2.1-Kim phun nhiín liệu của động cơ 2AZ-FE
- Tùy văo từng mẫu xe, cấu tạo vòi phun cao âp được nhă sản xuất thay đổi câc chi tiết cho phù hợp. Tuy nhiín, vịi phun cao âp ơ tơ sẽ gờm câc bộ phận chung, cụ thể như sau:
a, Thđn vịi phun:
- Trín thđn vịi phun có ớng dẫn dầu từ bơm cao âp tới, ống dẫn dầu về. Trong thđn vòi có lò xo vă ty đẩy ln tỳ lín kim phun để kim phun đóng kín văo đế. Đầu trín thđn vòi phun có vít điều chỉnh âp suất phun.
b, Đế kim phun:
- Bín trong đế kim phun lắp kim phun. Ngoăi ra, phần dưới đế kim phun có một hoặc nhiều lỗ phun dầu rất nhỏ. Bộ phận năy nối thông với đường dầu đến nhờ rênh trịn.
c, Đai ớc:
Chi tiết năy dùng để xiết chặt đế kim phun với thđn vòi phun. Vòi phun cao âp được bắt chặt văo nắp mây vă mặt bích hoặc vặn chặt bằng ren.
d, Phần dưới kim phun:
- Bộ phận năy được gia cơng thănh hai đoạn hình cơn lă đoạn hình cơn trín cùng vă đoạn hình cơn dưới cùng. Trong khi đoạn hình cơn trín cùng để nđng
92 đỡ kim phun dưới âp suất nhiín liệu để mở lỗ phun dầu, thì đoạn hình cơn dưới cùng có vai trò đóng kín văo đế nhờ lực ĩp của lò xo vă ty đẩy.
* Ngun lý hoạt động của vịi phun cao âp:
- Từ bơm cao âp, nhiín liệu được dẫn qua ớng dẫn dầu rời tới vịi phun cao âp vă sau đó tiếp tục được đưa văo khoang lị xo. Khi âp suất phun dầu lớn hơn lực nĩn của lị xo, kim phun vă cơn thu sẽ mở ra cho nhiín liệu đi qua.
- Ngay sau khi quâ trình phun nhiín liệu kết thúc, cơn thu lại đóng lại, âp suất từ từ giảm. Quâ trình năy sẽ lặp đi lặp lại theo trình tự trín tùy thuộc văo âp suất phun dầu.
- Vít điều chỉnh trín thđn vịi phun có tâc dụng điều chỉnh âp suất phun dầu. Cụ thể, xoay vít điều chỉnh văo sẽ tăng thím sức căng lò xo khiến âp suất phun dầu tăng. Ngược lại, trong trường hợp muốn giảm âp suất phun dầu, lâi xe chỉ cần xoay vít điều chỉnh ra để giảm sức căng của lò xo.
* kim phun nhiín liệu 12 lỗ IWP 189 trong động cơ 2AZ-FE: - kim phun cung cấp nhiín liệu IWp 189 có hình nón
nhiều lỗ kiểu phun vă lưu lượng phun rất cao để sử dụng như một vịi phun vịi hoa sen trực tiếp đi x́ng lượng khí nạp của động cơ hiệu suất cao.
- Đặc điểm của kim phun lă phản ứng sung nhanh, độ chinh xâc cao, động lực học cao. Phạm vi vă mức phun nhiín liệu tới ưu. Những điều năy đạt được nhờ on- off với hiệu suất cao, kích hoạt nam chđm điện với câc cực giản nở ngược nhau, ớng trượt hình trụ vă một vịi phun với độ chinh xâc cao
- Kim phun có thđn bằng thĩp khơng gỉ, nhựa chịu được nhiín liệu, đầu nới van bín trong bằng thĩp khơng gỉ martensitic vă một nam chđm điện với phần bằng thĩp không gỉ hăm lượng cacbon thấp
- Kết nối điện với thiết bị điều khiển thơng minh qua phích cắm nhựa Mini- timer
Thơng số kỹ thuật
Thông số kỹ thuật Giâ trị
93
Âp suất nhiín liệu 500Kpa
Chu kỳ nhiệm vụ tối đa 90%
Nhiệt độ hoạt động kim phun -30 °C – 100 °C
Chịu độ rung 30g
Nhiệt độ môi trường vă chất lỏng 23 °C
Nguồn cấp 14Vdc
Cđn nặng 35g
Sức ĩp 3 bar
2.2- Bơm nhiín liệu:
a, tổng quan:
Bơm nhiín liệu lă loại bơm cânh gạt được đặt trong thùng xăng, do đó loại bơm năy ít sinh ra tiếng ờn vă rung động hơn so với loại trín đường ớng. Câc chi tiết chính của bơm bao gờm: Mơ tơ, hệ thớng bơm nhiín liệu, van một chiều, van an toăn vă bộ lọc được gắn liền thănh một khối.
