Nghiên cứu hệ thống phun xăng gián tiếp EFI

Mục lục.
Lời nói đầu
Tổng quan về hệ thồng phun xăng điện tử EFI...............................................11
Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử động cơ 1TR-FE.............................21
1:Bình Xăng; 2:Bơm xăng điện; 3:Cụm ống của đồng hồ đo xăng và bơm; 4:Lọc
Xăng; 5:Bộ lọc than hoạt tính; 6:Lọc không khí; 7:Cảm biến lưu lượng khí nạp;
8:Van điện từ; 9: Môtơ bước; 10:Bướm ga; 11:Cảm biến vị trí bướm ga; 12:Ống
góp nạp; 13:Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 14:Bộ ổn định áp suất;15:Cảm biến vị trí
trục cam; 16:Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu; 17:Ống phân phối nhiên liệu; 18:Vòi
phun; 19:Cảm biến kích nổ; 20:Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 21:Cảm biến vị
trí trục khuỷu; 22:Cảm biến ôxy.........................................................................21
Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử..........................................21
23
Hình 2.3: Kết cấu của bơm xăng điện.................................................................23
1:Van một chiều; 2:Van an toàn; 3:Chổi than; 4:Rôto; 5:Stato; 6,8:Vỏ bơm;........23
7,9:Cánh bơm; 10:Cửa xăng ra; 11:Cửa xăng vào...............................................23
Nguyên lý làm việc: ..........................................................................................23
Rôto (4) quay, dẫn động cánh bơm (7) quay theo, lúc đó cánh bơm sẽ gạt nhiên liệu
từ cửa vào (11) đến cửa ra (10) của bơm, do đó tạo được độ chân không tại cửa vào
nên hút được nhiên liệu vào và tạo áp suất tại cửa ra để đẩy nhiên liệu đi..............23
Van an toàn (2) mở khi áp suất vượt quá áp suất giới hạn cho phép (khoảng 6
kG/cm2)............................................................................................................23
Van một chiều (1) có tác dụng khi động cơ ngừng hoạt động. Van một chiều kết
hợp với bộ ổn định áp suất duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu khi động
cơ ngừng chạy, do vậy có thể dễ dàng khởi động lại. Nếu không có áp suất dư thì
nhiên liệu có thể dễ dàng bị hoá hơi tại nhiệt độ cao gây khó khăn khi khởi động lại
động cơ.............................................................................................................23
Ðiều khiển bơm nhiên liệu:................................................................................23
Bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy. Ðiều này tránh cho nhiên liệu
không bị bơm đến động cơ trong trường hợp khóa điện bật ON nhưng động cơ
chưa chạy. Hiện nay có nhiều phương pháp điều khiển bơm nhiên liệu................23

Khi động cơ đang quay khởi động......................................................................23

1


Dòng điện chạy qua cực ST2 của khóa điện đến cuộn dây máy khởi động (kí hiệu
ST) và dòng diện vẫn chạy từ cực STAcủa ECU (tín hiệu STA)..........................23
Khi tín hiệu STA và tín hiệu NE được truyền đến ECU, transitor công suất bật ON,
dòng điện chạy đến cuộn dây mở mạch (C/OPN), rơle mở mạch bật lên, nguồn điện
cấp đến bơm nhiên liệu và bơm hoạt động..........................................................24
Khi động cơ đã khởi động..................................................................................24
Sau khi động cơ đã khởi động, khóa điện được trở về vị trí ON (cực IG2) từ vị trí
Start cực (ST), trong khi tín hiệu NE đang phát ra (động cơ đang nổ máy), ECU giữ
Tr bật ON, rơle mở mạch ON bơm nhiên liệu được duy trì hoạt động .................24
Khi động cơ ngừng............................................................................................24
Khi động cơ ngừng, tín hiệu NE đến ECU động cơ bị tắt. Nó tắt Transistor, do đó
cắt dòng điện chạy đến cuộn dây của rơle mở mạch. Kết quả là, rơle mở mạch tắt
ngừng bơm nhiên liệu........................................................................................24
Hình 2.4: Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên liệu................................................24
1:Cầu chì dòng cao; 2,6,8,9:Cầu chì; 3,4,10:Rơ le; 5:Bơm;.................................24
7:Khóa điện; 11:Máy khởi động.........................................................................24
Lọc nhiên liệu 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.....................................................25
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.............................................................................................................25
25
Hình 2.6: Kết cấu bộ lọc nhiên liệu.....................................................................25
1:Thân lọc nhiên liệu; 2:Lõi lọc; 3:Tấm lọc;........................................................25
4:Cửa xăng ra; 5:Tấm đỡ; 6:Cửa xăng vào..........................................................25

