thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 4g64 trên xe mitsubishi zinger

Hệ thống cung cấp nhiên liệu là một trong những hệ thống quan trọng nhất củađộng cơ, và cũng là một trong những hệ thống được quan tâm hàng đầu của các nhànghiên cứu và chế tạo động

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 3

1 Mục đích ý nghĩa của đề tài 4

1.1 Mục đích 4

1.2 Ý nghĩa 4

2 Giới thiệu chung về động cơ 4G64 4

2.1.Nhóm piston – trục khủyu – thanh truyền 6

2.2.Cơ cấu phối khí 7

2.3 Hệ thống đánh lửa 7

3 Tổng quan về hệ thống nhiên liệu động cơ xăng 8

3.1 Nhiệm vụ 8

3.2 Các yêu cầu của hỗn hợp cháy 9

3.2.1 Yêu cầu nhiên liệu 9

3.2 2 Tỉ lệ hỗn hợp 9

3.3 Phân loại hệ thống nhiên liệu 9

3.3.1 Phân loại theo hệ thống dùng chế hòa khí 9

3.3.2 Phân loại theo hệ thống phun xăng 21

4 Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 4G64 28

4.1 Các bộ phận của hệ thống cung cấp không khí 28

4.2 Hệ thống điều khiển điện tử 30

4.2.1 Đặc điểm chung 30

4.2.2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển phun nhiên liệu 31

4.2.3 Các loại cảm biến 31

4.2.3.1 Cảm biến Ôxy (Oxygen sensor) 31

4.2.3.2 Cảm biến đo gió.(AFS –Air Flow Sensor) 34

4.2.3.3 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 40

4.2.3.4 Cảm biến vị trí bướm ga 40

4.2.3.5 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 41

4.2.3.6.Cảm biến vị trí trục cam 42

4.2.3.7 Cảm biến vị trí góc quay trục khuỷu 43

4.2.3.8 Cảm biến áp suất khí nạp 44

4.2.3.9 Cảm biến tốc độ xe (Vehicle Speed Sensor) 45

4.2.3.10 Cảm biến kích nổ 46

4.2.4.ECU (Electronic Control Unit) 47

4.2.4.1 Tổng quát về ECU 47

4.2.4.2 Cấu tạo ECU 47

4.2.4.3 Cấu trúc ECU 48

4.2.4.4 Các mạch giao tiếp 49

4.2.5 Chức năng hoạt động cơ bản của ECU 50

4.2.5.1 Các thông số chính của ECU 50

1

4.2.5.2 Xử lý thông tin và tạo xung phun 51

4.2.5.3 Điều khiển thời gian phun nhiên liệu 52

4.3 Cơ cấu chấp hành của hệ thống 58

4.3.1 Bơm nhiên liệu 58

4.3.2 Lọc nhiên liệu 62

4.3.3 Bộ ổn định áp suất 64

4.3.4 Vòi phun xăng điện từ 65

5 Hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 4G64 trên xe Mitsubishi Zinger 67

5.1 Sơ đồ làm việc tổng quát của hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 4G64 67

5.1.1.Hoạt động của hệ thống 68

5.2 Tính toán thời gian phun 69

5.3 Tính toán nhiệt 71

5.3.1 Thông số ban đầu 71

5.3.4 Xây dựng đồ thị công 79

5.3.4.3 Lập bảng xác định đường nén và đường giãn nở 79

5.3.4.4 Xác định các điểm đặc biệt 80

5.3.4.5 Vẽ đồ thị công 80

6 Đặc điểm, nguyên lý làm việc của hệ thống tự chẩn đoán động cơ 4G64 82

6.1 Đặc điểm chung 82

6.2 Khái quát về hệ thống tự chẩn đoán động cơ 4G64 82

6.3 Hoạt động của đèn chẩn đoán 83

6.4 Đọc và xóa mã chẩn đoán 83

6.4.1 Chẩn đoán bằng chế độ tự động 83

6.4.1.1 Đọc mã chẩn đoán 83

6.4.1.2 Xóa mã chẩn đoán 84

6.4.2 Chẩn đoán hệ thống với thiết bị chẩn đoán chuyên dùng MUT–II 84

6.4.2.1 Giới thiệu về thiết bị chẩn đoán chuyên dùng MUT – II 84

6.4.2.2 Đọc và xóa mã hư hỏng 84

6.4.2.3 Kiểm tra hoạt động của cơ cấu chấp hành của hệ thống 85

6.4.2.4 Lựa chọn và hiển thị các thông số của hệ thống 85

6.4.2.5 Thử các chế độ làm việc của động cơ 87

6.5 Trình tự và nội dung kiểm tra bằng cách sử dụng danh mục dữ liệu của MUT-II và kiểm tra cơ cấu chấp hành 88

6.5.1 Trình tự thao tác 88

6.5.2 Bảng danh sách dữ liệu 88

6.5.3 Bảng kiểm tra bộ phận công tác 92

6.5.4 Bảng kiểm tra các mã chuẩn đoán của hệ thống MPI động cơ 4G64 94

7.Kết luận 99

TÀI TIỆU THAM KHẢO 100

2

LỜI NÓI ĐẦU

Trong xu thế phát triển của thế giới ngày nay nói chung, và của VIỆT NAMnói riêng thì ngành công nghiệp ô tô là một ngành không thể thiếu và đóng vai tròhết sức quan trọng Nó giúp nền công nghiệp chung của cả thế giới phát triển, đồngthời nó là phương tiện chuyên chở đáp ứng nhu cầu vận tải và đi lại của con người,

nó đóng vai trò quan trọng và thúc đẩy tất cả các ngành nghề và dịch vụ khác cùngphát triển theo

Nắm rõ được tầm quan trọng của ngành nghề và sự đam mê của bản thân, khisắp tốt nghiệp đại học để trở thành một kỹ sư của ngành ôtô, thì việc củng cố và bồi

bổ thêm kiến thức chuyên ngành là hết sức quan trọng, và qua đợt thực tập tốtnghiệp vừa rồi em có cơ hội được tiếp xúc trực tiếp với nhiều dòng xe của các hãngkhác nhau, đặc biệt được thực hành và tìm hiểu nhiều nhất trên các loại xe củahãng Mitsubishi Chính vì vậy em đã chọn đề tài tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống cungcấp nhiên liệu động cơ 4G64 trên xe Mitsubishi Zinger

Do kiến thức của bản thân còn hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều và thời gian cóhạn nên đồ án này của em không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong thầy giáohướng dẫn và các thầy cô trong bộ môn tận tình chỉ bảo thêm để đồ án của em đượchoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS:Trần Văn

Nam, cùng các thầy cô giáo trong bộ môn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.

1 Mục đích ý nghĩa của đề tài

1.1 Mục đích.

Tìm hiểu hệ thống cung cấp nhiên liệu MPI phun xăng đa điểm của động cơ, sẽgiúp chúng ta thấy rõ hơn sự ưu việt của phun xăng điện tử, đồng thời củng cố và

bổ sung kiến thức về chuyên ngành

- Tìm hiểu, nắm vững cấu tạo của từng chi tiết, cụm chi tiết của hệ thống cungcấp nhiên liệu để từ đó rút ra những ưu nhược điểm và tìm cách khắc phục, cải tiến,phát triển chúng ngày càng tối ưu hơn

- Củng cố, bổ sung và tìm hiểu thêm kiến thức về điện, điện tử trên hệ thống

- Hiểu rõ nguyên lý làm việc, nắm vững quy trình tháo lắp của từng chi tiết, cụmchi tiết lắp trên hệ thống, để có đủ kiến thức chẩn đoán và phát hiện những hư hỏngthường gặp

- Tiếp cận và làm quen với việc chẩn đoán hư hỏng của xe bằng các thiết bị hiệnđại, máy vi tính, thiết bị thử MUT II, MUT III thông qua các mã lỗi

1.2 Ý nghĩa.

