3.5.1 Hệ thống nhiên liệu
3.5.1.1 Hệ thống nhiên liệu trên ơtơ
Hình 3.9 Vị trí các bộ phận của hệ thống nhiên liệu trên ơtơ.
1. Bình nhiên liệu
Đây là nơi dùng để chứa nhiên liệu, nĩ cĩ nhiều ngăn khác nhau và cũng là nơi đặt bơm nhiên liệu.
SVTH: Ngơ Văn Sanh GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương
2. Bơm nhiên liệu
Cĩ 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 mơtơ 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 cĩ 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 mơtơ và bơm, với một van một chiều, van an tồn và
cũng cĩ bộ lọc gắn liền thành một khối.
Bơm tuabin
SVTH: Ngơ Văn Sanh GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương
Bơm tuabin bao gồm một hoặc hai cánh bơm được dẫn động bằng mơtơ, vỏ và nắp bơm tạo thành bộ bơm. Khi mơtơ quay, các cánh bơm sẽ quay cùng với nĩ. Các cánh gạt bố trí dọc chu vi bên ngồi của cánh bơm để đưa nhiên liệu từ cửa vào
đến cửa ra.
Nhiên liệu bơm từ cửa ra đi qua mơtơ và được bơm ra từ bơm qua van một
chiều.
Van an tồn
Van an tồn mở khi áp suất bơm ra đạt sấp xỉ 3,5 – 6 Kgf/cm2, và nhiên liệu cĩ áp suất cao quay trở về bình xăng. Van an tồn ngăn khơng cho áp suất nhiên liệu
vượt quá mức này.
Van một chiều
Van một chiều đĩng 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 cĩ thể dễ dàng khởi động lại.
Nếu khơng cĩ áp suất dư, khố hơi cĩ thể dễ dàng xảy ra tại nhiệt độ cao, gây
khĩ khăn khi khởi động lại động cơ.
b. Điều khiển bơm nhiên liệu
Sơ đồ mạch điện
Hình 3.12 Mạch điện điều khiển bơm nhiên liệu trên ơtơ.
Nguyên lý hoạt động
Khi động cơ quay, dịng điện chạy từ cực ST của khố điện đến cuộn dây L1 của rơle mở mạch sau đĩ tiếp đất.
Do đĩ, rơle mở mạch bật và kết quả là dịng điện chạy đến bơm nhiên liệu. Cùng lúc đĩ, tấm đo trong cảm biến đo lưu lượng khí cũng được mở bởi dịng khí
SVTH: Ngơ Văn Sanh GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương
nạp và cơng tắc bơm nhiên liệu, cũng nằm trong cảm biến đo lượng giĩ bật lên làm cho dịng 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 cĩ mục đích ngăn khơng cho tiếp điểm mở ra, thậm chí khi dịng điện qua cuộn dây L1 giảm xuống do sự giảm đột ngột lượng khí nạp. Nĩ cũng cĩ tác dụng ngăn chặn các tia lửa điện tại tiếp điểm.
Lưu ý: Bơm nhiên liệu trên xe cĩ trạng bị EFI chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy. Thậm chí nếu khố điện bật (ON) bơm nhiên liệu cũng sẽ khơng hoạt động nếu bản thân động cơ khơng chạy. Đây là một đặc điểm an tồn.
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. Nĩ được lắp tại phía cĩ áp suất cao của bơm nhiên liệu.
Hình 3.13 Bộ lọc nhiên liệu.
SVTH: Ngơ Văn Sanh GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương
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 khơng đường nạp bằng bộ ổn định áp suất. Tuy nhiên vẫn cĩ sự dao động nhỏ trong áp suất đường ống do phun nhiên liệu. Bộ giảm rung động cĩ 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 vịi phun. Tại đây nhiên liệu được phân phối đến từng vịi phun.
7.a. Vịi phun khởi động
Vịi phun khởi động lạnh được lắp ở trung tâm của khoang nạp khí và cĩ chức năng cải thiện tính khởi động của động cơ lạnh.
Hình 3.15 Cấu tạo của vịi phun khởi động lạnh.
Vịi phun chỉ hoạt động khi đang quay động cơ (khởi động) tại nhiệt độ nước làm mát thấp. Thêm vào đĩ, khoảng thời gian phun cực đại bị giới hạn bằng cơng tắc định thời vịi phun khởi động để ngăn hiện tượng ngẹt xăng (các bugi bị ướt) do sự phun liên tục của vịi phun khởi động gây ra.
Khi khố điện bật đến vị trí ST, dịng điện chạy qua cuộn dây và kéo pittơng chống lại lực lị xo. Do vậy, van sẽ mở và nhiên liệu sẽ chảy qua pittơng đến đầu
vịi phun.
7.b Vịi phun chính
Vịi phun là một vịi phun hoạt động bằng điện từ, nĩ phun nhiên liệu phụ thuộc vào tín hiệu từ ECU. Vịi 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.
SVTH: Ngơ Văn Sanh GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương
Hoạt động
Khi cuơn dây nhận được tín hiệu từ ECU, quả van sẽ bị kéo lên chống lại sự căng của lị xo. Do van kim và quả van là cùng một khối nên van cũng bị kéo lên tách khỏi đế của nĩ 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 khơng mở.
