Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ TOYOTA 3S-FE

Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

LỜI NÓI ĐẦU
Hệ thống phun xăng điều khiển điện tử hiện nay đang được ứng dụng khá phổ
biến trên động cơ ô tô và xe máy nhằm thay thế cho hệ thống dùng bộ chế hòa khí
do có nhiều ưu việt về tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Trong quá trình khai thác sử dụng thường xuất hiện các lỗi trong hệ thống điều
khiển cần thiết phải được xác nhận nhanh chóng chính xác.
Báo cáo này trình bày nội dung “Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun
xăng đa điểm động cơ TOYOTA 3S-FE” có bổ sung phần chẩn đoán mã lỗi và
hiển thị mã lỗi bằng màn hình LCD.
Mô hình này được xây dựng dựa trên niềm đam mê, lòng quyết tâm và sự cố
gắng không ngừng của 4 thành viên trong nhóm chúng em. Mong muốn được tốt
nghiệp và được để lại một đóng góp nho nhỏ cho Khoa của mình là niềm mơ ước
và là niềm vinh dự lớn lao không chỉ của mỗi thành viên trong nhóm.
Khi thực hiện đồ án này, chúng em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu và
làm việc với nhau một cách nghiêm túc với mong muốn đạt được kết quả tốt nhất.
Tuy nhiên, vì bản thân còn ít kinh nghiệm nên không tránh khỏi những thiếu sót
nhất định. Chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Cơ khí giao
thông đã tận tụy truyền đạt những kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời
gian học tập. Đặc biệt, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GVHD:
PGS.TS. Trần Thanh Hải Tùng – Người đã quan tâm giúp đỡ cho chúng em trong
suốt quá trình làm việc... Và một lần nữa xin chân thành cảm ơn đến các Anh –
Chị và các bạn đã đóng góp ý kiến, chia sẽ kinh nghiệm tạo điều kiện thuận lợi để
nhóm hoàn thành đồ án này.
Xin trân trọng biết ơn!
Đà Nẵng, ngày 15 tháng 6 năm 2012
Sinh viên
Nguyễn Văn Bằng

(Lớp 10C4LT)

Phan Minh Nhật

(Lớp 10C4LT)

Trịnh Việt Quang

(Lớp 10C4LT)

Nguyễn Văn Thời

(Lớp 10C4LT)

1


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

Các ký hiệu và viết tắt
STT

Kí hiệu và
từ viết tắt

Nghĩa tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

1

ECU

Electronic Control Unit

Bộ điều khiển điện tử

2

EFI

Electronic Fuel Injection

Phun nhiên liệu điện tử

3

ESA

Electronic Spark Advance

Đánh lửa sớm điện tử

4

ROM

Read Only Memory

Bộ nhớ chỉ đọc

5

RAM

Radom Access Memory

Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên

Electrically
6

EEPROM

Programable

Erasable
Read

Only

Memory
7

DTC

8

IC

9

Bộ nhớ chỉ đọc có thể xóa và
lập trình bằng điện

Diagnostic Trouble Code

Mã lỗi chẩn đoán

Integrated Circuit

Mạch tích hợp

MPI

Multi Point Fuel Injection

Phun nhiên liệu đa điểm

10

ADC

Analog/Digital Converter

11

MAP

12

IAT

Intake Air Temperature

Nhiệt độ không khí nạp

13

MIL

Malfunction Indicator Light

Đèn báo sự cố

14

OBD

On-Board Diagnostics

Hệ thống chẩn đoán trên xe

15

RPM

Revolutions Per Minute

Số vòng quay trong một phút

16

TPS

Throttle Position Sensor

Cảm biến vị trí bướm ga

17

VSS

Vehicle Speed Sensor

Cảm biến tốc độ xe

Bộ chuyển đổi tín hiệu tương
tự/số

Manifold Absolute Pressure Cảm biến áp suất tuyệt đối
đường ống nạp

2


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

1. TỔNG QUAN
1.1. Mục đích - ý nghĩa của đề tài
Việc thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ 3S-FE

có bổ sung phần chẩn đoán mã lỗi và hiển thị mã lỗi bằng màn hình tinh thể lỏng
LCD không nằm ngoài mục đích chính của nhóm chúng em đó là hoàn thành đồ án
để tốt nghiệp ra trường. Ngoài ra thiết bị này cũng là cơ sở giúp cho giáo viên có
thể sử dụng để truyền đạt những kinh nghiệm, kiến thức chuyên môn về động cơ,
vi điều khiển cho sinh viên. Qua đó, sinh viên dễ dàng tiếp cận và hiểu tường tận
hơn về những kiến thức đã được học nhờ vào việc đo đạt, thực hành trực tiếp trên
mô hình.
1.2. Lịch sử phát triển của hệ thống phun xăng điện tử EFI
1.2.1. EFI là gì
Chữ EFI ở phía sau thân của các ôtô đời mới và trên động cơ là chữ viết tắt của
Electronic Fuel Injection, có nghĩa là hệ thống phun xăng điều khiển bằng điện tử.
Hệ thống này cung cấp hỗn hợp khí cho động cơ một cách hoàn hảo. Tuy nhiên,
tuỳ theo chế độ làm việc của ôtô, EFI thay đổi tỷ lệ khí – nhiên liệu để luôn luôn
cung cấp cho động cơ một hỗn hợp khí tối ưu. Cụ thể ở chế độ khởi động trong
thời tiết lạnh giá, hỗn hợp khí được cung cấp giàu xăng, sau khi động cơ đã đạt
được nhiệt độ vận hành, hỗn hợp khí sẽ nghèo xăng hơn. Ở chế độ cao tốc lại được
cung cấp hỗn hợp khí giàu xăng trở lại.
Trên ôtô sử dụng một trong hai thiết bị là bộ chế hoà khí hoặc hệ thống phun
xăng điện tử EFI để cung cấp hỗn hợp khí – nhiên liệu với một tỷ lệ chính xác đến
các xylanh của động cơ tại tất cả các dải tốc độ, một bộ chế hòa khí hay hệ thống
EFI (phun xăng điện tử). Cả hai hệ thống đo lượng khí nạp thay đổi theo góc mở
của bướm ga và tốc độ động cơ, đều cung cấp một tỷ lệ nhiên liệu và không khí
thích hợp đến các xylanh phụ thuộc vào lượng khí nạp.
Do kết cấu của chế hoà khí khá đơn giản, nó đã được sử dụng trên hầu hết các
động cơ xăng trước đây. Mặc dù vậy, để đáp ứng các nhu cầu hiện nay về khí xả
sạch hơn, tiêu hao nhiên liệu kinh tế hơn, cải thiện khả năng tải... Bộ chế hòa khí
ngày nay phải được lắp đặt các thiết bị hiệu chỉnh khác nhau, làm cho nó trở thành
một hệ thống phức tạp hơn.
Do vậy, hệ thống EFI được sử dụng thay thế cho chế hòa khí, đảm bảo tỷ lệ khí
– nhiên liệu thích hợp cho động cơ bằng việc phun nhiên liệu điều khiển điện tử

theo các chế độ lái xe khác nhau.

