Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử

Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
Được học tập và rèn luyện tại trường Đại học Giao Thông Vận Tải Thành phố
Hồ Chí Minh là niềm vinh dự và tự hào của mỗi sinh viên. Tuy ngành Cơ khí Ô Tô
là ngành mới so với nhiều trường khác, cơ sở vật chất còn thiếu thốn, nhưng bù lại
chúng em lại được các Thầy Cô nhiệt tình, tâm huyết giảng dạy. Đặc biệt là các
thầy trong khoa Cơ khí đã trang bị cho chúng cho em một nền tảng cơ bản về kiến
thức chuyên ngành để phần nào đáp ứng cho nhu cầu phát triển của xã hội. Trên nền
tảng kiến thức đó, nhà trường đã khuyến khích và tạo điều kiện cho chúng em được
tham gia nghiên cứu các đề tài khoa học, các hội thi tay nghề
Sau 3 tháng làm việc vất vả dưới sự hướng dẫn tận tình của Thầy Giáo Th.S
Dương Minh Thái, em và các bạn trong nhóm đã hoàn thành tốt luận văn của mình,
em xin được gởi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến Thầy, người đã nhiệt tình
giúp đỡ em hoàn thành luận văn cũng như khi Thầy giảng dạy trên lớp.
Luận văn đã hoàn thành theo đúng dự kiến. Song do khả năng còn nhiều hạn
chế, thời gian thực hiện có hạn, và vì một số lí do khách quan nên chắc chắn không
thể tránh khỏi những sai sót. Chúng em rất mong nhận được sự thông cảm và góp ý
của các Thầy trong bộ môn và các bạn sinh viên.
Một lần nữa, em xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến các
Thầy Cô đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong những năm học vừa qua, đặc biệt là
Thầy Giáo Th.S Dương Minh Thái, người đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành luận
văn này!
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 1
LỜI CẢM ƠN!
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

TP HCM, ngày … tháng … năm 2013
Giảng Viên Hướng Dẫn
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN

SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 2
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái

TP HCM, ngày … tháng … năm 2013
Giảng Viên Chấm Phản Biện
MỤC LỤC
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGIÊN CỨU
1. Đặt vấn đề 7
2. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài 7
2.1 Nhiệm vụ của đề tài 7
2.2 Giới hạn của đề tài 7
3. Phương pháp nghiên cứu 8
4. Các bước thực hiện 8
Chương II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN Ô TÔ
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 3
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
1. Lịch sử phát triển hệ thống phun xăng trên Ô Tô 9
2. Sơ lược về hệ thống phun xăng điện tử EFI 13
2.1 Phân loại 13
2.2 Các kết cấu cơ bản của hệ thống nhiên liệu 16
2.2.1. Các cảm biến cho tín hiệu ngõ vào 16
2.2.2. Khối điều khiển điện tử (ECU) 16
2.2.3. Tín hiệu ngõ ra và các cơ cấu chấp hành 19
2.3 Ưu nhược điểm của EFI với hệ thống dùng chế hòa khí 20

Chương III: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA 5S – FE
1. Giới thiệu về động cơ 5S – FE 21
2. Hệ thống nhiên liệu động cơ Toyota 5S-Fe 22
2.1 Sơ đồ tổng quát và nguyên lý hoạt động 22
2.2 Cấu tạo các bộ phận của hệ thống nhiên liệu 23
2.2.1. Kim phun nhiên liệu 23
2.2.2. Bơm nhiên liệu 24
2.2.3. Lọc nhiên liệu 25
2.2.4. Ống phân phối 26
2.2.5. Bộ điều áp 26
2.2.6. Bộ giảm rung động 27
3. Điều khiển nhiên liệu trên động cơ Toyota 5S-FE 27
3.1 Sơ đồ mạch điện điều khiển 27
3.2 Hệ thống cảm biến 30
3.2.1 Cảm biến áp suất đường ống nạp MAP 30
3.2.2 Tín hiệu Ne và tín hiệu G 32
3.2.3 Cảm biến vị trí bướm ga 34
3.2.4 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát 35
3.2.5 Cảm biến nhiệt độ khí nạp 36
3.2.6 Cảm biến kích nổ 37
3.2.7 Cảm biến Oxy 37
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 4
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
3.2.8 Một số tín hiệu khác 40
3.3 Điều khiển lượng nhiên liệu 40
3.3.1 Điều khiển lượng phun cơ bản 40
3.3.2 Điều khiển lượng phun hiệu chỉnh 42
3.3.2.1 Hiệu chỉnh để khởi động 42
3.3.2.2 Hiệu chỉnh để hâm nóng 42
3.3.2.3 Hiệu chỉnh để tăng tốc 43