Hệ thống cung cấp nhiên liệu là một trong những hệ thống quan trọng nhất củađộng cơ, và cũng là một trong những hệ thống được quan tâm hàng đầu của các nhànghiên cứu và chế tạo động cơ, trước các yêu cầu hết sức khắt khe về tiết kiệmnhiên liệu và giảm lượng khí thải Nghiên cứu và khảo sát hệ thống cung cấp nhiênliệu sẽ giúp chúng ta nắm vững những kiến thức cơ bản để nâng cao hiệu quả khi sửdụng, khai thác, sửa chữa, cải tiến và chế tạo chúng Ngoài ra nó còn bổ sung thêmnguồn tài liệu để phục vụ học tập và công tác sau này

2 Giới thiệu chung về động cơ 4G64

Xe Mitsubishi Zinger là loại xe du lịch 8 chỗ ngồi, dùng cho gia đình và cơquan….sử dụng loại động cơ 4G64, được hãng Mitsubishi sản xuất đưa ra thịtrường Đài Loan vào 12/2005, nhưng phải đến tận 09/2008 Mitsubishi Zinger mới

có mặt tại thị trường Việt Nam

Mitsubishi giới thiệu 2 phiên bản mới tại thị trường Việt Nam, Zinger GLS vàZinger GL, do trang bị nội thất có một số khác biệt Mitsubishi Zinger tại Việt Namđược trang bị động cơ 4L 2.4L SOHC (4G64), dung tích 2.315cc, công suất cực đạiđạt 139 mã lực tại tốc độ động cơ 5.250 vòng/phút, mô-men xoắn cực đại 207 N.mtại tốc độ động cơ 4000 vòng/phút, tỉ số nén 9,5

Hệ thống nhiên liệu dùng trên xe là loại phun xăng đa điểm MPI (multipoint fuelinjection) mỗi xi lanh có 1 vòi phun tương ứng

4

13 14

15 16

13: Máy khởi động; 14:Buzi ; 15: Trục cam; 16: Trục cò mổ; 17: Xuppap;

18: Que thăm dầu.

5

7

6 5 4

3 2 1

Động cơ 4G64 sử dụng loại buồng cháy thống nhất, động cơ được chế tạo với kíchthước nhỏ gọn mang tính công nghệ cao Nắp quy lát được đúc bằng hợp kim nhômnhẹ, có một trục cam được bố trí trên đầu quy lát.

Thân máy cũng giống các động cơ lắp trên các xe du lịch khác, ở chỗ chế tạobằng thép hợp kim tốt, có bố trí hệ thống bôi trơn và hệ thống làm mát phù hợp, cógân tăng cứng nhằm tạo sự cứng vững

Bảng 2-1 Các thông số kỹ thuật của động cơ 4G64

Hệ thống nhiên liệu Phun nhiên liệu đa điểm điều khiển điện

tử - MPI (Multipoint fuel injection)

2.1 Nhóm piston – trục khủyu – thanh truyền.

Piston được làm bằng hợp kim nhôm chịu tải trọng nhiệt, cơ cao Trên đỉnhpiston có bề mặt lõm để tránh va đập với xupáp Để làm kín xilanh và truyền nhiệt

ra thân máy, trên mỗi piston lắp hai xécmăng khí và một xécmăng dầu

Trục khuỷu là chi tiết quan trọng nhất, cường độ làm việc lớn nhất và giáthành cao nhất của động cơ Công dụng của trục khuỷu là tiếp nhận lực tác dụngtrên pittông truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến thành chuyểnđộng quay của trục để đưa công suất ra ngoài.Vật liệu làm thanh truyền là thépcácbon

Nhóm thanh truyền gồm có: thanh truyền, bulông thanh truyền, bạc lót.Trongquá trình làm việc nhóm thanh truyền truyền lực tác dụng trên pittông cho trụckhuỷu, làm quay trục khuỷu Thanh truyền được đúc bằng thép hợp kim

6

1 2

3 4

5

6 7

2.2 Cơ cấu phối khí.

Cơ cấu phối khí là cơ cấu có nhiệm vụ nạp đầy không khí–nhiện liệu và thảisạch khí cháy ra khỏi buồng đốt đúng chất lượng, đúng thời điểm

Cơ cấu phối khí dùng một trục cam đặt trên nắp máy được dẫn động bởi đairăng

Trong quá trình làm việc xuppáp và các chi tiết máy khác của cơ cấu phân phốikhí giãn nở do chịu nhiệt độ cao Vì vậy để tránh hiện tượng kênh xupáp người taphải để khe hở nhiệt trong khâu dẫn động xupáp Chính vì vậy nên trong quá trình

mở đóng xupáp, đầu xupáp va đập với cò mổ gây nên tiếng gõ Để tránh hiện tượngtrên xe Mitsubishi Zinger sử dụng cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở nhiệt bằng thủylực

Hình 2-3 Cơ cấu phân phối khí tự động điều chỉnh khe hở xuppáp

1:Trục cam;2:Con lăn;3:Trục dàn cò mổ;4:Cò mổ;5:Cơ cấu tự điều chỉnh;

6:Lò xo xupáp;7:Xupáp.

2.3 Hệ thống đánh lửa.

Hệ thống đánh lửa điện tử độc lập không sử dụng bộ chia điện mà sử dụng

cuộn dây đánh lửa, mỗi cuộn dây được điều khiển bởi một transistor công suất(cũng được kết hợp thành một khối duy nhất)

Phần tín hiệu của hệ thống đánh lửa không dùng bộ chia điện nhận tín hiệu từcảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí điểm chết trên và cảm biến trục cam đểxác định thời điểm chính xác để tạo ra tia lửa điện và buzi nào cần được điều khiển

để đánh lửa

Cuộn dây sơ cấp của cuộn cao áp được nối đến mỗi đầu buzi Do đó các buziluôn luôn hoạt động độc lập

7

Khi transistor công suất được bật “ON” bởi tín hiệu từ bộ Engine-ECU, thìdòng sơ cấp đi qua cuộn dây Khi transistor công suất được tắt “OFF” thì dòng sơcấp bị mất điện đột ngột và một điện áp cao được tạo để đưa tia lửa điện đến cácbuzi.

12:Cuộn dây cao áp; 13: Buzi; 14:Công tắc; 15:Ắcquy.

3 Tổng quan về hệ thống nhiên liệu động cơ xăng

3.1 Nhiệm vụ.

Chuẩn bị và cung cấp hỗn hợp hơi xăng và không khí cho động cơ, đảm bảo sốlượng và thành phần của hỗn hợp không khí và nhiên liệu luôn phù hợp với chế độlàm việc của động cơ

Hệ thống nhiên liệu của động cơ xăng bao gồm các thiết bị: thùng xăng, bơmxăng, lọc xăng, Đối với hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử còn có ống

8

4 3 2 1 Xilanh 13 12

15 14

Engine -ECU

10 11 9 8 7 5 4 3 1

phân phối, vòi phun chính, vòi phun khởi động lạnh, bộ giảm chấn áp suất nhiênliệu, hệ thống điều khiển kim phun, ECU động cơ.

3.2 Các yêu cầu của hỗn hợp cháy.

3.2.1 Yêu cầu nhiên liệu

- Có tính bay hơi tốt

- Hạt phải nhỏ và phần lớn ở dạng hơi

- Tính lưu động ở nhiệt độ thấp tốt

- Tính chống cháy kích nổ cao

3.2 2 Tỉ lệ hỗn hợp

- Có thành phần hỗn hợp thích ứng với từng chế độ làm việc của động cơ

- Hỗn hợp phải đồng nhất trong xylanh và như nhau với mỗi xylanh

- Đáp ứng từng chế độ làm việc của động cơ, thời gian hình thành hỗn hợp phảiđảm bảo tốc độ (không dài quá không ngắn quá)

- Hỗn hợp cung cấp phải đáp ứng với ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường vànhiệt độ động cơ

- Thành phần nhiên liệu phải đảm bảo giúp cho sự hình thành hỗn hợp tốt

3.3 Phân loại hệ thống nhiên liệu.

3.3.1 Phân loại theo hệ thống dùng chế hòa khí

- Hệ thống điều chỉnh độ chân không ở họng

- Hệ thống có ziclơ bổ sung

- Hệ thống điều chỉnh độ chân không ở ziclơ chính

Nguyên lý hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng chế hòa khí

Trên các động cơ xăng cổ điển việc tạo hỗn hợp nhiên liệu không khí đều ở bênngoài động cơ một cách thích hợp trong một thiết bị riêng trước khi đưa vào buồngcháy động cơ gọi là bộ chế hoà khí Các bộ chế hoà khí hiện nay được chia ra làmcác loại sau

- Loại bốc hơi

- Loại hút đơn giản

- Loại hút hiện đại

- Loại hút kết hợp với điều khiển điện tử

- Loại phun

a Chế hòa khí hút đơn giản

Sơ đồ nguyên lý:

9

1 9

8 10

2 3

4 5

6

Hình 3-1 Sơ đồ bộ chế hoà khí hút

1:Bướm ga; 2:Ống nhiên liệu; 3:Van kim; 4:Buồng phao;5:Phao; 6:Ziclơ

7:Đường ống nạp ;8:Vòi phun; 9:Họng;10:Bướm gió.