3


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

1.2.2. Lịch sử phát triển
Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Mỹ - ông Stevan – đã nghĩ ra cách phun nhiên
liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên
liệu vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả. Đầu thế kỷ 20, người Đức áp
dụng hệ thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 kỳ tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên
động cơ này là dầu hoả nên hay bị kích nổ và hiệu quả 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. 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 được phun trực tiếp vào trước xupáp hút nên có tên gọi là K - Jetronic (K –
Konstan - liên tục, Jetronic - phun). K - Jetronic được đưa 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 như: KE - Jetronic, Mono - Jetronic, L Jetronic, Motronic...
Do hệ thống phun xăng cơ khí còn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80,
BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun xăng sử dụng kim phun điều khiển bằng điện.
Có 2 loại: hệ thống L – Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định nhờ cảm biến đo
lưu lượng khí nạp) và D – Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định dựa vào áp
suất chân không trên đường ống nạp).
Đến năm 1984, người 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 những năm 1987, hãng Nissan dùng L - Jetronic thay bộ chế
hòa khí của xe Nissan Sunny.
Việc điều khiển EFI có thể được chia làm hai loại, dựa trên sự khác nhau về

phương pháp dùng để xác định lượng nhiên liệu phun.
Một là loại mạch tương tự, loại này điều khiển lượng phun dựa vào thời gian
cần thiết để nạp và phóng một tụ điện. Loại khác là loại được điều khiển bằng vi
xử lý, loại này sử dụng dữ liệu lưu trong bộ nhớ để xác định lượng phun.
Loại hệ thống EFI điều khiển bằng mạch tương tự là loại được Toyota sử dụng
lần đầu tiên trong hệ thống EFI của nó. Loại điều khiển bằng vi xử lý được bắt đầu
sử dụng vào năm 1982.
Loại hệ thống EFI điều khiển bằng bộ vi xử lý được sử dụng trong xe của
Toyota gọi là TCCS (Toyota Computer Controled System – Hệ thống điều khiển
bằng máy tính của Toyota), nó không chỉ điều khiển lượng phun mà còn bao gồm
ESA (Electronic Spark Advance – Đánh lửa sớm điện tử) để điều khiển thời điểm
4


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

đánh lửa; ISC (Idle Speed Control – Điều khiển tốc độ không tải) và các hệ thống
điều khiển khác cũng như chức năng chẩn đoán và dự phòng. Hai hệ thống này có
thể được phân loại như sau:
EFI (loại mạch tương tự)

EFI (loại điều khiển bằng bộ vi xử lý)
Hệ thống
điều khiển
động cơ

ESA
ISC
TCCS
Chẩn đoán

Dự phòng
Hệ thống khác

Hình 1-1 Sơ đồ phân loại hệ thống phun xăng điện tử
Loại EFI mạch tương tự và điều khiển bằng bộ vi xử lý về cơ bản là giống nhau,
nhưng có thể nhận thấy một vài điểm khác nhau như về các lĩnh vực điều khiển và
độ chính xác.
1.2.3. Phân loại
Hệ thống phun nhiên liệu có thể được phân loại theo nhiều kiểu.
Nếu phân biệt theo cấu tạo kim phun, ta có 2 loại:
1.2.3.1. Loại CIS (Continuous Injection System)
Đây là kiểu sử dụng kim phun cơ khí, gồm 4 loại cơ bản:
+ Hệ thống K – Jectronic: việc phun nhiên liệu được điều khiển hoàn toàn
bằng cơ khí.
+ Hệ thống K – Jectronic có cảm biến khí thải: có thêm cảm biến oxy.
+ Hệ thống KE – Jectronic: hệ thống K – Jectronic với mạch điều chỉnh áp
lực phun bằng điện tử.

5


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

+ Hệ thống KE – Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng điện
tử.
1.2.3.2. Loại AFC (Air flow Controlled Fuel Injection)
Đây là kiểu sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Hệ thống phun xăng với
kim phun điện có thể chia làm 2 loại chính:
+ D – Jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất): với lượng
xăng phun được xác định bởi áp suất sau cánh bướm ga bằng cảm biến MAP

(Manifold absolute pressure sensor).
+ L – Jectronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức nghĩa là không khí):
với lượng xăng phun được tính toán dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo
gió dây nhiệt, LU – Jetronic với cảm biến gió kiểu siêu âm...
Trong loại này nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng
AFC được chia làm 2 loại:
+ Loại TBI (Throttle body injection) – phun đơn điểm
+ Loại MPI (Multi point fuel injection) – phun đa điểm
1.2.4. Giới thiệu một số hệ thống phun xăng điển hình
1.2.4.1. Hệ thống phun xăng điều khiển bằng cơ khí – điện tử (K-Jetronic)

Hình 1-2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống K-JETRONIC
1- Bình xăng; 2- Bơm xăng điện;3- Lọc xăng; 4- Vòi phun; 5- Xupáp; 6- Cảm biến
vị trí bướm ga; 7- Cảm biến lưu lượng không khí; 8- Cảm biến nhiệt độ nước; 9Cảm biến tốc độ trục khuỷu; 10- Cảm biến ôxy; 11- Đường ống thải; 15- Vòi phun
khởi động lạnh; 16- Đường không tải; 17- Bộ phân phối định lượng xăng; 18Thiết bị chấp hành thuỷ điện; 20- Bộ tiết chế sưởi nóng động cơ; 21- Công tắc
nhiệt thời gian.
6


