Hệ thống nhiên liệu động cơ xăng sử dụng bộ chế hòa khí có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu từ thùng chứa đến hòa trộn với không khí tạo thành hổn hợp. Sau đó, hổn hợp đƣợc cung cấp cho động cơ với lƣợng và thành phần tối ƣu nhất cho từng chế độ làm việc.
Sơ đồ hệ thống nhiên liệu Hình 3.24
Hệ thống trên bao gồm các bộ phận chính nhƣ thùng xăng, bơm xăng, ống dẩn xăng, bộ chế hòa khí, ống phun xăng, bƣớm ga, bƣớm gió, lọc không khí.
Yêu cầu của hệ thống này là đảm bảo thành phần hổn hợp phải ổn định khi số vòng quay động cơ thay đổi. làm giàu hổn hợp khi động cơ khởi động hoặc khi động
cơ gia tốc, hổn hợp phải sạch, sau khi cháy phỉa ít mụi than, lƣợng khí thải CO2 phải
nằm trong giới hạn cho phép. a/ Bình chứa nhiên liệu
Bình chứa nhiên liệu đƣợc làm từ các tấm thép mỏng đƣợc đặt ở phía sau xe để chóng sự rò rỉ của xăng khi va chạm. Phía trong bình có mạ một lớp kim loại chống rỉ.
Trong bình có chứa các tấm ngăn để tránh việc thay đổi mức nhiên liệu khi xe chuyển động, đặt biệt là khi tăng tốc hoặc giảm tốc đột ngột. Miệng của ống dẩn xăng đƣợc đặt cao hơn đáy thùng khoảng 2-3 cm để chống cặn và nƣớc có lẩn trong bình chứa ngoài ra trong bình còn có lọc thô, và cảm biến đo mức nhiên liệu.
Bình chứa nhiên liệu Hình 3.25
b/ Lọc nhiên liệu
Lọc nhiên liệu đƣợc bố trí giửa bình chứa nhiên liệu và bơm nhiên liệu để lọai bỏ cặn bẩn, tạp chất hoặc nƣớc có lẩn trong xăng. Các phần tử bên trong bầu lọc làm giảm tốc độ dòng nhiên liệu, làm cho các phần tử nặng hơn xăng đƣợc giử lại ở đáy của lọc và các chất bẩn nhẹ hơn xăng đƣợc lọc ra bởi các phần tử lọc.
Lọc nhiên liệu Hình 3.26
Bơm nhiên liệu Hình 3.27
Bơm xăng có nhiệm vụ bơm xăng từ thùng chứa lên bầu phao của bộ chế hòa khí để đảm bảo cho động cơ đƣợc hoạt động liên tục ở mọi chế độ. Bơm xăng dùng trên động cơ sử dụng bộ chế hòa khí thƣờng sử dụng là bơm cơ khí.
Có hai loại bơm nhiên liệu là bơm có đƣờng hồi và bơm không có đƣờng hồi. Tuy nhiên, về cấu tạo và hoạt động của hai loại này cơ bản giống nhau.
Khi trục cam quay tác động vào cần bơm làm cho cần bơm lắc và kéo màng bơm chuyển động lên, xuống. Khi thanh kéo kéo màng bơm đi xuống van nạp mở van đẩy đóng xăng đƣợc hút vào phía trên màng bơm. Khi thanh kéo đẩy màng bơm đi lên dƣới tác dụng của lực lò xo, lúc này van nạp đóng van đẩy mở xăng đƣợc đƣa tới bầu phao. Khi bầu phao của bộ chế hòa khí đã đủ xăng thì, van kim đóng thí áp suất trong đƣờng ống và phía trên màng bơm tăng lên màng bị ép nằm ở vị trí thấp và lúc này cần bơm lắc tự do, xăng không đƣợc bơm.
Bộ chế hòa khí Hình 3.28
Bộ chế hòa khí là một dụng cụ dùng để hòa trộn không khí với nhiên liệu theo một tỉ lệ thích hợp và cung cấp hổn hợp cho động xăng.
