CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU VÀ
3.1 HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU TRÊN ĐỘNG
3.1.2. BỘ CHẾ HÒA KHÍ (Carburetor)
- Bộ chế hòa khí có nhiệm vụ hoà trộn giữa nhiên liệu và không khí tạo thành hỗn hợp cung cấp cho động cơ hoạt động, nó có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc của động cô.
* Cấu tạo của bộ chế hòa khí 1. Cánh bướm ga.
2. Gíc lô.
3. Phao.
Hình 3.2
4. Nhieõn lieọu.
5. Họng khuếch tán.
6. Bướm gió.
7. Van kim 8. Bầu lọc
khoâng khí
Hình 3.3
* Nguyên lý làm việc của bộ chế hòa khí.
- Khi động cơ làm việc, piston từ ĐCT xuống ĐCD không khí từ bên ngoài được hút vào đi qua họng khuếch tán, do họng khuếch tán có tiết diện nhỏ nên tốc độ dòng khí tăng nhanh tạo áp suất hút nhiên liệu từ buồng phao đi qua giclơ xăng (2) ra vòi phun ở dạng sương hòa trộn với không khí tạo thành hỗn hợp khí nhiên liệu đi vào động cơ.
Để hệ thống cung cấp nhiên liệu sử dụng bộ chế hòa khí với lượng nhiên liệu tiết kiệm hoặc lượng nhiên liệu phù hợp với chế độ tải thì tỉ số
A/F nằm trong khoảng sau trên đồ thị.
Hình 3.4
- Nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng của con người với yêu caàu tieỏt kieọm nhieõn lieọu, taờng công suất động cơ và giảm ô nhiễm môi trường do đó các nhà khoa học đã nghiên cứu hòan thiện các tính năng của BCHK một cách tối ưu nhất và đã cho ra đời rất nhiều dạng BCHK từ một họng khuếch tán đến hai họng khuếch tán, trong tiểu luận này chúng tôi xin trình bày các tính năng của BCHK hai họng khuếch tán.
3.1.2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các mạch trong bộ chế hòa khí hai
họng khuếch tán:
1. Bướm ga thứ cấp2. Bướm ga sơ caáp
3. Bôm taêng toác phuù
4. Giclơ chính thứ caáp
5. Giclơ chậm thứ caáp
6. Giclô chính sô cấp7. Piston toàn tải 8. Van từ sơ cấp 9. Van từ thứ cấp 10. Bôm piston
11.Vít điều chỉnh hỗn hợp không tải
12. Vòi phun chính. Hình 3.5
13. Vòi phun chính thứ cấp.
14. Van thoát
Ở bộ chế hoà khí hai họng không khí và nhiên liệu được hòa trộn trong một họng (hệ thống sơ cấp) khi xe di chuyển ở tốc độ thấp và trung bình, ở chế độ tốc độ này lượng khí được hút vào ít. Khi động cơ hoạt động ở chế độ tốc độ lớn hay tải cao hỗn hợp sẽ được cung cấp cho động cơ qua cả hai họng khuếch tán.
Nói cách khác hỗn hợp từ bộ chế hòa khí cung cấp cho động cơ có thể được hòa trộn trong một hay hai họng khuếch tán tùy thuộc yêu cầu của động cơ.
chính. Vì vậy mạch tốc độ thấp sơ cấp được thiết kế để có thể cung cấp nhiên liệu phía dưới bướm ga khi động cơ chạy chậm.
Động cơ chạy không tải: Lúc này bướm ga đóng và độ chân không phía sau bướm ga lớn hút hỗn hợp đi qua lỗ không tải đi vào đường nạp của động cơ.
Khi bướm ga hé mở từ vị trí không tải, lượng khí hút vào xy-lanh tăng lên, tuy nhiên ngay lúc này độ chân không phía sau bướm ga giảm xuống, khiến lượng nhiên liệu cấp từ lỗ không tải giảm đi và hỗn hợp sẽ bị nhạt. Để khắc phục điều này phía trên lỗ không tải được bố trí một lỗ chậm (lỗ chuyển tiếp). Khi bướm ga hé mở cả hai lỗ trên đều cấp hỗn hợp cho động cơ.