Hình 3.16 Hoạt động vịi phun.
Mạch điện của vịi phun
Điện áp accu được cung cấp đến cực 10 và 20 của ECU qua khố điện và các vịi phun.
SVTH: Ngơ Văn Sanh GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương
8. Xylanh
Xylanh là nơi tiếp nhân lượng nhiên liệu do các vịi phun phun vào, sau đĩ 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 vịi phun. Lượng phun nhiên liệu được điều khiển bằng chu kỳ của tín hiệu cung cấp đến các vịi phun. Mặc dù vậy, do sự thay đổi độ chân khơng trong đường ống nạp, lượng phun nhiên liệu sẽ thay đổi một chút thậm chí nếu tín hiệu phun và áp suất khơng đổi. Do đĩ, để đạt được lượng nhiên liệu chính xác, tổng áp suất nhiên liệu A và độ chân khơng đường ống nạp B phải được duy trì tại 2,55 hay 2,9 Kgf/cm2.
Nhiên liệu cĩ 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 lị xo màng và áp suất nhiên liệu thay đổi tuỳ theo lượng nhiên liệu hồi.
Độ chân khơng của đường ống nạp được dẫn vào buồng phía lị xo màng, làm giảm sức căng của lị xo và tăng lượng nhiên liệu hồi làm giảm áp suất. Nĩi tĩm lại, khi độ chân khơng của đường nạp tăng lên (giảm áp), áp suất nhiên liệu chỉ giảm tương ứng với sự giảm áp suất đĩ. Vì vậy tổng áp suất của nhiên liệu A và độ chân khơng đường nạp B được duy trì khơng đổi.
SVTH: Ngơ Văn Sanh GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương
Hình 3.18 Bộ ổn định áp suất.
Van đĩng lại bằng lị 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.
Sơ đồ về nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu
Hình 3.19 Sơ đồ khối của hệ thống nhiên liệu trên ơtơ.
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 vịi phun và vịi phun khởi động lạnh. Bộ ổn định áp suất, điều khiển áp suất của đường nhiên liệu (phía cĩ áp suất cao). Nhiên liệu thừa được đưa trở lại bình xăng qua ống ngồi.
Bộ giảm rung động cơ cĩ tác dụng hấp thụ các dao động nhỏ của áp suất nhiên liệu do sự phun nhiên liệu gây ra.
Các vịi phun sẽ phun nhiên liệu vào đường ống nạp tuỳ theo các tín hiệu phun được bộ vi xử lý tính tốn.
Vịi 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.
SVTH: Ngơ Văn Sanh GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương
3.5.1.2 Thiết kế kỹ thuật hệ thống nhiên liệu trên mơ hình
Trên mơ hình, trong điều kiện khơng cĩ động cơ thực tế nên để cho hệ thống nhiên liệu cĩ thể hoạt động được thì ta cần phải cĩ một số thay đổi và lắp thêm một số chi tiết như sau:
- Để bơm cĩ thể hoạt động được như trên ơtơ, ở đây ta lắp một động cơ điện và bơm nhiên liệu chỉ hoạt động khi động cơ điện hoạt động (cơng tắc bơm được đặt trong rơle mở máy)
- Để thay thế cho các xylanh, trên mơ hình ta dùng 5 ống nghiệm đặt tại đầu của 4 vịi phun chính và một vịi phun khởi động, nhiên liệu từ các vịi 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 cĩ thể thấy được các tia nhiên liệu.
- Ngồi ra trên đường nhiên liệu phía cĩ áp suất cao (sau bộ lọc) ta lắp một áp kế để cĩ thể thường xuyên kiểm tra áp lực nhiên liệu trên đường ống.
- Vì xăng dễ bị bốc cháy nên để cho an tồn khi hệ thống hoạt động thì ta cĩ thể thay nhiên liệu xăng bằng nhiên liệu diezen.
1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động ở dạng khối
SVTH: Ngơ Văn Sanh GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương
2. Mơ hình
Sơ đồ lắp đặt các bộ phân trên mơ 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. Vịi phun khởi động; 8b. Các vịi 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 mơ 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 mơ hình tại giá đỡ phía dưới cịn đường ống dẫn thì ta cho nĩ nằm phía sau bảng. Trên bề mặt bảng ta sẽ sơn thùng chứa, bơm nhiên liệu và ống dẫn để dễ hình dung.
Mạch điện điều khiển của hệ thống
Vì trên mơ hình dùng cảm biến đo lưu lượng khí nạp kiểu karman nên cơng tắc bơm nhiên liệu khơng đặt trong cảm biến như ở cảm biến đo lưu lượng khí nạp kiểu cánh trượt. Ở đây ta đặt cơng tắc bơm nhiên liệu trong rơle mở máy như hình vẽ dưới đây.
Trên mơ hình accu là nguồn cung cấp điện duy nhất, nên ta chọn một accu cĩ dung lượng thích hợp để nĩ cĩ thể cung cấp đủ điện cho hệ thống trong quá trình sinh viên thực tập trên mơ hình.
