I. Khái niệm.
Hệ thống phun xăng đã được phát minh từ lâu, nhưng vào thời kỳ đó công nghệ chế tạo còn rất kém, nên nó không được sử dụng trong thực tế. Ngày nay nhờ vào các thành tựu về kinh tế, kỹ thuật đã giúp cho các hãng chế tạo hoàn thiện và phát triển hệ thống phun xăng. Với hệ thống phun xăng, nhiên liệu được phun vào đường ống nạp bên cạnh xú pap nạp bằng các bộ phận bằng cơ khí hay điện tử, chớ không nhờ vào sức hút của dòng khí như ở các động cơ dùng bộ chế hòa khí.
Khi nhiên liệu phun vào, nó sẽ đuợc hòa trộn với không khí để tạo thành hỗn hợp có tỉ lệ không khí và nhiên liệu là tối ưu. Sau khi hòa trộn, hỗn hợp được hút vào xy lanh của động cơ khi xú pap nạp mở.
Trong hệ thống phun xăng, nhiên liệu được phun vào với một áp suất nhất định. Aùp suất này phải đảm bảo cho sự hình thành hỗn hợp để quá trình cháy xảy ra là tốt nhất. Nhờ hệ thống phun xăng, các nhà chế tạo nâng được công suất của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và giải quyết phần lớn về vấn đề độc hại của khí thải.
II. Lịch sử phát triển.
Vào cuối thế kỹ 19, một kỹ sư người Pháp ông Stévaan đã nghĩ ra cách phân phối nhiên liệu khi dùng một máy nén khí. Sau đó một thời gian, người Đức đã cho phun nhiên liệu vào buồng đốt, nhưng việc này không đạt được hiệu quả cao nên không thực hiện.
Đến năm 1887 người Mỹ đã có đóng góp to lớn trong việc triển khai hệ thống phun xăng vào sản xuất, áp dụng trên động cơ tỉnh tại. Đầu thế kỹ 20, người Đức áp dụng hệ thống phun xăng trên động cơ 4 kỳ tỉnh tại, với sự đóng góp này đã đưa ra một công nghệ chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở Đức.
Từ đó trở đi, hệ thống phun xăng được áp dụng trên các loại ôtô ở Đức và nó đã thay dần động cơ sử dụng bộ chế hòa khí. Công ty Bosch đã áp dụng hệ thống phun xăng trên mô tô 2 kỳ, bằng cách cung cấp nhiên liệu dưới áp lực cao.
Hãng Bosch đã sử dụng phương pháp phun nhiên liệu trực tiếp vào buồng đốt nên gía thành chế tạo cao và hiệu quả lại thấp. Với kỹ thuật này nó được ứng dụng trong thế chiến thứ hai một cách có hiệu quả.
Việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống phun xăng bị gián đoạn trong một khoảng thời gian dài. Đến năm 1962, người Pháp triển khai nó trên ôtô Peugoet 404. Họ điều khiển sự phân phối nhiên liệu bằng cơ khí nên hiệu quả không cao và công nghệ vẫn chưa đáp ứng tốt được. Đến năm 1966, người Đức đã đưa thế giới tiến bộ bằng kỹ thuật áp dụng trong điều khiển
Năm 1973, các kỹ sư người Đức đã đưa ra hệ thống phun xăng kiểu cơ khí gọi là K-Jetronic. Loại này được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên hãng xe Mercedes..Vào năm 1981 hệ thống K- Jetronic được cải tiến thành KE-Jetronic và nó được sản xuất hàng loạt vào năm 1984 và được trang bị trên các xe của hãng Mercedes.
Dù đã có nhiều thành công lớn khi ứng dụng hệ thống K-Jetronic và KE-Jetronic trên ôtô. Nhưng các kiểu này có khuyết điểm là bảo dưỡng sửa chữa khó và giá thành chế tạo rất cao. Do vậy các kỹ sư đã không ngừng nghiên cứu và đưa ra các loại khác như L-Jetronic, Mono-jetronic và Motronic.
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
Lịch sử phát triển
Người Mỹ đã theo người Đức cho chế tạo K-Jetronic dùng trên các xe của hãng GM, Chrysler, Ngoài ra họ còn cho ứng dụng hệ thống L-Jetronic, Mono-Jetronic và Motronic trên các xe Cadilac.
Đến năm 1984, người Nhật mới ứng dụng hệ thống phun xăng trên các xe của hãng Toyota. Sau đó các hãng khác như Nissan của Nhật cũng ứng dụng kiểu L-Jetronic thay cho bộ chế hoà khí.
III. Các yêu cầu của hệ thống phun xăng.
Tỉ lệ không khí và nhiên liệu phải thích hợp với các chế độ làm việc của động cơ.
Hạt nhiên liệu cung cấp phải nhỏ và phần lớn phải ở dạng hơi.
Hỗn hợp phải đồng nhất trong xy lanh và như nhau ở mỗi xy lanh.
