Nồng độ hỗn hợp trong động cơ xăng và hệ thống phun xăng điện tử

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp
LỜI CẢM ƠN

Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới thầy
giáo Trần Văn Giảng, người đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ em trong suốt quá
trình thực hiện và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Nhân dịp này cho phép em được cảm ơn Ban Giám Hiệu, Ban Chủ Nhiệm
khoa Vật Lí, các thầy cô trong khoa Vật Lí trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 đã
tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa luận này.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã luôn động viên,
tạo điều kiện giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình thực hiện và hoàn thiện khóa
luận tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 5 năm 2011
Sinh viên

Đàm Thị Kim Ngân

§µm ThÞ Kim Ng©n

1

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là: Đàm Thị Kim Ngân
Sinh viên lớp K33D - Khoa Vật Lí
Xin cam kết đề tài: “Nồng độ hỗn hợp trong động cơ xăng và hệ thống phun
xăng điện tử”.
1. Đây là đề tài do bản thân tôi nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của thầy giáo
Trần Văn Giảng khoa Vật Lí trường Đại học sư phạm Hà Nội 2.
2. Đề tài không hề sao chép từ một tài liệu sẵn có nào.
3. Kết quả nghiên cứu không trùng khớp các tác giả khác.

Hà Nội, tháng 5 năm 2011
Sinh viên

Đàm Thị Kim Ngân

§µm ThÞ Kim Ng©n

2

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN

Phần 1: Mở đầu ...........................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài.....................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu ...............................................................................2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ..............................................................................2
4. Đối tượng - phạm vi nghiên cứu ..............................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................3
6. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................4
7. Kết cấu luận văn......................................................................................4
Phần 2: Nội dung.........................................................................................5
Chương 1: Xăng và chỉ số Octan................................................................5
1.1. Xăng ....................................................................................................5
1.1.1. Thành phần chính của xăng ............................................................5
1.1.2. Tính chất của xăng..........................................................................6
1.2. Chỉ số Octan........................................................................................6
1.2.1. Lịch sử ra đời chỉ số Octan .............................................................6
1.2.2. Nguyên nhân sự kích nổ .................................................................7
1.2.3. Lựa chọn chỉ số Octan phù hợp ......................................................8
Chương 2: Nồng độ hỗn hợp trong động cơ xăng ...................................11
2.1. Nồng độ hỗn hợp...............................................................................11
2.1.1. Hệ số dư lượng không khí và ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí ...... 11
2.1.2. Thành phần khí hỗn hợp ...............................................................14
2.2. Hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí ........................................16
2.2.1. Nhiệm vụ của bộ chế hòa khí........................................................16
2.2.2. Cấu tạo .........................................................................................16

§µm ThÞ Kim Ng©n

3

K33D – SP KÜ ThuËt

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

2.2.3. Nguyên lí làm việc........................................................................17
2.2.4. Một số nhược điểm của bộ chế hòa khí.........................................18
Chương 3: Hệ thống phun xăng điện tử...................................................21
3.1. Khái quát về hệ thống phun xăng điện tử .......................................21
3.1.1. Sơ đồ khối của hệ thống phun xăng điện tử ..................................21
3.1.2. Phân loại.......................................................................................22
3.1.3. So sánh động cơ phun xăng với động cơ dùng bộ chế hòa khí ......23
3.1.4. Đặc điểm tạo hỗn hợp khí cháy bằng phun xăng điện tử ...............26
3.1.5. Nguyên lí điều chỉnh tỉ lệ của hỗn hợp khí cháy và định lượng nhiên
liệu trong hệ thống phun xăng điện tử .........................................................28
3.2. Một số thành phần của hệ thống phun xăng điện tử ......................31
3.2.1. Bơm xăng điện .............................................................................31
3.2.2. Bộ điều chỉnh áp suất....................................................................33
3.2.3. Vòi phun xăng ..............................................................................34
3.2.3.1. Vòi phun điện từ trong hệ thống phun xăng nhiều điểm..........34
3.2.3.2. Vòi phun điện từ trong hệ thống phun xăng một điểm MonoJetronic........................................................................................................35
3.2.3.3. Vòi phun cơ khí trong hệ thống phun xăng cơ khí K- Jetronic 36
3.2.3.4. Vòi phun khởi động lạnh và công tắc nhiệt .............................36
3.2.4. Các cảm biến ................................................................................38
3.2.4.1. Cảm biến lưu lượng khí nạp....................................................38
3.2.4.2. Cảm biến vị trí bướm ga .........................................................41
3.2.4.3. Cảm biến áp suất đường ống nạp ............................................42
3.2.4.4. Cảm biến vị trí trục khuỷu, trục cam.......................................43
3.2.4.5. Cảm biến kích nổ....................................................................45

Phần 3: Kết luận........................................................................................47
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................48

§µm ThÞ Kim Ng©n

4

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp
PHẦN 1: MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Bên cạnh sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật, ngành động cơ
đốt trong cũng có những bước tiến đáng kể. Với chiếc động cơ 2 kì đầu tiên
chạy bằng khí thiên nhiên do Jean Etienne Lenoir chế tạo năm 1860, đã đánh
dấu mốc lịch sử phát triển của ngành chế tạo động cơ đốt trong. Tiếp sau đó là
sự ra đời của động cơ 4 kì, động cơ xăng, động cơ diezen… Với hiệu suất, công
suất, số lượng ngày càng tăng. Đồng thời trọng lượng, kích thước, tính kĩ thuật
và an toàn ngày càng được nâng cao. Do những cải tiến kĩ thuật mà động cơ đốt
trong ngày càng hoàn hảo.
Sự ra đời và phát triển của động cơ đốt trong, tạo điều kiện cho sự ra đời và
phát triển của các ngành công nghệ chế tạo ôtô, giao thông vận tải, công nghệ
hóa chất… Hiện nay khoảng 80% tổng năng lượng trên toàn thế giới là năng
lượng của động cơ nhiệt. Tuy nhiên, vấn đề ứng dụng động cơ đốt trong lại gặp
nhiều khó khăn. Khó khăn trở ngại lớn nhất là vấn đề ô nhiễm môi trường và
tính kinh tế khi sử dụng. Việc ứng dụng sự ra đời của bộ chế hòa khí là bước

thành công mới góp phần cải thiện tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường.
Thành tựu này được sử dụng trong một thời gian dài. Tuy vậy bộ chế hòa khí
còn nhiều tồn tại và nhược điểm.
Do đó vấn đề đặt ra, đòi hỏi các nhà thiết kế động cơ đốt trong phải chế tạo
ra những động cơ có tính kinh tế cao và giảm ô nhiễm môi trường. Chính vì vậy
sự ra đời của hệ thống phun xăng điện tử đã đánh dấu mốc phát triển mới của
ngành công nghệ chế tạo động cơ đốt trong. Một trong những ưu điểm nổi bật
của hệ thống phun xăng điện tử là tạo được nồng độ hỗn hợp nhiên liệu tối ưu
nhất với từng chế độ hoạt động của động cơ nên hệ thống phun xăng điện tử đã
áp dụng được tính kinh tế cao, giảm ô nhiễm môi trường và thay thế hoàn toàn

§µm ThÞ Kim Ng©n

5

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

bộ chế hòa khí. Tuy vậy, ở Việt Nam đây là lĩnh vực mới. Là sinh viên sư phạm
kĩ thuật tôi muốn đi sâu tìm hiểu kiến thức về động cơ đốt trong, đồng thời để
góp phần vào việc phát triển ngành động cơ đốt trong và bảo vệ môi trường. Vì
vậy tôi đã chọn đề tài cho luận văn của mình là: “Nồng độ hỗn hợp trong động
cơ xăng và hệ thống phun xăng điện tử”.
2. Mục đích nghiên cứu
- Tìm hiểu về xăng và chỉ số Octan.
- Tìm hiểu nồng độ hỗn hợp nhiên liệu ảnh hưởng đến quá trình cháy và

công suất của động cơ.
- Nhược điểm của bộ chế hòa khí.
- Tìm hiểu thành phần cấu tạo, ưu nhược điểm của hệ thống phun xăng điện
tử.
- Tìm hiểu tại sao hệ thống phun xăng điện tử lại có tính kinh tế cao và
giảm ô nhiễm môi trường.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Khái quát tìm hiểu về xăng và chỉ số Octan.
- Nghiên cứu nồng độ hỗn hợp nhiên liệu ảnh hưởng đến quá trình cháy và
công suất của động cơ.
- Phân tích được nhược điểm của bộ chế hòa khí.
- Nghiên cứu được các thành phần cấu tạo, quy trình, giải pháp kĩ thuật tạo
nên tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường của hệ thống phun xăng điện tử.
- Đánh giá kết quả thảo luận chuyên môn.
4. Đối tượng - phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu:
+ Thành phần, tính chất, chỉ số Octan của xăng.
+ Thành phần khí hỗn hợp, hệ số dư lượng không khí ảnh hưởng đến quá
trình cháy và hiệu suất động cơ.

§µm ThÞ Kim Ng©n

6

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

+ Nhược điểm của bộ chế hòa khí.
+ Thành phần cấu tạo, ưu nhược điểm tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi
trường của hệ thống phun xăng điện tử.
- Phạm vi nghiên cứu:
+ Do thời gian có hạn nên phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ dừng lại ở
việc tìm hiểu thành phần cấu tạo, tính kinh tế và giảm ô nhiễm môi trường của
hệ thống phun xăng điện tử.
+ Nhược điểm của bộ chế hòa khí.
+ Lí thuyết về xăng, nồng độ hỗn hợp trong động cơ xăng.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ngành động cơ đốt trong đóng vai trò rất lớn trong nền kinh tế quốc dân.
Hiện nay là thế kỉ của khoa học, thông tin, kĩ thuật hiện đại. Cùng với sự phát
triển của toàn cầu, đất nước Việt Nam cũng đang sánh vai với các nước phát
triển thực hiện công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Hiện nay động cơ đốt trong là nguồn động lực chiếm khoảng 80% tổng
năng lượng sử dụng hàng năm của thế giới. Động cơ đốt trong được sử dụng
rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân: Công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận
tải, xây dựng, quốc phòng…Tuy vậy, khí thải của động cơ đốt trong là nguồn
chủ yếu gây ô nhiễm môi trường. Mặt khác việc nâng cao tính kinh tế và hiệu
quả của việc sử dụng động cơ đốt trong còn gặp nhiều khó khăn. Do vậy để đảm
bảo tính phát triển bền vững, cần phải nâng cao tính kinh tế và giảm ô nhiễm
môi trường. Đây là vấn đề được các nhà khoa học kinh tế đặc biệt quan tâm,
nghiên cứu, khắc phục và cải tiến công nghệ trong lĩnh vực này. Sự ra đời của
hệ thống phun xăng điện tử đã đáp ứng và giải quyết được hai vấn đề trên. Hệ
thống phun xăng điện tử với nhiều ưu điểm vượt trội đã thay thế hoàn toàn bộ
chế hòa khí tồn tại trong nhiều năm. Do vậy cần nghiên cứu, phát triển mở rộng

§µm ThÞ Kim Ng©n

7

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

cải tiến công nghệ trong lĩnh vực này, nhằm đáp ứng sự nghiệp công nghiệp hóa,
hiện đại hóa đất nước.

6. Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu lí thuyết, nghiên cứu các tài liệu tham khảo, thu thập các báo
cáo khoa học tại các hội nghị khoa học.
- Tiến hành tìm hiểu thực tế.
7. Kết cấu luận văn
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận chung, phần mục lục
Đề tài được trình bày trong 3 chương:
- Chương 1: Xăng và chỉ số Octan.
- Chương 2: Nồng độ hỗn hợp trong động cơ xăng
- Chương 3: Hệ thống phun xăng điện tử.

§µm ThÞ Kim Ng©n

8

K33D – SP KÜ ThuËt

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

PHẦN 2: NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: XĂNG VÀ CHỈ SỐ OCTAN
1.1. Xăng
1.1.1. Thành phần chính của xăng
Xăng là sản phẩm được chưng cất từ dầu mỏ, trong thành phần xăng có
85% C, 15% H.
Xăng là hỗn hợp của nhiều cacbuahidro, là loại nhiên liệu nhẹ:
 = 0,650,8 g/cm3 dễ bay hơi và tính chất tự cháy kém. Thành phần chính của
xăng gồm cacbuahidro no nhưng có dạng mạch nhánh và cacbuahidro thơm
nhân benzen, là các kết cấu rất bền vững.
Ví dụ: Iso octan C8H18 và Metyl benzen C6H5CH3.

H

H

CH3

H

CH3 H

C

C

C

C

H

C

H

CH3 H H
H
Iso octan C8H18
H

H

C

H

H

C

C

H

C

C

C

H

C
H
H
MetylBenzen C6H5CH3

§µm ThÞ Kim Ng©n

9

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

Hình 1. Sơ đồ cấu tạo phân tử
1.1.2. Tính chất của xăng
- Trị nhiệt của xăng cỡ 10.000  11.000 Kcal/kg (giá trị nhiệt của xăng).
- Tính bay hơi của xăng phụ thuộc vào nhiệt độ:
Nhiệt độ thấp, bay hơi chậm.
Nhiệt độ cao bay hơi nhanh.
- Tỉ trọng của xăng nhẹ hơn nước  0,75 kg/1lít.

1.2. Chỉ số Octan
1.2.1. Lịch sử ra đời chỉ số Octan
Những năm cuối thế kỉ 19 đầu thế kỉ 20 lịch sử của động cơ đốt trong bước
sang một trang mới:
- Năm 1885 Gottlieb Wilhelm Daimler (nhà thiết kế động cơ người Đức)
thử nghiệm thành công loại xe hai bánh chạy bằng động cơ đốt trong một xilanh.
- Năm 1886 Carl Freidrich Benz nhận được bằng sáng chế về phát minh:
“Vận chuyển bằng động cơ dùng xăng”.
- Năm 1903 hãng xe nổi tiếng Ford Motor Company ra đời do Henry Ford
thành lập.
Với sự cạnh tranh gay gắt về công nghệ. Các hãng xe thường xuyên nâng
cấp thêm nhiều tính năng mới (hệ thống làm lạnh trong, hệ thống đánh lửa tự
động…), đặc biệt họ luôn tin tưởng sức mạnh của động cơ đốt trong có thể tăng
lên tùy ý. Vì theo lý thuyết nhiệt động học, tỉ số nén càng cao thì hiệu suất càng
gần đến cực đại.
- Năm 1912 họ phải khống chế tỉ số nén dưới một giá trị tới hạn cho phép.
Nguyên nhân là xuất hiện những tiếng nổ lốc cốc khi động cơ làm việc, nguy
hiểm hơn là động cơ bị phá hủy chỉ sau vài phút xuất hiện hiện tượng này.

§µm ThÞ Kim Ng©n

10

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

- Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng tiếng lốc cốc đó không xuất hiện
do đánh lửa sớm của hệ thống mà xuất hiện đúng thời điểm áp suất tăng một
cách mãnh liệt sau khi buzi đánh lửa.
Sau một thời gian nghiên cứu họ đã thừa nhận rằng, họ quên không nghiên
cứu một thành phần quan trọng ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của động cơ
đốt trong: Nhiên liệu dùng trong động cơ đốt trong tồn tại một tính chất đặc biệt
là nó sẽ tự cháy, tự kích nổ khi bị nén trong xilanh dưới áp suất cao trước cả khi
buzi đánh lửa.
- Năm 1927 từ những kết quả đó Graham Edgra đã đề nghị sử dụng 2
hidrocacbon để đánh giá mức độ kích nổ cho nhiên liệu: n-heptan và 2,4,4trimetyl pentan (gọi tắt là Iso-Octan).
Iso-Octan có chỉ số chống kích nổ cao còn n-heptan có khả năng chống kích nổ
rất kém.
Như vậy Octan là chỉ số chống kích nổ cho động cơ.
1.2.2. Nguyên nhân sự kích nổ
Hiện tượng kích nổ bắt nguồn từ việc sử dụng nhiên liệu có khả năng
chống kích nổ quá thấp, khiến cho hỗn hợp khí - nhiên liệu không được đốt cháy
một cách điều hòa để tạo nguồn năng lượng tối đa.
Kết quả thu được từ nghiên cứu của Thomas Midgley (1889 - 1944) và Sir
Harry Ricardo (1885 - 1974) đã chứng minh điều đó. Để đạt được năng lượng
tối đa từ hỗn hợp khí (nhiên liệu - không khí) nén trong buồng đốt cần phải được
đốt cháy một cách điều hòa. Bắt đầu từ khi buzi đánh lửa, bề mặt ngọn lửa lan
tỏa một cách đồng đều trong xilanh với tốc độ khoảng 20- 25 m/s và đốt cháy
hết hòa khí ở những vùng mà nó đi qua.
Quá trình cháy điều hòa sinh ra các bức xạ quang nhiệt đốt nóng vùng khí
chưa cháy phía trước và nếu nhiên liệu có khả năng chống kích nổ tốt hỗn hợp
không khí - nhiên liệu ở vùng này sẽ không bị cháy trước khi bề mặt lửa lan tới,

§µm ThÞ Kim Ng©n

11

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

chúng sẽ cháy một cách tuần tự cho đến khi toàn bộ khí trong xilanh cháy hết.
Bằng cách đó, nhiên liệu sẽ cung cấp một lực đẩy có năng lượng tối đa lên
piston.
Trong thực tế có hàng loạt các phản ứng tiền kích nổ diễn ra ở vùng khí
chưa cháy trong buồng đốt trước khi bề mặt lửa từ buzi ập đến. Các phản ứng
tiền cháy nổ đó tạo ra các phân tử hay gốc hóa học có khả năng tự bốc cháy bởi
các bức xạ quang nhiệt, với tốc độ cháy đạt khoảng 1500 - 2500m/s, nhanh gấp
hàng trăm lần tốc độ cháy bình thường.
Với tốc độ cháy như vậy chúng sẽ gây ra sự tăng đột ngột áp suất trong
xilanh, giá trị áp suất tức thời tại điểm xảy ra hiện tượng kích nổ mà máy ghi áp
lực ghi được là 160 atm, gấp nhiều lần so với áp suất vận hành ở chế độ cháy
bình thường. Nguyên nhân là do sự bù trừ áp suất của hai khối khí ngược chiều
nhau: Một sinh ra từ bề mặt lửa lan truyền từ buzi, một sinh ra từ các điểm tự
kích nổ.
Hiện tượng kích nổ làm tiêu hao năng lực, giảm sức mạnh của động cơ
do năng lượng nhiệt thu được không dùng để sinh công hữu ích. Áp suất sinh ra
từ các điểm tự cháy chủ yếu tạo ra các sóng hơi xung động va đập vào thành
xilanh, máy nổ rung giật làm nóng động cơ một cách bất thường. Đồng thời,
sóng nén sinh ra từ các vị trí kích nổ cộng hưởng với sóng nén chính tạo ra nút
giao thoa và những tiếng kêu “lốc cốc”.
1.2.3. Lựa chọn chỉ số Octan phù hợp
Chỉ số Octan là một trong những yếu tố quan trọng quyết định quá trình

vận hành của động cơ. Do đó lựa chọn giá trị Octan để động cơ “chạy” một cách
êm ả, khỏe khoắn và trường kì là yêu cầu hàng đầu.
Chỉ số Octan nằm ngoài danh mục bảo hành của nhà sản xuất và việc đáp
ứng yêu cầu kĩ thuật của nhiên liệu hoàn toàn phụ thuộc vào người sử dụng. Đầu
tiên, để lựa chọn được loại xăng phù hợp bạn cần phải biết kiểu động cơ mà bạn

§µm ThÞ Kim Ng©n

12

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

đang sử dụng. Có rất nhiều hãng xe hơi và xe gắn máy, mỗi xe đều có những cải
tiến, thiết kế riêng cho động cơ của mình. Có thể phân thành hai nhóm chính:
Được trang bị và không được trang bị.
Các loại xe không được trang bị hệ thống điều hành tự động thường là xe
gắn máy và ôtô đời cũ, chúng có đặc điểm chung là vẫn dùng bộ chế hòa khí để
tạo ra hỗn hợp xăng gió.
Trong khi đó hầu hết các hãng xe hơi có mặt ở Việt Nam hiện nay đều
trang bị hệ thống điều hành tự động cho các sản phẩm của mình. Trên các dòng
xe này không gắn bộ chế hòa khí mà nhiên liệu được bơm thẳng vào xilanh
thông qua thiết bị bơm nhiên liệu tự động (EFI).
Đối với các loại xe không trang bị hệ thống điều hành tự động, việc lựa
chọn chỉ số Octan sẽ khó khăn hơn vì động cơ không thể tự điều chỉnh về điều
kiện vận hành tối ưu. Hơn nữa hiện tượng kích nổ phá hủy động cơ rất nhanh

nên người sử dụng các loại xe này phải dùng nhiên liệu chắc chắn không gây ra
hiện tượng kích nổ dưới những điều kiện vận hành mà họ thường xuyên gặp
phải.
Sau khi thử nghiệm với nhiều động cơ và nhiều loại xăng có chỉ số Octan
khác nhau, các nhà nghiên cứu đã đưa ra kết luận lựa chọn chỉ số Octan dựa trên
tỉ số nén của mỗi loại động cơ.
Sự tương quan giữa tỉ số nén với chỉ số Octan tối ưu và tuân theo quy luật
nhiệt động học, tăng tỉ số nén đồng thời cũng kéo theo sự tăng chỉ số Octan và
hiệu suất nhiệt động.
Với hai loại xăng bán trên thị trường hiện nay là Mogas 90 và Mogas 92,
các xe gắn máy có tỉ só nén 7: 1 đến 8: 1 đều có thể hoạt động một cách trơn tru,
nếu đảm bảo được các thông số kĩ thuật khác như: tình trạng sạch sẽ của động
cơ, vị trí chốt lửa và thông số quán tính vận hành Run-on (Run-on là thuật ngữ

§µm ThÞ Kim Ng©n

13

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

dùng để chỉ xu hướng tiếp tục hoạt động của động cơ khi ngắt nguồn điện buzi,
nếu quán tính này lớn, động cơ càng dễ bị kích nổ).
Trong trường hợp sử dụng loại xăng có chỉ số Octan khác loại đang dùng,
hệ thống sẽ lập tức đưa động cơ về trạng thái hoạt động tối ưu nhất đối với loại
xăng đó bằng cách thay đổi thông số dòng nhiên liệu, dòng không khí để điều

chỉnh hỗn hợp xăng gió, ra lệnh cho buzi đánh lửa sớm hay muộn.
Nếu nhiên liệu sử dụng có chỉ số Octan đúng như yêu cầu, động cơ sẽ vận
hành trơn tru ở điều kiện tối ưu. Vì thế nhiên liệu có chỉ số Octan cao hơn cũng
không ảnh hưởng đáng kể nào đến hoạt động của chúng.
Nếu nhiên liệu có chỉ số Octan thấp hơn chỉ số Octan tối ưu không đáng kể
thì việc sử dụng nhiên liệu có chỉ số Octan cao hơn sẽ làm cho hệ thống tự động
chuyển về điều kiện vận hành tối ưu, lúc đó động cơ khỏe hơn.
Nên thay đổi chỉ số Octan ở các mùa khác nhau (chọn loại xăng có chỉ số
Octan thấp hơn về mùa đông), để tiết kiệm tiền và không làm giảm sức mạnh
của động cơ.

§µm ThÞ Kim Ng©n

14

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

CHƯƠNG 2: NỒNG ĐỘ HỖN HỢP TRONG ĐỘNG CƠ XĂNG

2.1. Nồng độ hỗn hợp
2.1.1. Hệ số dư lượng không khí và ảnh hưởng của hệ số dư lượng không
khí
 Hệ số dư lượng không khí
Thành phần chủ yếu của hỗn hợp bao gồm các nguyên tố oxi, hidro,
cacbon.

Nếu gọi thành phần khối lượng của các nguyên tố trên lần lượt là O, C, H.
Ta có:
H+O+C=1
Nhiên liệu sẽ cháy và tỏa nhiệt theo phương trình sau:
C + O2 = CO2
2H2 + O2 = 2H2O
Do đó ta có phương trình cân bằng khối lượng của các phản ứng sau:
12 kg C +32 kg O2 = 44 kg CO2

(1)

4 kg H2 + 32 kg O2 = 36 kg H2O (2)
Hai phương trình (1), (2) viết cho C kg cacbon và H kg hidro có dạng:
8
11
C kg Cacbon + C kg Oxi = C kg Cacbonic
3
3

(3)

H kg Hidro + 8H kg Oxi = 9H kg Nước

(4)

8
Như vậy lượng oxi cần thiết cho hai phản ứng (3) và (4) là: C + 8H
3
Trong 1 kg nhiên liệu có sẵn O kg oxi. Vì vậy lượng oxi cần thiết trong
không khí (Oct) để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu là:

8
Oct = C + 8H  O
3

§µm ThÞ Kim Ng©n

15

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

Ta đã biết thành phần khối lượng oxi trong không khí là 0,23 còn thành
phần thể tích là 0,21. Do đó ta có thể xác định được lượng không khí cần thiết
để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu (Lo) là:
Lo =

1 8
( C + 8H  O)
0,23 3

(Kg/Kg nhiên liệu)

Thực tế, bằng thực nghiệm có thể xác định được lượng không khí thực
sự nạp vào động cơ tính cho 1 kg nhiên liệu là L. Tỉ số  =

L

gọi là hệ số dư
Lo

lượng không khí. Hệ số dư lượng không khí đặc trưng cho mức độ đậm nhạt của
hỗn hợp.
 Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí
Hệ số dư lượng chỉ rõ mức độ sai biệt giữa tỉ lệ xăng không khí cung cấp
thực tế cho động cơ so với tỉ lệ hỗn hợp lí tưởng. Hệ số dư lượng không khí ảnh
hưởng tới công suất P và tiêu hao nhiên liệu be.

Hình 2. Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí  đối với công suất động cơ P
và đối với suất tiêu hao nhiên liệu be.
Qua đồ thị ta thấy:

§µm ThÞ Kim Ng©n

16

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

 = 1 lượng không khí nạp bằng lượng không khí yêu cầu lí tưởng.
 < 1 thiếu không khí nạp, hay khí hỗn hợp giàu xăng,  trong khoảng 0,85
 0,95, công suất động cơ tăng, hiệu suất động cơ giảm.
 > 1 dư lượng không khí nạp hay khí hỗn hợp nghèo xăng,  trong khoảng
1,05  1,3, công suất động cơ giảm đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu cũng

giảm.
 > 1,3 hỗn hợp quá nghèo xăng không thể cháy được.
 = 0,85  0,95 hỗn hợp cháy tốt, phát huy công suất tối đa. Lượng không
khí thiếu so với lí tưởng khoảng 5  15%.
 = 1,1  1,2 suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ tối đa, dư không khí khoảng 20%.
  1,0 hệ số dư lượng không khí này sẽ cho một tỉ lệ khí hỗn hợp lí tưởng
và cho phép động cơ vận hành ổn định ở chế độ chạy cầm chừng.
 = 0,85  0,75 thiếu khoảng 15  25% không khí. Động cơ nổ chuyển tiếp
tốt, chuyển tiếp có nghĩa là thay đổi chế độ làm việc từ chế độ này sang chế độ
khác.
Ví dụ: Thay đổi từ chạy cầm chừng không tải sang có tải một phần. Hệ số
dư lượng không khí  ảnh hưởng tới thành phần hơi độc hại khí thải.

Hình 3. Ảnh hưởng của hệ số dư lượng không khí  đối với thành phần
độc hại trong khí thải.

§µm ThÞ Kim Ng©n

17

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

2.1.2. Thành phần khí hỗn hợp
 Quá trình cháy có thể được cháy kiệt và kịp thời hay không phụ thuộc
vào tốc độ lan truyền màng lửa. Nhân tố gây ảnh hưởng chính đến tốc độ lan

truyền màng lửa là thành phần hòa khí.
- Khí hỗn hợp đậm: Hỗn hợp được tạo thành theo tỉ lệ 1 kg xăng hòa lẫn 13
 15 kg không khí. Tốc độ lan màng lửa cao nhất, hỗn hợp cháy với vận tốc lớn,
áp suất và nhiệt độ cũng lớn nhất do đó công suất động cơ cao nhất.
- Khí hỗn hợp quá đậm: Hỗn hợp được tạo thành theo tỉ lệ 1kg xăng hòa
lẫn nhỏ hơn 13 kg không khí. Tốc độ lan màng lửa giảm làm công suất giảm.
Hỗn hợp gồm 1 kg xăng hòa trộn nhỏ hơn 5 kg không khí, do thiếu oxi
trầm trọng nên hòa khí không cháy được.
- Khí hỗn hợp nhạt: Hỗn hợp được tạo thành theo tỉ lệ 1 kg xăng hòa lẫn
với lớn hơn 15  17 kg không khí. Vì đủ oxi nhiên liệu cháy kiệt hơn nhưng tốc
độ lan màng lửa giảm, tốc độ cháy chậm nên công suất giảm.
- Khí hỗn hợp quá nhạt: Hỗn hợp được tạo thành theo tỉ lệ 1 kg xăng hòa
lẫn với lớn hơn 17 kg không khí, tốc độ lan truyền màng lửa càng giảm làm cho
tốc độ cháy rất chậm dẫn đến công suất giảm.
- Nếu hỗn hợp 1 kg xăng hòa trộn với lượng không khí lớn hơn 21 kg
không khí làm cho khoảng cách giữa các phân tử nhiên liệu quá lớn, khiến màng
lửa không thể lan trong hòa khí, động cơ hoạt động không ổn định thậm chí gây
bỏ lửa và chết máy.
Vậy tỉ lệ xăng - không khí cháy được là 1kg xăng hòa lẫn 5  21 kg không
khí. Tùy theo chế độ làm việc mà ta lựa chọn hỗn hợp cho phù hợp.
 Tỉ lệ không khí - nhiên liệu với điều kiện vận hành của xe

§µm ThÞ Kim Ng©n

18

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

Hình 4. Đường biểu diễn thành phần tỉ lệ khí hỗn hợp cung cấp cho
động cơ nhiều chế độ tải khác nhau.
- Khi khởi động: Khi khởi động thành phần của các ống nạp, các xilanh còn
lạnh nên nhiên liệu được phun vào dính lên các thành. Trong trường hợp này
hỗn hợp không khí nhiên liệu trong buồng đốt bị nhạt đi. Vì thế cần có hỗn hợp
không khí nhiên liệu đậm, khoảng 1 kg xăng hòa lẫn 9 kg không khí.
- Khi hâm nóng động cơ: Nhiệt độ của nước làm mát càng thấp, xăng càng
khó hóa hơi làm cho xăng bắt lửa kém. Vì thế cần hỗn hợp không khí nhiên liệu
đậm.
- Chế độ chạy cầm chừng: Tỉ lệ hỗn hợp là 1 kg xăng hòa lẫn 12 kg không
khí.
- Khi tăng tốc: Khi bàn đạp ga được ép xuống, sẽ xuất hiện sự trì hoãn
trong cung cấp nhiên liệu do thay đổi tải trọng, dẫn đến hỗn hợp nhiên liệu
nghèo đi. Vì vậy cần bổ sung một lượng nhiên liệu phun vào hỗn hợp.
- Khi chạy với tốc độ trung bình: Hỗn hợp nghèo xăng hơn vào khoảng 1
kg xăng hòa lẫn 15 kg không khí.

§µm ThÞ Kim Ng©n

19

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

- Khi chịu tải nặng: Cần công suất lớn, động cơ được cung cấp hỗn hợp hơi
giàu để giảm nhiệt độ đốt cháy và đảm bảo toàn bộ lượng không khí cung cấp sẽ
được sử dụng để đốt cháy.
- Khi giảm tốc: Không cần công suất lớn, nhiên liệu được cắt giảm một
phần để làm sạch khí xả.
 Tỉ lệ khí hỗn hợp lí tưởng.
Tỉ lệ khí hỗn hợp lí tưởng là

1
. Tỉ lệ này được gọi là lí tưởng vì lượng
14,7

oxi trong khí hỗn hợp này hoàn toàn thích ứng với lượng hidrocacbon trong
xăng, giúp cho quá trình cháy của khí hỗn hợp được hoàn hảo nhất. Tỉ lệ khí hỗn
hợp này sẽ xảy ra tình trạng nhiều xăng đối với tỉ lệ 1 kg xăng / 14 kg không
khí, cũng như dư thừa oxi đối với tỉ lệ 1 kg xăng / 16 kg không khí.
2.2. Hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí
2.2.1. Nhiệm vụ của bộ chế hòa khí
Bộ chế hòa khí (bình xăng con) có nhiệm vụ hòa trộn không khí và xăng
theo một tỉ lệ thích hợp và cung cấp hỗn hợp này cho động cơ.
2.2.2. Cấu tạo

Hình 5. Bộ chế hòa khí đơn giản

§µm ThÞ Kim Ng©n

20

K33D – SP KÜ ThuËt

Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

1. Vòi phun; 2. Họng khuếch tán; 3. Bướm ga; 4. Giclơ; 5. Phao;
6. Buồng phao; 7. Van kim; 8. ống dẫn xăng; 9. Lỗ thông khí; 10. Bướm gió.

Buồng phao (6) dùng để chứa xăng.
Phao (5) và van kim (7) để ổn định mức xăng trong buồng phao khi động
cơ làm việc.
Ziclơ (4) để điều chỉnh lượng xăng qua vòi phun (1).
Vòi phun (10) để phun xăng từ buồng phao (6) vào họng khuếch tán (2).
Lỗ thông khí (9) để đảm bảo áp suất trong buồng phao bằng áp suất bên
ngoài.
Họng khuếch tán (2) có tiết diện nhỏ nhằm tăng vận tốc dòng khí nạp, tạo
nên sự giảm áp suất khí tại họng.
Bướm ga (3) để điều chỉnh lượng hòa khí cấp vào xilanh động cơ.
2.2.3. Nguyên lí làm việc
Bộ chế hòa khí làm việc theo nguyên tắc hoàn toàn cơ học. Xăng được
phun vào buồng phao qua ống dẫn nhiên liệu vào. Khi khoang chứa đã nạp đầy
đến một mức độ nhất định, phao và van phao sẽ dâng lên đóng kín đường nạp
nhiên liệu vào. Trong quá trình nạp, pitton đi xuống, áp suất trong xilanh giảm,
không khí được hút vào xilanh sẽ đi qua họng khuếch tán.
Họng khuếch tán có tiết diện nhỏ nên dòng khí đi qua họng có vận tốc lớn
và áp suất giảm thấp hơn so với áp suất buồng phao.
Do tác dụng của độ chân không và sự chênh lệch áp suất, xăng trong buồng
phao được hút qua vòi phun và phun vào họng khuếch tán. Tại đây xăng bị dòng
khí xé tơi tạo thành các hạt xăng, các hạt xăng này bay hơi hòa trộn với không

khí tạo thành hòa khí đi vào xilanh.
Khi cần điều chỉnh lượng hỗn hợp đi vào động cơ phù hợp với từng chế độ
làm việc, cần thay đổi độ mở của bướm ga. Để đáp ứng một số chế độ cơ bản,

§µm ThÞ Kim Ng©n

21

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

bộ chế hòa khí đã cơ cấu thêm nhiều hệ thống phụ (không tải, tăng tốc, khởi
động…). Nhưng nó vẫn còn một số nhược điểm.

2.2.4. Một số nhược điểm của bộ chế hòa khí
Tuy đáp ứng được một số yêu cầu về chế độ làm việc của động cơ nhưng
vẫn tồn tại một số nhược điểm sau:
- Đối với động cơ dùng bộ chế hòa khí, khả năng thích ứng với các chế độ
làm việc không cao:
+ Khi khí hỗn hợp giàu xăng, do thiếu oxi, trong sản phẩm cháy sẽ có CO,
H2O, N2, CO2, và H2. Trong đó CO và H2 gây hại cho sức khỏe con người, gây ô
nhiễm môi trường xung quanh.
+ Khi khí hỗn hợp nghèo xăng sẽ thừa O2, trong sản phẩm cháy sẽ có CO2,
H2O thừa O2 và N2 ít gây hại cho người so với khí CO2 và H2.
- Đối với động cơ nhiều xilanh, dư lượng giữa các xilanh không đồng đều,
dẫn đến công tạo ra giữa các xilanh trong kì nổ không đều nhau gây ra tổn hao

nhiên liệu. Hỗn hợp của các xilanh càng xa bộ chế hòa khí càng giàu xăng.
Ví dụ: Xilanh số 1 và số 4 của động cơ 4 xilanh, các xilanh số 1 và số 6 của
động cơ 6 xilanh nhận được khí hỗn hợp giàu xăng nhất.
- Hệ số nạp của bộ chế hòa khí không cao vì có chỗ thắt ở họng khuếch tán
và tổn thất nhiệt độ sấy nóng đường ống nạp dẫn đến hiệu suất không cao.
- Trong hệ thống khởi động: Khi động cơ đã nổ dưới tác dụng của độ chân
không lớn sau bướm ga, van an toàn sẽ mở cung cấp thêm không khí tránh cho
hỗn hợp quá đậm, dẫn tới động cơ chết máy ngay sau khi nổ. Hiện tượng này
phụ thuộc vào sự đàn hồi của lò xo.

§µm ThÞ Kim Ng©n

22

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

- Trong hệ thống không tải: Khi động cơ chạy không tải hoặc ít tải, bướm
ga gần như đóng kín, lúc đó một lượng khí sót đáng kể còn lưu lại trong xilanh
làm cho tốc độ cháy của hỗn hợp cháy rất chậm và nạp không đầy.
- Đối với hệ thống tăng tốc: Trong quá trình mở đột ngột bướm ga lò xo bị
nén lại, khi kết thúc lò xo sẽ giãn ra từ từ, có tác dụng kéo dài quá trình phun
nhiên liệu thêm một thời gian nữa. Vì vậy có thể tránh được hiện tượng động cơ
rồ máy lên đột ngột, do hệ thống chưa kịp thời cung cấp nhiên liệu cho động cơ
nên hỗn hợp nhạt đi. Nhưng việc chế tạo lò xo giãn ra từ từ là rất khó và độ
chính xác sẽ không cao nên động cơ vẫn có thể bị rồ máy hoặc chết máy.

- Đối với hệ thống làm đậm: Do dẫn động bằng cơ khí nên ban đầu chỉ phụ
thuộc vào độ mở của bướm ga mà không phụ thuộc vào tốc độ vòng quay, do đó
ảnh hưởng tới đặc tính tải của động cơ ở chế độ này (hình 6).
+ Khi n lớn, công suất của động cơ tăng nhanh theo độ mở của bướm ga
nên làm đậm ở 80% là hợp lí (đường 2).
+ Khi n nhỏ, công suất của động cơ tăng chậm nên làm đậm ở 80% công
suất tăng rất ít (đường 1).

Hình 6. Đặc tính tải của động cơ khi làm đậm cơ khí.
1. Đặc tính tải ở chế độ tốc độ vòng quay n nhỏ
2. Đặc tính tải ở chế độ tốc độ vòng quay n lớn.

§µm ThÞ Kim Ng©n

23

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

- Khi động cơ làm việc ở độ cao càng lớn so với mực nước biển, mật độ
không khí càng giảm dẫn đến lượng khí nạp thực tế giảm đi và hỗn hợp ngày
càng đậm lên. Do lượng không khí nạp thực tế giảm nên công suất giảm đồng
thời làm tăng độc hại khí thải.
- Chế độ từ không tải đến tải nhỏ, hỗn hợp rất đậm do tỉ lệ khí sót trong hỗn
hợp lớn, nhiệt độ động cơ thấp nên điều kiện bay hơi, hòa trộn, hình thành hỗn
hợp và cháy kém.

+ Hỗn hợp rất giàu gây nên khí xả màu đen, khói mù.
+ Động cơ chết máy khi nó ấm lên.
+ Động cơ chết máy sau khi chạy tốc độ cao.
- Không đáp ứng kịp thời nhiên liệu trong quá trình tăng tốc động cơ do sử
dụng phương pháp cơ khí nên không tức thì.
- Hỗn hợp được hình thành từ họng khuếch tán nên khi hỗn hợp đi qua
đường ống nạp vào buồng cháy sẽ có một lượng xăng đọng bám trên đường ống
nạp. Vì vậy có thể ảnh hưởng đến chế độ hoạt động của động cơ sau đó.
- Động cơ không phát hết công suất do thành phần khí hỗn hợp quá nhạt
hoặc quá đậm. Thành phần khí hỗn hợp quá nhạt thường gây nổ trên đường ống
hút, vì hỗn hợp quá nhạt có tốc độ cháy chậm. Khi xupap mở khí hỗn hợp chưa
cháy hết trong xilanh và châm cháy trên đường ống hút.
- Bộ chế hòa khí dẫn động bằng cơ khí nên điều khiển không tức thì, xảy ra
mài mòn, cong vênh do đó điều khiển không chính xác. Mặt khác cần phải bôi
trơn, thay thế, kiểm tra thường xuyên.
- Hệ thống hay hỏng hóc: Rò xăng qua các khớp nối, lỗ giclơ bị cặn bẩn
dẫn đến tắc hệ thống điều chỉnh bằng cơ khí nên có nhiều sai lệch.
- Không khí đi vào động cơ có thể không qua bộ chế hòa khí mà đi qua các
khớp nối không kín khít của bộ chế hòa khí hoặc qua các mặt tiếp giáp không

§µm ThÞ Kim Ng©n

24

K33D – SP KÜ ThuËt


Tr­êng §HSP Hµ Néi 2

Khãa luËn tèt nghiÖp

kín giữa ống hút và nắp xilanh động cơ. Làm ảnh hưởng đến chế độ làm việc
của động cơ.
- Khi động cơ bị nghiêng, bộ chế hòa khí làm việc không tốt, có thể không
hoạt động.
Vậy để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao đối với quá trình hình thành khí
hỗn hợp, nhằm giảm suất tiêu hao nhiên liệu và độc hại khí thải cũng như cải
thiện chất lượng làm việc của động cơ ở mọi chế độ làm việc, người ta trang bị
hệ thống điều khiển bằng điện tử. Đó là hệ thống phun xăng điện tử.

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ
3.1. Khái quát về hệ thống phun xăng điện tử
Phun xăng điện tử được viết tắt là EFI (Electronic Fuel Injection). Hệ thống
này cung cấp hỗn hợp khí cho động cơ một cách hoàn hảo. Tùy theo chế độ làm
việc của động cơ EFI thay đổi tỉ lệ khí - nhiên liệu để luôn cung cấp cho động cơ
một hỗn hợp khí tối ưu. Cụ thể ở chế độ khởi động trong thời tiết lạnh giá, hỗn
hợp khí được cung cấp giàu xăng, sau khi động cơ đã được nhiệt độ vận hành
hỗn hợp khí sẽ nghèo xăng hơn. Ở chế độ cao tốc sẽ được cung cấp hỗn hợp khí
giàu xăng trở lại.
Cả hai hệ thống (bộ chế hòa khí hay EFI) đo lượng khí nạp mà thay đổi
theo góc mở của bướm ga và tốc độ động cơ đều cung cấp một tỉ lệ nhiên liệu và
không khí thích hợp đến các xilanh phụ thuộc vào lượng khí nạp.
Do kết cấu của chế hòa khí khá đơn giản, nó được sử dụng trên hầu hết các
động cơ xăng trước đây. Mặc dù vậy để đáp ứng được các nhu cầu hiện nay về
khí xả sạch hơn, tiêu hao nhiên liệu kinh tế, cải thiện khả năng làm việc, bộ chế
hòa khí ngày nay phải được lắp đặt các thiết bị hiệu chỉnh khác nhau làm cho nó
trở thành một hệ thống phức tạp hơn.
Do vậy hệ thống EFI được sử dụng thay thế cho bộ chế hòa khí, đảm bảo tỉ
lệ khí - nhiên liệu thích hợp cho động cơ làm việc, phun nhiên liệu điều khiển
điện tử theo các chế độ làm việc khác nhau.

§µm ThÞ Kim Ng©n

25

K33D – SP KÜ ThuËt