Hình 3.6
Quan hệ giữa lượng xăng cung cấp cho động cơ từ lỗ không tải, lỗ chậm khi động cơ hoạt động không tải được biểu diễn trên đồ thị sau :
Lượng nhiên liệu cấp từ lỗ không tải D Lượng nhiên liệu cấp từ lỗ chậm B
Lượng nhiên liệu cấp từ vòi phun chính C
Tổng lượng nhiên liệu cấp cho động cơ A = B + C + D
Trên động cơ xăng thường xảy ra hiện tượng Diesel hoá có nghĩa là động cơ tiếp tục làm
việc sau khi công tắc máy đã ở vị trí off, trường hợp này xảy ra bởi hỗn hợp bị đốt cháy khi bougie hay xú-páp thải quá nóng, hay bởi muội than sinh ra trong buồng đốt. Để chống hiện
Hình 3.7
1. Loã caáp khoâng khí soá 1 2. Loã caáp khoâng khí soá 2
* Mạch thứ cấp.
- Mạch tốc độ thấp thứ cấp.
Tại thời điểm bướm ga thứ cấp bắt đầu mở, dòng khí trong họng thứ cấp bắt đầu chuyển động chậm có nghĩa là có một lượng xăng nhỏ thoát ra khỏi vòi phun chính, điều này khiến hỗn hợp trở nên loãng gây
hoạt động không tốt cho động cơ khi tăng tốc, và khi
bướm ga thứ Hình 3.8
cấp bắt đầu hé mở. Để khắc phục điều này phía trên
bướm ga thứ cấp có bố trí một lỗ chậm thứ caáp.
Khi bướm ga thứ cấp hé mở lỗ chậm thứ cấp sẽ bị tác động bởi áp thấp động, dẫn đến nhiên liệu sẽ được hút ra tránh cho hỗn hợp bị lỗng tức thời
- Mạch tốc độ cao thứ cấp.
Mạch tốc độ cao sơ cấp làm việc
khi dộng cơ họat động ở chế độ tải nhẹ (lượng không khí hút vào động cơ ít).
Hình 3.9
Khi động cơ hoạt động ở chế độ tải lớn, hỗn
Mạch tốc độ cao sơ cấp được thiết kế nhằm mục đích sử dụng nhiên liệu một cách kinh tế. Khi động cơ cần phát ra một công suất lớn, một lượng nhiên liệu cần phải thêm vào cho động cơ. Điều này được thực hiện nhờ mạch tòan tải, hỗn hợp lúc này đạt giá trị khỏang 12/1. Khi bướm ga hé mở lúc này độ chân không sau cánh bướm ga lớn sẽ giữ piston tòan tải ở vị trí trên. Tuy nhiên khi bướm ga mở lớn như khi động cơ họat động ở chế độ tải nặng hay như Hình 3.10
khi xe đang lên dốc làm độ chân không trong ống nạp giảm đi kết quả là piston toàn tải bị đẩy xuống làm van tòan tải mở ra. Khi van toàn tải mở ra, xăng cấp cho vòi phun chính được cấp qua cả hai jích-lơ chính và jích-lơ tòan tải làm cho hỗn hợp đậm hơn.
* Mạch tăng tốc .
Khi cánh bướm ga mở đột ngột khi ô tô đang di chuyển một lượng nhiên liệu cần cấp thêm cho động cơ. Vì khi bướm ga mở đột ngột lượng không khí lớn hơn sẽ được hút ngay vào bộ chế hòa khí nhưng
lượng nhiên liệu tương ứng sẽ không đáp ứng kịp (vì trọng lượng riêng Hình 3.11
của nhiên liệu lớn hơn không khí )
Khi nhiệt độ động cơ còn thấp, khả năng bốc hơi của xăng kém, lượng xăng cần thiết để cho động cơ có thể tăng tốc được cần phải tăng thêm. Vì vậy một bơm tăng tốc phụ sẽ được trang bị nhằm
boồ sung cho bụm taờng toỏc chớnh khi động cơ còn lạnh.
Khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn 68 C, van TVSV mở cho phép đường dẫn chân không từ sau bướm gió có thể tác động vào màng của bơm tăng tốc.
Nếu bướm ga mở nhỏ màng bơm sẽ được hút về sau sẽ làm nhiên liệu sẽ được hút vào
bơm. khi bướm ga mở đột ngột lúc này độ chân không sau bướm ga giảm, lò xo sẽ đẩy màng bơm về trước làm xăng từ bơm sẽ được
Ngoài những mạch chính, trên bộ chế hòa khí còn trang bị những cơ cấu nhằm tăng khả năng đáp ứng yêu cầu làm việc của động cơ. Hình minh họa phía dưới là một trong những cơ cấu trong bộ chế hoà khí
Hình 3.12
3.1.3 HEÄ THOÁNG PHUN XAÊNG
3.1.3.1 Giới thiệu.
- Mặc dù đã cải tiến và phát triển một thời gian dài nhưng bộ chế hoà khí vẫn chua đáp ứng được các yêu cầu ngày càng khắc khe về tiết kiệm nhiên liệu cũng như quy định về môi trường. Gắn với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngày nay các chi tiết trên xe đã và đang được thay thế từ điều khiển bằng cơ khí qua điều khiển điện tử với độ chính xác cao hơn trong đó bộ chế hòa khí đã được thay thế bằng hệ thống phun xăng
So với hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí, hệ thống phun xăng có những ưu điểm sau:
- Số lượng và thành phần hòa khí vào các xy lanh đều hơn nhờ đó có thể dùng hòa khí loãng hơn, đặc biệt là trong hệ thoỏng phun xaờng ủa ủieồm.
- Hệ số nạp của động cơ lớn hơn vì không có ống khuếch tán như ở bộ chế hòa khí và không phải sấy nóng đường ống nạp.
- Tỉ số nén lớn hơn vì phần lớn lượng xăng phun ra bay hơi trong xy lanh có tác dụng giảm nhiệt độ môi chất.
- Xăng không đọng bám trên đường ống nạp khi động cơ khởi động và khi động cơ bị kéo nhiên liệu bị cắt hoàn toàn.
- Những ưu điểm trên làm cho công suất động cơ tăng khoảng 10%, , tiêu hao nhiên liệu giảm từ 10 - 16% và giảm ô nhiễm môi trường.
3.1.3.2 Heọ thoỏng phun xaờng ủụn ủieồm.
- Hệ thống này còn có các tên gọi khác như: SPI (single point injection), CI (central injection), Mono-jectronic. ẹaõy là loại phun trung tâm. Hệ thống phun xăng đơn điểm gồm một hay hai béc, kim phun được bố trí phía trên của cánh bướm ga. Với kỹ thuật phun xăng đơn điểm số lượng các béc phun cũng như đường ống dẫn xăng được giảm thiểu tuy nhiên với cách bố trí này thì tốc độ dịch chuyển của hòa khí tương đối thấp do nhiên liệu được phun ở vị trí xa xu-pap hút và khả năng thất thoát trên đường ống nạp.
Do đó, ngày nay hệ thống phun xăng đơn điểm không còn được sử dụng.
Hình 3.13
Hỡnh 3-15. Xung ủieàu khieồn heọ thoỏng phun xaờng ủụn ủieồm treõn đường ống nạp
của động cơ 8 xy lanh. Mỗi kim phun cho bốn xy lanh.
3.1.3.3 Heọ thoỏng phun xaờng ủa ủieồm
Hệ thống phun xăng đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xy lanh được bố trí gần xu-pap hút ( cách khoảng 10 -15mm). Ống góp hút được thiết kế sao cho đường đi của không khí từ bướm ga đến xy lanh khá dài, nhờ vậy nhiên liệu được hòa 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 diểm cơ bản của hệ thống phun xăng đơn điểm. Tuỳ theo cách điều khiển kim phun, hệ thống này có thể chia ra làm 3 loại chính: phun độc lập hay phun từng kim, phun nhóm và phun đồng loạt.