Không khí từ khí trời được hút qua bầu lọc vào đường ống nạp (7) qua họng (9)của bộ chế hoà khí họng (9) làm đường ống bị thắt lại vì vậy tạo nên độ chân khôngkhi không khí đi qua họng Chỗ tiết diện lưu thông nhỏ nhất của họng là nơi có độchân không lớn nhất Vòi phun (8) được đặt tại tiết diện lưu thông nhỏ nhất củahọng Nhiên liệu từ buồng phao (4) qua ziclơ (6) được dẫn động tới vòi phun Nhờ

có độ chân không ở họng nhiên liệu được hút khỏi vòi phun và được xé thànhnhững hạt sương mù nhỏ hỗn hợp với dòng không khí đi qua họng vào động cơ Để

bộ chế hoà khí làm việc chính xác thì nhiên liệu trong buồng phao luôn luôn ở mức

cố định vì vậy trong buồng phao có đặt phao (5) Nếu mức nhiên liệu trong buồngphao hạ xuống thì phao (5) cũng hạ theo, van kim (3) rời khỏi đế van làm cho nhiênliệu từ đường ống (2) đi vào buồng phao Phía sau họng còn có bướm ga (1) dùng

để điều chỉnh số lượng hỗn hợp đưa vào động cơ

Để chứng minh tại họng của bộ chế hòa khí vận tốc tăng lên và áp suất tại họnggiảm đi, từ sơ đồ của bộ chế hòa khí và vì độ chân không tại họng của bộ chế hòakhí thường Ph không quá 2000 (mm) cột nước (20 KPa) khi động cơ hoạt động

ở chế độ cực đại và mở hết bướm ga Như vậy Phbiến động từ 0 đến 20 KPa Vìvậy có thể bỏ qua tính chịu nén của không khí và coi lưu động của không khí nhưcủa chất lỏng không chịu nén, chuyển động liên tục, ổn định

Ta có sơ đồ sau:

10

Xét tại 2 mặt cắt (0-0) và (H-H) Áp dụng phương trình liên tục của dòng chảy

ổn định ( lưu lượng tại các mặt cắt không đổi ) ta có

V0.S0 = VH.SH = Q = const (1)

V0, VH là vận tốc của dòng khí tại mặt cắt (0-0) và (H-H)

S0, SH là diện tích tiết diện của họng tại 2 mặt cắt trên

Từ phương trình trên ta thấy rằng tại (H-H) thì Sh giảm vì vậy Vh tăng, nên vậntốc tại họng tăng lên

Với dòng chảy dừng của một lưu chất không chịu nén, qua 2 mặt cắt (0- 0)

và (H-H) ta có thể viết phương trình Bernoullie dưới dạng sau.(xuất phát từ

định luật bảo toàn năng lượng)

h 0 g và h h.g sai lệch quá nhỏ  bỏ qua

V0: Vận tốc dòng khí tại mặt cắt (0-0)

P0: Áp suất khí trời

Ph: Áp suất tại họng

Vh: Vận tốc tại họng

k

 :Mật độ không khí ở áp suất Po và nhiệt độ To

Từ phương trình (2) ta thấy tại họng Vh tăng và Ph giảm vậy áp suất tại họnggiảm so với áp suất khí trời P0 Nên độ chênh áp là: Ph = P0 - Ph (phụ thuộc vào

độ mở bướm ga của bộ chế hòa khí), đây chính là độ chân không ở họng

- Xây dựng đặc tính của bộ chế hòa khí đơn giản

Đặc tính của bộ chế hòa khí dùng để đánh giá sự hoạt động của bộ chế hòa khíkhi thay đổi chế độ làm việc của động cơ Nó là hàm số thể hiện mối liên hệ giữa hệ

11

số dư lượng không khí ( ) của hòa khí với một trong các thông số đặc trưng cholưu lượng của hòa khí được bộ chế hòa khí chuẩn bị và cung cấp cho động cơ.

Có thể là lưu lượng không khí: Gk

Độ chân không ở họng :  Ph

Công suất của động cơ : Ne

Gk , Gnl: Lưu lượng không khí và nhiên liệu qua bộ chế hòa khí (kg/s)

Lo : Lượng không khí lý thuyết dùng để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (kgk/kgnl)

Phương trình Bernoullie tại mặt cắt (O-O) và (H-H)

Coi vận tốc không khí tại miệng vào của bộ chế hòa khí Vo= 0

Bỏ qua sai lệch về thế năng giữa hai mặt cắt (vì mật độ không khí và khoảngcách chiều cao giữa hai tiết diện quá nhỏ)

2

2

2 2

h h

V0: Vận tốc dòng khí tại mặt cắt (0-0)

P0: Áp suất khí trời

Ph: Áp suất tại họng

Vh: Vận tốc tại họng

0

 : Mật độ không khí ở áp suất Po và nhiệt độ To

 : Hệ số cản của dòng chảy giữa hai mặt cắt

Từ phương trình (*) ta có:

) 1 ( 2

0 0

2

2 ) 1 (

h h

P P

1

h -hệ số tốc độ của họng h= 0,8 - 0,9

Sơ đồ chuyển động của dòng không khí và sơ đồ bóp dòng khi dòng khí vượtqua tiết diện hẹp nhất của họng

Sau khi đi qua tiết diện hẹp nhất của họng fh min, nhưng thực tế của dòng khí

fn min bị bóp nhỏ (fn min < fh min) hiện tượng trên được thể hiện qua hệ số bóp dòng

Hình 3-2 Sơ đồ đường xăng bộ chế hòa khí đơn giảnViết phương trình Bernoullie cho dòng chảy qua mặt cắt (0-0) và (d-d) ta sẽ được :

2

2

dt nl

P

 g.hdTrong đó :ho , hd - khoảng cách thẳng đứng từ mặt cắt (O-O) và (d-d)

Po , Pd - áp suất tĩnh tại tại mặt cắt (O-O) và (d-d)

nl - khối lượng riêng (mật độ) của xăng

Vdt - Tốc độ lý thuyết của dòng xăng đi qua tại mặt cắt (d-d)

P P h h g

V

) (

dt

h g P V





dt d d

h g P V



14

Nếu d- lă hệ số bóp dòng của xăng khi đi qua jiclơ

h

.

P

nl h

h

.

g P

P

P

nl h

h

h

.

0.01

0

1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8

ph mm cộ t nước nl.g

Hình 3-3 Đặc tính của bộ chế hòa khí đơn giản

Hệ số dư lượng không khí  của hòa khí trong bộ chế hòa khí đơn giản sẽ giảmdđ̀n (tức hòa khí đđ̣m dđ̀n lín) khi tăng độ chđn không ở họng hoặc tăng lưu lượngkhông khí qua họng Trín thực tế, mđ̣t độ không khí giảm dđ̀n khi tăng Ph trongkhi đó nl hđ̀u như không thay đổi, đó lă lý do chính lăm cho hòa khí đđ̣m dđ̀n khităng Ph

15

0 20 40 60 80 Ne%

60 100 140 180

g e%

0,6 0,8 1,0 1,2 0,4

4 3 2 1

a

b

Bộ chế hòa khí lý tưởng cần đảm bảo cho hòa khí có thành phần tối ưu theo điềukiện hoạt động của động cơ Quy luật thay đổi thành phần hòa khí được xác địnhqua đặc tính điều chỉnh thành phần hòa khí, thể hiện qua sự biến thiên các chỉ tiêukinh tế kỹ thuật của động cơ theo hệ số dư lượng không khí  khi giữ không đổitốc độ động cơ và vị trí bướm ga Tung độ của đồ thị đặc tính điều chỉnh là suất tiêuhao nhiên liệu ge (theo % của ge min) và công suất có ích Ne (theo % Ne min được xácđịnh bằng thực nghiệm, ở tốc độ đã định và mở hết bướm ga) Các đường I-I' là kếtquả khỏa nghiệm khi mở 100% bướm ga, còn đường II-II' và III-III' tương ứngvới các vị trí bướm ga nhỏ dần Hoành độ của đồ thị là 

Hình 3-4 Các đặc tính điều chỉnh của thành phần hòa khíQua đồ thị thấy rằng : với n= const , ở mỗi vị trí bướm ga giá trị của  tươngứng với công suất cực đại (các điểm 1, 2, 3) đều nhỏ hơn so với các điểm có suấttiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất (các điểm 5, 6, 7 của đường I' ,II' ,III' hoặc 8, 9, 10của các đường I, II ,III )

Ở mỗi vị trí bướm ga đạt giá trị cực đại đều có  <1

Càng đóng nhỏ bướm ga ,  của điểm công suất cực đại càng giảm

16

Khi mở 100% bướm ga, suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất suất hiện tại   1 , 1.Càng đóng nhỏ bướm ga vị trí xuất hiện gemin càng chuyển hướng giảm của  , khiđóng bướm ga gần kín giá trị  tương ứng với gemin < 1.

