- KÈM BẢN VẼ CAD (nếu giao dịch qua zalo 0985655837) ĐỒ ÁN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN XE TOYOTA VIOS 2010Thông qua đề tài giúp sinh viên nắm được cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệthống phun xăng điện tử, phương pháp kiểm tra sửa chữa hệ thống phun xăngđiện tử xe Toyota Tios 2010.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN ÔTÔ
Lịch sử phát triển của hệ thống phun xăng
Giai đoạn phát triện của động cơ phun xăng có thể chia làm 3 giai đoạn như sau:
1.1.1 Giai đoạn tính tới trước chiến tranh thế giới thứ hai
Trong giai đoạn này, hệ thống phun xăng cơ khí (HTPX) đã được phát triển và hoàn thiện, ban đầu được áp dụng cho động cơ máy bay trước khi mở rộng sang lĩnh vực động cơ ô tô.
Vào năm 1903, anh em nhà Wright ở Hoa Kỳ đã chế tạo thành công chiếc máy bay đầu tiên sử dụng động cơ pitton phun xăng, đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong lịch sử hàng không.
Vào năm 1908, hệ thống phun xăng cơ khí của anh em nhà Wright đã được cải tiến và lắp đặt cho động cơ máy bay Antonêtt, tạo ra loại máy bay tốt nhất thời bấy giờ Kể từ đó, hệ thống phun xăng cơ khí được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không, nhưng vẫn chưa phổ biến trong ngành ôtô do BCHK đã trải qua nhiều lần cải tiến và vẫn đáp ứng tốt các yêu cầu hoạt động của động cơ.
Đến năm 1920, nghiên cứu về hệ thống phun xăng cơ khí đã được tập trung phát triển để áp dụng cho động cơ ôtô, dựa trên những thành công đạt được từ công nghệ phun xăng trên máy bay.
Năm 1927, hãng Bosch của Đức đã bắt đầu sản xuất bơm xăng cho động cơ nhiều xylanh cao tốc, đánh dấu bước tiến quan trọng trong công nghệ động cơ Đến thời điểm này, các nhà chế tạo ô tô mới thực sự chú trọng đến việc phát triển hệ thống phun xăng cho động cơ.
Viện nghiên cứu hàng không của hãng Bosch và hãng BMV, hãng Daimler Benz công tác nghiên cứu và hoàn chỉnh một hệ thống phun
8 xăng cơ khí có điều khiển
Năm 1937, hệ thống này được áp dụng cho động cơ máy bay, đặc biệt là loại Messerchmitt, đã thiết lập kỷ lục về tốc độ bay vào thời điểm đó Loại máy bay này sau đó trở thành lực lượng chủ lực của không quân Đức quốc xã trong Chiến tranh thế giới thứ hai.
1.1.2 Giai đoạn từ sau chiến tranh thế giới thứ hai tới cuối những năm
1960 Đây là giai đoạn tăng công suất cho động cơ ô tô du lịch, hai hướng hoàn thiện là BCHK cải tiến và phun xăng đều đựơc thực hiện
Năm 1954, Mercedes Benz đã thực hiện phương án phun xăng trực tiếp vào xi lanh cho xe 300 SL Tuy nhiên, để giảm độ phức tạp và chi phí, hãng đã quyết định chuyển sang phun xăng vào đường ống nạp, mang lại nhiều ưu điểm hơn Phương pháp này đã được tập trung phát triển và đến đầu những năm 1960, HTPX đã trở nên phổ biến trong các mẫu xe du lịch, không chỉ với Mercedes Benz mà còn từ nhiều hãng khác, bao gồm Bosch.
Hãng Luscas (Anh) dùng hệ thông phun xăng với van trượt phân phối có điều chỉnh chân không lắp trên xe Maserati, Triumph
1.1.3 Giai đoạn từ đầu những năm 1970 đến nay
Nét nổi bật trong việc ứng dụng kỹ thuật điện tử và vi mạch là khả năng hiệu chỉnh và điều chỉnh quá trình phun xăng, đồng thời chú trọng tuân thủ các giới hạn độc hại trong khí thải Trong các chế độ đặc biệt như cầm chừng, không tải, Nmax, và tăng tốc, hỗn hợp quá đậm có thể dẫn đến quá trình cháy không hoàn toàn, làm gia tăng các thành phần độc hại như COx, NOx, và CHx, gây ô nhiễm môi trường Xu hướng này đã trở thành nguyên tắc chung cho các hệ thống phun xăng hiện đại.
Giai đoạn này sử dụng nhiều tín hiệu kiểm soát đưa về bộ xử lý trung tâm điện tử, tạo ra xung điều khiển đầu ra để xác định thời điểm, lưu lượng và tổng thời gian phun xăng tối ưu Hệ thống phun xăng này được gọi chung là HTPX điều khiển bằng điện tử, viết tắt là HTPX điện tử.
Hệ thống phun xăng điện tử đầu tiên được hãng Bendix ( USA) chế tạo lắp trên ô tô năm 1957 nhưng sau đó bị gián đoạn, không đựơc
Đến năm 1967, Volkswagen (Đức) đã chính thức áp dụng rộng rãi hệ thống phun xăng điện tử Sự tiến bộ trong ngành công nghiệp vi mạch, cùng với sự hoàn thiện của các bộ xử lý trung tâm (ECU) và cảm biến, đã nâng cao chất lượng hoạt động, độ tin cậy và tuổi thọ của hệ thống phun xăng điện tử (HTPXĐT), trong khi giá thành ngày càng giảm Điều này đáp ứng nhu cầu về công suất cao, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu mức độ độc hại Do đó, hệ thống phun xăng cơ khí không còn khả năng cạnh tranh và dần biến mất.
HTPX cơ khí là hệ thống thu thập và xử lý đồng thời nhiều tín hiệu kiểm soát, sử dụng công nghệ vi mạch tiên tiến trong xử lý điện tử Hệ thống này tạo ra tín hiệu đầu ra cho các khâu chấp hành, có thể là cơ khí hoặc điện tử.
Nhiệm vụ
Hệ thống nhiên liệu trên động cơ xăng có vai trò quan trọng trong việc cung cấp hỗn hợp hòa khí với tỉ lệ và lượng phù hợp, nhằm đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu cho động cơ trong các chế độ làm việc khác nhau.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ xăng đảm bảo cung cấp xăng và không khí một cách đồng đều và đúng thời điểm cho các xy lanh Nhiệm vụ của hệ thống này là tạo ra môi chất cháy với định lượng và thành phần đồng nhất giữa các xy lanh, phù hợp với chế độ tải và tốc độ của động cơ.
Thành phần hỗn hợp cung cấp cho động cơ không chỉ cần tối ưu hóa công suất và tiết kiệm nhiên liệu, mà còn phải giảm thiểu khí thải độc hại, bảo vệ môi trường.
Yêu cầu của hệ thống cung cấp nhiện liệu
Hệ thống cung cấp nhiên liệu cần tạo ra hỗn hợp không khí và nhiên liệu chất lượng cao để đảm bảo quá trình cháy hiệu quả trong mọi chế độ làm việc của động cơ Tỷ lệ hòa trộn giữa không khí và nhiên liệu phải được điều chỉnh phù hợp với từng trạng thái hoạt động của động cơ Khi chế độ làm việc thay đổi, không chỉ cần điều chỉnh số lượng mà còn phải thay đổi thành phần hỗn hợp không khí và nhiên liệu nạp vào động cơ.
Hỗn hợp nhiên liệu chủ yếu bao gồm xăng, trong khi phần còn lại được phân tán thành các hạt nhỏ Hơi xăng hỗ trợ quá trình cháy hiệu quả, giúp động cơ dễ khởi động khi nguội, đảm bảo nhiên liệu cháy hoàn toàn và giảm thiểu khí thải độc hại ra môi trường.
- Phải đáp ứng kíp thời với sự thay đổi của góc mở bướm ga
- Phải có hệ thống cắt nhiên liệu khi giảm nhiên liệu khi giảm tốc để giảm mức tiêu hòa nhiên liệu
Hệ số dư lượng không khí a cần phải đồng đều giữa các xilanh để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định Khi các xilanh làm việc đồng đều, momen trên trục khuỷu cũng sẽ đồng nhất, giúp tăng cường hiệu suất và kéo dài tuổi thọ của động cơ.
Đối với động cơ nhiều xylanh, việc cung cấp hỗn hợp cháy đồng đều cho từng xylanh là rất quan trọng Sự không đồng nhất trong phân bố hỗn hợp cháy có thể gây ra giảm công suất danh nghĩa và tăng suất tiêu hao nhiên liệu.
- Phụ tải cơ và phụ tải nhiệt không đồng đều giữa các xylanh
- Có thể xuất hiện hiện tượng kích nổ ở một số xylanh do thành phần chưng cất của nhiên liệu ở những xylanh đó có số octane nhỏ
- Tăng hàm lượng các chất độc trong khí thải
Quá trình cháy diễn ra hiệu quả hơn, giúp động cơ dễ dàng khởi động khi còn nguội, đồng thời đảm bảo nhiên liệu được đốt cháy hoàn toàn, từ đó giảm thiểu nồng độ khí thải độc hại ra môi trường.
- Hệ thống cung cấp nhiên liệu đầy đủ và chính xác cho động cơ hoạt động ở mọi thời điểm hoạt động
- Hệ thống hoạt động ổn định, chính xác
- Đảm bảo tính an toàn
- Đảm bảo việc bảo vệ môi trường
- Tiết kiệm nhiên liệu đảm bảo tính kinh tế
Phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu động cơ xăng
1.4.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí
1.4.1.1 Nguyên lý hoạt động – Cấu tạo của bộ chế hòa khí:
A Cấu tạo bộ chế hòa khí:
Hình 1.1: Cấu tạo bộ chế hòa khí
1- Buồng hòa khí 2- Giclơ bổ xung 3- bướm ga 4- Giclơ chính
Bộ chế hòa khí có cấu tạo vô cùng phức tạp, gồm các bộ phận trên Thường được chia làm 2 nửa
Trong thân bộ chế hòa khí là các đường dẫn xăng, các van & Glicơ,…
Hình trên là cấu tọa bộ chế hòa khí sử dụng 2 họng hút, mỗi họng có 2 ống khuếch tán để tăng chất lượng hòa khí
Buồng phao được nối thông với ống hút ở ngay trên bướm gió
B Nguyên lý hoạt động của bộ chế hòa khí:
Họng khuếch tán là bộ phận cơ bản nhất của bộ chế hòa khí, được thiết kế theo nguyên lý ống Venturi, nơi mà ống phun xăng chính được bố trí.
Hình 1.2: Nguyên lý hoạt động của bộ chế hòa khí
1- Bàn đạp ga 2- Bướm ga 3- Hạng khuếch tán 4- Vòi xăng chính
5- Bướm khí 6- Kim van 7- Buồng phao 8- Phao 9- Vít chỉnh chế độ không tải
Nguyên lý hoạt động của động cơ được mô tả như sau: Khi động cơ hoạt động, bướm ga và bướm gió mở ra, cho phép không khí hút vào từ phía trên đi qua họng khuếch tán, trong khi nhiên liệu từ buồng xăng được phun ra dưới dạng tia Sự hòa trộn giữa xăng và không khí tạo ra hỗn hợp khí cháy, mặc dù một phần xăng vẫn chưa kịp bay hơi do thời gian hòa trộn ngắn, vì vậy các họng khuếch tán thường được thiết kế từ 2 đến 3 cái Lượng không khí qua Carburator phụ thuộc vào độ mở bướm ga, do đó việc điều khiển tải động cơ được thực hiện thông qua bướm ga và bàn đạp ga Để Carburator hoạt động hiệu quả ở mọi chế độ vận hành, lượng xăng trong buồng phao được kiểm soát bởi cơ cấu Phao và Kim van, nối với bình xăng phao qua khớp bản lề, giúp cơ cấu này nổi trên bề mặt xăng Khi xăng đầy, cơ cấu này sẽ bịt kín lỗ cấp xăng bằng van kim, và khi lượng xăng giảm, van kim mở ra cho phép xăng tiếp tục vào buồng phao.
Buồng phao được chia thành hai loại: buồng phao cân bằng và buồng phao không cân bằng Lượng xăng cấp vào hệ thống phụ thuộc vào độ chênh lệch áp suất giữa mặt thoáng của buồng phao và họng khuếch tán.
Buồng phao cân bằng có mặt thoáng thông với khí trời, dẫn đến áp suất mặt thoáng buồng phao bằng áp suất khí trời Tuy nhiên, nhược điểm của loại buồng phao này là khi bầu lọc khí bị tắc, sẽ tạo ra độ chân không ở họng hút, trong khi áp suất mặt thoáng vẫn không thay đổi, khiến lượng xăng được hút ra vượt mức cần thiết.
Buồng phao không cân bằng có mặt thoáng được nối với ống hút nằm phía sau bướm khí Khi áp suất trước Carburator thay đổi
Áp suất mặt thoáng buồng phao thay đổi theo
Bướm gió dùng để thay đổi độ chân không trong buồng hòa khí Nó được sử dụng khi động cơ còn nguội
1.4.1.2 Các chế độ hoạt động của Carburator:
Carburator có nguyên lý hoạt động và cấu tạo phức tạp, nhưng cơ bản cần hoạt động hiệu quả ở các chế độ khác nhau như chế độ khởi động, chế độ toàn tải, chế độ tải trung bình và chế độ tăng tốc.
A Chế độ tải trung bình:
Hình 1.3: Chế độ tải trung bình
1- Bướm ga 2- Họng khuếch tán 3- Giclơ xăng 4- Giclơ khí 5- Vòi phun chính
Trong chế độ này, bướm ga được mở vừa phải và chỉ có đường xăng chính hoạt động Đường xăng chính bao gồm một glicơ xăng, glicơ khí và đường dẫn xăng, trong đó glicơ đóng vai trò quan trọng trong quá trình cung cấp nhiên liệu.
1 ống tiết lưu có công dụng khống chế xăng đi qua nó
Khi động cơ hoạt động ở tải trung bình với bướm ga mở vừa phải, xăng được hút qua Glicơ chính và phun vào họng khuếch tán để tránh hỗn hợp quá đậm đặc Để đảm bảo tính tiết kiệm nhiên liệu, thiết kế thêm Glicơ khí với hệ số dư lượng không khí là 1.
Hình 1.4: Chế độ không tải
1- Vít chỉnh 2- Các lỗ phun của đường xăng không tải 3- Đường xăng 4- Giclơ khí 5- Giclơ xăng Ở chế độ này, chỉ cần cấp một lượng xăng rất nhỏ đủ để duy trì cho động cơ hoạt động ổn định với số vòng quay thấp nhất
Bướm ga gần như đóng hoàn toàn Độ chân không phía trên bướm ga hầu như không còn nữa Đường xăng chính không hoạt động
Dưới bướm ga có độ chân không lớn, vì vậy chúng ta có thể tận dụng điều này để lắp đặt một đường xăng phụ đi vòng xuống dưới bướm ga, được gọi là đường xăng không tải.
Khi động cơ hoạt động với bướm ga hoàn toàn đóng, độ chân không phía sau bướm ga trở nên rất lớn, dẫn đến việc xăng được hút từ Glicơ xăng qua đường xăng không tải.
& hòa trộn với không khí ngay tại đây Hỗn hợp được phun ra ở phía sau bướm ga
Ta có thể điều chỉnh lượng phun hỗn hợp thông qua một vít điều chỉnh
Hình 1.5: Chế độ khởi động
1- Bướm khí 2- Van tự động
Khi ô tô khởi động nguội, việc tạo ra hỗn hợp khí cháy trở nên khó khăn do RPM động cơ thấp, dẫn đến độ chân không ở họng khuếch tán giảm Thêm vào đó, nhiệt độ thấp làm cho nhiên liệu bay hơi kém, khiến nhiên liệu cần phải đậm đặc hơn khi khởi động Để cải thiện tình hình này, nên trang bị thêm một van hút ở phía trên bướm gió.
Khi khởi động, các bướm ga & gió đều đóng Độ chân không trong
Carburator là rất lớn Xăng được hút qua cả đường xăng chính & đường không tải & qua thêm 1 van nhỏ nằm trên bướm khí Hỗn hợp cháy siêu đậm đặc
Hình 1.6: Chế độ toàn tải
1- Giclơ đường xăng chính 2- Giclơ bổ xung 3- Lò xo 4- Van 5- Đế van 6- Thanh đẩy 7- Vòi phun đường xăng chính
Để tối ưu hóa công suất động cơ, việc cung cấp đường xăng bổ sung là cần thiết nhằm tạo ra hỗn hợp cháy đủ đậm đặc, đáp ứng yêu cầu tải trong chế độ hoạt động cao Đường xăng bổ sung, hay còn gọi là đường làm đậm hỗn hợp cháy, được điều chỉnh bởi lò xo và bao gồm cả Glicơ cùng đường dẫn vào đường xăng chính.
Khi động cơ hoạt động ở công suất tối đa, cơ cấu đòn bẩy (thủy lực hoặc điện tử) sẽ kích hoạt bướm ga, đẩy lò xo xuống Quá trình này giúp bổ sung xăng qua đường dẫn, làm tăng cường hỗn hợp khí cháy trong động cơ.
E Chế độ mở bướm ga đột ngột:
1- Pít tông 2- Van một chiều 3- Lò xo 4- Xy lanh 5- Vòi phun bơm gia tốc 6- Van đẩy
Khi bướm ga mở đột ngột, lượng không khí vào động cơ tăng lên bất thường, trong khi lượng nhiên liệu không kịp đáp ứng do quán tính thủy lực, dẫn đến hỗn hợp khí cháy trở nên nhạt đi Điều này có thể gây tắt máy Để hạn chế hiện tượng này, việc thiết kế cơ cấu tăng tốc đột ngột là cần thiết.
Cơ cấu này bao gồm một xylanh chính nằm trong buồng phao, với piston kết nối với bàn đạp ga Phần dưới có van một chiều chỉ cho phép nhiên liệu vào xylanh để tăng tốc đột ngột.
Bình thường, dưới tác dụng của lò xo nên Piston bị kéo lên trên Cơ cấu mở bướm ga đột ngột không hoạt động
Hệ thống phun xăng cơ khí nhiều điểm K – Jetronic
Hình 2.1: Hệ thống phun xăng cơ khí nhiều điểm
1 Bình chứa xăng; 2 Bơm xăng điện; 3 Bộ tích tụ xăng; 4 Bộ lọc xăng; 5 Thiết bị hiệu chỉnh chạy ấm máy; 6 Vòi phun chính; 7 Đường ống nạp; 8 Vòi phun khởi động lạnh; 9 Thiết bị điều chỉnh độ chênh áp; 9a Thiết bị điều chỉnh áp suất nhiên liệu; 9b Thiết bị định lượng- phân phối; 10 Lưu lượng kế không khí; 10a Mân đo của lưu lượng kế không khí; 11 Van điện; 12 Cảm biến
Lambda; 13 Công tắc nhiệt thời gian; 14 Bộ đánh lửa; 15 Van khí phụ;
16 Cảm biến vị trí bướm ga; 17 Rơ le điều khiển bơm xăng;18 ECU;
Bơm xăng điện loại bi gạt (2) có chức năng hút xăng từ thùng chứa (1) và đưa đến bầu tích lũy xăng (3) dưới áp suất 5 Kg/cm² Quá trình này diễn ra qua bầu lọc (4) trước khi đến cụm chi tiết.
Tại vị trí 9, 9a, 9b, xăng được định lượng và chuyển đến các vòi phun (6), nơi mà xăng được phun liên tục vào cửa nạp của động cơ với áp suất khoảng 3,5 Kg/cm² Khi xăng phun vào, nó sẽ được trộn với không khí để tạo thành hỗn hợp Khi xupap nạp mở, hỗn hợp này sẽ được nạp vào xy lanh của động cơ.
Do kết cấu đặc biệt của bộ phận phân phối xăng và lưu lượng kế không khí, lượng xăng phun ra sẽ phụ thuộc vào khối lượng không khí được hút vào.
23 động cơ Giúp cho động cơ làm việc ổn định ở mọi chế độ thì hệ thống phun xăng
K – Jetronic được trang bị các chi tiết quan trọng như vòi phun khởi động lạnh, công tắc nhiệt thời gian, thiết bị bổ sung khí nạp và bộ tiết chế sưởi nóng động, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Hệ thống phun xăng K – Jetronic gặp nhiều nhược điểm, bao gồm việc lượng xăng phun không kịp thời điều chỉnh theo sự thay đổi của dòng khí nạp Điều này dẫn đến sai số do mòn chi tiết, gây ra sự không chính xác trong lượng xăng phun Hệ thống này cũng có nhiều chi tiết phức tạp, yêu cầu tốn công chăm sóc và bảo dưỡng.
Hệ thống phun xăng cơ điện tử nhiều điểm KE – Jetronic
Hình 2.2: Hệ thống phun xăng cơ điện tử KE – Jetronic
1.Bình chứa xăng; 2.Bơm xăng; 3.Bộ tích tụ xăng; 4 Bầu lọc xăng;5
Bộ điều chỉnh áp suất xăng, vòi phun chính, đường ống nạp, và vòi phun khởi động lạnh là những thành phần quan trọng trong hệ thống nhiên liệu Bộ phân phối - định lượng và lưu lượng kế không khí đảm bảo cung cấp nhiên liệu chính xác Thiết bị chấp hành thủy điện, cảm biến Lambda, công tắc nhiệt và cảm biến nhiệt độ nước giúp điều chỉnh hiệu suất động cơ Bộ đánh lửa và van khí phụ đóng vai trò quan trọng trong quá trình đốt cháy nhiên liệu Cảm biến vị trí bướm ga, ECU, khóa điện và ắc quy là các bộ phận thiết yếu cho việc khởi động và vận hành xe.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống KE – Jetronic tương tự như K – Jetronic, nhưng KE được cải tiến với các thiết bị điều khiển và hiệu chỉnh điện tử So với hệ thống phun xăng K, KE nổi bật với một số đặc điểm ưu việt hơn.
- Hoàn thiện hơn trong việc làm đậm hỗn hợp khi khởi động,
- Điều chỉnh Lambda kết hợp với bộ xúc tác khí xả
Thông tin từ các cảm biến được gửi đến bộ điều khiển trung tâm để xử lý, sau đó phát ra xung điện điều khiển hoạt động của hệ thống thông qua bộ điều chỉnh áp suất thủy - điện Thiết bị này điều chỉnh lượng xăng phun ra, tạo nên sự khác biệt trong quá trình hiệu chỉnh giữa hệ thống KE và K – Jetronic.
Hệ thống phun xăng điện tử một điểm Mono – Jetronic
Hình 2.3: Hệ thống phun xăng điện tử một điểm Mono – Jetronic
1.Bình chứa xăng; 2.Bơm xăng; 3.Bộ lọc xăng; 4 Bộ điều chỉnh áp suất xăng;
5 Vòi phun chính; 6 Cảm biến nhiệt độ không khí; 7 ECU;8 Động cơ điện điều khiển bướm ga; 9 Cảm biến vị trí bướm ga;10 Van điện11.Bộ tích tụ hơi xăng; 12 Cảm biến Lamdda; 13 Cảm biến nhiệt độ nước; 14
Bộ chia điện; 15.ắc quy; 16 Khoá điện; 17 Rơ le;
Nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng trung tâm là khi động cơ hoạt động, xăng được bơm từ thùng chứa qua bầu lọc đến bộ điều chỉnh áp suất, sau đó được đưa tới vòi phun với áp suất khoảng 1 Kg/cm² Các cảm biến ghi nhận điều kiện làm việc của động cơ và gửi thông tin về bộ điều khiển trung tâm (ECU) ECU so sánh các thông tin này với thông số chuẩn và điều khiển vòi phun Khi nhận được tín hiệu, vòi phun mở ra, cho phép xăng được phun ra và hòa trộn với không khí vào động cơ Hệ thống này phun xăng tại một điểm duy nhất trên đường nạp, ngay phía trên bướm ga, và lượng xăng phun ra phụ thuộc vào độ dài tín hiệu.
25 hiệu điều khiển từ ECU được nhược điểm cố hữu của bộ chế hoà khí là cung cấp xăng không đồng đều giữa các xi lanh của động cơ.
Hệ thống phun xăng điện tử nhiều điểm L- Jetronic
Hình 2.4: Hệ thống phun xăng điện tử L – Jetronic
1 Thùng xăng; 2.Bơm xăng; 3 Bầu lọc; 4.ECU;5 Vòi phun chính;
6 Bộ điều áp xăng; 7 ống góp hút; 8 Vòi phun khởi động lạnh; 9 Cảm biến vị trí bướm ga; 10 Cảm biến lưu lượngkhí nạp ; 11 biến Lambda;12 Công tắc nhịêt thời gian; 13 Cảm biến nhiệt độ động cơ;14 Bộ chia điện;15 Van khí phụ; 16 ắc quy;17 Khoá điện;18 Cảm biến nhiệt độ khí nạp; 19 Rơ le
Hệ thống L-Jetronic gồm 3 khối chức năng cơ bản:
Hệ thống cung cấp nhiên liệu đảm nhiệm vai trò quan trọng trong việc cung cấp xăng đến các vòi phun với áp suất cần thiết, đảm bảo quá trình phun xăng diễn ra hiệu quả Đồng thời, hệ thống này cũng duy trì áp suất ổn định, góp phần nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ.
Hệ thống ghi nhận chế độ hoạt động của động cơ có vai trò quan trọng trong việc theo dõi các thông số làm việc khác nhau, bao gồm lượng không khí nạp vào, độ mở bướm ga và nhiệt độ của nước làm mát.
Hệ thống định lượng nhiên liệu hoạt động thông qua bộ xử lý và điều khiển trung tâm ECU, nhận và xử lý thông tin từ hệ thống thứ hai để phát tín hiệu điều khiển mở van phun xăng.
Hệ thống phun xăng điện tử nhiều điểm Motronic
1 Bình chứa xăng; 2.Bơm xăng; 3.Bộ lọc xăng; 4 Dàn phân phối; 5 Bộ điều áp xăng; 6 Bôbin; 7 Bộ chia điện; 8 Vòi phun chính; 9 Cảm biến vị trí bướm ga; 10 Van khí phụ; 11 Lưu lượng kế không khí; 12 Cảm biến Lambda; 13.Cảm biến nhiệt độ động cơ;14 Cảm biến tốc độ động cơ; 15.ECU
Hệ thống phun xăng Motronic hoạt động tương tự như hệ thống L-Jetronic, nhưng có sự khác biệt ở chỗ nó tích hợp bộ điều khiển trung tâm cho cả quá trình phun xăng và đánh lửa Hệ thống này sử dụng cảm biến vị trí trục khuỷu để cải thiện hiệu suất hoạt động.
ECU sẽ điều khiển chính xác được thời điểm phun và thời điểm đánh lửa
Vòi phun hoạt động dựa trên điện từ, với lượng và thời điểm phun nhiên liệu phụ thuộc vào tín hiệu từ ECU Chúng được lắp đặt vào nắp quy lát gần cửa nạp của mỗi xy lanh thông qua một tấm đệm cách nhiệt và được gắn chặt vào ống phân phối xăng.
Hình 2.5 : Hệ thống phun xăng điện tử nhiều điểm Motronic
Một số bộ phận chính và cảm biến chính trong hệ thống phun xăng điện tử
Bơm nhiên liệu có vai trò quan trọng trong việc hút nhiên liệu từ thùng xăng và cung cấp nó với áp suất ổn định đến bộ tích năng, lọc nhiên liệu và bộ phân phối Loại bơm này là bơm điện, sử dụng bi gạt và được dẫn động bởi động cơ điện nam châm vĩnh cửu Đĩa rôto được lắp lệch tâm trong vỏ bơm, với các hốc lõm chứa bi gạt xung quanh chu vi Khi rôto quay, lực ly tâm sẽ ấn các bi gạt vào vách vỏ bơm, tạo ra áp suất để bơm xăng từ lỗ hút ra lỗ thoát.
Hình 2.6: Kết cấu của bơm xăng điện 2.6.2 Bộ lọc nhiên liệu
Lọc nhiên liệu có chức năng loại bỏ tất cả các chất bẩn và tạp chất trong nhiên liệu, được lắp đặt ở phía áp suất cao của bơm nhiên liệu Loại lọc thấm bằng giấy có ưu điểm là giá thành rẻ và khả năng lọc sạch hiệu quả Tuy nhiên, nhược điểm của nó là tuổi thọ thấp, với chu kỳ thay thế trung bình khoảng 4500 km.
Bộ lọc nhiên liệu ô tô thường được đặt dưới gầm xe, nắp capo hoặc trong bình nhiên liệu Hiện nay, bộ lọc được chế tạo từ giấy tiêu chuẩn kết hợp giữa giấy xen-lu-lô, sợi tổng hợp, sợi thủy tinh và đồng Nhiệm vụ chính của bộ lọc này là bảo vệ hệ thống bơm phun và các động cơ khác khỏi bụi bẩn, nước và các chất cặn có trong nhiên liệu.
Hình 2.7: Kết cấu bộ lọc nhiên liệu
1 Thân lọc nhiên liệu; 2 Lõi lọc; 3 Tấm lọc; 4 Cửa xăng ra; 5 Tấm đỡ;
Xăng từ bơm nhiên liệu vào cửa (6) của bộ lọc, sau đó xăng đi qua lõi lọc
Lõi lọc được chế tạo từ giấy với độ xốp khoảng 10 micromet, giúp giữ lại các tạp chất có kích thước lớn hơn 10 micromet Khi xăng đi qua tấm lọc, các tạp chất nhỏ hơn 10 micromet cũng được giữ lại, đảm bảo xăng sạch sẽ khi ra ngoài.
(5) của bộ lọc là xăng tương đối sạch cung cấp quá trình nạp cho động cơ
Hình 2.8: Kết cấu vòi phun nhiên liệu
1 Thân vòi phun; 2 Giắc cắm; 3 Đầu vào; 4 Gioăng chữ O; 5 Cuộn dây;
6 Lò xo; 7 Piston; 8 Đệm cao su; 9 Van kim
Khi cuộn dây nhận tín hiệu từ ECU, piston sẽ được kéo lên, vượt qua sức căng của lò xo Do van kim và piston là một khối thống nhất, van cũng sẽ được kéo lên và tách khỏi đế van, cho phép nhiên liệu được phun ra.
Hệ thống nhiên liệu của động cơ 1 NZ-FE sử dụng vòi phun 12 lỗ, được lắp đặt trong ống nạp trước xupap nạp và hoạt động theo thứ tự công tác của động cơ Vòi phun bao gồm thân và kim phun trong ống từ, với thân chứa cuộn dây điều khiển việc mở và đóng kim phun Khi không có dòng điện, lò xo sẽ đẩy kim phun về vị trí đế, trong khi khi có dòng điện, kim phun sẽ được nâng lên để phun nhiên liệu vào cửa nạp.
Các vòi phun được lắp trên ống phân phối với chức năng cách nhiệt, ngăn ngừa tạo bọt và cải thiện hiệu suất động cơ khi khởi động nóng Chúng có gioăng chữ O để ngăn rò rỉ nhiên liệu Đầu vòi phun được đặt trong ống nạp, sử dụng các vòng đệm cao su để cách nhiệt, giảm rung động và ngăn không khí lọt vào Vòi phun phun nhiên liệu vào cửa nạp của các xi lanh theo tín hiệu từ ECU động cơ Tín hiệu từ ECU kích hoạt dòng điện vào cuộn dây điện từ, kéo pít tông bơm mở van phun nhiên liệu Lượng nhiên liệu phun được điều chỉnh thông qua dòng điện chạy vào cuộn điện từ, trong khi hành trình của pít tông bơm không thay đổi.
Lượng phun nhiên liệu được kiểm soát bởi thời gian phát tín hiệu từ ECU Khi độ mở được giữ cố định trong khoảng thời gian này, lượng nhiên liệu phun ra hoàn toàn phụ thuộc vào thời gian mà ECU phát tín hiệu.
Lượng phun nhiên liệu được điều khiển bởi thời gian phát tín hiệu, khiến hành trình của van kim cố định và việc phun diễn ra liên tục khi van kim mở Động cơ 1NZ-FE sử dụng vòi phun 12 lỗ, tăng cường khả năng phun sương, giúp nhiên liệu hòa trộn tốt hơn với không khí, từ đó tiết kiệm nhiên liệu và nâng cao hiệu suất hoạt động.
30 khí thải sạch hơn do hòa khí không khí-nhiên liệu cháy tốt hơn
2.6.4 Cảm biến vị trí trục khuỷu
-Kết cấu và nguyên lý hoạt động:
Cảm biến vị trí trục khuỷu đo tốc độ và vị trí của trục khuỷu, gửi tín hiệu về ECU ECU sử dụng tín hiệu này để tính toán góc đánh lửa sớm và thời gian phun nhiên liệu cơ bản cho động cơ.
Hình 2.9: Cảm biến vị trí trục khuỷu
1 Cuộn dây; 2 Thân cảm biến; 3 Lớp cách điện; 4 Giắc cắm Đĩa tạo tín hiệu NE được làm liền với puly trục khuỷu và có 36 răng, thiếu 2 răng (thiếu 2 răng vì ứng với từng tín hiệu được tạo ra do sự chuyển động quay của một răng ta sẽ xác định được 100 của góc quay trục khuỷu và xác định được góc đánh lửa sớm của động cơ) Chuyển động quay của đĩa tạo tín hiệu sẽ làm làm thay đổi khe hở không khí giữa các răng của đĩa và cuộn nhận tín hiệuNE, điều đó tạo ra tín hiệu NE ECU sẽ xác định khoảng thời gian phun cơ bảnvà góc đánh lửa sớm cơ bản dựa vào tín hiệu này Khi răng càng ra xa cực nam châm thì khe hở không khí càng lớn, nên từ trở cao, do đó từ trường yếu đi Tại vị trí đối diện, khe hở nhỏ, nên từ trường mạnh, tức là có nhiều đường sức từ cắt,trong cuộn dây sẽ xuất hiện một dòng điện xoay chiều, đường sức qua nó càng nhiều, thì dòng điện phát sinh càng lớn Tín hiệu sinh ra thay đổi theo vị trí của răng, và nó được ECU đọc xung điện thế sinh ra, nhờ đó mà ECU nhận biết vị trí trục khuỷu và tốc động cơ
Loại tín hiệu NE này có thể nhận biết được cả tốc độ động cơ và góc quay
31 trục khuỷu tại vị trí răng thiếu của đĩa tạo tín hiệu, nhưng không xác định được điểm chết trên của kỳ nén hay kỳ thải
- Mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu:
Hình 2.10: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu
1 Rôto tín hiệu; 2 Cuộn dây cảm biến vị trí trục cam
2.6.5 Cảm biến lưu lượng khí nạp
Kết cấu và nguyên lý hoạt động:
Dòng điện chạy qua dây sấy tạo ra nhiệt độ cao, và khi không khí đi qua, dây sấy sẽ được làm nguội tương ứng với lượng không khí nạp Bằng cách điều chỉnh dòng điện vào dây sấy để duy trì nhiệt độ ổn định, ta có thể xác định lượng không khí nạp thông qua dòng điện này Dòng điện này cũng có thể được chuyển đổi thành điện áp và gửi đến ECU của động cơ.
Hình 2.11 : kết cấu cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nóng
Hình 2.12: Sơ đồ kết cấu và điều khiển của cảm biến khí nạp
1 Bộ khuyếch đại; 2 Ra(nhiệt điện trở); 3 Rh(bộ sấy)
Khi dây sấy (Rh) được làm mát bằng không khí nạp, điện trở tăng lên, tạo ra độ chênh lệch điện thế giữa các điểm A và B Bộ khuyếch đại phát hiện chênh lệch này và tăng điện áp trong mạch, dẫn đến việc tăng dòng điện qua dây sấy Quá trình này làm tăng nhiệt độ của dây sấy, từ đó làm tăng điện trở cho đến khi điện thế giữa các điểm đạt trạng thái ổn định.
Điện áp tại các điểm A và B trở nên bằng nhau, dẫn đến việc các điện áp này cao hơn Nhờ vào đặc tính của mạch cầu, cảm biến lưu lượng khí nạp có khả năng đo khối lượng khí nạp thông qua việc phát hiện điện áp tại điểm B.
Trong hệ thống này, nhiệt độ của dây sấy (Rh) được duy trì liên tục ở mức cao hơn nhiệt độ không khí nạp nhờ vào nhiệt điện trở (Ra) Điều này cho phép đo khối lượng khí nạp một cách chính xác, bất chấp sự thay đổi nhiệt độ của khí nạp Nhờ đó, ECU động cơ không cần hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu theo nhiệt độ không khí nạp.
Ưu diểm và nhược điểm của phun xăng điện tử so với bộ chế hoà khí
- Tạo điều kiện thuận lợi cho việc cường hóa động cơ và tăng áp
- Tối ưu hóa quá trình khởi động , sấy nóng và nhận tải ở trạng thái chưa được sấy nóng đầy đủ
- Công suất cao hơn với hệ số nạp lớn hơn: luôn đảm bảo góc đánh lửa và thành phần hòa khí tối ưu
Khí thải được tối ưu hóa với thành phần hòa khí chính xác, giúp giảm độc tính và cải thiện chất lượng cháy Việc xử lý khí thải trên đường thải cũng góp phần nâng cao hiệu quả môi trường.
- Có khả năng sử dụng các hệ thống và thiết bị tự chẩn đoán
Trong hệ thống phun nhiều điểm, hệ số dư lượng không khí giữa các xy lanh được phân bổ đồng đều hơn Điều này giúp phần lớn lượng xăng phun ra bay hơi trong xy lanh, làm giảm nhiệt độ môi chất Nhờ đó, khi thiết kế động cơ, có thể tăng tỷ số nén để cải thiện hiệu suất.
Hệ số nạp cao hơn do không có hiện tượng thắt hẹp như ở họng khuếch tán, giúp giảm áp suất trong bộ chế hòa khí, đồng thời không cần phải sấy nóng đường ống nạp.
-Bảo dưỡng sửa chữa cần có trình độ chuyên môn cao
- Có yêu cầu khắt khe về chất lượng lọc sạch nhiên liệu và không khí
Chúng ta đã tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống phun xăng, từ những loại đơn giản đến phức tạp Điều này giúp nắm vững cách thức hoạt động của từng loại hệ thống phun xăng, tạo điều kiện cho việc áp dụng và bảo trì hiệu quả hơn.
- Tìm hiểu được các loại hệ thống:
+ Hệ thống phun xăng cơ khí nhiều điểm K-Jetronic
+ Hệ thống phun xăng cơ điện tử KE-Jetronic
+ Hệ thống phun xăng điện tử một điểm Mono-Jetronic
+ Hệ thống phun xăng điện tử nhiều điểm L-Jetronic
+ Hệ thống phun xăng điện tử nhiều điểm Motronic
Động cơ xăng sử dụng bộ chế hòa khí có ưu điểm là cấu trúc đơn giản, dễ bảo trì và chi phí thấp, nhưng lại gặp khó khăn trong việc điều chỉnh lượng nhiên liệu và không khí, dẫn đến hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu kém và khí thải cao Ngược lại, động cơ xăng trang bị hệ thống phun xăng điện tử hiện đại mang lại hiệu suất tối ưu hơn nhờ khả năng điều chỉnh chính xác tỷ lệ nhiên liệu, giảm thiểu khí thải và tiết kiệm nhiên liệu, mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cao hơn và yêu cầu bảo trì phức tạp hơn Việc lựa chọn giữa hai loại động cơ này phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng và ngân sách của người tiêu dùng.
