Báo cáo tốt nghiệp bộ môn động cơ đốt trong

Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

1

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

Chương I
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Đặt vấn đề
Theo thống kê của cục đăng kiểm hiện nay nước ta có gần 25 triệu xe máy mà đa
phần trong số dó sử dụng hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hòa khí có nhiều nhược
điểm như:
• Chất lượng hồ khí phụ thuộc nhiều vào biên dạng của kim ga do vậy khơng thể
điều chỉnh chính xác lượng và chất của hỗn hợp phù hợp với các chế độ làm việc
của động cơ.
• Do sử dụng họng tiết lưu nên làm tăng tổn thất cơ khí giảm hệ số nạp của động
cơ.thì hệ số nạp vào xylanh vẫn thấp. Do khí hỗn hợp có lẫn xăng nặng nên lưu
thơng kém.
• Động cơ dùng bộ chế hịa khí cho dù ống góp hút được thiết kế đúng quy cách động
lực học

λ =1
• Khi muốn lắp thêm bộ xúc tác khí xả do khơng duy trì được
nên hiệu xuất của
bộ xúc tác khơng cao.
• Kết cấu bộ chế hịa khí là khá đơn gian, ngay nay để đáp ứng các nhu cầu về việc
thải khí sạch hơn, tiêu hao nhiên liệu kinh tế hơn, cải thiện khả năng tải..,bộ chế hịa
khí ngày nay phải được lắp đặt các thiết bị hiệu chỉnh khác nhau, nó trở thành hệ
thống phức tạp hơn.
Do những nhược điểm trên mà các tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ xe máy
không cao nhất là vấn đề phát thải các khí thải độc hại của động cơ. Xuất phát từ
những yêu cầu thực tế nhằm khắc phục các nhược điểm trên nhóm đã tiến hành nghiên
cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển phun xăng điện tử EFI cho xe máy. Hệ
thống phun xăng điện tử có rất nhiều ưu điểm, một trong số những ưu điểm nổi bật đó
là:
• Có thể đạt được tỷ lệ khí nhiên liệu chính xác với tất cả các dải tốc độ và tải trọng
của động cơ. Hệ số nạp được nâng cao do khơng có họng khuyếch tán.
• Dễ dàng cung cấp lượng cũng như thành phần hỗn hợp đáp ứng kịp thời với sự
thay đổi góc mở bướm ga.

2

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ mơn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

•

Khả năng hiệu chỉnh hỗn hợp khí nhiên liệu dễ dàng: có thể làm đậm hỗn hợp khi
nhiệt độ động cơ thấp hoặc cắt nhiên liệu khi giảm tốc hoặc khi động cơ vượt q
tốc độ cho phép.
λ =1
• Có thể điều khiển hệ số dư lượng khơng khí
ở chế độ hoạt động chính của
động cơ do vậy có thể kết hợp với bộ xúc tác khí xả ba thành phần làm giảm nồng
độ các thành phần độc hại trong khí thải động cơ.
1.2. So sánh chung giữa bộ chế hịa khí và hệ thống phun xăng điện tử
Chế hịa khí (hay cịn gọi là bình xăng con), được sử dụng trên cả xe máy và ô tô
những năm đầu của nghành cơng nghiệp này. Nhiệm vụ của nó là hịa trộn khơng khí
và xăng cho động cơ. Khơng khí và nhiên liệu sau khi đi qua chế bị hút vào xilanh và
thực hiên quy trình nén nổ tại đây. Khơng 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 hịa lẫn vào dịng khơng khí.

Hình 1.1 Ngun lý hoạt động của chế hịa khí

Một số xe sử dụng loại cửa phun cố định (Fixed Venturi-VV). Ở loại cửa phun
biến thiên, kích thước của đường dẫn khơng khí thay đổi theo sự thay đổi để điều khiển
lượng nhiên liệu được phân phối.
3

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

Mục tiêu của tất cả các chế hịa khí là tạo nên một hịa khí có tỷ lệ khối lượng tối
ưu giữa khơng khí và nhiên liệu là 14,7:1. Với những hịa khí đạt tỷ lệ trên, nó sẽ cháy
hồn tồn. Một hỗn hợp nào đó có tỷ lệ thấp hơn được gọi là "giàu" do có quá nhiều
nhiên liệu so với khơng 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 hịa khí phải kiểm sốt được lượng khơng khí đi vào
động cơ và thơng qua đó cung cấp một lượng nhiên liệu phù hợp. Tuy nhiên, điểm yếu
của các loại chế hịa khí là chỉ đáp ứng tỷ lệ lý tưởng ở khoảng vận hành nhất định nên
xe hoạt động không hiệu quả.
Hệ thống phun nhiên xăng điện tử
Xuất hiện sau kiểu phun nhiên liệu chế hịa 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 những nhược điểm của chế hịa khí.

Hình 1.2 Kim phun của hệ thống phun nhiên liệu EFI.

Do vận hành tự động nên hệ thống EFI cần có các thông số nhằm cảm nhận các
chế độ làm việc của động cơ 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 đầu vào
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 (nhiệt độ thân động cơ), điện áp accu, tỷ lệ

4

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

hỗn hợp, nồng độ oxy ở khí thải....Những số liệu này được thu thập từ các cảm biến đặt
ở các vị trí khác nhau trên động cơ.
Có nhiều cách phân loại hệ thống phun xăng nhưng phổ biến nhất là cách phân
loại theo vị trí đặt kim phun, hệ thống phun xăng EFI được chia thành hai loại phun đa
điểm MFI (Multipoint Fuel Injection) và phun xăng đơn điểm (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. Khơng khí và nhiên liệu sẽ hịa trộn ngay tại xi-lanh. Trong khi đó,
loại phun xăng tập trung chỉ có một kim phun đặt trên ống nạp chung cho các xi-lanh.
Ưu nhược điểm của các loại
Sự phổ biến của phun xăng điện tử EFI đã chứng tỏ ưu điểm lớn của nó. Khác với
hệ thống nhiên liệu dùng bộ chế hịa khí, hệ thống nhiên liệu EFI mà đặc biệt là loại đa
λ =1
điểm MFI có thể tạo nên hịa khí có tỷ lệ gần ngưỡng lý tưởng (
) ở tất cả các xilanh, tùy theo điều kiện vận hành của chúng. Điều này có nghĩa hịa khí ở các xilanh
được điều chỉnh đồng đều mmọt cách chính xác cả về lượng và chất do đó sẽ tăng khả
năng sinh cơng của động cơ trong khi lượng nhiên liệu tiêu thụ ở mức vừa đủ. Do vậy

sẽ cải thiện đáng kể các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ.
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, hịa khí cần đậm xăng để cháy (do khí sót
nhiều và nhiệt độ động cơ còn thấp làm giảm quá trình bay hơi hịa trộn giữa xăng và
khơng khí để tạo thành hỗn hợp…), hệ thống sẽ phun xăng nhiều hơn. Khi động cơ đã
ổn định, ECU sẽ điều khiển sao cho lượng 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 hịa 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 ngun nhân. Trong khi với chế hịa khí, một người thợ bình
thường cũng có thể chẩn đốn 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 kém
ổn định đặc biệt là cảm biến tốc độ và cảm biến lưu lượng khí nạp.
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 đã 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
5