Bộ chế hòa khí bao gồm: buồng chứa xăng hay còn gọi là buồng phao, các đƣờng dẩn xăng và đƣờng dẩn khí, họng khuyết tán và các van điều khiển.
Bộ phận cơ bản của bộ chế hòa khí là buồng hòa khí nó có cấu tạo nhƣ một đoạn ống bị thắt lại ở giửa. Tại vị trí bị thắt ngƣời ta bố trí ống phun của đƣờng xăng chính.
Buồng hòa khí Hình 3.29
Khi động cơ hoạt động, không khí bị hút vào và đi qua họng khuyếch tán. Tại đây do tiết diện lƣu thông bị hẹp lại, làm cho tốc độ của dòng khí tăng lên làm giảm áp suất tạo độ chân không hút nhiên liệu từ buồng phao qua đƣờng xăng chính và phun qua dƣới dạng tia. Nhƣ vậy, xăng bị phun vào dòng khí có tốc độ cao, hòa trộn với không khí và bay hơi để tạo thành hổn hợp khí cháy. Tuy nhiên, do thời gian tạo hổn hợp ở đây quá ngắn nên vẩn còn một lƣợng xăng nhất định chƣa kịp bay hơi. Để tạo đƣợc hổn hợp khí cháy hoàn chỉnh thì cần phải tạo điều kiện tốt để lƣợng xăng còn lại bay hơi hết trƣớc khi bugi phát ra tia lửa điện. Để tăng hơn nửa độ chân không trong buồng hòa khí, ngƣời ta sử dụng bộ chế hòa khí có hai hoặc ba ống khuyếch tán đặt nối tiếp nhau.
Lƣợng khí đƣợc hút vào trong bộ chế hòa khí phụ thuộc vào độ mở của bƣớm ga, bƣớm ga mở càng lớn thì lƣợng khí đƣợc đƣa vào càng nhiều, nghỉa là tốc độ của dòng khí ở họng khuyếch tán càng tăng và lƣợng xăng đƣợc hút vào càng nhiều. Nhƣ vậy, bƣớm ga cho phép điều khiển hoạt động của động cơ ở các chế độ tải khác nhau tùy theo điều kiện làm việc.
Để bộ chế hòa khí làm việc bình thƣờng ở mọi chế độ của động cơ, ngƣời ta khống chế mức xăng trong buồn phao luôn luôn không đổi nhờ một cơ cấu đóng mở tự động. Cơ cấu bao gồm một quả phao và một van đặt trên đƣờng cấp xăng. Quả phao đƣợc gắn vào vỏ của buồng phao bằng một khớp bản lề, sao cho nó có thể di chuyển lên xuống dể dàng và luôn luôn nổi trên bề mặt xăng. Van có nhiệm vụ đóng, mở để điều khiển việc cấp xăng vào buồng phao. Kim van đƣợc gắn trên phao nên nó có thể di chuyển lên xuống cùng với phao. Khi lƣợng xăng trong buồng tăng lên thì nó nổi lên, kim van đi lên rồi đóng chặt lổ van khi mức xăng đạt giá trị định mức. Khi mức xăng giảm xuống thì phao cũng đi xuống, kim van mở ra và xăng đƣợc cấp vào trong buồng.
Cơ chế nhiên liệu vào buồng phao Hình 3.30
Đối với bộ chế hòa khí, áp suất trên mặt thoáng của buồng phao đóng vai trò rất quan trọng, bởi vì lƣợng xăng mà nó cấp cho động cơ hoàn toàn phụ thuộc vào độ chênh áp giửa họng khuyếch tán và mặt thoáng buồng phao. Ngƣời ta phân biệt hai dạng buồng phao: buồng phao cân bằng và buồng phao không cân bằng. Buồng phao cân bằng có mặt thoáng đƣợc nối thông với khí trời, do vậy áp suất trong buồng phao luôn bằng áp suất khí trời. Nó có nhƣợc điểm là khi bầu lọc không khí bị tắc thì độ chân không trong họng hút tăng lên đáng kể, trong khi đó áp suất mặt thoáng buồng phao vẩn không thay đổi, do vậy lƣợng xăng đƣợc hút vào sẻ vƣợt quá mức cần thiết. Buồng phao không cân bằng có mặt thoáng đƣợc nối với ống hút, nằm ngay phía trên bƣớm gió, nhờ vậy mà độ chân không ở phía trƣớc bộ chế hòa khí bị thay đổi( khi lọc tắc) thì áp suất mặt thoáng cũng thay đổi theo, do đó lƣợng nhiên liệu đƣợc hút vào vẩn không thay đổi.