Như vậy khi đóng bướm ga nhỏ dần, muốn có công suất cực đại cũng nhưmuốn có suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ đều phải làm cho hòa khí đậm lên Nối cácđiểm 1, 2 ,3, và các điểm 8, 9, 10 trên các đường I ,II, III sẽ được hai đường a và bthể hiện sự biến thiên của thành phần hòa khí của công suất cực đại (đường a) vàcủa suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất (đường b) khi mở dần bướm ga Khu vực giữhai đường a,b là khu vực có thành phần hòa khí tương đối tốt, cải thiện tính năngkinh tế kỹ thuật của động cơ Khu vực bên ngoài hai đường a,b sẽ làm giảm côngsuất và suất tiêu hao nhiên liệu động cơ, không để động cơ hoạt động ở các khu vựcnày

Tùy theo công dụng và điều kiện hoạt động của động cơ mà thực hiện điềuchỉnh Ne và ge biến thiên theo thành phần hoà khí  được sát với đường a hoặcđường b Điểm 4 thể hiện thành phần hòa khí của động cơ chạy không tải

Mặt khác khi xây dựng đường đặc tính của bộ chế hòa khí lý tưởng tức là xâydựng sự biến thiên của thành phần hòa khí trên tọa độ  - Gh hoặc  - Ph theocông suất cực đại hoặc theo suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất ta được đồ thị

1.0 0.8 0.6

Trong thực tế sử dụng, người ta chỉ đòi hỏi công suất cực đại khi mở 100%bướm ga (điểm 1) còn lại tất cả các vị trí đóng nhỏ bướm ga cần điều chỉnh để động 17

cơ hoạt động với thành phần hòa khí đảm bảo tiết kiệm nhiên liệu Vì vậy mối quan

hệ lý tưởng nhất giữa  và Gk sẽ là đường 4, đó chính là đặc tính của bộ chế hòakhí lý tưởng khi chạy ở một số vòng quay nhất định

So sánh đặc tính của bộ chế hòa khí đơn giản và bộ chế hòa khí lý tưởng thấyrằng: bộ chế hòa khí đơn giản không thể chuẩn bị hòa khí cho động cơ với thànhphần tốt nhất ở mọi chế độ hoạt động Do đó muốn hiệu chỉnh để được hình dạngsát với bộ chế hòa khí lý tưởng, thì trên cơ sở bộ chế hòa khí đơn giản cần phải bổxung thêm một số cơ cấu và hệ thống để đảm bảo các yêu cầu sau:

- Ở chế độ không tải, muốn động cơ chạy ổn định cần có hòa khí đậm ( 0,4

0,8), và phải tạo điều kiện để xăng được phun tơi, phân bố đều và dễ bay hơitrong dòng khí nạp

- Khi bướm ga mở tương đối rộng cần cung cấp hòa khí tương đối loãng ( 

Vì vậy người ta đã không sử dụng bộ chế hòa khí đơn giản mà thường sử dụng

bộ chế hòa khí hiện đại Nhưng trong quá trình phát triển của ngành công nghệ ôtôthì bộ chế hòa khí được kết hợp với điều khiển điện tử

b Chế hòa khí hút kết hợp với điều khiển điện tử

18

Hình 3-6 Bộ chế hòa khí điều khiển bằng điện tử

1: Bướm ga; 2:Cảm biến tốc độ mở bướm ga; 3: Cần đẩy; 4:Cơ cấu điều chỉnh độ mở bướm ga kiểu điện tử chân không; 5:Cơ cấu điều khiển đóng mở bướm gió; 6: Bướm gió; 7: Cần đẩy; 8: Kim điều chỉnh tiết diện thông qua ziclơ không khí không tải; 9:Cảm biến nhiệt độ động cơ; 10:Tín hiệu nhiệt độ động cơ; 11: Tín hiệu tốc độ mở bướm ga; 12: Tín hiệu vị trí màng đàn hồi của bộ điều chỉnh độ mở bướm ga kiểu điện tử chân không; 13:Tín hiệu tốc độ vòng quay động cơ; 14:Tín hiệu từ cảm biến Ôxy; 15: Các tín hiệu ra bộ điều chỉnh độ mở bướm ga; 16: Tín hiệu ra điều chỉnh độ mở bướm gió; 17:Đầu phát tín hiệu ra; 18: Bộ vi xử lý;

19: Đầu thu nhận tín hiệu vào; 20: Bộ điều khiển điện tử.

Nguyên lý làm việc của chế hòa khí có trang bị điện tử

19

Để thỏa mãn những yêu cầu ngày càng cao đối với quá trình hình thành khíhỗn hợp, nhằm giảm suất tiêu hao nhiên liệu và độc hại trong khí xả cũng như cảithiện chất lượng làm việc ở mọi chế độ của động cơ, người ta đã trang bị các bộphận điện tử cho bộ chế hòa khí, bộ chế hòa khí khi đó được gọi là bộ chế hòa khíđiện tử Sau đây là trình bày một bộ chế hòa khí có tên là Ecotronic của hãngBosch-Pierburg Về cơ bản bộ chế hòa khí điện tử gồm một bộ chế hòa khí thôngthường, một bộ điều khiển điện tử 20 và các cơ cấu điều khiển 4 để thay đổi độ mởbướm ga 1 và cơ cấu điều khiển 5 để thay đổi độ mở bướm gió 6.

Bộ điều khiển điện tử 20 gồm có các bộ phận chính sau: đầu nhận tín hiệu 19,

bộ vi xử lý trung tâm 18 và đầu phát tín hiệu ra 17, tín hiệu vào sẽ được tiếp nhận

và xử lý Sau đó bộ điều khiển sẽ phát tín hiệu ra để điều khiển các cơ cấu chấphành 4 và 5 nhằm tạo ra thành phần khí hỗn hợp tối ưu cho mọi chế độ làm việc củađộng cơ

Trong cơ cấu điều chỉnh độ mở bướm ga kiểu điện tử chân không 4, vị trí củamàng đàn hồi được xác định bởi sự cân bằng giữa lực hút chân không sau bướm ga

và lực phục hồi của lò xo Độ chân không trong không gian phía trên màng đượcđiều chỉnh nhờ hai nam châm điện điều chỉnh các van thông Nhờ cần đẩy 3, màngđàn hồi xác định độ mở bướm ga 1 Vị trí của màng đàn hồi được ghi nhận vàtruyền tín hiệu về bộ điều khiển điện tử 20 qua đường 12

Khi động cơ khởi động bộ điều khiển đóng bướm gió và mở bướm ga ở một góc

độ phù hợp Hệ thống chính và hệ thống không tải cùng làm việc cho hỗn hợp đậm

để khởi động giống như bộ chế hòa khí thông thường

Chế độ tăng tốc được thực hiện như sau: Từ tín hiệu mở đột ngột bướm ga 11,

bộ điều khiển điện tử sẽ chỉ thị cho cơ cấu 5 đóng mở rất nhanh bướm gió 6 Do đóhỗn hợp đậm lên đột ngột đáp ứng cho động cơ tăng tốc

Khi động cơ chạy không tải, bộ điều khiển điện tử giữ cho tốc độ vòng quaykhông tải ổn định Khi đó bướm ga và bướm khởi động đều do bộ điều khiển điện

tử quyết định Ngoài ra cần điều khiển 7 do cơ cấu điều khiển 5 dẫn động sẽ tácđộng lên kim hiệu chỉnh 8 đóng bớt ziclơ không khí của hệ thống không tải, hỗnhợp sẽ được làm đậm Do thành phần hỗn hợp được điều chỉnh tự động phù hợp vớichế độ không tải nên nkt nhỏ, tiết kiệm nhiên liệu Cũng chính vì vậy mà động cơkhông bị chết máy

Ở chế độ kéo người lái bỏ chân ga nên bướm ga 1 chỉ do cơ cấu 4 điều khiển.Khi đó bướm ga sẽ mở ở một mức độ nào đó sao cho độ chân không sau bướm ganhỏ đến mức không đủ để hút xăng ra ở hệ thống không tải tức là động cơ khôngtiêu thụ xăng nên tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường

20

Tuy bộ chế hòa khí này làm việc tối ưu hơn bộ chề hoà khí hiện đại không cókết hợp điều khiển điện tử, nhưng vẫn còn tồn tại bộ chế hoà khí nên hoà khí ở mọichế độ hoạt động của động cơ vẫn chưa được tối ưu, hiệu suất chưa cao vấn đề tiếtkiệm nhiên liệu và ô nhiễm môi trường vẫn còn tồn tại ở mức độ cao Vì vậy ở cácđộng cơ hiện đại ngày nay người ta không dùng bộ chế hoà khí nữa mà sử dụng hệthống phun xăng.

3.3.2 Phân loại theo hệ thống phun xăng

a Phân loại theo số vòi phun sử dụng

- Hệ thống phun xăng nhiều điểm

Mỗi xylanh động cơ được cung cấp nhiên liệu bởi một vòi phun riêng biệt Xăngđược phun vào đường ống nạp ở vị trí gần xupap nạp Thường dùng cho các loại xe

du lịch cao cấp có dung tích xylanh lớn

- Hệ thống phun xăng một điểm.