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

cung cấp nhiên liệu, tới hiệu suất làm việc của bộ xúc tác khí xả do vậy đối với những
chất phụ gia này chúng ta không nên dùng ngay mà cần 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.
Để giảm thiểu các khí thải độc hại trên các xe hiện đại thường sử dụng thêm bộ
xúc tác khí xả. Hiệu suất của bộ xúc tác chỉ hoạt động tốt xung quanh một khoảng rất
λ =1
hẹp quanh
do vậy các hệ thống EFI thường có chế độ điều khiển vịng kín nhằm
λ =1
duy trì
thơng qua cảm biến lamda.
1.3. Phương pháp nghiên cứu
Nhằm nâng cao các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, giảm thiểu phát thải các khí thải độc
hại. Trên cơ sở của xe Super Dream nhóm tiến hành tính tốn thiết kế, cải tiến hệ thống
nạp, khơng có sự thay đổi nào đến kết cấu động cơ cũng như kết cấu của xe. Sau khi
tham khảo và phân tích của các hệ thống EFI đã được sử dụng đi tới chọn việc điều
khiển lượng nhiên liệu phun sẽ được điều chỉnh theo tải trọng và tốc độ động cơ, đặc
biệt là việc điều khiển lượng nhiên liệu phun theo chế độ vịng kín ở chế độ ổn định kết
hợp với việc sử dụng bộ xúc tác khí xả ba thành phần sẽ góp phần giảm bớt các khí thải
độc hại của động cơ.
1.4. Nội dung nghiên cứu
• Tìm hiểu cơ sở lý thuyết của hệ thống phun xăng và đánh lửa điều khiển bằng điện
tử.
• Nghiên cứu, tính tốn thiết kế và chế tạo thử hệ thống đường nạp, thải vị trí đặt các
cảm biến, vịi phun của động cơ.
• Xây dựng mạch nguyên lý và thiết kế chế tạo bộ điều khiển ECU cho động cơ.
• Xây dựng thuật tốn điều khiển và viết chương trình điều khiển.
• Tiến hành thực nghiệm tìm ra bộ dữ liệu tối ưu cho ECU.

• Tiến hành đo đạc trên băng thử để so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của xe
ngun bản dùng bộ chế hịa khí và xe được lắp hệ thống phun xăng điện tử.
• Chạy xe trên đường để đánh giá so sánh các tính năng sử dụng của xe với xe
nguyên bản.

6

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

Chương 2
GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHUN XĂNG ĐIỆN TỬ
Hệ thống điều khiển phun xăng EFI ( Electronic Fuel Injection) bao gồm một loạt
các cảm biến liên tục đo đạc các trạng thái hoạt động của động cơ, một bộ phận điều
khiển điện tử ECU ( Electronic Control Unit) đánh giá các tín hiệu vào của các cảm
biến bằng cách so sánh với các giá trị tối ưu trong bộ nhớ, sau đó tính tốn và hình
thành các xung điều khiển đưa đến các thiết bị thực hiện ( quyết định thời điểm và thời
gian mở kim phun).
2.1. Lịch sử phát triển và phân loại
2.1.1. Lịch sử phát triển
Vào thế kỷ 19, một kỹ sư người Mỹ - ông Stevan – đã nghĩ ra cách phun nhiên
liệu cho một máy nén khí. Sau đó một thời gian, một người Đức đã cho phun nhiên liệu

vào buồng cháy nhưng không mang lại hiệu quả. Đầu thế kỷ 20, người Đức áp dụng hệ
thống phun nhiên liệu trong động cơ 4 kỳ tĩnh tại (nhiên liệu dùng trên động cơ này là
dầu hoả nên hay bị kích nổ và hiệu quả thấp). Tuy nhiên, sau đó sáng kiến này đã được
ứng dụng thành cơng trong viêc chế tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy bay ở
Đức. Đến năm 1966, hãng BOSCH đã thành công trong việc chế tạo hệ thống phun
xăng kiểu cơ khí.Trong hệ thống phun xăng này nhiên liệu được phun trực tiếp vào
trước supap hút nên có tên gọi tên là K - Jetronic (K – Konstan - liên tục, Jetronic phun). K - Jetronnic được đưa vào sản xuất và ứng dụng trên các xe của hãng
Mercedes và một số xe khác, là nền tảng cho việc phát triển hệ thống phun xăng thế hệ
sau như: KE - Jetronic, Mono - Jetronic, L - Jetronic, Motronic...
Do hệ thống phun xăng cơ khí cịn nhiều nhược điểm nên đầu những năm 80,
BOSCH đã cho ra đời hệ thống phun xăng sử dụng kim phun điều khiển bằng điện. Có
2 loại: hệ thống L – Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định nhờ cảm biến đo lưu
lượng khi nạp) và D – Jetronic (lượng nhiên liệu được xác định dựa vào áp suất trên
đường ống nạp).
Đến năm 1984, người Nhật (mua bản quyền của BOSCH) đã ứng dụng hệ thống
phun xăng L - Jetronic và D – Jetronic trên các xe của hãng Toyota (dùng với động cơ
4A - ELU). Đến những năm 1987, hãng Nissan dùng L - Jetronic thay bộ chế hịa khí
của xe Nissan Sunny.

