Đồ án môn học tính toán thiết kế ôtô: hệ thống phun xăng điện tử EFI

Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ



1

Lời Nói Đầu
Ngày nay khi ngành công nghiệp ôtô trên thế giới và trong nước đang ngày càng
đi lên và đạt được nhiều thành tích đáng kể thì vấn đề nghiên cứu và học tập về ngành
động lực nói chung cũng như ôtô nói riêng trở nên rất cần thiết. Việc khảo sát cụ thể hệ
thống phun xăng điều khiển điện tử giúp em có một cái nhìn cụ thể hơn, sâu sắc hơn về
vấn đề này. Đây cũng là lý do mà đã khiến em chọn đề tài này làm đề tài đồ án với mong
muốn góp phần nghiên cứu sâu hơn về hệ thống cung cấp nhiên liệu trên động cơ xăng,
để từ đó có thể đưa ra được các giải pháp về các vấn đề hư hỏng thường gặp ở hệ thống
cung cấp nhiên liệu động cơ này.
Do kiến thức còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo cịn
ít và điều kiện thời gian khơng cho phép nên đồ án bộ môn của em không tránh khỏi
những thiếu sót, kính mong các thầy cơ giáo trong bộ môn chỉ bảo để đồ án của em được
hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo hướng dẫn “Chu Đức Hùng”, các
thầy cô giáo trong khoa Động lực cùng tất cả các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành
đồ án này.

GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

2

Chương 1
Tổng quan về hệ thống phun xăng điện tử EFI
1.

Lịch sự phát triển của hệ thống phun xăng điển tử:

1.1 Khái niệm về phun xăng điển tử:
Chữ EFI ở phía sau thân của các ôtô đời mới và trên động cơ là chữ viết tắt của
Electronic fuel injection, có nghĩa là hệ thống phun xăng điều khiển bằng điện tử. hệ
thống này cung cấp xăng hỗn hợp khí một cách hồn hảo . Tuy nhiên, tùy theo chế độ
làm việc của ô tô mà EFI thay đổi tỷ lệ khí nhiên liệu để luôn luôn cung cấp cho động cơ
một hỗn hợp khí tối ưu. Cụ thể ở chế độ khởi động trong thời tiết giá lạnh hỗn hợp khí
được cung cấp giàu xăng hơn, sau khi động cơ đã đủ 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.
Ơtơ sử dụng một trong hai thiết bị hay hệ thống để cung cấp hỗn hợp khi- nhiên
liệu với một tỷ lệ nhất định đến các xylanh của động cơ tại tất cả các dải tốc độ; một bộ
chế hịa khí hay hệ thống phun xăng điển tử. cả hai hệ thống đo lường khí nạp mà thay
đổi theo góc mở của bướm ga và tốc độ động cơ, đều cung cấp một tỷ lệ nhiên liệu và
khơng khí thích hợp đến các xylanh phụ thuộc vào lượng khí nạp.
Do kết cấu của chế hịa khí khá đơn giản, nó đã được sử dụng trên hầu hết các
động cơ xăng trước đây. Mặc dù vậy, để đáp ứng các nhu cầu hiện nay về khí xả sạch
hơn, tiêu hao nhiên liệu kinh tế hơn, cải thiện khả năng tải….., bộ chế hịa khí ngày nay
phải được lắp đặt các thiết bị hiệu chỉnh khác, làm cho nó trở nên phức tạp hơn rất nhiều.
Do vậy, hệ thống EFI được sử dụng thay thế cho chế hịa khí, đảm bảo tỷ lệ khí –
nhiên liệu thích hợp cho động cơ bằng việc phun nhiên liệu điển tử theo các chế độ lái xe
khac nhau.

GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ



3

Hình vẽ: hệ thống EFI điển hình

1.2 lịch sử phát triển:
Vào thế kỷ 19, 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 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…..
GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

4

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
hịa 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 bôn 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 khơng chỉ điều khiển lượng phun mà còn bao gồm ESA (Electronic
Spark advance – đánh lửa sớm điển tự) 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 đốn và dự phịng. Hai hệ thống này có thể phân loại như sau:

GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ



5

Sơ đồ phân loại hệ thống phun xăng điển 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 Phân loại hệ thống phun xăng:
Hệ thống phun nhiên liệu có thể được phân loại theo nhiều kiểu. nếu phân biệt
theo cấu tạo kim phun, ta có 2 loại:

1.3.1 loại CIS :

GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

6

Đây là hệ thống kiểu sử dụng kim phun cơ khí, chỉ sự dụng trên một số động cơ,
bộ phun mở lien tục, sự thay đổi áp suất đối với nhiên liệu sẽ làm thay đổi lượng nhiên
liệu được phun. Gồm bốn loại cơ bản sau:
• Hệ thống K – Jectronic: Đây là hệ thống phun nhiên liệu được điều khiển hoàn
toàn bằng cơ khí và thủy lực sau đó được cải thiện thành hệ thống KE – Jectronic với hệ
thống ECM mạnh hơn. Là hệ thống phun xăng cơ bản của các kiểu phun xăng điển tự
ngày nay. Nó có các đặc điểm như không cần những cơ cấu dẫn động của động cơ, có
nghĩa là động tác điều chỉnh xăng phun ra do chính độ chân khơng trong ống hút điều
khiển.xăng phun ra lien tục cà được xác định tùy theo khối lượng khơng khí nạp. Được sử
dụng cho các xe như Audi : coupe, Quattro, 80, 90, 100, 200 .xe BMW: 318, 520….
• Hệ thống K – Jectronic có cảm biến khí thải: Có thêm cảm biến oxy
• Hệ thống KE – Jectronic: Là hệ thống được phát triển từ hệ thống K – Jectronic
với mạch điều chỉnh áp lực phun bằng điện tử.

1.3.2 Loại AFC:
Đây là hệ thống phun xăng sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Hệ thống
phun xăng với kim phun điện có thể chia làm 2 loại chính:
• L – Jectronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức là khơng khí): là hệ thống
phun xăng đa điểm điều khiển bằng điện tử. xăng được phun vào cửa nạp của các xylanh
động cơ theo từng lúc chứ khơng phun lien tục. Q trình phun xăng và định lượng nhiên
liệu được thực hiện theo hai tín hiệu gốc: tín hiệu về khối lượng khơng khí đang nạp vào
và tín hiệu về vận tốc trục khuỷu của động cơ. Chức năng của L – Jectronic là cung cấp
cho từng xylanh động cơ một lượng xăng đáp ứng nhiều chế độ tải khác nhau của động
cơ. Một hệ thống các bộ cảm biến ghi nhận thông tin về chế độ làm việc của ơtơ, về tình
trạng thực tế của động cơ, chuyển đổi các thông tin này thành tín hiệu điện . ECU sẽ xử
lý, phân tích các thơng tin nhận được và tính tốn chính xác lượng xăng cần phun ra. Lưu
lượng phun xăng phun ra ấn định do thời lượng mở van của béc phun xăng.

GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ



7

• D – Jectronic: Với lượng xăng phun được xác định bởi áp suất sau cánh bướm ga
bằng cảm biến MAP.
Nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun , ta có thể chia hệ thống phun xăng
thành hai loại:
Loại TBI(throttle body injection): Phun xăng đơn điểm, gồm một hoặc hai béc
phun xăng và phun trực tiếp vào cánh bướm ga tại đầu họng hút.
Loại MPI(multi points injection): Phun xăng đa điểm, trên hệ thống phun xăng này
động cơ có bao nhiêu xy lanh thì sẽ có bây nhiêu kim phun béc phun xăng. Béc được bố
trí xịt xăng vào ngay cửa hút gần sát xu páp hút. Hệ thống phun xăng điển tử đa điểm là
hệ thống định lượng và điều khiển hiện đại nhất hiên nay, nó tối ưu cả hai quá trình phun
xăng và đánh lửa của động cơ.

Hệ thống MPI

2.