3.3.2.4 Hiệu chỉnh phản hồi kín 43
3.3.2.5 Hiệu chỉnh để tăng công suất 44
3.3.2.6 Hiệu chỉnh cắt nhiên liệu 44
3.3.2.7 Hiệu chỉnh theo nhiệt độ khí nạp 45
3.3.2.8 Hiệu chỉnh theo điện áp accu 45
3.4 Điều khiển bơm nhiên liệu 46
3.5 Điều khiển kim phun nhiên liệu 47
3.6 Điều khiển cầm chừng và kiểm soát khí thải 48
3.7 Chức năng tự chẩn đoán 51
Chương IV: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ TOYOTA 5S – FE
XÂY DỰNG BÀI GIẢNG THỰC HÀNH KIỂM TRA HỆ THỐNG
PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ TRÊN MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ TOYOTA 5S - FE
1. Giới thiệu mô hình 53
2. Mục đích và ý nghĩa của mô hình 53
3. Cấu tạo mô hình 53
4. Sơ đồ mạch điện 55
5. Các yêu cầu khi sử dụng 57
6. Các bài giảng thực hành 58
6.1. Kiểm tra điện trở 58
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 5
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
6.2. Kiểm tra điện áp 60
6.3. Kiểm tra mạch cấp nguồn 62
6.4. Kiểm tra bơm xăng 65
6.5. Kiểm tra kim phun 61
6.6. Kiểm tra cảm biến vị trí cánh bướm ga 71
6.7. Kiểm tra cảm biến áp suất đường ống nạp 73
6.8. Kiểm tra cảm biến nhiệt độ nước làm mát 75
6.9. Kiểm tra cảm biến Oxy 77
6.10. Kiểm tra tín hiệu Ne, G 79

6.11. Kiểm tra tìm pan thông qua đèn check 81
Chương V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
1. Kết luận 83
2. Hướng phát triển 83
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGIÊN CỨU
1. Đặt vấn đề
Hiện nay, khi mà nền công nghiệp Ô Tô đang phát triển lên đến trình độ rất
cao, các kỹ sư, các nhà khoa học vẫn đang miệt mài nghiên cứu để cho ra các công
nghệ mới nhằm tăng tính năng tiện lợi an toàn trong sử dụng cũng như tiết kiệm
nhiên liệu và thân thiện với môi trường. Trong lĩnh vực phát triển động cơ, nhiều
công nghệ mới như công nghệ đánh lửa trực tiếp DIS, điều khiển van thông minh
VVT-i, phun xăng trực tiếp GDI đã được ứng dụng để thay thế cho các công nghệ
trước đây. HIện nay, hệ thống phun xăng điện tử EFI là hệ thống được dùng phổ
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 6
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
biến nhất trên Ô Tô dùng động cơ xăng. Chính vì lẽ đó, nghiên cứu về EFI có ý
nghĩa rất thiết thực đối với sinh viên nghành Cơ Khí Ô Tô.
2. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài
2.1. Nhiệm vụ của đề tài
Đề tài luận văn “Nghiên cứu khai thác hệ thống phun xăng điện tử trên động
cơ Toyota 5S – FE ; Thiết kế mô hình động cơ Toyota 5S – FE” nhằm tạo ra một tài
liệu nghiên cứu có giá trị trong học tập cũng như khai thác sửa chữa động cơ Toyota
5S - Fe được sử dụng trên các xe Toyota Camry được sảm xuất trong giai đoạn từ
tháng 8/1996 đến tháng 7/2001, từ đó làm cơ sở để khai thác các động cơ khác ,
cũng như thiết kế nên một mô hình học tập khoa học và hợp lý, có tính trực quan
cao, tạo điều kiện cho sinh viên có thêm cơ hội cọ xát thực hành trên động cơ thật,
không bị bỡ ngỡ khi ra trường đi làm.
2.2. Giới hạn của đề tài
Được nghiên cứu và đầu tư kĩ lưỡng thông qua nhiều nguồn tài liệu trong và
ngoài nước, các tài liệu đào tạo của hãng Toyota, các tạp chí Ô Tô trên thế giới,

luận văn đã trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động, khai thác sử dụng của
động cơ, tạo thuận lợi cho việc sữa chữa và cho việc nghiên cứu các động cơ khác,
đồng thời thiết kế được một mô hình phục vụ học tập có ý nghĩa. Tuy nhiên với
kiến thức thực tế còn khiêm tốn, chỉ dừng ở việc chế tạo mô hình trên động cơ đã có
sẵn, luận văn vẫn chưa đề cập đến phần lập trình điều khiển, có đôi chỗ luận văn
còn trình bày theo hướng thuần lý thuyết, có thể gây khó khăn cho những độc giả
không chuyên về Ô Tô.
3. Phương pháp nghiên cứu
Trong quá trình thực hiện luận văn, kiến thức được đúc kết từ những hướng
sau:
 Vận dụng kiến thức đã được học về EFI ở trên lớp và trong giai đoạn thực
tập.
 Tận dụng các giáo trình, tạp chí nghiên cứu về động cơ xăng.
 Kết hợp quan sát và thực hành sữa chữa, kiểm tra trên mô hình.
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 7
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
 Tham khảo tài liệu Toyota Technical Training.
4. Các bước thực hiện
 Tham khảo tài liệu
 Thiết kế khung đỡ động cơ
 Thiết kế sa bàn và các chi tiết trên sa bàn
 Thiết kế mạch điện, bản vẽ, các chi tiết phụ
 Tiến hành đo đạc và kiểm tra thu thập các thông số
 Hoàn thiện mô hình
 Thiết kế các bài giảng dạy thực hành trên mô hình
 Viết thuyết minh
Chương II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN Ô TÔ
1. Lịch sử phát triển hệ thống phun xăng trên Ô Tô
Lịch sử phát triển của các hệ thống phun xăng đã kéo dài khoảng hơn 100
năm, kể từ khi bơm piston được ứng dụng vào phun nhiên liệu năm 1898 trên một