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

Hệ thống phun xăng K-JETRONIC là hệ thống phun xăng cơ bản đối với các
kiểu phun xăng điện tử hiện đại ngày nay. Hệ thống K-JETRONIC là hệ thống
phun nhiên liệu kiểu thủy cơ. Lượng nhiên liệu cung cấp được điều khiển từ lượng
không khí nạp và nó phun liên tục một lượng nhiên liệu vào cạnh xupáp nạp của
động cơ.
Các chế độ làm việc của động cơ đòi hỏi có sự điều chỉnh hỗn hợp cung cấp, sự
điều chỉnh được thực hiện bởi hệ thống K-JETRONIC, nó đảm bảo được suất tiêu
hao nhiên liệu và vấn đề độc hại của khí thải. Sự kiểm tra trực tiếp lưu lượng
không khí, cho phép hệ thống K-JETRONIC đạt được sự tính toán phù hợp với sự

thay đổi chế độ làm việc của động cơ. Để giải quyết vấn đề ô nhiễm nó được kết
hợp với các thiết bị chống ô nhiễm. Lượng khí thải được kiểm tra chính xác bằng
lượng không khí nạp vào động cơ.
Kiểu K-JETRONIC được quan niệm có gốc giống như một hệ thống hoàn toàn
bằng cơ khí, trong thực tế nó được kết hợp với các thiết bị điện tử để điều khiển
hỗn hợp khí nạp.
Hệ thống K-JETRONIC bao gồm các chức năng sau:
- Cung cấp nhiên liệu.
- Đo lưu lượng dòng không khí nạp.
- Định lượng và phân phối nhiên liệu.
* Cung cấp nhiên liệu: Dùng một bơm điện để cung cấp nhiên liệu, nhiên liệu
sau khi qua bộ lọc và bộ tích năng nó sẽ được định lượng và phân phối đến các
kim phun của động cơ.
* Đo lường lưu lượng dòng không khí nạp: Lượng không khí nạp của động cơ
được điều khiển bởi cánh bướm ga và được kiểm tra bởi bộ đo lưu lượng khí nạp.
* Định lượng và phân phối nhiên liệu: lượng không khí nạp được xác định bởi
vị trí của cánh bướm ga và được kiểm tra bởi bộ đo lưu lượng không khí, từ đó nó
điều khiển sự định lượng và phân phối nhiên liệu. Bộ đo lưu lượng không khí và
bộ định lượng phân phối nhiên liệu thành bộ tiết chế hỗn hợp.
Kim phun nhiên liệu phun liên tục độc lập ở xupáp nạp, ở quá trình nạp hỗn hợp
dự trữ này sẽ được cung cấp vào các xylanh của động cơ.
Sự làm giàu hỗn hợp trong hệ thống có vai trò quan trọng trong khi thay đổi chế
độ làm việc của động cơ như tăng tốc, cầm chừng, đầy tải và khởi động.
Như sơ đồ khối mô tả đường đi của không khí và nhiên liệu. Không khí đi từ
lọc gió đến cảm biến lưu lượng không khí, rồi sau đó qua cánh bướm ga vào động
cơ tại thời điểm xupáp nạp mở còn nhiên liệu đi từ thùng chứa nhiên liệu được
7


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

bơm xăng hút lên đi qua lọc xăng, bộ tích năng, để tới bộ định lượng và phân phối
nhiên liệu. Tại đây nhiên liệu được chia ra cho các xylanh với một lượng thích
hợp.
Sau đây là sơ đồ khối thể hiện phương pháp tạo hỗn hợp trên động cơ phun
xăng rất cơ bản.

Không khí

Nhiên liệu

Lọc khí nạp

Lọc xăng
và bơm xăng

Cảm biến lưu
lượng gió

Bộ định phân
nhiên liệu

Cánh bướm ga

Kim phun
Nhiên liệu

Đường ống nạp

Buồng đốt

Hình 1-3 Sơ đồ khối của hệ thống phun xăng K-JETRONIC

8


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

1.2.4.2. Hệ thống phun xăng điện tử D- Jetronic
2

1
26
25

3

4
5
6
7
8

24
23

9

22

10

PIM

11

21

12

20
19

13
14
18

17

16

15

Hình 1-4 Sơ đồ động cơ phun xăng điện tử
1- Cảm biến tốc độ; 2- Bảng đồng hồ; 3- Rơle đèn hậu; 4- Rơle bộ sấy kính; 5Khoá điện; 6- Rơle mở mạch; 7- Đèn CHECK ENGINEE; 8- Khuếch đại điều hoà;
9- Ắcquy; 10- ECU động cơ; 11- Bộ chia điện và IC đánh lửa; 12- Biến trở; 13Cảm biến Oxy; 14- TWC; 15- Cảm biến nhiệt độ nước; 16- Cảm biến kích nổ; 17Vòi phun; 18- Bộ điều áp; 19- Cảm biến vị trí bướm ga; 20- Cảm biến nhiệt độ khí
nạp; 21- Van ISC; 22- Cảm biến áp suất đường ống nạp; 23- Bình xăng; 24- Bơm
nhiên liệu; 25- Giắc kiểm tra; 26- Công tắc khởi động trung gian
Các chức năng của hệ thống điều khiển động cơ bao gồm EFI, ESA và ISC
chúng điều khiển các tính năng cơ bản của động cơ, chức năng chẩn đoán, chức
năng dự phòng và an toàn chỉ hoạt động khi có trục trặc trong các hệ thống điều
khiển này.

Ngoài ra thiết bị điều khiển phụ trên động cơ như hệ thống điều khiển khí nạp…
Chức năng này đều được điều khiển bằng ECU động cơ.
9


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

* Chức năng của hệ thống điều khiển:
- Đối với hệ thống phun xăng điện tử (EFI):
Một bơm nhiên liệu cung cấp đủ nhiên liệu dưới một áp suất không đổi đến các
vòi phun.
Các vòi phun sẽ phun một lượng nhiên liệu định trước vào đường ống nạp theo
tín hiệu từ ECU động cơ. ECU động cơ nhận các tín hiệu từ rất nhiều cảm biến
khác nhau thông báo về sự thay đổi của các chế độ hoạt động của động cơ như:
+ Áp suất đường ống nạp (PIM)
+ Góc quay trục khuỷu (G)
+ Tốc độ động cơ (NE)
+ Tăng tốc, giảm tốc (VTA)
+ Nhiệt độ nước làm mát (THW)
+ Nhiệt độ khí nạp(THA)
ECU sử dụng các tín hiệu này để xác định khoảng thời gian phun cần thiết nhằm
đạt được tỷ lệ khí - nhiên liệu tối ưu phù hợp với điều kiện hoạt động hiện thời của
động cơ.

