Home / Ô Tô / Hệ thống phun xăng điện tử EFI: cấu tạo & nguyên lý hoạt động

Hệ thống phun xăng điện tử EFI: cấu tạo & nguyên lý hoạt động

/

Hệ thống phun xăng điện tử EFI (Electronic Fuel Injection) sử dụng các cảm biến khác nhau để giám sát tình trạng làm việc của động cơ cũng như tình trạng di chuyển của xe.

hệ thống phun xăng điện tử efi

1. Hệ thống phun xăng điện tử EFI ô tô là gì?

Hệ thống phun xăng điện tử EFI (Electronic Fuel Injection) sử dụng các loại cảm biến khác nhau để giám sát tình trạng làm việc của động cơ cũng như tình trạng di chuyển của xe. Bộ điều khiển và xử lý trung tâm ECM sẽ tính toán lượng xăng phun tối ưu, đồng thời điều khiển vòi phun thực hiện việc phun xăng. ECM thông qua việc khống chế thời gian mở cửa vòi phun xăng để thực hiện điều khiển lượng xăng được phun, đảm bảo tạo nên hỗn hợp khí cháy tốt trong các chế độ làm việc khác nhau như chế độ khởi động, chế độ chạy không tải, chế độ chạy vận tốc đều, chế độ tăng tốc, từ đó giúp cho động cơ vận hành bình thường.

2. Phương thức phun xăng và thời điểm phun xăng

Có ba phương thức phun xăng khác nhau là phun độc lập vào mỗi xy-lanh, phun theo từng nhóm xy-lanh, và phun đồng loạt vào tất cả các xy-lanh.

3. Điều khiển thời gian phun nhiên liệu

ECM chủ yếu dựa trên tín hiệu về lượng không khí nạp do cảm biến lưu lượng không khí nạp cung cấp để xác định một cách cơ bản lượng xăng phun ra. Sau đó, dựa trên tín hiệu từ các cảm biến khác (ví dụ cảm biến nhiệt độ nước làm mát, cảm biến vị trí bướm ga) để tiến hành hiệu chỉnh lượng xăng được phun ra. 

Nhờ vậy có thể điều khiển một cách có hiệu quả tỷ lệ không khí-xăng của hòa khí, giúp cho động cơ có được tỷ lệ không khí-xăng tối ưu trong các chế độ làm việc khác nhau của động cơ ô tô, từ đó đạt được mục đích tăng công suất, giảm hao tổn nhiên liệu, giảm chất độc hại trong khí thải.

ECM thông qua thay đổi thời gian phun để thay đổi lượng nhiên liệu mỗi lần phun vào xy-lanh. Thời gian phun xăng chính xác được quyết định bởi 2 yếu tố: thời gian cơ bản được quyết định chính bởi lưu lượng không khí nạp và tốc độ quay của động cơ, việc hiệu chỉnh khoảng thời gian phun xăng được quyết định bởi tín hiệu của các cảm biến khác. Thời gian cuối cùng được ECM tính toán dựa trên thời gian cơ bản và thời gian hiệu chỉnh.

Bảng điều khiển thời gian phun xăng ở các chế độ khác nhau

Tín hiệu cảm biếnThời gian phun cơ bảnLàm đậm để khởi độngLàm đậm để hâm nóngHiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ không khí nhiên liệuLàm đậm để tăng tốcCắt nhiên liệuLàm đậm để tăng công suất
Cảm biến lưu lượng khí nạpxx
Cảm biến vị trí trục khuỷuxxx
Cảm biến vị trí trục camxxx
Cảm biến nhiệt độ nướcxx
Cảm biến vị trí bướm gaxxxx
Cảm biến oxyx

3.1. Làm đậm để khởi động

Vì khi khởi động tốc độ của động cơ khá thấp và lượng không khí nạp vào biến đổi khá lớn, nên thời gian phun xăng lúc khởi động được quyết định bởi nhiệt độ nước làm mát.

Cảm biến nhiệt độ nước làm mát có chức năng giám sát nhiệt độ nước làm mát. Nhiệt độ nước làm mát càng thấp, thì xăng càng khó phun dưới dạng sương mù, dẫn đến xăng khó bay hơi. Vì thế, cần phải tăng thời gian phun để có được hỗn hợp không khí-xăng đậm (giàu xăng). 

ECM thông qua việc giám sát tốc độ quay của trục khuỷu để phán đoán động cơ ô tô có phải ở trong trình trạng khởi động hay không. Trong quá trình khởi động, khi tốc độ quay nhỏ hơn hoặc bằng 400 rpm (vòng/phút), hoặc sau khi khởi động, vì lý do nào đó khiến tải gia tăng, tốc độ giảm xuống 200 rpm, thì phải tiến hành kéo dài thời gian phun xăng để làm đậm hòa khí.