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............................................................25
Bộ điều chỉnh áp suất nhiên liệu cấp đến vòi phun phụ thuộc vào áp suất trên đường
ống nạp. Lượng nhiên liệu được điều khiển bằng thời gian của tín hiệu phun, nên để
lượng nhiên liệu được phun ra chính xác thì mức chênh áp giữa xăng cung cấp đến
2


vòi phun và không gian đầu vòi phun phải luôn luôn giữ ở mức 2,9 kG/cm2 và
chính bộ điều chỉnh áp suất bảo đảm trách nhiệm này..........................................27
27
Hình 2.8 Sự điều chỉnh áp suất nhiên liệu theo áp suất đường ống nạp.................27
của bộ ổn định áp suất........................................................................................27
28
Hình 2.9 : Kết cấu bộ ổn định áp suất.................................................................28
1:Khoang thông với đường nạp khí; 2:Lò xo; 3:Van; 4:Màng;.............................28
5: Khoang thông với dàn ống xăng; 6:Ðường xăng hồi về thùng xăng..................28
Nguyên lý làm việc của bộ ổn định ....................................................................28
Nhiên liệu có áp suất từ dàn ống phân phối sẽ ấn màng (4) làm mở van (3). Một
phần nhiên liệu chạy ngược trở lại thùng chứa qua đường nhiên liệu trở về thùng
(6). Lượng nhiên liệu trở về phụ thuộc vào độ căng của lò xo màng, áp suất nhiên
liệu thay đổi tuỳ theo lượng nhiên liệu hồi. Ðộ chân không của đường ống nạp được
dẫn vào buồng phía chứa lò xo làm giảm sức căng lò xo và tăng lượng nhiên liệu
hồi, do đó làm giảm áp suất nhiên liệu. Nói tóm lại, khi độ chân không của đường
ống nạp tăng lên (giảm áp), thì áp suất nhiên liệu chỉ giảm tương ứng với sự giảm
áp suất đó. Vì vậy áp suất của nhiên liệu A và độ chân không đường nạp B được
duy trì không đổi. Khi bơm nhiên liệu ngừng hoạt động, lò xo (2) ấn van (3) đóng

lại. Kết quả là van một chiều bên trong nhiên liệu và van bên trong bộ điều áp duy
trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu. ..........................................................28
a) Vòi phun chính..............................................................................................28
Vòi phun trên động cơ 1TR-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.......................................................................28
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.
29
Kết cấu và nguyên lý hoạt động của vòi phun.....................................................29
Khi cuộn dây (4) nhận được tín hiệu từ ECU, piston (7) sẽ bị kéo lên thắng được
sức căng của lò xo. Do van kim và piston là cùng một khối nên van cũng bị kéo lên
tách khỏi đế van của nó và nhiên liệu được phun ra. ...........................................29
3


29
1:Thân vòi phun ;2:Giắc cắm; 3:Đầu vào; 4:Gioăng chữ O; 5:Cuộn dây;.............29
6:Lò xo; 7:Piston ; 8:Đệm cao su; 9:Van kim......................................................29
Hình 2.10: Kết cấu vòi phun nhiên liệu............................................................29
Lượng phun được điều khiển bằng khoảng thời gian phát ra tín hiệu của ECU. Do
độ mở của van được giữ cố định trong khoảng thời gian ECU phát tín hiệu, vậy
lượng nhiên liệu phun ra chỉ phụ thuộc vào thời gian ECU phát tín hiệu...............29
Mạch điện điều khiển vòi phun: ........................................................................29
Hiện có 2 loại vòi phun, loại có điện trở thấp1,5-3Ω và loại có điện trở cao13,8Ω,
nhưng mạch điện của hai loại vòi phun này về cơ bản là giống nhau. Điện áp ắc quy
được cung cấp trực tiếp đến các vòi phun qua khóa điện. Các vòi phun được mắt
song song..........................................................................................................29
Động cơ 2TR-FE với kiểu phun độc lập nên mỗi vòi phun của nó có một transitor

điều khiển phun.................................................................................................29
30
Hình 2.11: Sơ đồ mạch điện điều khiển vòi phun động cơ 1TR-FE......................30
1:Ắc quy; 2:Cầu chì dòng cao; 3:Khóa điện; 4:Cầu chì; 5:Vòi phun.....................30
Do yêu cầu bảo vệ môi trường ngày càng khắt khe, hơi xăng tạo ra trong trong
thùng chứa trên xe hiện đại sẽ không được thải ra ngoài mà được đưa trở lại đường
nạp động cơ.......................................................................................................31
32
Hình 2.13: Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu .....................................................32
1:Bướm ga; 2:Van điện từ; 3:Van một chiều; 4:Thùng xăng;...............................32
5:Van chân không của nắp bình xăng; 6:Bộ lọc than hoạt tính.............................32
Hơi nhiên liệu bốc lên từ bình nhiên liệu, đi qua van một chiều (3) và đi vào bộ lọc
than hoạt tính(6). Than sẽ hấp thụ hơi nhiên liệu. Lượng hơi được hấp thụ này sẽ
được hút từ cửa lọc của cổ họng gió vào xy lanh để đốt cháy khi động cơ hoạt động.
ECU điều khiển dòng khí bằng cách điều chỉnh độ mở của van điện từ................32
Van chân không (5) của nắp bình nhiên liệu được mở ra để hút không khí từ bên
ngoài vào bình nhiên liệu khi trong thùng có áp suất chân không.........................32
33
Hình 2.15: Sơ đồ kết cấu và điều khiển của.........................................................33
cảm biến đo lưu lượng không khí.......................................................................33
4