Nếu căn cứ vào đối tượng điều khiển theo chương trình, người ta chia hệ thống điều khiển động cơ ra ba loại chớnh: chổ ủieàu khieồn phun xaờng (EFI-electronic fuel injetion theo tiếng Anh hoặc jectronic theo tiếng Đức), chỉ điều khiển đánh lửa và loại tích hợp nghĩa là điều khiển cả phun xăng và đánh lửa. Nhờ tốc độ xử lý của CPU khá cao, các hộp điều khiển động cơ đốt trong ngày nay thường gồm cả chức năng điều khiển hộp số tự động.
Nếu phân biệt theo kỹ thuật điều khiển ta có thể chia hệ thống điều khiển động cơ phun xăng ra làm hai loại:
điều khiển tương tự và số.
Ở những thế hệ đầu tiên, kỹ thuật điều khiển chủ yếu dựa trên các mạch tương tự. Ở các hệ thống này, tín
Hình 3-16. Sơ đồ điều khiển tín hiệu xung của hệ thống phun xăng đa điểmloại D-Jectronic trên động cơ 6 xy lanh.
Hình 3-17 Sơ đồ hệ thống phun xăng trên xe TOYOTA
Trong hệ thống phun xăng điều khiển điện tử các tín hiệu về trạng thái làm việc của động cơ sẽ được nhận biệt thông qua các cảm biến trong hệ thống để ECU điều khiển lượng nhiên liệu chính xác. Các cảm biến chính quyết định lượng nhiên liệu phun.
3.1.3.4 Hệ thống phun xăng trực tiếp GDI.
- Hệ thống nhiên liệu của động cơ GDI về cơ bản bao gồm: bơm tạo áp suất phun, hệ thống phân phối và ổn định áp suất, kim phun, hệ thống điều khiển phun, và các thiết bị phụ khác như: thùng nhiên liệu, lọc, bơm
chuyển tiếp, van an toàn
- Nhiên liệu được phun trực tiếp vào lòng xy lanh cuối quá trình nén. Mục đích là làm cho hỗn hợp hòa khí nghèo (tiết kiệm nhiên liệu). Sự hòa trộn của hỗn hợp được điều khiển bằng hình dạng đặc biệt của đỉnh piston.
- Mục đích là làm sao để đốt cháy được hỗn hợp hòa khí rất nghèo. Điều đó có thể thực hiện được bởi cách phun nhiên liệu nhiều lần. Ở lần phun đầu tiên (phun sớm), một hỗn hợp nghèo đồng nhất được hình thành cho toàn bộ buồng cháy cho tới trước thời điểm đánh lửa, nhờ sự xoáy lốc trong buồng đốt. Lần phun ngay sau đó tạo ra hỗn hợp phân lớp giàu nhiên liệu hơn, chính hỗn hợp này sẽ bốc cháy thật nhanh, giảm sự biến đổi từ chu kỳ này đến chu kỳ khác. Nhờ giảm lượng nhiên liệu trong việc nạp phân lớp, nhiệt độ đỉnh của quá trình cháy
Bộ đo gió CB số vòng
quay
CB nhiệt độ nước
CB nhiệt độ khoâng khí CB vị trí bướm
ga CB OÂxy
E C U
TH khởi động Điện áp
Accu
Lưu lượng phun các kim phun.
Tổng lượng nhiên liệu được phun vào phụ thuộc vào những thông số sau:
- Lưu lượng khí nạp theo thời gian - Áp suất trên đường ống nạp pm
- Góc mở của bướm ga - Tốc độ động cơ n.
- Góc quay trục khuỷu cs và tín hiệu TDC của xy lanh - Nhiệt độ động cơ Te.
- Nhiệt độ môi trường Ta.
- Hiệu điện thế accu Ub (tác động gián tiếp).
Hình 3.18 Sơ đồ hệ thống phun xăng trực tiếp GDI
Các yêu cầu cơ bản của trong động cơ GDI:
Hệ thống buồng cháy của động cơ GDI hoàn thiện phải đảm bảo được cả 2 yếu tố:
- Tạo hỗn hợp đồng nhất và phân lớp, giữa các lớp không có đường chuyển tiếp.
- Tạo được một vùng hỗn hợp đậm (dễ cháy) xung quanh bougie và phải đúng ngay thời điểm đánh lửa của động cơ.
