Đề Tài Điều Chỉnh Tỉ Lệ Hoà Khí Cho Hệ Thống Nhiên Liệu Động Cơ Xăng Cổ Điển Và Hiện Đại1.Pdf

1

II/ Giải quyết vấn đề
1 Ảnh hưởng của tỉ lệ hồ khí () đến sự hoạt động của động cơ.
1.1 Ảnh hưởng của  đến công suất và suất tiêu hao nhiên liệu (ge) của động cơ.

Hình 1.2. Giới thiệu dạng điển hình của
đường Ne và ge theo đặc tính điều chỉnh thành
phần hỗn hợp cháy của động cơ xăng, tức là
đường cong thể hiện đặc điểm biến thiên của
Ne và ge theo  khi động cơ chạy ở tốc độ quay
khơng đổi trong điều kiện giữ ngun vị trí
bướm ga. Theo đặc tính điều chỉnh thành phần
hỗn hợp cháy của động cơ xăng , N e giảm dần
theo chiều tăng của  do tốc độ cấp nhiệt giảm
Hình 1.2: Ảnh hưởng của  đến Ne và ge của động cơ xăng
Khi hỗn hợp cháy được làm đậm dần, công suất của động cơ sẽ tăng và đạt tới trị số cực đại
ứng với = N, tại đó lượng nhiên liệu được tăng thêm do giảm  cân bằng với lượng nhiên
liệu cháy khơng hồn tồn do thiếu oxy. Nếu tiếp tục làm đậm hỗn hợp cháy, công suất của
động cơ sẽ giảm do chất lượng quá trình cháy bị ảnh hưởng, nhiên liệu cháy khơng hồn tồn
tăng.
Về phương diện hiệu quả biển đổi năng lượng, g e sẽ giảm mạnh theo chiều tăng của  trong
phạm vi < 1 do lượng nhiên liệu cháy khơng hồn tồn giảm. Trị số của hệ số dư lượng
khơng khí ứng với suất tiêu hao nhiên liệu cực tiểu (g) tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố như: Tải,
tốc độ quay, giới hạn loãng có ích…Nếu tiếp tục làm lỗng hỗn hợp cháy (>g), suất tiêu
thụ nhiên liệu sẽ tăng do tốc độ cháy giảm, q trình cháy khơng ổn định.
1.2 Ảnh hưởng của  đến quá trình cháy của động cơ.
Thành phần của hỗn hợp cháy ảnh hưởng rất lớn tới tốc độ cháy, số lượng nhiệt toả ra
và phản ánh rất rõ ở sự thay đổi áp suất và nhiệt độ trong xylanh.
Xét về phương diện hoá học, thành phần hỗn hợp cháy có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ
phản ứng oxy hoá nhiên liệu, tức là ảnh hưởng đến tốc độ cháy và tốc độ toả nhiệt. Đối với

mỗi loại nhiên liệu cụ thể, tốc độ cháy đạt cực đại ứng với một giá trị u max nhất định.
Ở động cơ xăng tốc độ cháy lớn nhất đạt cực đại khi u max =0,85÷0,9.Tốc độ cháy sẽ
giảm khi hỗn hợp cháy được làm đậm đặc hoặc được làm loãng hơn so với giá trị umax. Lý do
là hỗn hợp cháy loãng hoặc đậm hơn giá trị umax, xác suất va chạm giữa các phần tử nhiên
liệu với các phần tử oxy giảm và một phần các phần tử nhiên liệu (hoặc khơng khí) dư q
mức. Tốc độ cháy sẽ bằng khơng, hay nói cách khác là ngọn lửa sẽ tắt khi hỗn hợp cháy được
làm đậm hơn giới hạn trên (min) hoặc làm loãng hơn giới hạn dưới (max). Đối với hầu hết
các loại nhiên liệu gốc dầu mỏ hiện nay, ở điều kiện áp suất p 0=1bar và nhiệt độ t0=200C thì
max=1,65÷1,80; min=0,25÷0,35.
Giới hạn thực tế để đảm bảo cho động cơ xăng hoạt động ổn định:
0,6<  <1,3.
Đối với mỗi thành phần của hỗn hợp cháy mà đặc trưng là hệ số dư lượng khơng khí 
sẽ có một góc đánh lửa sớm mà ở đó thấy xuất hiện những dấu hiệu kích nổ nhẹ. Thay đổi


2

thành phần của hỗn hợp cháy sẽ làm thay đổi những trị số khác nhau về góc đánh lửa tốt
nhất.
1.3 Ảnh hưởng của  tới hiệu suất của động cơ.

2.2:lýẢnh
Đường nét đứt biểu diễn đặc điểm biến thiên của Hình
hiệu suất
thuyếthưởng
t theocủa
, t đến
sẽ giảm
t và
i.toàn tăng

nhanh khi  giảm trong khu vực  ≤1 do phần nhiên liệu cháy khơng
hồn
Mặt khác, theo chiều tăng của  trong vùng ≥1, nhiệt dung riêng của mơi chất cơng tác sẽ
giảm vì cả lượng nhiệt chu trình ứng với một đơn vị
số lượng
nhiệt
của100%
mơi chất
1-Với
tải khí
bộ mới,
phận;
2- độ
Với
cơng tác trong q trình cháy và dãn nở, hàm lượng
đối 2của
cáccho
khí mỗi
nhiềuxylanh;
nguyên tử
tải;tương
3 - Với
bugi
(CO2, H2O) đều giảm. Kết quả là hệ số đoạn nhiệt4(K)
sẽ tăng
chút
và làm
- Với
khíđơi
mới

phân
lớp;cho5 hiệu
- Vớisuất
lý thuyết tăng nhẹ theo chiều tăng của .
buồng đốt trước
Ở động cơ thực tế, hiệu suất chỉ thị (i) cũng sẽ tăng khi hỗn hợp cháy được làm loãng
dần do hiệu suất lý thuyết tăng (i =t. t-i). Tuy nhiên , khác với hiệu suất lý thuyết, hiệu
suất chỉ thị (i) chỉ tăng thêm một giá trị nhất định, tại đó q trình cháy nhiên liệu vẫn diễn
ra bình thường. Khi hỗn hợp cháy quá lỗng, q trình cháy nhiên liệu sẽ diễn ra chậm và
khơng 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 coi là giới hạn làm loãng có ích e. Giá trị e phụ thuộc vào nhiều yếu tố cấu tạo
và vận hành như sau: Loại buồng đốt, số bugi, năng lượng của tia lửa điện, nhiệt độ và áp
suất tại thời điểm đốt cháy nhiên liệu…
Ở những động cơ hiện nay, e dao động trong khoảng (1,05÷1,2) ở chế độ tồn tải
(bướm ga mở hồn tồn). Trị số e 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…
1.4 Ảnh hưởng của () đến độ độc hại của khí thải.
Hình 1.4: Ảnh hưởng của hệ
số dư lượng khơng khí  đối
với thành phần hơi độc trong
khí thải ơ tơ.

Qua đồ thị ta thấy khi động cơ phải làm việc với hỗn hợp đậm ( <1), trong trường
hợp này do thiếu oxy nên sinh ra nhiều khí độc như hydrocacbon (HC) do nhiên liệu cháy
không hết và cacbon monoxit (CO) do nhiên liệu cháy khơng hồn tồn. Ngược lại, nếu hỗn
hợp khí nghèo xăng ( >1) sẽ sinh ra khí độc Oxit Nitrogen NOx. Hàm lượng NOx trong khí
thải có giá trị cực đại khi =1,05÷1,1…Khi nhiên liệu lỗng được đốt cháy hoàn toàn (≥1)
sản phẩm cháy sẽ gồm CO2, hơi nước (H2O), Oxy (O2) cịn thừa và Nitơ của khơng khí.
1.5 Ảnh hưởng của  đến góc đánh lửa sớm.

Khi thay đổi thành phần hỗn hợp cháy sẽ làm thay đổi những trị số khác nhau về góc đánh
lửa sớm tốt nhất. Trị số nhỏ nhất của góc đánh lửa sớm đl và thời gian chậm cháy i ứng với
hệ số dư lượng khơng khí ở khoảng =0,8÷0,9. Ở hệ số dư lượng khơng khí  đó, tốc độ tăng


3

áp suất trung bình sẽ có trị số lớn nhất, do đó mức độ toả nhiệt cũng mãnh liệt nhất. Thành
phần hỗn hợp mà lỗng (>0,9) thì cần thiết phải tăng góc đánh lửa sớm. Nhưng đồng thời
giai đoạn cháy trễ i tăng và kết quả là quá trình cháy bị kéo dài.

Hình 1.5: Sự phụ thuộc của
hàm lượng NOx trong khí thải
và góc đánh lửa sớm theo các
giá trị của .

Ở giá trị >0,15 khi ta giảm góc đánh lửa sớm đl, sẽ kéo theo sự giảm đáng kể hàm
lượng NOx trong sản phẩm cháy, bởi vì trong trường hợp này nhiệt độ cháy cực đại sẽ giảm
xuống do khi hỗn hợp cháy mãnh liệt nhất thì khơng gian cháy đã tăng lên. Khi động cơ hoạt
động ở mức hỗn hợp giàu (<1) hàm lượng NOx trong sản phẩm cháy khơng đáng kể vì
lượng oxy tự do ít.
1.6 Ảnh hưởng của  đối với tốc độ quay của động cơ.
Ta đã biết, hỗn hợp cháy lý thuyết có =1, ứng với tỷ lệ về khối lượng là 1/15 tức là
muốn đốt cháy 1gr xăng trong buồng đốt cần 15gr khơng khí. Hỗn hợp có tỷ lệ xăng- khơng
khí lớn hơn 1/15 gọi là hỗn hợp giàu xăng. Hỗn hợp có tỷ lệ nhỏ hơn 1/15 gọi là hỗn hợp
nghèo xăng.
Hình 1.6: Đường biểu
diễn sự liện hệ giữa vận
tốc xe và tỷ lệ hỗn hợp.
A- Lúc xe khởi động; Bchạy cầm chừng khơng tải;

C- Vận tốc trung bình; DTăng tốc; E- Vận tốc cao.

Tốc độ xe: dặm/giờ
Trong quá trình khởi động động cơ, đòi hỏi một hỗn hợp giàu xăng. Nhưng khi động
cơ làm việc ở vận tốc trung bình, cánh bướm ga mở một phần thì hỗn hợp cháy phải nghèo
hơn lúc khởi động. Đồ thị hình 1.6 cho thấy tỷ lệ xăng khơng khí ứng với nhiều vận tốc khác
nhau của động cơ xăng. Ở đồ thị trên cho thấy hỗn hợp giàu xăng khoảng 1/9 được cung cấp
cho động cơ lúc khởi động ban đầu, sau đó chạy cầm chừng hỗn hợp nghèo bớt còn khoảng
1/12.
Khi xe chạy ở vận tốc trung bình hỗn hợp phải nghèo hơn nữa, còn khoảng 1/15.
Nhưng khi chạy ở vận tốc cao, cánh bướm ga mở tối đa, cần hỗn hợp giàu xăng, khoảng
1/13.


4

Những lúc mở lớn đột xuất cánh bướm ga để tăng tốc, hỗn hợp cháy đòi hỏi thật giàu
xăng trong chốc lát. Hai ví dụ của trường hợp này trên đồ thị cho thấy tỷ lệ hỗn hợp cháy cần
thiết để tăng tốc xe đạt đến 25 dặm/giờ và 40 dặm/giờ.
2.1 Hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hịa khí
* Sơ đồ cấu tạo (hình 2.1).
* Nguyên lý hoạt động: Hệ thống nhiên liệu cưỡng bức dùng trên ô tô (hình ,do thùng xăng 4
đặt thấp hơn bộ chế hồ khí 13 nên phải dùng bơm chuyển xăng 9, hút xăng từ thùng 4, qua lưới lọc
18, ống dẫn 7, lọc thơ 8 vào bơm để bơm qua bình lọc lắng 10 vào bộ CHK 13. Tại đây bộ CHK sẽ
có nhiệm vụ chuẩn bị và cung cấp hồ khí cho động cơ.

Hình 2.1: Sơ đồ hoạt động của hệ thống nhiên liệu.
1-ống nạp xăng; 2- phễu có nút bịt; 3- ống thông hơi; 4- thùng xăng; 5- thước đo; 6- van;
7- ống dẫn xăng; 8- lọc xăng; 9- bơm chuyển xăng; 10- lọc lắng; 11- lọc khơng khí;
12-bình tiêu âm; 13- bộ chế hồ khí; 14- bộ hạn chế tốc độ cực đại; 15- cảm biến mức xăng; 16- nút

xả xăng; 17- miệng hút.
Ưu điểm
- Cấu tạo đơn giản, yêu cầu về độ sạch của xăng thấp, sửa chữa bảo dưỡng dễ dàng, dễ chế
tạo.
- Giá thành thấp
Nhược điểm
- Các mạch xăng chạy cầm chừng, mạch xăng chạy nhanh tải lớn, mạch xăng tăng tốc ...
được điều khiển cơ khí. Do đó, thường tạo hỗn hợp cháy với tỷ lệ xăng-khơng khí khơng hồn hảo.
Nếu hỗn hợp cháy nghèo xăng sẽ sinh khí độc oxit Nitơ, ngược lại hỗn hợp cháy giàu xăng sẽ cháy
khơng hồn tồn và sinh khí độc như: Cacbuahydro, cacbon monoxit.
- Các xylanh trên cùng một động cơ nhận được lượng hỗn hợp cháy không đồng nhất, hỗn
hợp cháy của các xylanh càng ở xa bộ chế hồ khí càng giàu xăng, cụ thể các xylanh số 1 và số 4
của động cơ 4 xylanh, các xylanh số 1 và số 6 của động cơ 6 xylanh sẽ nhận được hỗn hợp cháy
giàu xăng nhất. Nguyên nhân của hiện tượng này là do: Xăng nặng hơn khơng khí nên lưu lượng
khơng khí thơng suốt qua các đoạn cong của ống góp hút. Các hạt xăng lớn tiếp tục lưu thơng theo
qn tính đến vách cuối ống góp hút và ngưng đọng tại đây. Số xăng này bốc hơi và cung cấp cho
các xylanh đầu và cuối. Hậu quả là các xylanh này luôn luôn giàu hơn các xylanh khác.

2.2 Hệ thống nhiên liệu phun xăng điện tử


5

2.2.1 Đặc điểm kết cấu và hoạt động
Đặc điểm: Hệ thống này cung cấp tỷ lệ khí hỗn hợp cho động cơ một cách tối ưu. Tuỳ
theo chế độ hoạt động của động cơ, HTPX điện tử điều khiển thay đổi tỷ lệ xăng và
khơng khí
Xăng được phun vào cửa nạp của các xylanh động cơ theo từng thời điểm chứ khơng liên
tục. Q trình phun xăng và định lượng nhiên liệu được thực hiện theo hai tín hiệu gốc:
Tín hiệu về khối lượng khơng khí đang nạp vào và tín hiệu về vận tốc trục khuỷu của

động cơ.
Sơ đồ cấu tạo:
Hình 2.14: Sơ đồ cấu tạo hệ thống
phun xăng điện tử nhiều điểm
1- Bình chứa xăng; 2- Bơm xăng điện; 3- Bộ lọc
xăng; 4- Dàn phân phối; 5- Bộ điều chỉnh áp suất
xăng; 6- Bộ giảm dao động áp suất; 7- Bộ điều
chỉnh trung tâm; 8- Bôbin đánh lửa; 9- Bộ phân
phối đánh lửa; 10- Buji; 11- Vòi phun chính; 12Vịi phun khởi động lạnh; 13- Vít điều chỉnh
khơng tải; 14- Bướm ga; 15- Cảm biến vị trí
bướm ga; 16- Lưu lượng kế khơng khí; 17- Cảm
biến nhiệt độ khí nạp; 18- Cảm biến lambda; 19Cơng tắc nhiệt khởi động; 20- Cảm biến nhiệt độ
động cơ; 21- Thiết bị bổ sung khơng khí khi chạy
ấm máy; 22- Vít điều chỉnh hỗn hợp khi chạy
không tải; 23- Cảm biến vị trí trục khuỷu; 24Cảm biến tốc độ động cơ; 25- Ắc quy; 26 -Cơng
tắc khởi động; 27- Rơle chính; 28- Rơle bơm
xăng

