Nghiên cứu khai thác hệ thống phun xăng điện tử trên xe Toyota Vios 2007

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

LỜI MỞ ĐẦU
Ngành công nghiệp ô tô hiện nay đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển
của một đất nước. Nó ra đời nhằm mục đích phục vụ nhu cầu vận chuyển hàng hóa
và hành khách, phát triển kinh tế đất nước. Từ lúc ra đời cho đến nay ô tô được sử
dụng trong rất nhiều lĩnh vực giao thông vận tải, quốc phòng an ninh, nông nghiệp,
công nghiệp, du lịch…
Đất nước ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, các
ngành công nghiệp nặng luôn từng bước phát triển. Trong đó, ngành công nghiệp ô
tô luôn được chú trọng. Tuy nhiên nền công nghiệp ô tô nước ta chưa phát triển
mạnh, xe ô tô chủ yếu được nhập từ nhiều nước. Vì thế vấn đề nghiên cứu, tìm hiểu
các hệ thống trên ô tô để phục vụ cho việc sử dụng, sửa chữa và bảo dưỡng phục
hồi nhằm tăng khả năng khai thác, kéo dài tuổi thọ của hệ thống đảm bảo tính an
toàn cao cho hành khách và hàng hóa là một yêu cầu cấp thiết.
Bên cạnh đó với mục đích củng cố kiến thức đã học, mở rộng kiến thức
chuyên môn và giúp sinh viên tăng tính tư duy, có thể quan sát các chi tiết cũng như
hoạt động của một hệ thống trên ô tô, kiểm tra, sửa chữa những hư hỏng có thể gặp.
Chúng tôi đã đưa ra ý tưởng thiết kế mô hình phục vụ cho công tác giảng dạy.Với
những lý do trên tôi đã nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu khai thác hệ thống phun
xăng điện tử trên xe Toyota Vios 2007. Thiết kế lắp đặt mô hình phun xăng
đánh lửa điện tử trên xe Toyota Vios 2007” với sự hướng dẫn của thầy PHAN
QUANG ĐỊNH.
Đề tài được hoàn thành đúng tiến độ nhờ có sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của
các Thầy Cô trong Bộ môn, cùng với sự đóng góp của bạn bè. Qua đây, em xin gửi
lời cảm ơn chân thành đến thầy PHAN QUANG ĐỊNH cùng các Thầy trong Bộ
môn đã hướng dẫn em thực hiện luận văn, cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ từ phía Ban
Chủ Nhiệm Khoa Cơ Khí cùng Ban Giám Hiệu nhà trường đã tạo mọi điều kiện tốt
nhất để em có thể hoàn thành tốt khóa học. Em xin chân thành cảm ơn!

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

 Tính cấp thiết của đề tài:

Cùng với sự ra đời và phát triển của động cơ đốt trong, hệ thống cung cấp
nhiên liệu cho động cơ đốt trong cũng ngày càng phát triển để đảm bảo yêu cầu về
giảm khí thải, giảm ô nhiễm môi trường, tiết kiệm tối đa nhiên liệu.... Suốt thời gian
qua, các hệ thống nhiên liệu trong xe hiện nay đã thay đổi rất nhiều, những yêu cầu
cho nó ngày càng khắt khe hơn. Cùng với sự phát triển đó bộ chế hòa khí cũng ngày
càng được phức tạp hóa hơn, để đảm bảo động cơ hoạt động một cách hiệu quả
nhất. Tuy bộ chế hòa khí đã ngày càng phát triển nhưng vẫn tồn tại những khuyết
điểm không thể khắc phục. Sự ra đời của hệ thống phun xăng đã khắc phục được
những nhược điểm của bộ chế hòa khí, vì vậy ngày nay trên các động cơ hầu hết
đều dùng hệ thống phun xăng điện tử . Một vấn đề đặt ra là làm thế nào chúng ta có
thể hiểu rõ bản chất, đặc điểm cấu tạo và sự vận hành của hệ thống phun xăng điện
tử. Do đó em tiến hành chọn đề tài về “Nghiên cứu khai thác hệ thống phun xăng
điện tử trên xe Toyota Vios 2007. Thiết kế lắp đặt mô hình phun xăng đánh lửa điện
tử trên xe Toyota Vios 2007”.
 Tình hình nghiên cứu:

Ở Việt Nam hệ thống phun xăng điện tử (EFI) mới chỉ mới xuất hiện vào
những năm gần đây. Năm 1995 cùng với sự ra đời của toyota VN các xe ôtô du
nhập vào Việt Nam đã có mang theo công nghệ này, nhưng còn chưa mạnh mẽ. Mãi
những năm gần đây khi hội nhập thì hệ thống phun xăng điện tử trên ôtô của VN

cũng ngày càng phát triển mạnh mẽ. Hiện nay ở nước ta đã có hơn 50% các xe ôtô
đã sử dụng hệ thống tiên tiến này. Tuy nhiên việc hệ thống này có phát triển mạnh
mẽ trong thời gian tới ở VN hay không đang đươc đặt một dấu hỏi lớn. Việc sử
dụng hệ thống này không khó, xong khi nó hỏng hóc hay cần bảo hành thì kiến thức
và kinh nghiệm của đại đa số thợ và kỹ sư trong nước hiện nay chưa đủ để có thể
can thiệp vào EFI. Mà có đủ thì cũng khó có thể tìm phụ tùng thay thế đúng tiêu
chuẩn. Chính vì vậy việc phát triển thợ sửa chữa và các kỹ sư chất lượng cao cho
ngành này đang là nhu cầu thiết yếu để phát triển nó. Tuy nhiên các giáo trình ở VN

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

về hệ thống này gần như là chưa có hoặc nếu có cũng không được chi tiết và rõ
ràng.
 Mục đích nghiên cứu:

Nhằm phục vụ cho công tác giảng dạy và tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên
hướng dẫn sinh viên trong quá trình thực tập.
Giúp cho sinh viên ứng dụng ngay bài học lý thuyết vào bài học thực hành.
Sinh viên có điều kiện quan sát mô hình một cách trực quan, dễ cảm nhận
được hình dạng và vị trí các chi tiết lắp đặt trên hệ thống phun xăng điện tử.
Giúp sinh viên kiểm tra và đo đạc các thông số của hệ thống phun xăng, đánh
lửa trên mô hình.
Góp phần hiện đại hóa phương tiện và phương pháp dạy thực hành trong giáo
dục-đào tạo.
Giúp sinh viên tiếp thu bài tốt hơn.

 Nhiệm vụ nghiên cứu:

Sơ lược về phun xăng điện tử và các hệ thống điều khiển EFI.
Thiết kế, chế tạo mô hình phun xăng điện tử phục vụ cho việc giảng dạy và
thực hành trên mô hình này.
 Phương pháp nghiên cứu:

Tìm hiểu hệ thống EFI trên các tài liệu, giáo trình... liên quan đến hệ thống
phun xăng điện tử.
Xây dựng cách kiểm tra và quy trình khi kiểm tra hỏng hóc trên hệ thống phun
xăng điện tử.
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.
Tham khảo tài liệu Toyota Technical Training.
 Dự kiến kết quả nghiên cứu:

Tạo tài liệu học tập, nghiên cứu cần thiết cho sinh viên

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

Xây dựng được mô hình phun xăng điện tử trên xe Toyota Vios 2007.
 Kết cấu của LVTN gồm: 4 chương

Chương 1: Tổng quan về hệ thống phun xăng điện tử trên ô tô

Chương 2: Hệ thống nhiên liệu trên động cơ Toyota Vios 2007
Chương 3:Thiết kế mô hình phun xăng đánh lửa điện tử trên xe Toyota Vios 2007
Chương 4: Kết luận và hướng phát triển của đề tài.

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG TRÊN Ô TÔ
1.1 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.
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.

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

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.
 Xăng phun ra liên tục và được định lượng tuỳ theo khối lượng không

khí nạp.