Để thỏa mãn 2 yêu cầu trên, người ta đưa ra một số kiểu buồng đốt kết hợp với việc đặt kim phun và bougie:
Hình 3.19 Các dạng cơ bản của buồng đốt GDI.
Với các dạng buồng đốt như trên, nhiên liệu phun ra nhờ sự cuộn xoáy, hoà trộn của dòng không khí và hình dạng của buồng đốt sẽ bốc hơi và hoà trộn nhanh chóng.
Đối với dạng buồng đốt hình Hình 3.19a, kim phun được đặt ngay giữa trung tâm, vị trí của bougie được bố trí như hình trên. Với cách bố trí này, khi nhiên liệu phun vào sẽ đảm bảo được tỷ lệ A/F xung quanh bugi có thể cháy được. Cách bố trí thứ 2, bougie được đặt ngay trung tâm kim phun được bố trí sao cho dòng nhiên liệu khi phun vào giai đoạn đầu sẽ bốc hơi tạo hỗn hợp đồng nhất, giai đoạn sau khi piston lên gần điểm chết trên sẽ cuộn xoáy theo biên dạng của buồng cháy và tạo ra hỗn hợp đậm xung quanh đỉnh bougie như hình Hình 3.19b. Tương tự, kiểu buồng đốt hình Hình 3.19c,d cũng tạo ra hỗn hợp như trên nhưng kim phun và bougie được bố trí trong phạm vi chỏm của buồng đốt (piston hoặc culasse) dựa vào biên dạng này để tạo ra hỗn hợp đậm xung quanh đầu bougie.
Vị trí đặt kim phun và bougie:
- Mối quan hệ giữa vị trí kim phun và bougie trong buồng đốt động cơ GDI là hết sức quan trọng để tạo nên tâm cháy trong kỳ cháy của động cơ. Đặc trưng quá trình nạp của động cơ GDI ở tải nhỏ là tạo hỗn hợp nghèo và phân lớp, vì vậy cần phải bố trí kim phun và bougie sao cho hướng dòng nhiên liệu vào đỉnh đầu bougie để tạo nên hỗn hợp đậm khu vực xung quanh đỉnh bougie trong thời điểm đánh lửa. Nếu đặt kim phun quá xa bougie, khu vực xung quanh bougie tại thời điểm đánh lửa mà hỗn hợp nghèo thì khó hình thành tâm cháy và mở rộng vùng cháy (hình 2.4 – 2a). Tuy nhiên, nếu bố trí kim phun gần bougie thì sẽ tạo được hỗn hợp đậm đặc xung quanh bugi
Hình 3.20 Mô tả mối quan hệ giữa vị trí kim phun và bougie trong buồng đốt động cơ GDI.
Vì vậy khi thiết kế buồng cháy, cần tính toán dòng nhiên liệu do kim phun phun vào buồng cháy và tia lửa điện do bougie phát ra để có thể tính toán bố trí kim phun và bougie hợp lý.
Điều khiển lượng phun:
Lượng phun thực tế phun ra ở vòi phun được xác định như sau:
- Lượng phun cơ bản: ECU tạo ra 1 tín hiệu tốc độ động cơ (vòng/phút) bằng tín hiệu đánh lửa sơ cấp (IG). Tùy theo tín hiệu này và các tín hiệu từ cảm biến lưu lượng khí nạp, ECU sẽ tạo ra 1 tín hiệu phun cơ bản. Nếu tốc độ động cơ không đổi, lượng phun cơ bản sẽ tăng cùng với sự gia tăng của lượng khí nạp.
Nếu lượng khí nạp là hằng số thì lượng phun cơ bản sẽ gia tăng cùng với sự gia tăng của tốc độ động cơ.
- Lượng phun hiệu chỉnh: bằng các mạch hiệu chỉnh phun khác nhau, ECU sẽ hiệu chỉnh tín hiệu phun cơ bản tùy thuộc vào các tín hiệu từ các cảm biến, do đó, xác định lượng phun thực tế. Tín hiệu phun này sau đó được khuếch đại để kích hoạt các vòi phun.