Khái quát về hệ thống nhiên liệu động cơ xăng

95
CHƯƠNG 4

KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG


I- CHỨC NĂNG, NHIỆM VỤ, YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG NHIÊN
LIỆU ĐỘNG CƠ XĂNG
1. Chức năng
Hệ thống nhiên liệu của động cơ xăng có chức năng là cung cấp hỗn hợp
nhiên liệu-không khí (hỗn hợp cháy) cho động cơ hoạt động với α nhất định.
2. Yêu cầu

2.1. Nhiên liệu phải được hoà trộn đồng đều với toàn bộ lượng khí có
trong buồng cháy (hỗn hợp cháy phải đồng nhất).
Hỗn hợp cháy được coi là đồng nhất khi nó có thành phần như nhau tại mọi
khu vực trong buồng cháy, để đạt được trạng thái này, nhiên liệu phải bốc hơi hoàn
toàn và hoà trộn đều với lượng không khí trong xylanh.
Mức độ đồng nhất của hỗn hợp cháy có ảnh hưởng tr
ực tiếp đến hiệu suất,
công suất, và hàm lượng các chất độc hại trong khí thải. Hỗn hợp cháy càng đồng
nhất thì lượng không khí thực tế cần thiết để đốt cháy hoàn toàn một đơn vị khối
lượng nhiên liệu sẽ càng nhỏ. Nếu hỗn hợp cháy không đồng nhất, sẽ có những khu
vực trong buồng đốt thiếu hoặc thừa oxy. Tại khu vực thiếu oxy, nhiên liệu cháy
không hoàn toàn sẽ làm hi
ệu suất nhiệt của động cơ và tăng hàm lượng các chất độc
hại trong khí thải. Việc thừa oxy quá mức cũng làm giảm hiệu suất của động cơ do
phải tiêu hao năng lượng cho việc sấy nóng, nạp và xả phần không khí dư quá mức,
đồng thời làm giảm hiệu quả sử dụng công tác xylanh.

Độ đồng nhất của hỗn hợp cháy được quyết định bởi các yế
u tố: tính chất vật
lý của nhiên liệu (tính hoá hơi, sức căng bề mặt, độ nhớt), nhiệt độ không khí và của
các bề mặt tiếp xúc với hỗn hợp cháy (vách đường nạp, đỉnh piston, thành xylanh),
chuyển động rối của khí trong đường ống nạp và trong xylanh...


96
Các biện pháp để nâng cao tính đồng nhất của hỗn hợp cháy thường được sử
dụng là :
- Sấy nóng đường ống nạp để xăng hoá hơi nhanh.
- Phun xăng thành những thành hạt có kích thước nhỏ.
- Tạo vận động rối của môi chất công tác trong đường ống nạp và xylanh
bằng cách thiết kết đường ống nạp, buồng cháy có kết cấu hợp lý.
2.2.Thành phần hỗn hợp cháy phải phù hợp v
ới các chế độ làm việc của
động cơ.
Trong lĩnh vực động cơ đốt trong, thành phần của hỗn hợp cháy thường được
đánh giá bằng một đại lượng có tên là hệ số dư lượng không khí, kí hiệu là λ.
Hệ số dư lượng không khí được định nghĩa là tỷ số giữa lượng không khí
thực tế đi vào buồng cháy (L) và lượng không khí lý thuyết cần thiết để
đốt cháy
hoàn toàn một đơn vị số lượng nhiên liệu (Lo).

Lo
L
=
λ

Về mặt lý thuyết, hệ số dư lượng không khí λ có thể biến động trong giới hạn

bốc cháy của khí hỗn hợp, giới hạn bốc cháy dưới là λ =1.3÷1.4 và giới hạn bốc
cháy trên là λ=0.4÷0.5.
- λ=1: Lượng không khí nạp bằng lượng không khí lý thuyết, hỗn hợp này
gọi là hỗn hợp lý thuyết hay hỗn hợp hoá định lượng.
-λ= 1.05 ÷1.1: Hỗn hợp cháy hơi nhạt, nhiên li
ệu bốc cháy gần hết, lượng
không khí dư ít, lúc đó hiệu suất η
i
đạt giá trị cực đại và tiêu hao nhiên liệu ge có
giá trị nhỏ nhất.
-λ > 1.1: Lượng không khí dư nhiều, tốc độ cháy giảm, quá trình cháy kéo
dài sang đường dãn nở làm cho công suất, hiệu suất giảm.
-λ =0.85÷0.9: Lượng không khí thiếu so với lượng không khí lý thuyết, tốc
độ cháy lớn, công suất động cơ đạt cực đại.