2

3

1

Hình 1-5 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ
1. Vòi phun; 2- ECU; 3- Các cảm biến
- Đối với hệ thống đánh lửa sớm (ESA):
ECU động cơ lập trình với số liệu để đảm bảo thời điểm đánh lửa tối ưu dưới
bất kỳ chế độ hoạt động nào của động cơ. Dựa trên các số liệu này, và các số liệu
10


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

do các cảm biến theo dõi các chế độ hoạt động của động cơ cung cấp như mô tả
dưới đây. ECU động cơ sẽ gởi tín hiệu IGT (thời điểm đánh lửa) đến IC đánh lửa
để phóng tia lửa điện tại thời điểm chính xác.
3
1

2
4

5

Hình 1-6 Sơ đồ điều khiển động cơ (đánh lửa sớm điện tử)
1- Bugi; 2- Bộ chia điện; 3- Cuộn đánh lửa và IC đánh lửa; 4- ECU động cơ;
5- Các cảm biến
- Đối với hệ thống điều khiển tốc độ không tải (ISC):
ECU động cơ lập trình với các giá trị tốc độ động cơ tiêu chung tương ứng với
các điều kiện như sau:
+ Nhiệt độ nước làm mát.
+ Điều hòa không khí (A/C)
Các cảm biến truyền tín hiệu đến ECU nó sẽ điều khiển dòng khí bằng van ISC,

chạy qua đường khí phụ và điều chỉnh tốc độ không tải đến giá trị tiêu chuẩn.
* Chức năng chẩn đoán:
ECU động cơ thường xuyên theo dõi các tín hiệu gởi đến từ các cảm biến khác
nhau. Nếu nó phát hiện ra bất kỳ sự sai khác nào trong các tín hiệu đầu vào so với
tín hiệu chuẩn được nhà chế tạo cài đặt sẳn trong ECU, lập tức ECU động cơ sẽ
lưu dữ liệu này trong bộ nhớ của nó và bật sáng đèn “CHECK ENGINE”. Khi cần
thiết nó sẽ hiển thị hư hỏng bằng cách nháy đèn “CHECK ENGINE” qua dụng cụ
quét hay phát ra tín hiệu điện áp.
* Chức năng an toàn:
Nếu các tín hiệu vào ECU động cơ không bình thường, ECU động cơ sẽ chuyển
sang dùng các giá trị tiêu chuẩn lưu ở bộ nhớ trong để điều khiển động cơ, điều
11


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

này cho phép nó điều khiển được động cơ nên tiếp tục được hoạt động bình thường
của xe.
* Chức năng dự phòng:
Nếu thậm chí trong trường hợp một phần của ECU không hoạt động, chức năng
dự phòng vẫn có thể tiếp tục điều khiển việc phun nhiên liệu và thời điểm đánh
lửa. Điều này cho phép nó điều khiển động cơ nên tiếp tục được hoạt động bình
thường của xe.
ECU động cơ còn điều khiển cả hệ thống điều khiển khí và các hệ thống phụ
khác.
1.2.4.3. Hệ thống phun xăng điện tử L- Jetronic

Hình 1-7 Sơ đồ nguyên lý HTPX điện tử L –JETRONIC
1- Bình xăng; 2- Bơm xăng điện; 3- Lọc xăng; 4- Vòi phun; 5- Bộ ổn định áp suất;
6- Cảm biến vị trí bướm ga; 7- Cảm biến lưu lượng không khí; 8- Cảm biến nhiệt

độ nước; 9- Cảm biến vị trí trục khuỷu; 10- Cảm biến ôxy; 11- Đường ống thải;
12- Lọc không khí; 13- Cảm biến nhiệt độ không khí; 14- Bộ tích tụ xăng.
L - JETRONIC là hệ thống phun xăng nhiều điểm điều khiển bằng điện tử.
Xăng được phun vào cửa nạp của xylanh động cơ theo từng lúc chứ không phải
liên tục quá trình phun xăng và định lượng nhiên liệu được thực hiện nhờ kết hợp
hai kỹ thuật: đo trực tiếp khối lượng không khí nạp và các khả năng điều khiển đặc
biệt của điện tử.

12


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

Chức năng của hệ thống phun xăng là cung cấp cho từng xylanh động cơ một
lượng xăng chính xác đáp ứng nhu cầu tải trọng của động cơ. Một loạt các cảm
biến ghi nhận dữ kiện về chế độ làm việc của ôtô chuyển đổi các dữ kiện này thành
tín hiệu điện. Sau đó các tín hiệu này được nhập vào bộ xử lý và bộ điều khiển
trung tâm ECU. ECU sẽ xử lý, phân tích các thông tin nhận được và tính toán
chính xác lượng xăng cần phun ra, lưu lượng xăng phun ra được ấn định do thời
lượng mở van của vòi phun xăng.
Một bơm xăng cung cấp nhiên liệu cho động cơ và tạo áp suất đủ mạnh để phun
vào xylanh. Các vòi phun xăng phun nhiên liệu vào cửa nạp của từng xylanh dưới
sự điều khiển của bộ xử lý và điều khiển trung tâm ECU. Hệ thống phun xăng điện
tử L-JETRONIC bao gồm các hệ thống chức năng cơ bản sau đây:
+ Hệ thống cung cấp nhiên liệu
+ Hệ thống ghi nhận thông tin về chế độ hoạt động của động cơ
+ Hệ thống định lượng nhiên liệu
Hệ thống cung cấp nhiên liệu đảm trách 3 chức năng:
+ Hút xăng từ buồng chứa để bơm đến các vòi phun.
+ Tạo áp suất cần thiết để phun xăng.

