đồ án hệ thống phun xăng điện tử efi

Ôtô sử dụng một trong hai thiết bị hay hệ thống để cung cấp hỗn hợp khí-nhiênliệu với một tỷ lệ chính xác đến các xylanh của động cơ tại tất cả các dải tốc độ;một bộ chế hòa khí hay hệ t

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển rất nhanh mang lại lợi ích rất to

lớn cho con người cả về vật chất lẫn tinh thần Để nâng cao đời sống của nhândân và hòa nhập với sự phát triển chung của đất nước trong khu vực khác trênthế giới Nhà nước ta đẩy mạnh công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Mộttrong những mục tiêu đặt ra là phát triển ngành công nghiệp cơ khí ôtô Ngànhcông nghiệp cơ khí ôtô đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển chung củatoàn xã hội về giải quyết việc làm, thúc đẩy nền kinh tế quốc dân Trong nhữngthập niên gần đây sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, nhu cầu vận chuyểnhàng hóa và nhu cầu đi lại ngày càng cao Mạng lưới giao thông phát triển nhanhphương tiện giao thông đi lại bằng ôtô ngày càng chiếm vị trí quan trọng vàkhông thể thiếu được đối với xã hội

Là sinh viên của Khoa Công Nghệ Ôtô chúng em được trang bị những kiếnthức cơ bản về ngành cơ khí ôtô Mặc dù còn một năm nữa chúng em mới ratrường nhưng khi được nhận đồ án về chuyên ngành mình theo học, tập thể lớpcũng như cá nhân em cảm thấy rất vui Nó sẽ trang bị thêm và bổ trợ những kiếnthức chung em vừa được học để tiếp tục cố gắng hơn nữa trong học tập sau này

ra trường đóng góp cho sự phát triển ngành công nghiệp ôtô nước nhà, cho bảnthân cho gia đình và cho toàn xã hội

Em nhận được đề tài: ‘ Nghiên cứu hệ thống phun xăng điện tử EFI ` Đây làmột đề tài bổ ích mang tính thiết thực, giúp em hoàn thiện hơn trong việc kết hợp

lý thuyết trên lớp và thực hành xưởng và là nền tảng quan trong để năm sau em

có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp Hy vọng dưới sự chỉ đạo của thầy giáohướng dẫn giúp em nắm vững về hệ thống này cũng như hoàn thành tốt đồ án

Ôtô sử dụng một trong hai thiết bị hay hệ thống để cung cấp hỗn hợp khí-nhiênliệu với một tỷ lệ chính xác đến các xylanh của động cơ tại tất cả các dải tốc độ;một bộ chế hòa khí hay hệ thống EFI (phun xăng điện tử) Cả hai hệ thống đolượng khí nạp ma thay đổi theo góc mở của bướm ga và tốc độ động cơ, đều

cung cấp một tỷ lệ nhiên liệu và không thích hợp đến các xylanh phụ thuộc vàolượng khí nạp.

Do kết cấu của 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 sạchhơn, tiêu hao nhiên liệu kinh tế hơn, cải thiện khả năng tải…., bộ chế hòa khíngày nay phải được lắp đặt các thiết bị hiệu chỉnh khác nhau, làm cho nó trởthành một hệ thống phức tạp hơn

Do vậy, hệ thống EFI được sử dụng thay thế cho chế hòa khí, đảm bảo tỷ lệkhí-nhiên liệu thích hợp cho động cơ bằng việc phun nhiên liệu điều khiển điện

tử theo các chế độ lái xe khác nhau

Hình 1.1 Hệ thống EFI điển hình

I.2 Lịch sử phát triển

Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Mỹ- ông Stevan-đã nghĩ ra cách phun nhiênliệu cho một máy khí nén Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phunnhiên liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả Đầu thế kỷ 20, ngườiĐức đã cho phun nhiên liệu trong động cơ 4 kỳ tĩnh tại ( nhiên liệu dùng trênđộng cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu quả thấp ) Tuy nhiên, sau đósáng kiến này đã được ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cungcấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành côngtrong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí Trong hệ thống phun xăng

này nhiên liệu được phun trực tiếp vào trước supap hút nên có tên gọi là Jetronic (K-Konstan- liên tục, Jetronic- phun) K-Jetronic được đưa vào sản xuất

K-và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes K-và một số xe khác, là nền tảng choviệc phát triển hệ thống phun xăng thế hệ sau như KE-Jetronic, Mono-Jetronic,L-Jetronic, Motronic…

