1.3 CÁC HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ Ô TÔ. 1.3.1 Tổng quan về các hệ thống điều khiển trên động cơ. Từ những ngày đầu tiên được chế tạo ra, đến nay động cơ ô tô đã rất nhiều lần được cải tiến nâng cấp để nâng cao khả năng làm việc. Để đạt được mục đích này thì các hệ thống điều khiển bằng điện tử như EFI, ESA,TSSC,VVT-i, VVTL-i . đã được phát minh ra và đưa vào sử dụng. Ngày nay, hầu như tất cả các ô tô đều được trang bị các hệ thống hiện đại để giúp đông cơ đáp ứng các yêu cầu về tính bảo vệ môi trường, tiết kiệm nhiên liệu, cải thiện công suất. Để hiểu rõ hơn về các hệ thống này cũng như hoạt động của chúng, thì sau đây chúng ta xẽ đi tìm hiều các cấu tạo cũng như hoạt động của một vài hệ thống chính, để chúng ta có thể khai thác vận hành và sửa chữa xẽ đảm bảo và dễ dàng hơn. Giải thích một số hệ thống trên động cơ. EFI ( Electronic Fuel Injection): hệ thống phun nhiên liệu điện tử ESA (Electronic Spark Advance): hệ thống đánh lửa điện tử ISC: hệ thống điều khiển tốc độ không tải ETCS-i ( Electronic Throttle Control System- intelligent)- hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh VVT-i (Variable Valve Timing- intelligent): thời điểm phối khí thay đổi thông minh VVTL-i ( Variable Valve Timing- Lift- intelligent): thời điểm phối khí và hành trình xupap thay đổi thông minh. ACIS (Acoustic Control Induction System): hệ thống nạp khí có chiều dài thay đổi EGR ( Exhaust Gas Recirculation System): hệ thống tuần hoàn khí thải 1.3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống. Phần 1 : Hệ thống phun xăng điện tử EFI 1.1 Mô tả chung Hệ thống EFI ( Electronic Fuel Injection): là hệ thống phun xăng điều khiển bằng điện tử, hệ thống này cung cấp xăng hỗn hợp khí một cách hoàn hảo. 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 nhất. 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. Đối với ôtô sử dụng bộ chế hòa khí để cung cấp hỗn hợp khi- nhiên liệu đến các xylanh của động cơ, thì thông thường tỷ lệ này không tối ưu hoặc không thích hợp với sự thay đổi của động cơ ở các tốc độ khác nhau. Còn hệ thống phun xăng điển tử. thì hỗn hợp khí- nhiên liệu lại được hiệu chỉnh bằng ECU động cơ thông qua các tín hiệu của các cảm biến nắp trên khắp động cơ, qua đó động cơ xẽ hoạt động ở các chế độ tốt nhất. Do kết cấu của chế hòa khí khá đơn giản, nó đã được sử dụng trên hầu hết các động cơ xăng trước đây. Vì thế, để đáp ứng các nhu cầu hiện nay về khí xả sạch hơn, tiêu hao nhiên liệu kinh tế hơn, cải thiện khả năng tải… , bộ chế hòa khí ngày nay phải được lắp đặt các thiết bị hiệu chỉnh khác, làm cho nó trở nên phức tạp và vẫn tồn tại những khuyết điểm không thể khắc phục. Do đó, hệ thống EFI được sử dụng thay thế cho chế hòa khí, đảm bảo tỷ lệ khí –nhiên liệu thích hợp cho động cơ bằng việc phun nhiên liệu điển tử theo các chế độ lái xe khac nhau. 1.2 So sánh giữa động cơ phun xăng và đông cơ lắp bộ chế hòa khí. 1.2.1 Cách tạo hỗn hợp khí, nhiên liệu. Tạo thành hòa khí dùng bộ chế hòa khí, trong quá trình nạp, không khí được hút vào động cơ phải lưu thông qua họng khuếch tán có tiết diện bị thu hẹp. Tại đây, do có độ chân không lên xăng được hút ra từ buồng phao qua giclo nhiên liệu. Sau khi qua họng khuếch tán, nhiên liệu được dòng không khí xé tơi, và bị bay hơi , hòa trộn vào dòng không khí tạo thành hòa khí. Quá trình này còn được tiếp tục diễn ra trên đường ống nạp và ở các xilanh ở các thời kì nạp và nén. Do xăng nhẹ dễ bay hơi , được hút ra từ họng khuếch tán là nơi có áp suất chân không, được xé nhỏ bởi dòng không khí và khi vào trong xilanh được sấy nóng bởi các chi tiết và khí sót nên gần cuối quá trình nén hòa khí có thể coi là đồng nhất. Trong động cơ dùng phun xăng , xăng được đưa vào trong động cơ với áp suất cao (3-4 bar với phun xăng vào đường ống nạp, 40bar với phun xăng trực tiếp). Do được phun ra với áp suất cao và được định lượng chính xác bằng điện tử nên xăng được xé nhỏ , bay hơi và hòa trộng với không khí rất tốt tạo thành hòa khí. 1.2.2 Các chế độ làm việc. a. Khi khởi động Bộ chế hòa khí : khi khởi động nhiệt độ còn thấp bướm gió đóng hoàn toàn để hỗn hợp đủ đậm. Sau khi khởi động bộ ngắt bướm gió sẽ hoạt động để mở bướm gió ra một chút, nhằm tránh trường