Việc chuẩn bị hỗn hợp nhiên liệu khí được tiến hành ở một vị trí tương tự nhưtrường hợp bộ chế hoà khí, sử dụng một vòi phun duy nhất Xăng được phun vàođường nạp, bên trên bướm ga Hỗn hợp được tạo thành trên đường nạp Hệ thốngnày được sử dụng khá phổ biến trên động cơ các loại xe có công suất nhỏ Nó có ưuđiểm là chỉ sử dụng một vòi phun nên bố trí dễ dàng, giá thành hạ Nhưng nó cónhược điểm là chiều dài đường nạp đến mỗi xylanh khác nhau nên lượng không khí

- nhiên liệu được phun vào mỗi xylanh khác nhau nên quá trình cháy ở các xylanhkhác nhau

- Hệ thống phun xăng hai điểm.

Thực chất đây là một biến thể của hệ thống phun xăng một điểm trong đó sửdụng thêm một vòi phun thứ hai đặt bên dưới bướm ga nhằm cải thiện chất lượngquá trình tạo hỗn hợp

b Phân loại theo phương pháp điều khiển phun

- Hệ thống phun xăng cơ khí

Trong hệ thống này, việc dẫn động, điều khiển, điều chỉnh định lượng hỗn hợpđược thực hiện theo một số nguyên lý cơ bản như động học, động lực học, cơ họcchất lỏng, nhiệt động lực học

Có hai loại dẫn động cơ khí Loại dẫn động bởi động cơ bao gồm bơm xăng vàmột bộ phận định lượng nhiên liệu hoạt động giống như hệ thống phun nhiên liệu

21

của động cơ điêzen và một loại thứ hai hoạt động độc lập không có dẫn động từđộng cơ.

- Hệ thống phun xăng điện tử

Ở các loại hệ thống phun xăng này, một loạt các cảm biến sẽ cung cấp thông tindưới dạng các tín hiệu điện liên quan đến các thông số làm việc của động cơ chomột thiết bị tính toán thường được gọi là bộ vi xử lý và điều khiển trung tâm Saukhi xử lý các thông tin này, bộ điều khiển trung tâm sẽ xác định lượng xăng cầncung cấp cho động cơ theo một chương trình tính toán đã được lập trình sẵn và chỉhuy sự hoạt động của các vòi phun xăng (thời điểm phun và thời gian phun)

c Phân loại theo cách xác định lượng khí

- Hệ thống phun xăng dùng lưu lượng kế loại L

Hệ thống phun xăng loại này được trang bị thiết bị đo lưu lượng, cho phép đotrực tiếp thể tích hay khối lượng không khí lưu thông trong đường nạp Thông tin vềlưu lượng khí được cung cấp cho bộ điều khiển trung tâm dưới dạng tín hiệu điện đểlàm cơ sở tính toán thời gian phun

Hình 3-7 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống phun xăng điện tử L – Jetronic

1:Thùng xăng; 2:Bơm xăng; 3:Bầu lọc xăng; 4:ECU; 5: Vòi phun chính; 6: Bộ điều áp; 7: Khoang chứa khí; 8:Vòi phun khởi động; 9:Cảm biến vị trí bướm ga; 10:Cảm biến lưu lượng gió; 11:Cảm biến đo ôxy khí xả; 13:Cảm biến kích nổ; 14:Bộ chia điện; 15:Bộ van khí không tải; 16: Ắc quy; 17: Khóa điện.

22

 Lưu lượng thể tích: thiết bị này làm việc theo nguyên tắc đo lực của dòng khítác động lên một cửa đo quay quanh một trục lắp trên đường nạp Góc quay của cửaphụ thuộc lưu lượng khí nạp và được xác định bởi một điện thế kế Như vậy, thiết bị

sẽ cung cấp một tín hiệu điện tỷ lệ với lưu lượng khí cho bộ điều khiển trung tâm

Để tăng độ chính xác phép đo, người ta thường dùng thêm một nhiệt kế để đo nhiệt

độ không khí trong quá trình nạp

 Lưu lượng kế khối lượng kiểu dây đốt nóng: một sợi dây kim loại rất mảnhđược căng ở một vị trí đo trong đường nạp Khi lưu lượng khí thay đổi thì nhiệt độ

và điện trở của dây cũng thay đổi theo Một mạch điện tử cho phép điều chỉnh tựđộng dòng điện đốt nóng dây Dòng điện này sẽ tỷ lệ với lưu lượng khí Theonguyên tắt này, việc đo nhiệt độ dòng khí sẽ không cần thiết nữa vì lưu lượng khốilượng được đo trực tiếp nên độ chính xác phép đo không bị ảnh hưởng bởi nhữngdao động của nhiệt độ khí như phương pháp trên

 Lưu lượng kế khối lượng kiểu tấm đốt nóng: hệ thống này hoạt động theonguyên lý tương tự như hệ thống trên Việc thay thế dây kim loại bằng hai tấm kimloại gốm mỏng cho phép tăng độ bền vững của thiết bị đo và hạn chế ảnh hưởng dobụi bặm hoặc rung động Hai tấm kim loại này có điện trở phụ thuộc nhiệt độ đượcmắc thành cầu điện trở, một để đo lưu lượng, một để đo nhiệt độ khí

 Hệ thống phun xăng với thiết bị đo lưu lượng kiểu siêu âm xử dụng hiệu ứngKarman - Vortex

Một cơ cấu đặt biệt được lắp trên đường nạp nhằm tạo ra các chuyển động xoáylốc của dòng không khí ở một vị trí xác định Số lượng xoáy lốc sẽ tỷ lệ với lưulượng thể tích Một nguồn sóng siêu âm đặt trên đường ống nạp, phát sóng có tần sốxác định theo hướng vuông góc với dòng chảy không khí Tốc độ lan truyền củasóng siêu âm xuyên qua dòng khí phụ thuộc vào lượng khí chuyển động xoáy Mộtthiết bị nhận sóng siêu âm sẽ đo tốc độ này và gửi tín hiệu điện đến bộ điều khiển

trung tâm

- Hệ thống phun xăng dùng lưu lượng kế loại D

23

Hình 3-8 Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử loại D - Jetronic

1:Lọc khí; 2:Cảm biến áp suất ; 3.Bộ điều áp xăng; 4.Lọc xăng;

5: Bình xăng; 6:Vòi phun; 7:Ắc quy; 8:Khoá điện.

Ở hệ thống phun xăng loại này, lượng khí nạp được xác định thông qua áp suấttuyệt đối trong ống nạp và chế độ tốc độ của động cơ, dựa vào các tham số hay đặctính chuẩn đã được xác định từ trước, có tính đến biến thiên áp suất trong quá trìnhnạp Các đầu đo được xử dụng thường là cảm biến áp suất kiểu áp điện-điện trở kếthợp với nhiệt kế để đo nhiệt độ chuyển động Trong thực tế, khi khởi động động cơ,

do nhiệt độ thấp nên mật độ không khí tăng, ở cùng một áp suất thì lưu lượng khínạp thực tế sẽ lớn hơn lưu lượng tính toán, dẫn đến hỗn hợp nhạt có thể gây chếtmáy Dựa trên thông tin về nhiệt độ không khí do cảm biến cung cấp, bộ điều khiểntrung tâm sẽ tăng lượng xăng phun ra khi nhiệt độ khí nạp thấp Phép đo lưu lượngkiểu này thường áp dụng cho các hệ thống phun xăng một điểm

 Ưu điểm:

o Kết cấu, bảo dưỡng đơn giãn, dể lắp đặt điều chỉnh, giá thành hạ

o Ít gây sức cản khí động phụ trên đường nạp

 Nhược điểm:

o Không đo trực tiếp lưu lượng không khí

o Nhạy cảm với dao động áp suất và nhiệt độ trên đường nạp

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng

a Hệ thống phun xăng cơ khí

Có thể chia các cơ cấu của hệ thống này thành 3 bộ phận:

24

 Bộ phận cung cấp nhiên liệu gồm: bình chứa, bơm xăng điện, bộ tích tụxăng, bộ lọc xăng.

