CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG 1. Sơ lược về hệ thống phun xăng điện tử Hình 1. 1 Sơ đồ khối của hệ thống phun xăng điện tử Các hệ thống phun xăng điện tử gồm có ít nhất 3 hệ thống con: Hệ thống nạp khí: Bộ lọc không khí, ống góp khí nạp, van bướm ga, các đường ống nạp riêng lẻ.
Hệ thống cung cấp nhiên liệu: Thùng nhiên liệu, bơm nhiên liệu, bộ lọc nhiên liệu, bộ điều áp, van phun. Hệ thống điều khiển và điều chỉnh điện tử: Các cảm biến ( VD như Cảm biến vị trí bướm ga), Bộ điều khiển điện tử (ECU) và Các phần tử chấp hành (VD như rơle điều khiển bơm nhiên liệu). Trang 1 Luận Văn Tốt Ngiệp SVTH: Trần Văn Tèo Hệ thống điều khiển và điều chỉnh điện tử gồm có 3 thành phần chính: Các loại cảm biến và tín hiệu đầu vào, Bộ điều khiển điện tử ECU, và thành phần cơ cấu chấp hành. 2 Cấu trúc của hệ thống điều khiển Động cơ Hệ thống điều khiển bao gồm: ngõ vào (inputs) với chủ yếu là các cảm biến; hộp ECU (electronic control unit) là bộ não của hệ thống có thể có hoặc không có bộ vi xử lý; ngõ ra (outputs) là các cơ cấu chấp hành (actuators) như kim phun, bobine, van điều khiển cầm chừng.
Hệ thống điều khiển và điều chỉnh điện tử hoạt động theo nguyên tắc NXX (Nhập- Xử lý-Xuất). Nhập: Các cảm biến thu nhận thông tin và chuyển đến ECU dưới dạng những tín hiệu điện áp. Xử lý: ECU xử lý những thông tin thu nhận được qua các tín hiệu điện áp và so sánh các trị số thực tế này với trị số mong muốn đã được lưu giữ trong các biểu đồ đặc trưng. ECU xác định trị số điều khiển thích hợp cho các phần tử chấp hành tương ứng.
Trang 2 Luận Văn Tốt Ngiệp SVTH: Trần Văn Tèo Xuất: ECU đưa tín hiệu điện điều khiển đến các phải phun xăng điện tử tử chấp hành tương ứng, thí dụ như van phun. Tình trạng vận hành mong muốn của hệ thống được thiết lập. Hệ thống phun xăng điện tử hoạt động theo trình tự (chức năng) sau: Đối với những hệ thống hình thành hỗn hợp hòa khí đồng nhất, không khí sau khi đi qua bộ lọc gió được nạp vào động cơ với lượng khí nạp được điều chỉnh bởi van bướm ga. Lượng không khí này được ghi nhận bởi một cảm biến lưu lượng.
Dựa trên các biểu đồ đặc trưng trong bộ nhớ và các thông tin về tốc độ quay động cơ và lượng không khí nạp (các đại lượng điều khiển chính), ECU tính toán lượng nhiên liệu phun cơ bản. Khi cần hiệu chỉnh tỷ lệ hòa khí phù hợp với những tình trạng vận hành đặc biệt, thí dụ như khi khởi động lạnh, ECU sẽ xác định thêm thông tin về tình trạng này (các đại lượng hiệu chỉnh) bằng các cảm biến bị sung dưới dạng tín hiệu điện. Từ đó, ECU hiệu chỉnh thời gian tương ứng mở van phun và đưa tín hiệu điện điều khiển mở các van trong khoảng thời gian này. Van phun điện tử mở ra, nhiên liệu được phun với át suất được giữ ổn định bởi bộ điều áp.
Khi ECU ngắt tín hiệu điện điều khiển, lò xo trả về đóng các van phun lại. Quá trình phun được chấm dứt. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử 1. Hệ thống phun xăng điện tử ( phun gián tiếp EFI) Hình 1.
