Khi khởi động, thời gian phun nhiên liệu được xác định bằng nhiệt độ nước làm mát vì không thể tính được thời gian phun cơ bản bằng lượng không khí nạp, cũng như tốc độ của động cơ thấp và sự thay đổi của lượng không khí nạp rất lớn trong lúc khởi động.
Nhiệt độ nước làm mát được bộ cảm biến nhiệt độ nước phát hiện. Nhiệt độ càng thấp thì việc bốc hơi nhiên liệu càng kém. Do đó phải đảm bảo cho không khí-nhiên liệu đậm hơn bằng cách kéo dài thời gian phun.
ECU xác định rằng động cơ đột ngột giảm xuống do tải trọng đặt lên động cơ đột ngột tăng lên, tính trễ sẽ được sử dụng để ngăn không cho ECU động cơ xác định rằng động cơ đã nổ máy đang khởi động lại, trừ khi tốc độ này hạ xuống thấp hơn.
Hình 2.4. Hiệu chỉnh phun khi động cơ khởi động 2.3.2. Động cơ sau khởi động
Lượng nhiên liệu được tăng lên bởi sự bay bơi của nhiên liệu có chất lượng kém trong khi động cơ còn lạnh. Khi nhiệt độ nước làm mát thấp, thời gian phun nhiên liệu được tăng lên để đảm bảo cho hỗn hợp khí- nhiên liệu phải đậm hơn, nhằm đạt được khả năng việc trong thời gian động cơ còn nguội.
Hình 2.5. Hiệu chỉnh phun khi động cơ sau khởi động 2.3.3. Động cơ đang hoạt động
Khi có dao động không lớn về tài trọng động cơ hoặc tốc độ của động cơ khi chạy không tải hoặc chạy ở tốc độ không đổi khi được làm nóng, nhiên liệu được cung cấp căn cứ vào lượng không khí nạp.
Các hiệu chỉnh sau được thực hiện khi xe đang chạy ở tốc độ không đổi sau khi được làm nóng.
ECU xác định thời gian phun cơ bản để đạt được tỉ lệ không-khí nhiên liệu lý thuyết. Tuy nhiên một độ lệch nhỏ của tỉ lệ không khí-nhiên liệu lý thuyết xảy ra theo cả tình trạng thực tế của động cơ và thay đổi theo thời gian.
Do đó, cảm biến oxy phát hiện nồng độ của oxy trong khí xả để xác định xem thời gian phun nhiên liệu hiện tại có phải tỉ lệ khí-nhiên liệu lý thuyết dựa vào lượng khí nạp.
Nếu ECU động cơ xác định từ các tín hiệu cảm biến bằng oxy rằng tỷ lệ không khí-nhiên liệu đậm hơn tỷ lệ không khí-nhiên liệu lý thuyết, nó sẽ rút ngắn thời gian phun nhằm làm cho tỷ lệ không khí-nhiên liệu nhạt hơn.
Ngược lại, nếu được xác định rằng tỉ lệ hỗn hợp là nhạt, nó sẽ kéo dài thời gian phun làm cho hỗn hợp trung bình ở tỷ lệ theo lý thuyết.
Hình 2.6. Hiệu chỉnh phun khi động cơ đang hoạt động 2.3.4. Khi xe tăng tốc
Khi xe tăng tốc tỉ lệ khí-nhiên liệu trở lên nhạt, đặc biệt khi xe bắt đầu tăng tốc, vì một độ trễ của việc cung cấp nhiên liệu thường xảy ra trong lúc tăng tốc với việc thay đổi nhanh lượng khí nạp khi đạp bàn đạp ga.
Do đó, thời gian phun được kéo dài để tăng khối lượng phun nhiên liệu đưa vào khí nạp nhằm tránh hỗn hợp khí-nhiên liệu trở lên quá nhạt. Việc tăng tốc được xác định bằng tốc độ thay đổi góc mở bướm ga.
Việc hiệu chỉnh trong lúc tăng tốc tăng lên mạnh khi bắt đầu tăng tốc và sau đó giảm dần cho đến khi việc tăng tốc kết thúc.
2.3.5. Cắt nhiên liệu
Trong thời gian giảm tốc độ, hoạt động phun nhiên liệu bị cắt theo trạng thái giảm tốc nhằm giảm các khí xả độc hại và tăng hiệu ứng hãm của động cơ. Sau đó điều khiển cắt nhiên liệu để ngưng phun. Trạng thái giảm tốc độ được xác định từ tín hiệu phanh và tốc độ của động cơ.
Việc điều khiển cắt nhiên liệu làm ngưng phun nhiên liệu khi tốc độ động cơ cao hơn tốc độ được xác định. Việc phun nhiên liệu sẽ được xác định khi tốc độ động cơ giảm xuống đến tồc độ được xác định.
