2 17 Cảm biến oxy 20

Hình 2 18 Cấu tạo cảm biến 21

Hình 2 19 Mạch điện cảm biến kích nổ 21

Hình 2 20 Vị trí đặt cảm biến 22

Hình 2 21 Dạng sóng đầu ra của cảm biến 22

Hình 2 22 Cảm biến vị trí trục cam, trục khuỷu 23

Hình 2 23 Mạch điện và đặc tính cảm biến nhiệt độ nước làm mát 23

Hình 2 24 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 24

Hình 2 25 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga 24

Hình 2 26 Cấu tạo cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp 25

Hình 2 27 Mạch điện cảm biến áp suất đường ống nạp 25

Hình 2 28 Kết cấu cảm biến bàn đạp chân ga 26

Hình 2 29 Sơ đồ mạch điện của cảm biến vị trí bàn đạp ga 27

Hình 2 30 Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 27

Hình 2 31 Cấu tạo cảm biến nhiệt độ nhiên liệu 27

Hình 2 32 Sơ đồ mạch điện hệ thống cung cấp nhiên liệu 30

Hình 2 33 ECU trên động cơ 1UR-FSE 31

Hình 2 34 Hộp cầu chì, relay 31

Hình 2 35 Hệ thống đánh lửa 32

Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH: Đinh Diệp Đức Vinh viii Hình 2 36 Hệ thống VVT - i 34

Hình 3 1 Lắp đặt bơm cao áp Error! Bookmark not defined Hình 3 1 Lắp đặt bơm cao áp Error! Bookmark not defined Hình 3 2 Lắp đặt miếng cách điện Error! Bookmark not defined Hình 3 2 Lắp đặt miếng cách điện Error! Bookmark not defined Hình 3 3 Bộ kiểm tra áp suất `Error! Bookmark not defined Hình 3 3 Bộ kiểm tra áp suất Error! Bookmark not defined Hình 3 4 Máy chẩn đoán Autel Error! Bookmark not defined Hình 3 4 Máy chẩn đoán Autel Error! Bookmark not defined Hình 3 5 Thiết bị vệ sinh vòi phun Error! Bookmark not defined Hình 3 5 Thiết bị vệ sinh vòi phun Error! Bookmark not defined Hình 3 6 Hình 3.6 Đồng hồ vạn năng `Error! Bookmark not defined Hình 4 1 Kim phun xe Toyota Vios 2010 46

Hình 4 2 Môbin đánh lửa của xe Toyota Vios 2010 46

Hình 4 3 Bugi NGK sửa dụng trong mô hình 47

Hình 4 4 Hộp ECU sử dụng trong động cơ Toyota Vios 2010 47

Hình 4 5 Cảm biến vị trí trục khuỷu của xe Toyota Vios 2010 48

Hình 4 6 Module điều khiển tốc độ động cơ 49

Hình 4 7 Motor 775 12V giả lập tốc độ quay của động cơ 50

Hình 4 8 Cảm biến vị trí trục cam xe Toyota Vios 2010 50

Hình 4 9 Cảm biến lưu lượng gió nạp xe Toyota Vios 2010 50

Hình 4 10 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát Toyota Vios 2010 51

Hình 4 11 Cảm biến oxy của xe Toyota Vios 2010 51

Hình 4 12 Bơm xăng xe Toyota Vios 2010 52

Hình 4 13 Kích thước khung sắt của mô hình 53

Hình 4 14 Bảng sơ đồ bố trí của mô hình 54

Hình 4 15 Lắp rắp khung……… 61

Hình 4 16 Mua vật tư tại cửa hàng 54

Hình 4 17 Xác định các chân của hộp ECU và đánh dấu lại 55

Hình 4 18 Lắp đặt hệ thống kim phun 55

Hình 4 19 Tiến hành nối các dây điện của các thiết bị lại với nhau 55

Hình 4 20 Tiến hành làm gọn dây 55

Hình 4 21 Giây điện của mô hình sau khi được rút gọn 56

Hình 4 22 Tiến hành dán keo nến để cố định các thiết bị 56

Bảng 2 3 Bảng sơ đồ hệ thống điều khiển phun xăng trực tiếp GDI 19

Bảng 3 1 Những hư hỏng và nguyên nhân thường gặp của hệ thống phun xăng trực

tiếp GDI trên Lexus 37

Bảng 4 1 Các bộ phận thiết kế mô hình 52

1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHUN XĂNG

1.1 Tổng quan hệ thống phun xăng

Hệ thống nhiên liệu đầu tiên của động cơ xăng là hệ thống nhiên liệu sử dụng bộ chế

hòa khí Trong xe máy ta hay gọi là Bình xăng con á Bộ chế hòa khí của xe ô tô thì phức tạp

hơn rất nhiều so với bộ chế hòa khí trên xe máy Do điều kiện hoạt động của ô tô phải được

đáp ứng hơn rất nhiều so với xe máy Ví dụ, hệ thống nhiên liệu động cơ ô tô sẽ phải đáp ứng

được lượng nhiên liệu phù hợp khi ta tăng tốc, khi chạy ở chế độ toàn tải hay khi chạy không

tải sẽ phải có mạch nhiên liệu khác phù hợp với chế độ tải đó

Chính vì quá nhiều mạch nhiên liệu như vậy dẫn đến cấu tạo của bộ chế hòa khí trên ô

tô rất phức tạp và việc sửa chữa cũng rất khó khăn Anh em nào sửa chữa bộ chế hòa khí xe

