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!

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.

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


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 –

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

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.


 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


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


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

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

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

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


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