2.3.6. Khi xe tăng công suất
Vì có lượng khí nạp lớn ứng với tải trọng lớn, như khi xe leo dốc, nên khó trộn đều nhiên liệu phun với không khí nạp và toàn bộ không khí nạp không sửa dụng trong lúc chát, làm cho không khí còn tổn dư. Vì vậy, lượng nhiên liệu nhiều hơn so với tỷ lệ lý thuyết được phun để sử dụng không khí nạp trong khi đốt để tăng cường công suất. Các tải trọng lớn được xác định bằng độ mở của cảm biến vị trí bướm ga, tốc độ của động cơ và không khí nạp (VG).
Khối lượng không khí nạp càng lớn hoặc tốc của động cơ càng lớn tỷ lệ của lượng tăng này càng lớn.
2.4. Hệ thống cung cấp nhiên liệu
2.4.1. Mô tả về hệ thống cung cấp nhiên liệu
Hệ thống cung cấp nhiên liệu đảm nhiệm các chức năng là:
Hút xăng từ thùng chứa để bơm đến các béc phun. Tạo áp suất cần thiết để phun xăng. Duy tri áp suất nhiên liệu cố định trong ống chia béc phun
Nhiên liệu được hút từ thùng nhiên liệu bằng bơm và đưa nhiên liệu có áp suất qua lọc nhiên liệu đến các vòi phun chính. Bộ giảm rung động có tác dụng hấp thụ các dao động nhỏ của áp suất nhiên liệu do sự phun nhiên liệu gây ra. Các vòi phun sẽ phun nhiên liệu khi có áp suất vào đường ống nạp tùy theo các tín hiệu điều khiển.
Hình 2.8. Hệ thống nhiên liệu động cơ 2.4.2. Bơm xăng
Kết cấu và nguyên lý hoạt động
Bơm nhiên liệu sử dụng trên toyota camry là loại bơm cánh gạt được đặt trong thùng xăng, do đó loại bơm này ít sinh ra tiếng ồn và rung động hơn so với loại trên đường ống. Các chi tiết chính của bơm bao gồm: Mô tơ, hệ thống bơm nhiên liệu, van một chiều, van an toàn và bộ lọc được gắn liền thành một khối.
1: Van một chiều; 2: Van an toàn; 3: Chổi than; 4: Rôto; 5: Stato; 6,8: Vỏ bơm; 7,9: Cánh bơm; 10: Cửa xăng ra; 11: Cửa xăng vào.
Rôto (4) quay, dẫn động cánh bơm (7) quay theo, lúc đó cánh bơm sẽ gạt nhiên liệu từ cửa vào (11) đến cửa ra (10) của bơm, do đó tạo được độ chân không tại cửa vào nên hút được nhiên liệu vào và tạo áp suất tại cửa ra để đẩy nhiên liệu đi.
Van an toàn (2) mở khi áp suất vượt quá áp suất giới hạn cho phép (khoảng 6 kgf/cm2).
Van một chiều (1) có tác dụng khi động cơ ngừng hoạt động. Van một chiều kết hợp với bộ ổn định áp suất duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu khi động cơ ngừng chạy, do vậy có thể dễ dàng khởi động lại. Nếu không có áp suất dư thì nhiên liệu có thể dễ dàng bị hoá hơi tại nhiệt độ cao gây khó khăn khi khởi động lại động cơ.
Ðiều khiển bơm nhiên liệu
Bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy. Ðiều này tránh cho nhiên liệu không bị bơm đến động cơ trong trường hợp khóa điện bật ON nhưng động cơ chưa chạy. Hiện nay có nhiều phương pháp điều khiển bơm nhiên liệu
• Khi động cơ đang quay khởi động
Dòng điện chạy qua cực ST2 của khóa điện đến cuộn dây máy khởi động (kí hiệu ST) và dòng diện vẫn chạy từ cực STAcủa ECU (tín hiệu STA).
Khi tín hiệu STA và tín hiệu NE được truyền đến ECU, transitor công suất bật ON, dòng điện chạy đến cuộn dây mở mạch (C/OPN), rơle mở mạch bật lên, nguồn điện cấp đến bơm nhiên liệu và 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 phát ra (động cơ đang nổ
máy), ECU giữ Tr bật ON, rơle mở mạch ON bơm nhiên 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 dây của rơle mở mạch. Kết quả là, rơle mở mạch tắt ngừng bơm nhiên liệu.
Hình 2.10. Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên liệu 2.4.3. Bộ ổn định áp suất (bộ điều áp)
Bộ điều chỉnh áp suất được bắt ở cuối ống phân phối. Nhiệm vụ của bộ điều áp là duy trì và ổn định độ chênh áp trong đường ống.