3.2. Làm đậm để hâm nóng

Trong thời gian hâm nóng động cơ, cũng cần tăng thời gian phun xăng, để có được hỗn hợp không khí-xăng đậm (giàu xăng), từ đó giúp xe dễ dàng vận hành, chuyển động. Lượng hiệu chính lớn nhất bằng 2 lần lượng hiệu chỉnh ở nhiệt độ thường.

3.3. Hiệu chỉnh phản hồi tỷ lệ không khí – nhiên liệu

Khi tải hoặc tốc độ động cơ biến đổi không nhiều, chẳng hạn sau khi hâm nóng động cơ ở chế độ chạy không tải hoặc chạy với tốc độ đều, thì ECM tùy theo lượng không khí đi vào xy-lanh để cung cấp lượng xăng tương ứng (tỷ lệ không khí-xăng tiến gần đến tỷ lệ không khí-xăng lý thuyết 14.7:1).

ECM xác định thời gian phun cơ bản để đạt được tỷ lệ không khí nhiên liệu theo lý thuyết. Nhưng để đảm bảo sự nhất quán với điều kiện làm việc thực tế của động cơ, nên có thể xuất hiện tình trạng tỷ lệ không khí-nhiên liệu thực tế cao hơn tỷ lệ không khí-nhiên liệu lý thuyết một lượng nhỏ. Cảm biến ô-xy lắp trên ống khí xả sẽ giám sát nồng độ oxy trong hỗn hợp khí sau khi cháy. Nhờ vậy ECM có thể xác định giá trị tỷ lệ không khí-xăng của khí nạp đã đến giá trị lý thuyết hay chưa.

Nếu từ tín hiệu của cảm biến oxy, ECM xác định giá trị tỷ số không khí-xăng nhỏ hơn giá trị lý thuyết (tức là hỗn hợp giàu xăng), thì ECM sẽ giảm thời gian phun, để tạo ra hỗn hợp không khí-xăng loãng hơn.

Nếu từ tín hiệu của cảm biến ô xy, ECM xác định giá trị tỷ số không khí-xăng nhỏ hơn giá trị lý thuyết (tức là hỗn hợp nghèo xăng), thì ECM sẽ tăng thời gian phun, để tạo ra hỗn hợp không khí-xăng đậm hơn. Hệ thống hồi tiếp sẽ thực hiện lặp đi lặp lại việc hiệu chỉnh này, để tỷ lệ không khí-xăng luôn giá trị gần với giá trị lý thuyết. Quá trình này được gọi là điều khiển “vòng khép kín” (Closed loop control).

Để phòng tránh hiện tượng bộ trung hòa khí xả quá nóng và để đảm bảo cho động cơ ô tô vận hành tốt, thì sự phản hồi tỷ lệ không khí-nhiên liệu không xảy ra trong các trường hợp sau:

Khi động cơ ô tô khởi động.

– Trong khi làm đậm để tăng công suất.

– Trong khi làm đậm sau khởi động.

– Khi nhiệt độ nước làm mát nhỏ hơn giá trị ngưỡng.

– Khi xảy ra cắt nhiên liệu.

– Khi tín hiệu nhạt tiếp tục dài hơn thời gian xác định nào đó.

3.4. Làm đậm để tăng tốc

Khi tăng tốc đột ngột, giá trị tỷ lệ không khí-xăng sẽ nhỏ, đặc biệt là ở giai đoạn đầu của quá trình tăng tốc. Bởi vì trong quá trình đạp bàn đạp ga để bắt đầu tăng tốc, thì nhiên liệu được cung cấp trễ hơn so với không khí. Vì thế cần kéo dài thêm thời gian phun xăng. Dựa trên lượng không khí đi vào để tăng lượng xăng được phun, từ đó phòng ngừa hòa khí không khí-xăng bị loãng.

Mức làm đậm hòa khí lúc tăng tốc phụ thuộc vào tốc độ thay đổi của góc mở bướm ga.

Giá trị hiệu chỉnh sẽ lớn trong giai đoạn bắt đầu tăng tốc, sau khi tăng lên giá trị đỉnh sẽ bắt đầu giảm dần. Ngoài ra, tăng tốc càng nhanh, thì mức độ gia tăng của lượng xăng được phun càng lớn.

3.5. Cắt nhiên liệu

Trong quá trình giảm tốc độ, để giảm bớt chất độc hại trong khi tải và tăng cường hiệu quả phanh hãm động cơ, dựa trên tình hình cụ thể của quá trình giảm tốc có thể thực hiện thao tác ngừng phun nhiên liệu. Phương pháp hữu hiệu để ngừng phun nhiên liệu là cắt nhiên liệu.

Trạng thái giảm tốc độ được quyết định bởi độ mở bướm ga và tốc độ quay động cơ. Khi bướm ga đóng và tốc độ quay động cơ cao hơn một giá trị cho trước nào đó, thì ECU cho rằng xe đang giảm tốc độ và thực hiện điều khiển cắt nhiên liệu.

