Thiết kế kỹ thuật hệ thống phun xăng đa điểm - Karman.

Ôtô sử dụng một trong hai thiết bị hay hệ thống để cung cấp hỗn hợp khí – nhiên liệu với một tỷ lệ chính xác đến các xylanh của động cơ tại tất cả các dải tốc độ; một bộ chế hòa khí hay

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

Việc thực hiện đề tài này, mục đích đầu tiên của người thực hiện là nhằm hoàn thành tốt đợt thực tâïp cuối khóa trước khi ra trường Tuy vậy, được sự chỉ đạo của thầy giáo hướng dẫn, tôi được biết là đề tài này được dùng cho việc thực tập cho các sinh viên khóa sau Với luận văn này, người thực hiện không có tham vọng đi sâu vào tất cả những vấn đề của nó vì đề tài rất rộng và có nhiều vấn đề vượt quá khả năng hiện có của tôi Vì vậy, tôi mong rằng những vấn đề trong luận văn có thể cung cấp cho các sinh viên khóa sau những kiến thức cơ bản về lý thuyết Nó là

cơ sở để có thể dựa vào đó mà chế tạo ra một mô hình thực tế Tôi rất vui mừng nếu có thể đóng góp một phần nhỏ bé công sức cho Bộ môn Động lực qua việc thực hiện luận văn này

1.2 GIỚI HẠN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trong khuôn khổ của luận văn, việc làm nổi bậc những vấn đề cơ bản về phun xăng điện tử là sợi chỉ xuyên suốt, qua việc làm rõ một số nội dung quan trọng có liên quan đến đề tài Từ quá trình nguyên cứu một số mô hình thực tế của các trường khác, cộng với một số tài liệu tìm được và kiến thức hiện có, hy vọng có thể gợi mở một số vấn đề mới tạo điều kiện cho việc áp dụng thực tế sau này

1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI 1.3.1 EFI là gì

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 điều khiển bằng điện tử Hệ thống này cung cấp hỗn hợp khí cho động cơ một cách hoàn hảo Tuy nhiên, tuỳ theo chế đôï làm việc của ôtô, 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 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

Ôtô sử dụng một trong hai thiết bị hay hệ thống để cung cấp hỗn hợp khí – nhiên liệu với một tỷ lệ chính xác đến các xylanh của động cơ tại tất cả các dải tốc độ; một bộ chế hòa khí hay hệ thống EFI (phun xăng điện tử) Cả hai hệ thống đo lượng 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 không khí thích hợp đến các xylanh phụ thuộc vào lượng khí nạp

Do kết cấu của chế hoà 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 hòa khí ngày nay phải được lắp đặt các thiết bị hiệu chỉnh khác nhau, làm cho nó trở thành một hệ thống phức tạp hơn

Do vậy, hệ thống EFI được sử dụng thay thế cho chế hòa khí, đảm bảo tỉ lệ khí – nhiên liệu thích hợp cho động cơ bằng việc phun nhiên liệu điều khiển điện tử theo các chế độ lái xe khác nhau

Hình 1.1 Hệâ thống EFI điển hình

1.3.2 Lịch sử phát triển

Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Mỹ - ông Stevan – 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 hoả nên hay bị kích nổ và hiệu quả thấp) Tuy nhiên, sau đó sáng kiến này đã được ứng dụng thành công trong viêc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức Đến năm 1966, hãng BOSCH đã 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 supap hút nên có tên gọi tên là K - Jetronic (K – Konstan - liên tục, Jetronic - phun) K - Jetronnic được đưa vào sản xuất và 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 còn 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 2 loại: hệ thống L – Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khi nạp) và D – Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định dựa vào áp suất trên đường ống nạp)

Đến năm 1984, người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thống phun xăng L - Jetronic và D – Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với động cơ 4A - ELU) Đến những năm 1987, hãng Nissan dùng L - Jetronic thay bộ chế hòa khí của xe Nissan Sunny

Việc điều khiển EFI có thể được chia làm hai loại, dựa trên sự khác nhau về phương pháp dùng 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 một 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 Controled 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 chuẩn đoán và dự phòng Hai hệ thống này có thể được phân loại như sau:

Hình 1.2 Sơ đồ phân loại hệ thống phun xăng điện tử

Loại EFI mạch tương tự và điều khiển bằng bộ vi xử lý về cơ bản là giống nhau, nhưng có thể nhận thấy một vài điểm khác nhau như về các lĩnh vực điều khiển và độ chính xác

1.3.3 Phân loại

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:

1.3.3.1 Loại CIS ( Continuous Injection System)

Đây là kiểu sử dụng kim phun cơ khí, gồm 4 loại cơ bản:

Ø Hệ thống K – Jectronic: việc phun nhiên liệu được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí

Ø Hệ thống K – Jectronic có cảm biến khí thải: có thêm cảm biến oxy

Ø Hệ thống KE – Jectronic: hệ thống K – Jectronic với mạch điều chỉnh áp lực phun bằng điện tử

Ø Hệ thống KE – Motronic: kết hợp với việc điều khiển đánh lửa bằng điện tử

1.3.3.2 Loại AFC ( Air flow Controlled Fuel Injection) Đây là kiểu sử dụng kim phun điều khiển bằng điện Hệ thống phun xăng với

kim phun điện có thể chia làm 2 loại chính:

- D – Jetronic (xuất phát từ chữ Druck trong tiếng Đức là áp suất): với lượng xăng phun được xác định bởi áp xuất sau cánh bướm ga bằng cảm biến MAP (manifold absolute pressure sensor)

- L – Jectronic (xuất phát từ chữ Luft trong tiếng Đức nghĩa là không khí): với lượng xăng phun được tính toán dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến đo gió dây nhiệt, LU – Jetronic với cảm biến gió kiểu siêu âm

Trong loại này nếu phân biệt theo vị trí lắp đặt kim phun, hệ thống phun xăng AFC được chia làm 2 loại:

- Loại TBI (throttle body injection) – phun đơn điểm

- Loại MPI (multi point fuel injection) – phun đa điểm

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG

Quá trình tạo hỗn hợp cháy được coi là có chất lượng cao khi nó thoả mãn được những yêu cầu sau:

- Nhiên liệu phải được hòa trộn đều với toàn bộ lượng khí có trong buồng cháy, hay nói cách khác: hỗn hợp cháy phải đồng đều

- Thành phần hỗn hợp cháy phải phù hợp với chế độ làm việc của động

cơ

- Hỗn hợp cháy phải được phân bố đồng đều cho các xylanh của động cơ nhiều xylanh

2.1.1 Tỷ lệ nhiên liệu – không khí

Hệ thống nhiên liệu trên động cơ xăng có chức năng làm thay đổi tỷ lệ nhiên liệu – không khí; để có được tỷ lệ hỗn hợp khí tối ưu cho mọi chế độ làm việc khác nhau của động cơ Thông thường một gam nhiên liệu hòa lẫn với 15 gam không khí, ta có tỷ lệ 1/15 Hỗn hợp khí với tỷ lệ 1/13 gọi là giàu nhiên liệu và 1/17 gọi là nghèo nhiên liệu (1/17<1/15<1/13)

Hình 2.1 cho ta thấy đường biểu diễn thành phần hỗn hợp khí cung cấp cho động cơ trong các chế độ làm việc khác nhau Lúc khởi động trời lạnh, tỷ lệ hỗn hợp khí là 1/9, trong chế độ chạy cầm chừng 1/12, ở vận tốc trung bình hỗn hợp khí nghèo nhiên liệu hơn vào khoảng 1/15 Lúc lái xe tăng tốc, tỷ lệ hỗn hợp khí được thể hiện bằng các đường cong đứt quãng, khi mở lớn tối đa bướm ga hỗn hợp khí cũng được thêm xăng Việc thay đổi tỷ lệ hỗn hợp khí nhằm mục đích luôn luôn nạp đủ nhiên liệu vào xylanh