Bƣớm gió dùng để thay đổi độ chân không trong buồng hòa khí, nó thƣờng chỉ đƣợc sử dụng khi động cơ ở trạng thái nguội.
Bộ chế hòa khí phải đảm bảo đƣợc các chế độ làm việc cơ bản sau đây của động cơ: chế độ không tải, chế độ khởi động, chế độ làm đậm, chế độ tăng tốc, chế độ phun chính.
Chế độ không tải: đảm bảo cấp hổn hợp đậm hơn để động cơ làm việc ổn định ở chế độ chạy chậm không tải và chuyển tiếp từ không tải sang tải nhỏ.
Chế độ khởi động: đảm bảo cung cấp hổn hợp đậm trong thời gian khởi động lạnh để động cơ dể khởi động.
Chế độ làm đậm: đảm bảo cung cấp them xăng để hổn hợp đậm thêm khi động cơ chạy toàn tải( bƣớm ga mở 100%) để động cơ phát công suất cực đại.
Chế độ tăng tốc: đảm bảo bơm thêm một lƣợng xăng vào nhanh để động cơ tăng tốc nhanh.
Chế độ phun chính: đảm bảo cung cấp hổn hợp cho các chế độ làm việc từ tải trung bình đến tải lớn.
e/ Lọc không khí
Lọc gió Hình 3.31
Lọc không khí có nhiệm vụ lọc sạch bụi bẩn, các tạp chất và nƣớc lẩn trong không khí trƣớc khi nạp vào xilanh động cơ.
Yêu cầu lọc không khí phải lọc sạch , có hệ số cản nhỏ, làm việc lâu dài ở điều kiện khí hậu khắc nghiệt.
3.2.3.1.2 Hệ thống phun xăng điện tử
Trên các dòng xe ô tô của Mitsubishi sử dụng hệ thống phun nhiên liệu điều khiển điện tử MPI.
Sơ đồ hệ thông MPI Hình 3.32
Hệ thống phun xăng điều khiển điện tử đƣợc sử dụng trên ô tô Mitsubishi gồm có: hệ thống nhiên liệu, hệ thống đánh lửa, hệ thống điều khiển khí nạp và hệ thống điều khiển khí xả.
a/ Tổng quan về hệ thống nhiên liệu
Hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng trên xe Mitsubishi đƣợc thiết kế phân phối chính xác lƣợng nhiên liệu cần thiết để đảm bảo đạt đƣợc sự cân bằng giửa công suất, tiết kiệm nhiên liệu, hạn chế tối đa lƣợng khí thải độc hại.
Bộ Engine-ECU (bộ điều khiển điện tử) nhận các tín hiệu từ các cảm biến liên quan và điều khiển các vòi phun cung cấp tỉ lệ nhiên liệu không khí phù hợp với tình trạng hoạt động khác nhau của động cơ. Khi các tình trạng động cơ thay đổi, thì sự cung cấp nhiên liệu cũng đƣợc điều chỉnh kịp thời.