– Khi tốc độ quay động cơ vượt giá trị ngưỡng cho trước, đồng thời bướm ga đóng, thì việc cắt nhiên liệu sẽ được thực hiện.

– Khi tốc độ quay động cơ thấp hơn giá trị ngưỡng cho trước, hoặc bướm ga mở, thì việc phun nhiên liệu được bắt đầu trở lại.

– Khi nước làm mát có nhiệt độ thấp, thì tốc độ quay động cơ sau khi ngừng cấp nhiên liệu và tốc độ quay động cơ sau khi nhiên liệu được phun trở lại đều tăng lên.

– Ngoài ra, khi mở điều hòa, để tránh tốc độ quay động cơ giảm và chết máy, thì tốc độ quay động cơ sau khi ngừng cấp nhiên liệu và tốc độ quay động cơ sau khi nhiên liệu được phun trở lại đều tăng lên.

3.6. Làm đậm để tăng công suất

Trong trường hợp tải của động cơ nặng, ví dụ khi xe leo đồi dốc, thì rất khó trộn đều nhiên liệu phun với không khí nạp. Toàn bộ không khí nạp không được sử dụng hết trong lúc đốt cháy, làm cho không khí còn tồn dư.

Vì vậy, trong quá trình đốt cháy cần phun lượng nhiên liệu nhiều hơn so với tỷ lệ không khí-nhiên liệu lý thuyết để sử dụng hết lượng không khí nạp, từ đó làm tăng công suất.

Tải trọng lớn được xác định bằng độ mở của cảm biến vị trí bướm ga, tốc độ của động cơ và khối lượng không khí nạp (VG hoặc PIM). Khối lượng không khí nạp (VG hoặc PIM) càng lớn hoặc tốc độ của động cơ càng cao thì lượng hiệu chỉnh này càng lớn.

Ngoài ra, khi góc mở của bướm ga bằng hoặc lớn hơn một giá trị cho trước nào đó, thì lượng hiệu chỉnh này tiếp tục tăng. Việc hiệu chỉnh mức độ tăng này xấp xỉ từ 10% đến 30%.

4. Vòi phun nhiên liệu

4.1. Chức năng và cấu tạo của vòi phun nhiên liệu

Chức năng của vòi phun nhiên liệu là dựa trên tín hiệu phun xăng từ ECM để phun lượng xăng nhất định dưới dạng sương mù vào đường ống nạp khí, khiến cho nhiên liệu (xăng) và không khí hòa trộn với nhau thành hỗn hợp khí cháy.

Vòi phun nhiên liệu ô tô gồm các thành phần như cuộn dây điện từ, lõi từ tính, lò xo hồi, van, đầu vòi phun. Ở phía cuối của mỗi ống góp hút đều có lắp đặt một vòi phun nhiên liệu.

Ở vị trí ghép nối giữa vòi phun nhiên liệu và ống góp hút có một gioăng hình chữ O, có tác dụng làm kín và cách nhiệt, phòng tránh nhiên liệu bốc hơi thành bọt khí. Ở vị trí ghép nối giữa vòi phun nhiên liệu và đường ống phân phối nhiên liệu cũng có gioăng chữ O có tác dụng làm kín.

Vòi phun nhiên liệu là bộ phận được gia công chế tạo với độ chính xác cao. Vòi phun phải đảm bảo một số tiêu chí như có khả năng chống tắc nghẽn tốt, có khả năng chống bụi bẩn tốt, có khả năng tốt trong việc phun nhiên liệu dưới dạng sương mù, ngoài ra phải có tính ổn định lưu lượng phun.

4.2. Nguyên lý làm việc của vòi phun nhiên liệu

Lượng nhiên liệu phun ra từ vòi phun nhiên liệu được quyết định bởi 3 yếu tố là: mặt cắt của vòi phun, chênh lệch áp suất của vòi phun và thời gian phun. Đối với loại vòi phun nào đó, thì mặt cắt của vòi phun là cố định, chênh lệch áp suất được bộ điều áp duy trì ở giá trị cố định. Như vậy lượng nhiên liệu được phun ra chỉ phụ thuộc vào thời gian phun, tức là phụ thuộc vào độ rộng xung điều khiển dòng điện chạy qua cuộn dây điện từ của vòi phun.

Khi có dòng điện chạy qua, cuộn dây điện từ sẽ tạo ra lực điện từ, hút lõi từ tính lên cao, van được mở và nhiên liệu được phun ra. Khi ngắt dòng điện chạy qua cuộn dây, lực điện từ biến mất, van bị lò xo hồi vị đẩy xuống phía dưới và việc phun nhiên liệu bị dừng lại.

Quãng đường dịch chuyển của van vào khoảng 0.1mm, thời gian phun nhiên liệu liên tục vào khoảng 2 ~ 10 mili giây (ms).

Đọc thêm:

This div height required for enabling the sticky sidebar
error: Content is protected !!
Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views :