Do hệ thống phun xăng cơ khí còn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80,BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun xăng sử dụng kim phun điều khiển bằngđiện Có hai loại: hệ thống L- Jetronic ( lượng nhiên liệu được xác định nhờ cảmbiến đo lưu lượng khí nạp ) và D-Jetronic ( lượng nhiên liệu được xác định dựavào áp suất trên đường ống nạp)

Đến năm 1984, người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệthống phun xăng L-Jetronic và D-Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng vớiđộng cơ 4A-ELU) Đến những năm 1987, hãng Nissan dùng L-Jetronic thay bộchế hòa khí của xe Nissan Sunny

Việc điều khiển EFI có thể được chia làm hai loại, dựa trên sự khác nhau vềphương pháp dùng để xác định lượng nhiên liệu phun

Một là loại mạch tương tự, loại này điều kiển lượng phun dựa vào thời giancần thiết để nạp và phóng một tụ điện Loại khác là loại điều khiển bằng vi xử lý,loại này 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 bộ vi xử lý được sử dụng trong xe củaTOYOTA gọi là TCCS ( TOYOTA Computer Controled System- Hệ thống điềukhiển bằng máy tính của TOYOTA), nó không chỉ điều khiển lượng phun màcòn bao gồm ESA ( Electronic Spark Advance- Đánh lửa sớm điện tử ) để điềukhiển 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 chuẩn đoán và dựphòng Hai hệ thống này có thể được phân loại như sau:

II Khái quát về hệ thống phun xăng điện tử EFI

II.1 Khái niệm

Hệ thống phun xăng điện tử là hệ thống cung cấp xăng dung vòi phun xăngphun cưỡng bức bằng thiết bị điều khiển điện tử ( EFI- Electronic FuelInjection ) Hệ thống phun xăng điện tử EFI sử dụng các cảm biến khác nhau đểphát 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 xăngchính và vòi phun xăng khởi động lạnh

II.2 Ưu, nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử EFI

II.2.1 Ưu điểm

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

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

2) Phân phối hơi xăng đồng đều đến từng xylanh một và giảm thiểu xuhướng kích nổ bởi hòa khí loãng hơn

3) Động cơ chạy không tải êm dịa hơn

4) Tiết kiệm nhiên liệu nhờ đều khiển được lượng xăng chính xác, bốc hơitốt, phân phối xăng đồng đều

5) 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, xấynóng máy nhanh và động cơ làm việc ổn định hơn

7) Tạo ra công suất lớn hơn, khả năng tăng tốc tốt hơn do không khí có họngkhuếch tán gây cản trở như động cơ chế hòa khí.

8) Hệ thống đơn giản hơn bộ chế hòa khí điện tử vì không cần đến cánhbướm gió khởi động, không cần các vít hiệu chỉnh

9) Gia tốc nhanh hơn nhờ xăng bốc hơn tốt hơn lại được phun vào xylanhtận nơi

10) Đạt được tỷ lệ hòa khí dễ dàng và tỷ lệ hòa khí tối ưu cho động cơ.11) Duy trì được hoạt động lý tưởng trên phạm vi rộng trong các điềukiện vận hành

12) Giảm bớt được các hệ thống chống ô nhiễm môi trường

II.2.1 nhược điểm

Nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử so với chế hòa khí là: để hoạtđộng bình thường, EFI cần rất nhiều thông số như góc quay và tốc độ trụckhuỷu, lưu lượng khí nạp, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát, tỷ lệ hỗnhợp, nồng độ oxy ở khí thải…Những số liệu này được thu thập từ các cảm biếnđặt khắp nơi trong động cơ Chẳng hạn như cảm biến phát hiện nồng độ oxy dưtrong khí thải quá lớn, bộ điều khiển trung tâm (ECU) sẽ ra lệnh cho hệ thốngbươm 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 dễ gặp sự cố Chỉ cần mộtcảm biến nào đó hoạt động không bình thường, gửi sai thông tin sẽ ảnh hưởngtới 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 “ checkengine”

Ngoài ra trong quá trình phun, nếu chất lượng nhiên liệu không tốt, bộ lọc làmviệc không hiệu quả sẽ rất dễ dẫn tới kim phun bị tắc, đống cặn Khi kim bị tắc,lưựong xăng cung cấp không đủ theo nhu cầu thực tế nên xe yếu và thườngxuyên chết máy Những yếu tố khác ảnh hưởng tới hoạt động của kim phun còn

có thể dòng điện không đáp ứng yêu cầu

II.2.3 Biện pháp khắc phục nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử EFI