Hình 2.1 Đường biểu diễn thành phần hỗn hợp khí cung cấp

cho động cơ ở nhiều chế độ tải khác nhau

2.1.2 Tỷ lệ hỗn hợp khí lý tưởng

Tỷ lệ hỗn hợp khí lý tưởng 1/14,7 được giới thiệu ở hình 2.2 gọi là lý tưởng bởi

vì lượng oxy trong không khí của hỗn hợp khí này hoàn toàn thích ứng với lượng hydro trong nhiên liệu giúp cho quá trình cháy của hỗn hợp khí được hoàn chỉnh nhất Sẽ xảy ra trình trạng nhiều nhiên liệu đối với hỗn hợp khí có tỷ lệ 1/14, cũng như quá trình dư thừa oxy đối với hỗn hợp có tỷ lệ 1/16

Nhằm làm giảm trình trạng ô nhiễm môi trường, ôtô thế hệ mới được trang bị bầu hóa khử (catalytic converter) Để bộ này có thể hoạt động được tốt, đòi hỏi phải duy trì tỷ lệ hỗn hợp khí ở mức lý tưởng 1/14,7

2.1.3 Hệ số dư lượng không khí

Để chỉ rõ mức độ sai biệt giữa tỷ lệ nhiên liệu – không khí cung cấp thực tế cho động cơ so với tỷ lệ hỗn hợp lý tưởng (1/14,7) người ta chọn hệ số dư lượng l

l = Lựợng không khí nạp/Lượng không khí yêu cầu lý tưởng

Hình 2.2 Ngưỡng cửa của tỷ lệ nhiên liệu - không khí cần phải duy trì nhằm

giúp bộ xúc tác hoá khử ba chức năng hoạt động tốt

Hình 2.3 giới thiệu đồ thị về ảnh hưởng của hệ số dư không khí l đối với công suất P và suất tiêu hao nhiên liệu ge Ta tìm hiểu ảnh hưởng này như sau:

Hình 2.3 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí l đối với công suất P và đối với suất tiêu hao nhiên liệu g e

· l = 1 Lượng không khí nạp bằng lượng không khí yêu cầu lý tưởng

· l <1 Thiếu không khí nạp hay hỗn hợp khí giàu nhiên liệu Công

suất động cơ tăng, l trong khoảng 0,85 – 0,95

· l >1 Dư không khí nạp hay hỗn hợp khí nghèo nhiên liệu Công suất

động cơ giảm, l trong khoảng 1,05 – 1,30, đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu cũng giảm

· l > 1,3 Hỗn hợp quá nghèo nhiên liệu, không thể tiếp tục cháy được

· l = 0,95 – 0,85 Hỗn hợp cháy tốt, phát huy hết công suất tối đa cho

động cơ Lượng không khí thiếu so với lý tưởng khoảng 5% - 15%

· l = 1,1 – 1,2 Suất tiêu hao nhiên liệu bé tối đa Dư lượng không khí

khoảng 20%

· l = 1 Hệ số dư không khí này sẽ cho một tỷ lệ hỗn hợp khí lý

tưởng và cho phép động cơ vận hành ổn định ở chế độ chạy cầm chừng

· l = 0,85 – 1,75 Thiếu khoảng 15% - 20% không khí Động cơ nổ chuyển

tiếp tốt Chuyển tiếp có nghĩa là thay đổi từ chế độ làm việc này sang chế độ làm việc khác

2.1.4 Tính đồng nhất của hỗn hợp cháy

Hỗn hợp cháy được gọi là đồng nhất khi nó có thành phần như nhau tại mọi khu vực trong buồng cháy Để được trạng thái này, nhiên liệu phải bốc hơi hoàn toàn và hoà trộn đều với lượng khí trong xylanh

Mức độ đồng nhất của hỗn hợp cháy có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, công suất và hàm lượng các chất độc hại trong khí xả Hỗn hợp cháy càng đồng nhất thì lượng không khí thực tế cần thiết để đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối lượng nhiên liệu sẽ càng nhỏ Nói cách khác, độ đồng nhất càng lớn thì động cơ có thể làm việc với hỗn hợp cháy có hệ số dự lượng không khí càng nhỏ mà vẫn đảm bảo yêu cầu đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu Nếu hỗn hợp cháy không đồng nhất, sẽ có những khu vực trong buồng đốt thiếu hoặc thừa oxy Tại khu vực thiếu oxy, nhiên liệu cháy không hoàn toàn sẽ làm giảm hiệu suất nhiệt của động cơ và làm tăng hàm lượng các chất độc hại trong khí thải Việc thừa oxy quá mức cũng làm giảm hiệu suất của động cơ do phải tiêu hao năng lượng cho việc sấy nóng, nạp và xả phần không khí dư quá mức, đồng thời làm giảm hiệu quả sử dụng dung tích công tác của xylanh

Độ đồng nhất của hỗn hợp cháy được quyết định bởi các yếu tố: tính chất vật lý của nhiên liệu (tính hoá hơi, sức căng bề mặt, độ nhớt), nhiệt độ không khí và của bề mặt tiếp xúc với hỗn hợp cháy (vách đường ống nạp, đỉnh pittông, thành xylanh), chuyển động rối của khí trong đường ống nạp và trong xylanh

Các biện pháp để nâng cao tính đồng nhất của hỗn hợp cháy thường được sử dung là:

- Sấy nóng đường nạp để xăng hoá hơi nhanh

- Phun xăng thành những hạt có kích thước nhỏ

- Tạo ra vận động rối của môi chất công tác trong đường ống nạp và xylanh bằng cách thiết kế đường ống nạp, buồng cháy có kích thước, cấu tạo hợp lý

2.1.5 Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cháy đến công suất (N e ) và suất tiêu hao nhiên liệu (ge ) của động cơ

Hình 2.4 giới thiệu dạng điển hình của đường Ne và ge theo đặc tính điều chỉnh hỗn hợp cháy của động cơ xăng, tức là đường cong thể hiện đặc điểm biến thiên của Ne và ge theo l khi động cơ chạy ở tốc độ quay không đổi trong điều kiện giữ nguyên vị trí bướm ga

Theo đặc tính điều chỉnh hỗn hợp cháy của động cơ xăng, Ne giảm dần theo chiều tăng của l do tốc độ cấp nhiệt giảm Khi hỗn hợp cháy được làm đậm dần, công suất của động cơ sẽ tăng và đạt trị số cực đại ứng với l = lN , tại đó lượng nhiên liệu được tăng thêm do giảm l cân bằng với lượng nhiên liệu cháy không hoàn toàn do thiếu oxy Nếu tiếp tục làm đậm hỗn hợp cháy, công suất của động cơ giảm do chất lượng quá trình cháy bị ảnh hưởng, nhiên liệu cháy không hoàn toàn

Về phương diện hiệu quả biến đổi năng lượng, ge sẽ giảm mạnh theo chiều tăng của l trong phạm vi l < 1 do lượng nhiên liệu cháy không hoàn toàn giảm Trị số của hệ số dư lượng không khí ứng với suất tiêu hao nhiên liệu cực tiểu (lg) tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như: tải, tốc độ quay, giới hạn loãng có ích Nếu tiếp tục làm loãng hỗn hợp cháy (l > lg), suất tiêu thụ nhiên liệu sẽ tăng do tốc độ cháy giảm, quá trình cháy không ổn định

Hình 2.4 Ảnh hưởng của l đến Ne và g e của động cơ xăng

2.1.6 Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cháy tới hiệu suất của động cơ

Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cháy tới hiệu suất của động cơ xăng được thể hiện trên hình 2.5 Đường nét đứt biểu diễn đặc điểm biến thiên của hiệu suất lý thuyết (ht ) theo l; ht sẽ giảm nhanh khi l giảm trong khu vực l £ 1 do phần nhiên liệu cháy không hoàn toàn tăng Ở khu vực l ³ 1, nhiên liệu cháy hoàn toàn và nhiệt lượng chu trình là không đổi (Q = Const)