7

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

Việc điều khiển EFI có thể được chia làm hai loại, dựa trên sự khác nhau về
phương pháp dùng để xác định lượng nhiên liệu phun.
Một là một loại mạch tương tự, loại này điều khiển lượng phun dựa vào thời gian
cần thiết để nạp và phóng một tụ điện. Loại khác là loại được điều khiển bằng vi xử lý,
loại này sử dụng dữ liệu lưu trong bộ nhớ để xác định lượng phun.
Loại hệ thống EFI điều khiển bằng mạch tương tự là loại được TOYOTA sử dụng
lần đầu tiên trong hệ thống EFI của nó. Loại điều khiển bằng vi xử lý được bắt đầu sử
dụng vào năm 1983.
Loại hệ thống EFI điều khiển bằng bộ vi xử lý được sử dụng trong xe của
TOYOTA gọi là TCCS (TOYOTA Computer Controled System – Hệ thống điều khiển
bằng máy tính của TOYOTA), nó khơng chỉ điều khiển lượng phun mà còn bao gồm
ESA (Electronic Spark Advance – Đánh lửa sớm điện tử) để điều khiển thời điểm đánh
lửa; ISC (Idle Speed Control – Điều khiển tốc độ không tải) và các hệ thống điều khiển
khác cũng như chức năng chuẩn đốn và dự phịng. Hai hệ thống này có thể được phân
loại như sau:

Hình 2.1 Sơ đồ phân loại hệ thống phun xăng điện tử

8

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

Loại EFI mạch tương tự và điều khiển bằng bộ vi xử lý về cơ bản là giống nhau,
nhưng có thể nhận thấy một vài điểm khác nhau như về các lĩnh vực điều khiển và độ
chính xác.
2.1.2.Phân loại hệ thống phun xăng gián tiếp
Tùy thuộc vào các tiêu chí mà ta có các cách phân loại hệ thống phun xăng khác
nhau.
Dựa vào cách thức phun người ta phân thành hệ thống phun xăng đơn điểm và hệ
thống phun xăng đa điểm. Hệ thống phun xăng đơn điểm ( single – point) hay cịn gọi
là hệ thống phun xăng trung tâm, tồn bộ động cơ chỉ có một vịi phun ở đường ống
nạp chung cho tất cả các xilanh. Còn hệ thống phun đa điểm (Multi-point) mỗi xilanh
có một vịi phun được bố trí ngay sát xupap nạp. Hệ thống phun đa điểm so với hệ
thống phun đơn điểm có ưu điểm là xăng được phun vào xupap là nơi có nhiệt độ cao
nên có điều kiện bay hơi tốt hơn và giảm được hiện tượng đọng bám xăng trên đường
ống nạp.
Dựa vào cách thức diều khiển vòi phun người ta phân thành hệ thống điều khiển
bằng điện tử và hệ thống điều khiển bằng cơ khí hay hỗn hợp cơ khí-điện tử. .
Dựa vào việc tổ chức quá trình phun người ta phân thành hệ thống phun xăng liên
tục hay gián đoạn.
Với các cách phân loại trên, trong thực tế có rất nhiều hệ thống phun xăng với
đặc điểm phun là tổ hợp của các hình thức phân loại trên như:
- Hệ thống K-Jetronic: Đây là hệ thống phun xăng đa điểm, liên tục điều khiển bằng
cơ khí.
- Hệ thống L-Jetronic và D-Jetronic: Đây là hệ thống phun xăng đa điểm, phun gián
đoạn và điều khiển bằng điện tử.
D-Jetronic: lượng xăng phun được xác định dựa vào áp suất sau cánh bướm ga bằng
cảm biến áp suất khí nạp MAP (manifold absolute pressure sensor) và được hiệu chỉnh
theo nhiệt độ khí nạp.

L-Jetronic lượng xăng phun được tính tốn dựa vào lưu lượng khí nạp lấy từ cảm biến
đo gió loại cánh trượt. Sau đó có các phiên bản: LH-Jetronic với cảm biến đo gió dây
nhiệt, LU-Jetronic với cảm biến đo gió kiểu siêu âm.
- Mono-Jetronic: Đây là hệ thống phun xăng đơn điểm. Theo phương án này xăng
được phun vào ống nạp chung để cung cấp hỗn hợp cho các xilanh. Về mặt nguyên tắc
có thể sử dụng các biện pháp phun liên tục hay gián đoạn. Vòi phun được bố trí ngay

9

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

trên bướm tiết lưu, tại đây vận tốc dịng khí lớn nhất tạo điều kiện tốt cho quá trình xé
tơi xăng và hịa trộn với khơng khí.
- Loại MPI : Đây là hệ thống phun đa điểm, với mỗi kim phun cho từng xilanh được
bố trí gần xupap nạp. Đường ống nạp được thiết kế sao cho đường đi của khơng khí từ
bướm ga đến xilanh khá dài, nhờ vậy, nhiên liệu phun ra được hịa trộn tốt với khơng
khí nhờ xốy lốc. Nhiên liệu cũng khơng thất thốt trên đường ống nạp.
2.2. Kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống phun xăng điện tử
2.2.1. Kết cấu của hệ thống EFI điển hình

Hình 2.2. Hệ thống EFI điển hình

2.2.2. Nguyên lý hoạt động
EFI có thể chia thành ba hệ thống: hệ thống nhiên liệu và hệ thống nạp khí, hệ
thống điều khiển điện tử. EFI cũng có thể được chia thành điều khiển phun nhiên liệu
cơ bản và điều khiển hiệu chỉnh. Ba hệ thống này sẽ được mô tả chi tiết sau đây.

10

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ mơn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

Hình 2.3 Sơ đồ tổng quát của hệ thống EFI.

2.2.2.1 Điều khiển phun cơ bản
Các thiết bị phun cơ bản duy trì một tỷ lệ tối ưu (gọi là tỷ lệ lý thuyết) của khơng
khí và nhiên liệu hút vào trong các xylanh. Để thực hiện được điều đó, nếu có sự gia
tăng lượng khí nạp, lượng nhiên liệu phun vào cũng phải gia tăng tỷ lệ hoặc là nếu
lượng khí nạp giảm xuống, lượng nhiên liệu phun ra cũng giảm xuống.

• Dịng khơng khí
11

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

Khi bướm ga mở ra, dịng khơng khí từ lọc gió đến các xylanh sẽ qua cảm biến
lưu lượng gió, bướm ga và đường ống nạp. Khi dịng khơng khí đi qua cảm biến lưu
lượng gió, nó sẽ ấn mở tấm đo. Lượng khơng khí được cảm nhận bằng độ mở của tấm
đo.
Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống cung cấp khí

• Dịng nhiên liệu

Nhiên liệu được nén lại nhờ bơm nhiên liệu chạy bằng điện và chảy đến các vòi
phun qua bộ lọc. Mỗi xylanh có một vịi phun, nhiên liệu được phun ra khi van điện từ
của nó mở ngắt quãng. Do bộ ổn định áp suất giữ cho áp suất nhiên liệu không đổi nên
lượng nhiên liệu phun ra được điều khiển bằng cách thay đổi khoảng thời gian phun.
Do vậy, khi lượng khí nạp nhỏ, khoảng thời gian phun ngắn cịn khi lượng khí nạp lớn,
khoảng thời gian phun dài hơn.