hợp hỗn hợp quá đậm dẫn đến ngột xăng làm tắt máy. Phun xăng điện tử : hệ thống phun xăng xẽ nhận biết đông cơ đang quay nhờ vào các tín hiệu từ cảm biến( máy khởi động, vận tốc trục khuỷu), nhờ vào các tín hiệu này vòi phun xẽ cung cấp một lượng hỗn hợp đậm hơn trong khi khởi động. b. Khi khởi động lạnh Bộ chế hòa khí : hệ thống bướm gió của bộ chế hòa khí thực hiện chức năng này. Khi nhiệt độ còn thấp, bướm gió có thể vận hành bằng tay hay tự động để cung cấp một hỗn hợp đậm hơn. Ở hệ thống vận hành bằng tay, sau khi đông cơ đã khởi động, lái xe xẽ mở bướm ga khi động cơ ấm lên. Ở hệ thống tự động, bướm gió cũng được mở như vậy nhờ cuộn nhiệt điên trở. Phun xăng điện tử: nhiệt độ nước làm mát được đo bằng một cảm biến, nó nhận ra nhiệt độ còn thấp, tín hiệu này được gửi về trung tâm, bộ điều khiển trung tâm ECU xẽ làm đậm hỗn hợp tùy theo tín hiệu này. Ngoài ra ở hệ thống phun xăng điện tử còn có vòi phun khởi động lạnh, nó hoạt động chỉ khi nhiệt độ động cơ còn thấp để cung cấp một lượng phun lớn hơn khi khởi động. Vòi phun này được thiết kế để cải thiện sự phun sương của nhiên liệu giúp cho nhiên liệu dễ dàng hòa trộn và bốc cháy hơn. c. Khi tăng tốc Bộ chế hòa khí: để tránh cho hỗn hợp quá nhạt khi tăng tốc, một hệ thống bơm tăng tốc được tạo ra. Khi bướm ga mở đột ngột , một lượng nhiên liệu xác định được phun ra từ bơm tăng tốc để bù trừ lại sự chẫm trễ trong công việc cung cấp nhiên liệu qua vòi phun chính. Phun xăng điện tử: ngược lại với bộ chế hòa khí, ở hệ thống phun xăng điện tử không thực hiện bất kì một hiệu chỉnh đặc biệt nào khi tăng tốc, bởi vì bộ chế hòa khí hút nhiên liệu vào bằng độ chân không còn hệ thống EFI phun xăng trực tiếp nhiên liệu có áp suất cao tỷ lệ với lượng thay đổi khí nạp, do vậy không có sự chậm trễ trong việc cung cấp nhiên liệu. Tuy nhiên trong thực tế để nâng cao khả năng tải khi xe tăng tốc trong khi bướm ga còn đóng, thì một lượng nhỏ nhiên liệu được phun ra thêm qua các vòi phun. d. Khi phát huy hết công suất Bộ chế hòa khí: điều này thực hiện bằng hệ thống lái toàn tải, hệ thống toàn tải nhận biết tải trọng đặt lên động cơ bằng độ chân không của đường nạp. Khi độ chân không này giảm xuống, ban tăng tải mở ra và hỗn hợp đậm hơn được cung cấp. Phun xăng điện tử: tải trọng đặt lên động cơ được xác định bằng độ mở bướm ga và nó được chuyển thành tín hiệu điện nhờ vào cảm biến vị trí bướm ga. Khi góc mở của bướm ga tăng lên, có một lượng nhiên liệu lớn hơn để cung cấp một tỷ lệ hòa khí phù hợp với chế độ toàn tải của động cơ. 1.3 Cấu tạo hệ thống EFI Hệ thống EFI gồm 3 thành phần chính: các loại cảm biến và tín hiệu đầu vào, bộ điều khiển điện tử ECU và bộ chấp hành. Hình 1.1: Hệ thống EFI - Cảm biến và các tín hiệu đầu vào có nhiệm vụ tìm ra các trạng thái làm việc của động cơ và các giá trị thay đổi yêu cầu trong quá trình làm việc. Quá trình chuyển đổi ở đây là từ các đại lượng vật lý chuyển thành các tín hiệu điện. - ECU(Electronic control unit): ECU sử lý các thông tin từ cảm biến, bằng việc so sánh với bộ nhớ dữ liệu tối ưu được nạp sẵn vào bộ vi xử lý, sau đó ECU sẽ tính toán và đưa ra tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành. ECU điều khiển các cơ cấu chấp hành bằng các tín hiệu điện. ECU cũng được kết nối với các hệ thống khác và hệ thống chẩn đoán trên xe. - Cơ cấu chấp hành: cơ cấu chấp hành chuyển các tín hiệu điện từ ECU thành các chuyển động cơ khí hoặc các chuyển động điện. Ưu điểm của hệ thống EFI: - Có thể cung cấp hỗn hợp không khí nhiên liệu tới từng xilanh - Có thể đạt được tỷ lệ không khí – nhiên liệu chính xác tới tất cả các dải tốc độ của động cơ - Đáp ứng kịp thời với sự thay đỏi góc mở bướm ga - Khả năng hiệu chỉnh hộn hợp khí- nhiên liệu dễ dàng: có thể làm đậm hỗn hợp khi nhiệt độ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc độ. - Hiệu suất nạp hỗn hợp không khí nhiên liệu cao. - Do kim phun bố trí gần xupap hút lên dòng khí nạp trên ống góp hút có khối lượng thấp xẽ đạt tốc độ xoáy lốc cao, nhờ vậy nhiên liệu sẽ không bị thất thoát trên đường ống nạp và hòa khí sẽ được hòa trộn tốt hơn. 1.3.1 Cấu tạo chung của hệ thống phun xăng trên đường ống nạp 1.3.2 Cấu tạo chung của hệ thống phun xăng trực tiếp 1.3.3 So sánh giữa hai hệ thống