97
-λ < 0.85: Lượng không khí thiếu so với lượng không khí lý thuyết khoảng
15÷25%, nhiên liệu cháy không hết, công suất giảm, suất tiêu hao nhiên liệu tăng,
sinh nhiều muội than trong buồng cháy, khói đen…


2.3. Hỗn hợp cháy phải được phân bố đồng đều cho các xylanh của động
cơ nhiều xylanh.
Đối với động cơ nhiều xylanh, HHC được cung cấp cho từng xylanh phải
như nhau về phương diện số lượng và thành phần.
Sự phân b
ố không đồng đều HHC cho các xylanh sẽ dẫn đến những hậu quả
sau:
-Giảm công suất danh nghĩa và tăng suất tiêu hao nhiên liệu.

-Phụ tải cơ và phụ tải nhiệt không đồng đều giữa các xylanh.
-Có thể xuất hiện hiện tượng kích nổ ở một số xylanh do thành phần chưng
cất của nhiên liệu ở những xylanh đó có số octane nhỏ.
-Tăng hàm lượng các chất độc trong khí thả
i.
Các biện pháp thường được sử dụng nhằm hạn chế độ định lượng không
đồng đều ở động cơ xăng bao gồm:
-Kết cấu hệ thống nạp hợp lý.
-Sấy nóng đường ống nạp bằng nhiệt của khí thải để tăng cường sự bay hơi
của xăng trong đường ống nạp.
-Sử dụng hệ thống phun xăng nhiề
u điểm.
II- PHÂN LOẠI VÀ CẤU TẠO
1. Phân loại
Bảng 1-1. Phân loại tổng quát hệ thống nhiên liệu động cơ xăng.
Tiêu chí phân loại Phân loại
Phương pháp cấp
nhiên liệu vào động cơ
•Loại dùng bộ chế hòa khí
•Loại dùng vòi phun
Phương pháp cung
•Loại cưỡng bức


98
cấp nhiên liệu cho bộ chế
hoà khí
• Loại
tự chảy
Phân loại theo số

vòi phun sử dụng
• Hệ
thống phun xăng đơn điểm
• Hệ
thống phun xăng nhiều điểm
Phân loại theo
nguyên lý làm việc của bộ
chế hoà khí
• Loại
hút lên
• Loại
hút xuống
Phân loại theo cách
điều khiển phun xăng
• Hệ
thống phun xăng cơ khí
• Hệ
thống phun xăng cơ điện tử
• Hệ
thống phun xăng điện tử

1.1. Phân loại theo phương pháp cấp nhiên liệu vào động cơ
a/ Loại dùng bộ chế hoà khí: Trong hành trình nạp, không khí đi vào
xylanh qua một ống hút, có một đoạn bị thắt lại để áp suất khí ở đó giảm và xăng
được hút ra từ vòi (zíchlơ) của carburator do sự chênh lệch áp suất. Xăng được hút
ra dưới dng sương hoa trộn với không khí và đi vào buồng đốt.
Hình 1-1: Sơ đồ cấu tạo củ
a động cơ có cacbuarator.

99

1- Ống hút; 2- Ống khuếch tán; 3- Zíclơ; 4- Buồng phao; 5-Cửa gió(bướm
ga); 6- Bugi; 7-Xupap; 8- Pitông.
b/ Loại dùng vòi phun: Về mặt quá trình công tác mà nói động cơ phun xăng
và động cơ dùng cacbuarator không khác nhau lắm. Chúng chỉ khác nhau ở chỗ việc
hình thành hỗn hợp cháy. Động cơ phun xăng không dùng cacbuarator (nhiên liệu
được hút vào ống khuyếch tán) mà dùng bơm nhiên liệu vào động cơ.
Hình 1-2: Sơ đồ động cơ phun xăng.
1-Vòi phun; 2-Xupap; 3- Pistong.




1.2. Phân loại theo số vòi phun được sử dụng
a/ Loại phun xăng đơn điểm: Chỉ sử dụng một vòi phun duy nhất cho tất cả
các xylanh. Việc chuẩn bị hỗn hợp nhiên liệu - không khí được tiến hành ở một vị
trí tương tự như trường hợp bộ chế hoà khí. Xăng được phun vào đường nạp bên


100
trên cửa gió (bướm ga). Hỗn hợp được tạo thành trên đường nạp, hệ thống này khá
phổ biến trên động cơ của các loai xe công suất nhỏ, do cấu tạo tương đối đơn giản
và giá thành không cao.

Hình 1-3: Sơ đồ hệ thống phun xăng đơn điểm.
1-Vòi phun; 2- Không khí; 3- Bướm ga; 4- Ống hút tới các xylanh; 5- Ống hút
chung; 6- Nắp xylanh

b/ Loại phun xăng đa điểm: mỗi xylanh có một vòi phun bố trí gần xupap

hút. Kỹ thuật phun xăng nhiều điểm cung cấp tỷ lệ xăng – không khí tốt hơn so với
kiểu phun xăng một điểm. Bởi vì, trong kiểu phun xăng nhiều điểm, lượng xăng
phun ra cho các xylanh động cơ được thống nhất, có nghĩa là tỷ lệ cung cấp nhiên
liệu cho các xylanh hoàn toàn thống nhấ
t. Ưu điểm này giúp tiết kiệm nhiên liệu,
tăng hiệu suất động cơ và giảm hơi độc hại trong khí thải.

1.3.3. Phương pháp cấp nhiên liệu cho bộ chế hoà khí.
a/ Loại cưỡng bức: Trên ô tô thùng chứa xăng đặt thấp hơn bộ CHK. Xăng
được đưa lên bộ CHK nhờ bơm xăng. Áp suất trong hệ thống nhiên liệu do bơm
xăng tác động tuỳ thuộc vào sức m
ạnh của lò so màng bơm.


101

Hình 1.4: Tiếp vận nhiên liệu bằng bơm.
b/ Loại tự chảy: Thùng xăng đặt cao hơn bộ CHK. Xăng chảy xuống nhờ
trọng lực. Nắp xăng có lỗ thông hơi để luôn luôn có áp suất không khí trong thùng
xăng.

Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống tiếp vận nhiên liệu bằng trọng lực
1-Thùng xăng; 2-Nắp có lỗ thông hơi; 3-Ống dẫn; 4- Bộ CHK; 5- Van.

1.3.4. Phân loại theo nguyên lý làm việc của bộ chế hoà khí
a/ Loại hút ngược: Bộ chế hoà khí hút ngược. Dòng khí nạp phải được hút
ngược trở lên để nạp vào xylanh. (Hình 11a).
b/ Loại hút ngang: Họng bộ chế hoà khí đặt ngang mức buồng cháy. Hướng
đi của lu
ồng khí nạp thuận lợi hơn kiểu trên, giảm được chiều cao khoang động cơ.

(Hình 11b).


102
c/ Loại hút xuống: Được lắp ráp trên xylanh. Loại này có ưu điểm: Bố trí,
lắp ráp đơn giản, dòng nạp thuận tiện, có thể đặt ống thoát bên dưới ống nạp để sưởi
nóng làm bốc hơi tốt khí hỗn hợp.

Hình 1.6: Các kiểu bố trí vòi phun của carburator.
1.3.5. Phân loại theo cách điều khiển phun xăng
a/ Hệ thống phun xăng cơ khí:
Các đặc điểm kỹ thuật của hệ thống phun xăng này đó là: được điều khiển
hoàn toàn bằng cơ khí, điều chỉnh lưu lượng xăng phun ra do chính độ chân không
trong ống hút điều khiển, xăng được phun ra liên tục và được định lượng tuỳ
theo khố
i lượng không khí nạp.

Hình 1-7: Sơ đồ hệ thống phun xăng kiểu cơ khí.


103
1- Thùng chứa xăng; 2- Bơm xăng điện; 3- Bộ tích luỹ xăng; 4- Lọc xăng; 5- Cơ
cấu định lượng; 6- Van chênh áp; 7- Van trượt; 8- Khe định lượng; 9- Bộ phân phối;
10- Bộ điều áp áp suất xăng ban đầu; 11- Bộ tiết chế sưởi nóng động cơ; 12- Vòi
phun nhiên liệu; 13- Vòi phun khởi động lạnh; 14- Cơ cấu cung cấp không khí
phụ trội; 15- Công tắc nhiệt thời gian; 16- Ống góp hút ; 17- Vít chỉnh ralăngti; 18-
B
ướm ga; 19- Ống khuếch tán; 20- Mâm đo; 21- Bộ cảm biến không khí nạp.
-Nguyên lý hoạt động:
Bơm xăng điện (2) loại bi gạt, hút xăng từ bình chứa (1) bơm đến hệ thống

cung cấp nhiên liệu. Bầu tích lũy xăng (3) có công dụng:
+Duy trì áp suất nhiên liệu cố định trong thời gian sau khi tắt máy.
+Ngăn chặn tình trạng bốc hơi của xăng tạo thành bọt khí.
+Giúp động cơ khởi độ
ng dễ lúc nóng máy.
Bầu lọc xăng (4) làm tinh thiết xăng nhằm bảo vệ bộ phân phối và các vòi
phun xăng. Cơ cấu định lượng và phân phối nhiên liệu (5) là một tổng thành gồm bộ
cảm biến không khí nạp (21) và bộ phân phối xăng (9). Kết cấu bên trong bộ phân
phối xăng có các bộ phận sau đây:
+Bộ điều áp áp suất ban đầu (10). Mạch xăng ban đầu tính từ bơm xăng đế
n
khoang phía bên dưới bộ phân phối xăng, gọi là áp suất ban đầu. Bộ này có công
dụng duy trì cố định áp suất của mạch sơ cấp trong hệ thống.
+Van chênh áp (6) được thiết kế nhằm đảm bảo lưu lượng chảy của xăng đến
các vòi phun, nó chỉ lệ thuộc vào một yếu tố duy nhất đó là mức độ mở lớn, mở bé
các khe định lượng của van trượt (7).
+Khe
định lượng (8) trên xylanh có chức năng định lượng số xăng cần cung
cấp cho vòi phun. Động cơ có bao nhiêu xylanh thì quanh xylanh bộ phân phối có
bấy nhiêu khe định lượng. Xăng được tiết lưu định lượng xuyên qua khe định lượng
tuỳ thuộc vào tiết diện mở của khe mỗi khi van trượt (7) dịch lên, xuống.
Vòi phun khởi động lạnh (13) có công dụng phun thêm một lượng xăng vào
ống góp hút chung, nhờ vậy quá trình khởi động động cơ
lúc thời tiết giá lạnh được
thực hiện tốt.


104
Sau khi động cơ đã khởi động được, các vòi phun xăng (12) phun liên tục
vào cửa nạp số xăng đã được định lượng chính xác.

Thiết bị cung cấp không khí phụ trội(14) được điều khiển bằng tấm lưỡng
kim được nung nóng nhờ điện trở. Sau khi khởi động, trong thời gian cho động cơ
nóng máy, đạt đến nhiệt độ vận hành, thiết bị mở mạch thông gió phụ
để cung cấp
thêm không khí cho động cơ. Sau khi động cơ đã đạt đến nhiệt độ vận hành, mạch
thông gió phụ trội này được đóng kín.
Công tắc nhiệt thời gian (15) có công dụng điều khiển vòi phun khởi động
lạnh, đóng kín vòi phun này khi động cơ đã đạt đến nhiệt độ quy định.
b/ Hệ thống phun xăng - cơ điện tử.
Hệ thống được hoàn thiện thêm trên c
ơ sở của hệ thống phun xăng cơ khí
nhờ một số chức năng được điều khiển bằng điện tử.
Hoàn thiện việc làm đậm hoà khí ở các chế độ chạy ấm máy, khi gia tốc hoặc
chạy toàn tải. Cắt xăng khi giảm tốc độ đột ngột. Hạn chế tốc độ cực đại.
c/ Hệ thống phun xăng đ
iện tử:
Xăng được phun vào cửa nạp của các xylanh động cơ theo từng thời điểm
chứ không liên tục. Quá trình phun xăng và định lượng nhiên liệu được thực hiện
theo hai tín hiệu gốc: Tín hiệu về khối lượng không khí đang nạp vào và tín hiệu về
vận tốc trục khuỷu của động cơ.



105

Hình1-8: Sơ đồ cấu tạo hệ thống phun xăng điện tử nhiều điểm
BOSCH MOTRONI
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;

12- Vòi phun khởi động lạnh; 13- Vít đi
ều chỉnh không tải; 14- Bướm ga; 15- Cảm
biến vị trí bướm ga; 16- Lưu lượng kế không khí; 17- Cảm biến nhiệt độ khí nạp;
18- Cảm biến lambda; 19- Công tắc nhiệt khởi động; 20- Cảm biến nhiệt độ động
cơ; 21- Thiết bị bổ sung không khí khi chạy ấm máy; 22- Vít điều chỉnh hỗn hợp
khi chạy không tải; 23- Cảm biến vị trí trục khuỷu; 24- Cảm biến tốc
độ động cơ;
25- Ắc quy; 26 -Công tắc khởi động; 27- Rơle chính; 28- Rơle bơm xăng;
-Nguyên lý hoạt động :

105
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 thông 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 vòi phun phun xăng
ra đúng thời điểm và đúng lượng cần thiết. Xăng được phun có kích thước rất nhỏ
(cỡ 100μm), các hạt nhiên liệu này sẽ hoá hơi ngay và hoà trộn với không 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 công. Khí
thải sẽ qua xupáp xả và theo đường ống xả ra ngoài.