ô tô sẽ thấu hiểu nỗi đau này Bên cạnh đó, Bộ chế hòa khí xe ô tô thay đổi mạch nhiên liệu

hầu như hoàn toàn dựa vào chi tiết cơ khí Mà các chi tiết cơ khí lâu ngày sẽ bị mài mòn

chính vì thế ta phải bảo trì và bảo dưỡng thường xuyên bộ chế hòa khí trên ô tô Đồng thời,

các mạch được điều khiển theo các chi tiết cơ khí sẽ gây ra độ trễ nhất định và định lượng

nhiên liệu cũng không chính xác được theo các trạng thái vận hành của người lái nên hầu như

động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu bộ chế hòa khí thường khá hao nhiên liệu so với các thế

hệ hệ thống nhiên liệu tiếp theo

Chính vì thế, hiện nay hầu như 100% ô tô chạy trên đường đều không còn sử dụng bộ

chế hòa khí cho ô tô nữa mà thay vào đó là các công nghệ hiện đại như EFI, GDI

1.2 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống phun xăng

1.2.1 Nhiệm vụ của hệ thống phun xăng

Hệ thống phun xăng có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu để cho động cơ hoạt động, hệ

thống phun xăng phải cung cấp chính xác lượng xăng và thời điểm phun để động cơ hoạt

động hoàn hảo nhất

1.2.2 Yêu cầu của hệ thống phun xăng

 Lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ phải chính xác để động cơ hoạt động tốt nhất

và tiết kiệm nhiên liệu Nhiên liệu cung cấp tới kim phun phải sạch và không chứa cặn bẫn

 Thời điểm phun được tính toán để động cơ đạt công suất tốt nhất

 Tiết kiệm nhiên liệu

 Có tuổi thọ cao, chi phí bảo dưỡng sửa chửa thấp

2

 Có kết cấu nhỏ gọn, bền bỉ, dễ bảo dưỡng sửa chữa

 Hỗn hợp nhiên liệu khi phun vào xy lanh phải tơi và có từng tỷ lệ A/F khác nhau

tùy vào từng chế độ làm việc của động cơ

 Lượng nhiên liệu cung cấp vào từng xy lanh phải như nhau

1.2.3 Phân loại hệ thống phun xăng

Tùy theo các cách phân loại khác nhau thì chúng ta sẽ phân chia hệ thống phun xăng

thành các loại khác nhau

1.2.3.1 Phân loại theo điểm phun

Hệ thống phun xăng đơn điểm (phun một điểm): Kim phun đặt ở cổ ống góp hút chung

Cho toàn bộ các xi lanh của động cơ, bên trên bướm ga

Hệ thống phun xăng đa điểm (phun đa điểm): mỗi xy lanh của động cơ được bố trí 1

vòi phun phía trước xupáp nạp

1.2.3.2 Phân loại theo phương pháp điều khiển kim phun

Phun xăng điện tử: Được trang bị các cảm biến để nhận biết chế độ hoạt động của động

cơ (các sensors) và bộ điều khiển trung tâm (computer) để điều khiển chế độ hoạt động của

động cơ ở điều kiện tối ưu nhất

Phun xăng thủy lực: Được trang bị các bộ phận di động bởi áp lực của gió hay của nhiên

liệu Điều khiển thủy lực sử dụng cảm biến cánh bướm gió và bộ phân phối nhiên liệu để

điều khiển lượng xăng phun vào động cơ Có một vài loại xe trang bị hệ thống này

Phun xăng cơ khí: Được điều khiển bằng cần ga, bơm cơ khí và bộ điều tốc để kiểm

soát số lượng nhiên liệu phun vào động cơ

1.2.3.3 Phân loại theo thời điểm phun xăng

Hệ thống phun xăng gian đoạn: đóng mở kim phun một cách độc lập, không phụ thuộc

vào xupap Loại này phun xăng vào động cơ khi các xupap mở ra hay đóng lại Hệ thống

phun xăng gián đoạn còn có tên là hệ thống phun xăng biến điệu

Hệ thống phun xăng đồng loạt: Là phun xăng vào động cơ ngay trước khi xupap nạp

mở ra hoặc khi xupap nạp mở ra Áp dụng cho hệ thống phun dầu

Hệ thống phun xăng liên tục: Là phun xăng vào ống góp hút mọi lúc Bất kì lúc nào

động cơ đang chạy đều có một sô xăng được phun ra khỏi kim phun vào động cơ Tỉ lệ hòa

khí được điều khiển bằng sự giảm áp suất nhiên liệu tại các kim phun Do đó lưu lượng phun

ra cũng được giảm theo

3

1.2.3.4 Phân loại theo mối quan hệ giữa các kim phun

Phun theo nhóm đơn: Hệ thống này, các kim phun được chia thanh 2 nhóm bằng nhau

và phun luân phiên Mỗi nhôm phun một lần vào một vòng quay trục khủy

Phun theo nhóm đôi: Hệ thống này, các kim phun cũng được chia thanh 2 nhóm bằng

nhau và phun luân phiên

Phun đồng loạt: Hệ thống này, các kim phun đều phun đồng loạt vào mỗi vòng quay

trục khủy Các kim được nối song song với nhau nên ECU chỉ cần ra một lệnh là các kim

phun đều đóng mở cùng lúc

Phun theo thứ tự: hệ thống này, mỗi kim phun một lần, cái này phun xong tới cái kế

tiếp

1.3 Hệ thống phun xăng điện tử EFI

1.3.1.Khái niệm

Hệ thống phun xăng điện tử là hệ thống cung cấp xăng bằng cách dùng vòi phun

xăng phun cưỡng bức bằng thiết bị điều khiển điện tử (EFI- Electronic Fuel Injection )