1:Bộ khuyếch đại; 2:Ra(nhiệt điện trở); 3:Ra(bộ sấy)..........................................33
Cảm biến lưu lượng khí nạp có một dây sấy được ghép vào mạch cầu. Mạch cầu
này có đặc tính là các điện thế tại điểm A và B bằng nhau khi tích của điện trở theo
đường chéo bằng nhau (Ra + R3)*R1=Rh*R2....................................................33
Khi dây sấy (Rh) được làm mát bằng không khí nạp, điện trở tăng lên dẫn đến sự
hình thành độ chênh giữa các điện thế của các điểm A và B. Một bộ khuyếch đại xử
lý phát hiện chênh lệch này và làm tăng điện áp đặt vào mạch này (làm tăng dòng

điện chạy qua dây sấy). Khi thực hiện việc này, nhiệt độ của dây sấy lại tăng lên
dẫn đến việc tăng tương ứng trong điện trở cho đến khi điện thế của các điểm A và
B trở nên bằng nhau (các điện áp của các điểm A và B trở nên cao hơn). Bằng cách
sử dụng các đặc tính của loại mạch cầu này, cảm biến lưu lượng khí nạp có thể đo
được khối lượng khí nạp bằng cách phát hiện điện áp ở điểm B...........................33
Trong hệ thống này nhiệt độ của dây sấy (Rh) được duy trì liên tục ở nhiệt độ
không đổi cao hơn nhiệt độ của không khí nạp, bằng cách sử dụng nhiệt điện trở
(Ra). Do đó có thể đo được khối lượng khí nạp một cách chính xác mặc dù nhiệt độ
khí nạp thay đổi, ECU động cơ không cần phải hiệu chỉnh thời gian phun nhiên liệu
đối với nhiệt độ không khí nạp...........................................................................34
Ngoài ra khi nhiệt độ không khí giảm ở các độ cao lớn, khả năng làm ngưội của
không khí giảm xuống so với cùng thể tích khí nạp ở mức nước biển. Do đó mức
làm nguội cho dây sấy này giảm xuống. Vì khối khí nạp được phát hiện cũng giảm
xuống, nên không cần phải hiệu chỉnh mức bù cho độ cao lớn.............................34
Khi ECU phát hiện thấy cảm biến lưu lượng bị hỏng một mã nào đó, ECU sẽ
chuyển vào chế độ dự phòng. Khi ở chế độ dự phòng, thời điểm đánh lửa được tính
toán bằng ECU, dựa vào tốc độ động cơ và vị trí của bướm ga. Chế độ dự phòng
tiếp tục cho đến khi hư hỏng được sửa chữa........................................................34
Hình 2.17 Cảm biến vị trí bướm ga.....................................................................35
1:Các IC Hall; 2:Các nam châm; 3:Bướm ga......................................................35
b) Mạch điện cảm biến vị trí bướm ga................................................................35
Hình 2.18: Sơ đồ điện cảm biến vị trí bướm ga...................................................36
1:Các IC Hall; 2:Các nam châm.........................................................................36
Cảm biến nhiệt độ khí nạp lắp bên trong cảm biến lưu lượng khí nạp và theo dõi
nhiệt độ khí nạp. Cảm biến nhiệt độ khí nạp sử dụng một nhiệt điện trở - điện trở
của nó thay đổi theo nhiệt độ khí nạp, có đặc điểm là điện trở của nó giảm khi nhiệt
5


độ khí nạp tăng. Sự thay đổi của điện trở được thông tin gửi đến ECU dưới sự thay

đổi của điện áp..................................................................................................37
1:Nhiệt điện trở; 2:Vỏ cảm biến.........................................................................37
b) Mạch điện cảm biến đo nhiệt độ khí:..............................................................37
Hình 2.21: Sơ đồ điện cảm biến nhiệt độ khí nạp................................................38
1:Khối cảm biến; 2: Điện trở nhiệt; 3:ECU; 4: Điện trở giới hạn dòng..................38
Cảm biến nhiệt độ khí nạp có một nhiệt điện trở được mắc nối tiếp với điện trở
được gắn trong ECU động cơ sao cho điện áp của tín hiệu được phát hiện bỡi ECU
động cơ sẽ thay đổi theo các thay đổi của nhiệt điện trở này, khi nhiệt độ của khí
nạp thấp, điện trở của nhiệt điện trở lớn tạo nên một tín hiệu điện áp cao trong tín
hiệu THA..........................................................................................................38
Hình 2.23: Kết cấu cảm biến ôxy........................................................................39
1: Nắp; 2:Phần tử Zirconia; 3:Bộ sấy; 4:Không khí; 5: Phần tử Platin...................39
Hình 2.24: Sơ đồ mạch điện cảm biến ôxy có bộ sấy...........................................40
Hình 2.26: Cảm biến nhiệt độ nước làm mát.......................................................41
1:Điện trở; 2:Thân cảm biến; 3:Lớp cách điện; 4:Giắc cắm dây...........................41
Hình 2.27: Sơ đồ mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát..............................42
1:Khối cảm biến; 2:Điện trở nhiệt; 3:Khối điều khiển;4:Khối điện trở giới hạn
dòng.................................................................................................................42
Hình 2.28:Cảm biến vị trí trục cam.....................................................................42
1:Cuộn dây; 2: Thân cảm biến ; 3: Lớp cách điện; 4: Giắc cắm............................42
Hình 2.29: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam...........................................43
1:Rôto tín hiệu ; 2:Cuộn dây cảm biến vị trí trục cam..........................................43
2.3.1.7 Cảm biến vị trí trục khuỷu.......................................................................43
a) Kết cấu và nguyên lý hoạt động................................................................43
Hình 2.30: Cảm biến vị trí trục khuỷu.................................................................43
1:Cuộn dây; 2: Thân cảm biến ; 3: Lớp cách điện; 4: Giắc cắm............................44
Hình 2.31 : Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục khuỷu.......................................44
1:Rôto tín hiệu ; 2:Cuộn dây cảm biến vị trí trục cam..........................................44
2.3.1.8 Cảm biến kích nổ:.................................................................................44
a. Kết cấu và nguyên lý hoạt động:.............................................................44