Thời gian hình thành hỗn hợp phải đáp ứng tốt khi động cơ làm việc ở số vòng quay cao.
Hỗn hợp cung cấp phải phù hợp với sự ảnh hưởng của nhiệt độ, áp suất môi trường và nhiệt độ của động cơ.
Lượng nhiên liệu sử dụng phải có chất lượng tốt.
A. Tỉ lệ hỗn hợp.
Công suất động cơ, suất tiêu hao nhiên liệu và thành phần của khí thải phụ thuộc vào tỉ lệ hỗn hợp đưa vào động cơ.
Trong quá trình làm việc, chế độ tốc độ và tải của động cơ luôn thay đổi. Theo lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu thì phải cần 14,7 kg không khí hay A/F = 14,7/1.
Trong thực tế phạm vi tải và tốc độ động cơ thay đổi rất rộng, để đáp ứng với từng chế độ làm việc, thì tỉ lệ hỗn hợp phải được cung cấp đúng với đặc tính làm việc của động cơ theo các chế độ như: Tải nhỏ, một phần tải, đầy tải, tăng tốc…
B. Heọ soỏ khoõng khớ: ằ
Là tỉ số giữa không khí nạp thực tế vào các xy lanh của động cơ và lượng không khí theo lý thuyết cần thiết để đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu.
Căn cứ vào định nghĩa trên chúng ta có các trường hợp sau:
Khi ằ = 1 thỡ lượng khụng khớ nạp thực tế bằng với lượng khụng khớ lý thuyết.
Khi ằ 1 hỗn hợp chỏy thiếu khụng khớ hay gọi là hỗn hợp giàu nhiờn liệu. Khi ằ = 0,85 – 0,95 thì tốc độ cháy đạt cực đại, công suất động cơ phát ra là lớn nhất, nhưng sự tiêu hao nhiên liệu gia tăng.
Khi ằ 1 lượng khụng khớ nạp nhiều, hỗn hợp nghốo nhiờn liệu. Động cơ làm việc ở chế độ tiết kiệm nhưng công suất động cơ thấp hơn.
Khi ằ 1,3 hỗn hợp quỏ nghốo và sự chỏy kộo dài.
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
Theo đồ thị chúng ta thấy, công suất động cơ Ne, suất tiêu hao nhiên liệu ge và hàm lượng khí CO, HC, NOx… có trong khí thải ảnh hưởng rất nhiều theo hệ số không khí và không có một giỏ trị ằ nào thớch hợp cho mọi chế độ làm việc của động cơ.
Trong thực tế người ta thấy rằng, hệ số khụng khớ ằ = 0,90 – 1,10 là thớch hợp nhất. Để đạt được giới hạn này, người ta phải đo lưu lượng không khí nạp vào động cơ, từ đó cung cấp lượng nhiên liệu phù hợp với lượng không khí nạp.
Khi ằ = 1,1 – 1,2 thỡ suất tiờu hao nhiờn liệu ge là bộ nhất, lượng khụng khớ nạp thừa khoảng 10 – 20%.
Khi ằ = 1,1 – 1,2 thỡ hàm lượng khớ CO và HC cú trong khớ thải là bộ nhất, nhưng hàm lượng ôxyt Nitơ sinh ra lại là lớn nhất.
IV. Hệ thống điều khiển dòng nhiên liệu.
Hệ thống điều khiển dòng nhiên liệu có thể là bộ chế hòa khí hay hệ thống phun nhiên liệu.
Nhiệm vụ chính của hệ thống là chuẩn bị một hỗn hợp có tỉ lệ hòa khí tốt nhất để đáp ứng điều kiện tải của ôtô.
Điều khiển bằng cách cho phun nhiên liệu là phương pháp tối ưu nhất hiện nay. Nó vừa nâng cao được công suất của động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu và hạn chế ô nhiểm môi trường là tốt nhất.
Có hai kiểu điều khiển phun nhiên liệu:
1. ẹieàu khieồn baống cụ khớ.
- Dùng trên động cơ Diesel: kiểu điều khiển này hoàn toàn dẫn động bằng cơ khí.
- Dùng trên động cơ xăng: Sự phân phối nhiên liệu được dẫn động bằng cơ khí. Bơm nhiên liệu được dẫn động bằng bơm điện. Điều khiển kiểu này người Đức gọi là K-Jetronic. Hệ thống K-Jetronic gồm bộ đo lưu lượng không khí nạp, hệ thống cung cấp nhiên liệu, các cảm biến và bộ phận định lượng-phân phối nhiên liệu
2. Điều khiển bằng điện tử:
- Nhiên liệu được cung cấp bằng một bơm dẫn động bằng điện.
- Nhiên liệu sử dụng là xăng.
- Nhiên liệu phun nhờ sự mở của các van kim phun. Bên trong các kim phun có các van được điều khiển đóng mở bằng một cuộn dây khi có dòng điện đi qua nó.