Để cho hệ thống phun xăng điện tử hoạt động có hiệu quả cần có những biệnpháp sau đây: thứ nhất là phải kiểm tra các cảm biến của hệ thống thường xuyênnhư cảm biến nhiệt độ, cảm biến vị trí bướm ga,…bảo đảm cho các cảm biến nàyvẫn còn hoạt động bình thường và không bị lỗi Và khi phát hiện một bộ phậncảm biến nào đó bị hỏng thì cần phải đem ngay đến trạm bảo dưỡng để kịp thờigiải quyết cũng nhằm tránh những tai nạn đáng tiếc xảy ra

Thứ hai là với điều kiện tiêu chuẩn nhiên liệu xăng ở việt nam vẫn còn thấp nênviệc sử dụng xe cộ dùng hệ thống phun xăng điện tử gặp rất nhiều khó khăn vàhay bị hư hỏng Chất lượng xăng ở việt nam còn rất nhiều cặn dẫn đến trong quátrình phun xăng bộ lọc làm không tốt hiệu quả sẽ dẫn đến kim phun bị tắc vàđống cặn Làm cho hiệu suất động cơ thấp, không hiệu quả và ảnh hưởng tới tốnnhiên liệu cũng như làm sản sinh ra công cho động cơ kém

động của hệ thống phun xăng điện tử EFI

Hệ thống phun xăng điện tử EFI có thể được chia thành ba hệ thống: hệthống nhiên liệu, hệ thống nạp khí và hệ thống điều khiển điện tử EFI cũng cóthể được chia thành điều khiển phun nhiên liệu cơ bản và điều khiển hiệu chỉnh.

Ba hệ thống này sẽ được mô tả chi tiết sau đây

I Điều khiển phun cơ bản

Các thiết bị phun cơ bản duy trì một tỷ lệ tối ưu (gọi là tỷ lệ lý thuyết) củakhông khí và nhiên liệu hút vào trong các xylanh Để thực hiện được điều đó,nếu có sự gia tăng lượng khí nạp, lượng nhiên liệu phun vào cũng phải gia tăng

tỷ lệ hoặc là nếu lượng khí nạp giảm xuống, lượng nhiên liệu phun ra cũng giảmxuống

Hình II.1 Sơ đồ phun cơ bản

I.1 Dòng không khí

Khi bướm ga mở ra, dòng không khí từ lọc gió đến các xylanh sẽ qua cảm biếnlưu lượng gió, bướm ga và đường ống nạp Khi dòng không khí đi qua cảm biếnlưu lượng gió, nó sẽ ấn mở tấm đo Lượng không khí được cảm nhận bằng độ

mở của tấm đo

Hình II.2 Sơ đồ dòng không khíI.2 Dòng nhiên liệu

Nhiên liệu được nén lại nhờ bơm nhiên liệu chạy bằng điện và chảy đến các vòiphun qua bộ lọc Mỗi xylanh có một vòi phun, nhiên liệu được phun ra khi vanđiện từ của nó mở ngắt quãng Do bộ ổn định áp suất giữ cho áp suất nhiên liệukhông đổi nên lượng nhiên liệu phun ra được điều khiển bằng cách thay đổikhoảng thời gian phun Do vậy, khi lượng khí nạp nhỏ, khoảng thời gian phunngắn còn khi lượng khí nạp lớn, khoảng thời gian phun dài hơn

Hình II.3 Sơ đồ dòng nhiên liệuI.3 Cảm nhận khí nạp

Bướm ga điều khiển lượng khí nạp vào động cơ Bướm ga mở lớn thì lượng khílớn hơn sẽ được nạp vào các xylanh Khi tốc độ thấp, dòng khí nạp sẽ nhỏ và tấm

đo chỉ mở ra một chút Vậy tốc độ cao và dải tải nặng, dòng khí sẽ lớn hơn vàtấm đo sẽ theo đó mở rộng hơn

Hình II.4 Lượng khí nạp ở các chế độI.4 Điều khiển lượng phun cơ bản

Lượng không khí cảm nhận tại cảm biến đo lưu lượng gió được chuyển hóathành điện áp, điện áp này được gửi đến ECU như một tín hiệu

Tín hiệu đánh lửa sơ cấp theo số vòng quay động cơ cũng được gửi đến ECU từcuộn dây đánh lửa ECU sau đó tính toán bao nhiêu nhiên liệu cần cho lượng khí