12

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu

Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ mơn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

Hình 2.6 Sơ đồ mạch cung cấp nhiên liệu.
• Cảm biến đo lưu lượng khí nạp

Bướm ga điều khiển lượng khí nạp vào động cơ. Bướm ga mở lớn thì lượng khí
lớn hơn sẽ được nạp vào các xylanh. Khi tốc độ thấp, dịng khí nạp sẽ nhỏ và tấm đo
chỉ mở ra một chút. Vậy tốc độ cao và dải tải nặng, dịng khí sẽ lớn hơn và tấm đo sẽ
theo đó mở rộng hơn.

Hình 2.7 Sơ đồ của cảm biến đo lưu lượng khí nạp.
• Điều khiển lượng phun cơ bản

Lượng khơng khí cảm nhận tại cảm biến đo lưu lượng gió được chuyển hố thành
điện áp, điện áp này được gửi đến ECU như một tín hiệu.
Tín hiệu đánh lửa sơ cấp theo số vòng quay động cơ cũng được gửi đến ECU từ
cuộn dây đánh lửa. ECU sau đó tính tốn bao nhiêu nhiên liệu cần cho lượng khí đó và
thơng báo cho mỗi vịi phun bằng thời gian mở van điện. Khi van điện của vòi phun
mở ra, nhiên liệu sẽ được phun vào đường ống nạp.
• Thời điểm và khoảng thời gian phun
13

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương

Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ mơn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

Tín hiệu từ cuộn đánh lửa chỉ thị số vòng quay của động cơ và làm cho tất cả các
vòi phun sẽ đồng thời phun nhiên liệu tại mỗi vòng quay của trục khuỷu. Động cơ bốn
kỳ sẽ thực hiện các kỳ nạp, nén, nổ, xả trong mỗi vòng quay của trục khuỷu.
• Kết luận
Tuỳ theo tốc độ động cơ và lượng khí nạp đo được tại cảm biến lưu lượng khí.
ECU sẽ thơng báo cho các vịi phun bao nhiêu nhiên liệu cần phun và hỗn hợp khí –
nhiên liệu được tạo ra bên trong đường ống nạp. Khái niệm “lượng phun cơ bản” được
sử dụng để chỉ lượng nhiên liệu cần phun để tạo ra tỷ lệ hỗn hợp lý thuyết.

Hình 2.8 Sơ đồ tổng quát hệ thống nhiên liệu EFI

2.2.2.2 Điều khiển hiệu chỉnh
Như vậy, hoạt động cơ bản của các thiết bị cần cho việc tạo ra hỗn hợp khí –
nhiên liệu lý thuyết đã được mơ tả. Tuy nhiên, động cơ sẽ không hoạt động tốt chỉ với
lượng phun cơ bản. Đó là bởi vì động cơ phải vận hành dưới nhiều chế độ và do đó nó
cần có một vài thiết bị hiệu chỉnh để điều chỉnh tỷ lệ khí – nhiên liệu tuỳ theo chế độ
khác nhau này. Ví dụ, khi động cơ cịn lạnh dưới tải nặng, cần có hỗn hợp đậm hơn. Hệ
thống EFI sẽ thay đổi tỷ lệ khí – nhiên liệu theo các chế độ hoạt động của động cơ theo
cách giống như chế hồ khí thay đổi hỗn hợp khí – nhiên liệu bằng bướm gió và hệ
thống trợ tải. Có 2 phương pháp để hiệu chỉnh tỷ lệ khí – nhiên liệu. Một được coi là

14

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

“hiệu chỉnh đậm”, ECU hoạt động để tăng lượng phun. Phương pháp khác là các thiết
bị phụ trợ sẽ thực hiện cùng một chức năng mà khơng liên quan đến ECU.
• Hiệu chỉnh
Rất nhiều loại thông tin về các chế độ hoạt động của động cơ (ví dụ: nhiệt độ nước
làm mát, nhiệt độ khí nạp, điện áp accu...) được chuyển đến ECU từ các cảm biến để
thêm vào thông tin về lượng khí nạp từ cảm biến lưu lượng khí và tốc độ động cơ từ
cuộn đánh lửa. ECU sẽ tăng lượng nhiên liệu dựa trên các thơng tin này. Nói một cách
khác, thậm chí lượng khí nạp khơng đổi, thì lượng nhiên liệu do các vòi phun phun ra
vẫn tăng hay giảm tuỳ theo các chế độ hoạt động của động cơ.

Hình 2.9 Sơ đồ hiệu chỉnh lượng nhiên liệu phun.
• Các thiết bị phụ:

Có 2 thiết bị phụ để hiệu chỉnh tỷ lệ khí – nhiên liệu, một vịi phun khởi động
lạnh và một van khí phụ.
-Vịi phun khởi động lạnh
Mục đích của vịi phun khởi động lạnh là cải thiện tính năng khởi động động cơ

lạnh. Khởi động một động cơ lạnh cần có nhiều nhiên liệu và hỗn hợp đâm hơn. Đó là
chỉ khi động cơ cịn lạnh và đang quay bởi máy khởi động, khi đó vòi phun khởi động
15

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

lạnh sẽ phun nhiên liệu để làm đậm hỗn hợp. Nói theo một cách khác, trong khi khởi
động động cơ lạnh, nhiên liệu được cung cấp bằng cả vịi phun chính và vòi phun khởi
động lạnh.
Theo cách này, tỷ lệ nhiên liệu so với khơng khí tăng lên nhờ vào lượng nhiên
liệu phun ra từ vòi phun khởi động lạnh, tạo nên hỗn hợp đâm hơn. Vòi phun khởi
động lạnh là một van điện sử dụng nguồn năng lượng của accu để mở và đóng van bên
trong và phun nhiên liệu. Để tránh cho hỗn hợp quá đậm, khoảng thời gian phun được
điều khiển bằng một công tắc định thời bao gồm một phần tử lưỡng kim và cuộn dây
sấy.
-Van khí phụ
Khi nhiệt độ cịn thấp van khí phụ sẽ tăng tốc độ không tải của động cơ đến chế
độ không tải nhanh. Khi động cơ cịn lạnh, thậm chí nếu bướm ga đóng, khơng khí vẫn
nạp vào động cơ qua van khí phụ. Lượng khơng khí đi qua van khí phụ sẽ thay đổi theo
nhiệt độ. Khi nhiệt độ thấp, van khí phụ mở hồn tồn cho phép một lượng lớn khơng
khí đi qua

Khi nhiệt độ tăng lên, van sẽ đóng dần lại cho đến khi động cơ đạt được nhiệt độ
hoạt động bình thường, nó sẽ đóng hồn tồn để cắt dịng khí. Tốc độ khơng tải nhanh
tỷ lệ với lượng khí đi qua van khí phụ. Nó sẽ cao khi nhiệt độ thấp và giảm đến tốc độ
không tải bình thường khi nhiệt độ tăng lên.Việc đóng và mở van khí phụ được điều
chỉnh ở bên trong bằng một van giãn nở nhiệt tuỳ theo nhiệt độ nước làm mát động cơ.
2.3. So sánh các chế độ làm việc của hệ thống phun xăng và hệ thống dùng chế
hòa khí
2.3.1. Ở chế độ khơng tải chuẩn
+ Đối với bộ chế hịa khí:
Bướm ga hầu như đóng kín, xăng khơng được hút ra từ họng chính vì độ chân
khơng của họng nhỏ, mà xăng được hút qua đường không tải thông với không gian sau
bướm ga. Lúc ấy trong xylanh có hệ số khí sót rất lớn, muốn cho động cơ chạy ổn định
cần có hịa khí đậm (λ=0,6). Do hịa khí rất đậm sẽ gây ra suất tiêu hao nhiên liệu rất
lớn và lượng độc hại của thành phần khí xả bao gồm CO và HC rất lớn.
+ Đối với hệ thống phun xăng điện tử:
Để tạo một thành phần hịa khí hồn hảo nhất thì thơng thường nó được thực hiện
bằng hai van khí chỉ điều chỉnh riêng thành phần khơng khí. Cịn lượng xăng đưa vào
bao nhiêu được quyết định bởi tốc độ động cơ. Hệ thống này ưu việt hơn hẳn bộ chế
16

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ mơn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

hịa khí do trong chế hịa khí xăng được đưa vào chế độ không tải là nhờ độ chân
không sau bướm ga hồn tồn khơng điều khiển được lượng xăng cịn hệ thống phun
xăng điện tử lượng xăng đưa vào được tính tốn một cách chính xác. Có thể nói trong
hệ thống phun xăng điện tử số vịng quay khơng tải thấp nhất, hỗn hợp cháy không tải
nhạt nhất mà vẫn đảm bảo sự làm việc của động cơ.
2.3.2. Ở chế độ tăng tốc
+ Đối với bộ chế hịa khí:
Khi đột ngột tăng tốc hỗn hợp trở nên nhạt đột ngột, một lượng nhiên liệu sẽ được
bù thêm vào trong suốt quá trình tăng tốc. Hơn nữa trong một thời gian ngắn khi tăng
tốc động cơ chấp nhận sử dụng hỗn hợp có λ=0,9 để đạt được mơmen cực đại. Tín
hiệu nhận biết tăng tốc là sự thay đổi đột ngột vị trí bướm ga thơng qua hệ thống cơ khí
làm cho bơm tăng tốc ngay lập tức phun một lượng xăng vào trước họng đảm bảo hỗn
hợp không quá nhạt.
+ Đối với hệ thống phun xăng điện tử:
Cũng tương tự bộ chế hịa khí cần thêm nhiên liệu để hỗn hợp khơng bị nhạt. Để
đảm bảo lượng xăng chính xác tạo cho quá trình chuyển tiếp được tốt và đạt sức kéo
lớn trong khi tăng tốc thì tín hiệu được xác định lượng nhiên liệu phun cần thiết dựa
trên nhiệt động cơ và sự thay đổi đột ngột vị trí bướm ga.
Tín hiệu để nhận biết tăng tốc chính là tín hiệu của cảm biến bướm ga. Đối với
bướm ga kiểu chiết áp tín hiệu để nhận biết xe tăng tốc chính là sự thay đổi đột ngột
điện áp ở chân giữa của chiết áp. Nếu bình thường thì ECU phải biết được sự thay đổi
lượng khí nạp vào hoặc sự thay đổi của độ chân khơng đường nạp, sau đó tính tốn
lượng xăng cần thiết, như thế sẽ q lâu. Để tăng tốc thì khi ECU nhận được tín hiệu
thay đổi đột ngột của bướm ga, thì ngay lập tức nó dựa vào nhiệt độ động cơ để phun
chứ khơng cần biết lưu lượng khí hoặc độ chân khơng đường nạp là bao nhiêu. Vòi
phun sẽ phun thêm một lượng nhiên liệu trong vài chu trình (tùy theo từng hãng) chờ
sẵn ở đường nạp mỗi xilanh.
2.3.3. Chế độ khởi động động cơ
+ Đối với bộ chế hịa khí:

Khi khởi động, số vịng quay động cơ nhỏ nên độ chân khơng ở họng rất nhỏ,
nhiên liệu bị hút vào ít, khơng tơi và khó bay hơi do nhiệt độ thấp. Do đó để dễ dàng
cho việc khởi động cần có thêm một lượng nhiên liệu để hỗn hợp có thể đậm hơn. Để
17

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

giải quyết vấn đề này bộ chế thường dùng bướm gió, do khi khởi động bướm ga đóng
kín nên độ chân khơng sau bướm ga lớn nên cả hệ thống chính và hệ thống không tải
đều hoạt động làm cho hỗn hợp đậm theo yêu cầu. Khi động cơ đã nổ, để tránh hiện
tượng hỗn hợp quá đậm do chưa mở bướm ga thì trên bướm ga lắp một van khí nhằm
bù thêm khơng khí khi động cơ đã nổ mà chưa mở bướm ga
+ Đối với động cơ phun xăng:
Khi động cơ vừa khởi động do tốc độ động cơ dao động rất lớn vì thế phép đo
lượng khơng khí vào khơng chính xác. Lúc này lượng xăng phun dựa vào tín hiệu khởi
động và nhiệt độ động cơ. Trong suốt q trình khởi động khơng chỉ có một lượng
xăng lớn được vòi phun phun vào mà một lượng nhiên liệu nữa cũng được phun bởi
vòi phun khởi động lạnh đặt ở giữa đường chia khí phía sau bướm ga. Một công tắc
nhiệt lắp trên đường nước làm mát động cơ sẽ xác định thời gian vòi phun khởi động
lạnh làm việc, cơng tắc này đặc biệt là ngồi việc nhận nhiệt từ nước làm mát nó cịn
được đốt nóng bởi một dịng điện trong q trình động cơ khởi động. Mục đích của