Mặc khác, theo chiều tăng của l trong vùng l ³ 1, nhiệt dung riêng của môi chất công tác sẽ giảm vì cả lượng nhiệt của chu trình ứng với một đợn vị số lượng khí mới, nhiệt độ của môi chất công tác trong quá trình cháy và giãn nở, hàm lượng tương đối của các khí nhiều nguyên tử (CO2, H2O) đều giảm Kết quả là hệ số đoạn nhiệt (K) sẽ tăng đôi chút và làm cho hiệu suất lý thuyết tăng nhẹ theo chiều tăng của l

Ở động cơ thực tế, hiệu suất chỉ thị (ht) cũng sẽ tăng khi hỗn hợp cháy được làm loãng dần do hiệu suất lý thuyết tăng (hI = ht ht - i) Tuy nhiên, khác với hiệu suất lý thuyết, hiệu suất chỉ thị chỉ tăng đến một giá trị nhất định, tại đó quá trình cháy nhiên liệu vẫn diễn ra bình thường Khi hỗn hợp cháy quá loãng, quá trình cháy nhiên liệu sẽ diễn ra chậm và không ổn định, có thể có hiện tượng “bỏ lửa”, tất cả những yếu tố đó đều góp phần làm giảm hiệu suất chỉ thị của động cơ Thành phần hỗn hợp cháy ứng với giá trị cực đại của hiệu suất chỉ thị được gọi là giới hạn

làm loãng có ích le Giá trị của le phụ thuộc vào nhiều yếu tố cấu tạo và vận hành như sau: loại buồng đốt, số lượng bugi, năng lượng của tia lửa điện, nhiệt độ và áp suất tại thời điểm đốt cháy nhiên liệu,

1 - Với tải bộ phận, 2 -Với 100% tải, 3 -Với 2 bugi cho mỗi xilanh,

4 - Với khí mới phân lớp, 5 - Với buồng đốt trước

Hình 2.5 Ảnh hưởng của l đến h t và h I

Ở những động cơ hiện nay, le dao động trong khoảng (1,05 – 1,2) ở chế độ toàn tải (bướm ga mở hoàn toàn) Trị số le sẽ giảm dần khi điều kiện cho nhiên liệu bốc cháy ít thuận lợi hơn, ví dụ: giảm tải, nhiệt độ tại thời điểm đánh lửa giảm

Nâng cao giá trị của le, nói cách khác đảm bảo cho nhiên liệu cháy ổn định với hỗn hợp cháy loãng hơn đã và đang là vấn đề được các chuyên gia trong lĩnh vực động cơ đốt trong quan tâm không chỉ nhằm mục đích tăng hiệu suất mà còn có tác dụng giảm độ độc hại của khí thải Một trong những giải pháp cho vấn đề nói trên là sử dụng nhiều bugi đánh lửa đồng thời

2.1.7 Ảnh hưởng của thành phần hỗn hợp cháy đến độ độc hại của khí thải

Thành phần hỗn hợp cháy cũng ảnh hưởng rõ rệt đến độ độc hại của khí thải

Hình 2.6 giới thiệu ảnh hưởng của hỗn hợp cháy đến nồng độ một số thành phần độc hại trong khí thải của động cơ xăng

Hình 2.6 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí l đối với thành phần

hơi độc trong khí thải ôtô

Qua đồ thị ta thấy khi động cơ phải làm việc với hỗn hợp đậm (lúc đó l £ 1), trong trường hợp này do thiếu oxy nên sinh ra nhiều khí độc như hyđro cacbon (HC)

do nhiên liệu cháy không hết và cacbon monoxit (CO) do nhiên liệu cháy không hoàn toàn Ngược lại, nếu hỗn hợp khí nhiều xăng sẽ sinh ra khí độc oxit nitrogen (NOx) Hàm lượng NOx trong khí thải có giá trị cực đại khi l = (1,05 – 1,1) Khi nhiên liệu loãng được đốt cháy hoàn toàn (l ³ 1) sản phẩm cháy sẽ gồm: CO2,

H2O, O2 còn thừa và N2 của không khí

2.1.8 Sự phân bố hỗn hợp cháy giữa các xylanh

Thực trạng cho thấy rằng thành phần hoà khí cung cấp cho từng xylanh riêng biệt không giống hệt nhau cả về chất và lượng Nguyên nhân chính là do khi nhiên liệu chuyển động dọc theo đường ống nạp, thì có một màng mỏng nhiên liệu được tạo thành dọc theo vách ống ở một tỷ lệ thấp so với lượng hỗn hợp cháy ở dạng hơi

Điều đó dẫn đến kết quả mỗi xylanh riêng biệt nhận được một lượng nhiên liệu không giống nhau về lượng cũng như về chất Thực nghiệm cũng chỉ ra thành phần hoà khí không đồng đều theo từng lượng nhỏ riêng biệt về thành phần chống kích nổ của nhiên liệu

Sự phân bố không đồng đều hỗn hợp cháy cho các xylanh sẽ dẫn đến những hậu quả sau đây:

- Giảm công suất danh nghĩa và tăng suất tiêu hao nhiên liệu

- Phụ tải cơ và phụ tải nhiệt không đồng đều ở các xylanh

- Có thể xuất hiện hiện tượng kích nổ ở một số xylanh do thành phần chưng cất của nhiên liệu ở những xylanh đó có số octane nhỏ

- Tăng hàm lượng các chất độc trong khí thải

- Mức độ khác nhau về số lượng giữa lượng nhiên liệu chu trình ở các xylanh của cùng một động cơ được đặc trưng bằng đại lượng “độ định lượng không đồng đều Dgct”

Các biện pháp thông thường được sử dụng nhằm hạn chế độ định lượng không đồng đều ở các động cơ xăng bao gồm:

- Kết cấu hệ thống nạp hợp lý

- Sấy nóng đường ống nạp bằng nhiệt của khí thải để tăng cường sự bay hơi của nhiên liệu trong đường ống nạp

- Sử dụng hệ thống phun xăng nhiều điểm

v Kết luận

Qua phân tích trên ta thấy rằng quá trình tạo hỗn hợp cháy ở động cơ xăng có ảnh hưởng trực tiếp đến hàng loạt các chỉ tiêu công tác của động cơ như: hiệu suất, công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, độ độc hại khí thải, tính năng khởi động, sự làm việc ổn định, Do đó, muốn cho hỗn hợp cháy có chất lượng tốt thì phải đảm bảo các điều kiện sau:

- Tỷ lệ giữa không khí và nhiên liệu thể hiện qua hệ số dư lượng không khí phải thích hợp với từng chế độ làm việc của động cơ

- Nhiên liệu trong hỗn hợp cháy phải giúp cho quá trình cháy tốt nhất, tức là nhiên liệu phải ở trạng thái hơi, phần nhiên liệu chưa bốc hơi phải là hạt có kích thước nhỏ

- Tăng khả năng phân bố đồng đều hỗn hợp cháy cho các xylanh

Như vậy, hệ thống tạo hỗn hợp cháy ở động cơ xăng cần đảm bảo các yêu cầu sau:

· Phải tạo được hỗn hợp cháy có thành phần cần thiết cho mọi chế độ làm việc của động cơ Các chế độ bình thường phải đảm bảo tiết kiệm nhiên liệu Khi chạy ở chế độ toàn tải phải đảm bảo động cơ phát ra công suất lớn nhất

· Có thể điều chỉnh lượng hỗn hợp cháy và thành phần hỗn hợp cháy theo chế độ làm việc của động cơ

· Trong mọi điều kiện khí hậu phải đảm bảo cho động cơ dễ khởi động và giữ cho động cơ làm việc ở chế độ không tải với tốc độ quay thấp