số dòng sản phẩm, và đến nay, các hệ thống phun xăng tiên tiến như EFI, GDI đang
được ứng dụng rộng rãi trên ô tô hiện đại.
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 8
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
Vào cuối thế kỷ 19, một kỹ sư người Pháp - ông Stevan - đã nghĩ ra cách
phun nhiên liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian, Đức đã cho phun nhiên
liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả cao vì chi phí tốn kém và trình
độ công nghệ lúc bấy giờ chưa cho phép. Đầu thế kỷ 20, người 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 được ứng dụng thành công trong việc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu
cho máy bay ở Đức vào năm 1937, khắc phục được nguy cơ đóng băng và cháy nổ
của bộ chế hòa khí. Việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống phun xăng bị gián đoạn
trong một khoảng thời gian dài do chiến tranh, đến năm 1955 Đức cho ứng dụng
thử nghiệm hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt lên dòng xe thể thao
300 SL của hãng Daimler – Benz (GDI sau đó phát triển đến những năm 1970 rồi
dừng lại và và quay trở lại thị trường từ năm 1966 bởi hãng Mitsubishi). đến 1962
người Pháp phát triển phun nhiên liệu trên ô tô Peugeot 404 Đến năm 1973, hãng
BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu cơ khí. Trong hệ
thống phun xăng này, nhiên liệu được phun liên tục vào trước supap hút nên có tên
gọi là K – Jetronic (K- Kontinuierlich – liên tục, Jetronic – tên thương mại của Fuel
Injection – phun nhiên liệu). Hệ thống này sau này được phát triển thêm với một
cảm biến oxy và van tần số, một phát triến khác là Ku – Jetronic được phát triển tại
Mỹ với chế độ điều khiển theo vòng kín. K – Jetronic được đưa vào sản xuất và ứng
dụng trên các xe của hãng Mercedes và rất nhiều hãng xe khác, được biết đến với
tên gọi CIS (Continous Injection System ) tại Mỹ, 1994 Porsche 911 Turbo 3.6 là
chiếc xe cuối cùng sử dụng hệ thống phun xăng này.
Hệ thống phun xăng K-Jetronic là hệ thống phun xăng cơ bản của các kiểu
phun xăng điện tử hiện đại ngày nay. Các đặc điểm kỹ thuật của hệ thống phun
xăng có thể tóm lược như sau:

 Được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí- thuỷ lực.
 Không cần những dẫn động của động cơ, có nghĩa là động tác điều chỉnh
lưu lượng xăng phun ra do chính độ chân không trong ống hút điều khiển.
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 9
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
 Xăng phun ra liên tục và được định lượng tuỳ theo khối lượng không khí
nạp.
Hình 2.1. Hệ thống phun xăng K-Jetronic
Hệ thống K-Jetronic sau này được cải tiến thêm bằng cách dùng van tần số
để thay đổi áp suất buồng dưới của các bộ chênh lệch áp suất, mục đích là để điều
chỉnh tỷ lệ hỗn hợp để cho động cơ hoạt động được tốt hơn.
Đến năm 1985, Hệ thống phun xăng KE-Jetronic được hãng BOSCH chế tạo
dựa trên nền tảng của hệ thống K-Jetronic và K-Jetronic với van tần số. Các nhà
thiết kế nhận thấy rằng ở hệ thống K-Jetronic với van tần số thì độ chính xác không
cao lắm do các cảm biến sử dụng để nhận biết tình trạng làm việc của động cơ còn
quá ít và việc sử dụng van tần số để hiệu chỉnh áp lực các buồng dưới, cũng như
dùng bộ điều chỉnh áp lực theo nhiệt độ để hiệu chỉnh tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng các
chế độ làm việc của động cơ là chưa hoàn thiện… Bởi vì các chế độ làm việc của
động cơ phụ thuộc rất nhiều vào thời gian mở và đóng của van tần số và sự thay đổi
của áp suất điều chỉnh trên đỉnh piston. Nếu sự phối hợp cả hai yếu tố trên là không
đồng bộ thì độ tin cậy làm việc của hệ thống là không đảm bảo.
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 10
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
Hình 2.2. hệ thống phun xăng KE-Jetronic
1 – Thùng xăng; 2 – Bơm xăng; 3 – Bộ tích năng; 4 – Lọc xăng; 5 – Bộ điều áp
xăng; 6 – Kim phun xăng; 7 – Đường ống nạp; 8 – Kim phun xăng khởi động lạnh;
9 – Bộ định lượng và phân phối nhiên liệu; 10 – Bộ đo lưu lượng không khí; 11 –
Bộ điều chỉnh áp lực bằng điện; 12 – Cảm biến Oxy; 13 – Công tắc nhiệt-thời
gian; 14 – Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 15 – Delco; 16 – Van khí phụ;
17 – Công tắc vị trí bướm ga; 18 – ECU; 19 – Công tắc máy; 20 – Ắc quy.