Hệ thống phun xăng điện tử EFI sử dụng các cảm biến khác nhau để phát hiện tình trạng

khác nhau của động cơ và điều kiện chạy xe Và ECU động cơ tính toán lượng phun nhiên

liệu tối ưu, cung cấp xăng cho các vòi phun xăng chính

Hình 1.1 Sơ đồ kết cấu cơ bản của hệ thống EFI

4

1.3.2 Ưu điểm

Hệ thống phun xăng có nhiều ưu điểm hơn bộ chế hòa khí là:

- Dùng áp suất làm tơi xăng thành những hạt bụi sương hết sức nhỏ

- Phân phối hơi xăng đồng đều đến từng xy lanh 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 đều 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 6) Mômen xoắn của động

cơ phát ra lớn hơn, khởi động nhanh hơn, xây 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 khí 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 hơn tốt

hơn lại được phân vào xy lanh

tận nơi

- Đạt được tỷ lệ hòa khí dễ dàng và tỷ lệ hòa khí tối ưu cho động cơ

- Giảm bớt được các hệ thống chống ô nhiễm môi trường

1.3.3 Nhược điểm

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

thường, EFI 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 thải Những 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 khiển trung tâm (ECU) sẽ ra lệnh cho

hệ thống bươm xăng ít đi, để sao cho nhiên liệu luôn cháy hết Do cần quá nhiều thông số để

tối ưu hóa quá trình phun nhiên liệu nên EFI rất

5

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, đóng cặn Khi kim bị tắc, lượng 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 còn có thể dòng điện không đáp ứng yêu cầu

1.4 Hệ thống phun xăng trực tiếp GDI, ưu , nhược điểm, cấu tạo và nguyên lí hoạt

động hệ thống phun xăng GDI

1.4.1 Ưu điểm hệ thống phun xăng GDI

Điểm nhấn của hệ thống phun xăng trực tiếp này là thay vì phun ở ngay cửa nạp, GDI

lại phun nhiên liệu trực tiếp vào bên trong xilanh với áp suất cao

Trong kỳ nạp, chỉ có không khí vào bên trong trong xi lanh thông qua xupap nạp Điều

đó đảm bảo cho việc điều khiển quá trình phun đốt tốt hơn , có thể cung cấp nhiên liệu muộn

hơn trong kỳ nén khi mà xupap đã đóng lại

Ở hệ thống phun xăng trực tiếp, ECU điều chỉnh kim phun làm việc với nhiều chế độ

phun khác nhau từ đó làm giảm lượng nhiên liệu tiết kiệm chi phí

1.4.2 Nhược điểm hệ thống phun xăng GDI

Giá thành cao

Có cấu tạo phức tạp, có độ nhạy cảm cao và yêu cầu cao đối với chất lượng xăng và

không khí, khó sửa chữa và bảo dưỡng

Do nhiên liệu được phun vào buồng đốt nên đòi hỏi áp suất phun phải lớn hơn rất nhiều

so với kiểu phun trên đường ống nạp, kết cấu kim phun phải đáp ứng được điều kiện khắc

nghiệt của buồng cháy, hệ thống điều khiển phun phức tạp hơn nhiều.Vật liệu sử dụng làm

piston và xi lanh phải có độ bền cao, do nhiệt sinh ra trong quá trình cháy cao hơn rất nhiều

1.4.3 Cấu tạo cơ bản hệ thống GDI

Cấu tạo của hệ thống phun xăng trực tiếp GDI gồm hai phần thấp áp và cao áp Chúng

có sự tương quan, hỗ trợ lẫn nhau trong quá trình hoạt động

Phần thấp áp: Bộ phận thấp áp bao gồm bơm xăng, lọc xăng, van điều áp được đặt

trong thùng xăng Áp suất nhiên liệu từ 4,5 – 6 kg/cm2 tùy vào mẫu xe - cao hơn so với áp

6

suất của hệ thống phun xăng đa điểm MPI thông thường Hoạt động của phần thấp áp trong

động cơ phun xăng trực tiếp giúp duy trì tính ổn định của lực tác động lên bơm cao áp

Phần cao áp: Phần cao áp gồm các chi tiết bơm cao áp, ống rail, kim phun và cảm biến

áp suất ống rail Bơm cao áp thực hiện nhiệm vụ nén nhiên liệu có áp suất thấp từ bơm xăng

lên thành nhiên liệu áp suất cao, tích trữ tại ống rail Cảm biến áp suất ống rail đảm nhận vai

trò cung cấp thông tin cho ECU Khi vận hành, bộ vi xử lý trong ECU sẽ tính toán và nhận

biết áp suất thực tế trong ống rail và điều chỉnh van FPRV - van điều áp trên bơm cao áp Tới

thời điểm áp suất cao vào buồng đốt động cơ, kim phun nhiên liệu sẽ được điều khiển bởi

ECU

1.5 So sánh giữa động cơ sử dụng hệ thống phun xăng trực tiếp GDI và động cơ sử dụng

hệ thống phun xăng điện tử EFI

Giống nhau: Hai hệ thống phun xăng điện tử và phun xăng trực tiếp đều có nguyên lý

hoạt động phức tạp thông qua tín hiệu cảm biến Theo đó, bộ xử lý trung tâm ECU của động

cơ sẽ nhận tín hiệu truyền về từ các cảm biến, xử lý thông tin và đưa ra lệnh điều chỉnh vòi

phun để phun nhiên liệu

Khác nhau:

Cấu tạo:

Phun xăng điện tử : bao gồm ECU và các cảm biến như:

 Cảm biến tốc độ động cơ giúp tính toán các thông số của động cơ

 Cảm biến hiệu điện thế tác động đến các thiết bị điện

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống phun xăng trực tiếp GDI

7

 Cảm biến nhiệt độ giúp đo lường, kiểm soát nhiệt độ của động cơ luôn ổn định

 Cảm biến trục cam giúp nhiên liệu được phun đúng thời điểm

 Cảm biến Oxy giúp điều chỉnh việc xe thừa hay thiếu xăng

 Cảm biến khí nạp để kiểm soát không khí hút vào bởi xi lanh

Hình 1.3 Sơ đồ hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử

Phun xăng trực tiếp : Về cấu tạo chung thì chỉ có 2 phần là thấp áp và cao áp

 Phần thấp áp gồm các bộ phận như van điều áp, bơm xăng, lọc xăng có tác dụng xử lý và đưa

nhiên liệu đến bơm cao áp

 Phần cao áp gồm kim phun, ống rail, cảm biến áp suất, bơm cao áp

Hình 1.4 Kết cấu phần cao áp

+ Nguyên lý hoạt động:

8

Hệ thống phun xăng EFI có cấu tạo khá phức tạp với 3 hệ thống nhỏ: Điều khiển điện

tử - Nhiên liệu - Nạp khí được thể hiện như sau:

 Hệ thống điều khiển điện tử: Gồm một bộ phận chính gọi là ECU (điều khiển trung tâm)

có chức năng kiểm soát cảm biến, tín hiệu đánh lửa và khí nạp để điều khiển vòi phun đúng

thời điểm

 Hệ thống nhiên liệu: Ở bình xăng điện tử sẽ có một bộ phận là bơm điện giúp đưa xăng ở

thùng chứa đi qua bầu lọc vào hệ thống Khi ECU phát tín hiệu, van điện sẽ mở và nhiên liệu

được phun vào ống nạp

 Hệ thống nạp khí: Không khí đi qua bộ lọc khí sẽ được lọc sạch và được cảm biến đo lường,

sau đó đi qua bướm ga, buồng khí và ống nạp của động cơ để tạo thành hỗn hợp với nhiên

liệu

Hệ thống phun xăng GDI :

Động cơ phun xăng trực tiếp sẽ phun nhiên liệu thẳng vào buồng đốt của động cơ, tương

tự như động cơ dầu Diesel nhưng khác ở điểm là hỗ trợ thêm tia lửa điện đốt cháy hòa khí

Nguyên nhân có sự bổ sung của tia lửa điện là do xăng không giống như dầu, là có hệ

số tự cháy rất thấp

2.1.1 Giới thiệu xe LS460L

Dự án xe Lexus được hình thành đầu tiên từ những năm 80 của thế kỉ 20, dưới sự chỉ

đạo của chủ tịch Toyota ông Eiji Toyoda đã đưa ra thách thức về việc xây dựng một chiếc xe

tốt nhất thế giới Đến 1989 thì chiếc xe Lexus LS400 ra đời, đánh dấu bước khởi đầu của

Lexus trên thị trường thế giới Đến năm 2006 thì các dòng xe Hybrid được ra đời, điển hình

trong đó là chiếc xe Lexus LS460L (Hình 2.1) thuộc dòng Sedan 4 cửa Lexus khẳng định

rằng mẫu xe Hybrid này có khả năng tăng tốc không thua kém những chiếc Sedan hạng sang

sử dụng động cơ 12 xi-lanh dung tích 6.0L, nhưng lại tiết kiệm nhiên liệu hơn các xe V8

khác Hình ảnh chiếc xe Lexus LS460L 2010 được thể hiện trong hình sau (Hình 2.1):

Hình 2 1 Hình ảnh về xe Lexus LS460L

10

Một vài thông số kỹ thuật của xe:

Chiều dài (mm) 5180 Tâm vết bánh trước (mm) 1610

Chiều rộng (mm) 1875 Tâm vết bánh sau (mm) 1610

Chiều cao (mm) 1475 Tổng khối lượng xe (kg) 1965

Chiều dài cơ sở

(mm)

FSE

Bảng 2 1 Thông số cơ bản của xe

2.1.2 Giới thiệu động cơ 1UR – FSE trên Lexus LS460L

Hình 2.2 là sơ đồ động cơ 1UR – FSE được sử dụng nhiều công nghệ hiện đại:

Đây là động cơ DOHC 8 xy lanh, 32 van, được trang bị hệ thống VVT – i (Variable

Valve Timing-intelligent), hệ thống đánh lửa trực tiếp DIS (Direct Ignition System), hệ thống

phun xăng D4 – S (Direct injection 4-stroke gasoline engine Superior version), hệ thống điều

khiển bướm ga điện tử ETCS – i (Electronic Throttle Control System- intelligent) và hệ thống

HCAC (Hydro-Carbon Adsorber and Catalyst system) giúp xe hoạt động được một cách tối ưu

và tiết kiệm nhiên liệu, cũng như đảm bảo tiêu chuẩn khí thải ra môi trường Được trang bị

khối động cơ V8, với các thông số kỹ thuật chính như bảng 2.2 sau:

Hình 2 2 Động cơ 1UR - FSE

4100v/p

W 493 N.m ở vòng tua 4100v/p

Phạm vi hoạt động VVT – i và VVT-iE

35oCA và 40oCA

Bảng 2 2 Thông số động cơ

2.2 Vị trí bố trí hệ thống phun xăng trên động cơ 1UR-FSE

Trên động cơ có bố trí rất nhiều phần tử từ đơn giản đến phức tạp Để đơn giản về việc

hình dung các bố trí của các phần tử này trên động cơ thì (hình 2.6) dưới đây sẽ tạo cho ta cái

nhìn trực quan nhất về vị trí gắn các phần tử này trên động cơ Từ đó ta dễ dàng kiểm tra, thay

thế sửa chữa khi có các hư hỏng xảy ra

Hình 2 3 Các phần tử chủ yếu trên động cơ

12

1 – Bộ truyền động van điều khiển khí nạp; 2 – Van điều khiển khí nạp; 3 – Van dầu

điều khiển VVT; 4 – Cảm biến VVT nạp; 5 – Cảm biến VVT xả; 6 – Bơm nhiên liệu cao áp;

7 – Cảm biến vị trí trục khuỷu; 8 – Vòi phun nhiên liệu MPI; 9 – Vòi phun nhiên liệu GDI;

10 – Van xả áp nhiên liệu; 11 – Cảm biến áp suất nhiên liệu; 12 – Van điều khiển hấp thụ

hydrocacbon

2.2.1 Công nghệ D4-S

Cấu tạo của công nghệ D – 4S có sự khác biệt khi sử dụng cùng một lúc 2 vòi phun đó

là vòi phun trực tiếp và phun trên đường ống nạp như hình sau (hình 2.5):

D4 – S là công nghệ được sử dụng trên động cơ xăng 4 kỳ phiên bản cao cấp Hệ thống

phun xăng được trang bị cả hai loại vòi phun trực tiếp và vòi phun trước cổng nạp, việc tối ưu

hóa vòi phun được áp dụng cho vòi phun trực tiếp và vòi phun trước cổng nạp dựa trên việc

phân tích tải của động cơ Trong khi hệ thống vòi phun trực tiếp đặt trong buồng đốt nhằm

cung cấp thời gian ngắn nhất và không gian tối ưu để đạt hiệu suất tối đa khi vòng tua máy cao

Nhờ vậy mà động cơ được cải thiện hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời khí thải đạt

chất lượng tốt

Hệ thống này bao gồm các phần tử chủ yếu như bơm nhiên liệu, ống phân phối và vòi

phun ECM là bộ phận kiểm soát áp suất của bơm cao áp nhiên liệu cũng như thời điểm phun

của vòi phun cao áp dựa trên việc truyền tín hiệu đến EDU Việc ECM điều khiển được là nhờ

tín hiệu từ các loại cảm biến do đó tối ưu được thời gian phun và thời điểm phun

Các cảm biến để lấy tín hiệu cho hệ thống phun xăng kết hợp D-4S: cảm biến lưu lượng

khí nạp, cảm biến nhiệt nước làm mát, cảm biến vị trí trục khuỷa, cảm biến vị trí trục cam và

Hình 2 4 Công nghệ D4-S

13

cảm biến tốc độ xe…

Dựa trên tín hiệu từ mỗi cảm biến, ECM kiểm soát khối lượng phun và thời gian của từng

loại kim phun (loại phun trực tiếp và cổng) theo tải trọng động cơ và tốc độ động cơ để tối ưu

hóa điều kiện đốt cháy

2.2.2 Cấu tạo

Hệ thống phun xăng trên xe được tích hợp công nghệ D – 4S của TOYOTA, công nghệ

này là kết hợp giữa phun xăng đa điểm (MPI) và phun xăng trực tiếp (GDI) Về cấu tạo của hệ

thống cũng không có sự khác biệt nhiều so với các hệ thống phun xăng điện tử thông thường,

chỉ khác về cách bố trí của vòi phun phun trực tiếp vào trong xy lanh động cơ kết hợp với một

vòi phun trước cổng nạp của từng máy

Sơ đồ cấu tạo được trình bày như hình dưới đây (Hình 2.5):

1 – Vòi phun nhiên liệu đa điểm; 2 – Bơm cao áp cho dãy 2; 3 – Mạch điều khiển vòi phun

dãy 1; 4 – Mạch điều khiển vòi phun dãy 2; 5 – Bơm phân phối nhiên liệu; 6 – Van điều tiết

áp suất nhiên liệu; 7 – Bơm cao áp cho dãy 1; 8 – Điện trở bơm phân phối nhiên liệu; 9 – Vòi

phun nhiên liệu trực tiếp

Hình 2 5 Hệ thống phun xăng

14

2.2.3 Nguyên lý hoạt động

Hình 2 6 Phạm vi hoạt động

Khi kết hợp giữa 2 loại vòi phun nhiên liệu trong cùng một quá trình cháy của động cơ

thì nó được phân chia thành 2 kiểu phun cơ bản sau đây:

- Phun phân tầng: Việc này được thực hiện khi động cơ ở trạng thái khởi động lạnh

Vòi phun trước cổng nạp sẽ phun nhiên liệu khi mà xy lanh đang ở kỳ thải, việc này làm cho

nhiên liệu được hòa trộn với không khí trước cổng nạp và sẵn sàng nạp vào buồng đốt ở kỳ nạp