Hệ thống TBI

Hệ thống phun xăng điện tử EFI:

GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ



8

2.1 Thành phần hịa khí:
Thành phần hịa khí thể hiện tỷ lệ hịa trộn giữa xăng và khơng khí trong hịa khí,
được đặc trưng bằng hệ số dư khơng khí α (hoặc λ) hoặc bằng hệ số tỷ lệ khơng khí –
nhiên liệu m – đó là tỷ số lượng khơng khí Gk và số lượng xăng Gx chứa trong hịa khí
(m=

).

Với m= 14,7:1 – đủ khơng khí, ta có α=1 và có hịa khí chuẩn (lý tưởng)
Với m >14,7:1 – dư khơng khí, ta có α >1 và có hịa khí nhạt (nghèo xăng)
Với m <14,7:1 – thiếu khơng khí, ta có α <1 và có hịa khí đậm (giàu xăng)
Thành phần hịa khí gây ảnh hưởng lớn tới tính năng hoạt động của xe địi hỏi một
thành phần hịa khí nhất định.

Hình vẽ 1.1: biến thiên cua tỷ số khơng khí – nhiên liệu theo điều kiện hoạt
động của xe. Ký hiệu :
A: khởi động
GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ



9

B: cầm chừng
C: bướm ga mở một phần
D: gia tốc
E: bướm ga mở hồn tồn
Hình trên giới thiệu các thành phần hịa khí nhất định.hình 1.2 giới thiệu các các
hịa khí u cầu động cơ khi hoạt đông ở các chế độ khác nhau. Lúc khởi động
lạnh u cầu hịa khí đậm ( m ≈ 9:1), ở tốc độ trung bình bướm ga mở một phần
m ≈ 15:1. Khi mở bướm ga đột ngột để tăng tốc, cũng phải làm đậm tạm thời cho
hịa khí , nếu khơng xe sẽ chết máy. Hịa khí cũng được làm đậm m ≈ 13:1 khi mở
rộng bướm ga (vì lúc này cần đốt hết ơxy trong buồng cháy để phát hết cơng suất).

Hình vẽ 1.2: biến thiên của hiệu suất bộ xúc tác hóa khử theo tỷ số m (khơng
khí – nhiên liệu).

GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

10

Với thành phần hịa khí m ≈ 14,7:1 động cơ đạt các chỉ tiêu công suất cao
cũng như suất tiêu thụ nhiên liệu thấp, đồng thời hiệu suất khử độc hại của bộ xúc
tác hóa khử ba dịng là cao nhất. Từ đó có thể thấy việc định lượng chính xác số
xăng theo tỷ số khơng khí nhiên liệu m của hịa khí cấp cho động cơ trở thành vấn
đề cốt lõi của hệ thống nhiên liệu.

2.2 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.

2.2.1 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 béc phun.
− Tạo áp suất cần thiết để phun xăng.
− Duy trì áp suất nhiên liệu cố điịnh trong ống chia béc phun (fuel rail).
Trong hệ thống phun xăng điện tử, hệ thống cung cấp nhiên liệu bao gồm năm
bộ phận chính sau đây:
− Bơm xăng điện.
− Bộ lọc xăng.
− ống chia xăng của các béc phun.
− Bộ điều áp xăng (pressure regulator)
− Các béc phun xăng.

a)

Bơm xăng điện: 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
GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

11

trong mạch ở bất kỳ chế độ hoạt động nào của động cơ. Bơm được thiết kế van chặn
bố trí tại cửa thốt của bơm xăng ngăn khơng 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
cơng tắc máy và cơng tắc khởi động thì bơm xăng hoạt động tức thì và lien tục sau
khi khởi động xong. Bơm xăng điện được bố trí trực tiếp kế bên thùng chứa xăng và
khơng địi hỏi phải bảo trì bảo dưỡng.
b)