Hình 2.32: Kết cấu cảm biến kích nổ..................................................................45
1:Thân cảm biến; 2:Phần tử áp điện; 3: Điện trở phát hiện hở mạch.....................45
6


Hình 2.33: Sơ đồ mạch điện cảm biến tiếng gõ...................................................45
1:phần tử áp điện; 2:điện trở...............................................................................45
2.3.1.9 Cảm biến vị trí bàn đạp ga:.....................................................................45
a. Kết cấu và nguyên lý hoạt động......................................................................45
Hình 2.34: Kết cấu cảm biến vị trí bàn đạp ga.....................................................46
1:Mạch IC Hall; 2:Nam châm............................................................................46
b.Mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga....................................................46
Hình 2.35: Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bàn đạp ga........................................46
1: Mạch IC Hall; 2: Nam châm..........................................................................46
2.4.3 Các thông số hoạt động của ECU...............................................................48
a. Các thông số chính.........................................................................................48
Là tốc độ động cơ và lượng gió nạp. Các thông số này là thước đo trực tiếp tình
trạng tải của động cơ..........................................................................................48
b.Các thông số thích nghi...................................................................................48
Điều kiện hoạt động của động cơ luôn thay đổi thì tỷ lệ hoà khí phải thích ứng theo.
Chúng ta sẽ đề cập đến các điều kiện hoạt động sau:...........................................48
Khởi động.........................................................................................................48
Làm ấm............................................................................................................48
Thích ứng tải.....................................................................................................48
Đối với khởi động và làm ấm ECU sẽ tính toán xử lý các tín hiệu của cảm biến
nhiệt độ động cơ. Đối với tình trạng thay đổi tải thì mức tải không tải, một phần tải,
toàn tải được chuyển tín hiêu đến ECU nhờ cảm biến vị trí bướm ga....................48
c. Các thông số chính xác...................................................................................48
Để đạt được chế độ vận hành tối ưu ECU xem thêm các yếu tố ảnh hưởng:.........48
Trạng thái chuyển tiếp khi gia tốc.......................................................................48

Sự giới hạn tốc độ tối đa....................................................................................48
Sự giảm tốc.......................................................................................................48
Những yếu tố này được xác định từ các cảm biến đã nêu, nó có quan hệ và tác động
tín hiệu điều khiển đến kim phun một cách tương ứng.........................................48
ECU sẽ tính toán các thông số thay đổi cùng với nhau, mục đích cung cấp cho động
cơ một lượng xăng cần thiết theo từng thời điểm.................................................48
a. Làm đậm trong và sau khi khởi động..............................................................49
Hình 2.36: Đồ thị làm giàu xăng.........................................................................49
7


c.Thích ứng theo điều kiện tải:...........................................................................49
d.Thích ứng theo nhiệt độ khí nạp......................................................................50
e. Giới hạn tốc độ động cơ.................................................................................50
f. Giảm tốc........................................................................................................50
g. Điều khiển tốc độ không tải:...........................................................................51
Hình 2.19: Sơ đồ khối hệ thống nạp....................................................................52
Hình 2.20: Kết cấu cổ họng gió..........................................................................53
1:Môtơ bước; 2:Bướm ga; 3:Các nam châm;......................................................53
4:Các bánh răng giảm tốc; 5:IC HALL(cảm biến vị trí bướm ga).........................53
Nguyên lý làm việc: ..........................................................................................53
ECU động cơ điều khiển độ lớn và hướng của dòng điện chạy đến môtơ điều khiển
bướm ga, làm quay hay giữ môtơ, và mở hoặc đóng bướm ga qua một cụm bánh
răng giảm tốc. Góc mở bướm ga thực tế được phát hiện bằng một cảm biến vị trí
bướm ga, và thông số đó được phản hồi về ECU động cơ....................................53
Khi dòng điện không chạy qua môtơ, lò xo hồi sẽ mở bướm ga đến vị trí cố định
(khoảng 70). Tuy nhiên, trong chế độ không tải bướm ga có thể được đóng lại nhỏ
hơn so với vị trí cố định.....................................................................................53
Khi ECU động cơ phát hiện thấy có hư hỏng, nó bật đèn báo hư hỏng trên đồng hồ
táp lô đồng thời cắt nguuồn đến môtơ, nhưng do bướm ga được giữ ở góc mở

khoảng 70, xe vẫn có thể chạy đến nơi an toàn....................................................53
2.5.4 Ống góp hút và đường ống nạp:.................................................................53
Ống góp hút và đường ống nạp được chế tạo bằng nhựa nhằm mục đích giảm trọng
lượng và sự truyền nhiệt đến nắp qui lát..............................................................53
53
Hình 2.21: Ống góp hút và đường ống nạp.........................................................53
1:Ống góp hút; 2:Đường ống nạp.......................................................................53
Chương 3 Các hư hỏng thường gặp và chẩn đoán...............................................54
Tài liệu tham khảo...........................................................................................59

Tài liệu tham khảo.