Khi xy lanh bước vào gần cuối hành trình nén thì vòi phun nhiên liệu trực tiếp với áp suất cao

mới phun thêm lượng nhiên liệu vào làm phân tầng hỗn hợp hòa khí thành vùng đậm và nhạt

Lúc này góc đánh lửa sớm sẽ nhỏ, làm cho nhiệt độ khí thải tăng cao, thúc đẩy sự nóng lên

nhanh chóng của các chất xúc tác và cải thiện hiệu suất khí thải

- Phun đồng nhất: Việc này được thực hiện khi động cơ đang làm việc bình thường,

nhằm mục đích tối ưu hóa điều kiện đốt Nhiên liệu của vòi phun trước cổng nạp vẫn được phun

vào thời điểm cuối kỳ thải của xy lanh, đồng thời khi xupap nạp vừa mở thì vòi phun trực tiếp

cũng phun nhiên liệu vào xy lanh Nhờ vậy mà làm đồng nhất được hòa khí trong buồng đốt,

giúp làm mát khí nạp, tăng hiệu suất động cơ và tăng momen xoắn động cơ

Khi động cơ hoạt động ở vòng tua thấp và trung bình (dưới 3000 vòng/phút) các cảm biến

thu thập thông tin về nhiệt độ, lưu lượng khí nạp, tốc độ vòng quay, góc mở bàn đạp ga,… báo

về bộ xử lý trung tâm (ECM) cho biết tình trạng động cơ đang hoạt động ở mức tiết kiệm nhiên

liệu nên ECM ra tín hiệu ngắt kim phun đa điểm ngoài đường ống nạp và chỉ kích hoạt vòi

phun trực tiếp (GDI) hoạt động với tỷ lệ hòa khí được hòa trộn cuối kì nén (λ >1 tỷ lệ hòa khí

nghèo) nhưng vẫn đảm bảo động cơ hoạt động tốt

1 – Ống phân phối nhiêu liệu cho kim phun đa điểm; 2 – Bơm nhiên liệu cao áp; 3 –

Thùng xăng; 4 – Cảm biến áp suất nhiên liệu; 5 – Mạch điều khiển bộ thu hồi hơi xăng; 6 –

Bộ thu hồi hơi xăng; 7 –Van chặn hơi xăng; 8 – Bơm nhiêu liệu ( thấp áp); 9 – Giắc kết nối;

10 – Van điều áp; 11 – Vòi phun nhiên liệu cao áp; 12 – Ống phân phối nhiên liệu cao áp; 13 –

Vòi phun nhiên liệu đa điểm

2.3.2 Thùng xăng

Thùng xăng là nơi chứa xăng để phục vụ cho ô tô trong suốt quá trình ô tô hoạt động

Chiếc xe Lexus LS460L được trang bị thùng xăng với dung tích khá lớn so với các dòng xe

Sedan khác, đó là 84 lít Với lượng xăng như thế cộng với thế mạnh xe Hybrid tiết kiệm nhiên

liệu rất thích hợp để xe di chuyển những hành trình xa mà không cần phải nạp nhiên liệu nhiều

Hình 2 7 Cấu tạo hệ thống phun xăng

Hình 2 8 Thùng xăng

16

lần

2.3.3 Bơm nhiên liệu

Bơm nhiên liệu là một máy bơm áp suất thấp, cung cấp áp suất nhiên liệu tối đa ở mức

400 KPa hệ thống cung cấp nhiên liệu Chức năng cơ bản của bơm nhiên liệu là chuyển nhiên liệu

từ thùng nhiên liệu đến các hệ thống nhiên liệu áp suất cao và áp suất thấp, để kiểm soát và

điều chỉnh tốc độ động cơ, tải và điều kiện hoạt động

Xe được trang bị loại bơm nhiên liệu với dòng làm việc thấp, giúp giảm tiêu thụ năng

lượng và tiết kiệm nhiên liệu Ngoài ra trong bơm nhiên liệu còn được trang bị một bộ lọc và

máy đo mức nhiên liệu

2.3.4 Bơm cao áp

Bơm cao áp bao gồm một piston, van điều khiểu tràn, van kiểm tra và bộ giảm xóc được

lắp ở đầu vào nhiên liệu Bơm nhiên liệu áp suất thấp chuyển nhiên liệu có áp suất từ 4 – 13

Mpa vào bơm cao áp, bơm cao áp đẩy áp suất nhiên liệu lên cao rồi đưa đến ống phân phối

nhiên liệu Nguyên lý hoạt động của bơm cao áp được thể hiện ở hình sau ( Hình 2.10)

Hình 2 10 Cấu tạo bơm cao áp Hình 2 9 Bơm xăng ( Bơm áp suất thấp )

17

Trục cam là bộ phận chính dẫn động bơm cao áp, nó điều khiển piston di chuyển lên

xuống bởi các vấu cam có dạng hình bầu dục Trong một vòng quay của trục cam thì piston sẽ

di chuyển 2 hành trình đi và về Van điều khiển tràn được sử dụng để kiểm suất áp suất xả của

bơm, nó được mở và đóng bởi trình điều khiển kim phun EDU dưới sự quyết định của ECM