Để khắc phục nhược điểm trên cũng như dựa vào cơ sở của hệ thống K-
Jetronic với van tần số, các nhà chế tạo đã đưa ra loại KE-Jetronic. Ở hệ thống KE-
Jetronic, tỷ lệ hỗn hợp để đáp ứng với các điều kiện hoạt động của động cơ dựa vào
sự thay đổi áp lực nhiên liệu của các buồng dưới của các bộ chênh lệch áp suất,
nhưng áp suất điều khiển ở trên đỉnh piston điều khiển là được giữ cố định. Các
cảm biến bố trí xung quanh động cơ của KE-Jetronic được sử dụng nhiều hơn, tín
hiệu từ các cảm biến được gửi về trung tâm điều khiển điện tử và từ đó trung tâm
điều khiển sẽ làm thay đổi áp suất trong hệ thống để đáp ứng tốt các yêu cầu làm
việc của động cơ.
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 11
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
Như vậy chúng ta thấy rằng ngoài việc định lượng nhiên liệu bằng cơ khí
như K- Jetronic, hệ thống điện điều khiển của KE-Jetronic sẽ điều chỉnh lại lượng
nhiên liệu cung cấp đến các kim phun dựa vào tình trạng làm việc của động cơ theo
các chế độ tải, điều kiện môi trường, nhiệt độ động cơ… Ở hệ thống KE-Jetronic
hình dạng phễu không khí được chế tạo sao cho tỷ lệ hỗn hợp luôn ở mức
λ
=1
cho tất cả các chế độ hoạt động của động cơ.
Mặc dù K-Jetronic và KE-Jetronic ra đời đã đáp ứng được tỷ lệ hỗn hợp theo
yêu cầu ứng với từng chế độ làm việc của động cơ theo hướng cải thiện đặc tính tải,
tiêu hao nhiên liệu kinh tế hơn, giảm ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên vẫn còn điều
khiển bằng cơ khí kết hợp điện tử. Để đạt hiệu quả cao hơn người ta đã chế tạo ra
loại phun xăng hoàn toàn điều khiển bằng điện tử (EFI – Electronic Fuel Injection).
Thực ra EFI được phát triển tự khá sớm bởi hãng Bosch của Đức với hai loại là D
(Druck – Pressure) – Jetronic và L (Luft-air)-Jetronic, tuy nhiên sau đó hãng này lại
không phát triển thêm hệ thống này trong một thời gian dài mà tập trung vào K-
Jetronic và KE-Jetronic. Cùng thời gian đó, EFI được phát triển mạnh tại Nhật
(bằng cách mua bản quyền) và tại Mỹ bởi hãng Bendix( dưới hình thức là một hệ
thống tương tự). EFI cung cấp tỷ lệ hòa khí cho động cơ một cách tối ưu. Tùy theo

chế độ hoạt động của ôtô, hệ thống này điều khiển thay đổi tỷ lệ xăng- không khí
một cách chính xác. Cụ thể ở chế độ khởi động hoặc khi động cơ còn nguội , hỗn
hợp khí nạp được cung cấp giàu xăng. Sau khi động cơ đã đạt nhiệt độ vận hành,
hỗn hợp khí nạp sẽ nghèo xăng hơn. Ở các chế độ leo dốc hoặc tăng tốc thì hỗn hợp
khí nạp lại được cung cấp giàu xăng hơn.
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 12
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
Hình 2.3 - Sơ đồ kết cấu cơ bản của hệ thống EFI
Hiện tại thì EFI gần như đã được phát triển hoàn thiện, và là hệ thống phun
xăng phổ biến nhất hiện nay. Trong tương lai, EFI sẽ dần được thay thế bởi các hệ
thống phun xăng tiên tiến hơn, cụ thể là hệ thống phun xăng trực tiếp GDI.
2. Sơ lược về hệ thống phun xăng điện tử EFI
2.1. Phân loại
2.1.1. Phân loại theo phương pháp xác định lượng khí nạp
Theo phương pháp xác định lượng khí nạp, có thể chia EFI thành 2 loại như
sau:
 L – EFI : sử dụng cảm biến lưu lượng khí nạp để xác định lượng khí chạy
vào đường ống nạp, có thể xác định trực tiếp khối lượng khí nạp hoặc thông
qua thể tích khí nạp, cảm biến này được đặt trước cánh bướm ga.
 D – EFI : Sử dụng cảm biến đo áp suất chân không trong đường ống nạp
(MAP sensor) để phát hiện lượng khí chạy vào đường ống nạp, cảm biến này
được đặt sau cánh bướm ga.
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 13
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
Hình 2.4. Hệ thống L – EFI và D – EFI
2.2.2. Phân loại theo số điểm phun
Theo số điểm phun ta cũng có hai loại như sau:
 Hệ thống phun đơn điểm TBI (Throttle Body Injection) : còn gọi là
SPI (Single Point Injection), CFI (Central Fuel Injection) hay Mono –
Jetronic, đây là loại phun trung tâm, động cơ chỉ sử dụng một hoặc hai kim