 Bộ phận cung cấp không khí bao gồm: đường ống nạp và bộ phận lọc khí

 Bộ phận điều khiển tạo hỗn hợp bao gồm: thiết bị đo lưu lượng khí và thiết

bị định lượng nhiên liệu

Lượng không khí nạp vào xy lanh được xác định bởi lưu lượng kế Căn cứ vàolượng khí nạp thực tế lưu lượng kế sẽ chỉ huy việc định lượng nhiên liệu cung cấpcho động cơ Nhiên liệu được phun vào qua các vòi phun vào đường ống nạp ởngay trên xupáp nạp Lượng hỗn hợp nạp vào xylanh được điều khiển bởi bướm ga

Bộ tích tụ xăng có hai chức năng: duy trì áp suất trong mạch nhiên liệu sau khiđộng cơ đã ngừng hoạt động để tạo điều kiện khởi động dễ dàng và làm giảm bớtdao động áp suất nhiên liệu trong hệ thống do việc xử dụng bơm xăng kiểu phiếngạt

Sơ đồ nguyên lý:

25Buồng cháy động cơ

Đường ống nạp trước xupáp

Đo lưu lượng

khí

Điều chỉnh hỗn hợp Định lượng phân phối

Bướm ga

Hình 3-9 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống phun xăng cơ khí

Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng sửa chữ và bảo dưỡng Do không còn sử

dụng bộ chế hòa khí, lượng xăng và không khí được định lượng với nhau một cáchhợp lý theo từng chế độ hoạt động của động cơ, xăng được phun vào nhờ vòi phunnên các chế độ làm việc được tối ưu hơn, tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môitrường hơn so với các loại trên

Nhược điểm: do không sử dụng các cảm biến điện tử nên nhận biết các chế độ

hoạt động của động cơ chưa thực sự được chính xác, các cơ cấu điều khiển bằng cơkhí nên còn tồn tại sự “trễ” của các thiết bị cơ khí điều đó dẫn đến hệ thống này làmviệc chưa thực sự tối ưu hoá Nên người ta sử dụng hệ thống phun xăng điều khiểnđiện tử

b Hệ thống phun xăng điện tử

Lọc xăngBơm xăngBình

Công tắc bướm ga

Cảm biến tốc độ

Lưu lượng kế

Đến động cơ

Điều kiển đánh lửa

Nhiên liệu

Hình 3-10 Sơ đồ nguyên lý của HTPX điện tử

Hệ thống phun xăng điện tử thực chất là một hệ thống điều khiển tích hợp cả haiquá trình phun xăng và đánh lửa của động cơ Hệ thống bao gồm ba khối thiết bịsau:

 Các cảm biến có nhiệm vụ ghi nhận các thông số hoạt động của động cơ gồm:

- Lưu lượng khí nạp Qa đo qua lưu lượng kế

- Tốc độ động cơ N - đo qua cảm biến tốc độ

- Vị trí bướm ga n (pc) - đo qua cảm biến

- Nhiệt độ máy Tm - đo qua nhiệt kế

- Nhiệt độ khí nạp Ta - đo qua nhiệt kế

- Điện áp ácquy Ub - đo qua nhiệt kế (potentiometre)

- Tín hiệu khởi động động cơ Sd - đo qua công tắc khởi động

- Nồng độ oxy trong khí xả - đo qua cảm biến lambda

Các tín hiệu của cảm biến được chuyển thành tín hiệu điện

 Bộ xử lý và điều khiển trung tâm ECU (gọi tắt là bộ điều khiển trung tâm) tiếpnhận các tín hiệu dưới dạng tín hiệu điện do các cảm biến truyền tới, chuyển thànhtín hiệu số sau đó được xử lý theo một chương trình đã vạch sẵn Những số liệukhác cần cho việc tính toán đã được ghi trong bộ nhớ của máy tính dưới dạng đồ thịhoặc dạng số

 Các tín hiệu ra của bộ điều khiển trung tâm được khuếch đại và đưa vào khốithứ ba là bộ phận chấp hành (actuateur) Bộ phận này có nhiệm vụ phát các xungđiện chỉ huy việc phun xăng và đánh lửa cũng như chỉ huy một số cơ cấu thiết bịkhác (hồi lưu khí thải, điều khiển mạch nhiên liệu, mạch khí, ) đảm bảo sự làmviệc tối ưu ở mọi chế độ của động cơ

Ưu điểm :

27

So với hệ thống dùng chế hòa khí, hệ thống phun xăng có những ưu điểm sau:

- Số lượng và thành phần hòa khí vào các xilanh đều hơn, nhờ đó trong điềukiện sử dụng có thể dùng hòa khí nhạt hơn, đặc biệt là các hệ thống phun xăngnhiều điểm

- Hệ số nạp của động cơ lớn hơn vì: - Không có họng trong đường nạp do không

có bộ chế hòa khí, - Giảm mức độ sấy nóng trên đường nạp, - Khi phun nhiên liệuvào xilanh động cơ khối lượng không khí nạp sẽ nhiều hơn

- Tỉ số nén  lớn hơn vì giảm sấy nóng ống nạp khiến phần lớn xăng bay hơitrong xilanh Tỉ số nén lớn hơn khoảng 1 đơn vị

- Tính hưởng ứng của động cơ được cải thiện vì không thấy rõ tính chậm chạp,lạc hậu của dòng xăng so với không khí trong các chế độ chuyển tiếp

- Định lượng xăng phun vào xilanh động cơ lúc khởi động chính xác hơn làmcho động cơ khởi động lạnh dễ hơn

- Công suất động cơ cao hơn

- Dùng hệ thống phun xăng trong động cơ nhiều xilanh cho phép hiệu chỉnhcông suất của động cơ ở chế độ ít tải bằng cách ngừng cấp hòa khí cho một sốxilanh

- Qúa trình cháy được thực hiện tối ưu nhờ điều khiển đánh lửa hợp lý

- Ô nhiễm môi trường do khí thải tạo ra là nhỏ nhất, đặc biệt trong hệ thống cócảm biến Lambda

- Động cơ hoạt động tốt ở mọi điều kiện thời tiết, địa hình, tư thế xe

- Dễ thực hiện biện pháp phân lớp hòa khí để khu vực gần cực buji luôn luôn có

 0,850,95 Các khu vực còn lại trong buồng cháy là hòa khí nhạt

Những ưu điểm trên làm cho công suất động cơ tăng khoảng 10%, tiêu haonhiên liệu giảm từ 10 16% và giảm nhiều độc hại của khí xả

Nhược điểm :

Cấu tạo phức tạp, có yêu cầu khắt khe về chất lượng lọc sạch nhiên liệu vàkhông khí Bảo dưỡng sửa chữa cần có trình độ chuyên môn cao

Giá thành cao

4 Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ 4G64

4.1 Các bộ phận của hệ thống cung cấp không khí.

- Bầu lọc không khí

Có nhiệm vụ làm sạch hết bụi bẩn trong không khí đi vào bộ chế hoà khí đểgiảm độ mài mòn các chi tiết làm việc của động cơ

28

1: Bể

Lõi lọc; 3: Nắp; 4: Đai ốc ; 5: Vít kéo; 6: Ống dẫn không khí tới máy nén; 7: Vòng chắn dầu; 8,11: Ống gom không khí; 9: Lõi lọc khô; 10: Thân bầu lọc; 12,13: Ống

thông gió cácte.

Trong bầu lọc không khí bằng dầu quán tính không khí trải qua hai lần lọc: dướitác dụng của giảm áp, dòng không khí hướng xuống dưới, đập vào mặt dầu nhờn(bụi bẩn bị dầu nhờn giữ lại) và đổi hướng một cách đột ngột, đi qua lõi lọc vàotrong ống nạp của bộ chế hoà khí

Bầu lọc không khí có lõi lọc khô Lớp bên ngoàicủa lõi lọc làm bằng xơ sợi tổnghợp (lần lọc thứ nhất), lớp bên trong có xếp cáctông lượn sóng (lần lọc thứ hai)

Có rất nhiều kiểu lọc không khí nhưng ngày nay trên các xe Zinger thường sửdụng loại lọc thấm có lõi lọc bằng bìa giấy thay thế được Loại này có ưu điểm giáthành không cao, dễ chế tạo

Tuy vậy nhược điểm là tuổi thọ thấp, chu kỳ thay thế ngắn

29

Hình 4-1 Các bầu lọc không khí

a Bầu lọc dầu quán tính; b Bầu lọc có lõi lọc khô.

Hình 4-2 Bầu lọc không khí lõi lọc bằng bìa giấy

1:Nắp bầu lọc; 2: Đệm làm kín; 3: Vỏ bầu lọc; 4: Đai lắp bầu lọc; 5: Vòi dẫn

khí; 6: Ruột lọc; 7: Đai ốc trong; 8: Đai ốc ngoài.