Nhiệm vụ của van kiểm tra là kiểm tra xem áp suất nhiên liệu có đủ lớn hay chưa, khi áp suất

này đạt từ 60kPa thì van sẽ mở để cho nhiên liệu đi vào ống phân phối

2.3.5 Vòi phun nhiên liệu (MPI)

Vòi phun sử dụng cho hệ thống phun trực tiếp là loại vòi phun có 12 lỗ, với kích

thước nhỏ gọn và độ bền cao thì vòi phun dễ dàng được lắp đặt vào hệ thống

Vòi phun đa điểm là vòi phun với áp lực phun nhiên liệu nhỏ, lấy áp suất trực tiếp từ

bơm nhiên liệu tại thùng xăng để phun vào trước cổng nạp

Hình 2 12 Vòi phun nhiên liệu (MPI) Hình 2 11 Bơm cao áp

18

2.3.6 Vòi phun nhiên liệu (GDI)

Vòi phun sử dụng các lỗ phun là bộ đôi khe hẹp nằm ở đầu vòi phun Mỗi kim phun dựa

trên tín hiệu từ ECM để đo lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt Nhiêu liệu được bơm trực tiếp

vào buồng đốt dưới dạng sương mù Một loại chất cách điện được sử dụng ở đầu vòi phun

trong khu vực mà vòi phun tiếp xúc với xy lanh Phốt Teflon được sử dụng để bịt kín đầu xy

lanh khiến cho áp suất sinh ra từ quá trình đốt không bị rò rỉ ra bên ngoài, việc sử dụng phốt

Teflon nhằm mục đích giảm độ rung và tiếng ồn Ngoài ra ở đầu vòi phun còn được phủ một

lớp chất đặc biệt để ngăn các cặn bám trong vòi phun

2.3.7 Lọc nhiên liệu

Hình 2 14 Vòi phun nhiên liệu (GDI)

Hình 2 13 Cấu tạo và bố trí vòi phun (GDI)

Hình 2 15 Lọc nhiên liệu sử dụng cho xe Lexus

19

Chức năng: Bộ lọc nhiên liệu ô tô là một bộ phận nằm ở phía dưới gầm xe, nắp capo

xe hoặc trong bình nhiên liệu Bộ phận này có nhiệm vụ chính là lọc sạch bụi bẩn và các chất

cặn có trong nhiên liệu Khi hoạt động nhiên liệu động cơ sẽ đi qua một bộ lọc được thiết kế

hiện đại nhằm loại bỏ tạp chất và cặn bã giúp nhiên liệu trong sạch hơn Điều này nhằm cung

cấp nhiên liệu cho động cơ hoạt động êm ái hơn và không bị tắc nghẽn hay gây tiêu hao nhiên

liệu

2.4 Kết cấu các hệ thống điều khiển động cơ

Trên hệ thống phun xăng trực tiếp GDI sẽ được trang bị các cảm biến như: cảm biến

đo lưu lượng khí nạp, cảm biến nhiệt độ động cơ, cảm biến trục cam….Khi ECU nhận

được các tín hiệu từ các cảm biến, ECU sẽ so sánh với các giá trị được nạp sẵn và tính

toán chính xác lượng phun và thời điểm phun Khi một trong các cảm biến bị hư hỏng

hoặc gửi tín hiệu sai thì ECU sẽ điều khiển thời điểm phun xăng và lượng phun bị sai Vì

vậy tín hiệu gửi đến hộp ECU của các cảm biến vô cùng quan trọng và nó ảnh hưởng trực

tiếp đến tình trạng hoạt động của động cơ

Hệ thống điều khiển động cơ gồm ba nhóm chính: các cảm biến, ECM động cơ và

Cảm biến vị trí trục cam

Cảm biến lưu lượng khí nạp

Cảm biến áp suất tuyệt đối

Cảm biến áp suất nhiên liệu

Cảm biến nhiệt độ nhiên liệu

20

2.4.1 Các cảm biến và tín hiệu đầu vào

2.4.1.1 Cảm biến oxy ( Heated Oxygen Sensor )

Cảm biến oxy được gắn trên đường ống xả, tiếp xúc trực tiếp với khí xả động cơ Chất

xúc tác sẽ phản ứng với oxy có trong khí xả làm điện trở của nó thay đổi Tín hiệu điện áp đó

giúp ECM biết được trong khí xả có dư nhiều hay ít khí oxy Biết rằng với tỷ lệ không khí/nhiên

liệu là 14,7/1 oxy sẽ được đốt hết trong quá trình cháy ở buồng đốt ECM sử dụng tín hiệu từ

cảm biến oxy để điều chỉnh tỉ lệ lệ không khí / nhiên liệu

Hình 2 17 Cảm biến oxy

2.4.1.2 Cảm biến kích nổ ( Knock Sensor )

Cảm biến kích nổ còn gọi là cảm biến tiếng gõ, được chế tạo bằng vật liệu áp điện Nó

được gắn trên thân xy lanh hoặc nắp máy để cảm nhận sóng kích nổ sinh ra trong động cơ và

gởi tín hiệu về ECM Dựa vào tín hiệu này, ECM làm trễ thời điểm đánh lửa nhằm ngăn chặn

hiện tượng kích nố

Hình 2 16 Cấu tạo của cảm biến oxy

21

Thành phần áp điện trong cảm biến kích nố được chế tạo bằng tinh thể thạch anh là vật

liệu khi bị ép sẽ sinh ra điện áp (piezo element) Phần tử áp điện được thiết kế có kích thước

với tần số riêng trùng với tần số rung của động cơ khi có hiện tượng kích nổ để xảy ra

hiệu ứng cộng hưởng (f= 7kHz) Như vậy, khi có kích nổ, tinh thể thạch anh sẽ chịu áp

lực lớn nhất và sinh ra một điện áp, có giá trị nhỏ hơn 2,5 F Nhờ tín hiệu này, ECM nhận

biết hiện tượng kích nổ và điều chỉnh giảm góc đánh lửa sớm cho đến khi không còn kích

nổ ECM sau đó sẽ chỉnh thời điểm đánh lửa sớm trở lại

Hình 2 18 Cấu tạo cảm biến

Hình 2 19 Mạch điện cảm biến kích nổ

22

2.4.1.3 Cảm biến vị trí trục cam, vị trí trục khuỷu ( Crankshaft Position sensor and

Camshaft Position Sensor )