· Dễ điều chỉnh theo trạng thái kỹ thuật và điều kiện sử dụng của động cơ

· Cấu tạo đơn giản, gọn, bền

· Dễ bảo dưỡng

Cho đến những năm 1960, hầu hết động cơ xăng được trang bị hệ thống tạo hỗn hợp cháy bằng bộ chế hòa khí Trong những thập niên gần đây nhờ tiến bộ của ngành công nghệ thông tin cũng như những đòi hỏi khắc khe về độ độc hại khí thải mà hệ thống tạo hỗn cháy bằng cách phun xăng được ra đời, mà đỉnh cao là hệ thống phun xăng được điều khiển bằng điện tử

2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ EFI

Ở đây chúng ta chỉ giới thiệu cơ bản nguyên lý hoạt động chung của hệ thống phun xăng điện tử EFI, còn kết cấu và nguyên lý làm việc của từng thiết bị thì sẽ tìm hiểu chi tiết hơn ở chương 3

EFI có thể chia thành ba hệ thống: hệ thống nhiên liệu và hệ thống nạp khí, hệ thống điều khiển điện tử EFI cũng có thể được chia thành điều khiển phun nhiên liệu cơ bản và điều khiển hiệu chỉnh Ba hệ thống này sẽ được mô tả chi tiết sau đây

Hình 2.7 Sơ đồ tổng quát của hệ thống EFI

2.2.1 Điều khiển phun cơ bản

Các thiết bị phun cơ bản duy trì một tỷ lệ tối ưu (gọi là tỷ lệ lý thuyết) của không khí và nhiên liệu hút vào trong các xylanh Để thực hiện được điều đó, nếu có sự gia tăng lượng khí nạp, lượng nhiên liệu phun vào cũng phải gia tăng tỷ lệ hoặc là nếu lượng khí nạp giảm xuống, lượng nhiên liệu phun ra cũng giảm xuống

Hình 2.8 Sơ đồ điều khiển phun cơ bản

2.2.1.1 Dòng không khí

Khi bướm ga mở ra, dòng không khí từ lọc gió đến các xylanh sẽ qua cảm biến lưu lượng gió, bướm ga và đường ống nạp Khi dòng không khí đi qua cảm biến lưu lượng gió, nó sẽ ấn mở tấm đo Lượng không khí được cảm nhận bằng độ mở của tấm đo

Hình 2.9 Sơ đồ dòng không khí

2.2.1.2 Dòng nhiên liệu

Nhiên liệu được nén lại nhờ bơm nhiên liệu chạy bằng điện và chảy đến các vòi phun qua bộ lọc Mỗi xylanh có một vòi phun, nhiên liệu được phun ra khi van điện từ của nó mở ngắt quãng Do bộ ổn định áp suất giữ cho áp suất nhiên liệu

không đổi nên lượng nhiên liệu phun ra được điều khiển bằng cách thay đổi khoảng thời gian phun Do vậy, khi lượng khí nạp nhỏ, khoảng thời gian phun ngắn còn khi lượng khí nạp lớn, khoảng thời gian phun dài hơn

Hình 2.10 Sơ đồ dòng nhiên liệu

2.2.1.3 Cảm nhận khí nạp

Bướm ga điều khiển lượng khí nạp vào động cơ Bướm ga mở lớn thì lượng khí lớn hơn sẽ được nạp vào các xylanh Khi tốc độ thấp, dòng khí nạp sẽ nhỏ và tấm

đo chỉ mở ra một chút Vậy tốc độ cao và dải tải nặng, dòng khí sẽ lớn hơn và tấm

đo sẽ theo đó mở rộng hơn

Hình 2.11 Lượng khí nạp ở các chế độ

2.2.1.4 Điều khiển lượng phun cơ bản

Lượng không khí cảm nhận tại cảm biến đo lưu lượng gió được chuyển hoá thành điện áp, điện áp này được gửi đến ECU như một tín hiệu

Tín hiệu đánh lửa sơ cấp theo số vòng quay động cơ cũng được gửi đến ECU từ cuộn dây đánh lửa ECU sau đó tính toán bao nhiêu nhiên liệu cần cho lượng khí đó

và thông báo cho mỗi vòi phun bằng thời gian mở van điện Khi van điện của vòi phun mở ra, nhiên liệu sẽ được phun vào đường ống nạp

Hình 2.12 ECU nhận các tín hiệu

2.2.1.5 Thời điểm và khoảng thời gian phun

Tín hiệu từ cuộn đánh lửa chỉ thị số vòng quay của động cơ và làm cho tất cả các vòi phun sẽ đồng thời phun nhiên liệu tại mỗi vòng quay của trục khuỷu Động

cơ bốn kỳ sẽ thực hiện các kỳ nạp, nén, nổ, xả trong mỗi vòng quay của trục khuỷu

Hình 2.13 Thời gian và thời điểm phun

Khoảng thời gian của mỗi lần phun chỉ cần một nửa yêu cầu, do vậy nó phun hai lần để cung cấp một lượng nhiên liệu chính xác cho quá trình cháy của một chu kỳ

v Kết luận

Tuỳ theo tốc độ động cơ và lượng khí nạp đo được tại cảm biến lưu lượng khí

ECU sẽ thông báo cho các vòi phun bao nhiêu nhiên liệu cần phun và hỗn hợp khí – nhiên liệu được tạo ra bên trong đường ống nạp Khái niệm “lượng phun cơ bản”

được sử dụng để chỉ lượng nhiên liệu cần phun để tạo ra tỷ lệ hỗn hợp lý thuyết

Hình 2.14 Sơ đồ tổng quát

2.2.2 Điều khiển hiệu chỉnh

Như vậy, hoạt động cơ bản của các thiết bị cần cho việc tạo ra hỗn hợp khí – nhiên liệu lý thuyết đã được mô tả Tuy nhiên, động cơ sẽ không hoạt động tốt chỉ với lượng phun cơ bản Đó là bởi vì động cơ phải vận hành dưới nhiều chế độ và do đó nó cần có một vài thiết bị hiệu chỉnh để điều chỉnh tỷ lệ khí – nhiên liệu tuỳ theo chế độ khác nhau này Ví dụ, khi động cơ còn lạnh dưới tải nặng, cần có hỗn hợp đậm hơn Hệ thống EFI sẽ thay đổi tỷ lệ khí – nhiên liệu theo các chế độ hoạt động của động cơ theo cách giống như chế hoà khí thay đổi hỗn hợp khí – nhiên liệu bằng bướm gió và hệ thống trợ tải Có 2 phương pháp để hiệu chỉnh tỷ lệ khí – nhiên liệu Một được coi là “hiệu chỉnh đậm”, ECU hoạt động để tăng lượng phun

Phương pháp khác là các thiết bị phụ trợ sẽ thực hiện cùng một chức năng mà không liên quan đến ECU

2.2.2.1 Hiệu chỉnh

Rất nhiều loại thông tin về các chế độ hoạt động của động cơ (ví dụ: nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí nạp ) được chuyển đến ECU từ các cảm biến để thêm vào thông tin về lượng khí nạp từ cảm biến lưu lượng khí và tốc độ động cơ từ cuộn đánh lửa ECU sẽ tăng lượng nhiên liệu dựa trên các thông tin này Nói một cách khác, thậm chí lượng khí nạp không đổi, thì lượng nhiên liệu do các vòi phun phun

ra vẫn tăng hay giảm tuỳ theo các chế độ hoạt động của động cơ

Hình 2.15 Sơ đồ hiệu chỉnh phun

2.2.2.2 Các thiết bị phụ

Có 2 thiết bị phụ để hiệu chỉnh tỷ lệ khí – nhiên liệu, một vòi phun khởi động lạnh và một van khí phụ

v Vòi phun khởi động lạnh

Mục đích của vòi phun khởi động lạnh là cải thiện tính năng khởi động động cơ lạnh Khởi động một động cơ lạnh cần có nhiều nhiên liệu và hỗn hợp đâïm hơn

Đó là chỉ khi động cơ còn lạnh và đang quay bởi máy khởi động, khi đó vòi phun khởi động lạnh sẽ phun nhiên liệu để làm đậm hỗn hợp Nói theo một cách khác, trong khi khởi động động cơ lạnh, nhiên liệu được cung cấp bằng cả vòi phun chính và vòi phun khởi động lạnh