- Cơ cấu bướm ga

Cơ cấu bướm ga được gắn vào đường ống nạp của động cơ và nối với ống cao

su có gắn cảm biến lưu lượng khí

Vị trí bắt đầu của bướm ga điều chỉnh bằng vít tỳ

Góc quay của bướm ga được kiểm soát bằng cảm biến vị trí bướm ga, trục của

nó được nối với trục của bướm ga Toàn bộ thông tin về góc mở bướm ga và vậntốc đóng mở được đưa đến khối điều khiển động cơ (ECU động cơ)

- Van điều chỉnh bổ sung không khí

Van điều chỉnh (điều chỉnh chế độ chạy chậm không tải) có tác dụng điều khiểnlượng không khí vòng qua bướm ga ở mọi chế độ hoạt động của động cơ

Van điều chỉnh chế độ chạy chậm không tải là loại van điện từ quay Van điềuchỉnh chế độ chạy chậm không tải được lắp trên cổ họng gió, và khí nạp qua nó sẽ

đi tắt qua bướm ga

Độ mở của van điều chỉnh phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển từ ECU động cơ.Trong chế độ khởi động, khi bướm ga đóng, van điều chỉnh mở hoàn toàn chođến khi động cơ hoạt động ổn định Trong chế độ sấy nóng động cơ, van mở 50%cho phép nâng cao số vòng quay không tải để nâng cao nhiệt độ nước làm mát.Trong chế độ hạn chế số vòng quay thấp nhất, van mở nhỏ hơn 50% và thành nấc sốvòng quay không tải thứ nhất của động cơ đã hâm nóng Trong chế độ không tảicưỡng bức (chế độ phanh động cơ), nó đóng hoàn toàn và chuyển nó vào chế độchạy chậm không tải, khi mà bướm ga đóng làm cho số vòng quay giảm thấp hơn

số vòng quay đã điều chỉnh Trong chế độ tải một phần, van hé mở để dập dao độngcủa không khí trong đường ống nạp, nhờ vậy động cơ làm việc ổn định hơn khi tatăng giảm đột ngột

- Cổ hút.

Dùng để làm kín và phân phối không khí đến từng xi lanh của động cơ

Cổ hút gồm hai phần: Thân trên, trên đó có lắp cơ cấu bướm ga, bộ điều chỉnhlượng không khí bổ xung và thân dưới Các thân có các mặt bích liên kết với nhau

và với thân máy Các mối ghép được làm kín bằng đệm Không khí sau khi đượcđưa vào cổ hút được chia vào các ống nhờ có quán tính của dòng khi cho phép hạn

30

chế được hỗn hợp xăng không khí vào ống nạp của xi lanh nhiều so với các xi lanhkhác Trong thân trên của cổ hút có lắp cảm biến nhiệt độ không khí.

4.2 Hệ thống điều khiển điện tử.

Hình 4-3 Sơ đồ nguyín phun xăng điện tử động cơ

Hệ thống điều khiển điện tử bao gồm câc cảm biến kiểm soât nhiín liệu, bộEngine- ECU vă câc kim phun Bộ Enginer-ECU sử dụng quâ trình “nhđ̣n biết-ralệnh-thực thi” cho việc điều khiển phun nhiín liệu Câc cảm biến cung cấp tín hiệuvăo liín quan đến động cơ vă câc tình trạng hoạt động của xe Bộ Enginer-ECUcung cấp dữ liệu vă quyết định câch điều khiển câc kim phun Sau đó bộ ECU hănhđộng bằng câch ra lệnh cho câc kim phun hoạt động theo nhu cđ̀u để phđn phốilượng nhiín liệu cho thích hợp

4.2.3 Câc loại cảm bií́n

4.2.3.1 Cảm bií́n Ôxy (Oxygen sensor)

Cảm biến ôxy nhđ̣n biết tỷ lệ không khí-nhiín liệu lă đđ̣m hay nhạt so với lýthuyết Nó được lắp trong ống xả Câc loại cảm biến ôxy đang sử dụng, chúng chỉkhâc nhau vđ̣t liệu của phđ̀n tử cảm nhđ̣n:

Ra lệnh

(ZrO2 ), một loại gốm Phần tử này được phủ ở cả bên ngoài và bên trong một lớpmỏng platin Không khí bên ngoài được dẫn vào bên trong của cảm biến, bên ngoàicủa nó tiếp xúc với khí xả.

Nguyên lý hoạt động: Nếu nồng độ ôxy trên bề mặt bên trong của phần tửZirconia chênh lệch lớn so với bề mặt bên ngoài tại nhiệt độ cao (400 độ C hay caohơn) phần tử Zirconia sẽ tạo ra một điện áp, điện áp này đóng vai trò như một tínhiệu đến ECU động cơ, để báo về nồng độ khí xả ở mọi thời điểm

Khi tỷ lệ không khí-nhiên liệu nhạt, sẽ có nhiều ôxy trong trong khí xả, nên chỉ

có sự chênh lệch nhỏ về nồng độ giữa bên trong và bên ngoài của phần tử cảm biến

Vì lý do đó, điện áp do nó tạo ra rất nhỏ (gần 0V) Ngược lại nếu tỷ lệ không nhiên liệu đậm, ôxy trong khí xả gần như biến mất Điều đó tạo ra sự chênh lệch lớn

khí-về nồng độ ôxy bên trong và bên ngoài của cảm biến, nên điện áp tạo ra tương đólớn (xấp xỉ 1V)

1 2

4 5 6

7 8

11 10 9 3

Hình 4-4 Kết cấu của cảm biến Ôxy

1: Tín hiệu từ khí xả; 2:Đường không khí; 3: Tín hiệu từ không khí; 4:Lò xo; 5:Tiếp xúc với lớp platin không khí; 6:Lớp bao kín; 7:Phần tử cảm ứng; 8:Vỏ bảo vệ; 9:Lớp Platin tiếp xúc với khí xả; 10:Lớp Zirconia; 11:Lớp platin bên trong

33

Lớp plantin (phủ bên ngoài phần tử cảm biến) có tác dụng như một chất xúc tác,làm cho ôxy và CO trong khí xả phản ứng với nhau Nó làm giảm lượng ôxy vàtăng độ nhạy của cảm biến.

Dựa trên tín hiệu phát ra từ cảm biến nồng độ ôxy, ECU động cơ tăng hay giảmlượng phun để duy trì tỷ lệ không khí-nhiên liệu luôn gần với lý thuyết

b Loại Titan

Cảm biến ôxy loại này bao gồm một phần tử bán dẫn chế tạo bằng Điôxít Titan(TiO2, cũng như ZrO2, là một loại gốm) Cảm biến này dùng một phần tử bằng Titanloại màng dày tạo nên trên đầu phía của ống mỏng để nhận biết ôxy trong khí xả.Nguyên lý hoạt động

Đặc tính của Titan là điện trở của nó thay đổi theo nồng độ ôxy trong khí xả.Điện trở này thay đổi đột ngột ở giới hạn đậm nhạt của tỷ lệ không khí-nhiên liệu.Điện trở của Titan cũng thay đổi mạnh tương ứng với thay đổi của nhiệt độ Do đómột bộ sấy, được lắp trong ống mỏng để giữ cho nhiệt độ của phần tử Titan là

áp đối chiếu 0,45V Nếu kết quả cho thấy điện áp OX lớn hơn 0,45V có nghĩa là,nếu điện trở của cảm biến ôxy thấp ECU động cơ sẽ biết rằng tỷ lệ không khí-nhiênliệu đậm Nếu điện áp OX thấp hơn 0,45V (điện trở của cảm biến ôxy cao), ECUđộng cơ sẽ nhận biết tỷ lệ không khí nhạt hơn.

4.2.3.2 Cảm biến đo gió.(AFS –Air Flow Sensor)

Cảm biến lưu lượng khí được dùng trong động cơ để cảm nhận lượng khí nạp.Tín hiệu lượng khí nạp dùng để tính toán khoảng thời gian phun cơ bản và góc đánhlửa sớm cơ bản

Có các loại cảm biến lưu lượng nạp sau:

a Loại cánh:

Hình 4-6 Nguyên lý của cảm biến lưu lượng khí nạp loại cánh

1:Biến trở ; 2:Tấm giảm rung ; 3:Khoang giảm rung; 4:Tấm đo; 5:Tín hiệu Vs.

Lượng khí nạp hút vào động cơ xác định bằng độ mở bướm ga và tốc độ động

cơ Khí nạp hút qua cảm biến lưu lượng gió thắng được lực căng của tấm đo Tấm

đo và biến trở có cùng một trục quay nên góc mở của tấm đo được biến trở chuyểnthành điện áp ECU sẽ nhận tín hiệu này (Vs) và do đó nhận biết góc mở của tấm đotừ biến trở này

Điện trở từ P1 đến P5 (có cùng một giá trị điện trở) được mắc nối tiếp, và điện

áp cấp cho mạch là 12V thì điện áp tại P5 là 12V, tại P4 là 9V , tại P3 là 6V, tại P2

35

là 3V và tại P1 là 0V Kim dịch chuyển của biến trở chuyển động cùng với tấm đo,nhận biết điện áp suất hiện và gửi một tín hiệu đến ECU (tín hiệu Vs)

Lượng khí hút vào trong động cơ được xác định bằng độ mở bướm ga Nếulượng khí đi qua đường khí phụ tăng lên, thì không khí đi qua tấm đo giảm xuống

và góc mở của bướm ga sẽ nhỏ hơn Ngược lại, nếu lượng khí đường khí phụ giảmxuống, thì lượng khí đi qua tấm đo tăng và góc mở sẽ tăng lên Do lượng phun cơbản quyết định qua góc mở của tấm đo, nên tỷ lệ khí- nhiên liệu có thể thay đổibằng cách điều chỉnh lượng khí đi qua đường khí phụ Do vậy, bằng cách thay đổi

tỷ lệ không khí-nhiên liệu tại chế độ không tải với vít điều chỉnh hỗn hợp không tải,

có thể điều chỉnh được tỷ lệ nồng độ CO trong khí xả Tại tốc độ không tải bởi vìnếu tấm đo mở rộng thì lượng khí đi qua đường khí phụ sẽ nhỏ hơn nhiều so vớiđường khí chính