việc đốt nóng cơng tắc nhiệt là khi trời quá lạnh công tắc nhiệt sẽ tự cắt sau 7 ÷8 giây
nhằm tránh hiện tượng sặc xăng. Lượng nhiên liệu phun thêm vào là cần thiết do trong
quá trình khởi động số vịng quay rất thấp nên sự xốy lốc tạo hỗn hợp rất kém làm cho
hỗn hợp rất nghèo ngoài ra do nhiệt độ đường ống nạp thấp nên nhiên liệu bay hơi hịa
trộn rất ít mà đa phần bị ngưng đọng trên đường ống nạp. Để giải quyết vấn đề này và
tạo cho động cơ lạnh dễ dàng thì vịi phun khởi động lạnh phun thêm nhiên liệu trong
một thời gian ngắn khi động cơ khởi động.
Thay đổi đặc tính phun khi khởi động được rất nhiều hãng áp dụng đối với loại xe
khơng trang bị vịi phun khởi động riêng. Lượng xăng phun thêm sẽ do các vịi phun
chính đảm nhiệm. Thay vì chỉ phun 1 hoặc 2 lần. ECU sẽ điều khiển xăng phun nhiều
lần trong một chu trình động cơ nhằm tạo mục đích tạo ra hỗn hợp đậm. Lượng xăng
phun thêm sẽ giảm dần khi tốc độ động cơ vượt qua một ngưỡng nhất định tùy theo
nhiệt độ và số vòng quay.
Khi động cơ phun xăng khởi động khơng chỉ có một lượng xăng được phun thêm
mà thời điểm đánh lửa cũng được quá trình khởi động và quá trình sưởi ấm máy mỗi
lần khởi động. Tín hiệu để tạo sự hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa là tốc độ động cơ,
nhiệt độ động cơ và nhiệt độ khí nạp. Nếu nhiệt độ động cơ lạnh và tốc độ động cơ
thấp thì góc đánh lửa tốt nhất là ở gần điểm chết trên. Nếu góc đánh lửa q lớn thì có
thể gây nguy hiểm do sự trở ngược của mô men quay gây hư hỏng môtơ khởi động.
Nếu tốc độ động cơ ban đầu lớn và thêm nữa góc đánh lửa cũng được hiệu chỉnh tốt thì
18

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

động cơ sẽ dễ dàng khởi động và nhiệt độ động cơ tăng lên nhanh chóng. Nếu động cơ
nóng, sự trả ngược của mơmen quay thậm trí xảy ra với góc đánh lửa nhỏ, nguyên nhân
là do hỗn hợp của nhiên liệu và khơng khí hịa trộn rất tốt nên khả năng cháy và tốc độ
cháy lớn. Để giải quyết vấn đề này góc đánh lửa được giảm bớt tương xứng khi nhiệt
độ động cơ tăng lên. Và góc đánh lửa cũng vì thế mà giảm đi nhiệt độ khơng khí đương
nạp cao hơn nhiệt độ cuối nén của động cơ nhằm tránh kích nổ có thể xảy ra.
Sau khi khởi động, ở mức nhiệt độ thấp, vẫn cần thiết phun thêm một lượng nhiên
liệu nữa để bù cho hỗn hợp nghèo do đa phần nhiên liệu đều bám trên thành vách xi
lanh. Lượng nhiên liệu tăng thêm cũng làm tăng thêm mơmen vì thế cải thiện được chế
độ khơng tải sang chế độ có tải. Q trình chạy sau khi khởi động cũng được điều
chỉnh sao cho động cơ hoạt động mà khơng gặp phải vấn đề gì trong bất kỳ mức nhiệt
độ nào, và đạt được sự tiêu thụ nhiên liệu là thấp nhất. Lượng nhiên liệu được sử dụng
thời kỳ sau khởi động được điều chỉnh dựa vào nhiệt độ và thời gian. Giá trị nhiệt độ
ban đầu được điều chỉnh gần như tuyến tính với thời gian.
2.3.4. Quá trình sấy nóng động cơ (Q trình khơng tải nhanh)
+ Đối với động cơ dùng chế hịa khí cổ điển thường khơng được thiết kế hệ thống sấy
do đó những động cơ sử dụng chế hịa khí thường bị tổn thất rất lớn làm tụt công suất
thời kỳ khởi động lạnh.
+ Đối với động cơ phun xăng quá trình sấy nóng động cơ bắt đầu sau khi khởi động.
Trong suốt q trình sấy nóng động cơ phải cần thêm một lượng nhiên liệu nữa để bù
vào phần nhiên liệu đọng trên thành vách xi lanh khi xi lanh còn nguội. Nếu xăng này
khơng được thêm vào thì tốc độ động cơ sẽ bị giảm xuống sau khi vòi phun khởi động
lạnh làm kéo dài thời gian chạy ấm làm tăng tổn thất nhiệt và làm giảm công suất động
cơ thời kỳ khởi động.
+ Vào thời kỳ này do động cơ lạnh nên sự tính tốn chính xác lượng nhiên liệu là rất
khó. Tại vì một lượng rất lớn nhiên liệu bị ngưng tụ lại nơi cuối đường ống thành
những giọt nhiên liệu. Chỗ nhiên liệu này rất khó bay hơi khi động cơ cịn lạnh. Do đó

khi nhiệt độ thấp một lượng nhiên liệu nữa phải được thêm vào hỗn hợp sao cho sự bốc
cháy trong xi lanh hoàn hảo nhất tại mọi nhiệt độ.
+ Thời điểm đánh lửa cũng phụ thuộc vào nhiệt độ động cơ do đó trong chương trình
này góc đánh lửa cũng phải thay đổi. Hiệu ứng nhiệt độ được chương trính hóa riêng
biệt cho mỗi kỳ khởi động, không tải, xuống dốc, nửa tải và toàn tải.

19

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

+ Lượng nhiên liệu thêm vào hỗn hợp nhiên liệu và không khí trong q trình chạy ấm
máy khơng đủ để đảm bảo động cơ chạy tốt nhất là ở chế độ không tải. Một động cơ
lạnh sự cản trở masat bên trong cao hơn nhiều động cơ đã nóng, điều đó có nghĩa là số
vịng quay khơng tải của một động cơ lạnh sẽ dễ dàng bị tụt xuống dẫn tới chết máy.
Để đảm bảo vấn đề đó khơng xảy ra thì động cơ phải cần một lượng lớn khí hỗn hợp.
Động cơ nhận lượng khí này từ van khí phụ. Van này mở cho phép động cơ được nhận
thêm không khí lấy từ trước bướm ga. Lượng khơng khí này được xác định từ cảm biến
lưu lượng khí nạp và lượng nhiên liệu được thêm vào một cách tương ứng. Lượng hỗn
hợp thêm vào này đảm bảo động cơ chạy tại chế độ không tải mà không gặp phải vấn
đề gì. Khi nhiệt độ động cơ đủ lớn thì van khí phụ cũng nóng làm lượng khí đi tắt qua
bướm ga bị giảm dần và cắt hẳn đúng như yêu cầu. Van khí này bao gồm một thanh