Theo cách này, tỷ lệ nhiên liệu so với không khí tăng lên nhờ vào lượng nhiên liệu phun ra từ vòi phun khởi động lạnh, tạo nên hỗn hợp đâïm hơn Vòi phun khởi động lạnh là một van điện sử dụng nguồn năng lượng của accu để mở và đóng van

bên trong và phun nhiên liệu Để tránh cho hỗn hợp quá đậm, khoảng thời gian phun được điều khiển bằng một công tắc định thời bao gồm một phần tử lưỡng kim và cuộn dây sấy

Hình 2.16 Hoạt động của vòi phun khởi động lạnh

v Van khí phụ

Khi nhiệt độ còn thấp van khí phụ sẽ tăng tốc độ không tải của động cơ đến chế độ không tải nhanh Khi động cơ còn lạnh, thậm chí nếu bướm ga đóng, không khí vẫn nạp vào động cơ qua van khí phụ Lượng không khí đi qua van khí phụ sẽ thay đổi theo nhiệt độ Khi nhiệt độ thấp, van khí phụ mở hoàn toàn cho phép một lượng lớn không khí đi qua

Hình 2.17 Hoạt động của van khí phụ

Khi nhiệt độ tăng lên, van sẽ đóng dần lại cho đến khi động cơ đạt được nhiệt độ hoạt động bình thường, nó sẽ đóng hoàn toàn để cắt dòng khí Tốc độ không tải nhanh tỷ lệ với lượng khí đi qua van khí phụ Nó sẽ cao khi nhiệt độ thấp và giảm đến tốc độ không tải bình thường khi nhiệt độ tăng lên

Việc đóng và mở van khí phụ được điều chỉnh ở bên trong bằng một van giãn nở nhiệt tuỳ theo nhiệt độ nước làm mát động cơ

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ KỸ THUẬT HỆ THỐNG 3.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Mô hình học cụ hệ thống phun xăng điện tử đa điểm - Karman được chế tạo nhằm mục đích giúp sinh viên có thể quan sát được đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thống phun xăng điện tử một cách dễ dàng nhằm tránh những bỡ ngỡ khi tiếp xúc với thực tế Vì thế mô hình học cụ hệ thống phun xăng điện tử đa điểm cần đáp ứng những yêu cầu sau:

· Kết cấu gọn nhẹ

· Mang tính tổng quát và phổ biến

· Ít khác biệt so với lý thuyết

· Giá thành chấp nhận được

Trên ôtô thường trang bị các hệ thống phun xăng như sau:

Ø Loại phun đơn điểm: ( TBI – Throttle Body Injection): Đây là loại phun trung tâm Kim phun được bố trí phía trên cánh bướm ga và nhiên liệu được phun bằng một hay hai kim phun Nhược điểm của hệ thống này là tốc độ dịch chuyển của hoà khí tương đối thấp do nhiên liệu được phun ở

vị trí supup hút và khả năng thất thoát trên đường ống nạp

Ø Loại phun đa điểm: ( MPI – 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 hút ( cách khoảng 10 -15mm) Ống góp hút được thiết kế sao cho đường đi của không khí từ bườm ga đến xylanh khá dài, nhờ vậy nhiên liệu phun ra được hoà 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

Qua phân tích trên ta thấy hệ thống phun xăng đa điểm có nhiều ưu điểm hơn và được ứng dụng hầu hết trên các ôtô hiện đại Vì vậy việc tìm hiểu về hệ thống này là một đòi hỏi bắt buộc đối với sinh viên chuyên ngành động lực ôtô Trong hệ thống phun xăng đa điểm thì chia ra nhiều loại với các tên gọi khác nhau Vì hệ thống phun xăng đa điểm Karman là một hệ thống tương đối hay và có một số cái mới Điều quan trọng hơn là mô hình về hệ thống này chưa có tại trường ta, nên tôi quyết định thiết kế mô hình hệ thống này để đặt tại xưởng thực tập chuyên ngành ôtô

Hiện nay, mô hình thiết kế phục vụ cho công tác giảng dạy gồm có các dạng sau:

o Mô hình không hoạt động

o Mô hình hoạt động

Mô hình không hoạt động là loại mô hình gồm các khối lượng trượng trưng cho những cơ cấu hoặc các cụm trong hệ thống Dạng này thường dùng để thể hiện các

cơ cấu của hệ thống quá phức tạp và giá thành cơ cấu hệ thống cao, hoặc loại mô hình có kết cấu hình dạng nhưng nó được phóng to, thu nhỏ hoặc bằng chính nó nhưng các bộ phận phức tạp của hệ thống được tách ra hoặc cắt ¼ hay ½ để thể hiện đầy đủ các bộ phận nằm ở bên trong Dạng mô hình này giúp cho sinh viên trong quá trình học tập được phần nào hiểu hơn về tác dụng và cấu tạo của từng cơ cấu trong hệ thống Tuy nhiên, hình thức này không thể hiện nguyên lý làm việc của hệ thống một cách cụ thể

Mô hình hoạt động được là dạng mô hình có kết cấu của chi tiết giống thật và hoạt động được nhờ các nguồn dẫn động hay các tác động khác (các nguồn tác động này đơn giản và thuận tiện) Nó có thể có vỏ bên ngoài của cơ cấu là vật liệu trong suốt (dùng để bao bọc các cơ cấu chịu lực tác dụng không lớn) Mô hình này rất thuận tiện cho công tác giảng dạy vì thông qua nó sinh viên dễ dàng nắm bắt được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống

Qua các phân tích trên ta tiến hành đi thiết kế hệ thống phun xăng điện tử đa điểm-Karman hoạt động được dưới dạng mô hình

Từ thực tế sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp ôtô đã cho ra đời nhiều loại ôtô có tính năng hiện đại, tính tiện nghi cao, các hệ thống trên xe hoàn thiện đều được bắt nguồn từ sự tự động hóa hệ thống các hệ thống trên cơ sở sử dụng ngày càng nhiều các thiết bị điện – điện tử là chính Cho nên đối với các ôtô đời mới ngoài số lượng các thiết bị điện ngày càng nhiều thì các mạch điện trên ôtô cũng rất phức tạp cần tìm hiểu và nghiên cứu thêm rất nhiều

Ngược lại thì trên các loại ôtô đời cũ thì hệ thống điện vừa cũ vừa đơn giản lại vừa ít các hệ thống, thiết bị nên việc tìm hiểu ít nhiều bị hạn chế Do vậy, để sinh viên cơ khí động lực ôtô được trang bị kiến thức đầy đủ hơn về các hệ thống và thiết bị mới trên các loại ôtô hiện đại thì mô hình thực hiện cần phải đáp ứng được phần nào yêu cầu này của thực tế trên Vì thế việc lựa chọn các thiết bị để thực hiện mô hình phải có các hệ thống, thiết bị đầy đủ, hoạt động tốt, càng nhiều hệ thống, thiết bị hiện đại thì càng có giá trị thực tế cao Ở đây ta chọn hệ thống phun xăng trên xe ôtô TOYOTA làm cơ sở để thực hiện mô hình vì đây là loại xe khá phổ biến trong thực tế lại vừa có các ưu điểm về một hệ thống điện có số lượng nhiều các thiết bị hiện đại Tuy vậy trong quá trình tiến hành thực hiện mô hình ta có thể không nhất thiết phải sử dụng đúng các thiết bị của loại xe này vì nếu làm như vậy sẽ gặp rất nhiều khó khăn cho việc tìm kiếm các thiết bị, giá cao, Để khắc phục điều này thì ta có thể chỉ sử dụng các thiết bị của loại xe này làm cơ sở (đối với một số thiết bị chuẩn), và trên đó có thể sử dụng thiết bị của các loại xe khác có đặc điểm tương tự về cấu tạo, hoạt động, Nhưng dễ tìm hơn, giá rẻ hơn nhằm tạo điều kiện cho quá trình thực hiện mô hình