Khoang giảm chấn và tấm chống rung:

Khoang giảm chấn và tấm chống rung giúp làm ổn định chuyển động của tấm

đo Nếu lượng khí nạp chỉ được đo bằng tấm đo, sử thay đổi lượng khi sẽ làm chotấm đo bị rung Nhưng khi tấm chóng rung được gắn vào sao cho nó chuyển độngcùng tấm đo, nó sẽ hấp thụ các rung động và làm ổn định chuyển động của tấm đo

Công tắc bơm nhiên liệu:

Công tắc bơm nhiên liệu được lắp bên trong biến trở và nó đóng lại khi động cơđang chạy và không khí đi qua Công tắc bơm nhiên liệu sẽ ngừng làm việc khiđộng cơ tắt thậm chí khi khóa điện bật ở vị trí ON

Tín hiệu Vs:

Có hai loại cảm biến lưu lượng khí nạp loại cánh, chúng khác nhau về mạchđiện Một loại, điện áp Vs giảm khi lượng khí nạp lớn còn loại kia thì Vs tăng lênkhi lượng khí nạp tăng

b Loại xoáy quang học Karman

Loại cảm biến lưu lượng khí nạp này cảm nhận trực tiếp lượng khí nạp bằngquang học So với loại cảm biến lưu lượng khí nạp loại cánh , nó có kích thước nhỏgọn hơn Kết cấu đơn giản của đường khí cũng làm giảm sức cản nạp

Chức năng hoạt động:

Loại này hoạt động dựa trên hiệu ứng Karman Một dòng khí có tốc độ V đi qua vậtcản hình trụ có đường kính d sẽ sinh ra dòng xoáy không khí (xoáy Karman) có tần

36

số f tỷ lệ thuận với V và tỷ lệ nghịch với d.

Sử dụng quy tắc này, bằng cách đo tần số của cột xoáy, có thể xác định đượclượng khí nạp Tần số f của xoáy, tạo ra do giao động áp suất, làm cho một lá kimloại mỏng (gọi là tấm phản chiếu, tiếp xúc với áp suất của xoáy thông qua khehướng áp suất) rung động theo tần số f Rung động của tấm phản chiếu này đượccảm nhận bởi một điôt phát quang kết hợp với 1 trasistor quang học

Hình 4-7 Sơ đồ nguyên lý của cảm biến lưu lượng khí nạp loại xoáy quang học

Karman và sơ đồ biểu diễn tín hiệu điện áp theo lượng khí nạp

1:Led; 2:Bộ tạo xoáy; 3:Khe hướng áp; 4:Tấm phản chiếu; 5:Transistor quang

học.

Tín hiệu lượng khí nạp là một tín hiệu xung Khi lượng khí nạp thấp, tín hiệunày có tần số thấp Khi lượng khí nạp nhiều, tín hiệu này có tần số cao

c Loại dây sấy

Cảm biến lưu lượng khí nạp loại dây sấy đo trực tiếp khối lượng không khí Kếtcấu loại này vừa nhỏ gọn vừa nhẹ Ngoài ra sức cản nạp do cảm biến tạo ta thấp.Không có cơ cấu cơ khí nên độ bền cao

37

Hoạt động và chức năng :

Hình 4-8 Sơ đồ nguyên lý của cảm biến lượng khí nạp loại dây sấy

1:Dòng điện; 2:Khí nạp; 3: Dây sấy; 4:Biến trở.

Hình 4-9 Sơ đồ đấu dây loại dây sấy

1: Cảm biến lưu lượng khí; 2:Ra ( nhiệt điện trở ); 3:Bộ khuếch đại hoạt động;

4:ECU động cơ; 5:Rh (dây sấy).

38

Dòng điện chạy qua dây sấy làm cho nó nóng lên Khi không khí chạy qua dâysấy, dây sẽ được làm mát phụ thuộc khối lượng không khí đi vào Bằng cách điềukhiển dòng điện chạy qua dây sấy để giữ cho nhiệt độ của dây sấy không đổi, có thể

đo lượng khí nạp bằng cách đo dòng điện Trong trường hợp này, dòng điện có thểchuyển thành điện áp và gửi tới ECU động cơ

Trong cảm biến lượng khí nạp thực tế, dây sấy được mắc song song trong mộtmạch cầu Mạch cầu này có đặc điểm là điện thế giữa hai điểm A và B bằng nhaukhi điện trở tính theo đường chéo là bằng nhau (Ra+R3)R1=Rh.R2 Khi dây sấy Rh bịlàm lạnh bởi không khí, điện trở giảm kết quả làm sự chênh lệch điện áp giữa A và

B Một bộ khuếch đại hoạt động để nhận biết sự chênh lệch này và làm cho điện ápcấp tới mạch tăng (tăng dòng chạy qua dây sấy Rh) Khi đó nhiệt độ dây sấy lại tănglên làm điện trở tăng cho đến khi điện áp tại A và B bằng nhau Bằng cách sử dụngtính năng này của mạch cầu, cảm biến lưu lượng khí nạp có thể đo được khối lượngkhí nhờ nhận biết điện áp tại B Hơn nữa trong hệ thống này nhiệt độ của dây sấyduy trì thường xuyên không đổi cao hơn nhiệt độ của khí nạp bằng cách dùng mộtđiện trở Ra

Vì vậy khối lượng khí nạp có thể đo một cách chính xác thậm chí nếu nhiệt độkhí nạp thay đổi, nên ECU động cơ không cần hiệu chỉnh thời gian phun theo sựthay đổi của nhiệt độ Ngoài ra mật độ không khí giảm xuống do độ cao, khản nănglàm mát của không khí giảm, mức độ làm mát dây sấy giảm Khi đó khối lượngkhông khí nạp nhận biết được cũng giảm nên hiệu chỉnh phun bù ở độ cao là khôngcần thiết

Đối với hệ thống phun xăng điện tử của xe Zinger sử dụng loại xoáy lốc quanghọc Karman bởi vì loại này giá thành rẻ và được sử dụng rộng rãi

Cảm biến đo gió đo lượng không khí nạp và được lắp trên đường không khí nạp.Cảm biến đo gió (AFS) sử dụng xoáy lốc Karman để biết được lượng không khí nạp

đi qua lọc gió và tạo ra tín hiệu cho biết lượng không khí nạp đến ECU

Bộ ECU dùng tín hiệu này và tín hiệu tốc độ động cơ (vòng/phút) (tín hiệu từcảm biến góc quay trục khủy) để tính và xác định thời gian mở kim phun cơ bản.Tần số của xoáy lốc Karman được tạo ra tỉ lệ với tốc độ dòng không khí.Vì vậytốc độ dòng không khí nạp vào động cơ có thể được xác định bằng cách đo tần số

mà các xoáy lốc Karman tạo ra Các xe của Mitsubishi Motors có 3 loại hệ thốngcảm biến tần số xoáy lốc Karman: loại siêu âm, loại cảm biến áp suất và loại dây

39

nhiệt Loại siíu đm không được sử dụng trín câc xe đời mới nữa Trín xe Zinger sửdụng loại cảm biến âp suất.

- Sơ đồ cấu tạo vă mạch điện của cảm biến

ECU

Bộ điề u biế n Bộ thu

Bộ phát Bộ khuêch đạ i

Khí

Hình 4-10 Sơ đồ cấu tạo vă mạch điện của cảm biến đo gió (AFS) loại âp suất 1:Lỗ âp suất; 2: Cột tạo xoây; 3: Đường âp suất xoây lốc; 4:Cảm bií́n; 5: Bộ chỉnh lưu; 6: Điị́n âp ra AFS; 7: Điị́n âp ra khuí́ch đại; 8:Xoây lốc Karman; 9: Đí́n

bướm ga; 10: Cảm bií́n âp suất; 11:Không khí.

- Nguyín lý hoạt động.

Nếu một luồng xoây lốc được tạo ra từ cột tạo xoây lốc đặt trín đường ống nạp

vă âp suất được nhđ̣n biết thì âp suất năy thay đổi mỗi khi xoây lốc đi qua ống nạp

vă khi số lượng câc xoây lốc tăng lín, thì số lượng câc thay đổi về âp suất cũng tănglín tỷ lệ với sự thay đổi năy Nói câch khâc, tđ̀n số của câc thay đổi âp suất thì tỉ lệvới lượng không khí đi văo

8 7

6