Bộ điều chỉnh áp suất nhiên liệu cấp đến vòi phun phụ thuộc vào áp suất trên đường ống nạp. Lượng nhiên liệu được điều khiển bằng thời gian của tín hiệu phun, nên để lượng nhiên liệu được phun ra chính xác thì mức chênh áp giữa xăng cung cấp đến vòi phun và không gian đầu vòi phun phải luôn luôn giữ ở mức 2,9 kgf/cm2 và chính bộ điều chỉnh áp suất bảo đảm trách nhiệm này.
Hình 2.11. Kết cấu bộ ổn định áp suất
1: Khoang thông với đường nạp khí; 2: Lò xo; 3: Van; 4: Màng; 5: Khoang thông với dàn ống xăng; 6: Ðường xăng hồi về thùng xăng.
Nguyên lý làm việc của bộ ổn định
Nhiên liệu có áp suất từ dàn ống phân phối sẽ ấn màng (4) làm mở van (3). Một phần nhiên liệu chạy ngược trở lại thùng chứa qua đường nhiên liệu trở về thùng (6). Lượng nhiên liệu trở về phụ thuộc vào độ căng của lò xo màng, áp suất nhiên liệu thay đổi tuỳ theo lượng nhiên liệu hồi. Ðộ chân không của đường ống nạp được dẫn vào buồng phía chứa lò xo làm giảm sức căng lò xo và tăng lượng nhiên liệu hồi, do đó làm giảm áp suất nhiên liệu. Nói tóm lại, khi độ chân không của đường ống nạp tăng lên (giảm áp), thì áp suất nhiên liệu chỉ giảm tương ứng với sự giảm áp suất đó. Vì vậy áp suất của nhiên liệu A và độ chân không đường nạp B được duy trì không đổi. Khi bơm nhiên liệu ngừng hoạt động, lò xo (2) ấn van (3) đóng lại. Kết quả là van một chiều bên trong nhiên liệu và van bên trong bộ điều áp duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu.
2.4.4. Bộ lọc nhiên liệu-lưới lọc nhiên liệu
Lọc nhiên liệu lọc tất cả các chất bẩn và tạp chất khác ra khỏi nhiên liệu. Nó được lắp tại phía có áp suất cao của bơm nhiên liệu. Ưu điểm của loại lọc
thấm kiểu dùng giấy là giá rẻ, lọc sạch. Tuy nhiên loại lọc này cũng có nhược điểm là tuổi thọ thấp, chu kỳ thay thế trung bình khoảng 4500km.
Hình 2.12. Lọc xăng trên toyota camry
1: Thân lọc nhiên liệu; 2: Lõi lọc; 3: Tấm lọc; 4: Cửa xăng ra; 5: Tấm đỡ; 6: Cửa xăng vào.
Xăng từ bơm nhiên liệu vào cửa (6) của bộ lọc, sau đó xăng đi qua phần tử lọc (2). Lõi lọc được làm bằng giấy, độ xốp của lõi giấy khoảng 10m. Các tạp chất có kích thước lớn hơn 10m được giữ lại đây. Sau đó xăng đi qua tấm lọc (3) các tạp chất nhỏ hơn 10m được giữ lại và xăng đi qua cửa ra (5) của bộ lọc là xăng tương đối sạch cung cấp quá trình nạp cho động cơ.
Nó có công dụng lọc sạch các tạp chất trong xăng nhằm bảo vệ các béc phun xăng. Bầu lọc có hai phần tử lọc: Một lõi lọc bằng giấy và một tấm lọc. Độ xốp của lõi giấy khoảng 10 micromet. Xăng phải chui xuyên qua lõi giấy và tấm lọc trước khi chảy vào bộ phân phối. Lõi lọc phải được thay mới đúng định kỳ. Trong quá trình lắp ráp cần lưu ý chiều mũi tên chỉ hướng vào và ra.
2.4.5. Ống chia xăng của các vòi phun
Ống chia xăng có chức năng như một kho chứa nhiên liệu của các béc phun. Dung tích của nó lớn hơn nhiều lần so với lượng xăng càn thiết cung cấp cho chu kỳ hoạt động của động cơ. Nhờ vậy tránh được tình trạng làm thay đổi áp suất trong ống chia. Ống chia có công dụng sau đây:
b) Làm nơi gá lắp các béc phun và giúp cho việc tháo ráp các béc phun được dễ dàng.
2.4.6. Vòi phun nhiên liệu
Vòi phun xăng thuộc loại điện từ được điều khiển do hộp ECU động cơ,béc có chức năng phun vào cửa nạp ở xupap hút một lượng xăng đã được định lượng chính xác. Mỗi xy lanh động cơ có riêng cho nó một béc xăng (ở hệ thống phun xăng đa điểm).