3.2 GIỚI THIỆU MỘT SỐ MÔ HÌNH TRƯỜNG BẠN 3.2.1 Mô hình 1

Hình 3.1 Mô hình phun xăng đa điểm 3SG (Trường ĐH Thủy Sản)

Đây là mô hình phun xăng đa điểm 3SGE, mô hình bao gồm các thiết bị: Cảm biến bướm ga, ISC, cảm biến nhiệt độ nước, cảm biến oxy, bộ đo gió cánh trượt, bơm nhiên liệu, bộ lọc nhiên liệu, ECU, bộ dánh lửa, vòi phun, đồng hồ đo áp lực, các công tắc và các rơle, Các thiết bị được phân bố dàn trải nghiêng trên bảng mica hình chữ nhật màu vàng, viền ngoài được bao bởi các thanh nhôm màu trắng và được đặt trên một khung hình chữ A Các cảm biến được phân bố theo chiều thẳng đứng và các thiết bị khác phân bố đều ở diện tích còn lại của mô hình

v Ưu điểm

- Nền mô hình là mica màu vàng nên làm nổi bật các thiết bị đặt trên đó

- Ít chiếm diện tích trong phòng

- Kí hiệu mạch điện rõ ràng giống như thực tế

- Khung mô hình có trọng tâm rơi ở giữa nên mô hình rất vững

Hình 3.2 Mô hình phun xăng đa điểm – dây nhiệt (Trường CĐ Công Nghiệp 4)

Đây là mô hình hệ thống phun xăng đa điểm – dây nhiệt Mô hình bao gồm các thiết bị: Bơm nhiên liệu, lọc nhiên liệu, đồng hồ đo áp suất, bugi, vòi phun, bộ đánh lửa, các cảm biến oxy, nhiệt độ nước làm mát, lưu lượng khí nạp, vị trí bườm

ga, ECU, các rơle và công tắc Các thiết bị được phân bố dàn trải theo chiều thẳng đứng Bên dưới có giá đỡ để dụng cụ, sách vở khi sinh viên tìm hiểu và học tập trên mô hình Bảng lắp thiết bị và bề mặt giá đỡ là một tấm gỗ bên ngoài dán thêm một lớp mica Bên ngoài viền thì cố định bằng các thanh nhôm Ở mô hình này khác với mô hình trước là có vẽ động cơ tượng trưng và lắp các cảm biến tại các vị trí trên động cơ như thực tế

v Ưu điểm

- Do có giá đỡ nên thuận tiên cho sinh viên khi thực hành và học tập trên mô hình

- Các thiết bị phân bố như thực tế nên dễ hình dung

- Hướng quan sát không bị hạn chế

- Giá thành tương đối

v Nhược điểm

- Diện tích chiếm chỗ tương đối lớn

- Màu nền, màu thiết bị và màu của mạch điện chạy trên nền tương đối giống nhau nên hơi khó quan sát

- Các kí hiệu đầu giắc cắm không giống thực tế

3.2.3 Mô hình 3

Đây là mô hình hệ thống phun xăng điện tử đa điểm 3S.FE Mô hình gồm các thiết bị: ECU, bơm nhiên liệu, lọc nhiên liệu, đồng hồ đo áp suất, bugi, vòi phun, bộ đánh lửa, các cảm biến oxy, nhiệt độ nước làm mát, vị trí bướm ga, rơle, công tắc điện Đây là mô hình có cách bố trí giống như ở mô hình 2, nhưng ở đây các đầu nối giắc điện được kí hiệu giống như thực tế và các màu kí hiệu mạch điện rõ ràng nên dễ hình dung hơn

Hình 3.3 Mô hình phun xăng đa điểm 3S.FE (Trường CĐ Công Nghiệp 4)

3.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN LẮP ĐẶT

Trên cơ sở nghiên cứu và tìm hiểu về thực trạng, cấu tạo của các mô hình học cụ hệ thống phun xăng ở các cơ sở đào tạo, cũng như việc căn cứ vào các ưu nhược điểm của từng mô hình và căn cứ vào điều kiện thực tế về nhu cầu dạy và học, về

cơ sở vật chất, Tại trường mà ta có phương án thiết kế tổng thể đối với mô hình cần thực hiện Để thực hiện mô hình này thì có nhiều phương án thể hiện và cách bố trí khác nhau

3.3.1 Phương án 1

Hình 3.4 Bố trí các thiết bị theo kiểu sa bàn dàn trải nằm ngang

Các thiết bị được lắp trên một mặt bảng được đặt cố định trên khung đỡ gồm bốn chân Giữa bốn chân của bộ khung được hàn cố định lại với nhau bằng những thanh thép và trên bốn chân này có gắn bốn bánh xe để dễ dàng trong việc di chuyển

v Ưu điểm

- Với kiểu thiết kế này thì trọng tâm của mô hình rơi vào giữa nên rất vững chắc

- Góc nhìn không bị hạn chế

- Kết cấu đơn giản

v Nhược điểm

- Diện tích chiếm chỗ lớn

- Khi hệ thống hoạt động thì khó quan sát tia nhiên liệu từ các vòi phun

- Không có tính thẩm mỹ

3.3.2 Phương án 2

Hình 3.5 Bố trí các thiết bị theo kiểu sa bàn dàn trải nằm nghiêng

Các bộ phận của hệ thống phun xăng được lắp toàn bộ trên một bảng mà bảng này được gắn cố định trên một khung đỡ hình chữ A Dưới bốn chân của khung đỡ gắn bốn bánh xe để dễ dàng khi di chuyển

v Ưu điểm

- Diện tích chiểm chỗ ít hơn

- Có thể nhìn thấy vị trí tương đối của các thiết bị

- Kết cấu đơn giản

- Đạt độ cứng vững cao

v Nhược điểm

- Hạn chế về góc nhìn và hướng nhìn

- Không có vị trí để dụng cụ học tập

- Không có tính thẩm mỹ

3.3.3 Phương án 3

Các thiết bị của hệ thống sẽ được lắp trên một bảng mà bảng này sẽ được bắt trên khung đỡ Khung đỡ của mô hình là một khung hình chữ nhật có hai thanh đứng để lắp bảng Bên dưới có hai giá đỡ để đặt accu và thùng chứa nhiên liệu

Trên bốn chân gắn bốn bánh xe để dễ dàng khi di chuyển

Hình 3.6 Bố trí các thiết bị theo kiểu sa bàn dàn trải đứng

v Ưu điểm

- Dễ dàng quan sát

- Có tính thẩm mỹ cao

- Có vị trí để dụng cụ học tập cho sinh viên

- Diện tích chiếm chỗ tương đối ít

v Nhược điểm

- Kết cấu hơi phức tạp

- Trọng tâm không rơi vào giữa nên mô hình không được vững

· Nhận xét

Qua 3 phương án trên ta thấy mỗi phương án đều có những ưu nhược điểm riêng Nhưng ta thấy phương án 3 có nhiều ưu điểm hơn Đây là phương án kết hợp cả hai phương án 1 và 2 nhờ đó nó có được các ưu điểm của cả hai phương án trên

Kiểu trang trí trên mô hình sa bàn trải đứng di động này làm cho mô hình tương đối gọn gàng, chiếm chỗ không gian trong phòng ít Đặc biệt mô hình này có nơi để dụng cụ hoc tập rất thích hợp khi sinh viên thực tập trên mô hình Qua đây, ta thấy rằng phương án này tập hợp được nhiều ưu điểm đồng thời khắc phục được các nhược điểm mà các phương án trước mắc phải

Vì vậy, đây là phương án thích hợp nhất cho việc lắp đặt các bộ phận của hệ thống hệ thống phun xăng