106


Phần hai
HAO MÒN, HƯ HỎNG, KIỂM TRA, SỬA CHỮA

* Chẩn đoán và sửa chữa hư hỏng hệ thống nhiên liệu.
Ngoài việc thay mới phần tử lọc, hệ thống nhiên liệu được phun yêu cầu
công việc khi sửa chữa định kỳ là không đáng kể. Nhưng thỉnh thoảng bơm nhiên
liệu mòn, bộ điều áp hư, các kim phun bị dơ và các cảm biến hư. Hơn n
ữa, các đầu
nối bị hỏng hoặc rời ra và các cực bị mòn dân và mất sự thông mạch. Khi đó thêm
việc chẩn đoán và sửa chữa hệ thống nhiên liệu.
Các vấn dề trong hệ thống nhiên liệu hoặc hệ thống phun nhiên liệu thường
gây nên các lời phàn nàn về khả năng điều khiển xe. Các điều này gồm có khởi
động khó và ngập ngừng chạy thất thường, quay máy tạ
i chỗ và chết máy.
* Kiểm tra bằng mắt hệ thống nhiên liệu
Khi có một vấn đề về khả năng điều khiển xe, kiểm tra đèn báo sai hỏng
chức năng trong bảng điện xe. Nếu đèn không bật sáng, bước đầu tiên trong việc

chuẩn đoán hư hỏng là thực hiện kiểm tra bằng mắt.
Với động cơ tắt kiểm tra nơi động cơ
có thể rò rỉ nhiên liệu hoặc không khí.
Một mùi nhiên liệu có thể chỉ ra một sự rò rỉ. Kiểm soát tất cả các chỗ nối ống nhiên
liệu từ bơm đến các kim phun. Lắp các dệm kín mới khi cần thiết và thay thế bất cứ
ống nào hỏng. Tìm các dấu hiệu của sự quá nhiệt, rò rỉ hoặc mòn rách.
Nếu không sai hỏng nào được tìm thấy khi kiểm tra bằng mắt, kiểm tra bộ
nhớ máy tính các mã h
ư hỏng được cất giữ. Khi đã có các kết quả chuẩn đoán và
kiểm tra ta tiến hành sửa chữa.

I-BÌNH XĂNG
1.1. Chức năng và cấu tạo.
107
Thùng chứa nhiên liệu dùng để chứa xăng hoặc dầu đủ cho động cơ hoạt
động trong một thời gian. Cỡ thùng lớn nhỏ tùy theo công suất và đặc tính hoạt
động của động cơ.Thùng được đập bằng thép lá, bên trong có các tấm ngăn để nhiên
liệu bớt dao động. Nắp thùng có lỗ thông hơi. Ống hút nhiên liệu bố trí cao hơn đáy
thùng khoảng 3cm. Phần lõm lắng cặn chất bẩn và nước, nơi
đáy thùng có nút xả.
Nếu thùng chứa đặt cao hơn động cơ phải có van khóa tăt máy.Nếu đặt thấp
thua hơn động cơ phải có van khóa khi tắt máy. Nếu đặt thấp thua động cơ phải có
van bố trí nơi bầu lọc sơ cấp ngăn không cho dầu tụt về khi máy ngừng


108

Nhiều hệ thống nhiên liệu của ô tô dùng chế hòa khí và bơm xăng có trang bị
thêm ống dẫn hơi xăng hồi về thùng chứa. Ống nằy xuất phát từ bơm xăng hay từ
bầu lọc xăng trở về thùng chứa nhiên liệu. Bơm xăng chỉ hoạt động tiếp vận tốt khi

xăng hoàn toàn ở thể lỏng, nếu xăng bị bốc hơi, hơi này s
ẽ cản trở sự lưu thông của
nhiên liệu làm cho động cơ bị thiếu xăng. Vi vậy người ta trang bị thêm ống dẫn hơi
xăng trở về thùng chứa.
1.2. Hư hỏng và sửa chữa.
a) Hư hỏng
- Tắc lỗ thông trên nút của thùng xăng. Lỗ thông ở nút thùng xăng dùng để
giử cho áp suất trong thùng luôn luôn không đổi, bằng áp suất khí quyển và không
phụ thuộc vào số lượng nhiên liệu ch
ứa trong thùng.
- Thùng nhiên liệu bị tắc. Thùng nhiên liệu bị tắc là do chăm sóc không tốt.
- Thùng nhiên liệu bị rò. Chảy xăng.
b) Sửa chữa và khắc phục.
•Tắc lỗ thông trên nút của thùng xăng. Khử bỏ khuyết tật ấy rất đơn giản.
Chỉ cần làm sạch lỗ thông ở nút thùng xăng.