đó và thông báo cho mỗi vòi phun bằng thời gian mở van điện Khi van điện củavòi phun mở ra, nhiên liệu sẽ được phun vào đường ống nạp

Hình II.5 ECU nhận các tín hiệuI.5 Thời điểm và khoảng thời gian phun

Tín hiệu từ cuộn đánh lửa chỉ thị số vòng quay của động cơ và làm cho tất cảcác vòi phun sẽ đồng thời phun nhiên liệu tại mỗi vòng quay của trục khuỷu.Động cơ bốn kỳ sẽ thực hiện các kỳ nạp, nén, nổ, xả trong mỗi vòng quay củatrục khuỷu

Hình II.6 Thời điểm và thời gian phun Khoảng thời gian của mỗi lần phun chỉ cần một nửa yêu cầu, do vậy nố phun hailần để cung cấp một lượng nhiên liệu chính xác cho quá trình cháy củ một chutrình.

Kết luận

Tùy theo tốc độ cơ và lượng khí nạp đo được tại cảm biến lưu lượng khí ECU

sẽ thông báo cho các vòi phun bao nhiêu nhiên liệu cần phun và hỗn hợp khí –nhiên liệu được tạo ra bên trong đường ống nạp Khái niệm “ lượng phun cơbản” được sử dụng để chỉ lượng nhiên liệu cần phun để tạo ra hỗn hợp lý thuyết

Hình II.7 Sơ đồ tổng quát.

II Điều khiển hiệu chỉnh

Như vậy, hoạt động cơ bản của các thiết bị cần cho việc tạo ra hỗn hợp nhiên liệu lý thuyết đã được mô tả Tuy nhiên, động cơ sẽ không hoạt động tốtchỉ với lượng phun cơ bản Đó là bởi vì động cơ phải vận hành dưới nhiều chế

khí-độ và do đó nó cần có một vài thiết bị hiệu chỉnh để tỷ lệ khí-nhiên liệu tùy theochế độ khác nhau này Ví dụ, khi động cơ còn năng dưới tải nặng, cần có hỗnhợp đậm hơn Hệ thống EFI sẽ thay đổi tỷ lệ khí-nhiên liệu theo các chế độ hoạtđộng của động cơ theo cách giống như chế hòa khí thay đổi hỗn hợp khí-nhiênliệu bằng bướm gió và hệ thống trợ tải Có hai phương pháp để hiệu chỉnh tỷ lệkhí-nhiên liệu Một được coi là “hiệu chỉnh đậm” ECU hoạt động để tăng lượng

phun Phương pháp khác là các thiết bị phụ trợ sẽ thực hiện cùng một chức năng

mà không liên quan tới ECU

II.1 Hiệu chỉnh

Rất nhiều thông tin về các chế độ hoạt động của động cơ ( ví dụ: nhiệt độ nướclàm mát, nhiệt độ khí nạp…) được chuyển đến ECU từ các cảm biến để thêmvào thông tin về lượng khí nạp từ cảm biến lưu lượng khí và tốc độ động cơ từcuộn đánh lửa ECU sẽ tăng lượng nhiện liệu dựa trên các thông tin này Nói mộtcách khác, thậm chí lượng khí nạp không đổi, thì lượng nhiên liệu do các vòiphun ra vẫn tăng hay giảm tùy theo các chế độ hoạt động của động cơ

Hình II.8 Sơ đồ hiệu chỉnh phunII.2 Các thiết bị phụ

Có hai thiết bị phụ để hiệu chỉnh tỷ lệ khí-nhiên liệu, vòi phun khởi động lạnh

và một van khí phụ

Vòi phun khởi động lạnh

Mục đích của vòi phun khởi động lạnh là cải tiến tính năng khởi động động cơ

lạnh Khởi động một động cơ lạnh cần có nhiều nhiên liệu và hỗn hợp đậm hơn

Đó chỉ là khi động cơ còn lạnh và đang quay bởi máy khởi động, khi đó vòi phunkhởi động lạnh sẽ phun nhiên liệu để làm đậm hỗn hợp Nói theo một cách khác,trong khi khởi động động cơ lạnh, nhiên liệu được cung cấp bằng cả vòi phunchính và vòi phun khởi động lạnh