3.4 THIẾT KẾ KHUNG MÔ HÌNH 3.4.1 Bảng lắp thiết bị

Đây là nơi để lắp tất cả các thiết bị của hệ thống vì vậy yêu cầu phải có tính vững chắc, đủ bền và đặc biệt là phải có tính thẩm mỹ cao Với hệ thống phun xăng đa điểm thì có nhiều thiết bị cho nên kích thước của bảng này phải đủ lớn để lắp vừa dễ quan sát và vừa có tính thẩm mỹ Vì vậy kích thước của bảng được chọn như sau: Chiều dài L = 120cm, Chiều rộng R = 100cm Vật liệu làm bảng ta chọn là gỗ có bề dày B = 1cm Để có tình thẩm mỹ và đạt được đôï bền, bề mặt của bảng gỗ được ốp bởi một bảng mica mỏng màu trắng cùng kích thước Viền ngoài mặt sau được cố định bằng những thanh gỗ hình chữ nhật có kích thước (1.2 x 1.5)cm để tạo độ cứng vững cho bảng Còn viền ngoài mặt trước cố định bằng những thanh nhôm mỏng hình vuông Bảng lắp các thiết bị sau khi thiết kế có kết cấu như sau:

Hình 3.7 Bảng lắp các thiết bị

3.4.2 Bộ khung mô hình

Hình 3.8 Bộ khung mô hình

Bộ khung có nhiệm vụ làm nơi gá đặt bảng lắp các thiết bị, bình accu và thùng chứa nhiên liệu Bộ khung phải đảm bảo được sự ổn định, cứng vững khi lắp đặt các thiết bị học cụ

Như ở phần lựa chọn phương án thiềt kế ta đã biết bộ khung mô hình là một khung hình chữ nhật có kích thước (140 x 45 x 90)cm Mặt bàn của khung được làm từ một tấm gỗ ép có mặt nhẵn bóng màu vàng Các mối ghép của bộ khung được hàn cố định lại với nhau Bốn chân được gắn 4 bánh xe để tiện khi di chuyển mô hình Phía trên bộ khung có hai thanh thép để gá bảng lắp các thiết bị Giữa các chân của khung có các thanh chịu lực, tại vị trí hai bên có bộ gá để đặt accu và bình nhiên liệu

3.5 THIẾT KẾ KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐÃ LỰA CHỌN 3.5.1 Hệ thống nhiên liệu

3.5.1.1 Hệ thống nhiên liệu trên ôtô

Hình 3.9 Vị trí các bộ phận của hệ thống nhiên liệu trên ôtô

1 Bình nhiên liệu

Đây là nơi dùng để chứa nhiên liệu, nó có nhiều ngăn khác nhau và cũng là nơi đặt bơm nhiên liệu

2 Bơm nhiên liệu

Có hai loại bơm nhiên liệu, loại trong bình và loại trên đường ống Hai loại bơm nhiên liệu này cũng được gọi là loại ướt, do môtơ được gắn liền với bơm và phần bên trong của bơm được điền đầy nhiên liệu Ở đây ta đi tìm hiểu loại bơm trong bình

Hình 3.10 Bơm nhiên liệu loại trong bình

a Kết cấu bơm

Bơm được lắp bên trong bình xăng So với loại bơm trên đường ống, loại này có độ ồn thấp Một bơm tuabin, với đặc điểm là độ rung động nhiên liệu khi bơm nhỏ được sử dụng

Loại bơm này bao gồm môtơ và bơm, với một van một chiều, van an toàn và

cũng có bộ lọc gắn liền thành một khối

v Bơm tuabin

Hình 3.11 Bơm tuabin

Bơm tuabin bao gồm một hoặc hai cánh bơm được dẫn động bằng môtơ, vỏ và nắp bơm tạo thành bộ bơm Khi môtơ quay, các cánh bơm sẽ quay cùng với nó Các cánh gạt bố trí dọc chu vi bên ngoài của cánh bơm để đưa nhiên liệu từ cửa vào

đến cửa ra

Nhiên liệu bơm từ cửa ra đi qua môtơ và được bơm ra từ bơm qua van một

chiều

v Van an toàn

Van an toàn mở khi áp suất bơm ra đạt sấp xỉ 3,5 – 6 Kgf/cm2, và nhiên liệu có áp suất cao quay trở về bình xăng Van an toàn ngăn không cho áp suất nhiên liệu

vượt quá mức này

v Van một chiều

Van một chiều đóng khi bơm nhiên liệu ngừng hoạt động Van một chiều và bộ ổn áp đều làm việc để duy trì áp suất dư trong hệ thống nhiên liệu khi động cơ

ngừng chạy, do vậy có thể dễ dàng khởi động lại

Nếu không có áp suất dư, khoá hơi có thể dễ dàng xảy ra tại nhiệt độ cao, gây

khó khăn khi khởi động lại động cơ

b Điều khiển bơm nhiên liệu

v Sơ đồ mạch điện

Hình 3.12 Mạch điện điều khiển bơm nhiên liệu trên ôtô

v Nguyên lý hoạt động

Khi động cơ quay, dòng điện chạy từ cực ST của khoá điện đến cuộn dây L1

của rơle mở mạch sau đó tiếp đất

Do đó, rơle mở mạch bật và kết quả là dòng điện chạy đến bơm nhiên liệu

Cùng lúc đó, tấm đo trong cảm biến đo lưu lượng khí cũng được mở bởi dòng khí

nạp và công tắc bơm nhiên liệu, cũng nằm trong cảm biến đo lượng gió bật lên làm cho dòng điện chạy qua cuộn dây L1 Rơle này bật trong suốt quá trình hoạt động của động cơ

Điện trở R và tụ điện C trong rơle mở mạch có mục đích ngăn không cho tiếp điểm mở ra, thậm chí khi dòng điện qua cuộn dây L1 giảm xuống do sự giảm đột ngột lượng khí nạp Nó cũng có tác dụng ngăn chặn các tia lửa điện tại tiếp điểm

Lưu ý: Bơm nhiên liệu trên xe có trạng bị EFI chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy Thậm chí nếu khoá điện bật (ON) bơm nhiên liệu cũng sẽ không hoạt động nếu bản thân động cơ không chạy Đây là một đặc điểm an toàn

3 Ống dẫn nhiên liệu

Ống dẫn nhiên liệu được dùng để nối tất cả các thiết bị của hệ thống nhiên liệu lại với nhau, khi hệ thống nhiên liệu hoạt động thì nhiên liệu sẽ chạy trong ống này đến các thiết bị

4 Lọc nhiên liệu

Lọc nhiên liệu lọc tất cả các chất bẩn và tạp chất ra khỏi nhiên liệu Nó được lắp tại phía có áp suất cao của bơm nhiên liệu

Hình 3.13 Bộ lọc nhiên liệu

5 Bộ giảm rung động

Hình 3.14 Bộ giảm rung động

Áp suất nhiên liệu được duy trì tại 2,55 hoặc 2,9 Kgf/cm2 tuỳ theo độ chân không đường nạp bằng bộ ổn định áp suất Tuy nhiên vẫn có sự dao động nhỏ trong áp suất đường ống do phun nhiên liệu Bộ giảm rung động có tác dụng hấp thụ các dao động này bằng một lớp màng

6 Ống phân phối

Ống phân phối nhiên liệu là nơi đặt bộ giảm rung, bộ ổn định áp suất và các vòi phun Tại đây nhiên liệu được phân phối đến từng vòi phun

7.a Vòi phun khởi động

Vòi phun khởi động lạnh được lắp ở trung tâm của khoang nạp khí và có chức năng cải thiện tính khởi động của động cơ lạnh

Hình 3.15 Cấu tạo của vòi phun khởi động lạnh

Vòi phun chỉ hoạt động khi đang quay động cơ (khởi động) tại nhiệt độ nước làm mát thấp Thêm vào đó, khoảng thời gian phun cực đại bị giới hạn bằng công tắc định thời vòi phun khởi động để ngăn hiện tượng ngẹt xăng (các bugi bị ướt) do sự phun liên tục của vòi phun khởi động gây ra