phun được bố trí trước cánh bướm ga, loại này tuy có kết cấu đơn giản
nhưng đường đi của hòa khí dài nên dịch chuyển chậm và tăng khả năng thất
thoát trên đường ống nạp.
 Hệ thống phun đa điểm MPI (Multi Fuel Injection) : Mỗi xylanh được
bố trí một kim phun riêng, lắp phía trước xupap nạp, nhờ vậy đường đi của
hòa khí ngắn, làm giảm thiểu khả năng thất thoát trên đường ống nạp. Đồng
thời đường ống nạp cũng có thể được làm dài và uốn khúc hơn mà không sợ
thất thoát nhiên liệu. Điều này giúp cho luọng khí nạp được gia tốc nhiều
hơn, đạt được độ xoáy lốc tốt hơn, từ đó hòa trộn với nhiên liệu dễ dàng hơn.
2.2.3. Phân loại theo phương pháp phun
Ta có 3 phương pháp sau đây:
Phun độc lập (Independent Injection): Nhiên liệu được phun độc lập cho
từng xylanh ngay trước kì nạp, như vậy trong 2 vòng quay của trục khuỷu thì mỗi
xylanh đều được phun một lần.
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 14
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
Hình 2.5. Phun độc lập sau 2 vòng quay trục khuỷu
Phun theo nhóm (Group Injection) : Sau 2 vòng quay trục khuỷu thì nhiên
liệu được phun cho mỗi nhóm xylanh một lần. Động Toyota 5S-FE dùng phương
pháp này với 2 nhóm phun là nhóm máy 1&3 và nhóm máy 2&4.
Hình 2.6. Phun theo nhóm sau 2 vòng quay trục khuỷu
Phun đồng loạt (Simultaneus Injection) : Nhiên liệu được phun đồng loạt cho
tất cả các xylanh sau mỗi vòng quay trục khuỷu, như vậy sau hai vòng quay trục
khuỷu lượng nhiên liệu cần thiết để đốt cháy được phun làm hai lần.
Hình 2.7. Phun đồng loạt sau 2 vòng quay trục khuỷu
2.2.4. Phân loại theo kỹ thuật điều khiển
Theo cách này, người ta chia hệ thống EFI làm hai loại:
 Điều khiển dựa trên các mạch tương tự (Analog)
 Điều khiển dựa trên nền tảng kỹ thuật số (Digital)
Trước đây, khi kỹ thuật điều khiển phun xăng mới xuất hiện thì mạch Analog

được sử dụng nhiều, sau này các hệ thống điều khiển động cơ được thiết kế dựa trên
nền tảng kỹ thuật số.
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 15
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
2.2. Các kết cấu cơ bản của hệ thống phun xăng điện tử
2.2.1. Các cảm biến cho tín hiệu ngõ vào
Hệ thống EFI sử dụng các cảm biến để phát hiện tình trạng hoạt động của
động cơ và của xe, tín hiệu từ các cảm biến này được truyền đến ECU sau đó được
ECU xử lý, đưa ra tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành, sau đây là các cảm
biến cơ bản dùng trên hệ thống EFI :
 Cảm biến đo gió : có thể xác định trực tiếp khối lượng (kiểu dây nhiệt) hay
gián tiếp qua điện áp (kiểu trượt), qua thể tích khí nạp (kiểu Karman quang,
Karma siêu âm) hoặc thông qua việc xác định áp suất tuyệt đối trên đường
ống nạp bằng cảm biến MAP (MAP-Maniford Absolute Pressure).
 Bộ tín hiệu G, Ne : Được kết hợp để xác định góc quay chuẩn của trục khuỷu
và tốc độ của động cơ.
 Cảm biến vị trí bướm ga : phát hiện góc mở của bướm ga.
 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát : phát hện nhiệt độ của nước làm mát.
 Cảm biến nhiệt độ khí nạp : phát hiện nhiệt độ của khí nạp.
 Cảm biến Oxy : phát hiện nồng độ Oxy có trong khí thải.
 Cảm biến kích nổ : phát hiện nguy cơ kích nổ của động cơ để kịp thời giảm
góc đánh lửa sớm.
Thông tin chi tiết của từng cảm biến sẽ được trình bày cụ thể ở phần sau.
2.2.2 Khối điều khiển điện tử (ECU)
2.2.2.1 Tổng quan
Hệ thống điều khiển động cơ bao gồm các cảm biến nhận biết liên tục tình
trạng hoạt động của động cơ, một bộ ECU tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lý tín
hiệu và đưa ra tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành (kim phun, bơm xăng,
bobine ). Cơ cấu chấp hành này luôn bảo đảm thừa lệnh ECU và đáp ứng các tín
hiệu phản hồi từ các cảm biến. Hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ đem lại

sự chính xác và thích ứng cần thiết để giảm tối đa chất độc hại trong khí thải cũng
như đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu. Ngoài ra ECU còn giúp chẩn đoán động cơ khi
có sự cố xảy ra.
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 16
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
Bộ điều khiển, máy tính, ECU hay hộp đen là những tên gọi khác nhau của
mạch điều khiển điện tử. Nhìn chung, đó là bộ tổ hợp vi mạch và linh kiện phụ
dùng để nhận biết tín hiệu, trữ thông tin, tính toán, quyết định chức năng hoạt động
và gởi đi các tín hiệu điều khiển thích hợp.
Cấu trúc điều khiển bao gồm: ngõ vào (inputs) với chủ yếu là tín hiệu từ các
cảm biến; hộp ECU (electronic control unit) là bộ não của hệ thống ; ngõ ra
(outputs) là tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành (actuators) như kim phun,
bobine, van điều khiển cầm chừng…
Hình 2.8. Tổng quan sơ đồ cấu trúc điều khiển
ECU được đặt trong một vỏ kim loại để giải nhiệt tốt và được bố trí ở nơi ít
bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ ẩm.
Các linh kiện điện tử của ECU được sắp xếp trong một mạch in, trên đó có
ghi chú kí hiệu các chân và các linh kiện của mạch. ECU liên kết với hệ thống điện,
các cảm biến và cơ cấu chấp hành qua các giắc ghim.
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 17
Tín hiệu G, Ne
Lưu lượng gió
(MAP)
Nhiệt độ nước
làm mát
Nhiệt độ khí nạp
Vị trí bướm ga
Tín hiệu khởi
động
Cảm biến oxy