Còn ở hệ thống phun xăng đơn điểm thì có một hoặc hai béc xăng cho tất cả các xy lanh. Béc phun hoạt động nhờ xôlênoy. Mỗi khi nhận được tín hiệu điện của ECU, cuộn dây xôlênoy được từ hóa và dẫn động van kim mở cho xăng phun ra.
Khi chưa có dòng điện chạy qua cuộn dây của xôlênoy, lò xo ấn kim phun bịt kín lỗ phun, đây là trạng thái đóng của béc. Đến lúc ECU đánh tín hiệu đặt một điện áp vào cuộn dây xôlênoy, nam châm điện sẽ nhấc lõi từ và kim phun lên khoảng 0,1 ly và xăng được phun vào đường nạp.
Đầu của van kim có chuôi hình dáng đặc biệt giúp tán sương nhiên liệu xịt ra. Thời gian mở và đóng béc phun xăng xảy ra trong khoảng khắc tù 1 đến 1,5 mili giây.
Do hành trình của van kim là cố định, việc phun nhiên liệu diễn ra liên tục khi mà van kim còn mở.
Động cơ 2AZ_FE sử dụng loại vòi phun 12 lỗ giúp tăng khả năng phun sương, làm cho nhiên liệu phun vào hòa trộn với không khi tốt hơn, giúp tiết kiệm nhiên liệu, cho hiệu suất cao, đồng thời làm cho khí thải sạch hơn do hòa khi không khí-nhiên liệu cháy tốt hơn.
Các béc phun xăng được gá lắp trên các vòng đệm cao su đặc biệt. Các vòng đệm này giúp béc phun không bị rung động, đồng thời được cách nhiệt tốt với động cơ tránh hiện tượng tạo bọt hơi xăng bên trong béc phun.
Hình 2.13. Vòi phun nhiên liệu
1: Lọc xăng; 2: Đầu nối điện; 3: Cuộn dây kích từ; 4: Lõi từ tính 5: Kim phun; 6: Đầu kim phun; 7: Dàn phân phối xăng; 8: Chụp bảo vệ;
9: Joăng
2.4.7. Cuộn điện trở
Điện trở có tác dụng hạ thấp điện áp đến các vòi phun để làm ổn định hoạt động của chúng và tránh việc các vòi phun không bị quá nóng. Vì không được có sự chậm trễ cơ học trong hoạt động của van, nên số vòng dây trong cuộn dây của vòi phun và đường kính dây phải giảm xuống nhằm nâng cao độ nhạy của vòi phun. Mặc dù vậy dòng điện sẽ lớn do điện trở nhỏ do đó sẽ rút ngắn tuổi thọ của vòi phun vì quá nóng. Vì vậy một điện trở được lắp nối tiếp trong mạch để giảm điện áp cung cấp cho vòi phun.
2.5. Hệ thống nạp khí
2.5.1. Khái quát hệ thống nạp khí
Không khí từ lọc gió sẽ đi vào cổ họng gió và đi vào khoang nạp khí. Lượng khí nạp đi vào khoang nạp khí được điều khiển bằng độ mở của bướm
ga. Góc mở của bướm ga được điều khiển bằng môtơ này được điều khiển bằng tín hiệu điện tử ECU của động cơ. Từ khoang nạp khí, không khí sẽ được phân phố đến từng đường ống nạp và được hút vào trong từng xylanh.
2.5.2. Bầu lọc khí
Bầu lọc khí có tác dụng lọc sạch không khí trước khi đưa vào cổ họng gió và đi vào đường ống nạp.
Hình 2.14. Bầu lọc khí 2.5.3. Cổ họng gió
Cổ họng gió bao gồm:Bướm ga để điều khiển lượng không khí nạp trong quá trình hoạt động của động cơ. Một đường khí phụ để cho phép một lượng nhỏ không khí đi vào trong quá trình chạy không tải. Một cảm biến vị trí bướm ga để nhận biết góc mở bướm ga. Một số loại cổ họng gió còn trang bị một bộ đệm chân ga để cho phép bướm ga trả từ từ khi nó đóng lại hay van khí phụ loại sáp.
Hình 2.15. Cổ họng gió
2.5.4. Bướm ga
Lượng khí đi vào động cơ phụ thuộc vào độ mở bướm ga. Bướm ga mở càng tộng thì lượng khí đi vào động cơ càng nhiều và ngược lại bướm ga mở nhỏ thì lượng khí đi vào động cơ ít đi.
Hình 2.16. Hình ảnh cụm bướm ga
2.6. Hệ thống điều khiển điện tử
Hệ thống điều khiển điện tử cơ bản được chia thành 3 bộ phận chính: