Khác biệt giữa chế hòa khí và phun xăng điện tử

CÁC PHƯƠNG PHÁP PHUN NHIÊN LIỆU
1.ĐỘNG CƠ XĂNG.
Phương pháp cung cấp nhiên liệu: sử dụng bộ chế hòa khí và phun xăng điện tử
Ưu điểm lớn nhất của phun xăng điện tử là tạo nên hòa khí có tỷ lệ lý tưởng ở tất
cả các xi-lanh. Tuy nhiên, do phức tạp nên mỗi khi hỏng hóc, hệ thống này cũng gây
nên nhiều vấn đề.
1.1.Bộ chế hòa khí (hay còn gọi là bình xăng con)
Được sử dụng trên cả xe máy và ôtô từ những năm đầu của ngành công nghiệp
này. Nhiệm vụ của nó là hòa trộn không khí và xăng cho động cơ. Không khí và nhiên
liệu sau khi đi qua chế hòa khí bị hút vào xi-lanh và thực hiện quy trình nén-nổ tại
đây. Chế hòa khí chỉ có ở các động cơ xăng, còn động cơ diesel phun nhiên liệu trực
tiếp vào buồng đốt.
Chế hòa khí hoạt động theo nguyên tắc: Không khí đi vào qua đường dẫn hẹp
(cửa phun) tạo thành chân không một phần. Do chênh lệch áp suất giữa cửa phun và
bình chứa nên nhiên liệu sẽ đi qua ống phun và hòa lẫn vào dòng không khí.

Hình 1. Hoạt động bộ chế hòa khí.


Một số xe sử dụng loại cửa phun cố định (Fixed Venturi-FV) trong khi số khác
lại dụng loại cửa biến thiên VV (Variable Venturi-VV). Ở loại cửa phun biến thiên,
kích thước của đường dẫn không khí thay đổi theo sự thay đổi để điều khiển lượng
nhiên liệu được phân phối.
Mục tiêu của tất cả các chế hòa khí là tạo nên một hòa khí có tỷ lệ khối lượng
tối ưu giữa không khí và nhiên liệu là 14,7:1. Với những hòa khí đạt tỷ lệ trên, nó sẽ
cháy hoàn toàn. Một hỗn hợp nào đó có tỷ lệ thấp hơn được gọi là "giàu" do có quá
nhiều nhiên liệu so với không khí. Ngược lại, hỗn hợp đó được coi là "nghèo".
Hỗn hợp giàu sẽ không cháy hết do thừa nhiên liệu và gây hao xăng. Trong khi
đó, hỗn hợp nghèo không sinh ra công tối đa, khiến động cơ làm việc yếu và thiếu ổn
định. Để thực hiện điều này, chế hòa khí phải kiểm soát được lượng không khí đi vào
động cơ và thông qua đó cung cấp một lượng nhiên liệu phù hợp. Tuy nhiên, điểm yếu

của các loại chế hòa khí là chỉ đáp ứng tỷ lệ lý tưởng ở khoảng vận hành nhất định
nên xe hoạt động không hiệu quả.
1.2. Phun xăng điện tử.
Xuất hiện sau kiểu phun nhiên liệu chế hòa khí khoảng 70 năm nhưng hệ thống
phun nhiên liệu điện tử EFI (Electronic Fuel Injection) nhanh chóng trở nên phổ biến
bởi nó khắc phục được điểm yếu nhất của chế hòa khí.


Hình 2. Kim phun của hệ thống phun nhiên liệu EFI.
Do vận hành tự động nên hệ thống EFI cần có các thông số để điều khiển kim
phun đóng mở trong khoảng thời gian sao cho lượng nhiên liệu vừa đủ để tạo nên hỗn
hợp lý tưởng. Các thông số cần thiết để EFI hoạt động ổn định là góc quay và tốc độ
trục khuỷu, lưu lượng khí nạp, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát, tỷ lệ hỗn hợp,
nồng độ oxy ở khí thải....Những số liệu này được thu thập từ các cảm biến đặt khắp
nơi trong động cơ.
Phân loại theo vị trí đặt kim phun, EFI được chia thành loại phun đa điểm MFI
(Multiport Fuel Injection) và phun xăng tập trung (kim phun đặt trước bướm ga). Ở
MFI, mỗi xi-lanh sẽ có một kim phun tức động cơ V6 sẽ có 6 kim phun và V8 sẽ có 8
kim. Không khí và nhiên liệu sẽ hòa trộn ngay tại xi-lanh. Trong khi đó, loại phun
xăng tập trung chỉ có một kim phun đặt trên ống nạp cho các xi-lanh.
Sự phổ biến của phun xăng điện tử EFI đã chứng tỏ ưu điểm lớn của nó. Khác
với chế hòa khí, EFI mà đặc biệt là loại đa điểm MFI có thể tạo nên những hòa khí có
tỷ lệ gần ngưỡng lý tưởng ở tất cả các xi-lanh, tùy theo điều kiện vận hành của chúng.
Điều này có nghĩa hòa khí ở các buồng đốt đều cháy hết, qua đó sinh công tối đa
trong khi lượng nhiên liệu tiêu thụ ở mức vừa đủ.

Hình 3. Hoạt động của kim phun xăng.
Ngoài ưu điểm trên, EFI có thể điều chỉnh lượng xăng theo từng chế độ vận
hành của động cơ. Chẳng hạn như khi khởi động, hòa khí cần giàu xăng để cháy, hệ

thống sẽ phun xăng nhiều hơn. Khi động cơ đã ổn định, máy tính điều khiển sao cho
nhiên liệu ở mức vừa đủ. Như vậy, xét trên phương diện sử dụng nhiên liệu, EFI rõ
ràng có nhiều ưu điểm hơn so với chế hòa khí.
Tuy nhiên, rắc rối của EFI bắt nguồn từ chính sự phức tạp của nó. Nếu xảy ra
hỏng hóc, người sử dụng chỉ còn cách mang xe vào garage, nhờ các kỹ thuật viên
dùng máy đọc lỗi để xác định nguyên nhân. Trong khi với chế hòa khí, một người thợ
bình thường cũng có thể chẩn đoán và khắc phục được. Ngoài ra, EFI sử dụng rất
nhiều cảm biến nên chỉ cần một chiếc bị hỏng, cả hệ thống sẽ bị ảnh hưởng, động cơ
làm việc ổn định.
Hỏng hóc thường xảy ra nhất với những loại xe sử dụng EFI ở Việt Nam là tắc
đầu kim phun. Nguyên nhân do chất lượng xăng ở nước ta chưa cao nên dễ tạo cặn
trên đầu kim, gây tắc khiến động cơ không khởi động hoặc chết máy.
Hiện nay, một vài hãng nhân cơ hội này giới thiệu những sản phẩm có khả năng
làm sạch đầu kim bằng cách pha vào xăng. Tuy nhiên, với những chất gây tác động
đến cả hệ thống cấp liệu, bạn không nên dùng ngay mà tham khảo thêm ở nhiều
nguồn. Cách tốt nhất là hãy sử dụng sản phẩm của những nhà sản xuất tên tuổi và có
đảm bảo từ hãng xe mà mình sử dụng.

2. ĐỘNG CƠ DIESEL.
2.1. Lịch sử phát triển.
Động cơ Diesel phát triển vào năm 1897 nhờ Rudolf Diesel hoạt động theo nguyên lý
Tự –cháy. Ở gần cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào buồng cháy động cơ để
hình thành hòa khí rồi tự bốc cháy. Đến năm 1927 Robert Bosch phát triển Bơm cao
áp (Bơm phun Bosch lắp cho động cơ diesel ôtô thương mại và ôtô khách vào năm
1936).
HTNL Diesel không ngừng được cải tiến, với các giải pháp kỹ thuật tối ưu làm giảm
mức độ phát sinh ô nhiễm và suất tiêu hao nhiên liệu. Các nhà động cơ Diesel đã đề ra

nhiều biện pháp khác nhau về kỹ thuật phun và tổ chức quá trình cháy nhằm giới hạn
các chất ô nhiễm.
Khí thải động cơ Diesel là một trong những thủ phạm gây nên ô nhiễm môi
trường. Động cơ diesel hiệu quả kinh tế hơn động cơ xăng, tuy nhiên nó vẫn còn
những hạn chế trong quá trình sử dụng như: Thải khói đen khá lớn khi tăng tốc, tiêu
hao nhiên liệu còn cao và tiếng ồn lớn… Ngày nay, hầu hết các nước tiên tiến trên thế
giới đã sử dụng hệ thống nhiên liệu (HTNL) Common Rail Diesel lắp cho các loại ô
tô. Hệ thống này đã giải quyết được các nhược điểm nêu trên.
Các biện pháp chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn
- Tăng tốc độ phun để làm giảm nồng độ bồ hóng do tăng tốc hòa trộn nhiên liệukhông khí.
- Tăng áp suất phun, đặc biệt là đối với động cơ phun trực tiếp.
- Điều chỉnh dạng quy luật phun theo khuynh hướng kết thúc nhanh quá trình phun để
làm giảm HC.
- Biện pháp hồi lưu một bộ phận khí xả (ERG: Exhaust Gas Recirculation).
Hiện nay, các nhược điểm của HTNL Diesel đã được khắc phục bằng cải tiến các bộ
phận như: Bơm cao áp, vòi phun, ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao, các ứng dụng
điều khiển tự động nhờ sự phát triển của công nghệ (năm 1986 Bosch đưa vào thị
trường việc điều khiển điện tử cho động cơ diesel ). Đó là HTNL Common Rail
Diesel.
2.2. Giới thiệu hệ thống Common Rail Diesel:
Trong động cơ Diesel hiện đại, áp suất phun được thực hiện cho mỗi vòi phun một
cách riêng lẽ, nhiên liệu áp suất cao được chứa trong hộp chứa (Rail) hay còn gọi là
“Ắcquy thủy lực”và được phân phối đến từng vòi phun theo yêu cầu. Lợi ích của vòi
phun Common Rail là làm giảm mức độ tiếng ồn, nhiên liệu được phun ra ở áp suất
rất cao nhờ kết hợp điều khiển điện tử, kiểm soát lượng phun, thời điểm phun. Do đó
làm hiệu suất động cơ và tính kinh tế nhiên liệu cao hơn.
So với hệ thống cũ dẫn động bằng cam, hệ thống Common Rail khá linh hoạt trong
việc đáp ứng thích nghi để điều khiển phun nhiên liệu cho động cơ diesel như:
- Phạm vi ứng dụng rộng rãi (cho xe du lịch, khách,tải nhẹ, tải nặng, xe lửa và tàu
thủy).

- Áp suất phun đạt đến 1500 bar.
- Thay đổi áp suất phun tùy theo chế độ hoạt động của động cơ.


- Có thể thay đổi thời điểm phun.
- Phun chia làm ba giai đoạn: Phun sơ khởi, phun chính và phun kết thúc.
2.2.1. Nguyên lý hoạt động:
Tương tự như HTNL diesel thông thường, trên hình 1 nhiên liệu được bơm cung cấp
đẩy đi từ thùng nhiên liệu trên đường ống thấp áp qua bầu lọc (3) đến Bơm cao áp (2),
từ đây nhiên liệu được bơm cao áp nén đẩy vào ống tích trữ nhiên liệu áp suất cao (7)
hay còn gọi ắc quy thủy lực- và được đưa đến vòi phun Common Rail (9) sẵn sàng để
phun vào xy lanh động cơ. Việc tạo áp suất và phun nhiên liệu hoàn toàn tách biệt với
nhau trong hệ thống Common Rail. Áp suất phun được tạo ra độc lập với tốc độ và
lượng nhiên liệu phun ra. Nhiên liệu được trữ với áp suất cao trong ắc quy thủy lực.
Lượng phun ra được quyết định bởi điều khiển bàn đạp ga, thời điểm phun cũng như
áp suất phun được tính toán bằng ECU dựa trên các biểu đồ dữ liệu đã lưu trên nó.
Sau đó ECU và EDU sẽ điều khiển các kim phun của các vòi phun tại mỗi xy lanh
động cơ để phun nhiên liệu nhờ thông tin từ các cảm biến (10) với áp suất phun có thể
đến 1500bar. Nhiên liệu thừa của vòi phun đi qua ắcquy thủy lực trở về bơm cao áp,
van điều khiển áp suất tại bơm mở để nó trở về thùng nhiên liệu (1). Trên ắcquy thủy
lực có gắn cảm biến áp suất và đầu cuối có bố trí van an toàn (8), nếu áp suất tích trữ
trong ắc quy thủy lực (7) lớn quá giới hạn van an toàn sẽ mở để nhiên liệu tháo về
thùng chứa (hình 4).


1. Thùng nhiên liệu; 2. Bơm cao áp Common rail; 3. Lọc nhiên liệu; 4. Đường cấp
nhiên liệu cao áp; 5. Đường nối cảm biến áp suất đến ECU ; 6. Cảm biến áp suất; 7.
Common Rail tích trữ &điều áp nhiên liệu (hay còn gọi ắcquy thuỷ lực) ; 8. Van an
toàn (giới hạn áp suất); 9. Vòi phun; 10. Các cảm biến nối đến ECU và Bộ điều khiển
thiết bị (EDU); 11.Đường về nhiên liệu (thấp áp) ; EDU: (Electronic Driver Unit) và

ECU : (Electronic Control Unit).
Với phương pháp này áp suất phun lên đến 1500 bar có thể thực hiện ở mọi thời điểm
ngay cả động cơ lúc thấp tốc. Trong hệ thống Common Rail quá trình phun được chia
thành các cách phun: Phun mồi (hay Phun sơ khởi- Pre-injection hoặc Pilotinjection), Phun chính (Main injection) và phun thứ cấp (Post-injection).
Một hệ thống Common Rail Diesel gồm có 4 thành phần căn bản :


Hình 2. Mạch áp suất thấp
- Bơm áp suất cao với van điều chỉnh áp suất và van đo lường.
- Các cảm biến ( tốc độ quay trục khuỷu, trục cam, bàn đạp ra, lưu lượng không khí
và nước làm mát, cảm biến áp suất Rail …)
- Các cơ cấu chấp hành (Vòi phun điều khiển bằng van solenoid, bộ tăng áp, bộ hồi
lưu khí xả, các đồng hồ đo áp suất…) hình 5.

- Bộ điều khiển điện tử (ECU, EDU) kiểm soát lượng phun chính xác, điều chỉnh áp
suất và giám sát các điều kiện hoạt động của động cơ.


Mạch dầu hồi:
Hình 4. Van điều khiển áp suất mở cho phép nhiên liệu về lại thùng chứa (mũi tên chỉ
cho thấy khi van mở nhiên liệu qua bơm cao áp về lại thùng chứa)

Hình 5. ECU, các cảm biến và cơ cấu chấp hành


2.2. Các chức năng của HTNL Common Rail Diesel.
Với Common Rail, người ta phải phân biệt giữa ba nhóm chức năng khác nhau:
+ Mạch áp suất thấp (hình 2).
+ Mạch áp suất cao (hình 3).
+ ECU và các cảm biến ( hình5).

Chức năng chính : Là điều khiển phun nhiên liệu đúng thời điểm, đúng lượng, đúng
áp suất phù hợp từng chế độ làm việc của động cơ.
Chức năng phụ: Là điều khiển vòng kín và vòng hở như điều khiển hệ thống hồi lưu
khí thải, tăng áp, ga tự động,… làm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và khí thải độc hại.
3. Đánh giá:
Qua phân tích trên ta có thể kết luận Hệ thống Common Rail Diesel có 5 ưu điểm sau:
· Tiêu hao nhiên liệu thấp.
· Phát thải ô nhiễm thấp.
· Động cơ làm việc êm dịu, giảm được tiếng ồn.
· Cải thiện tính năng động cơ.
· Thiết kế phù hợp để thay thế cho các động cơ Diesel đang sử dụng .
Động cơ Diesel thế hệ “cũ”, trong quá trình làm việc hệ thống cung cấp nhiên liệu tạo


ra tiếng ồn khá lớn. Khi khởi động và tăng tốc đột ngột lượng khói đen thải lớn.Vì vậy
làm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm cao. Ở HTNL Common Rail áp suất phun lên đến
1500 bar, có thể phun ở mọi thời điểm, mọi chế độ làm việc và ngay cả động cơ lúc
thấp tốc mà áp suất phun vẫn không thay đổi. Với áp suất cao, nhiên liệu được phun
càng tơi nên quá trình cháy càng sạch hơn.
Động cơ làm việc êm dịu là nhờ cải tiến Bơm cao áp (hình 6). Với kiểu bơm pittông
bố trí hình sao lệch nhau 120 độ. Hoạt động nhẹ nhàng, linh hoạt và năng suất cao,
giảm được tải trọng động trên động cơ.

Các giai đoạn phun sơ khởi làm giảm thời gian cháy trể và phun thứ cấp tạo cho quá
trình cháy hoàn thiện. Ngoài ra, hệ thống còn ứng dụng điều khiển điện tử cho động
cơ, lắp thêm bộ hồi lưu khí xả (EGR) và tăng áp góp phần cải thiện tính năng động
cơ. Trong đó phải kể đến vòi phun Common Rail, nó thực hiện phun và lưu ở áp suất
cao.
Vòi phun có van trợ lực điện từ. Nó là một thành phần chính xác cao, được chế tạo
chịu được độ kín khít cực cao. Các van, kim phun và cuộn điện từ được định vị trên

thân vòi phun. Dòng nhiên liệu từ giắc nối mạch áp suất cao đi qua van tiết lưu đi vào
buồng chứa van điều khiển. Có áp suất bên trong vòi phun bằng áp suất trong ắcquy
thủy lực, như vậy ta thấy rằng vòi phun được thiết kế làm việc ở áp suất rất cao do đó
các chi tiết lò xo, van bi, kim phun và van điện từ làm việc phải chính xác. (hình7).


Một ưu điểm nữa của HTNL Common Rail của hãng Bosch là trong quá trình thiết kế
nhằm mục đích có thể thay thế được cho HTNL Diesel cũ, tức việc bố trí các thành
phần và lắp đặt chúng trên động cơ phù hợp với các động cơ đang tồn tại.
Tuy nhiên, HTNL Common Rail còn các tồn tại là:
· Thiết kế và chế tạo phức tạp đòi hỏi có ngành công nghệ cao.
· Khó xác định và lắp đặt các chi tiết Common Rail trên động cơ cũ.
Kết luận:
Hệ thống Common Rail Diesel ra đời góp phần cải thiện nhiều cho tính năng động cơ
và tính kinh tế nhiên liệu mà lâu nay người sử dụng cũng như các nhà Bảo vệ Môi
trường mong đợi. Nó tạo nên hướng nghiên cứu mới cho các ngành Cơ khí Động lực,
Giao thông,… trong nước. Hiện nay, bạn đọc có thể tìm hiểu hệ thống này trên các
dòng xe như Transit, Sprinter,…