Kết cấu của bơm xăng điện.
1:Van một chiều; 2:Van an toăn; 3:Chổi than; 4:Rôto; 5:Stato;6,8:Vỏ bơm; 7,9:Cânh bơm; 10:Cửa xăng ra; 11:Cửa xăng văo.
b, Ngun lí:
Rơto (4) quay, dẫn động cânh bơm (7) quay theo, lúc đó cânh bơm sẽ gạt nhiín liệu từ cửa văo (11) đến cửa ra (10) của bơm, do đó tạo được độ chđn khơng tại cửa văo nín hút được nhiín liệu văo vă tạo âp suất tại cửa ra để đẩy nhiín liệu đi.
Van an toăn (2) mở khi âp suất vượt quâ âp suất giới hạn cho phĩp (khoảng 6 kG/cm2).
94 Van một chiều (1) có tâc dụng khi động cơ ngừng hoạt động. Van một chiều kết hợp với bộ ổn định âp suất duy trì âp suất dư trong đường ớng nhiín liệu khi động cơ ngừng chạy, do vậy có thể dễ dăng khởi động lại. Nếu khơng có âp suất dư thì nhiín liệu có thể dễ dăng bị hô hơi tại nhiệt độ cao gđy khó khăn khi khởi động lại động cơ.
c, Ðiều khiển bơm nhiín liệu:
Bơm nhiín liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy. Ðiều năy trânh cho nhiín liệu khơng bị bơm đến động cơ trong trường hợp khóa điện bật ON nhưng động cơ chưa chạy. Hiện nay có nhiều phương phâp điều khiển bơm nhiín liệu
- Khi động cơ đang quay khởi động.
Dòng điện chạy qua cực ST2 của khóa điện đến cuộn dđy mây khởi động (kí hiệu ST) vă dịng diện vẫn chạy từ cực STAcủa ECU (tín hiệu STA).
Khi tín hiệu STA vă tín hiệu NE được truyền đến ECU, transitor công suất bật ON, dòng điện chạy đến cuộn dđy mở mạch (C/OPN), rơle mở mạch bật lín, ng̀n điện cấp đến bơm nhiín liệu vă bơm hoạt động.
- Khi động cơ đã khởi động.
Sau khi động cơ đã khởi động, khóa điện được trở về vị trí ON (cực IG2) từ vị trí Start cực (ST), trong khi tín hiệu NE đang phât ra (động cơ đang nổ mây), ECU giữ Tr bật ON, rơle mở mạch ON bơm nhiín liệu được duy trì hoạt động
- Khi động cơ ngừng.
Khi động cơ ngừng, tín hiệu NE đến ECU động cơ bị tắt. Nó tắt Transistor, do đó cắt dòng điện chạy đến cuộn dđy của rơle mở mạch. Kết quả lă, rơle mở mạch tắt ngừng bơm nhiín liệu.
95 d, Sơ đờ mạch điều khiển bơm nhiín liệu:
1:Cầu chì dịng cao; 2,6,8,9:Cầu chì; 3,4,10:Rơ le; 5:Bơm; 7:Khóa điện; 11:Mây khởi động. 2.3- Bộ lọc nhiín liệu: a, nhiệm vụ:
- Lọc nhiín liệu lọc tất cả câc chất bẩn vă tạp chất khâc ra khỏi nhiín liệu. Nó được lắp tại phía có âp suất cao của bơm nhiín liệu. Ưu điểm của loại lọc thấm kiểu dùng giấy lă giâ rẻ, lọc sạch. Tuy nhiín loại lọc năy cũng có nhược điểm lă tuổi thọ thấp, chu kỳ thay thế trung bình khoảng 4500km.