Bầu lọc xăng: Nó có cơng dụng lọc sạch các tạp chất trong xăng nhằm bảo

vệ các béc phun xăng. Bầu lọc có hai phần tử lọc: Một lõi lọc bằng giấy và một tấm
lọc. Độ xốp của lõi giấy khoảng 10μm. Xăng phải chiu xuyên qua lõi giấy và tấm lọc
trước khi chảy vào bộ phân phối. Lõi lọc phảu được thay mới đúng định kỳ. Trong
quá trình lắp ráp cần lưu ý chiều nũi tên chỉ hướng vào và ra.
c)

Ống chia các béc phun xăng: Ống chia xăng có chức năng như một kho

chứa nhiên liệu của các béc phun. Dung tích của nó lớn hơn nhiều lần so với lượng
xăng cần thiết cung cấp cho chu kỳ hoạt động của động cơ. Nhờ vậy tránh được tình

trạng làm thay đổi áp suất trong ống chia. Ống chia có cơng dụng sau đây:
− Cung cấp xăng đồng đều cho các béc phun dưới áp suất bằng nhau
− Làm nơi gá lắp các béc phun và giúp cho việc tháo ráp các béc phun được dễ dàng.
d) Bộ điều áp nhiên liệu:
Trong mạch cung cấp nhiên liệu, bộ điều áp có cơng dụng cố định áp suất nhiên
liệu trong ống chia xăng của các béc phun. Việc điều áp này rất cần thiết, vì nhờ áp suất
xăng khơng đổi nên lượng xăng phun ra chỉ cịn phụ thuộc vào một yếu tố duy nhất là
thời gian mở van cho béc phun xăng hay thời lượng phun xăng.
Bộ điều áp xăng được lắp đặt ở phía cuối ống xăng chia các béc phun. Nó duy trì
áp suất khoảng 2,5 đến 3 bar tùy theo kiểu thiết kế.
e) Béc phun xăng: Béc phun xăng thuộc loại điện từ được điều khiển do hộp ECU
động cơ, béc có chức năng phun vào cửa nạp ở xupap hút một lượng xăng đã được định
lượng chính xác. Mỗi xy lanh động cơ có riêng cho nó một béc xăng (ở hệ thống phun
GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

12

xăng đa điểm). Còn ở hệ thống phun xăng đơn điểm thì có một hoặc hai béc xăng cho tất
cả các xy lanh. Béc phun hoạt động nhờ xôlênoy. Mỗi khi nhận được tín hiệu điện của
ECU, cuộn dây xơlênoy được từ hóa và dẫn động van kim mở cho xăng phun ra.

Hình vẽ 1.3 vịi phun xăng kiểu điện tử:
1-lọc xăng; 2-đầu nối điện; 3-cuộn dây kích từ; 4-lõi từ tính; 5-kim phun;
6-đầu kim phun; 7- dàn phân phối xăng; 8-chụp bảo vệ; 9,10-joăng.

Trên hình 1.3 giới thiệu kết cấu của một béc phun xăng. Khi chưa có dịng điện
chạy qua cuộn dây của xơlênoy, lị xo ấn kim phun bịt kin lỗ phun, đây là trạng thái đóng
của béc. Đến lúc ECU đánh tín hiệu đặt một điện áp vào cuộn dây xôlênoy, nam châm
điện sẽ nhấc lõi từ và kim phun lên khoảng 0,1 ly và xăng được phun vào đường nạp.
GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

13

Đầu của van kim có chi hình dáng đặc biệt giúp tán sương nhiên liệu xịt ra. Thời gian
mở và đóng béc phun xăng xảy ra trong khoảng khắc từ 1 đến 1,5 mili giây.
Để phân phối tốt tia xăng phun vào cửa nạp xy lanh, tránh tổn thất do bị ngưng
đọng, người ra phải bố trí lắp đặt béc phun thế nào cho vách ống góp hút khơng bị đẫm
nhiên liệu. Điều này có nghĩa là góc phun của các tia xăng xũng như khoảng cách giữa
các béc phun và xupáp hút phải được tính tốn thật chính xác và phải được duy trì cố
định.
Các béc phun xăng được gá lắp trên các vòng đệm cao su đặc biệt. Các vịng đệm
này giúp béc phun khơng bị rung động, đồng thời được cách nhiệt tốt với động cơ tránh
hiện tượng tạo bọt hơi xăng bên trong béc phun.