+ Duy trì ổn định áp suất nhiên liệu trong hệ thống.
Hệ thống ghi nhận thông tin:
Một loạt các cảm biến ghi nhận các thông tin về chế độ làm việc khác nhau của
động cơ. Thông tin quan trọng nhất là khối lượng không khí nạp vào động cơ,
thông tin này được ghi nhận nhờ bộ cảm biến khối lượng không khí nạp. Các bộ
cảm biến khác ghi nhận thông tin về vị trí bướm ga mở lớn hay mở nhỏ, về vận tốc
trục khuỷu động cơ, về nhiệt độ không khí nạp và nhiệt độ động cơ.
Hệ thống định lượng nhiên liệu:
Bộ xử lý và điều khiển trung tâm ECU tiếp nhận thông tin của các bộ cảm
biến nói trên, đánh giá xử lý thông tin này, lọc vào khuếch đại thành những tín
hiệu ra, sau đó đưa đến các vòi phun điều khiển mở van phun xăng.
* Nhận xét, đánh giá các loại hệ thống phun xăng điện tử so với động cơ
dùng bộ chế hoà khí trước đây:
Qua trình bày các loại hệ thống phun xăng điển hình nêu trên chúng ta thấy rằng
hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử nói chung có nhiều ưu điểm hơn so với hệ
thống nhiên liệu dùng bộ chế hoà khí. Trong đó loại D-Jetronic có những ưu điểm
hơn như sau:
13


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

 Tiết kiệm nhiên liệu hơn
Trong hệ thống cung cấp nhiên liệu bằng bộ chế hòa khí do nơi kết cấu chia cắt
của ống góp hút, các xylanh nhận được khí hỗn hợp không đồng nhất. Công tạo ra
trong thì nổ của các xylanh không đều nhau, gây ra sự hao tổn nhiên liệu. Trong hệ
thống D-JETRONIC mỗi xylanh được bố trí một vòi phun xăng. Các vòi phun
xăng của động cơ được điều khiển do cùng một bộ xử lý điều khiển trung tâm, nhờ
vậy các xylanh động cơ được cung cấp lượng xăng đồng nhất ở bất cứ chế độ hoạt
động nào của ôtô.

 Thích nghi với các chế độ tải trọng khác nhau:
Hệ thống phun xăng điện tử D-JETRONIC có khả năng đáp ứng việc cung cấp
nhiên liệu cho động cơ ở tất cả chế độ và tải trọng thay đổi khác nhau của ôtô. Đặc
biệt là đáp ứng và can thiệp cực nhanh, bộ điều chỉnh và điều khiển trung tâm ECU
điều khiển vòi phun xăng vào xylanh trong thời gian cực nhanh tính bằng phần
ngàn của giây.
 Giảm lượng độc hại trong khí thải
Hệ thống D-JETRONIC có khả năng cung cấp hỗn hợp với tỷ lệ xăng –
không khí tối ưu, đáp ứng đúng về yêu cầu vấn đề môi trường ngày nay của quốc
tế.
 Công suất cao.
Trên động cơ dùng bộ chế hòa khí, cho dù ống góp hút được thiết kế đúng quy
luật khí động học, hệ số nạp vào xylanh vẫn thấp. Nguyên nhân là khí hỗn hợp có
lẫn xăng nặng nên lưu thông khó. Đối với hệ thống phun xăng chỉ có không khí
lưu thông trong ống góp hút không khí nhẹ nên lưu thông nhanh và nhiều hơn,
xăng được phun thẳng vào cửa nạp của xylanh, nhờ vậy hệ số nạp lớn kết quả là
công suất động cơ tăng.
* Kết luận: Qua việc tìm hiểu về những hệ thống phun xăng điển hình trên đây
xét về những ưu, nhược điểm của từng hệ thống ta thấy trên động cơ Toyota 3S-FE
sử dụng hệ thống nhiên liệu loại D-JETRONIC.
1.3. Cơ sở lý thuyết của hệ thống phun xăng
Quá trình tạo hỗn hợp cháy được coi là có chất lượng cao khi nó thoả mãn được
những yêu cầu sau:
- Nhiên liệu phải được hòa trộn đều với toàn bộ lượng khí có trong buồng cháy,
hay nói cách khác: hỗn hợp cháy phải đồng nhất.
- Thành phần hỗn hợp cháy phải phù hợp với chế độ làm việc của động cơ.

14

Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

- Hỗn hợp cháy phải được phân bố đồng đều cho các xylanh của động cơ nhiều
xylanh.
1.3.1. Tỷ lệ nhiên liệu – không khí
Hệ thống nhiên liệu trên động cơ xăng có chức năng làm thay đổi tỷ lệ nhiên
liệu – không khí; để có được tỷ lệ hỗn hợp khí tối ưu cho mọi chế độ làm việc khác
nhau của động cơ. Thông thường một gam nhiên liệu hòa lẫn với 15 gam không
khí, ta có tỷ lệ 1/15. Hỗn hợp khí với tỷ lệ 1/13 gọi là giàu nhiên liệu và 1/17 gọi là
nghèo nhiên liệu (1/17<1/15<1/13).
Hình 1-8 cho ta thấy đường biểu diễn thành phần hỗn hợp khí cung cấp cho
động cơ trong các chế độ làm việc khác nhau. Lúc khởi động trời lạnh, tỷ lệ hỗn
hợp khí là 1/9, trong chế độ chạy cầm chừng 1/12, ở vận tốc trung bình hỗn hợp
khí nghèo nhiên liệu hơn vào khoảng 1/15. Lúc lái xe tăng tốc, tỷ lệ hỗn hợp khí
được thể hiện bằng các đường cong đứt quãng, khi mở lớn tối đa bướm ga hỗn hợp
khí cũng được thêm xăng. Việc thay đổi tỷ lệ hỗn hợp khí nhằm mục đích luôn

Tỷ lệ không khí - xăng

luôn nạp đủ nhiên liệu vào xylanh.

Tốc độ xe (dặm/ giờ)
Hình 1-8 Đường biểu diễn thành phần hỗn hợp khí cung cấp cho động cơ
ở nhiều chế độ tải khác nhau
1.3.2. Tỷ lệ hỗn hợp khí lý tưởng
Tỷ lệ hỗn hợp khí lý tưởng 1/14,7 được giới thiệu ở hình 1-9. Gọi là lý tưởng
bởi vì lượng oxy trong không khí của hỗn hợp khí này hoàn toàn thích ứng với
lượng hydro trong nhiên liệu giúp cho quá trình cháy của hỗn hợp khí được hoàn
chỉnh nhất. Sẽ xảy ra tình trạng nhiều nhiên liệu đối với hỗn hợp khí có tỷ lệ 1/14,
cũng như quá trình dư thừa oxy đối với hỗn hợp có tỷ lệ 1/16.