+ Kết cấu bộ lọc nhiín liệu. 1:Thđn lọc nhiín liệu 2:Lõi lọc
3:Tấm lọc; 4:Cửa xăng ra 5:Tấm đỡ
6:Cửa xăng văo.
b, nguyín lý:
Xăng từ bơm nhiín liệu văo cửa (6) của bộ lọc, sau đó xăng đi qua phần tử lọc (2). Lõi lọc được lăm bằng giấy, độ xốp của lõi giấy khoảng 10m. Câc tạp chất
96 có kích thước lớn hơn 10m được giữ lại đđy. Sau đó xăng đi qua tấm lọc (3) câc tạp chất nhỏ hơn 10m được giữ lại vă xăng đi qua cửa ra (5) của bộ lọc lă xăng tương đới sạch cung cấp q trình nạp cho động cơ.
2.4- Bộ giảm rung động:
Âp suất nhiín liệu được duy trì tại 2,55 hoặc 2,9 kg/cm2 tùy theo độ chđn không đường nạp bằng bộ ổn định âp suất. Tuy nhiín vẫn có sự dao động nhỏ trong âp suất đường ớng do phun nhiín liệu. Bộ giảm rung động có tâc dụng hấp thụ câc dao động năy bằng một lớp măng.
2.5- Bộ ổn định âp suất:
a, nhiệm vụ:
- Bộ điều chỉnh âp suất được bắt ở cuối ống phđn phối. Nhiệm vụ của bộ điều âp lă duy trì vă ổn định độ chính âp trong đường ớng.
- Bộ điều chỉnh âp suất nhiín liệu cấp đến vịi phun phụ thuộc văo âp suất trín đường ớng nạp. Lượng nhiín liệu được điều khiển bằng thời gian của tín hiệu phun, nín để lượng nhiín liệu được phun ra chính xâc thì mức chính âp giữa xăng cung cấp đến vòi phun vă khơng gian đầu vịi phun phải ln ln giữ ở mức 2,9 kG/cm2 vă chính bộ điều chỉnh âp suất bảo đảm trâch nhiệm năy. b, cấu tạo:
1:Khoang thông với đường nạp khí
2:Lị xo 3:Van 4:Măng;
5: Khoang thông với dăn ống xăng
6:Ðường xăng hồi về thùng xăng.
97 c, Ngun lý:
- Nhiín liệu có âp suất từ dăn ống phđn phối sẽ ấn măng (4) lăm mở van (3). Một phần nhiín liệu chạy ngược trở lại thùng chứa qua đường nhiín liệu trở về thùng (6). Lượng nhiín liệu trở về phụ thuộc văo độ căng của lị xo măng, âp suất nhiín liệu thay đổi tuỳ theo lượng nhiín liệu hời. Ðộ chđn khơng của
đường ớng nạp được dẫn văo b̀ng phía chứa lị xo lăm giảm sức căng lò xo vă tăng lượng nhiín liệu hời, do đó lăm giảm âp suất nhiín liệu.
- Nói tóm lại, khi độ chđn khơng của đường ớng nạp tăng lín (giảm âp), thì âp suất nhiín liệu chỉ giảm tương ứng với sự giảm âp suất đó. Vì vậy âp suất của nhiín liệu A vă độ chđn khơng đường nạp B được duy trì khơng đổi. Khi bơm nhiín liệu ngừng hoạt động, lị xo (2) ấn van (3) đóng lại.
- Kết quả lă van một chiều bín trong nhiín liệu vă van bín trong bộ điều âp duy trì âp suất dư trong đường ớng nhiín liệu.
2.6- Cảm biến lưu lượng khí nạp:
Cảm biến lưu lượng khí nạp lă những cảm biến quang trọng nhất vì nó được sử dụng trong EFI kiểu L để phât hiện khới lượng hoặc thể tích khơng khí nạp. Tín hiệu của khới lượng hoặc thể tích của khơng khí nạp được dùng để tinh thời gian phun cơ bản vă góc đanh lửa sớm cơ bản.