lưỡng kim sẽ điều chỉnh tiết diện lưu thông của thiết bị tùy theo nhiệt độ động cơ. Thiết
bị bổ xung khơng khí cịn được trang bị một mách điện đốt nóng, giống như công tắc
nhiệt cho phép điều chỉnh một cách chủ động thời gian đóng mở cửa kênh nối bổ xung
khơng khí.
+ Để hồn thiện q trình chạy sấy nóng động cơ, một số hệ thống phun sử dụng một
cartographie bổ xung cho chương trình chạy ấm máy. Các số liệu chuẩn này cho phép
xác định hệ số làm đậm khi sấy nóng tùy theo số vịng quay và tải trọng động cơ. Hệ số
này sẽ nhỏ khi tải trọng và vịng quay nhỏ.
2.3.5. Chế độ tồn tải
Ở chế độ tồn tải động cơ đạt công suất lớn nhất tại λ= 0.9 ÷ 0.95 do đó đối với
cả động cơ sử dụng chế hịa khí và động cơ phun xăng tại chế độ toàn tải lượng nhiên
liệu được đưa thêm vào để động cơ đạt được mômen cực đại. Động cơ phun xăng hỗn
hợp được làm đậm thêm bằng cách tăng thời gian phun tùy theo loại động cơ và kiểu
ôtô, mức độ làm đậm khi chạy toàn tải tùy thuộc vào các giá trị đã được lập trình từ
trước. Khi động cơ làm việc ở λ<1 mạch điều chỉnh λ không làm việc. Đối với một số
động cơ phun xăng lượng nhiên liệu phun thêm vào vừa đảm bảo đạt mơmen cực đại
vừa tránh được kích nổ nhờ thay đổi góc đánh lửa sớm, việc thay đổi góc đánh lửa sớm
được thơng qua một chương trình điều khiển có tính đến các yếu tố liên quan được
thông qua một số chương trình điều khiển có tính đến các yếu tố liên quan đến hiện
tượng kích nổ như nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ động cơ, nhiệt độ khí xả và tiếng gõ kích
nổ (nếu được trang bị cảm biến kích nổ).

20

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50

Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

2.3.6. Chế độ giảm tốc đột ngột (Q trình khơng tải cưỡng bức)
Trong quá trình giảm tốc, động cơ chạy với tốc độ cao ngay cả khi bướm ga đóng
kín. Do vậy lượng khí nạp vào xylanh giảm xuống và độ chân khơng trong đường nạp
trở nên rất lớn. Ở chế hịa khí, xăng bám trên thành ống của đường ống nạp sẽ bay hơi
và vào trong xylanh do độ chân không đường ống nạp tăng đột ngột, kết quả là một
hỗn hợp q đậm, q trình cháy khơng hồn tồn và làm tăng lượng xăng cháy khơng
hết (HC) trong khí xả. Ở động cơ EFI, việc phun nhiên liệu bị loại bỏ khi bướm ga
đóng và động cơ chạy tại tốc độ lớn hơn một giá trị nhất định, do vậy nồng độ HC
trong khí xả giảm xuống và giảm lượng tiêu hao nhiên liệu.
2.4. Các chất thải độc hại trong động cơ xăng:
2.4.1. Tác hại và sự phụ thuộc của các thành phần khí thải độc hại với

λ

:

Trên hình 1.1 trình bày tỷ lệ trung bình tính theo khối lượng các chất độc hại trong
khí thải động cơ xăng theo
chương trình thử đặc trưng của
châu Âu.
Trong số này chỉ có một số
thành phần có tính độc hại đối
với mơi trường và sức khoẻ của
con người nên được gọi là thành
phần độc hại. Cụ thể như sau:

+ CO là sản phẩm cháy của C
trong nhiên liệu trong điều kiện
thiếu ôxy. Hàm lượng CO tăng
λ
nhanh khi
< 1 và sự hồ trộn khơng đều giữa nhiên liệu và khơng khí hoặc nhiên
liệu khơng hồn tồn ở trạng thái hơi.
CO ở dạng khí khơng màu, khơng mùi. Khi kết hợp với sắt có trong sắc tố của máu sẽ
tạo thành một hợp chất ngăn cản q trình hấp thụ ơ xy của hê-mơ-glơ-bin trong máu,
làm giảm khả năng cung cấp ôxy cho các tế bào trong cơ thể. CO rất độc, chỉ với một
hàm lượng nhỏ trong khơng khí có thể gây cho con người tử vong. Hàm lượng cực đại
cho phép [CO] = 33 mg/m3.

21

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

+ HC: Chất thải Hydrocacbon chưa cháy HC phần lớn là do sự cháy khơng hồn tồn
của nhiên liệu trong xylanh động cơ gây ra. Hàm lượng HC chưa cháy trong khí thải
chủ yếu phụ thuộc vào tỷ lệ khơng khí và nhiên liệu. Nồng độ của chúng tăng khi hỗn
λ

hợp đậm hơn, đặc biệt là với <1. Đối với hỗn hợp q nghèo khí xả HC cũng tăng do
đốt cháy khơng hoàn toàn hoặc hiện tượng bỏ lửa trong một phần của các chu kỳ vận
hành động cơ.
Các-bua-hy-đrô tồn tại trong khí quyển cịn gây ra sương mù, gây tác hại cho mắt và
niêm mặc đường hô hấp.
+ NOx: ô-xýt-ni-tơ là sản phẩm ơ xy hố ni-tơ có trong khơng khí (một thành phần của
khí nạp mới) trong điều kiện nhiệt độ cao. Trong khí thải của động cơ đốt trong NO x
tồn tại ở hai dạng chủ yếu là NO2 và NO, NO chiếm đa phần, có thể tới 90÷98%. Nhân
tố chính ảnh hưởng tới với sự hình thành NOx là nhiệt độ, ôxy và thời gian. Nhiệt độ
cao, ô xy nhiều và thời gian dài thì NO X sẽ cao, tức là khi động cơ chạy toàn tải, tốc độ
α
thấp và =1,05÷1,1 thì NOX lớn. cụ thể như sau:
* NO2: là một khí có mùi gắt và mầu nâu đỏ. Với một hàm lượng nhỏ cũng có thể gây
tác hại cho phổi, niêm mạc. Khi tác dụng với hơi nước sẽ tạo thành a-xit gây ăn mòn
các chi tiết máy và đồ vật. [NO2] = 9mg/m3.
*NO:là một khí khơng mùi, gây tác hại cho hoạt động của phổi, gây tổn thương niêm
mạc. Trong khí quyển, NO khơng ổn định nên bị ơ-xy hố tiếp thành NO 2 và kết hợp
với hơi nước tạo thành a-xit ni-tơ-ríc HNO3. [NO] = 9 mg/m3.
Ngồi ba thành phần độc hại chính nêu trên, trong khí thải của động cơ xăng cịn một
số thành phần khác như an-dê-hýt và các hợp chất chứa chì.
2.4.2. Các phương pháp giảm ơ nhiễm do khí thải của động cơ xăng
Có rất nhiều biện pháp giảm hàm lượng khí thải độc hại, nhưng trong khn khổ
đồ án này chúng em khơng thể tìm hiểu hết được do vậy sau đây chúng em chỉ trình
bầy một số biện pháp điển hình và nó đã được chúng em sử dụng để thiết kế và thử
nghiệm trên động cơ xe máy Super-Dream tại phịng thí nghiệm động cơ đốt trong.
2.4.2.1.Các phương pháp liên quan đến động cơ :
λ
• Điều chỉnh chính xác :