Nhằm làm giảm tình trạng ô nhiễm môi trường, ôtô thế hệ mới được trang bị
bầu hóa khử (catalytic converter). Để bộ này có thể hoạt động được tốt, đòi hỏi
phải duy trì tỷ lệ hỗn hợp khí ở mức lý tưởng 1/14,7.
15


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

Ngưỡng tốt nhất

Hiệu suất hoá khử %

Tỷ lệ không khí - xăng
Hình 1-9 Ngưỡng cửa của tỷ lệ nhiên liệu – không khí cần phải duy trì
nhằm giúp bộ xúc tác hoá khử ba chức năng hoạt động tốt
1.3.3. Hệ số dư lượng không khí λ
Để chỉ rõ mức độ sai biệt giữa tỷ lệ nhiên liệu – không khí cung cấp thực tế cho
động cơ so với tỷ lệ hỗn hợp lý tưởng (1/14,7) người ta chọn hệ số dư lượng λ.
λ = Lượng không khí nạp/Lượng không khí yêu cầu lý tưởng.
Trên hình 1-10 giới thiệu đồ thị về ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí λ
đối với công suất P và suất tiêu hao nhiên liệu ge. Ta tìm hiểu ảnh hưởng này như

Công suất, suất tiêu hao
nhiên liệu ge

sau:

Hình 1-10 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí λ đối với công suất P
và đối với suất tiêu hao nhiên liệu ge

16


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

+ λ = 1: Lượng không khí nạp bằng lượng không khí yêu cầu lý tưởng. Hệ số
dư lượng không khí này sẽ cho một tỷ lệ hỗn hợp khí lý tưởng và cho phép động
cơ vận hành ổn định ở chế độ chạy cầm chừng.
+ λ < 1: Thiếu không khí nạp hay hỗn hợp khí giàu nhiên liệu. Công suất
động cơ tăng,  trong khoảng 0,85 – 0,95.
+ λ > 1: Dư không khí nạp hay hỗn hợp khí nghèo nhiên liệu. Công suất
động cơ giảm,  trong khoảng 1,05  1,30, đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu cũng
giảm.
+ λ > 1,3: Hỗn hợp quá nghèo nhiên liệu, không thể tiếp tục cháy được.
+ λ = 0,95  0,85: Hỗn hợp cháy tốt, phát huy hết công suất tối đa cho động
cơ. Lượng không khí thiếu so với lý tưởng khoảng 5% - 15%.
+ λ = 1,1  1,2: Suất tiêu hao nhiên liệu bé tối đa, dư lượng không khí
khoảng 20%.
+ λ = 0,85  0,75: Thiếu khoảng 15% - 25% không khí. Động cơ nổ chuyển
tiếp tốt. Chuyển tiếp có nghĩa là thay đổi từ chế độ làm việc này sang chế độ làm
việc khác.
1.3.4. Tính đồng nhất của hỗn hợp cháy
Hỗn hợp cháy được gọi là đồng nhất khi nó có thành phần như nhau tại mọi khu
vực trong buồng cháy. Để được trạng thái này, nhiên liệu phải bốc hơi hoàn toàn
và hoà trộn đều với lượng khí trong xylanh.
Mức độ đồng nhất của hỗn hợp cháy có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, công
suất và hàm lượng các chất độc hại trong khí xả. Hỗn hợp cháy càng đồng nhất thì
lượng không khí thực tế cần thiết để đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng
nhiên liệu sẽ càng nhỏ. Nói cách khác, độ đồng nhất càng lớn thì động cơ có thể
làm việc với hỗn hợp cháy có hệ số dư lượng không khí càng nhỏ mà vẫn đảm bảo

yêu cầu đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu. Nếu hỗn hợp cháy không đồng nhất, sẽ có
những khu vực trong buồng đốt thiếu hoặc thừa oxy. Tại khu vực thiếu oxy, nhiên
liệu cháy không hoàn toàn sẽ làm giảm hiệu suất nhiệt của động cơ và làm tăng
hàm lượng các chất độc hại trong khí thải. Việc thừa oxy quá mức cũng làm giảm
hiệu suất của động cơ do phải tiêu hao năng lượng cho việc sấy nóng, nạp và xả
phần không khí dư quá mức, đồng thời làm giảm hiệu quả sử dụng dung tích công
tác của xylanh.
Độ đồng nhất của hỗn hợp cháy được quyết định bởi các yếu tố: Tính chất vật lý
của nhiên liệu (tính hoá hơi, sức căng bề mặt, độ nhớt), nhiệt độ không khí của bề
17


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

mặt tiếp xúc với hỗn hợp cháy (vách đường ống nạp, đỉnh pittông, thành xylanh),
chuyển động rối của khí trong đường ống nạp và trong xylanh...
Các biện pháp để nâng cao tính đồng nhất của hỗn hợp cháy thường được sử
dụng là:
+ Sấy nóng đường nạp để xăng hoá hơi nhanh.
+ Phun xăng thành những hạt có kích thước nhỏ.
+ Tạo ra vận động rối của môi chất công tác trong đường ống nạp và xylanh
bằng cách thiết kế đường ống nạp, buồng cháy có kích thước, cấu tạo hợp lý.
1.3.5. Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cháy đến công suất (Ne ) và suất
tiêu hao nhiên liệu (ge) của động cơ
Hình 1-11 giới thiệu dạng điển hình của đường Ne và ge theo đặc tính điều chỉnh
hỗn hợp cháy của động cơ xăng, tức là đường cong thể hiện đặc điểm biến thiên
của Ne và ge theo λ khi động cơ chạy ở tốc độ quay không đổi trong điều kiện giữ
nguyên vị trí bướm ga.
Theo đặc tính điều chỉnh hỗn hợp cháy của động cơ xăng, Ne giảm dần theo
chiều tăng của λ do tốc độ cấp nhiệt giảm. Khi hỗn hợp cháy được làm đậm dần,

công suất của động cơ sẽ tăng và đạt trị số cực đại ứng với λ = λN, tại đó lượng
nhiên liệu được tăng thêm do giảm λ cân bằng với lượng nhiên liệu cháy không
hoàn toàn do thiếu oxy. Nếu tiếp tục làm đậm hỗn hợp cháy, công suất của động cơ
giảm do chất lượng quá trình cháy bị ảnh hưởng, nhiên liệu cháy không hoàn toàn.
Về phương diện hiệu quả biến đổi năng lượng, ge sẽ giảm mạnh theo chiều tăng
của λ trong phạm vi λ < 1 do lượng nhiên liệu cháy không hoàn toàn giảm. Trị số
của hệ số dư lượng không khí ứng với suất tiêu hao nhiên liệu cực tiểu (λg) tuỳ
thuộc vào nhiều yếu tố như: tải, tốc độ quay, giới hạn loãng có ích... Nếu tiếp tục
làm loãng hỗn hợp cháy (λ > λg) suất tiêu thụ nhiên liệu sẽ tăng do tốc độ cháy
giảm, quá trình cháy không ổn định.