Hình 1.1. 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
6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

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.

Hình 1.2. 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;

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

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 KJetronic với van tần số, các nhà chế tạo đã đưa ra loại KE-Jetronic. Ở hệ thống KEJetronic, 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.
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 KJetronic 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

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

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.

Hình 1.3: 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.
1.2 Sơ lược về hệ thống phun xăng điện tử EFI
1.2.1 Phân loại

1.2.1.1 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.

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

 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.

Hình 1.4: Hệ thống L – EFI và D – EFI
1.2.1.2 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.
1.2.1.3 Phân loại theo phương pháp phun

Ta có 3 phương pháp sau đây:

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

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.

Hình 1.5: 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 1NZ-FE dùng phương pháp
này với 2 nhóm phun là nhóm máy 1&3 và nhóm máy 2&4.

Hình 1.6: 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 1.7: Phun đồng loạt sau 2 vòng quay trục khuỷu
1.2.1.4 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)

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

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.
1.2.2 Các kết cấu cơ bản của hệ thống phun xăng điện tử
1.2.2.1 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 Œung 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.
1.2.2.2 Khối điều khiển điện tử (ECU)
1.2.2.2.1 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
12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

như đảm bảo tính kinh tế nhiên liệu. Ngoài ra ECU còn giúp chẩn đoán động cơ khi
có sự cố xảy ra.
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…
TÍN HIỆU VÀO

BỘ PHẬN CHẤP HÀNH

Tín hiệu G, Ne
Lưu lượng gió
Nhiệt độ nước làm mát

E

Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống đánh lửa

Nhiệt độ khí nạp
Vị trí bướm ga
Tín hiệu khởi động

C

Điều khiển cầm chừng

Cảm biến oxy
Điện áp accu
Các cảm biến khác

Hệ thống chẩn đoán

U

Hình 1.8. 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.

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

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.
1.2.2.2.2

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 ôtô. 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.

14

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

Hình 1.9. 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).
1.2.2.3 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 1.10. Transistor đóng ngắt solenoid

15

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

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).
1.3 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.

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

Chương 2: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG CƠ TOYOTA VIOS
2007
2.1 Giới thiệu về xe Toyota Vios 2007

Xe Toyota Vios là xe sedan cỡ nhỏ 4 chỗ.Sử dụng động cơ 1NZ- FE I4 dung
tích 1.6l, DOHC và VVT-I công xuất cực đại 80kW tại 6000v/p,momen xoắn cực
đại 141Nm tại 4200v/p.

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

18

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

2.2 Hệ thống nhiên liệu động cơ của xe Toyota Vios 2007
2.2.1 Sơ đồ tổng quát và nguyên lý hoạt động

Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ Toyota 1NZ-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
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.
2.2.2 Cấu tạo các bộ phận của hệ thống nhiên liệu
2.2.2.1 Kim phun nhiên liệu

Vòi phun trên động cơ 1NZ-FE là loại vòi phun đầu dài, trên thân vòi phun có
tấm cao su cách nhiệt và giảm rung cho vòi phun, các ống dẫn nhiên liệu đến vòi
phun được nối bằng các giắc nối nhanh.

19

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

Vòi phun hoạt động bằng điện từ, lượng phun và thời điểm phun nhiên liệu phụ
thuộc vào tín hiệu từ ECU. Vòi phun được lắp vào nắp quy lát ở gần cửa nạp của
từng xy lanh qua một tấm đệm cách nhiệt và được bắt chặt vào ống phân phối xăng.
Cấu tạo và nguyên lý cụ thể của kim phun như sau:

Hình 2.2. 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.

Hình 2.3. Một số kiểu phun
20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

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.

Hình 2.4: Sơ đồ mạch điện điều khiển vòi phun động cơ 1NZ-FE

Điện áp acquy cung cấp trực tiếp đến kim phun qua công tắc máy. Khi
transistor T trong ECU mở sẽ có dòng chạy qua kim phun, qua chân
#10,#20,#30,#40 về mass. Trong khi transistor mở dòng điện chay qua kim phun
làm nhất ty kim và nhiên liệu được phun vào trước xupap nạp.
2.2.2.2 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.