Cảm biến vị trí trục cam: (tốc độ động cơ) một tín hiệu điện AC được tạo ra phù hợp với

tốc độ trục cam Khi trục cam quay nhanh hơn thì tần số AC được tạo ra cũng tăng Công

dụng của cảm biến này là để ECM xác định thời điểm đánh lửa và thời điểm phun

Cảm biến vị trí trục khuỷu: ECM sử dụng tín hiệu cảm biến tốc độ trục khuỷu để nhận biết

tốc độ của động cơ, vị trí trục khuỷu và sự bỏ máy của động cơ Tín hiệu được gọi là tín hiệu

NE Tín hiệu NE kết hợp với tín hiệu G chỉ ra được vị trí của xy lanh ở trong kỳ nén và ECM

xác định được thứ tự đánh lửa của động cơ

Những khoảng hở tuần hoàn trên biểu đồ tín hiệu rô-to là do răng tín hiệu bị khuyết

Những khoảng hở đó được ECM sử dụng để nhận biết vị trí trục khuỷu Khi kết hợp với tín

hiệu G, ECM có thể xác định được vị trí của xy lanh và thì của nó

Hình 2 20 Vị trí đặt cảm biến

Hình 2 21 Dạng sóng đầu ra của cảm biến

23

2.4.1.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát ( Coolant Temperature Sensor )

Điện trở nhiệt là một phần tử cảm nhận sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ, nó làm bằng

vật liệu có hệ số điện trở âm Sự thay đổi giá trị điện trở sẽ làm thay đổi giá trị điện áp gởi

đến ECM

ECM gởi một điện áp từ bộ ổn áp qua điện trở giới hạn dòng (điện trở này có giá trị

không đổi) tới cảm biến rồi về ECM và ra mass Nối song song với cảm biến là một bộ chuyển

đổi tín hiệu tương tự thành số (bộ chuyển đổi A/D) Bộ chuyển đổi A/D sẽ đo điện áp rơi trên

cảm biến

Khi nhiệt độ động cơ thấp, giá trị điện trở của cảm biến cao và điện áp đặt giữa hai đầu

của bộ chuyển đổi A/D cao Tính hiệu điện áp cao được chuyển đổi thành một dãy xung vuông

Hình 2 22 Cảm biến vị trí trục cam, trục khuỷu

Hình 2 23 Mạch điện và đặc tính cảm biến nhiệt độ nước làm mát

24

và được giải mã nhờ bộ vi xử lý sẽ thông báo cho ECM biết động cơ đang lạnh ECM sẽ tăng

lượng xăng phun cải thiện tính năng hoạt động khi động cơ lạnh

Khi động cơ nóng, giá trị điện trở cảm biến giảm,điện áp đặt giữa hai đầu của bộ chuyển

đổi A/D giảm Tín hiệu điện áp giảm sẽ báo cho ECM biết động cơ đang nóng, ECM sẽ giảm

lượng xăng phun

Hình 2 24 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát

2.4.1.5 Cảm biến vị trí bướm ga ( Throttle Position Sensor )

Cảm biến vị trí bướm ga có chức năng xác định vị trí của bướm ga và gửi thông tin về

bộ xử lý trung tâm để giúp điều chỉnh lượng phun nhiên liệu tối ưu theo độ mở bướm ga

Khi bướm ga mở làm các nam châm quay theo, từ đó các nam châm này thay đổi vị trí

của chúng Vào lúc đó, IC Hall nhận biết sự thay đổi từ thông gây ra nhờ sự thay đổi của vị

trí các nam châm và tạo ra điện áp của hiệu ứng Hall từ đó các cực VTA1 và VTA2 thay đổi

theo mức điện áp này Tín hiệu được truyền đến ECM động cơ giống tín hiệu mở bướm ga

Hình 2 25 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga

25

2.4.1.6 Cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp

Hình 2 26 Cấu tạo cảm biến áp suất tuyệt đối trên đường ống nạp

Tấm silicon (hay còn gọi là màng ngăn) dày ở hai mép ngoài và mỏng hơn ở giữa Một

mặt của tấm silicon tiếp xúc với buồng chân không, mặt còn lại nối với đường ống nạp Bằng

cách so sánh áp suất trong buồng chân không và áp suất trong đường ống nạp, chip silic sẽ

thay đổi điện trở của nó khi áp suất trong đường ống nạp thay đổi Sự dao động của tín hiệu điện

trở này được chuyển hóa thành một tín hiệu điện áp gửi đến ECM động cơ ở cực PIM

Áp suất đường ống nạp có liên quan trực tiếp đến tải động cơ ECM cần biết áp suất của

đường ống nạp để tính toán lượng nhiên liệu cần thiết phun vào xy lanh và góc đánh lửa sớm

cơ bản

Trong đó:

- Cực VC của ECM cung cấp điện áp 5V cho cảm biến

- Cực PIM gửi tín hiệu điện áp về ECM

Hình 2 27 Mạch điện cảm biến áp suất đường ống nạp