2.2.2 Hệ thống điều khiển điện tử:
Trong hệ thống phun xăng điển tử, các bộ cảm biến có chức năng theo dõi, dị tìm,
nhận biết tình hình và chế độ hoạt động cụ thể của động cơ để báo lên ECU bằng các tín
hiệu điện. Hệ thống các bộ cảm biến cùng với bộ vi xử lý và điều khiển ECU hình thành
hệ thống điều khiển trung ương.
Nhận được thông tin của các bộ cảm biến, ECU sẽ đánh giá và xử lý thơng tin, sau

đó ra lệnh cho hệ thống phun xăng cung cấp một lượng nhiên liệu chính xác thich hợp
cho chế độ đang hoạt động của động cơ.
a) Cảm biến đo lượng khí nạp vào xy lanh động cơ:
Chế độ tải của động cơ được ghi nhận bằng chính khối lượng do động cơ hút.Hệ
thống đo lường khối lượng không khí nạp hoạt động cực kỳ chính xác. Nó có khả năng
đo lường chính xác trong cả tình huống mịn khuyết của động cơ thei thời gian sử dụng
ôtô. Như chúng ta đã biết, trước khi được nạp vào xy lanh động cơ, khối lượng khơng khí
nạp phải lưu thơng xun qua bộ cảm biến khơng khí nạp hay thiết bị đo gió. Điều này có
nghĩa là trong q trình tăng tốc, tín hiệu thơng tin về dịng khí rời bộ cảm biến để đến
GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

14

ECU trước khi khối lượng khơng khí này thực sự được nạp vào bên trong xy lanh động
cơ. Đặc điểm này cho hệ thống phun xăng điển tử cung cấp được một tỷ lệ hỗn hợp khí
chính xác, tối ưu và kịp thời vào bất kỳ thời điểm nào trong suốt q trình thay đổi tải
trọng của động cơ. Có các loại thiết bị đo khí nạp thường được trang bị trên hệ thống
phun xăng điện tử là:
− Thiết bị đo khí nạp kiểu mâm đo.
− Thiết bị đo khí nạp kiểu dây nung nóng.
− Thiêt bị đo khí nạp kiểu phim nung nóng.
− Thiết bị đo khí nạp kiểu phim nung nóng.
− Thiết bị đo khí nạp kiểu dịng xốy lốc Karman.
− Bộ cảm biến chân không tuyệt đối trong ống góp hút MAP.
b) Cảm biến vị trí chân ga (throttle – position sensor):

Vị trí lắp đặt bướm ga và bộ cảm biến trên họng hút khơng khí. Cảm biến vị trí
bướm ga được lắp đặt trên trục bướm ga. Chức năng của cảm biến này là chuyển đổi góc
mở lớn bé khác nhau của bướm ga thành tín hiệu điện áp chuyển về cho ECU. Tùy theo
đời ôtô ta thường thấy hai kiểu cảm biến vị trí bướm ga: kiểu tiếp điểm và kiểu cần trượt.
c) Cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp (air-temperature sensor):
Nếu nhiệt độ khơng khí cao, tỷ trọng khơng khí sẽ giảm. Ngược lại nếu nhiệt độ
khơng khí thấp, tỷ trọng của khơng khí sẽ tăng. Trong cùng một kỳ hút của piston động
cơ, nếu trong thời tiết se lạnh sẽ hút một lượng không khí nhiều hơn so với lúc khí trời
nóng. Nói một cách khác, khối lượng của khối khí nạp vào xylanh động cơ tùy vào nhiệt
độ của khơng khí. Bộ cảm biến nhiệt độ khơng khí nạp có chức năng cung cấp cho ECU
điều khiển phun ra lượng xăng chính xác tạo được tỷ lệ khí hỗn hợp tối ưu. Nếu nhiệt độ
khí nạp cao hơn 20 độ thì ECU sẽ điều khiển giảm lượng xăng phun ra và ngược lại. Bộ
cảm biến được lắp đặt, bố trí trong thiết bị đo gió kiểu cánh van hay bố trí trong bầu lọc
khơng khí của hệ thống nạp khơng khí trang bị MAP.

GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

15

d) Cảm biến ơxy trong khí thải (oxygen sensor):
Bộ cảm biến ơxy được lắp đặt trong ống thốt khí thải. Cơng dụng của cảm biến là
theo dõi, ghi nhận lượng ôxy cịn sót lại trong khí thải để báo cho ECU. Nếu lượng ơxy
cịn nhiều chứng tỏ khí hỗn hợp nghèo xăng, ECU sẽ điều chỉnh phun thêm xăng. Nếu
lượng ôxy cịn ít chứng tỏ hỗn hợp giàu xăng, ECU sẽ giảm bớt lượng xăng phun ra.
e) ECU động cơ:

ECU tiếp nhận thông tin về chế độ đang hoạt động của động cơ do hệ thống các bộ
cảm biến cung cấp. ECU xử lý các thông tin này và quyết định phát tín hiệu điều khiển
mở béc phun xăng, lượng xăng phun ra nhiều hay ít tùy thuộc vào độ dài thời gian mở
van kim của béc xăng, có nghĩa là tùy thuộc vào thời lượng mở van phun xăng.
Trên ôtô, hộp ECU động cơ của hệ thống phun xăng điển tử EFI là một hộp kim
loại được lắp đặt vào nơi thống mát, khơng bị ảnh hưởng của nhiệt độ động cơ. Thông
tin về vận tốc trục khuỷu và thông tin về khối lượng khơng khí nạp là hai yếu tố cơ bản
quyết định độ dài của thời gian mở van béc phun xăng.

2.2.3 Hệ thống nạp khí:
a) Bầu lọc khí:
Bầu lọc khí có tác dụng lọc sạch khơng khí trước khi đưa vào cổ họng gió và đi
vào đường ống nạp.
b) Bướm ga:
Lượng khí đi vào động cơ phụ thuộc vào độ mở của bướm ga. Bướm ga mở càng
rộng thì lượng khí đi vào động cơ càng nhiều và ngược lại bướm ga mở nhỏ thì lượng khí
đi vào động cơ ít đi.
c) Cổ họng gió:

GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

16

Cổ họng gió bao gồm:Bướm ga để điều khiển lượng khơng khí nạp trong q trình
hoạt động của động cơ. Một đường khí phụ để cho phép một lượng nhỏ khơng khí đi vào

trong q trình chạy khơng tải. Một cảm biến vị trí bướm ga để nhận biết góc mở bướm
ga. Một số loại cổ họng gió cịn trang bị một bộ đệm chân ga để cho phép bướm ga trả từ
từ khi nó đóng lại hay van khí phụ loại sáp.
d) Van khí phụ :
Van khí phụ điều khiển tốc độ của động cơ khi động cơ còn lạnh.

2.2.4 Hiệu chỉnh tỷ lệ khí hỗn hợp:
Bộ điều khiển ECU cịn có thêm chức năng điều chỉnh tỷ lệ khí hỗn hợp tùy theo
các chế độ hoạt động khác nhau của động cơ nhằm làm cho động cơ phát huy tối đa cơng
suất, giảm hơi độc trong khí thải, giúp quá trình khởi động động cơ được nhanh và dễ, ổn
định hoạt động của ôtô trong mọi chế độ khác nhau.
a) Chế độ khởi động lạnh:
Ở chế độ khởi động lạnh, cần phải phun thêm nhiều xăng hơn bình thường. vì thời
tiết lạnh làm cho xăng bốc hơi kém và bị ngưng đọng trên vách ống góp hút, do đó phải
cung cấp nhiều xăng hơn để xylanh động cơ có thể nhận đủ số xăng cần thiết giúp khởi
động được. Số xăng phun thêm này được thực hiện nhờ béc phun khởi động lạnh phun
xăng vào trong ống góp.
b) Quá trình sưởi nóng động cơ:
Q trình sưởi nóng động cơ được thực hiện tiếp theo ngay sau khi chấm quá trình
khởi động lạnh. Vì mặc dù động cơ đã nổ nhưng vách xylanh động cơ vẫn còn lạnh làm
cho xăng khó bốc hơi, hậu quả là khí hỗn hợp vẫn nghèo xăng. Để sưởi nóng tốt động cơ,
phải phun ra lượng xăng nhiều hơn bình thường từ hai đến ba lần ngay sau khi béc phun
khởi động ngưng.

GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

17

c) Chế độ tăng tốc bốc máy:
Lúc cần vượt nhanh qua mặt một xe khác lưu thông cùng chiều, phải tăng tốc cho
xe tức thì. Ở chế độ này bướm ga mở đột ngột khối lượng khơng khí nạp vào nhiều trong
xylanh làm cho khí hỗn hợp nghèo xăng. Khi ECU nhận được tín hiệu tăng tốc nhờ bộ
cảm biến lưu lượng dịng khí nạp. Khi bướm ga mở lớn đột xuất, khối lượng khí nạp tăng
vọt lên, mâm đo của bộ cảm biến dịng khí nạp xoay dịch chuyển một góc lớn hơn. Hộp
ECU nhận được tín hiệu này sẽ chỉ huy phun thêm nhiên liệu, điều chỉnh tỷ lệ khí hỗ hợp
để có hệ số dư lượng khơng khí λ = 0,9.
d) Làm giàu khí hỗn hợp ở chế độ toàn tải:
Ở chế độ toàn tải, động cơ phát huy cơng suất tối đa, vì vậy cần phải cung cấp cho
động cơ một lượng khí hỗn hợp giàu xăng hơn so với chế độ tải một phần. Việc điều
chỉnh thêm xăng cần thiết này được lập trình sẵn trong bộ xử lý và điều khiển điện tử
ECU. Bộ ECU nhận được thơng tin về chế độ tồn tải nhờ cơng tắc vị trí bướm ga hay
cảm biến vị trí bướm ga.
e)

Kiểm soát vận tốc ralăngti:
Cơ cấu này sẽ giúp điều chỉnh hỗn hợp khí căn bản duy trì động cơ nổ cầm chừng,

để cho vận tốc vận tốc cầm chừng được êm và ổn định, cơ cấu kiểm soát vận tốc cầm
chừng sẽ tăng thêm vận tốc trục khuỷu ở chế độ ralăngti. Việc tăng tốc này cũng giúp rút
ngắn thời gian nổ máy sưởi nóng động cơ.

GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG

Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

18

Chương 2
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ
1TR-FE dung trên xe innova G
1.

Giới thiệu chung về động cơ 1TR-FE trên xe
innova:

Toyota Innova có 2 loại: Innova G và Innova J
Bảng:2.1
Loại xe

Innova G

Innova J

Động cơ

2.0 lít (1TR-FE)

2.0 lít (1TR-FE)

Hộp số

5 số tay

5 số tay

Số chỗ ngồi

8 chỗ

8 chỗ
Bảng: 2.2

Loại xe

Innova G

Innova J

Trọng lượng toàn tải

2170 kg

2600 kg

Trọng lượng khơng tải

1530 kg

1515 kg

Dài x rộng x cao tồn bộ

4555mm x 1770mm x 1745mm

Chiều dài cơ sở

2750 mm

2750 mm

Chiều rộng cơ sở

1510 mm

1510 mm

Khoảng sáng gầm xe

176 mm

176 mm

GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

19

Động cơ.