21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

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 1NZ-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 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 2.5. Cấu tạo bơm nhiên liệu

Như trong hình vẽ, khi động cơ quay, dòng điện chạy từ cực ST của khóa điện
đến cuộn dây L2 của role bơm xăng, sau đó tiếp đất. Do đó role bơm xăng bật và
kết quả là dòng điện chạy đến bơm xăng. Đồng thời ECU nhận được tín hiệu NE từ
22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

cảm biến tốc độ động cơ, transitor ở bên trong ECU bật lên. Kết quả là dòng điện
chạy qua cuộn dây L1 của role này và giữ cho nó luôn bật khi động cơ đang chạy.

Hình 2.6: Sơ đồ mạch điện điều khiển bơm xăng

Ngoài ra, trên một số hệ thống phun xăng điện tử còn sử dụng mach điều
khiển tốc độ bơm xăng. Chức năng này có tác dụng làm giảm tốc độ của bơm nhiên
liệu để làm giảm độ mòn của bơm cũng như lương điện năng tại thời điểm không
cần cung cấp một lượng lớn nhiên liệu cho động cơ, như khi động cơ đang chạy
không tải.
Khi động cơ đang chạy ở chế độ cầm chừng hay điều khiển tải nhẹ, ECU điều
khiển transitor mở, có dòng điện chạy qua cuộn dây của role điều khiển bơm nhiên
liệu, tạo lực hút đóng tiếp điểm B, cung cấp điện cho bơm xăng hoạt động qua điện
trở R. Lúc này bơm xăng quay ở tốc độ thấp.
Khi động cơ đang chạy ở tốc độ cao hay tải nặng, ECU sẽ điều khiển transistor
đóng lại ngắt dòng qua cuộn dây của role điều khiển bơm nhiên liệu. Tiếp điểm
được trả về vị trí A, cung cấp dòng trực tiếp đến bơm. Nhờ vậy bơm quay với tốc
độ nhanh để cung cấp lượng xăng cần thiết cho chế độ này.

23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

2.2.2.3 Lọc nhiên liệu

Hình 2.7: Bộ lọc nhiên liệu

Bộ lọc nhiên liệu có nhiệm vụ là: lọc tất cả các chất bẩn và tạp chất khác ra khỏi
nhiên liệu. Nó được lắp tại phía có áp suất cao của bơm nhiên liệu. Ưu điểm của loại
lọc thấm kiểu dùng giấy là giá rẻ, lọc sạch. Tuy nhiên, loại lọc này cũng có nhược điểm
là tuổi thọ thấp, chu kỳ thay thế trung bình khoảng 4500km.

Hình 2.8: Kết cấu bộ lọc nhiên liệu
1:Thân lọc nhiên liệu; 2:Lõi lọc; 3:Tấm lọc;
4:Cửa xăng ra; 5:Tấm đỡ; 6:Cửa xăng vào.

Xăng từ bơm nhiên liệu vào cửa (6) của bộ lọc, sau đó xăng đi qua phần tử lọc
(2). Lõi lọc được làm bằng giấy, độ xốp của lõi giấy khoảng 10µm. Các tạp chất có
kích thước lớn hơn 10µm được giữ lại đây. Sau đó xăng đi qua tấm lọc (3) các tạp
chất nhỏ hơn 10µm được giữ lại và xăng đi qua cửa ra (5) của bộ lọc là xăng tương
đối sạch cung cấp quá trình nạp cho động cơ.
2.2.2.4 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
24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

SVTH : Bùi Thanh Thương

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.

Hình 2.9: Ống phân phối nhiên liệu
2.2.2.5 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 1NZ-FE sử dụng bộ điều áp loại đặt bên ngoài thùng nhiên
liệu và có cấu tạo như hình dưới đây:

Hình 2.10: Bộ điều áp
25