22

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp
m

n

Đối với động cơ xăng nồng độ CO và C H nhỏ nhất tại

λ

=1.05-1.1 nhưng cũng
λ
x
tại đây nồng độ NO đạt cực đại. Như vậy, nếu chúng ta điều chỉnh chính xác
đạt
m

n

giá trị nói trên thì sẽ hạn chế được hai thành phần độc hại chủ yếu là CO và C H ,
x

còn để hạn chế NO ta dùng phương pháp khác.
λ
Hệ số dư lượng khơng khí
được điều chỉnh tối ưu tùy theo các thông số tải
trọng ,tốc độ, nhiệt độ động cơ.
λ
Thơng qua cảm biến làm tín hiệu hồi tiếp để ECU điều khiển theo vịng kín đảm
λ
bảo =1 ứng với chế độ ổn định của động cơ.
• Điều chỉnh góc đánh lửa sớm:
Phương pháp được chúng em sử dụng trong đồ án đó là việc thiết kế bản đồ góc
đánh lửa sớm tối ưu ở chế độ ổn định để động cơ phát ra công suất lớn và suất tiêu hao
nhiên liệu nhỏ. Còn ở chế độ chạy ấm máy, khởi động lạnh sẽ hiệu chỉnh giảm góc
đánh lửa sớm nhằm giảm các thành phần khí xả độc hại.
2.4.2.2. Xử lý khí thải bằng bộ xử lý xúc tác ba đường
Bộ xử lý ba đường (three- Ways Catalytic Converter) có tính chất ưu việt so với
các phương pháp khác là có thể đồng thời xử lý tới 90% các chất độc hại chính là CO,
CmHn và NOx nên được dùng khá rộng rãi trên các dòng xe đời mới.
Kết cấu như hình vẽ với vỏ 1 thường làm bằng thép. Giữa vỏ và lõi có một lớp
đệm 3 bằng sợi vô cơ hay phoi thép để bù trừ giãn nở nhiệt. Lõi 2 thường làm bằng
gốm rỗng với chiều dầy vách khoảng 0,2 mm và mật độ lỗ khoảng 80 lỗ/cm 2 hoặc bằng
thép lá cuốn lại để tạo ra các rãnh lưu thơng cho khí thải lưu động qua. Người ta phủ
γ−

nên bề mặt của rãnh một lớp vật liệu trung gian 4 (wash -coast) bằng
Al2O3 có tác
dụng làm tăng độ lồi lõm của bề mặt do đó tăng diện tích tham gia phản ứng. Bên trên
lớp trung gian là lớp vật liệu xúc tác 5 bằng kim loại hiếm là Platin có tác dụng xúc tác
q trình ơxy hóa và Rodium tăng cường q trình khử.

Mục đích là chuyển khí thải CO, HC, NOx thành các khí khơng độc hại bằng cách ơ xy
hố CO, HC, và khử khí NOx trong hệ thống xử lý dùng chất xúc tác.
Q trình ơxy hóa gồm có các phản ứng sau:
23

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ môn: Động cơ Đốt trong

Đồ án tốt nghiệp

CO + 1/2 O2 = CO2
CmHn + (m + n/4)O2 = m CO2 + n/2 H2O
Cịn q trình khử NO được thực hiện nhờ phản ứng với CO:
NO + CO = 1/2 N2 + CO2
Tuy nhiên cường độ các phản ứng nói trên phụ thuộc rất nhiều vào mức độ đậm nhạt
của hỗn hợp cơng tác trong động cơ. Hình 2-5 thể hiện rõ quan hệ nồng độ các thành
λ
phần độc hại trước bộ xử lý (a) và sau bộ xử lý (b) theo hệ số dư lượng khơng khí .
Thơng số:

24

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu

Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50


Bộ môn: Động cơ Đốt trong

η=

Đồ án tốt nghiệp

(nồng độ trước bộ xử lý- nồng độ sau bộ xử lý)/ (nồng độ trước bộ xử lý) được gọi

3

2

1

2
5
4
2

Hình 2.10. Bộ xử lý ba đường
1: vỏ, 2: lớp đệm, 3: lõi, 4: lớp vật liệu trung gian, 5: lớp xúc tác.

là hiệu quả xử lý. Đối với bộ xử lý ba đường,

η

có thể đạt tới 90% trong một vùng rất
λ =1
hẹp xung quanh giá trị hệ số dư lượng khơng khí
. Vì vậy hệ thống nhiên liệu
λ =1
phun xăng phải điều chỉnh sao cho
. Thông qua một cảm biến ôxy lắp trên đường
λ
thải ở trước bộ xúc tác có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu về thành phần
cho bộ điều
khiển điện tử.
Hiệu quả xử lý còn phụ thuộc vào nhiệt độ và các thành phần khác trong khí xả.
Vùng nhiệt độ làm việc của bộ xử lý từ 300 đến 900 0C. chính vì vậy trong q trình
thiết kế bộ xử lý cần được đặt càng gần động cơ càng tốt. Ở chế độ không tải nhanh
cần phun thêm nhiên liệu để tăng nhiệt độ khí xả động cơ rút ngắn thời gian làm việc
không hiệu quả của bộ xúc tác. Nếu trong sản phẩm cháy có tạp chất hoặc các chất phụ
25

Sinh viên: Nguyễn Đức Cương
Lương Minh Báu
Lê Đăng Việt

Lớp: Động Cơ – Khóa 50