Cảm biến lưu lượng khí nạp chú yếu được chia thanh hai loại, câc cảm biến để phât hiện khới lượng khơng khí nạp, vă cảm biến đo thể tích khơng khí nạp,
98 cảm biến đo khối lượng vă cảm biến đo lưu lượng khơng khí nạp có câc loại như sau.
- Cảm biến đó khới lượng khí nạp: kiểu dđy sấy.
- Cảm biến đo lưu lượng khí nạp : kiểu canh vă kiểu gió xơy quang học Kaman
Hiện nay hầu hết câc xe sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp khí kiểu dđy nơng vì nó đo chinh xâc hơn, trọng lượng nhẹ hơn vă đờ bền cao hơn.
III-TÍNH TƠN CHẾ ĐỘ CUNG CẤP NHIÍN LIỆU: 3.1- Xâc định lượng nhiín liệu cung cấp
Ở một chế độ lăm việc xâc định, lượng nhiín liệu phun văo một xilanh G’nl của động cơ phụ thuộc văo lượng khí nạp G’k. Việc xâc định G’k thơng qua cảm biến lưu lượng khí nạp hoặc cảm biến âp suất đường ớng nạp. Q trình điều khiển lượng nhiín liệu cung cấp Gnl thực chất lă điều khiển thời gian phun nhiín liệu tf, bởi vì:
G’nl = Qnl.nl.tf (kg/ct) Với:
Qnl: Lưu lượng xăng qua vòi phun (m3 /s) nl: Khới lượng riíng của xăng (kg/m3 ); tf: Thời gian phun (s).
Trong khi đó, lưu lượng thể tích xăng Qnl được xâc định theo biểu thức: Qnl = Ff .vnl (m3 /s)
Với
Ff: Tiết diện lưu thơng của vịi phun (m2 );
Ff = 4 . .d d = 4 0005 , 0 . 0005 , 0 . = 1,96.10-7 ( m2 ) Với d : đường kính phun chọn d = 0,5 (mm) = 0,0005 (m).
vnl: Tốc độ xăng qua vòi phun (m/s).
Cần lưu ý rằng tốc độ xăng qua vòi phun phụ thuộc văo chính lệch âp suất xăng trước lỗ phun vă âp suất khơng khí trín đường nạp
99 vnl= nl P . 2 = √2.500000 730 = Với : ∆P chọn = 3bar =500000 (N/m2) nl = 730 (kg/m3)
Để đảm bảo tốc độ phun không đổi, trong hệ thớng phun xăng có trang bị bộ ổn định âp suất (∆P = const, ở kiểu phun trín đường ớng nạp ∆P ≈ 3-5bar), khi đó việc xâc định lượng nhiín liệu cung cấp cho động cơ chỉ phụ thuộc văo thời gian mở của kim phun.
Vậy : Qnl=37.1,96.10-7 = 7,252.10-6 (m3/s)
Như vậy để tính được lượng nhiín liệu cung cấp cho động cơ ta phải xâc định hai biến số G’k vă tf.
3.2- Xâc định lưu lượng khơng khí:
Một yếu tố quan trọng trong điều khiển phun xăng lă xâc định được khới lượng khơng khí đi văo xylanh. Lượng xăng tương ứng sẽ được tính tơn để đảm bảo tỉ lệ hịa khí mong ḿn. Trín thực tế, chúng ta khơng thể đo chính xâc khới lượng khơng khí đi văo từng xylanh. Vì vậy, khi điều khiển động cơ phun xăng, người ta thường dựa trín lưu lượng khới lượng khơng khí đi qua đường ớng nạp
Lượng khơng khí nạp ta có thể đo trực tiếp (loại L-EFI), hoặc xâc định giân tiếp thông qua âp suất tuyệt đối khơng khí trín đường ớng nạp (loại D- EFI).
Lượng khơng khí cũng có thể được tính tơn trước vă nạp văo EEPROM theo chương trình đã lập trước.
Tỉ lệ hịa khí lựa chọn 0 : tùy theo kiểu động cơ, chẳng hạn tỉ lệ lý tưởng 0 . Một bảng giâ trị có thể chứa câc giâ trị 0= f( Pk ,n) cũng có thể đưa văo EEPROM.