Khi khoá điện bật đến vị trí ST, dòng điện chạy qua cuộn dây và kéo pittông chống lại lực lò xo Do vậy, van sẽ mở và nhiên liệu sẽ chảy qua pittông đến đầu

vòi phun

7.b Vòi phun chính

Vòi phun là một vòi phun hoạt động bằng điện từ, nó phun nhiên liệu phụ thuộc vào tín hiệu từ ECU Vòi phun được lắp vào đường ống nạp hay nắp quy lát gần cổng nạp của nắp quy lát qua một tấm đệm cách nhiệt và được bắt chặt vào ống phân phối

Ø Hoạt động

Khi cuôn dây nhận được tín hiệu từ ECU, quả van sẽ bị kéo lên chống lại sự căng của lò xo Do van kim và quả van là cùng một khối nên van cũng bị kéo lên tách khỏi đế của nó và nhiên liệu được phun ra theo hướng mũi tên như hình vẽ

Lượng phun được điều khiển bằng khoảng thời gian phát ra tín hiệu Do hành trình của van kim là cố định, việc phun nhiên liệu diễn ra liên tục khi van kim không mở

Hình 3.16 Hoạt động vòi phun

Ø Mạch điện của vòi phun

Điện áp accu được cung cấp đến cực 10 và 20 của ECU qua khoá điện và các vòi phun

Hình 3.17 Mạch điện của vòi phun

8 Xylanh

Xylanh là nơi tiếp nhân lượng nhiên liệu do các vòi phun phun vào, sau đó tại đây sẽ thực hiện các chu kì tiếp theo

9 Bộ ổn định áp suất

Bộ ổn định áp suất là ổn định áp suất nhiên liệu đến các vòi phun Lượng phun nhiên liệu được điều khiển bằng chu kỳ của tín hiệu cung cấp đến các vòi phun

Mặc dù vậy, do sự thay đổi độ chân không trong đường ống nạp, lượng phun nhiên liệu sẽ thay đổi một chút thậm chí nếu tín hiệu phun và áp suất không đổi Do đó, để đạt được lượng nhiên liệu chính xác, tổng áp suất nhiên liệu A và độ chân không đường ống nạp B phải được duy trì tại 2,55 hay 2,9 Kgf/cm2

Nhiên liệu có áp suất từ ống phân phối sẽ ấn vào màng mở van Một phần nhiên liệu sẽ chảy ngược trở lại bình chứa qua đường ống hồi Lượng nhiên liệu trở về phụ thuộc vào độ căng của lò xo màng và áp suất nhiên liệu thay đổi tuỳ theo lượng nhiên liệu hồi

Độ chân không của đường ống nạp được dẫn vào buồng phía lò xo màng, làm giảm sức căng của lò xo và tăng lượng nhiên liệu hồi làm giảm áp suất Nói tóm lại, khi độ chân không của đường nạp tăng lên (giảm áp), áp suất nhiên liệu chỉ giảm tương ứng với sự giảm áp suất đó Vì vậy tổng áp suất của nhiên liệu A và độ chân không đường nạp B được duy trì không đổi

Hình 3.18 Bộ ổn định áp suất

Van đóng lại bằng lò xo khi bơm nhiên liệu ngừng hoạt động Kết quả là van một chiều bên trong bơm nhiên liệu và van bên trong bộ ổn định áp suất duy trì áp suất dư trên đường ống nhiên liệu

10 Ống hồi nhiên liệu

Nhiên liệu thừa từ bộ ổn định áp suất sẽ theo ống này hồi trở lại bình chứa

v Sơ đồ về nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu

Hình 3.19 Sơ đồ khối của hệ thống nhiên liệu trên ôtô

v Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Nhiên liệu được hút từ bình nhiên liệu bằng bơm và đưa (dưới áp suất) qua lọc nhiên liệu đến các vòi phun và vòi phun khởi động lạnh Bộ ổn định áp suất, điều khiển áp suất của đường nhiên liệu (phía có áp suất cao) Nhiên liệu thừa được đưa trở lại bình xăng qua ống ngoài

Bộ giảm rung động cơ có tác dụng hấp thụ các dao động nhỏ của áp suất nhiên liệu do sự phun nhiên liệu gây ra

Các vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào đường ống nạp tuỳ theo các tín hiệu phun được bộ vi xử lý tính toán

Vòi phun khởi động lạnh nâng cao tính năng khởi động bằng cách phun nhiên liệu vào khoang nạp khí chỉ khi nhiệt độ nước làm mát thấp

3.5.1.2 Thiết kế kỹ thuật hệ thống nhiên liệu trên mô hình

Trên mô hình, trong điều kiện không có động cơ thực tế nên để cho hệ thống nhiên liệu có thể hoạt động được thì ta cần phải có một số thay đổi và lắp thêm một số chi tiết như sau:

- Để bơm có thể hoạt động được như trên ôtô, ở đây ta lắp một động cơ điện và bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ điện hoạt động (công tắc bơm được đặt trong rơle mở máy)

- Để thay thế cho các xylanh, trên mô hình ta dùng 5 ống nghiệm đặt tại đầu của 4 vòi phun chính và một vòi phun khởi động, nhiên liệu từ các vòi phun sẽ phun vào các ống nghiệm Với những ống nghiệm như thế này thì khi hệ thống nhiên liệu hoạt động thì sinh viên có thể thấy được các tia nhiên liệu

- Ngoài ra trên đường nhiên liệu phía có áp suất cao (sau bộ lọc) ta lắp một áp kế để có thể thường xuyên kiểm tra áp lực nhiên liệu trên đường ống

- Vì xăng dễ bị bốc cháy nên để cho an toàn khi hệ thống hoạt động thì ta có thể thay nhiên liệu xăng bằng nhiên liệu diezen

1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động ở dạng khối

Hình 3.20 Sơ đồ khối của hệ thống nhiên liệu trên mô hình

2 Mô hình

v Sơ đồ lắp đặt các bộ phân trên mô hình

1 Thùng chứa (sơn); 2 Bơm nhiên liệu (sơn); 3 Ống nhiên liệu (sơn);

4 Bộ lọc nhiên liệu; 5 Áp kế; 6 Bộ giảm rung; 7 Ống phân phối;

8a Vòi phun khởi động; 8b Các vòi phun chính; 9 Các ống nghiệm;

10 Bộ ổn định áp suất; 11 Ống hồi (sơn) Hình 3.21 Sơ đồ lắp đặt các bộ phận trên mô hình

Trên mặt bảng thì ta sẽ lắp các thiết bị bằng bát và vít Riêng đối với thùng chứa và bơm thì ta đặt trên mô hình tại giá đỡ phía dưới còn đường ống dẫn thì ta cho nó nằm phía sau bảng Trên bề mặt bảng ta sẽ sơn thùng chứa, bơm nhiên liệu và ống dẫn để dễ hình dung

v Mạch điện điều khiển của hệ thống

Vì trên mô hình dùng cảm biến đo lưu lượng khí nạp kiểu karman nên công tắc bơm nhiên liệu không đặt trong cảm biến như ở cảm biến đo lưu lượng khí nạp kiểu cánh trượt Ở đây ta đặt công tắc bơm nhiên liệu trong rơle mở máy như hình vẽ dưới đây

Trên mô hình accu là nguồn cung cấp điện duy nhất, nên ta chọn một accu có dung lượng thích hợp để nó có thể cung cấp đủ điện cho hệ thống trong quá trình sinh viên thực tập trên mô hình

Để chọn accu ta dựa vào các kí hiệu ghi trên vỏ bình accu, trên các cầu nối giữa các ngăn hoặc trên nhãn hiệu đính ở vỏ bình, chủ yếu là dung lượng định mức của accu và cường độ dòng lớn nhất mà accu có thể phóng mà dòng này phụ thuộc vào công suất của máy khởi động Với đặc điểm hoạt động của hệ thống trên mô hình không cần máy khởi động và công suất tiêu thụ đồng thời của các thiết bị