- Tìm hiểu được một số bộ phận chính và cảm biến trong hệ thống phun xăng điện tử:
+ Cảm biến vị trí trục khuỷu
+ Cảm biến lưu lượng khí nạp
+ Cảm biến vị trí trục cam
PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI TRÊN TOYOTA VIOS 2010
Giới thiệu về động cơ lắp trên xe Toyota Vios 2010
Động cơ trên xe Vios 2010 là loại 1NZ-FE, thuộc dòng động cơ 4 kỳ, 4 xylanh thẳng hàng với dung tích 1.5 lít Động cơ này trang bị 16 van trên hai trục cam và sử dụng hệ thống phân phối khí VVT-i thông minh Hệ thống đánh lửa không có bộ chia điện và được điều khiển bằng công nghệ điện tử tiên tiến.
*Bảng thông số động cơ 1NZ-FE lắp trên xe ô tô VIOS 2010 số xylanh và cách bố trí 4-Xylanh, thẳng hàng
Cơ cấu van cơ khí 16 Van Trên hai trục cam,Truyền động xích ( Với VVT-i)
Buồng cháy Kiểu vát nghiêng Ống góp Kiểu ngang
Hệ thống nhiên liệu SFI (Hệ thống phun nhiên liệu)
Hệ thống đánh lửa DIS (Không có bộ chia điện)
Dung tích xylanh cm 3 (cu.in) 1497(91.3) Đường kính x Hành trình mm(in) 75.0x84.7(2.95x3.33)
Công suất lớn nhất 79kw@6000rpm(106HP@6000rpm)
Mô men lớn nhất 139 N.m @ 4200 rpm(103 ft lbf@4200rpm) Thời gian hoạt động của van
Van nạp Mở -7 o -33 o BTDC Đóng 52 o -12 o ABDC
Van xả Mở 42 o BBDC Đóng 2 o ATDC
Chỉ số ôctan nghiên cứu 90 hay cao hơn
Chỉ số ôctan kích nổ 80 hay cao hơn
Loại dầu bôi trơn ILSAC
Bộ kiểm soát khí xả TIRE2, ULEV-II
Bộ điều chỉnh sự bay hơi ORVR
Sơ đồ bố trí các chi tiết
Hình 3.1: Sơ đồ bố trí các chi tiết
Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng điện tử
Hình 3.2: Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng điện tử
Nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng điện tử
ECU động cơ nhận tín hiệu từ các cảm biến để tính toán lượng phun nhiên liệu tối ưu và điều khiển vòi phun Nhiên liệu được hút từ bình nhiên liệu qua bơm cánh gạt, đi qua bình lọc để loại bỏ tạp chất, sau đó đến bộ giảm rung để hấp thụ dao động Tiếp theo, nhiên liệu đi qua ống phân phối, nơi có bộ ổn định áp suất điều chỉnh và duy trì áp suất dòng nhiên liệu ổn định Cuối cùng, nhiên liệu được đưa tới vòi phun dưới sự điều khiển của ECU.
Khi động cơ hoạt động, nhiên liệu được phun vào buồng cháy, và lượng nhiên liệu thừa sẽ được hồi về bình nhiên liệu Các vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào ống nạp dựa trên tín hiệu từ ECU Tín hiệu phun của ECU được xác định dựa trên thông tin từ các cảm biến, giúp điều chỉnh lượng nhiên liệu phù hợp với tình trạng của động cơ.
Hệ thống phun xăng điện tử EFI được chia ra thành 3 hệ thống nhỏ: hệ thống điều khiển điện tử, hệ thống nhiên liệu và hệ thống nạp khí
- Hệ thống điều khiển điện tử
Bộ điều khiển trung tâm (ECU) là thành phần chính của hệ thống điều khiển điện tử, có nhiệm vụ nhận thông tin từ các cảm biến như nhiệt độ nước, nhiệt độ khí nạp, vị trí bướm ga, tín hiệu khởi động và cảm biến oxy Sau khi xử lý các tín hiệu này, ECU phát tín hiệu điều khiển vòi phun, đảm bảo lượng nhiên liệu phun vào luôn tỷ lệ thuận với lượng khí nạp.
- Hệ thống nạp nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu bao gồm một bơm điện giúp hút xăng từ thùng chứa và đẩy vào hệ thống qua bầu lọc Khi động cơ hoạt động, áp suất trong đường ống phân phối nhiên liệu tới các vòi phun luôn duy trì ổn định từ 2.87 đến 2.93 bar, được gọi là áp suất phun Khi nhận tín hiệu từ ECU, van điện mở ra, cho phép nhiên liệu được phun vào đường ống nạp Để đảm bảo áp suất ổn định trên đường ống nhiên liệu, một van điều áp được lắp đặt Bên cạnh đó, đường ống nhiên liệu còn kết nối với vòi phun khởi động lạnh trong buồng khí nạp, điều khiển bởi công tắc báo khởi động lạnh.
Quá trình bắt đầu với bộ lọc khí, nơi không khí được làm sạch trước khi đi qua bộ đo lưu lượng khí nạp Sau đó, không khí tiếp tục đi qua bướm ga, vào buồng khí và đến cụm ống nạp của động cơ Tại đây, nhiên liệu được phun vào để hòa trộn với không khí.
40 trộn với không khí tạo thành hỗn hợp rồi được hút vào các xi lanh
Hình 3.3: Sơ đồ khối nguyên lý làm việc của hệ thống
Hệ thống nhiên liệu
Hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp một lượng nhiên liệu chính xác, đúng thời điểm và phù hợp với các chế độ hoạt động của động cơ vào buồng cháy.
Hệ thống nhiên liệu bao gồm các thành phần chính như thùng nhiên liệu, bơm nhiên liệu, lọc nhiên liệu, đường ống, bộ dao động, ống phân phối, kim phun, kim phun khởi động và bộ điều áp, đảm bảo cung cấp nhiên liệu hiệu quả cho động cơ.
Hình 3.4: Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu
1 Tín hiệu từ cảm biến lưu lượng khí nạp; 2 Tín hiệu từ cảm biến vị trí bướm ga;
3 Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục cam; 4 Tín hiệu từ cảm biến oxy; 5 Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 6 Tín hiệu từ cảm biến vị trí trục khủy; 7 Tín hiệu từ cảm biến túi khí; 8 Bình chứa nhiên liệu; 9 Bơm xăng; 10 Bộ lọc xăng;
11 Bộ điều áp; 12 Bộ giảm rung; 13 Ống phân phối; 14 Vòi phun nhiên liệu
Nhiên liệu được bơm từ thùng chứa và đi qua lọc để đến các vòi phun chính, nơi áp suất nhiên liệu được điều chỉnh bởi bộ giảm rung để hấp thụ dao động Các vòi phun phun nhiên liệu vào đường ống nạp theo tín hiệu từ ECU Trên xe Vios 2010, hệ thống nhiên liệu không có đường hồi, với bộ điều áp, lọc và bơm được lắp thành mô-đun trong bình xăng Vòi phun có 12 lỗ giúp phun nhiên liệu ở dạng sương, đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Bơm nhiên liệu có chức năng hút nhiên liệu từ thùng xăng và cung cấp dưới áp suất nhất định đến bộ tích năng, lọc nhiên liệu và bộ phân phối Loại bơm này là bơm điện, sử dụng bi gạt và được dẫn động bởi động cơ điện nam châm vĩnh cửu Đĩa rôto được lắp lệch tâm trong vỏ bơm, với các hốc lõm chứa bi gạt quanh chu vi Khi rôto quay, lực ly tâm sẽ ấn các bi gạt vào vách vỏ bơm, tạo áp lực để bơm xăng từ lỗ hút ra lỗ thoát.
Hình 3.5: Kết cấu của bơm xăng điện
1 – Van giới hạn áp suất; 2 – Bi gạt; 3 – Roto bơm; 4 – Van một chiều;
Áp suất nhiên liệu do bơm cung cấp luôn lớn hơn áp suất cần thiết trong hệ thống, giúp duy trì áp lực ổn định và đảm bảo đủ nhiên liệu cho động cơ hoạt động hiệu quả ở tải lớn Cụ thể, áp suất do bơm cung cấp dao động trong khoảng 6,5 – 7,8 kG/cm2, trong khi áp suất trong hệ thống được kiểm soát ở mức 4,9 – 5,5 kG/cm2 nhờ vào bộ điều chỉnh áp suất.
3.5.2 Bộ ổn định áp suất
Bộ điều chỉnh áp suất, hay còn gọi là bộ điều áp, được lắp đặt ở cuối ống phân phối với nhiệm vụ chính là duy trì và ổn định độ chênh áp suất trong hệ thống đường ống.
Hình 3.6: 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
Bộ điều áp này có chức năng điều chỉnh áp suất nhiên liệu vào vòi phun đạt 324 kPa (3.3 kgf/cm2) và duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu, đồng thời đảm bảo hoạt động hiệu quả của van một chiều trong bơm nhiên liệu.
Nguyên lý làm việc của bộ ổn định
Nhiên liệu từ dàn ống phân phối tác động lên màng (4), mở van (3) và một phần nhiên liệu chảy ngược về thùng chứa qua đường nhiên liệu trở về (6) Lượng nhiên liệu hồi phụ thuộc vào độ căng của lò xo màng, trong khi áp suất nhiên liệu thay đổi theo lượng nhiên liệu trở về Độ chân không trong đường ống nạp dẫn vào buồng chứa lò xo làm giảm sức căng lò xo, từ đó tăng lượng nhiên liệu hồi và giảm áp suất nhiên liệu Khi độ chân không tăng (giảm áp), áp suất nhiên liệu giảm tương ứng Khi bơm nhiên liệu ngừng hoạt động, lò xo (2) đóng van (3), giữ cho van một chiều và van bên trong bộ điều áp duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu.
Hình 3.7: Bộ giảm rung động
Bộ giảm rung động hoạt động bằng cách hấp thụ các dao động áp suất của nhiên liệu thông qua một lớp màng Rung động này được tạo ra từ quá trình phun nhiên liệu và áp lực nén của bơm nhiên liệu.
Lọc nhiên liệu có chức năng loại bỏ tất cả các chất bẩn và tạp chất ra khỏi nhiên liệu, được lắp đặt ở phía áp suất cao của bơm nhiên liệu Loại lọc thấm kiểu giấy mang lại ưu điểm về giá thành rẻ và khả năng lọc sạch Tuy nhiên, nhược điểm của loại lọc này là tuổi thọ ngắn, với chu kỳ thay thế trung bình khoảng 4500km.
Bộ lọc nhiên liệu ô tô thường được đặt dưới gầm xe, nắp capo hoặc trong bình nhiên liệu Hiện nay, bộ lọc được chế tạo từ giấy tiêu chuẩn kết hợp giữa giấy xen-lu-lô, sợi tổng hợp, sợi thủy tinh và đồng Nhiệm vụ chính của bộ lọc nhiên liệu là bảo vệ hệ thống bơm phun và các động cơ khác khỏi bụi bẩn, nước và các chất cặn có trong nhiên liệu.
- Các lớp lọc có cấu tạo vi sợi, đa tầng Các lớp bọc có tráng nhựa đặc biệt
- Bề mặt lớp bọc lớn, kết nối chính xác giữa các thành phần bộ lọc
- Cấu tạo vỏ cứng cáp
Hình 3.8: Kết cấu bộ lọc nhiên liệu
1 Thân lọc nhiên liệu; 2 Lõi lọc; 3 Tấm lọc; 4 Cửa xăng ra; 5 Tấm đỡ;
Xăng từ bơm nhiên liệu vào cửa (6) của bộ lọc, sau đó xăng đi qua lõi lọc
Lõi lọc được chế tạo từ giấy với độ xốp khoảng 10 micromet, giúp giữ lại các tạp chất có kích thước lớn hơn 10 micromet Khi xăng đi qua tấm lọc, các tạp chất nhỏ hơn 10 micromet cũng sẽ được giữ lại, cho phép xăng sạch đi qua cửa ra.
(5) của bộ lọc là xăng tương đối sạch cung cấp quá trình nạp cho động cơ
Hình 3.9: Kết cấu vòi phun nhiên liệu
1 Thân vòi phun; 2 Giắc cắm; 3 Đầu vào; 4 Gioăng chữ O; 5 Cuộn dây;
6 Lò xo; 7 Piston; 8 Đệm cao su; 9 Van kim
Vòi phun hoạt động khi cuộn dây nhận tín hiệu từ ECU, kéo piston lên và vượt qua sức căng của lò xo Do van kim và piston là một khối thống nhất, van cũng được kéo lên và tách khỏi đế van, cho phép nhiên liệu được phun ra.
Hệ thống nhiên liệu của động cơ 1 NZ-FE sử dụng vòi phun 12 lỗ được lắp đặt trong ống nạp trước xupap nạp, với các vòi phun được điều khiển theo thứ tự công tác của động cơ Mỗi vòi phun bao gồm một thân và một kim phun trong ống từ, trong đó thân vòi phun chứa cuộn dây điều khiển việc mở và đóng kim phun Khi không có dòng điện, lò xo sẽ đẩy kim phun về vị trí đế Ngược lại, khi có dòng điện, kim phun được nâng lên và nhiên liệu sẽ được phun vào cửa nạp.
Hệ thống nạp khí
Không khí từ lọc gió đi vào khoang nạp khí, nơi lượng khí được điều chỉnh bởi độ mở của bướm ga Góc mở bướm ga được kiểm soát bởi mô tơ điều khiển, nhận tín hiệu từ ECU của động cơ Từ khoang nạp khí, không khí được phân phối đến từng đường ống nạp và sau đó được hút vào các xylanh.
Các bộ phận tạo thành gồm: bướm ga, môtơ điều khiển bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga và các bộ phận khác
Bướm ga là bộ phận quan trọng giúp điều chỉnh lượng không khí vào động cơ Cảm biến vị trí bướm ga được lắp trên trục của bướm ga để xác định độ mở của nó, trong khi môtơ bướm ga có chức năng mở và đóng bướm ga Để đảm bảo bướm ga trở về vị trí cố định, một lò xo hồi được sử dụng Môtơ bướm ga thường là môtơ điện một chiều (DC) với độ nhạy cao và tiêu thụ năng lượng thấp.
Hình 3.10: Kết cấu cổ họng gió
1 Các bánh răng giảm tốc; 2 Lò xo hồi bướm ga; 3 Cảm biến vị trí bướm ga;
4 Bướm ga; 5 Môtơ điều khiển bướm ga
ECU động cơ điều khiển dòng điện đến môtơ bướm ga, giúp mở hoặc đóng bướm ga qua cụm bánh răng giảm tốc Góc mở bướm ga được xác định bởi cảm biến vị trí và thông tin này được gửi về ECU Khi không có dòng điện, lò xo hồi sẽ mở bướm ga ở vị trí cố định khoảng 7 độ Trong chế độ không tải, bướm ga có thể đóng lại nhỏ hơn vị trí cố định Nếu ECU phát hiện hư hỏng, đèn báo sẽ sáng và nguồn đến môtơ sẽ bị cắt, nhưng bướm ga vẫn giữ ở góc mở khoảng 7 độ, cho phép xe hoạt động an toàn.
3.6.2 Ống góp hút và đường ống nạp: Ống góp hút và đường ống nạp được chế tạo bằng nhựa nhằm mục đích giảm trọng lượng và sự truyền nhiệt đến nắp qui lát
Hình 3.11: Ống góp hút và đường ống nạp
1 Ống góp nạp; 2 Đường ống nạp; 3 Buồng tích áp.