Hệ thống phun nhiên liệu Hình 3.33 Engine ECU Các cảm biến
b/ Tổng quan về hệ thống đánh lửa
Hệ thống đánh lửa Hình 3.34
Để đảm bảo cho sự cháy diển ra triệt để nhất, hệ thống đánh lửa phải đốt cháy hổn hợp nhiên liệu- không khí ngay tức thì. Thời điểm đánh lửa phải chính xác bảo đảm cho nhiệt độ và áp suất tạo ra từ quá trình cháy tác dụng đúng ngay thời điểm tối ƣu nhất theo vị trí của pít tông. Bộ engine ECU nhận tín hiệu từ cảm biến góc quay trục khuỷu, cảm biến vị trí trục cam… để điều khiển khí nạp và thời điểm đánh lửa. Thời điểm đánh lửa sớm đƣợc điều chỉnh phù hợp với từng điều kiện làm việc của động cơ dựa vào các yếu tố nhƣ nhiệt độ nƣớc làm mát, nhiệt độ khí nạp, áp suất khí trời, kích nổ…
Engine ECU
Các cảm biến
c/ Tổng quan về hệ thống kiểm soát khí nạp
- Hệ thống kiểm soát tốc độ cầm chừng
Hệ thống kiểm soát khí nạp Hình 3.35
Hệ thống kiểm soát bao gồm hệ thống kiểm soát khí nạp và hệ thống kiểm soát tốc độ cầm chừng. Hệ thống kiểm soát khí nạp điều hòa lƣợng không khí tối ƣu khi lái xe trong điều kiện bình thƣờng thông qua việc kiểm soát độ dịch chuyển của bƣớm ga.
Engine
ECU Các
cảm biến
Hệ thống kiểm soát tốc độ cầm chừng điều hòa tốc độ dòng khí nạp khi bƣớm ga đóng hoàn toàn. Hệ thống này kiểm soát số vòng quay động cơ thông qua vị trí bƣớm ga và các tín hiệu đầu vào khác
Khi động cơ nguội, từng hai van riêng lẻ sẻ điều khiển tốc độ cầm chừng của động cơ (trên hầu hết các đời xe). Bộ hạn chế kiểu lƣởng kim hoạt động tùy thuộc vào nhiệt độ nƣớc làm mát của động cơ.
Khi khởi động ở tình trạng nguội, bộ giới hạn cho phép không khí đi vào đƣờng ống nạp nhiều hơn, làm tăng số vòng quay của động cơ. Khi động cơ ở nhiệt độ hoạt động bình thƣờng, thì bộ giới hạn đóng và tốc độ cầm chừng đƣợc kiểm soát chỉ bởi một van điều khiển bằng motor bƣớc.
- Hệ thống điều khiển bƣớm ga điện tử
Hệ thống điều khiển bƣớm ga điện tử Hình 3.36
Các cảm biến
Hệ thông điều khiển bƣớm ga điện tử điều khiển độ mở bƣớm ga theo độ nhấn của bàn đạp ga. Bộ engine ECU xác định góc nhấn của bàn đạp ga nhờ tín hiệu gửi về từ cảm biến vị trí bàn đạp ga. Qua đó ECU tính toán độ mở của bƣớm ga và cung cấp xung điện đến motor bƣớc điều khiển bƣớm ga với góc mở tƣơng ứng.
d/ Tổng quát về hệ thống kiểm soát khí thải
Hệ thống kiểm soát khí thải Hình 3.37
Hệ thống kiểm soát khí thải nhằm hạn chế các thành phần độc hại trong khí thải nhƣ Hydrocarbons (HC),CO,NOx. Dƣới đây là hệ thống kiểm soát khí thải trang bị trên xe Mitsubishi.
- Hệ thống thông khí hộp trục khuỷu
Khí cháy từ buồng đốt rò rỉ qua xéc măng đi xuống cac te. Đây là các khí độc nếu thải ra ngoài sẻ gây ô nhiểm môi trƣờng. Do đó phải có hệ thống thông khí hộp trục khuỷu với bộ phận chính là van PCV. Hệ thống này đƣa ngƣợc những khí cháy bên trong cạc te về cổ góp nạp, hòa trộn với hòa khí và đƣa lại vào buồng đốt.