8


9


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay khoa học kỹ thuật đang phát triển rất nhanh mang lại lợi ích rất to
lớn cho con người cả về vật chất lẫn tinh thần. Để nâng cao đời sống của nhân
dân và hòa nhập với sự phát triển chung của đất nước trong khu vực khác trên
thế giới. Nhà nước ta đẩy mạnh công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Một
trong những mục tiêu đặt ra là phát triển ngành công nghiệp cơ khí ôtô.
Ngành công nghiệp cơ khí ôtô đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển
chung của toàn xã hội về giải quyết việc làm, thúc đẩy nền kinh tế quốc dân.
Trong những thập niên gần đây sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, nhu
cầu vận chuyển hàng hóa và nhu cầu đi lại ngày càng cao. Mạng lưới giao
thông phát triển nhanh phương tiện giao thông đi lại bằng ôtô ngày càng
chiếm vị trí quan trọng và không thể thiếu được đối với xã hội.

Là sinh viên của Khoa Kỹ thuật Ôtô và Máy động lực, chúng em được
trang bị những kiến thức cơ bản về ngành cơ khí động lực. Mặc dù còn một
năm nữa chúng em mới ra trường nhưng khi được nhận đồ án về chuyên
ngành mình theo học, tập thể lớp cũng như cá nhân em cảm thấy rất vui. Nó
sẽ trang bị thêm và bổ trợ những kiến thức chung em vừa được học để tiếp tục
cố gắng hơn nữa trong học tập sau này ra trường đóng góp cho sự phát triển
ngành công nghiệp ôtô nước nhà, cho bản thân cho gia đình và cho toàn xã
hội.
Em nhận được đề tài: ‘ Nghiên cứu hệ thống phun xăng gián tiếp EFI `. Đây
là một đề tài bổ ích mang tính thiết thực, giúp em hoàn thiện hơn trong việc
kết hợp lý thuyết trên lớp và thực hành xưởng và là nền tảng quan trong để
năm sau em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Hy vọng dưới sự chỉ đạo của
thầy giáo hướng dẫn giúp em nắm vững về hệ thống này cũng như hoàn thành
tốt đồ án.
10


Chương 1

Tổng quan về hệ thồng phun xăng điện tử EFI
1.1Khái niệm về phun xăng điện tử:
Hệ thống phun xăng điện tử là hệ thống cung cấp xăng dùng vòi phun
xăng phun cưỡng bức bằng thiết bị điều khiển điện tử ( EFI- Electronic Fuel
Injection ). Hệ thống phun xăng điện tử EFI sử dụng các cảm biến khác nhau
để phát hiện tình trạng khác nhau của động cơ và điều kiện chạy xe. Và ECU
động cơ tính toán lượng phun nhiên liệu tối ưu, cung cấp xăng cho các vòi
phun xăng chính và vòi phun xăng khởi động lạnh.
Hệ thống gồm hai thành phần chính là các bộ phận cảm biến và bộ phận
điều khiển trung tâm. Bộ phận cảm biến liên tục theo dõi quá trình hoạt động
của động cơ, bao gồm vị trí bướm ga, áp suất ống nạp, nhiệt độ khí nạp, nhiệt

độ dầu, tốc độ động cơ… và truyền tải thông tin tới bộ điều khiển.

Hình 1.1 Sơ đồ khái quát hệ thống phun xăng điện tử.
Chữ EFI trên động cơ và phía sau thân xe là viết tắt của từ Electronic
Fuel Injection, có nghĩa là hệ thống phun xăng điều khiển bằng điện tử. Đây
là hệ thống cung cấp hỗn hợp nhiên liệu tốt nhất hiện nay. Tùy theo các chế
độ làm việc khác nhau của ôtô mà hệ thống tự thay đổi tỷ lệ hỗn hợp nhiên

11


liệu để cung cấp cho động cơ hoạt động tốt nhất. 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 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 các xe đời cũ sử dụng bộ chế hòa khí để tạo hỗn hợp nhiên liệu
và cung cấp nhiên liệu cho động cơ. Cả hai loại này: bộ chế hòa khí hay hệ
thống phun xăng điện tử đều cung cấp nhiên liệu với một tỷ lệ nhất định phụ
thuộc vào lượng khí nạp. Nhưng do để đáp ứng các yêu cầu về khí xả, tiêu
hao nhiên liệu, cải thiện khả năng tải… thì bộ chế hòa khí ngày nay được lắp
thêm các thiết bị hiệu chỉnh khác, làm cho nó trở nên phức tạp hơn rất nhiều.
Do vậy, hệ thống phun xăng điện tử EFI đã ra đời thay thế cho bộ chế
hòa khí, nó đảm bảo tỷ lệ hỗn hợp nhiên liệu thích hợp cho động cơ bằng
việc phun nhiên liệu điện tử theo các chế độ lái xe khác nhau

Hình 1.2: Hệ thống EFI

1.2

Lịch sử phát triển:

Vào thế kỷ XIX, một kỹ sư người mỹ ông Stenvan 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 hỏa nên hay bị kích nổ và hiệu quả thấp ). Tuy nhiên, sau