- Các kim phun được điều khiển từ bộ điều khiển điện tử, gọi tắt là ECU (Electronic Control Unit). ECU điều khiển khiển các kim phun bằng xung điện dạng xung vuông, có chiều dài xung thay đổi. Dựa vào chiều dài xung này các kim phun sẽ mở với thời gian dài hay ngắn, từ đó định lượng nhiên liệu phun nhiều hay ít.
- ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến để xác định tình trạng hoạt động của động cơ, điều kiện môi trường, từ đó điều khiển thời gian phun nhiên liệu.
IV. Sự đáp ứng thành phần hỗn hợp của động cơ.
1. Khi khởi động lạnh.
Khi động cơ lạnh, do nhiệt độ động cơ thấp nên nhiên liệu khó bay hơi và lượng nhiên liệu bám vào vách đường ống nạp và vách buồng đốt nhiều, nên hỗn hợp bị nghèo. Do đó phải có sự phun thêm nhiên liệu để bù trừ hiện tượng trên, giúp cho động cơ khởi động dễ dàng và nhanh chóng khi lạnh.
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
Lịch sử phát triển
Sau khi khời động ở nhiệt độ thấp, sự làm giàu hỗn hợp phải được tiếp tục trong một khoảng thời gian ngắn để bù trừ hỗn hợp không khí xấu do ngưng tụ, giúp cho động cơ làm việc tốt hơn từ lúc khởi động chuyển sang chế độ cầm chừng.
2. Chế độ làm ấm.
Tiếp theo sự khởi động lạnh, sự làm giàu hỗn hợp phải được coi là cần thiết, để bù trừ lượng nhiên liệu ngưng tụ trên thành đường ống nạp, vách xy lanh… cho đến khi nhiệt độ động cơ đạt bình thường. Ở chế độ này tốc độ cầm chừng động cơ cao hơn bình thường, còn gọi là cầm chừng nhanh.
3. Khi taêng toác.
Sự mở đột ngột của cánh bướm ga làm cho áp thấp sau cánh bướm ga giảm đột ngột, nhưng áp thấp trên cánh bướm ga gia tăng không kịp sẽ làm cho hỗn hợp nghèo đi tức thời. Hiện tượng này được khắc phục bằng cách làm giàu hỗn hợp để đảm bảo cho động cơ tăng tốc đạt hiệu quả nhất.
4. Chế độ tải trung bình.
Ở chế độ này đòi hỏi phải có sự tiêu hao nhiên liệu là nhỏ nhất, đảm bảo tính tiết kiệm. Đồng thời phải đảm bảo được vấn đề ụ nhiểm mụi trường (ằ = 1).
5. Chế độ đầy tải.
Ở chế độ này đòi hỏi công suất của động cơ phát ra là lớn nhất, do vậy hỗn hợp đòi hỏi phải giàu nhiờn liệu ( ằ = 0,85 – 0,95).
6. Tốc độ câm chừng.
Hệ thống phun xăng cung cấp một lượng hỗn hợp cần thiết ở chế độ cầm chừng. Tùy theo điều kiện của động cơ nóng hay lạnh mà lượng hỗn hợp được cung cấp cho động cơ nhiều hay ít, chủ yếu để khắc phục ma sát.
7. Chế độ giảm tốc đột ngột.
Khi giảm tốc đột ngột, sự cung cấp nhiên liệu cho động cơ là không cần thiết. Đồng thời do độ chân không tăng mạnh ở sau bướm ga làm cho nhiên liệu phun ra nhiều hơn. Chính vì vậy, phải cắt nhiên liệu khi giảm tốc để tiết kiệm nhiên liệu và chống ô nhiểm môi trường.
8. Chế độ hạn chế tốc độ.
Số vòng quay của động cơ xăng được giới hạn để đảm bảo động cơ không bị hỏng do lực quán tính gây nên. Ở động cơ phun xăng chế độ hạn chế tốc độ được thực hiện bằng cách cắt nhiên liệu hoàn toàn đến các kim phun khi số vòng quay của động cơ vượt qúa qui định của nhà chế tạo.
V. So sánh một số bộ phận bộ chế hòa khí và hệ thống phun xăng.
TT Bộ chế hòa khí Hệ thống phun xăng
1 Bơm tăng tốc Cảm biến vị trí bướm ga
2 Cơ cấu cầm chừng nhanh Mạch không khí đi tắt qua bướm ga 3 Cơ cấu điều khiển buớm gió Contact nhiệt thời gian
4 Phao xăng và van kim Bộ điều áp
5 Buoàng phao OÁng phaõn phoỏi nhieõn lieọu
6 Các gic lơ Các kim phun
7 Bướm gió Kim phun khởi động lạnh
8 Vit chỉnh tốc độ cầm chừng Vit điều chỉnh lượng không khí đi tắt
Truong DH SPKT TP. HCM http://www.hcmute.edu.vn
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
Ban quyen © Truong DH Su pham Ky thuat TP. HCM
Heọ thoỏng K - Jetronic