Nguyên lý hoạt động:
Khi động cơ làm việc, xăng từ bình chứa (1) được bơm xăng điện (2) hút qua bộ lọc xăng (3)
rồi theo đường ống dẫn xăng đến dàn phân phối xăng (4) tại đây xăng được phân phối tới các
vòi phun, ở đầu cuối dàn phân phối có lắp thơng với bộ điều chỉnh áp suất xăng (5) để ổn
định áp suất xăng trong dàn ống phân phối. Tất cả các thông tin nhận được từ các bộ cảm
biến sẽ được ECU tiếp nhận và xử lý.
Sau khi xử lý thông tin nhận từ các cảm bíên thì ECU sẽ ra lệnh cho vịi phun phun xăng ra
đúng thời điểm và đúng lượng cần thiết. Xăng được phun có kích thước rất nhỏ (cỡ 100 m),
các hạt nhiên liệu này sẽ hố hơi ngay và hồ trộn với khơng khí tạo thành hỗn hợp cháy.
Hỗn hợp cháy được hút vào xylanh động cơ theo trình tự làm việc của động cơ. Khi bugi
đánh lửa thì hỗn hợp cháy sẽ bốc cháy và sinh cơng. Khí thải sẽ qua xupáp xả và theo đường
ống xả ra ngoài.

Ưu ,nhược điểm của hệ thống phun xăng điện tử EFI
+ Ưu điểm: - Giảm tiêu hao nhiên liệu động cơ
Các hệ thống phun xăng điện tử cho phép định lưọng nhiên liệu chính xác, phù hợp với
điều kiện làm việc của động cơ. Có tính đến các yếu tố vận hành như: mơi trường, tình trạng
kỹ thuật và các u cầu khác như mức độ độc hại của khí thải.
Việc phân bố xăng vào gần xupap nạp cho phép phân bố tốt hỗn hợp cháy cho từng
xylanh và tránh được các vấn đề gặp phải của bộ chế hồ khí, nhất là hiện tượng hơi xăng
đọng trên đường ống nạp và tình trạng hỗn hợp cháy khơng đồng nhất.


6

- Tăng hiệu quả sử dụng dung tích xylanh
Ở hệ thống phun xăng điện tử, sức cản khí trên đường nạp được giảm bớt do khơng có
bộ chế hồ khí, kết cấu đường nạp có thể được tối ưu hố để nạp đấy cho xylanh động cơ
trong mọi chế độ vận hành.
Việc tăng áp cho động cơ xăng sử dụng hệ thống phun xăng điện tử dễ dàng và thuận
lợi hơn.
- Động cơ nhạy cảm với điều kiện và làm việc tốt hơn ở các chế độ ổn định
Hiệu quả gia tốc tức thời do xăng được phun ngay gần xupap nạp.
Rút ngắn và tối ưu hố các q trình khởi động và chạy ấm máy nhờ vào việc trang bị
vòi phun khởi động lạnh.
Cải thiện sự làm việc của động cơ ở chế độ khơng tải.
Các q trình điều khiển bằng điện –điện tử có qn tính rất nhỏ.
- Giảm lượng độc tố trong khí thải
Do xăng được phun ra dưới dạng sương (đường kính cỡ 100µm ) nên hỗn hợp cháy
được chuẩn bị tốt, thành phần hỗn hợp cháy phân bố đều trong xylanh nên quá trình cháy tốt.
Việc sử dụng mạch hiệu chỉnh khép kín Lambda kết hợp với bộ xúc tác ba chức năng
cho phép đạt được hỗn hợp chuẩn ở các chế độ mong muốn của động cơ và giảm đến mức
thấp nhất các thành phần độc hại trong khí thải.

- Hoạt động tốt trong mọi điều kiện địa hình và thời tiết
- Thích ứng với các chế độ tải trọng khác nhau
Hệ thống phun xăng điện tử có thể đáp ứng khả năng cung cấp nhiên liệu cho động cơ
ở tất cả các chế độ và tải trọng thay đổi khác nhau của ô tô. Bộ xử lý và điều khiển trung tâm
ECU chỉ huy vòi phun xăng phun vào xylanh trong thời gian cực nhanh tính bằng phần ngàn
giây.
+Nhược điểm:
- Cấu tạo phức tạp, độ nhạy cảm cao, yêu cầu khắt khe về chất lượng nhiên liệu và
khơng khí, sửa chữa và bảo dưỡng địi hỏi phải có trình độ chun mơn cao.
- Giá thành cao