Điện áp accu
Các cảm biến
khác
Hệ thống nhiên liệu
E
C
U
Hệ thống chẩn đoán
Hệ thống đánh lửa
TÍN HIỆU VÀO BỘ PHẬN CHẤP HÀNH
Điều khiển cầm chừng
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
2.2.2.2. Cấu tạo của ECU
a). Các kiểu bộ nhớ được sử dụng trong ECU
Bộ nhớ trong ECU được chia làm 4 loại như sau:
ROM (Read Only Memory) : Bộ nhớ dự trữ thông tin thường trực, chỉ đọc được
thông tin cài sẵn của nhà sản xuất chứ không ghi được thêm thông tin, ROM được
dùng để cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý.
RAM (random access memory) : Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên dùng để lưu trữ
thông tin mới được ghi trong bộ nhớ và xác định bởi vi xử lý. RAM có thể đọc và
ghi các số liệu theo địa chỉ bất kỳ. Ram có hai loại:
 Loại RAM xóa được: bộ nhớ sẽ mất khi mất dòng điện cung cấp.
 Loại RAM không xóa được: vẫn duy trì bộ nhớ cho dù khi tháo nguồn cung
cấp cho xe. RAM lưu trữ những thông tin về hoạt động của các cảm biến
dùng cho hệ thống tự chuẩn đoán.
PROM (programmable read only memory) : Cấu trúc cơ bản giống như ROM
nhưng cho phép lập trình (nạp dữ liệu) ở nơi sử dụng chứ không phải nơi sản xuất
như ROM. PROM cho phép sửa đổi chương trình điều khiển theo những đòi hỏi
khác nhau.
KAM (keep alive memory) : KAM dùng để lưu trữ những thông tin mới (những

thông tin tạm thời) cung cấp đến bộ vi xử lý. KAM vẫn duy trì bộ nhớ cho dù động
cơ ngưng hoạt động hoặc tắt công tắc máy. Tuy nhiên, nếu tháo nguồn cung cấp từ
accu đến máy tính thì bộ nhớ KAM sẽ bị mất.
b) Bộ chuyển đổi A/D (Analog to Digital Converter)
Các tín hiệu dạng tương tự (Analog) về sự thay đổi điện áp chuyển về từ các
cảm biến như cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến nhiệt độ khí nạp, tín hiệu
G, Ne trước khi được đưa đến bộ vi xử lý cần phải qua bộ chuyển đổi A/D nhằm
chuyển các tín hiệu sang dạng số (xung vuông) để các vi xử lý có thể hiểu được.
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 18
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
Hình 2.9. Bộ chuyển đổi A/D
c) Bộ ổn áp (Voltage regulator).
Điện áp mà máy phát điện và accu cung cấp là không ổn định, trong khi bộ
vi xử lý và các cảm biến với những linh kiện điện tử bán dẫn phải cần điện áp ổn
định mới có thể hoạt động tốt được. Vì thế cần có một bộ ổn áp cung cấp điện áp ổn
định đến các thiết bị, bộ phận này, hiện nay người ta thường dùng bộ ổn áp sử dụng
IC.
d) Bộ vi xử lý ( Micropprocessor )
Có thể coi bộ vi xử lý như “bộ não” của ECU, có rất nhiều họ vi điều khiển
và do nhiều hãng chế tạo được sử dụng trong ECU: General Instrument, Motorola,
Dallas… Nhưng đều có nhiệm vụ chung là xử lý tín hiệu gửi đến từ cảm biến và
đưa đến cơ cấu chấp hành theo một chương trình đã định sẵn.
Cấu tạo chung của vi điều khiển sẽ gồm có các chân vào/ra (I/O) để nhận và truyền
dữ liệu, CPU xử lý các phép toán cộng trừ nhân chia và các phép toán logic. Ram để
lưu các dữ liệu xử lý tức thời, PRom bộ ghi nhờ trương chình do nhà sản xuất cài
vào, cùng các đường các đường truyền dữ liệu (BUS).
2.3.3. Tín hiệu ngõ ra và các cơ cấu chấp hành
Sau khi nhận và xử lý các tín hiệu từ các cảm biến, bộ vi xử lý truyền các tín
hiệu điều khiển đến các transistor công suất để điều khiển các cơ cấu chấp hành như
kim phun, bơm xăng thông qua các solenoid, relay