3 Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử gián tiếp Nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng gián tiếp: Trang 3 Luận Văn Tốt Ngiệp SVTH: Trần Văn Tèo Khi bật khóa điện rơle EFI đóng mạch khi đó sẽ có điện đến ECU động cơ B + ECU động cơ được đặt vào chế độ làm việc, khi khởi động động cơ tín hiệu từ máy khởi động kết hợp với tín hiệu của cảm biến lưu lượng khí nạp hoặc tín hiệu Ne của cảm biến vị trí trục cơ làm bơm xăng hoạt động, xăng được bơm từ thùng qua bơm, qua lọc xăng và đi đến giàn phân phối. Áp suất trong hệ thống nhiên liệu được bộ phân điều áp duy trì ở áp suất từ 2-3 kgf/cm”. Khi động cơ hoạt động không khí được nạp vào động cơ qua hệ thống cung cấp khí, lượng không khí đi vào được đo bởi bộ đo dòng khí nạp (cảm biến lưu lượng khí nạp). Khi dòng không khí vào xi lanh, nhiên liệu được kim phun nhiên liệu phun vào để hòa trộn với không khí.
Tín hiệu từ ECU sẽ mở kim phun và nhiên liệu từ kim phun được phun vào phía trước xupap nạp. Khi nhiên liệu được phun vào trong dòng khí nạp, nó hòa trộn với không khí bên trong và tạo thành hỗn hợp hơi nhờ áp suất thấp trong đường ống góp hút. Tín hiệu từ ECU sẽ điều khiển kim phun phun lượng nhiên liệu vừa đủ để đạt được tỷ lệ lý tưởng, thông thường để nhiên liệu được phun chính xác vào động cơ là một chức năng của bộ điều khiển ECU. ECU quyết định lượng phun cơ bản dựa vào lượng khí nạp đo được và tốc độ động cơ.
Tùy thuộc vào điều kiện vận hành của động cơ, lượng phun sẽ khác nhau. ECU theo dõi các cảm biến như nhiệt độ nước làm mát, tốc độ động cơ, bướm ga, và lượng oxy trong khí thải và hiệu chỉnh lượng phun để quyết định lượng phun nhiên liệu cuối cùng. 4 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu 1. Thùng chứa xăng.
Bộ giảm rung động. ống phân phối 6. Vòi phun khởi động lạnh. Bộ ổn định áp suất.
Đường xăng hồi. Trang 4 Luận Văn Tốt Ngiệp SVTH: Trần Văn Tèo 1. Hệ thống phun xăng điện tử ( phun trực tiếp GDI) Hình 1. 5 Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử trực tiếp 1.Van an toàn 3.
Ông phân phối nhiện liệu 4. Cảm biến áp suất nhiên liệu 5. Đường hồi nhiên liệu 6. Ông nhiên liệu thấp áp 7.
Ống nhiên liệu cao áp 8. Bơm nhiên liệu áp suất cao 9. Vòi phun nhiên liệu Nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng trực tiếp: Xu hướng phát triển của các nhà sản xuất ô tô hiện nay là nghiên cứu hoàn thiện quá trình hình thành hỗn hợp cháy để đạt được sự cháy kiệt, tăng tính kinh tế nhiên liệu và giảm được hàm lượng độc hại của khí xả thải ra môi trường. Công nghệ phun nhiên liệu trực tiếp GDI (Gasoline Direct Injection) là một giải pháp.
Hệ thống nhiên liệu của động cơ GDI về cơ bản bao gồm: bơm tạo áp suất phun, hệ thống phân phối và ổn định áp suất (common rail), kim phun, hệ thống điều khiển phun, và các thiết bị phụ khác như: thùng nhiên liệu, lọc, bơm chuyển tiếp, van an toàn,. ở động cơ GDI, nhiên liệu được phun trực tiếp vào buồng đốt ở kỳ nạp hoặc kỳ nén. Để phun được nhiên liệu vào buồng đốt động cơ trong kỳ nén, hệ thống nhiên liệu phải đáp ứng được yêu cầu về áp suất phun nhiên liệu của kim phun phải lớn hơn áp suất bên trong buồng đốt ở kỳ nén, đồng thời để nhiên liệu được phun tơi và hòa trộn tốt với không khí trong buồng đốt thì áp suất phun đòi hỏi phải lớn hơn áp suất không khí trong buồng đốt ở kỳ nén rất nhiều. Trang 5 Luận Văn Tốt Ngiệp SVTH: Trần Văn Tèo Khi khởi động động cơ bơm thấp áp sẽ hút nhiên liệu từ thùng qua lọc nhiên liệu theo đường ống đẩy lên bơm nhiên liệu áp suất cao, khi động cơ quay qua cơ cấu dẫn động làm bơm cao áp hoạt động nhiên liệu có áp suất cao được cung cấp đến giàn phân phối tại đây ECU động cơ sẽ căn cứ vào các tín hiệu nhận được từ các cảm biến để đưa ra tín hiệu điều khiển đến vòi phun làm cho vòi phun hoạt động để nhun nhiên liêu vào buồng đốt của động cơ đúng thời điểm và trật tự làm việc của động cơ.