Hệ thống điều khiển điện tử động cơ 1 NZ-FE trên xe Toyota Vios 2010
Hệ thống phun xăng điện tử EFI là công nghệ cung cấp nhiên liệu cho động cơ thông qua sự điều khiển điện tử Bơm nhiên liệu điện cung cấp nhiên liệu với áp suất ổn định đến các vòi phun, giúp phun chính xác lượng nhiên liệu cần thiết vào đường ống nạp Các vòi phun hoạt động dựa trên tín hiệu từ ECU động cơ, nhận thông tin từ các cảm biến để điều chỉnh hiệu suất hoạt động.
ECU động cơ nhận thông báo về sự thay đổi trạng thái và chế độ hoạt động của động cơ, từ đó sử dụng các tín hiệu này để tính toán thời gian phun cần thiết Mục tiêu là đạt được tỷ lệ hòa khí tối ưu, phù hợp với từng điều kiện hoạt động của động cơ.
Hình 3.12: Sơ đồ các cảm biến
Hệ thống điều khiển phun xăng điện tử trên động cơ 1NZ-FE về cơ bản được chia thành ba bộ phận chính:
Các cảm biến có vai trò quan trọng trong việc nhận diện các hoạt động khác nhau của động cơ, từ đó phát tín hiệu gửi đến ECU (Bộ điều khiển điện tử), tạo thành nhóm tín hiệu đầu vào cần thiết cho quá trình điều khiển.
• ECU: có nhiệm vụ xử lý và tính toán các thông số đầu vào từ đó phát ra các tín hiệu điều khiển đầu ra
• Các cơ cấu chấp hành: Trực tiếp điều khiển lượng phun thông qua các tín hiệu điều khiển nhận được từ ECU
3.7.1.1 Cảm biến lưu lượng khí nạp
Dòng điện chạy qua dây sấy làm nóng dây và khi không khí đi qua, dây sấy sẽ được làm nguội tương ứng với khối lượng không khí nạp Bằng cách điều chỉnh dòng điện để giữ nhiệt độ dây sấy không đổi, dòng điện sẽ tỉ lệ thuận với lượng không khí nạp Việc phát hiện dòng điện này giúp xác định lượng không khí nạp, và trong trường hợp này, dòng điện có thể được chuyển đổi thành điện áp và gửi đến ECU động cơ.
Hình 3.14: Sơ đồ kết cấu và điều khiển của cảm biến khí nạp
1 Bộ khuyếch đại; 2 Ra(nhiệt điện trở); 3 Rh(bộ sấy)
Khi dây sấy (Rh) được làm mát bằng không khí nạp, điện trở của nó sẽ tăng lên, dẫn đến sự hình thành độ chênh lệch điện thế giữa các điểm A và B Bộ khuyếch đại sẽ phát hiện chênh lệch này và làm tăng điện áp trong mạch, từ đó cải thiện hiệu suất hoạt động.
Hình 3.13 : Kết cấu cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu dây nóng
Khi dòng điện chạy qua dây sấy, nhiệt độ của dây tăng lên, dẫn đến sự gia tăng điện trở Điều này tiếp tục cho đến khi điện thế tại các điểm đạt mức tối ưu.
Khi điện áp ở các điểm A và B trở nên bằng nhau, cảm biến lưu lượng khí nạp có khả năng đo khối lượng khí nạp thông qua việc phát hiện điện áp tại điểm B, nhờ vào các đặc tính của mạch cầu này.
Trong hệ thống này, nhiệt độ của dây sấy (Rh) được duy trì liên tục ở mức cao hơn nhiệt độ không khí nạp nhờ vào nhiệt điện trở (Ra) Điều này cho phép đo khối lượng khí nạp một cách chính xác, bất chấp sự thay đổi nhiệt độ của khí nạp, giúp ECU động cơ không cần điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu theo nhiệt độ khí nạp.
Khi nhiệt độ không khí giảm ở độ cao lớn, khả năng làm nguội của không khí cũng giảm, dẫn đến mức làm nguội cho dây sấy giảm Sự giảm thiểu khối lượng khí nạp cho thấy không cần điều chỉnh mức bù cho độ cao lớn Nếu ECU phát hiện cảm biến lưu lượng bị hỏng, nó sẽ chuyển sang chế độ dự phòng, trong đó thời điểm đánh lửa sẽ được tính toán lại.
ECU, dựa vào tốc độ động cơ và vị trí của bướm ga Chế độ dự phòng tiếp tục cho đến khi hư hỏng được sửa chữa
3.7.1.2 Cảm biến nhiệt độ khí nạp
Kết cấu và nguyên lý hoạt động:
Cảm biến nhiệt độ khí nạp được lắp bên trong cảm biến lưu lượng khí nạp và có nhiệm vụ theo dõi nhiệt độ của khí nạp Thiết bị này sử dụng một nhiệt điện trở, trong đó điện trở sẽ giảm khi nhiệt độ khí nạp tăng Sự thay đổi điện trở này sẽ được truyền đạt đến ECU thông qua sự biến đổi của điện áp.
Hình 3.15: Kết cấu cảm biến khí nạp
1 Nhiệt điện trở; 2.Vỏ cảm biến
Mạch điện cảm biến đo nhiệt độ khí:
Cảm biến nhiệt độ khí nạp hoạt động dựa trên một nhiệt điện trở nối tiếp với điện trở trong ECU động cơ, giúp thay đổi điện áp tín hiệu khi nhiệt điện trở biến đổi Khi nhiệt độ khí nạp thấp, điện trở của nhiệt điện trở tăng, dẫn đến tín hiệu điện áp cao trong tín hiệu THA.
Hình 3.16: Sơ đồ điện cảm biến nhiệt độ khí nạp
1 Khối cảm biến; 2.Điện trở nhiệt; 3 ECU; 4.Điện trở giới hạn dòng
3.7.1.3 Cảm biến vị trí bướm ga
-Kết cấu và nguyên lý hoạt động:
Cảm biến vị trí bướm ga được lắp trên thân bướm ga Cảm biến này chuyển
Cảm biến góc mở bướm ga chuyển đổi góc mở thành tín hiệu điện áp gửi về ECU ECU sử dụng tín hiệu này để xác định tải của động cơ, từ đó điều chỉnh lượng nhiên liệu phun, thời điểm đánh lửa và kiểm soát tốc độ.
Cảm biến vị trí bướm ga sẽ chuyển sự thay đổi mật độ đường sức của từ trường thành tín hiệu điện
Hình 3.17: Cảm biến vị trí bướm ga
1 Các IC Hall; 2 Các nam châm; 3.Bướm ga
Cảm biến vị trí bướm ga sử dụng công nghệ phần tử Hall bao gồm các mạch IC Hall, được cấp nguồn 5V từ ECU đến cực VC, cùng với các nam châm đặt xung quanh.
Các nam châm gắn trên trục bướm ga quay cùng với trục này Khi bướm ga mở, các nam châm cũng quay và thay đổi vị trí IC Hall phát hiện sự thay đổi từ thông do vị trí nam châm thay đổi, tạo ra điện áp hiệu ứng Hall từ các cực VTA và VTA2 Tín hiệu này được gửi đến ECU động cơ như tín hiệu mở bướm ga.
- Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga:
Hình 3.18: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga
1 Các IC Hall; 2.Các nam châm
Cảm biến vị trí bướm ga phát ra hai tín hiệu VTA và VTA2, trong đó VTA dùng để xác định góc mở bướm ga, còn VTA2 phát hiện hư hỏng trong VTA Điện áp của VTA và VTA2 dao động từ 0-5V tương ứng với góc mở bướm ga ECU thực hiện các phép kiểm tra để đảm bảo hoạt động chính xác của cảm biến và đánh giá góc mở bướm ga thực tế từ tín hiệu VTA và VTA2 Dựa trên thông tin này, ECU điều khiển mô tơ bướm ga để điều chỉnh góc mở bướm ga theo yêu cầu của người lái.
- Kết cấu và nguyên lý hoạt động:
