Các cảm biến và hệ thống phun xăng điện tử EFI

Khãa luËn tèt nghiÖp

PHẦN 1: MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Hiện nay cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật,
ngành động cơ đốt trong cũng có những bước tiến đáng kể. Chiếc động cơ 2
kì đầu tiên chạy bằng khí thiên nhiên ra đời đã đánh dấu mốc lịch sử phát
triển của ngành chế tạo động cơ đốt trong. Từ đó đến nay động cơ đốt trong
ngày càng được hoàn thiện và phát triển. Và hiện nay khoảng 80% tổng năng
lượng trên thế giới là năng lượng của động cơ đốt trong. Tuy nhiên, việc ứng
dụng động cơ đốt trong lại gặp nhiều khó khăn và trở ngại, nhất là vấn đề ô
nhiễm môi trường và tính kinh tế khi sử dụng. Trong động cơ xăng việc ứng
dụng sự ra đời của bộ chế hòa khí từ đơn giản đến hiện đại đã góp phần cải
thiện những khó khăn trên. Tuy vậy bộ chế hòa khí còn nhiều nhược điểm, và
để khắc phục những nhược điểm đó các nhà chế tạo động cơ đốt trong đã
nghiên cứu và chế tạo ra một hệ thống mới hiện đại đó là hệ thống phun xăng
điện tử. Với quá trình kiểm soát và điều khiển bằng điện tử nên hệ thống phun
xăng điện tử đã đáp ứng được tính kinh tế cao và giảm ô nhiễm môi trường,
và nó đã dần thay thế bộ chế hòa khí.
Là một sinh viên sư phạm kĩ thuật với mục đích tìm tòi và học hỏi nên tôi
mạnh dạn lựa chọn đề tài của mình là: “Các cảm biến và hệ thống phun
xăng điện tử EFI”.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của đề tài là nghiên cứu các thành phần cấu tạo, quy trình để
thấy được những ưu điểm vượt trội của hệ thống phun xăng điện tử EFI.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tìm hiểu một số vấn đề về xăng.
- Nghiên cứu thành phần khí hỗn hợp.

NguyÔn ThÞ Th¬

1

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp
- Nghiên cứu các thành phần cấu tạo, quy trình, yếu tố, giải pháp kĩ thuật
tạo nên tính kinh tế cao và giảm ô nhiễm môi trường của hệ thống phun xăng
điện tử.
4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu:
+ Nghiên cứu về xăng, thành phần khí hỗn hợp, hệ số dư lượng không
khí.
+ Nghiên cứu về hệ thống phun xăng điện tử và các thành phần cấu tạo
của hệ thống.
- Phạm vi nghiên cứu
+ Các kiến thức liên quan đến xăng và khí hỗn hợp.
+ Hệ thống phun xăng điện tử EFI.
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Ngành động cơ đốt trong được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc
dân. Tuy vậy khí thải của động cơ đốt trong là nguồn chủ yếu gây ô nhiễm
môi trường. Đây cũng là vấn đề được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm, và
sự ra đời của hệ thống phun xăng điện tử đã đáp ứng được nhu cầu của người
sử dụng đó là: nâng cao tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường. Vì vậy cần
nghiên cứu, phát triển mở rộng và cải tiến công nghệ trong lĩnh vực này nhằm
đáp ứng được sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
6. Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu lí thuyết, nghiên cứu các tài liệu tham khảo, thu thập các báo
cáo khoa học .
- Tìm hiểu thực tế.

- Thảo luận chuyên môn

NguyÔn ThÞ Th¬

2

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp
7. Kết cấu luận văn
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận chung, phần mục lục, tài liệu tham khảo
đề tài gồm có:
Chương 1: Xăng và yêu cầu về tỉ lệ xăng – không khí trong khí hỗn hợp.
Chương 2: Hệ thống phun xăng điện tử EFI.
Chương 3: Các thành phần cấu tạo của hệ thống phun xăng điện tử EFI.

NguyÔn ThÞ Th¬

3

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp

PHẦN 2: NỘI DUNG
Chương I: Xăng và yêu cầu về tỉ lệ xăng
1.1. Xăng
1.1.1. Thành phần chính của xăng

Xăng là sản phẩm được chưng cất từ dầu mỏ, trong thành phần của xăng
có 85%C, 15%H. Xăng là hỗn hợp của nhiều cacbuahiđrô, xăng là loại nhiên
liệu nhẹ, ρ = 0,65 ÷ 0,8g/cm3, dễ bay hơi và có tính chất tự cháy kém. Thành
phần chính của xăng gồm cacbuahiđrô no nhưng có dạng mạch nhánh và
cacbuahiđrô thơm nhân benzen là các kết cấu rất bền vững. Ví dụ như
isôôctan C8H18 và metylbenzen C6H5CH3.

H

H

CH3

H

CH3

H

C

C

C

C

C

H

CH3

H

H

H

H

a. isôôctan
H
H

H

H

C
C

C

H

C

C

C

H

C
H
H

b. metylbenzen
Hình 1.1. Sơ đồ cấu tạo phân tử

NguyÔn ThÞ Th¬

4

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp
1.1.2. Tính chất của xăng
Trị nhiệt của xăng cỡ 10000÷11000 Kcal/kg (giá trị nhiên liệu của xăng).
Tính bay hơi của xăng phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ thấp bay hơi chậm,
nhiệt độ cao bay hơi nhanh nhưng không hoàn toàn tuyến tính. Tỉ trọng của
xăng nhẹ hơn nước ≈ 0,75kg/lít.
1.1.3. Hiện tượng cháy kích nổ của xăng
Bình thường xăng cháy với vận tốc 20÷30m/s. Sau khi bật tia lửa điện,
màng lửa sẽ lan tràn từ buzi ra khắp buồng cháy để đốt hỗn hợp, đó là quá
trình cháy bình thường. Màng lửa dồn ép phần hỗn hợp chưa cháy lại, đến
một lúc nào đó nhiệt độ và áp suất của phần chưa cháy sẽ đạt đến độ tự cháy,
khi đó tốc độ cháy rất lớn. Do tốc độ cháy nhanh, dung tích hoà khí không kịp

giãn nở làm cho áp suất và nhiệt độ tăng lên đột ngột, tạo nên sóng áp suất
truyền đi theo mọi phương, đập vào thành vách xilanh tạo nên tiếng gõ kim
loại sắc và đanh. Do nhiệt độ cao (có khu vực tới 4000oC), CO2 và sản vật
cháy còn bị phân huỷ thành CO, NO hoặc muội cacbon làm xuất hiện khói
đen và tàn than đỏ trong khí xả. Kích nổ gây phá hoại bề mặt của thành
xilanh, nhiệt độ và áp suất cao khiến nhiên liệu bị phân huỷ, động cơ rung,
công suất giảm.
1.1.4. Đánh giá tính chống kích nổ của xăng
Xăng có cấu trúc phân tử càng bền vững thì tính tự cháy càng kém, do đó
khó xảy ra kích nổ và ngược lại. Isôôctan C8H18 có kết cấu phân tử mạch
nhánh nên rất bền vững, có tính chống kích nổ cao.
Để đánh giá tính chống kích nổ của xăng người ta dùng thông số gọi là
ôctan (O). Loại xăng nào có trị số ôctan càng cao thì tính chống kích nổ càng
lớn. Xăng ôtô thường có trị số ôctan trong khoảng 80÷<100.
Để tăng khả năng chống kích nổ của xăng người ta pha nước chì vào xăng
với tỉ lệ 1/1000 (hay 1cc/lít). Nước chì này rất độc, để phân biệt xăng pha chì

NguyÔn ThÞ Th¬

5

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp
và không pha chì người ta dùng chỉ thị màu. Hiện nay đã cấm không sử dụng
loại xăng này.
1.2. Tỉ lệ xăng – không khí trong khí hỗn hợp.
1.2.1. Thành phần khí hỗn hợp
Thành phần khí hỗn hợp ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ cháy của động cơ.

Khí hỗn hợp dùng trong động cơ xăng phải đảm bảo hai yếu tố sau:
- Hỗn hợp phải cháy tốt.
- Hỗn hợp phải cháy kiệt, nhiệt toả nhiều.
* Khí hỗn hợp chia làm 5 mức:
- Khí hỗn hợp bình thường: Loại tạo thành theo tỉ lệ 1kg xăng hòa lẫn với
15kg không khí, ta có tỉ lệ của hỗn hợp là 1/5.
- Khí hỗn hợp đậm: Hỗn hợp được tạo thành theo tỉ lệ 1kg xăng hòa lẫn
với 13÷<15 kg không khí, hỗn hợp này hơi thiếu không khí và cháy với vận
tốc lớn.
- Khí hỗn hợp quá đậm: Hỗn hợp được tạo thành theo tỉ lệ 1kg xăng hòa
lẫn với < 13kg không khí quá thiếu không khí nhiên liệu cháy không hết, công
suất động cơ giảm. Hỗn hợp gồm 1kg xăng hòa trộn với < 5kg không khí thì
không cháy được.
- Khí hỗn hợp nhạt: Hỗn hợp được tạo thành theo tỉ lệ 1kg xăng hòa lẫn
với >15÷17kg không khí. Hỗn hợp này hơi thiếu xăng, trong trường hợp này
hỗn hợp vẫn cháy hết nhưng tốc độ cháy chậm dẫn đến công suất động cơ
nhỏ.
- Khí hỗn hợp quá nhạt: Hỗn hợp được tạo thành theo tỉ lệ 1kg xăng với
lượng không khí lớn hơn 17kg. Hỗn hợp này cháy rất chậm dẫn đến công suất
giảm. Hỗn hợp gồm 1kg xăng hòa trộn với lượng không khí lớn hơn 21kg thì
không cháy được.

NguyÔn ThÞ Th¬

6

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp

Vậy để hòa khí cháy được thì tỉ lệ giữa xăng và không khí là: 1kg xăng
hòa trộn với 5÷21kg không khí. Tuỳ theo chế độ làm việc của động cơ mà ta
lựa chọn hỗn hợp cho phù hợp.
1.2.2. Tỉ lệ khí hỗn hợp lí tưởng
Tỉ lệ khí hỗn hợp lí tưởng là 1/14,7. Gọi là lí tưởng bởi vì lượng oxy trong
khí hỗn hợp này hoàn toàn thích ứng với lượng hiđrôcacbon trong xăng, giúp
cho quá trình cháy của khí hỗn hợp được hoàn hảo nhất. Sẽ xảy ra tình trạng
nhiều xăng đối với tỉ lệ 1kg xăng trên 14kg không khí, cũng như quá dư thừa
oxy đối với tỉ lệ hỗn hợp 1kg xăng trên 16kg không khí.
1.2.3. Hệ số dư lượng không khí
Thành phần chủ yếu của hỗn hợp gồm các nguyên tố: oxy, hiđrô, cacbon.
Nếu gọi thành phần khối lượng của các nguyên tố trên lần lượt là O, C, H
ta có:
H+C+O=1
Nhiên liệu sẽ cháy và toả nhiệt tuân theo các phương trình sau:
C + O2 = CO2
2H2 + O2 = 2H2O
Do đó ta có các phương trình cân bằng khối lượng của các phản ứng:
12kg C + 32kg O2 = 44kg CO2

(1)

4kg H2 + 32kg O2 = 36kg H2O

(2)

Phương trình (1), (2) viết cho C kg cacbon và H kg hiđrô có dạng:
8
3

C kg cacbon + C kg oxy =

11
C kg cacbonic
3

H kg hiđrô + 8 H kg oxy = 9H kg nước

(3)
(4)

Lượng oxy cần thiết cho 2 phản ứng (3), (4):
8
C + 8H
3

NguyÔn ThÞ Th¬

7

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp
Trong 1kg nhiên liệu có sẵn O kg oxy, vì vậy lượng oxy cần thiết trong
không khí (Oct) để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu:
Oct =

8
C + 8H – O

3

Ta đã biết, thành phần khối lượng của oxy trong không khí là 0,23, còn
thành phần thể tích là 0,21. Ta có thể xác định lượng không khí cần thiết để
đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu (Lo):
Lo =

1 8
( C + 8H – O)
0, 23 3

(kg/kg nhiên liệu)

Thực tế, bằng thực nghiệm có thể xác định được lượng không khí thực sự
nạp vào động cơ tính cho 1kg nhiên liệu là L. Tỉ số  

L
gọi là hệ số dư
Lo

lượng không khí. Hệ số dư lượng  đặc trưng cho mức độ đậm nhạt của hỗn
hợp.
1.2.4.Ảnh hưởng của hệ số dư lượng
Hệ số dư lượng chỉ rõ mức độ sai biệt giữa tỉ lệ xăng – không khí cung cấp
thực tế cho động cơ so với tỉ lệ hỗn hợp lí tưởng. Hệ số dư lượng ảnh hưởng

Công suất P
Suất tiêu hao nhiên liệu be

tới công suất P và suất tiêu hao nhiên liệu be.

P

be

a

b

0,8 1,0 1,2
Hệ số dư lượng không khí 

Hình 1.1: Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí  đối với công suất động
cơ P và suất tiêu hao nhiên liệu be.

NguyÔn ThÞ Th¬

8

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp
Qua đồ thị ta thấy:
 = 1 lượng không khí nạp bằng lượng không khí yêu cầu lí tưởng.
 < 1 thiếu không khí nạp, hay khí hỗn hợp giàu xăng, công suất động cơ

tăng, hiệu suất động cơ giảm,  trong khoảng 0,85 – 0,95.
 > 1 dư không khí nạp hay khí hỗn hợp nghèo xăng,  trong khoảng 1,05

– 1,3. Công suất động cơ giảm đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu cũng giảm.

 > 1,3 hỗn hợp quá nghèo xăng, không thể cháy được.
 = 0,85 – 0,95 hỗn hợp cháy tốt phát huy công suất tối đa cho động cơ,

lượng không khí thiếu so với lí tưởng khoảng 5-15%.
 = 1,1- 1,2 suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ tối đa, dư không khí khoảng 20%.
  1,0 hệ số dư không khí này sẽ cho một tỉ lệ khí hỗn hợp lí tưởng và

cho phép động cơ vận hành ổn định ở chế độ chạy cầm chừng.
 = 0,75 – 0,85 thiếu khoảng 15- 20% không khí. Động cơ chuyển từ chế

độ làm việc này sang chế độ làm việc khác tốt.
1.2.5. Nhược điểm của bộ chế hoà khí
Bộ chế hòa khí tuy đã đáp ứng được một số yêu cầu về các chế độ làm việc
của động cơ nhưng vẫn còn tồn tại một số nhược điểm sau:
- Đối với động cơ dùng bộ chế hòa khí khả năng thích ứng với các chế độ
làm việc của động cơ không cao, và nó chỉ đáp ứng được tỉ lệ lí tưởng ở
khoảng vận hành nhất định nên xe hoạt động không hiệu quả.
Ví dụ: Khi động cơ thay đổi chế độ làm việc sẽ có một khoảng thời gian
động cơ thừa hoặc thiếu xăng do tính thích ứng với chế độ làm việc không
cao.
+ Khi hỗn hợp giàu xăng không cháy hết do thừa nhiên liệu dẫn đến hao
xăng và trong sản vật cháy sẽ có cacbuahiđrô gây ô nhiễm môi trường.

NguyÔn ThÞ Th¬

9

K31c - spkt

Khãa luËn tèt nghiÖp
+ Khi hỗn hợp nghèo không sinh ra công suất tối đa, khiến động cơ làm
việc yếu và thiếu ổn định. Do thừa ôxy trong sản vật cháy sẽ có các oxit nitơ
gây ô nhiễm môi trường.
- Khi động cơ làm việc có thể xảy ra trường hợp vì một lí do nào đó sức
cản bên ngoài giảm hoặc mất đột ngột, bộ chế hòa khí chưa phản ứng kịp thời
để đóng bớt bướm ga, nên động cơ chạy không tải với tốc độ vòng quay lớn
làm mài mòn và có thể làm hỏng các chi tiết chuyển động do lực quán tính
lớn, đồng thời làm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường.
- Khi động cơ làm việc ở độ cao càng lớn so với mực nước biển, mật độ
không khí càng giảm dẫn đến lượng không khí nạp thực tế giảm đi và hỗn hợp
càng đậm lên. Do lượng không khí nạp giảm dẫn đến công suất giảm và làm
tăng độc hại khí thải.
- Hỗn hợp khí nạp bốc hơi kém do không có chế độ sấy nóng động cơ dẫn
đến rửa dầu bôi trơn làm các chi tiết của động cơ bị mài mòn.
- Trong buồng cháy có nhiều muội than do nhiên liệu ngưng đọng bị phân
huỷ vì nhiệt.
- Chế độ từ không tải đến tải nhỏ hỗn hợp rất đậm do tỉ lệ khí sót trong hỗn
hợp lớn và nhiệt độ động cơ thấp nên điều kiện bay hơi, hoà trộn, hình thành
hỗn hợp và cháy kém.
- Có thể gây hỏa hoạn vì có đoạn ống nạp lớn chứa đầy hòa khí.
- Động cơ bị trào xăng khi bị nghiêng hoặc lật ngược.
- Hệ thống hay hỏng hóc: Rò xăng qua các khớp nối, lỗ giclơ bị cắn bẩn
dẫn đến tắc. Hệ thống điều khiển bằng cơ khí nên có nhiều sai lệch.
- Hỗn hợp được hình thành từ họng khuếch tán nên khi hỗn hợp đi qua
đường ống nạp vào buồng cháy sẽ có một lượng xăng đọng bám trên đường
ống nạp vì vậy có thể ảnh hưởng đến chế độ hoạt động của động cơ sau đó.

NguyÔn ThÞ Th¬

10

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp
- Động cơ không phát hết công suất có thể do thành phần khí hỗn hợp quá
nhạt hoặc quá đậm. Thành phần khí hỗn hợp quá nhạt thường gây nổ trên
đường ống nạp, vì hỗn hợp nhạt có tốc độ cháy chậm. Khi xupáp nạp mở hỗn
hợp chưa cháy hết trong xilanh và châm cháy hoà khí trên đường ống nạp.
- Không khí vào có thể không đi qua bộ chế hoà khí mà đi qua các khớp
nối không kín khít của bộ chế hòa khí hoặc qua các mặt tiếp giáp không kín
khít giữa ống nạp và nắp máy của động cơ nên ảnh hưởng đến các chế độ làm
việc của động cơ.
- Hệ thống không tải: Khi động cơ chạy không tải hoặc tải nhỏ bướm ga
gần như đóng kín. Lúc đó một lượng khí sót đáng kể còn lưu lại trong xilanh
làm cho tốc độ cháy của hỗn hợp rất chậm và nạp không đầy.
- Đốí với hệ thống tăng tốc: Trong quá trình mở đột ngột bướm ga, lò xo bị
nén lại, khi quá trình kết thúc lò xo dãn ra từ từ có tác dụng kéo dài quá trình
phun nhiên liệu thêm một thời gian nữa, do đó có thể tránh được hiện tượng
động cơ rồ máy lên đột ngột rồi chết máy do hỗn hợp nhạt đi đột ngột, vì hệ
thống chưa kịp thời cung cấp nhiên liệu cho động cơ. Nhưng việc chế tạo lò
xo dãn ra từ từ rất khó và độ chính xác không cao.
Bộ chế hòa khí ra đời và tồn tại trong thời gian rất lâu, tuy vậy do có rất
nhiều hạn chế nên ngày nay người ta đang dần thay thế nó. Và để đáp ứng yêu
cầu ngày càng cao đối với quá trình hình thành hỗn hợp, giảm suất tiêu hao
nhiên liệuvà độc hại trong khí thải cũng như cải thiện chất lượng làm việc của
động cơ ở mọi chế độ làm việc, người ta trang bị hệ thống điều khiển điện tử
trên động cơ. Cụ thể là hệ thống phun xăng điện tử EFI.

NguyÔn ThÞ Th¬

11

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp
Chương II: Hệ thống phun xăng điện tử EFI
2.1. Khái quát về hệ thống phun xăng điện tử EFI.
2.1.1. Sơ đồ khối hệ thống phun xăng điện tử EFI
Hệ thống nhiên
liệu

Cảm biến
Cảm biến lưu
lượng khí nạp

Bình chứa

Cảm biến vị trí
trục khuỷu
Cảm biến vị trí
trục cam

Lọc xăng
Bộ xử lí và điều khiển
trung tâm (ECU)
Bơm xăng

Cảm biến nhiệt
độ nước
Điều chỉnh áp
suất

Cảm biến vị trí
bướm ga
Cảm biến oxy

Cảm biến tốc độ
xe

Vòi phun

……………….

Hệ thống phun xăng điện tử là một hệ thống tiên tiến, các giai đoạn phát
triển của hệ thống này đang làm cho chất lượng của động cơ xăng ngày càng
nâng cao.Việc phun xăng cần thực hiện phù hợp với vị trí của trục khuỷu
(thời điểm bắt đầu phun), lưu lượng không khí vào và trạng thái tức thời của

NguyÔn ThÞ Th¬

12

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp
động cơ. Việc thay đổi lưu lượng phun được thông qua việc thay đổi thời gian

mở lỗ kim phun. Hệ thống gồm:
- Bộ xử lí và điều khiển trung tâm (ECU) thực hiện cấp tín hiệu cho bộ
phận chấp hành. Các thông tin được thực hiện nhờ các cảm biến và đưa về
ECU. ECU tính toán các trạng thái thực tế rồi đưa ra tín hiệu tối ưu điều khiển
vòi phun.
- Các cảm biến thu thập phản ánh các trạng thái làm việc tức thời của động
cơ và báo về cho ECU xử lí. Có các cảm biến: Cảm biến lưu lượng khí nạp
hoặc cảm biến áp suất đường ống nạp, cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị
trí trục cam, cảm biến nhiệt độ nước, cảm biến này phát hiện nhiệt độ của
nước làm mát, cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến ôxy…
- Phần cung cấp xăng có nhiệm vụ cung cấp xăng cho các vòi phun.
- Vòi phun xăng chỉ thực hiện phun khi có tín hiệu điều khiển từ ECU.
2.1.2. Phân loại
Theo phương pháp phát hiện lượng không khí nạp chia làm 2 loại:
a. L-EFI (Loại điều khiển lưu lượng không khí).
Loại này sử dụng một cảm biến lưu lượng khí nạp để phát hiện lượng
không khí chạy vào đường ống nạp
Có 2 phương pháp phát hiện: Một loại trực tiếp đo khối không khí nạp, và
một loại thực hiện các hiệu chỉnh dựa vào thể tích không khí.
b. D-EFI (Loại điều khiển áp suất đường ống nạp).
Loại này đo áp suất trong đường ống nạp để phát hiện lượng không khí
nạp theo tỉ trọng của không khí nạp.

NguyÔn ThÞ Th¬

13

K31c - spkt

Khãa luËn tèt nghiÖp

2.2. Ưu, nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử EFI.
a. Ưu điểm
- Ưu điểm vượt trội nhất của EFI là tạo nên hòa khí có tỉ lệ lí tưởng ở tất cả
các xilanh động cơ. Tuỳ theo chế độ làm việc của động cơ EFI thay đổi tỉ lệ
xăng - không khí để luôn luôn cung cấp cho động cơ một hỗn hợp tối ưu
- Hệ số nạp cao hơn vì không có chỗ thắt ở họng khuếch tán và không phải
sấy nóng đường ống nạp.
- Khả năng thích ứng với các chế độ làm việc của động cơ cao, cũng như
khi chuyển chế độ hoạt động của máy vì có các cảm biến thu thập thông tin
một cách chính xác.
- Hệ số dư lượng không khí được điều khiển chính xác nên có thể giảm
được các thành phần độc hại trong khí thải, giảm ô nhiễm môi trường (đối với
hệ thống phun xăng nhiều điểm).
- Xăng được phun đồng đều về khối lượng vào các xilanh, đảm bảo sự
đồng đều về tỉ lệ hòa trộn của hoà khí trong các xilanh làm cho công suất của

NguyÔn ThÞ Th¬

14

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp
các xilanh đồng đều, giảm rung động cho động cơ và làm mài mòn các chi
tiết.
- Có thể nâng cao tỉ số nén so với bộ chế hòa khí, vì tỉ lệ hòa trộn của hòa
khí đều hơn trước và buồng cháy được quét sạch hơn khi phun trực tiếp. Nhờ

đó làm tăng công suất, giảm tiêu hao xăng.
- Động cơ vẫn làm việc khi xe bị nghiêng, thậm chí bị lật ngược.
- Nếu xảy ra tình trạng một trong các cảm biến bị hỏng thì ECU có thể tạm
thời thay thế vai trò của cảm biến hỏng. Vì vậy trong trường hợp này động cơ
vẫn làm việc bình thường.
- Nếu xảy ra hỏng hóc hay trở ngại kĩ thuật trong hệ thống điều khiển điện
tử, ECU sẽ lưu vào bộ nhớ của nó trên bảng đồng hồ.
- Không cần hệ thống tăng tốc riêng rẽ do bộ điều khiển phản ứng kịp thời
để tăng lượng nhiên liệu phù hợp với lượng không khí nạp.
- Do lưu lượng không khí được nạp trực tiếp nên chất lượng hỗn hợp
không phụ thuộc vào tình trạng hao mòn của động cơ, cũng như sai khác giữa
các động cơ trong phạm vi dung sai khi chế tạo.
b. Nhược điểm
- Hệ thống phức tạp, giá thành cao.
- Lắp đặt, sửa chữa khó khăn.
- Chế tạo đòi hỏi độ chính xác cao.

NguyÔn ThÞ Th¬

15

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp
Chương III: Các thành phần cấu tạo hệ thống phun xăng điện
tử EFI
3.1. Hệ thống các cảm biến
Muốn điều khiển phun đúng thời điểm, lượng xăng phun ra thì ECU phải
nắm rõ các thông số của động cơ như: vận tốc trục khuỷu, lượng khí nạp,

nhiệt độ động cơ, lượng oxy trong khí xả,… Vì vậy mà người ta trang bị các
cảm biến để thường xuyên gửi thông tin về ECU, ECU xử lí thông tin và đưa
tín hiệu điều khiển đến vòi phun.
3.1.1. Cảm biến vị trí bướm ga và cảm biến vị trí bàn đạp ga

 Cảm biến vị trí bướm ga:
a. Công dụng: Cảm biến này chuyển đổi góc mở của bướm ga thành tín
hiệu điện gửi về ECU động cơ.
b. Cấu tạo:
1. Tiếp điểm toàn tải
2. Đĩa cam
3. Trục bướm ga
4. Tiếp điểm không tải
5. Giắc nối dây điện

Hình 3.1: Cấu tạo cảm biến vị trí bướm ga kiểu tiếp điểm
Cảm biến loại này chỉ cung cấp thông tin cho ECU về vị trí bướm ga ở chế
độ toàn tải và chế độ không tải. Đĩa cam 2 với nhiều nấc khi xoay thì đóng
tiếp điểm 1 ứng với vị trí bướm ga mở to nhất (toàn tải) hay đóng tiếp điểm 4

NguyÔn ThÞ Th¬

16

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp
ứng với khi bướm ga ở vị trí không tải. Động tác đóng mở này giúp cảm biến
gửi tín hiệu về ECU.

c. Nguyên lí hoạt động:
Cảm biến vị trí bướm ga được lắp ở hộp bướm ga và được dẫn động bởi
trục bướm ga. Cảm biến vị trí bướm ga ghi nhận và cung cấp thông tin cho
ECU động cơ 2 tín hiệu đó là tín hiệu không tải và tín hiệu toàn tải.
Hai công tắc được thiết lập tương ứng với hai vị trí của bướm ga. Công tắc
1 sẽ đóng khi bướm ga mở gần như hoàn toàn (chế độ toàn tải). Công tắc 4 sẽ
đóng khi bướm ga đóng kín đến một giá trị xác định. Các tín hiệu này sẽ
thông báo các chế độ làm việc của động cơ. Từ đó ECU sẽ tính toán và điều
chỉnh chính xác lượng xăng cần thiết cho từng chế độ tải của động cơ.

 Cảm biến vị trí bàn đạp ga
Trong những năm gần đây với sự ra đời của bướm ga điện tử nên cảm biến
vị trí bướm ga được thay thế bằng cảm biến vị trí bàn đạp ga.
a. Công dụng: Cảm biến vị trí bàn đạp ga biến đổi mức đạp xuống của bàn
đạp ga thành tính hiệu điện được chuyển đến ECU động cơ.
Ngoài ra, để đảm bảo độ tin cậy, cảm biến này truyền các tín hiệu từ hai hệ
thống có các đặc điểm đầu ra khác nhau.
b. Cấu tạo:
Cảm biến vị trí bàn đạp ga được bố trí dưới bàn đạp ga
Chú ý là không được tháo cảm biến này, việc điều chỉnh vị trí yêu cầu độ
chính xác cao khi lắp đặt cảm biến. Vì vậy khi hỏng cần phải thay thế cả cụm
bàn đạp ga.

NguyÔn ThÞ Th¬

17

K31c - spkt

Khãa luËn tèt nghiÖp

c. Nguyên lí hoạt động:
Cảm biến vị trí bàn đạp ga hoạt động về cơ bản cũng giống như hoạt động
của cảm biến vị trí vị trí bướm ga. Trong các tín hiệu từ hai hệ thống này, một
là tín hiệu VPA truyền điện áp theo đường thẳng trong toàn bộ phạm vi bàn
đạp ga, tín hiệu khác là VPA2 truyền điện áp bù từ tín hiệu VPA.
3.1.2. Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và cảm biến nhiệt độ khí nạp
 Cảm biến nhiệt độ nước làm mát
a. Công dụng: Cảm biến này được đặt ngập vào trong áo nước của động
cơ có công dụng theo dõi nhiệt độ nước của động cơ và báo về cho ECU.
b. Cấu tạo

NguyÔn ThÞ Th¬

18

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp

Hình 3.3: Cấu tạo và vị trí lắp đặt cảm biến nhiệt độ
nước làm mát
1. Đầu nối dây điện; 2. Vỏ; 3: Nhiệt điện trở
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát có cấu tạo chi tiết chính là nhiệt điện trở
có hệ số điện trở âm có nghĩa là khi nhiệt độ tăng thì điện trở giảm. Nhiệt điện
trở được đặt trong vỏ kim loại có gen để bắt vào thân động cơ.
c. Nguyên lí hoạt động:
Cảm biến này rất nhạy cảm với nhiệt độ của nước làm mát. Khi nhiệt độ

nước làm mát thấp thì giá trị điện trở của cảm biến sẽ cao, tín hiệu điện áp gửi
về ECU sẽ thấp, ECU biết động cơ đang nguội và điều chỉnh vòi phun phun
thêm nhằm cải thiện khả năng làm việc và hâm nóng động cơ. Khi nhiệt độ
của động cơ cao thì điện trở giảm xuống, tín hiệu điện gửi về ECU cao, biết
được động cơ đã nóng và điều chỉnh vòi phun giảm lượng phun xuống.
Bộ cảm biến nhiệt độ nước làm mát còn có thêm chức năng nối và ngắt
điều khiển quạt. Khi động cơ nguội quạt ngừng quay. Lúc nóng, bộ cảm biến
báo cho ECU biết để đóng mạch cho quạt quay.

NguyÔn ThÞ Th¬

19

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp
 Cảm biến nhiệt độ khí nạp
Cảm biến nhiệt độ khí nạp có chức năng cung cấp cho ECU động cơ thông
tin về nhiệt độ không khí để ECU điều chỉnh lượng phun chính xác đảm bảo
tỷ lệ xăng – không khí tối ưu.
Cấu tạo và nguyên lí làm việc của cảm biến nhiệt độ khí nạp giống như
cảm biến nhiệt độ nước làm mát. ECU lấy tín hiệu điện áp gửi về ở nhiệt độ
20oC làm chuẩn. Nếu nhiệt độ nhỏ hơn 20oC thì ECU điều khiển tăng lượng
phun ra, còn nhiệt độ cao hơn 20oC thì ECU điều khiển giảm lượng phun ra.

Hình 3.4: Cảm biến nhiệt độ khí nạp
3.1.3. Cảm biến oxy
a. Công dụng: Cảm biến oxy theo dõi và ghi nhận lượng oxy còn xót trong
khí thải để báo cho ECU. Qua đó mà ECU biết hỗn hợp nhạt hay đậm để tăng

hay giảm lượng phun cho phù hợp.
b. Cấu tạo:
Bộ cảm biến oxy được đặt trên đường ống thải, vị trí cụ thể và số lượng
tuỳ thuộc vào từng loại động cơ.
Thân cảm biến được giữ trong một chân có ren, bao ngoài một ống bảo vệ
và được nối với các đầu dây bảo vệ.

NguyÔn ThÞ Th¬

20

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp

Cảm biến có một phần tử làm bằng ziconi oxit (ZrO2) đây là một loại gốm.
Bên trong và bên ngoài của phần tử này được bọc bằng lớp platin mỏng để
oxy dễ khuếch tán vào. Không khí xung quanh được dẫn vào bên trong của
cảm biến này và phía ngoài của cảm biến lộ ra phía khí thải. Mặt ngoài tiếp
xúc với khí thải tạo thành điện cực âm, mặt trong tiếp xúc với không khí tạo
thành điện cực dương.
c. Nguyên lí hoạt động:
Cảm biến oxy loại này là một pin oxy có suất điện động phụ thuộc vào
nồng độ oxy trong khí xả với ZrO2 là chất điện phân.
Khi khí thải chứa lượng oxy ít do hỗn hợp giàu nhiên liệu thì số ion oxy
tập trung ở điện cực âm ít hơn số ion oxy ở điện cực dương, sự chênh lệch số
ion này tạo ra một tín hiệu điện áp khoảng 600 ÷ 900 mV. Ngược lại, khi độ
chênh lệch số ion ở hai điện cực nhỏ trong trường hợp nghèo xăng pin oxy

NguyÔn ThÞ Th¬

21

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp
phát ra tín hiệu điện áp thấp khoảng 100 ÷ 400 mV. Các tín hiệu điện áp này
được chuyển đến ECU và ECU điều khiển vòi phun cho phù hợp.
Đặc điểm của pin oxy với chất điện phân ZrO2 là nhiệt độ làm việc phải từ
300oC trở lên. Do đó để giảm thời gian chờ người ta dùng loại cảm biến có
điện trở tự nung bên trong. Điện trở dây nung được lắp trong cảm biến và
được cấp điện từ acquy.

Hình 3.6: Cấu tạo của cảm biến oxy loại nung
nóng.
1. Vỏ; 2. Ống sứ bảo vệ; 3. Đầu nối điện; 4. Ống
che có khe hở; 5. Phần sứ tác động cảm biến; 6.
Phần tử tiếp điểm; 7. Ống bọc; 8. Phần tử nung
nóng; 9. Kẹp tiếp điểm cho phần tử nung

3.1.5. Cảm biến lưu lượng khí nạp
a. Công dụng:
Một thông số cơ bản giúp ECU động cơ điều khiển vòi phun phun ra lượng
nhiên liệu chính xác chính là khối lượng không khí được hút vào động cơ.
Trên hệ thống phun xăng được bố trí cảm biến lưu lượng khí nạp, cảm biến
này có chức năng đo lượng không khí nạp vào động cơ và gửi các tín hiệu này
tới ECU.
b. Cấu tạo: (Loại cảm biến lưu lượng khí nạp kiểu cánh quay)

NguyÔn ThÞ Th¬

22

K31c - spkt


Khãa luËn tèt nghiÖp
Cảm biến gồm có cánh giảm chấn 1 và cánh đo gió 4 được chế tạo liền và
quay tự do trên trục trơn. Đĩa giảm chấn 1 kết hợp với thành ống hút tạo thành
khoang giảm chấn 2. Tác dụng của cánh giảm chấn là triệt tiêu sự dao động
của thiết bị đo do áp suất không liên tục của kì hút tạo ra. Khoang giảm chấn
2 có tác dụng giảm chấn ổn đinh vị trí góc đo.

c. Nguyên lí hoạt động:
Khi động cơ làm việc, không khí sẽ được hút vào động cơ, luồng khí tác
động vào cánh đo gió 4 làm cánh đo gió quay đi một góc. Cần gạt lắp đồng
trục với cánh đo gió cũng quay theo. Khi áp lực gió tác động lên cánh xoay
cân bằng với lò xo hồi vị thì cần gạt ở một vị trí xác định ứng với một giá trị
điện thế gửi tới ECU động cơ. ECU xử lí và điều khiển vòi phun phun ra
lượng xăng tương ứng đảm bảo tỉ lệ xăng – không khí lí tưởng.
Nhờ có cánh giảm chấn 1 mà tín hiệu tạo ra ít bị biến động để ECU động
cơ kịp thời nhận biết được tín hiệu gửi tới.

NguyÔn ThÞ Th¬

23

K31c - spkt

Khãa luËn tèt nghiÖp
Như vậy cảm biến lưu lượng khí nạp loại cánh quay biến đổi khối lượng
khí nạp thành góc quay của cánh van, qua đó thay đổi tín hiệu điện áp gửi tới
ECU. ECU xử lí quyết định lượng phun cho phù hợp. Để tránh thiếu không
khí ở chế độ cầm chừng người ta bố trí vít điều chỉnh 5 cho phép không khí đi
qua đường gió phụ 3 cung cấp cho động cơ.
3.1.6. Cảm biến tốc độ xe
a. Công dụng: Cảm biến nhận biết tốc độ xe đang chạy sau đó gửi tín hiệu
về ECU để điều khiển tốc độ cầm chừng và tỉ lệ hoà khí phù hợp khi tăng tốc
hoặc khi giảm tốc.
b. Cấu tạo :

Hình 3.8: Cấu tạo và vị trí lắp đặt cảm
biến tốc độ xe loại công tắc từ

Cảm biến bao gồm một nam châm được gắn với dây nối với đồng hồ tốc
độ xe và quay theo dây. Một công tắc được đặt đối diện với nam châm.
c. Nguyên lí hoạt động:
Khi nam châm quay theo dây đồng hồ tốc độ, công tắc sẽ đóng mở theo
chiều của lực từ. Khi nam châm ở vị trí song song với công tắc, chiều của lực
từ sẽ cảm ứng trên công tắc thành hai nam châm cùng cực làm chúng đẩy
nhau, công tắc ở vị trí mở.

NguyÔn ThÞ Th¬

24

K31c - spkt

Khãa luËn tèt nghiÖp
Các tín hiệu từ vị trí đóng mở của công tắc sẽ được đưa trực tiếp tới ECU
động mà không qua bộ chuyển đổi xung. Tại đây ECU sẽ điều khiển tỉ lệ hòa
khí phù hợp khi tăng tốc hoặc giảm tốc.
3.1.7. Cảm biến vị trí trục khuỷu và cảm biến vị trí trục cam
Cấu tạo và vị trí lắp đặt hai cảm biến được minh hoạ trên hình vẽ. Thông
tin từ hai cảm biến này được kết hợp với ECU động cơ để phát hiện đầy đủ
góc của trục khuỷu và tốc độ của động cơ

Hình 3.9: Cấu tạo và vị trí lắp đặt cảm biến vị trí
trục khuỷu và cảm biến vị trí trục cam
3.1.8. Cảm biến kích nổ
a. Công dụng: Tiếp nhận các xung kích nổ phát ra từ buồng cháy và gửi tín
hiệu này tới ECU.

NguyÔn ThÞ Th¬

25

K31c - spkt