Bơm áp suất cao của động cơ GDI thường nhận truyền động từ một vấu cam trên trục cam của động cơ. Kết cấu của hệ thống phun xăng điện tử EFI Ngày nay hầu hết các động cơ xăng đều sử dụng hệ thống phun xăng thay cho bộ chế hòa khí. Các hãng xe lớn như Toyota, Daewoo, Honda, Ford… đều phát triển các công nghệ phun xăng để đạt hiệu quả tối ưu nhất. Khi động cơ hoạt động với nhiệt độ và tải trọng bình thường, hiệu suất cháy tối ưu của nhiên liệu xăng đạt được khi tỉ lệ không khí/nhiên liệu là: 14,7/1.
Khi động cơ lạnh hoặc khi tăng tốc đột ngột thì tỉ lệ đó phải thấp hơn có nghĩa nhiên liệu đậm đặc hơn. Hoặc khi động cơ hoạt động ở vùng cao, không khí loãng hơn thì tỉ lệ không khí/nhiên liệu lại phải cao hơn (nhiều không khí hơn). Các hoạt động đó được ECU thu nhận và điều khiển chính xác. 6 Khái quát hệ thống phun xăng EFI Nhiên liệu có áp suất cao từ thùng xăng đến kim phun nhờ vào một bơm xăng đặt trong thùng xăng hoặc gần đó.
Nhiên liệu được đưa qua bầu lọc trước khi đến kim phun. Nhiên liệu được đưa đến kim phun với áp suất cao không đổi nhờ có bộ ổn áp. Lượng nhiên liệu không được phân phối đến họng hút nhờ kim phun được quay lại thùng xăng nhờ một ống hồi xăng. Trang 6 Luận Văn Tốt Ngiệp SVTH: Trần Văn Tèo 1.
Hệ thống điều khiển điện tử phun xăng Bao gồm các cảm biến động cơ, ECU, khối lắp ghép kim phun và dây điện. ECU quyết định việc cung cấp bao nhiêu nhiên liệu cần thiết cho động cơ thông qua các tín hiệu phát ra từ các cảm biến. ECU cấp tín hiệu điều khiển kim phun chính xác theo thời gian: Xác định độ rộng của xung đưa đến kim phun hoặc thời gian phun để tạo ra một tỷ lệ xăng không khí thích hợp. 7 Sơ đồ tổng quát khối điều khiển 1.
Khối tín hiệu Hệ thống EFI sử dụng các cảm biến khác nhau để phát hiện tình trạng của động cơ và điều kiện chạy xe. ECU động cơ tính toán lượng phun nhiên liệu tối ưu và điều khiển cho các vòi phun phun nhiên liệu. ECU động cơ: tính thời gian phun nhiên liệu tối ưu dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến. Cảm biến lưu lượng khí nạp hoặc cảm biến áp suất đường ống nạp: Cảm biến này phát hiện khối lượng không khí nạp hoặc áp suất của ống nạp.
Cảm biến vị trí trục khuỷu: Cảm biến này phát hiện góc quay trục khuỷu và tốc độ của động cơ. Cảm biến vị trí trục cam: Cảm biến này phát hiện góc quay chuẩn và thời điểm của trục cam. Trang 7 Luận Văn Tốt Ngiệp SVTH: Trần Văn Tèo Hình 1.