mở đầu: ĐẠI CƢƠNG VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ (Thời gian: 20 giờ) Giới thiệu: Hậu nhƣ các ô tô hiện nay đƣợc trang bị hệ thống phun xăng điện tử trên ô tô xăng, bài này giới thiệu chung về hệ thống phun xăng. Mục tiêu: - Phát biểu đƣợc khái niệm, phân loại, hệ thống phun xăng điện tử - Trình bày đƣợc thành phần cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng điện tử - Nhận dạng đúng thành phần và vị trí lắp đặt trên động cơ, tháo lắp và kiểm tra các hệ thống… - Chấp hành đúng quy trình, quy phạm trong nghề công nghệ ô tô - Rèn luyện tính kỷ luật, cẩn thận, tỉ mỉ của học viên. KHÁI NIỆM Vào thế kỷ 19, một kỹ sƣ ngƣời Pháp ông Stevan đã nghĩ ra cách phun nhiên liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian, một ngƣời Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng cháy nhƣng không mang lại hiệu quả nên không đƣợc thực hiện.
Đầu thế kỷ 20, ngƣời Đức áp dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 thì tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ này là dầu hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu suất rất thấp). Tuy nhiên sau đó sáng kiến này đã đƣợc ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức. Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí. Trong hệ thống phun xăng này, nhiên liệu đƣợc phun liên tục vào trƣớc supap hút nên có tên gọi là K- Jetronic (K – Konstant – liên tục, Jetronic – phun).
K – Jetronic đƣợc đƣa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng thế hệ sau nhƣ KE – Jetronic, Mono – Jetronic, L – Jetronic, Motronic,… Tên tiếng Anh của K – Jetronic là CIS (Continuous Injection System) đặc trƣng cho các hãng xe Châu Au và có 4 loại cơ bản cho CIS là: K – Jetronic, K – Jetronic với cảm biến ôxy và KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển bằng điện tử) hoặc KE – Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm). Do hệ thống phun cơ khí còn nhiều nhƣợc điểm nên đầu những năm 80, BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Có hai loại: hệ thống L – Jetronic (lƣợng nhiên liệu đƣợc xác định nhờ cảm biến đo lƣu lƣợng khí nạp) và D – Jetronic (lƣợng nhiên liệu đƣợc xác định dựa vào áp suất trên đƣờng ống nạp). Đến năm 1984 ngƣời Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thống phun xăng L – Jetronic và D – Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với động cơ 4A – ELU).
Đến năm 1987 hãng Nissan dùng L – Jetronic thay cho bộ chế hòa khí của xe Nissan Sunny. Song song với sự phát triển của hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chƣơng trình (ESA – Electronic Spark Advance) cũng đƣợc đƣa vào sử dụng vào những năm đầu thập kỷ 80. Sau đó vào đầu những năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – Direct Ignition Sys tem) ra đời, cho phép không sử dụng delco và hệ thống này đã có mặt trên hầu hết các xe thế hệ mới. 5 Ngày nay, gần nhƣ tất cả các ô tô đều đƣợc trang bị hệ thống điều khiển động cơ cả xăng và diesel theo lập trình, chúng giúp động cơ đáp ứng đƣợc các yêu cầu gắt gao về khí xả và tính tiết kiệm nhiên liệu.
Thêm vào đó, công suất động cơ cũng đƣợc cải thiện rõ rệt. Những năm gần đây, một thế hệ mới của động cơ phun xăng đã ra đời. Đó là động cơ phun trực tiếp: GDI (Gasoline Direct Injection). Trong tƣơng lai gần, chắc chắn GDI sẽ đƣợc sử dụng rộng rãi.
PHÂN LOẠI Hệ thống phun nhiên liệu có thể đƣợc phân loại theo nhiều kiểu. Nếu phân biệt theo cấu tạo kim phun ta có 02 loại: 1. Loại CIS - Continuous Injection System: là kiểu sử dụng kim phun cơ khí, gồm 4 loại cơ bản: Hệ thống K – Jetronic: việc phun nhiên liệu hoàn toàn điều khiển bằng cơ khí. Hệ thống K – Jetronic có cảm biến khí thải: có thêm một cảm biến oxy.
Hệ thống KE – Jetronic: Hệ thống K-Jetronic với mạch điều chỉnh áp lực phun bằng điện tử. Hệ thống KE – Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng điện tử. Các hệ thống vừa nêu sử dụng trên các xe châu Âu model trƣớc 1987. Do chúng đã lỗi thời nên giáo trình này sẽ không đề cập đến.
Loại AFC-Air Flow Controlled Fuel Injection: sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Hệ thống phun xăng với kim phun điện có thể chia làm 02 loại chính: - D-Jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất) với lƣợng xăng phun đƣợc xác định bởi áp suất sau cánh bƣớm ga bằng MAP-manifold absolute pressure sensor. - L – Jetronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là không khí) với lƣợng xăng phun đƣợc tính tóan dựa vào lƣu lƣợng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió loại cánh trƣợt. Sau đó có các phiên bản: LH – Jetronic với cảm biến đo gió dây nhiệt, LU – Jetronic với cảm biến gió kiểu siêu âm… Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC đƣợc chia làm 02 loại: 3.
Loại TBI -Throttle Body Injection: phun đơn điểm Hệ thống này còn có các tên gọi khác nhƣ: SPI - Single Point Injection, CI- Central Injection, Mono – Jetronic. Đây là loại phun trung tâm. Kim phun đƣợc bố trí phía trên cánh bƣớm ga và nhiên liệu đƣợc phun bằng một hay hai kim phun. Nhƣợc điểm của hệ thống này là tốc độ dịch chuyển của hòa khí tƣơng đối thấp do nhiên liệu đƣợc phun ở vị trí xa supáp hút và khả năng thất thoát trên đƣờng ống nạp.
Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun xăng đơn điểm. Loại MPI-Multi Point Fuel Injection: phun đa điểm Đây là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xylanh đƣợc bố trí gần supáp hút (cách khoảng 10 – 15 mm). Ống góp hút đƣợc thiết kế sao cho đƣờng đi của không khí từ bƣớm ga đến xylanh khá dài, nhờ vậy, nhiên liệu phun ra đƣợc hòa trộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc. Nhiên liệu cũng không còn thất thoát trên đƣờng ống nạp.
Hệ thống phun xăng đa điểm ra đời đã khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm cơ bản của hệ thống phun xăng đơn điểm. Tùy theo cách điều khiển kim phun, hệ thống này có thể chia làm 3 loại chính: phun độc lập hay phun từng kim (independent injection), phun nhóm (group injection) hoặc phun đồng loạt (simultaneous injection). Nếu căn cứ vào đối tƣợng điều khiển theo chƣơng trình, ngƣời ta chia hệ thống điều khiển động cơ ra 3 loại chính: chỉ điều khiển phun xăng (EFI-Electronic Fuel Injection theo tiếng Anh hoặc Jetronic theo tiếng Đức), chỉ điều khiển đánh lửa (ESA-Electronic Spark Advance) và loại tích hợp tức điều khiển cả phun xăng và đánh lửa (hệ thống này có nhiều tên gọi khác nhau: Bosch đặt tên là Motronic, Toyota có tên TCCS-Toyota Computer Control System, Nissan gọi tên là ECCS- Electronic Concentrated Control System, … Nhờ tốc độ xử lý của CPU khá cao, các hộp điều khiển động cơ đốt trong ngày nay thƣờng gồm cả chức năng điều khiển hộp số tự động và quạt làm mát động cơ. Nếu phân biệt theo kỹ thuật điều khiển ta có thể chia hệ thống điều khiển động cơ làm 2 loại: Analog và Digital.
Ở những thế hệ đầu tiên xuất hiện từ 1979 đến 1986, kỹ thuật điều khiển chủ yếu dựa trên các mạch tƣơng tự (Analog). Ở các hệ thống này, tín hiệu đánh lửa lấy từ âm bobine đƣợc đƣa về hộp điều khiển để từ đó hình thành xung điều khiển kim phun. Sau đó, đa số các hệ thống điều khiển động cơ đều đƣợc thiết kế, chế tạo trên nền tảng của các bộ vi xử lý (Digital). Sơ đồ hệ thống phun xăng đa điểm.
Nếu phân biệt theo mối quan hệ giữa các kim phun ta chia làm các loại sau: Các phƣơng pháp phun nhiên liệu bao gồm phun nhiên liệu đồng thời vào tất cả các xy lanh, hoặc phun độc lập cho từng xy lanh. Thời điểm phun cũng khác nhau, nhƣ phun ở thời điểm xác định hoặc phun theo sự thay đổi của lƣợng không khí nạp hoặc theo tốc độ của động cơ. Phƣơng pháp phun cơ bản và thời điểm phun nhƣ sau. Ngoài ra khi lƣợng phun càng lớn thì thời điểm bắt đầu phun càng nhanh Hình 1.
Các phương pháp phun nhiên liệu. Điều khiển phun nhiên liệu đồng loạt Nhiên liệu đƣợc phun đồng loạt vào các xy lanh tƣơng ứng một lần sau mỗi vòng quay của trục khuỷu. Lƣợng nhiên liệu cần thiết để đốt cháy đƣợc phun trong hai lần phun. Mô tả quá trình phun nhiên liệu đồng loạt trên đ ng cơ bốn xy lanh.
Điều khiển phun nhiên liệu theo nhóm Nhiên liệu đƣợc phun cho mỗi nhóm mỗi lần sau hai vòng quay của trục khuỷu, với loại hai nhóm, ba nhóm, bốn nhóm. Mô tả quá trình phun nhiên liệu theo nhóm trên đ ng cơ. Điều khiển phun nhiên liệu độc lập Điều khiển phun độc lập (theo trình tự) Hình 1. Mô tả quá trình phun nhiên liệu đ c lập trên đ ng cơ.
Nhiên liệu đƣợc phun độc lập cho từng xy lanh mỗi lần sau hai vòng quay trục khuỷu. * ƢU ĐIỂM HỆ THỐNG PHUN XĂNG SO VỚI ĐỘNG CƠ DÙNG BCHK: - Có thể cấp hỗn hợp khí – nhiên liệu đồng đều đến từng xylanh. - Có thể đạt đƣợc tỷ lệ khí – nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ động cơ. - Đáp ứng kịp thời với sự thay đổi góc mở bƣớm ga.
- Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp khí - nhiên liệu dễ dàng: có thể làm đậm hỗn hợp khi nhiệt độ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc. - Hiệu suất nạp hỗn hợp không khí – nhiên liệu cao. - Do kim phun đƣợc bố trí gần supap hút nên dòng khí nạp trên ống góp hút có khối lƣợng thấp (chƣa trộn với nhiên liệu) sẽ đạt tốc độ xoáy lốc cao, nhờ vậy, nhiên liệu sẽ không còn thất thoát trên đƣờng ống nạp và hòa khí sẽ đƣợc trộn tốt hơn. SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ 1.
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý a) Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử (phun gián tiếp) Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử gián tiếp Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu 1. Thùng chứa xăng. Bộ giảm rung động. ống phân phối.
Vòi phun khởi động lạnh. Bộ ổn định áp suất. Đƣờng xăng hồi.