12


đó sáng kiến này đã rất 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 xupap
hút nên có tên goi là K - Jetronic. K - Jetronic được đưa vào sản xuất 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 có 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 hai 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
trên đường ống nạp).
Đến năm 1984, người Nhật đã mua bản quyền của BOSCH và đã ứng dụng
hệ thống phun xăng L – Jetronic và D – Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dung
với động cơ 4A – ELU). Đến những năm 1987 , hãng Nissan dung L – Jetronic thay
bộ chế hòa khí của xe Sunny.
Việc điều khiển EFI có thể chia làm hai loại, dựa trên sự khác nhau về
phương pháp dung để xác định lượng nhiên liệu phun.
Một là một loại mạch tương tự, loại này điều khiển lượng phun dựa vào thời gian
cần thiết để nạp và phóng vào 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 1983.
Loại hệ thống EFI điều khiển bằng bộ vi xử lý được sử dụng trong xe của
Toyota gọi là TCCS (Toyota computer controlled 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
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 phân loại như sau:

13


Hình 1.3: Sơ đồ phân loại hệ thống phun xăng điện tử
Loại EFI mạch tương tự và vi điều khiển bằng bộ vi xử lý về cơ bản là giống
nhau, nhưng có thể nhận thấy một vài điểm khác nhau như các lĩnh vực điều khiển
và độ chính xác.

1.3. Ưu, nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử.
1.3.1. Ưu điểm.
Hệ thống phun xăng có nhiều ưu điểm hơn bộ chế hòa khí là:
- Dùng áp suất làm tơi xăng thành những hạt bụi sương hết sức nhỏ.
- Phân phối hơi xăng đồng đều đến từng xylanh một và giảm thiểu xu
hướng kích nổ bởi hòa khí loãng hơn.
- Động cơ chạy không tải êm dịu hơn.
- Tiết kiệm nhiên liệu nhờ đều khiển được lượng xăng chính xác, bốc hơi
tốt, phân phối xăng đồng đều.
- Giảm được các khí thải độc hại nhờ hòa khí loãng.
- Mômen xoắn của động cơ phát ra lớn hơn, khởi động nhanh hơn, xấy

nóng máy nhanh và động cơ làm việc ổn định hơn.
- Tạo ra công suất lớn hơn, khả năng tăng tốc tốt hơn do không khí có
họng khuếch tán gây cản trở như động cơ chế hòa khí.

14


- 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.
- Gia tốc nhanh hơn nhờ xăng bốc hơn tốt hơn lại được phun vào xylanh tận nơi.
- Đạt được tỷ lệ hòa khí dễ dàng và tỷ lệ hòa khí tối ưu cho động cơ.
- Duy trì được hoạt động lý tưởng trên phạm vi rộng trong các điều kiện vận hành.
- Giảm bớt được các hệ thống chống ô nhiễm môi trường.
1.3.2 Nhược điểm
Nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử so với chế hòa khí là: để
hoạt động bình thường, EFI cần rất nhiều thông số như góc quay và tốc độ
trục khuỷu, lưu lượng khí nạp, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát, tỷ lệ
hỗn hợp, nồng độ oxy ở khí thải…Những số liệu này được thu thập từ các
cảm biến đặt khắp nơi trong động cơ. Chẳng hạn như cảm biến phát hiện nồng
độ oxy dư trong khí thải quá lớn, bộ điều khiển trung tâm (ECU) sẽ ra lệnh
cho hệ thống bơm xăng ít đi, để sao cho nhiên liệu luôn cháy hết. Do cần quá
nhiều thông số để tối ưu hóa quá trình phun nhiên liệu nên EFI rất dễ gặp sự
cố. Chỉ cần một cảm biến nào đó hoạt động không bình thường, gửi sai thông
tin sẽ ảnh hưởng tới toàn bộ hệ thống. Nếu cảm biến “chết” hoặc thiết bị nào
đó hỏng, thông số mà nó chịu trách nhiệm sẽ không tồn tại và ECU sẽ báo lỗi
lên đồng hồ “ check engine”.
Ngoài ra trong quá trình phun, nếu chất lượng nhiên liệu không tốt, bộ
lọc làm việc không hiệu quả sẽ rất dễ dẫn tới kim phun bị tắc, đống cặn. Khi
kim bị tắc, lượng xăng cung cấp không đủ theo nhu cầu thực tế nên xe yếu và
thường xuyên chết máy. Những yếu tố khác ảnh hưởng tới hoạt động của kim

phun còn có thể dòng điện không đáp ứng yêu cầu.
1.4 Phân loại hệ thống phun xăng:
Hệ thống phun nhiên liệu có thể được phân loại theo nhiều kiểu
a) Theo cách điều khiển vòi phun:
- Điều khiển bằng cơ khí:
- Điều khiển bằng điện tử:
b) Theo số lượng điểm phun thì được chia làm 2 loại:
-Phun đơn điểm (single point injection)
Đây là loại phun trung tâm. Kim phun được bố trí phía trên cánh bướm ga
(phun trên đường ống nạp). Nhược điểm của hệ thống này là tốc độ dịch

15


chuyển của hòa khí tương đối thấp do nhiên liệu được phun ở vị trí xa supap
hút và khả năng thất thoát trên đường ống nạp.