18


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

Hình 1-11 Ảnh hưởng của λ đến Ne và ge của động cơ xăng
1.3.6. Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cháy tới hiệu suất của động cơ
Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cháy tới hiệu suất của động cơ xăng được
thể hiện trên hình 1-12. Đường nét đứt biểu diễn đặc điểm biến thiên của hiệu suất
lý thuyết (t) theo λ; t sẽ giảm nhanh khi λ giảm trong khu vực λ ≤ 1 do phần
nhiên liệu cháy không hoàn toàn tăng. Ở khu vực λ ≥ 1, nhiên liệu cháy hoàn toàn
và nhiệt lượng chu trình là không đổi (Q = Const).
Mặc khác, theo chiều tăng của λ trong vùng λ ≥ 1, nhiệt dung riêng của môi chất
công tác sẽ giảm vì cả lượng nhiệt của chu trình ứng với một đơn vị số lượng khí
mới, nhiệt độ của môi chất công tác trong quá trình cháy và giãn nở, hàm lượng
tương đối của các khí nhiều nguyên tử (CO2, H2O) đều giảm. Kết quả là hệ số đoạn
nhiệt (K) sẽ tăng đôi chút và làm cho hiệu suất lý thuyết tăng nhẹ theo chiều tăng
của λ.
Ở động cơ thực tế, hiệu suất chỉ thị (t) cũng sẽ tăng khi hỗn hợp cháy được làm

loãng dần do hiệu suất lý thuyết tăng (I = t.t - i). Tuy nhiên, khác với hiệu suất
lý thuyết, hiệu suất chỉ thị chỉ tăng đến một giá trị nhất định, tại đó quá trình cháy
nhiên liệu vẫn diễn ra bình thường. Khi hỗn hợp cháy quá loãng, quá trình cháy
nhiên liệu sẽ diễn ra chậm và không ổn định, có thể có hiện tượng “bỏ lửa”, tất cả
những yếu tố đó đều góp phần làm giảm hiệu suất chỉ thị của động cơ. Thành phần
hỗn hợp cháy ứng với giá trị cực đại của hiệu suất chỉ thị được gọi là giới hạn làm
loãng có ích λe. Giá trị của λe phụ thuộc vào nhiều yếu tố cấu tạo và vận hành như
sau: loại buồng đốt, số lượng bugi, năng lượng của tia lửa điện, nhiệt độ và áp suất
tại thời điểm đốt cháy nhiên liệu...
19


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

Hình 1-12 Ảnh hưởng của λ đến t và i
1- Với tải bộ phận; 2- Với 100% tải; 3- Với 2 bugi cho mỗi xilanh;
4- Với khí mới phân lớp; 5- Với buồng đốt trước
1.3.7. Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cháy đến độ độc hại của khí thải
Thành phần hỗn hợp cháy cũng ảnh hưởng rõ rệt đến độ độc hại của khí thải.
Hình 1-13 giới thiệu ảnh hưởng của hỗn hợp cháy đến nồng độ một số thành phần

Các lượng khí độc
Co, HC, NOx

độc hại trong khí thải của động cơ xăng.

Hình 1-13 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí λ
đối với thành phần hơi độc trong khí thải ôtô
Qua đồ thị ta thấy khi động cơ phải làm việc với hỗn hợp đậm (lúc đó λ ≤ 1),
trong trường hợp này do thiếu oxy nên sinh ra nhiều khí độc như hyđro cacbon

(HC) do nhiên liệu cháy không hết và cacbon monoxit (CO) do nhiên liệu cháy
không hoàn toàn. Ngược lại, nếu hỗn hợp khí nhiều xăng sẽ sinh ra khí độc oxit
nitrogen (NOx). Hàm lượng NOx trong khí thải có giá trị cực đại khi λ = (1,05 
1,1). Khi nhiên liệu loãng được đốt cháy hoàn toàn (λ ≥ 1) sản phẩm cháy sẽ gồm:
CO2, H2O, O2 còn thừa và N2 của không khí.

20


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

1.3.8. Sự phân bố hỗn hợp cháy giữa các xylanh
Thực trạng cho thấy rằng thành phần hoà khí cung cấp cho từng xylanh riêng
biệt không giống hệt nhau cả về chất và lượng. Nguyên nhân chính là do khi nhiên
liệu chuyển động dọc theo đường ống nạp, thì có một màng mỏng nhiên liệu được
tạo thành dọc theo vách ống ở một tỷ lệ thấp so với lượng hỗn hợp cháy ở dạng
hơi. Điều đó dẫn đến kết quả mỗi xylanh riêng biệt nhận được một lượng nhiên
liệu không giống nhau về lượng cũng như về chất. Thực nghiệm cũng chỉ ra thành
phần hoà khí không đồng đều theo từng lượng nhỏ riêng biệt về thành phần chống
kích nổ của nhiên liệu.
Sự phân bố không đồng đều hỗn hợp cháy cho các xylanh sẽ dẫn đến những hậu
quả sau đây:
- Giảm công suất danh nghĩa và tăng suất tiêu hao nhiên liệu.
- Phụ tải cơ và phụ tải nhiệt không đồng đều ở 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 trị số octane nhỏ.
- Tăng hàm lượng các chất độc trong khí thải...
- Mức độ khác nhau về số lượng giữa lượng nhiên liệu chu trình ở các
xylanh của cùng một động cơ được đặc trưng bằng đại lượng “độ định lượng
không đồng đều gct”.

Các biện pháp thông thường được sử dụng nhằm hạn chế độ định lượng không
đồng đều ở các động cơ xăng bao gồm:
- Kết cấu hệ thống nạp hợp lý.
- Sấy nóng đường ống nạp bằng nhiệt của khí thải để tăng cường sự bay hơi
của nhiên liệu trong đường ống nạp.
- Sử dụng hệ thống phun xăng nhiều điểm.
* Kết luận:
Qua phân tích trên ta thấy rằng quá trình tạo hỗn hợp cháy ở động cơ xăng có
ảnh hưởng trực tiếp đến hàng loạt các chỉ tiêu công tác của động cơ như: Hiệu
suất, công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, độ độc hại khí thải, tính năng khởi động,
sự làm việc ổn định... Do đó, muốn cho hỗn hợp cháy có chất lượng tốt thì phải
đảm bảo các điều kiện sau:
- Tỷ lệ giữa không khí và nhiên liệu thể hiện qua hệ số dư lượng không khí
phải thích hợp với từng chế độ làm việc của động cơ.