SVTH: Ngơ Văn Sanh GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương
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 dịng lớn nhất mà accu cĩ thể phĩng mà dịng này phụ thuộc vào cơng suất của máy khởi động. Với đặc điểm hoạt động của hệ thống trên mơ hình khơng cần máy khởi động và cơng suất tiêu thụ đồng thời của các thiết bị tương đối thấp. Tuy nhiên, cũng cần để accu cĩ thể sử dụng với thời gian lâu mới nạp điện lại để tạo điều kiện thuận lợi hơn cho việc học tập, nghiên cứu của sinh viên trên mơ hình. Từ đĩ ta chọn accu axit 12V cĩ dung lượng C = 50 (A.H).
Tuy nhiên, để tránh những lúc hệ thống hoạt động nhiều accu khơng đủ điện để cung cấp nên ta thiết kế ở bình accu này cĩ hai đầu: một đầu ra cung cấp điện cho hệ thống, một đầu vào gắn với bộ nạp điện. Khi đĩ thì cĩ thể vừa cho accu cung cấp điện cho hệ thống vừa nạp điện cho accu.
Hình 3.22 Mạch điện điều khiển hệ thơng nhiên liệu trên mơ hình.
Khi khĩa điện bật sang vị trí ST, dịng điện từ accu đi qua khĩa điện đến cuộn dây L1 của rơle mở mạch đến cuộn dây L4 của rơle mở máy đến mass, tạo lực hút tiếp điểm K2 của rơle mở mạch làm bơm nhiên liệu quay. Đồng thời, cuộn dây L3 của rơle mở máy cũng cĩ điện đĩng tiếp điểm bơm nhiên liệu (K2) trong rơle này.
SVTH: Ngơ Văn Sanh GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương
Vì thế ở cuộn dây L2 của rơle mở mạch cũng cĩ dịng điện chạy qua tạo thêm lực hút để đĩng tiếp điểm K1. Khi đĩ vịi phun khởi động cĩ điện và nhiên liệu được phun ra (cuộn dây sấy 1 và 2 sẽ làm cho thanh lưỡng kim trong cơng tắc khởi động giãn ra mở tiếp điểm vì vậy vịi phun khởi động sẽ mất điện nếu như khĩa điện ở vị trí ST trong thời gian lâu).
Khi động cơ đã chạy, khĩa điện trả về vị trí IG thì cuộn L1, L4 của rơle mở mạch và rơle mở máy bị ngắt điện chỉ cịn cuộn dây L2 và L3 cĩ điện giữ cho tiếp điểm K1 và K2 vẫn đĩng và bơm nhiên liệu tiếp tục hoạt động. Điện áp accu được cung cấp đến cực 10 và 20 của ECU qua khĩa điện và các vịi phun. Khi transistor của ECU bật, dịng điện chạy từ cực 10 và 20 đến E1 (nối đất). Khi transistor bật, dịng điện chạy qua các vịi phun và nhiện liệu được phun ra.
Nhiên liệu từ thùng chứa được bơm hút đưa (dưới áp suất) qua lọc nhiên liệu đến các vịi phun chính và vịi phun khởi động. Bộ ổn định áp suất điều khiển áp suất của dịng nhiên liệu (phía cĩ áp suất cao). Nhiên liệu thừa ở bộ ổn định áp suất và từ các ống nhiệm được đưa trở lại thùng chứa qua ống hồi.
Bộ giảm rung động cĩ tác dụng hấp thu các dao động nhỏ của áp suất nhiên liệu do sự phun nhiên liệu gây ra.
Khi muốn điều khiển hệ thống nhiên liệu bằng cơng tắc mà khơng dùng tới khĩa điện thì ta mắc cực 10 vào cực 20 và tháo cặp cực 20 và 21 ra. Khi đĩ dịng điện sẽ khơng qua khĩa điện nữa mà ta điều khiển trực tiếp bằng cơng tắc.
SVTH: Ngơ Văn Sanh GVHD: Ths Huỳnh Trọng Chương
3.5.2 Hệ thống nạp khí
3.5.2.1 Hệ thống nạp khí trên ơtơ
Hình 3.23 Vị trí các bộ phận của hệ thống nạp khí trên ơtơ.
1. Lọc giĩ
Lọc giĩ sẽ lọc các bụi bẩn trong khơng khí bằng lớp màng lưới. Giĩ sau khi qua lọc sẽ đến bộ cảm biến đo lưu lượng khí.
2. Cảm biến lưu lượng khí
Để xác định lượng khí nạp (lượng giĩ) đi vào xylanh, người ta sử dụng các loại cảm biến khác nhau, nhưng cĩ thể phân làm 2 loại: đo lưu lượng với thể tích dịng khí (cánh trượt, Karman...) và đo lưu lượng bằng khối lượng dịng khí (dây nhiệt). Mục đích đề tài này là tìm hiểu một trong các loại đĩ là: cảm biến đo giĩ dạng xốy lốc - Karman. Trong loại cảm biến này cĩ hai loại là: Loại Karman quang và