Hình 1.4 Phun đơn điểm
- Phun đa điểm (Multi Point Fuel Injection)
Đây là hệ thống phun nhiên liệu đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xylanh
được bố trí gần supap nạp (cách khoảng 10 - 15 mm). Ống góp hút được thiết
kế sao cho đường đi của không khí từ bướm ga đến xylanh khá dài, nhờ vậy,
nhiên liệu phun ra được hòa trộn tốt với không khí nhờ xoáy lốc. Nhiên liệu
cũng không còn thất thoát trên đường ống nạp. Hệ thống phun xăng đa điểm
ra đời đã khắc phục được các nhược điểm cơ bản của hệ thống phun xăng
đơn điểm.

Hình 1.5 Phun đa điểm.

16

c) Theo cách thức phun thì được chia làm 2 loại:
- Phun gián tiếp, EFI ( Electronic Fuel Injection ): Vòi phun được bố trí trên đường
ống nạp hoặc ngay phía trước xupáp nap.

Hình 1.6 Phun gián tiếp.

- Phun trực tiếp,GDI( Gasoline Direct Injection): Vòi phun được bố trí trực tiếp
trong xilanh.

Hình 1.7 Phun trực tiếp.

17


18


Chương 2 Kết cấu và hoạt động của một số bộ phận cơ bản của hệ
thống phun xăng điện tử.
2.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng điện tử
2.1.1. Giới thiệu chung về động cơ 1TR-FE trên xe Inova G :
Toyota Inova có 2 loại là : Inova G và Inova J
Loại xe
Động cơ
Hộp số
Số chỗ ngồi

Innova G

2.0 lít (1TR-FE)
5 số tay
8 chỗ

Innova J
2.0 lít (1TR-FE)
5 số tay
8 chỗ

Loại động cơ
Kiểu

1TR-FE
4 xilanh thẳng hàng, 16 van, cam kép DOHC có VVT-I, dẫn
động xích.

Dung tích công
tác

1998 cm3

Đường kính xy
lanh D

86 mm

Hành trình
piston S

86 mm

Tỉ số nén
Công suất tối đa

9,8
100Kw/5600 rpm

Mô men xoắn tối
đa
Hệ thống phun

182/4000 (N.m/rpm)

nhiên liệu

L-EFI

Tiêu chuẩn khí
xả
Cơ cấu phối khí

Euro Step 2
16 xupap dẫn động bằng xích,có VVT-i

19


Thờ

Nạ

i

p

Mở
520~00 BTDC
Đón

điể
m
phối

Xả

120~640 ABDC

g
Mở

440 BTDC

Đón
g
Độ nhớt /cấp độ

80 ABDC

của dầu bôi trơn

5W-30/API SL, SJ, EC or ILSAC

Động cơ 1TR-FE lắp trên xe Inova của hãng Toyota là loại động cơ xăng thế hệ
mới, 4 xy lanh thẳng hàng, dung tích xylanh 2.0 lít trục cam kép DOHC 16 xupap
dẫn động bằng xích thông qua con đội thuỷ lực với hệ thống van nạp biến thiên
thông minh VVT-i. Động cơ có công suất cực đại 100Kw/5600 rpm có hệ thống
đánh lửa trực tiếp điều khiển bằng điện tử và hệ thống nhiên liệu phun trực tiếp điều
khiển bởi ECU.

2.1.2 Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống phun xăng điện tử.

20


Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống phun xăng điện tử động cơ 1TR-FE.
1:Bình Xăng; 2:Bơm xăng điện; 3:Cụm ống của đồng hồ đo xăng và bơm; 4:Lọc
Xăng; 5:Bộ lọc than hoạt tính; 6:Lọc không khí; 7:Cảm biến lưu lượng khí nạp;
8:Van điện từ; 9: Môtơ bước; 10:Bướm ga; 11:Cảm biến vị trí bướm ga; 12:Ống
góp nạp; 13:Cảm biến vị trí bàn đạp ga; 14:Bộ ổn định áp suất;15:Cảm biến vị trí
trục cam; 16:Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu; 17:Ống phân phối nhiên liệu;
18:Vòi phun; 19:Cảm biến kích nổ; 20:Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 21:Cảm
biến vị trí trục khuỷu; 22:Cảm biến ôxy.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử.

21


Nhiên liệu được hút từ bình nhiên liệu bằng bơm cánh gạt qua bình lọc nhiêu
liệu để lọc sách các tạp chất sau đó tới bộ giảm rung, bộ phận này có nhiệm vụ hấp

thụ các dao động nhỏ của nhiên liệu sự phun nhiện liệu gây ra. Sau đó qua ống phân
phối, ở cuối ống phân phối có bộ ổn định áp suất nhằm điều khiển áp suất của dòng
nhiên liệu và giữ cho nó luôn ổn định. Tiếp đến nhiên liệu được đưa tới vòi phun
dưới sự điều khiển của ECU vòi phun sẽ mở ra nhiên liệu được phun vào buồng
cháy để động cơ hoạt động. nhiên liệu thừa sẽ được đưa theo đường hồi trở về bình
nhiên liệu. Các vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào ống nạp tùy theo các tín hiệu phun
của ECU. Các tín hiệu phun của ECU sẽ được quyết định sau khi nó nhận được các
tín hiệu từ các cảm biến và nhiên liệu sẽ được ECU điều chỉnh phù hợp với tình
trạng hoạt động của động cơ.
Hệ thống phun xăng điển tử EFI:EFI có thể chia thành ba hệ thống cơ bản: Hệ
thống cung cấp nhiên liệu, hệ thống điều khiển điện tử và hệ thống nạp khí.
2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận chính:

2.2.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu:
Hệ thống cung cấp nhiên liệu đảm nhiệm các chức năng là:
- Hút xăng từ thùng chứa để bơm đến các vòi phun.
- Tạo áp suất cần thiết để phun xăng.
- Duy trì áp suất nhiên liệu cố định trong ống phân phối.
Trong hệ thống phun xăng điện tử, hệ thống cung cấp nhiên liệu bao gồm năm bộ
phận chính sau đây:
+ Bơm nhiên liệu
+ Bộ lọc nhiên liệu
+ Ống phân phối nhiên liệu
+ Bộ điều áp xăng (pressure regulator)
+ Các vòi phun xăng.

2.2.1.1 Bơm nhiên liệu
Bơm nhiên liệu là loại bơm cánh gạt được đặt trong thùng xăng, do đó loại bơm này
ít sinh ra tiếng ồn và rung động hơn so với loại trên đường ống. Các chi tiết chính

22


của bơm bao gồm: Mô tơ, hệ thống bơm nhiên liệu, van một chiều, van an toàn và
bộ lọc được gắn liền thành một khối.

Hình 2.3: Kết cấu của bơm xăng điện.
1:Van một chiều; 2:Van an toàn; 3:Chổi than; 4:Rôto; 5:Stato; 6,8:Vỏ bơm;
7,9:Cánh bơm; 10:Cửa xăng ra; 11:Cửa xăng vào.
Nguyên lý làm việc:
Rôto (4) quay, dẫn động cánh bơm (7) quay theo, lúc đó cánh bơm sẽ gạt nhiên liệu từ
cửa vào (11) đến cửa ra (10) của bơm, do đó tạo được độ chân không tại cửa vào nên
hút được nhiên liệu vào và tạo áp suất tại cửa ra để đẩy nhiên liệu đi.
Van an toàn (2) mở khi áp suất vượt quá áp suất giới hạn cho phép (khoảng
6 kG/cm2).
Van một chiều (1) có tác dụng khi động cơ ngừng hoạt động. Van một chiều
kết hợp với bộ ổn định áp suất duy trì áp suất dư trong đường ống nhiên liệu khi
động cơ ngừng chạy, do vậy có thể dễ dàng khởi động lại. Nếu không có áp suất
dư thì nhiên liệu có thể dễ dàng bị hoá hơi tại nhiệt độ cao gây khó khăn khi khởi
động lại động cơ.
 Ðiều khiển bơm nhiên liệu:
Bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy. Ðiều này tránh cho
nhiên liệu không bị bơm đến động cơ trong trường hợp khóa điện bật ON nhưng
động cơ chưa chạy. Hiện nay có nhiều phương pháp điều khiển bơm nhiên liệu
Khi động cơ đang quay khởi động.
Dòng điện chạy qua cực ST2 của khóa điện đến cuộn dây máy khởi động
(kí hiệu ST) và dòng diện vẫn chạy từ cực STAcủa ECU (tín hiệu STA).

23

Khi tín hiệu STA và tín hiệu NE được truyền đến ECU, transitor công suất
bật ON, dòng điện chạy đến cuộn dây mở mạch (C/OPN), rơle mở mạch bật lên,
nguồn điện cấp đến bơm nhiên liệu và bơm hoạt động.
Khi động cơ đã khởi động.
Sau khi động cơ đã khởi động, khóa điện được trở về vị trí ON (cực IG2) từ
vị trí Start cực (ST), trong khi tín hiệu NE đang phát ra (động cơ đang nổ máy),
ECU giữ Tr bật ON, rơle mở mạch ON bơm nhiên liệu được duy trì hoạt động
Khi động cơ ngừng.
Khi động cơ ngừng, tín hiệu NE đến ECU động cơ bị tắt. Nó tắt Transistor,
do đó cắt dòng điện chạy đến cuộn dây của rơle mở mạch. Kết quả là, rơle mở
mạch tắt ngừng bơm nhiên liệu.

Hình 2.4: Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên liệu.
1:Cầu chì dòng cao; 2,6,8,9:Cầu chì; 3,4,10:Rơ le; 5:Bơm;
7:Khóa điện; 11:Máy khởi động.
Bơm xăng điện được thiết kế để bơm cung cấp một lượng xăng nhiều hơn mức
yêu cầu tối đa của động cơ. Yếu tố này tạo được áp suất cần thiết trong mạch ở bất
kỳ chế độ hoạt động nào của động cơ. Bơm được thiết kế van chặn bố trí tại cửa
thoát của bơm xăng ngăn không cho xăng tháo lui thùng chứa khi bơm nhiên liệu
ngừng bơm. Van giới hạn áp suất giới hạn áp suất xăng đi. Khi nối mạch công tắc

24


máy và công tắc khởi động thì bơm xăng hoạt động tức thì và liên tục sau khi khởi
động xong. Bơm xăng điện được bố trí trực tiếp kế bên thùng chứa xăng và không
đòi hỏi phải bảo trì bảo dưỡng.

Hình 2.5 Bơm nhiên liệu

2.2.1.2 Bầu lọc nhiên liệu.
Lọc nhiên liệu 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 2.6: 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)

25