21


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

- Nhiên liệu trong hỗn hợp cháy phải giúp cho quá trình cháy tốt nhất, tức là
nhiên liệu phải ở trạng thái hơi, phần nhiên liệu chưa bốc hơi phải là hạt có kích
thước nhỏ.
- Tăng khả năng phân bố đồng đều hỗn hợp cháy cho các xylanh.
Như vậy, hệ thống tạo hỗn hợp cháy ở động cơ xăng cần đảm bảo các yêu cầu
sau:
+ Phải tạo được hỗn hợp cháy có thành phần cần thiết cho mọi chế độ làm
việc của động cơ. Các chế độ bình thường phải đảm bảo tiết kiệm nhiên liệu. Khi
chạy ở chế độ toàn tải phải đảm bảo động cơ phát ra công suất lớn nhất.
+ Có thể điều chỉnh lượng hỗn hợp cháy và thành phần hỗn hợp cháy theo

chế độ làm việc của động cơ.
+ Trong mọi điều kiện khí hậu phải đảm bảo cho động cơ dễ khởi động và
giữ cho động cơ làm việc ở chế độ không tải với tốc độ quay thấp. Dễ điều chỉnh
theo trạng thái kỹ thuật và điều kiện sử dụng của động cơ.
+ Cấu tạo đơn giản, gọn, bền.
+ Dễ bảo dưỡng.
Cho đến những năm 1960, hầu hết động cơ xăng được trang bị hệ thống tạo hỗn
hợp cháy bằng bộ chế hòa khí. Trong những thập niên gần đây nhờ tiến bộ của
khoa học kỹ thuật cũng như những đòi hỏi khắc khe về độ độc hại khí thải mà hệ
thống tạo hỗn cháy bằng cách phun xăng được ra đời, mà đỉnh cao là hệ thống
phun xăng được điều khiển bằng điện tử.
1.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử EFI
Ở đây chúng ta chỉ giới thiệu cơ bản nguyên lý hoạt động chung của hệ thống
phun xăng điện tử EFI, còn kết cấu và nguyên lý làm việc của từng thiết bị thì sẽ
được giới thiệu rõ hơn ở phần sau của bản thuyết minh này.
EFI có thể chia thành ba hệ thống: Hệ thống nhiên liệu và hệ thống nạp khí, hệ
thống điều khiển điện tử. Hệ thống điều khiển EFI cũng có thể được chia thành
điều khiển phun nhiên liệu cơ bản và điều khiển hiệu chỉnh. Ba hệ thống này sẽ
được mô tả chi tiết sau đây:

22


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

Hệ thống
Nhiên liệu

Hệ thống
điều khiển điện tử

Nhiên liệu

Các cảm biến
Cảm biến nhiệt độ nước
Cảm biến nhiệt độ khí nạp
Cảm biến vị trí bướm ga
Tín hiệu khởi động
Tín hiệu cảm biến ô xy

Bơm nhiên liệu

Lọc nhiên liệu

Vòi phun KĐ lạnh

Tín hiệu đánh lửa

Hệ thống
Nạp khí

Lọc gió

CB nhiệt lưu lượng khí

Cổ họng gió

Van khí phụ

Khoang nạp khí

Bộ điều áp

ECU
Điều khiển lượng phun
nhiên liệu

Tín hiệu Các vòi phun
phun

Đường ống nạp

Các xy lanh
Cảm biến l.lượng khí
Cảm nhận lượng khí nạp

Hình 1-14 Sơ đồ tổng quát hệ thống EFI
1.4.1. Điều khiển phun cơ bản
Các thiết bị phun cơ bản duy trì một tỷ lệ tối ưu (gọi là tỷ lệ lý thuyết) của
không khí và nhiên liệu hút vào trong các xylanh. Để thực hiện được điều đó, nếu
có sự gia tăng lượng khí nạp, lượng nhiên liệu phun vào cũng phải gia tăng tỷ lệ
hoặc là nếu lượng khí nạp giảm xuống, lượng nhiên liệu phun ra cũng giảm xuống.

23


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

Lọc gió

CB lưu lượng khí nạp
Cảm nhận lượng khí nạp

Cổ họng gió
PHUN
ECU
Điều khiển lượng phun
cơ bản

Bơm nhiên liệu

Tốc độ động cơ

Đường ống nạp

Các vòi phun

Hỗn hợp khí –
nhiên liệu

Nhiên liệu

Các xy lanh

Hình 1-15 Sơ đồ điều khiển phun cơ bản
1.4.1.1. Dòng không khí
Khi bướm ga mở ra, dòng không khí từ lọc gió đến các xylanh sẽ qua cảm biến
lưu lượng gió, bướm ga và đường ống nạp. Khi dòng không khí đi qua cảm biến
lưu lượng gió, nó sẽ ấn mở tấm đo. Lượng không khí được cảm nhận bằng độ mở
của tấm đo.

Hình 1-16 Sơ đồ dòng không khí
24


Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thống phun xăng đa điểm động cơ Toyota 3S-FE

1.4.1.2. Dòng nhiên liệu
Nhiên liệu được nén lại nhờ bơm nhiên liệu chạy bằng điện và chảy đến các vòi
phun qua bộ lọc. Mỗi xylanh có một vòi phun, nhiên liệu được phun ra khi van
điện từ của nó mở ngắt quãng. Do bộ ổn định áp suất giữ cho áp suất nhiên liệu
không đổi nên lượng nhiên liệu phun ra được điều khiển bằng cách thay đổi
khoảng thời gian phun. Do vậy, khi lượng khí nạp nhỏ, khoảng thời gian phun
ngắn còn khi lượng khí nạp lớn, khoảng thời gian phun dài hơn.

Hình 1-17 Sơ đồ dòng nhiên liệu
1.4.1.3. Cảm nhận khí nạp
Bướm ga điều khiển lượng khí nạp vào động cơ. Bướm ga mở lớn thì lượng khí
lớn hơn sẽ được nạp vào các xylanh. Khi tốc độ thấp, dòng khí nạp sẽ nhỏ và tấm
đo chỉ mở ra một chút. Vậy tốc độ cao và dải tải nặng, dòng khí sẽ lớn hơn và tấm
đo sẽ theo đó mở rộng hơn.

Hình 1-18 Lượng khí nạp ở các chế độ
1.4.1.4. Điều khiển lượng phun cơ bản
Lượng không khí cảm nhận tại cảm biến đo lưu lượng gió được chuyển hoá
thành điện áp, điện áp này được gửi đến ECU như một tín hiệu.
25