Hình 2.10. Transistor đóng ngắt solenoid
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 19
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
Các cơ cấu chấp hành thừa lệnh điều khiển của ECU trong hệ thống phun
xăng bao gồm bơm xăng, các kim phun và van không tải ISC (Idle Speed Control).
2.3. Ưu nhược điểm của EFI với hệ thống dùng chế hòa khí.
So với hệ thống chế hòa khí thì hệ thống phun xăng EFI có những ưu điểm
nổi bật sau:
 Phân phối hòa khí đồng đều đến từng xylanh.
 Ở các chế độ chuyển tiếp động cơ hoạt động tốt hơn, chạy không tải êm dịu
hơn.
 Tiết kiệm nhiên liệu, giảm được các khí thải độc hại và đáp ứng được các
tiêu chuẩn khắt khe về khí thải vì đảm bảo chính xác hệ số dư lượng không
khí (λ ≈1).
 Tạo ra công suất lớn hơn, khả năng tăng tốc tốt hơn do không có họng
khuếch tán gây cản trở như động cơ chế hòa khí.
 Hệ thống đơn giản hơn bộ chế hòa khí điện tử vì không cần đến cánh bướm
gió khởi động, không cần các vít hiệu chỉnh.
 Đạt được tỉ lệ hòa khí dễ dàng và chính xác nhờ điều khiển bằng điện tử.
 Nhiên liệu hòa trộn dễ dàng hơn, không bị thất thoát nhiên liệu trên đường
ống nạp
Bên cạnh những ưu điểm trên, so với bộ chế hòa khí thì hệ thống phun xăng
điện tử EFI có các nhược điểm như giá thành chế tạo cao, chi phí bảo dưỡng sữa
chữa cao và cần kĩ thuật viên có trình độ chuyên môn tốt. Bỏ qua những nhược
điểm trên, và để đáp ứng được các quy định về khí thải ngày càng khắt khe, hệ
thống EFI cùng với những tính năng ưu việt của nó, đang là hệ thống phun xăng
phổ biến nhất trên ô tô hiện nay.
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 20
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
Chương III: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ 5S – FE

1. Giới thiệu về động cơ 5S – FE
Động cơ phun xăng điện tử 5S-FE của Toyota được lắp trên xe Toyota
Camry và Toyota celica. 5S-FE ra đời năm 1990 tại Nhật Bản và được tung ra thị
trường gồm 4 thế hệ (1990-1992, 1993-2001, 1997-1999, 2000-2001) với những cải
tiến, thay đổi khác nhau. Đây là động cơ 4 xilanh được bố trí thẳng hàng , đường
kính D = 87,1 mm, hành trình S = 90,9 mm với thứ tự nổ là 1-3-4-2, dung tích 2164
cm
3
, hệ thống phân phối khí DOHC (Dual Over Head Camshaft) 16 xupap, công
suất lớn nhất là 101 KW tại tại 5200 rpm, đạt mômen xoắn cực đại 199 Nm tại 4400
rpm, tỷ số nén ε = 9,5.
2. Hệ thống nhiên liệu trên động cơ Toyota 5S-FE
2.1. Sơ đồ tổng quát và nguyên lý hoạt động.
Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Toyota 5S-FE
Nguyên lý hoạt động :
Xăng được bơm đưa từ thùng chứa, qua lọc xăng theo đường ống dẫn xăng
đến ống phân phối. Tại một đầu của ống phân phối có gắn bộ giảm rung động để
hấp thụ các xung rung động do kim phun gây ra, dầu còn lại được gắn với bộ điều
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 21
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
áp, khi độ chênh lệch áp suất trong ống phân phối và đường ống nạp cao hơn một
mức định trước thì bộ điều áp sẽ mở cho xăng chảy về thùng chứa theo đường xăng
hồi, nhằm giữ cho áp suất nhiên liệu trong ống phân phối luôn cao hơn áp suất trong
đường ống nạp một mức không đổi. Xăng sau đó sẽ được phun vào xylanh theo sự
điều khiển của ECU.
2.2. Cấu tạo các bộ phận của hệ thống nhiên liệu động cơ Toyota 5S-FE
2.2.1. Kim phun nhiên liệu
Kim phun nhiên liệu động cơ Toyota 5S-FE (Denso 213cc) là loại kim phun
có điện trở cao (điện trở tiêu chuẩn là 13,8 Ω).
Cấu tạo cụ thể của kim phun như sau:

Hình 3.2. Kết cấu kim phun
1 - Nhiên liệu vào; 2 - Giắc ghim điện; 3 – ty kim; 4 - Lỗ phun;
5 - Lưới lọc; 6 - Lò xo hồi; 7 - Piston; 8 - Cuộn dây Solenoid.
Nhiên liệu đã được nén sẽ từ ống phân phối vào đầu kim phun, qua một lưới
lọc rồi qua các khe hở đi đến chờ sẵn ở lỗ phun. Một điện áp 12V được cấp sẵn tại
cuôn dây solenoid nhưng chưa được nối mát. Khi cần phun nhiên liệu, ECU sẽ điều
khiển mở transistor công suất bên trong ECU, cấp mass cho nguồn tại solenoid.
Cuôn dây được cung cấp điện tạo ra lực điện từ hút piston và ty kim đi lên, lỗ phun
được mở ra và nhiên liệu được phun ra ngoài.
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 22
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
Hình 3.3. Một số kiểu phun
Một kim phun tốt phải đáp ứng được các yêu cầu sau đây: Đo dòng nhiên
liệu chính xác, chùm nhiên liệu phun phải thẳng, phạm vi hoạt động rộng (phun
nhiều hay ít), chùm phun tốt, không rò rỉ, không ồn, bền. Có rất nhiều loại kim phun
khác nhau với chùm phun khác nhau áp dụng cho các loại động cơ khác nhau. Khi
thay thế hoặc lắp lại kim phun luôn sử dụng gioăng chữ O mới và phải lắp đúng vị
trí.
2.2.2. Bơm nhiên liệu
Bơm nhiên liệu có nhiệm vụ đưa nhiên liệu từ thùng chứa theo đường ống
dẫn đến ống phân phối để cung cấp cho kim phun. EFI sử dụng các loại bơm xăng
chạy điện, chúng có ưu điểm là có thể tạo áp suất cao hơn so với bơm cơ khí và ít
gây dao động lưu lượng (áp suất) hơn. Bơm hoạt động không phụ thuộc vào dẫn
động cơ khí từ động cơ nên nó bắt đầu làm việc ngay khi bật công tắc khởi động.
Thường gặp 2 loại bơm xăng bằng điện: một loại được đặt ngay trong thùng xăng
(ngập trong xăng) và một loại bơm đặt ngoài. Hai loại bơm này khác nhau về mặt
cấu tạo và nguyên lý làm việc, nhưng có điểm chung là đều được làm mát bằng
chính nhiên liệu.
Hiện nay phần lớn các động cơ ôtô sử dụng loại bơm đặt trong thùng. Đây
cũng là loại được dùng cho động cơ Toyota 5S-FE, nó ít ồn hơn và gây dao động áp

suất nhỏ hơn. Bơm được đặt ngập trong xăng, bao gồm một động cơ điện đặt trong
một vỏ kín, phía dưới của động cơ là đĩa bơm có các cánh gạt nhiên liệu, đĩa này
được lắp cố định bằng then hoa trên trục động cơ. Khi động cơ làm việc, đĩa quay
và các cánh của nó gạt nhiên liệu đi từ cửa hút sang cửa đẩy. Ra khỏi bơm, nhiên
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 23
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
liệu đi qua động cơ điện và làm mát nó. Trên đường ra của bơm có bố trí một van an
toàn và một van một chiều. Khi áp suất trong bơm vượt quá áp suất giới hạn của
van an toàn thì van này sẽ mở và cho xăng chảy qua nó về thùng. Van một chiều
đóng ngay lại khi động cơ dừng, nhờ vậy mà luôn luôn tồn tại một áp suất dư trong
hệ thống nhiên liệu cũng như cho phép tránh được hiện tượng bay hơi xăng trong hệ
thống, từ đó tạo điều kiện cho việc khởi động lại được dễ dàng.
Bơm cùng với lưới lọc tạo thành một cụm và được gắn phía trong thùng
nhiên liệu, cấu tạo cụ thể như sau:
Hình 3.4. Cấu tạo bơm nhiên liệu
2.2.3. Lọc nhiên liệu
Lọc nhiên liệu có tác dụng lọc sạch cặn bẩn, tạp chất bảo đảm nhiên liệu sạch
cung cấp cho vòi phun hoạt động, tránh hiện tượng tắc, kẹt, đóng không kín của vòi
phun.
Lọc xăng được lắp với đường xăng ra của bơm. Thường được sử dụng bằng màng
giấy, có cỡ lọc khoảng 10 µm.
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 24
Khai Thác Hệ Thống Phun Xăng Điện Tử GVHD : Th.S Dương Minh Thái
Hình 3.5. Lọc nhiên liệu
Lọc xăng có cấu tạo cho xăng đi theo một chiều nên khi lắp phải theo đúng
chiều, nếu không sẽ làm cản trở lượng xăng qua lọc. Phần tử lọc thường được làm
bằng giấy, vỏ bằng thép hoặc nhựa. Sau một khoảng thời gian làm việc thì phải thay
lọc mới. Thường xe chạy được từ 33.000 km đến 40.000 km thì phải thay lọc mới.
2.2.4. Ống phân phối
Ống phân phối có nhiệm vụ tiếp nhận nhiên liệu được bơm lên từ thùng, lưu

trữ và sẵn sàng cung cấp cho các kim phun. Ống này thường được lắp song song và
gần với đường ống nạp, ở một đầu ống gần puly có gắn một bộ điều áp, đầu còn lại
được gắn một bộ giảm rung động.
2.2.5. Bộ điều áp
Bộ điều áp trên ô tô có hai loại: loại thứ nhất có tác dụng giữ cho áp suất
nhiên liệu vào kim phun luôn ở một mức không đổi (khoảng 3,3 Kgf/cm
2
), đây là
loại điều áp đặt ngay trong thùng xăng, áp suất được ấn định bởi một lò xo); loại thứ
hai duy trì áp suất nhiên liệu ở mức cao hơn áp suất tương ứng trong đường ống nạp
một giá trị không đổi ( khoảng 2,9 Kgf/cm
2
, đây là loại điều áp đặt ngoài, áp suất
được ấn định bởi một lò xo và độ chân không trong đường ống nạp).
Động cơ Toyota 5S-FE sử dụng bộ điều áp loại đặt bên ngoài thùng nhiên
liệu và có cấu tạo như hình dưới đây:
SVTH : Nguyễn Quang Trãi Trang 25