- Hệ thống kiểm soát hơi nhiên liệu
Hệ thống này sẻ đƣa hơi nhiên liệu vào lƣu trử ở bình hấp thụ hơi nhiên liệu thành phần chủ yếu là HC bốc hơi từ bình nhiên liệu. Hơi nhiên liệu sẻ đƣợc lƣu trử ở đó cho đến khi đƣợc hòa trộn với khí nạp và đƣa vào buồng cháy động cơ.
- Hệ thống tuần hoàn khí xã
Hệ thống này cho hồi lƣu một phần khí xả về lại đƣờng nạp vào một thời điểm
nào đó để làm giảm nhiệt độ bên trong buồng đốt, qua đó giảm đƣợc lƣợng NOx sinh ra
do khí cháy ở nhiệt độ cao.
- Bộ xúc tác khí xả
Bộ xúc tác khí xả giúp giảm bớt một lƣợng khí độc hại thoát ra bằng cách thực hiện nhƣ là một buồng cháy thứ hai. Bộ xúc tác khí xả tạo ra một phản ứng hóa học để tiếp tục đốt cháy cả khí cháy, làm giảm phần lớn các khí thoát ra từ quá trình cháy. Để bộ xúc tác khí xả hoạt động với hiệu suất cao nhất thì tỉ lệ không khí nhiên liệu phải đƣợc điều chỉnh một cách chính xác.
e/ Tổng quan về các bộ phận trên hệ thống MPI
Hệ thống phun xăng đa điểm MPI đƣợc điều khiển bởi ECU. ECU sử dụng tín hiệu từ các cảm biến khác nhau để tính toán thời điểm phun nhiên liệu tối ƣu, lƣợng nhiên liệu cần phun, thời điểm đánh lửa và hệ số hiệu chỉnh tốc độ cầm chừng…Nó đƣa ra các tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành liên quan tƣơng ứng với kết quả đả tính toán.
Các cảm biến ghi lại các thông số về tình trạng động cơ để xác định các yêu cầu cho việc cung cấp nhiên liệu thời điểm đánh lửa, dòng không khí điều khiển tốc độ cầm chừng. Một trong số các tình trạng đó là nhiệt độ nƣớc làm mát động cơ, lƣợng không khí đi qua đƣờng ống nạp, các cảm biến này đo tình trạng của động cơ và cung cấp thông tin cho ECU.
Sau khi thực hiện các công việc tín toán, ECU truyền tín hiệu tới các cơ cấu chấp hành để cung cấp lƣợng nhiên liệu chính xác, đốt cháy nhiên liệu ở thời điểm chính xác, phù hợp với tình trạng hoạt động của động cơ ở thời điểm hiện tại. Khi tình trạng làm việc của động cơ thay đổi ECU tiếp tục công việc tín toán để điều chỉnh việc cung cấp nhiên liệu và thời điểm đánh lửa và các quyết định khác khi cân thiết. Quá trình này cứ tiếp tục khi động cơ còn làm việc.
Hệ thống phun xăng đa điểm MPI gồm các bộ phận chính là các cảm biến, engine ECU và cơ cấu chấp hành.
- Cơ cấu chấp hành
Cơ cấu chấp hành Hình 3.38
Cơ cấu chấp hành là thiết bị dùng để thực hiện các lệnh do ECU điều khiển. Trong hệ thống MPI có ba cơ cấu chấp hành chính là vòi phun, motor bƣớc điều khiển tốc độ cầm chừng (van điện từ không tải) và transistor công suất và bobin đánh lửa.
Vòi phun nhận tín hiệu từ ECU động cơ để thực hiện quá trình phun nhiên liệu vào buồng đốt động cơ sao cho thời điểm phun và lƣợng phun là chính xác nhất ứng với từng chế độ làm việc của động cơ.
Vòi phun Hình 3.39
Van điện từ không tải nhận tín hiệu từ ECU để tăng lƣợng khí nạp nhằm tăng tốc độ động cơ lên, khi đó cảm biến tốc độ trục khuỷu báo cho ECU là số vòng quay