Bảng: 2.3
Loại động cơ

1TR-FE

Kiểu

4 xilanh thẳng hàng, 16 van, cam kép
DOHC có VVT-I, dẫn động xích.
1998 cm3

Dung tích cơng tác
Đường kính xy lanh D

86 mm

Hành trình piston S

86 mm

Tỉ số nén

9,8

Công suất tối đa

100Kw/5600 rpm

Mô men xoắn tối đa

182/4000 (N.m/rpm)

Hệ thống phun nhiên liệu
Tiêu chuẩn khí xả

L-EFI
Euro Step 2

Cơ cấu phối khí

16 xupap dẫn động bằng xích,có VVT-i

điểm
phối
khí

Xả

GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

520~00 BTDC

Đóng

Nạp

Mở

120~640 ABDC

Mở

440 BTDC

Đóng

Thời

80 ABDC

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

20

Độ nhớt /cấp độ của dầu bôi
trơn

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

Bảng: 2.4
Loại
Treo trước

Innova G

Innova J

Độc lập với lò xo cuộn, đòn kép và
thanh cân bằng

Treo sau

4 điểm liên kết, lò xo cuộn và tay địn
bên

Phanh trước

Đĩa thơng gió

Phanh sau

Tang trống

Bán kính quay vịng tối thiểu

5,4 m

Dung tích bình xăng

55 lit

Vỏ và mâm xe

205/65R15 Mâm

195/70R14 Thép,

đúc

chụp kín

Động cơ 1TR-FE lắp trên xe Innova của hãng Toyota là loại động cơ xăng thế hệ
mới, 4 xy lanh thẳng hàng, dung tích xylanh 2,0lít trục cam kép DOHC 16 xupap dẫn
động bằng xích thông qua con đội thuỷ lực với hệ thống van nạp biến thiên thơng minh
VVT-i. Động cơ có cơng suất 100Kw/5600v/p 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. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ 1TR-FE trên xe
GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

21

innova G:
2.1 Sơ đồ cấu tạo:

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu 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 khơng khí; 7:Cảm biến lưu lượng khí nạp;
8:Van điện từ; 9: Mơtơ 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
GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

22

trục cam; 16:Bộ giảm chấn áp suất nhiên liệu; 17:Ống phân phối nhiên liệu;
18:Vòi phun; 19:Cảm biến tiếng gõ; 20:Cảm biến nhiệt độ nước làm mát; 21:Cảm
biến vị trí trục khuỷu; 22:Cảm biến ôxy.

2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng động cơ 1TR-FE:
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 dịng 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 vịi 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.

GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

23

Chương 3
Phân tích đặc điểm kết cấu của hệ thống phun
xăng điện tử của động cơ 1TR-FE trên xe innova G
1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận chính:
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
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 3.1: Kết cấu của bơm xăng điện.
1:Van một chiều; 2:Van an tồn; 3:Chổi than; 4:Rơto; 5:Stato; 6,8:Vỏ bơm;
GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

24

7,9:Cánh bơm; 10:Cửa xăng ra; 11:Cửa xăng vào.
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 khơng 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 khơng có áp suất dư thì nhiên liệu
có thể dễ dàng bị hố 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.
Dịng điện chạy qua cực ST2 của khóa điện đến cuộn dây máy khởi động (kí hiệu
ST) và dịng diện vẫn chạy từ cực STAcủa ECU (tín hiệu STA).
Khi tín hiệu STA và tín hiệu NE được truyền đến ECU, transitor cơng suất bật
ON, dịng 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 dịng điện chạy đến cuộn dây của rơle mở mạch. Kết quả là, rơle mở mạch tắt ngừng
bơm nhiên liệu.
GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG


Đồ án mơn học tính tốn thiết kế ơtơ

25

Hình 3.2: Sơ đồ mạch điều khiển bơm nhiên liệu.
1:Cầu chì dịng cao; 2,6,8,9:Cầu chì; 3,4,10:Rơ le; 5:Bơm;
7:Khóa điện; 11:Máy khởi động.

1.2 Bộ 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 3.3: Kết cấu bộ lọc nhiên liệu.
1:Thân lọc nhiên liệu; 2:Lõi lọc; 3:Tấm lọc;
GVHD : CHU ĐỨC HÙNG

SVTH : HỒ ĐĂNG TRUNG