Tỉ lệ hịa khí thực tế : phụ thuộc văo câc thông số như nhiệt độ động cơ trong q trình hđm nóng hoặc hiệu chỉnh để tăng đặc tính động học (tăng tớc, giảm tớc, tải lớn, không tải).
Đới với một thể tích khơng khí Vk ở điều kiện nhiệt độ T vă âp suất P, tỷ trọng của khơng khí được xâc định bởi :
100 k =mk/Vk (kg/m3 )
Trong đó: mk lă khới lượng khơng khí của thể tích Vk.
Như vậy, lưu lượng khới lượng khơng khí Gk’ có thể suy ra từ lưu lượng thể tích Q’ k của khơng khí:
Gk’= Qk’.k
Trường hợp dùng cảm biến âp suất tuyệt đới trín đường ớng nạp kết hợp với cảm biến nhiệt độ khí nạp, mây tính có thể xâc định tỷ trọng k theo biểu thức: k =o.po.Tk To . pk
Trong đó: o tỷ trọng của khơng khí ở điều kiện âp suất khí quyển ở mực nước biển
po = 1atm vă nhiệt độ môi trường To = 293o K.
Theo phương trình trạng thâi khí lý tưởng, ta sẽ xâc định được o như sau: o =po/R.To
Ở đđy: R- hằng sớ chất khí được xâc định theo biểu thức: R = .8314 = 29.8314 = 287 (J/kg K)
Hệ số nạp tương đối v ở tớc độ thấp có thể được tăng nhờ cộng hưởng đm trín đường ớng nạp đến mỗi xy lanh, câc cộng hưởng xuất phât từ việc đóng mở xupap. Dạng hình học của ớng nạp được thiết kế cho tốc độ thấp, sao cho âp suất cực đại cho cộng hưởng xảy ra ở xupap hút đúng khi nó mở. Như vậy, khơng khí đi văo b̀ng đớt tăng dẫn đến hệ sớ nạp tăng. Tần số cộng hưởng thường nằm giữa 2000(v/ph) đến 3000(v/ph). Kích thước ớng nạp căng lớn thì tần sớ cộng hưởng căng thấp. Tần sớ dao động của dịng khí trong ớng nạp lă: fk = 2 .i n Chọn: fk=2000 (v/ph) n=2000.2/4=1000 (v/ph) =16.66 (vg/s)
Khi động cơ thực hiện một chu trình (2 vịng quay trục khuỷu) thì mỗi xilanh sẽ được nạp 1 lần, nếu gọi lượng khí nạp văo đường nạp trong một giđy
101 Gk thì đới với động cơ có i xilanh vă thực hiện tớc độ quay trục khuỷu lă n (v/ph), lượng khơng khí nạp cho xi lanh trong một chu trình lă G’k sẽ lă: G’k = Gk/(120.i.n) (kg/ct)
Gk : xâc định nhờ cảm biến vă tính theo kg/s. Về lý thuyết G’k cũng có thể được tính như sau:
G’k = 120 n .Vh.v. o. .po.Tk To . pk (kg/s) Với: n=16.66 (vg/s) Chọn v=0.8 Ta có: o =po/R.To o. .po.Tk To . pk =TkR pk . = 287.298 100000 vă R=287 (J/kg K) Pk=0,1 (MN/m2) = 100000 (kg/m2) Tk=298ok
Ở đđy Vh=0.0004 lă dung tích cơng tâc của một xi lanh tính bằng m3 .
Vậy: G’k= 120 66 , 16 .0,0004.0,8.287.298 100000 = 5,2.10-5 (kg/s)
3.3- Tính tơn thời gian phun:
Ở một chế độ lăm việc ổn định, lượng nhiín liệu cung cấp cho một chu trình (Gnl’) sẽ tỉ lệ với lượng khí nạp văo động cơ. Do đó lượng nhiín liệu cung cấp cho mỗi xilanh trong một chu trình sẽ lă:
G’nl=G’k/(Lo.) (kg/ct) Trong đó:
L0: lượng khơng khí lý thuyết để đớt 1kg nhiín liệu (kg kk/kg nl). Với: Lo=14.95 (kgkk/kgnl)
hệ sớ dư lượng khơng khí của chế độ thực tế đang tính. Chọn; =0.9