Theo cách này, tỷ lệ nhiên liệu so với không khí tăng lên nhờ vào lượng phunnhiên liệu từ vòi phun khởi động lạnh, tạo nên hỗn hợp đậm hơn Vòi phun khởiđộng lạnh là một van điện tử sử dụng nguồn năng lượng của accu để mở và đóngvan bên trong và phun nhiên liệu Để tránh cho hỗn hợp quá đậm, khoảng thờigian phun được điều khiển bằng một công tắc định thời gian bao gồm một phần

tử lưỡng kim và cuộn dây sấy

Hình II.9 Hoạt động của vòi phun khởi động lạnh

Van khí phụ

Khi nhiệt độ còn thấp van khí phụ sẽ tăng tốc độ không tải của động cơ đến chế

độ không tải nhanh Khi động cơ còn lạnh, thậm chí nếu bướm ga đóng, khôngkhí nạp vào động cơ qua van khí phụ Lượng không khí đi qua van khí phụ sẽthay đổi theo nhiệt độ Khi nhiệt độ thấp, van khí phụ mở hoàn toàn cho phépmột lượng lớn không khí đi qua

Hình II.10 Hoạt động của van khí phụ Khi nhiệt độ tăng lên, van sẽ đóng dần lại cho đến khi động cơ đạt được nhiệt

độ hoạt động bình thường, nó sẽ đóng hoàn toàn để cắt dòng khí Tốc độ khôngtải nhanh tỷ lệ lượng khí đi qua van khí phụ Nó sẽ cao khi nhiệt độ thấp và giảmđến tốc độ không tải khi nhiệt độ tăng lên

Việc đóng và mở van khí phụ được điều chỉnh ở bên trong bằng một van giãn

nở nhiệt tùy theo nhiệt đọ nước làm mát động cơ

Chương III phân tích đặc điểm kết cấu của hệ

thống phun xăng điện tử EFI

I Hệ thống nhiên liệu

I.1 Hệ thống nhiên liệu trên ôtô

Hình III.1 Vị trí các bộ phận của hệ thống nhiên liệu trên ôtô

I.1.1 Bình nhiên liệu

Đây là nơi dùng để chứa nhiên liệu, nó có nhiều ngăn khác nhau và cũng là nơiđặt bơm nhiên liệu

I.1.2 Bơm nhiên liệu

Có hai loại bơm nhiên liệu, loại trong bình và loại trên đường ống Hai loạibơm nhiên liệu này cũng được gọi là loại ướt, do môtơ được gắn liền với bơm vàphần bên trong của bơm được điền đầy nhiên liêu Ở đây ta đi tìm hiểu loại bơmtrong bình

Hình III.2 Bơm nhiên liệu loại trong bình.

III.1.2.1 Kết cấu bơm

Bơm được lắp bên trong bình xăng So với loại bơm trên đường ống, loại này

có độ ồn thấp Một bơm tuabin, với đặc điểm là độ rung động nhiên liệu khi bơmnhỏ được sử dụng

Loại bơm này bao gồm môtơ và bơm, với một van một chiều, van an toàn vàcũng có bộ lọc gắn liền thành một khối

Bơm tuabin

Hình III.3 Bơm tuabin Bơm tuabin bao gồm một hoặc hai cánh được dẫn động bằng môtơ, vỏ và nắpbơm tạo thành bộ bơm Khi môtơ quay, các cánh bơm sẽ quay cùng với nó Cáccánh gạt bố trí dọc chu vi bên ngoài của cánh bơm để đưa nhiên liệu từ cửa vàođến cửa ra.

Nhiên liệu bơm từ cửa ra đi qua môtơ và được bơm ra từ bơm qua van mộtchiều

Van an toàn

Van an toàn mở khi áp suất bơm ra đạt sấp xỉ 3,5 – 6 Kgf/cm2, và nhiên liệu có

áp suất cao quay trở về bình xăng Van an toàn ngăn không cho áp suất nhiênliệu vượt quá mức này

Van một chiều

Van một chiều đóng khi bơm nhiên liệu ngừng hoạt động Van một chiều và bộ

ổn áp đều làm việc để duy trì áp suất dư trong hệ thống nhiên liệu khi động cơngừng chạy, do vậy có thể dễ dàng khởi động lại

Nếu không có áp suất dư, khóa hơi có thể dễ dàng xỷa ra tại nhiệt độ cao, gâykhó khăn khi khởi động lại động cơ

I.1.3 Ống dẫn nhiên liệu

Ống dẫn nhiên liệu được dùng để nối tất cả các thiết bị của hệ thống nhiên liệulại với nhau, khi hệ thống nhiên liệu hoạt động thì nhiên liệu sẽ chạy trong ốngnày đến các thiết bị

I.1.4 Lọc nhiên liệu